• 청정기술
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• 제25권1호
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• pp.56-62
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• 2019

입상 활성탄에 의한 murexide 흡착의 평형, 동역학 및 열역학 파라미터들에 대해 조사하였다. 실험은 흡착제의 양, 염료의 초기농도, 접촉시간과 온도를 변수로 하여 회분식 실험으로 진행하였다. 등온흡착평형관계는 293 ~ 313 K의 범위에서 Freundlich 식에 가장 잘 적용되었으며, Langmuir 식의 분리계수 $R_L$과 Freundlich 식의 분리계수 ${\beta}$로부터 입상 활성탄에 의한 murexide의 흡착조작이 적절한 처리방법이 될 수 있다는 것을 알았다. 또한 Dubinin- Radushkevich 식에서 얻은 흡착에너지(E)로부터 물리흡착공정임을 알 수 있었다. 흡착공정에 대한 동역학적 해석을 통해 반응속도식의 적용 결과는 유사이차반응식이 유사일차반응식보다 일치도가 높은 것으로 나타났다. Gibbs 자유에너지 변화($-0.1096{\sim}-10.5348kJ\;mol^{-1}$), 엔탈피변화($+151.29kJ\;mol^{-1}$)을 통해 흡착공정이 자발적 공정 및 흡열과정으로 진행되었음을 알 수 있었다. 또한 Gibbs 자유에너지 변화는 온도가 올라갈수록 감소하였기 때문에 입상 활성탄에 의한 murexide의 흡착반응은 온도가 올라갈수록 자발성이 높아졌다. 엔트로피 변화 ($512.4J\;mol^{-1}\;K^{-1}$)는 활성탄에 의한 murexide의 흡착반응이 일어나는 동안 고-액 계면에서 무질서도가 증가함을 나타냈다.

• 한국지하수토양환경학회지:지하수토양환경
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• 제27권4호
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• pp.49-62
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• 2022

The magnesium and iron-based layered double hydroxide (Mg-Fe LDH) was synthesized by the co-precipitation process and the bead type LDH (BLDH, 5~6 mm in diameter) was manufactured by using the Mg-Fe LDH and the starch as a binder. To evaluate the feasibility of the BLDH as the As stabilizer in the soil, various experiments were performed and the As stabilization efficiency of the BLDH was compared to that of powdered type LDH (PLDH, <149 ㎛ in diameter). For the As sorption batch experiment, the As sorption efficiency of both of the PLDH and the BLDH showed higher than 99%. For the stabilization experiment with soil, the As extraction reducing efficiency of the PLDH was higher than 87%, and for the BLDH, it was higher than 80%, suggesting that the BLDH has similar the feasibility of As stabilization for the contaminated soil, compared to the PLDH. From the continuous column experiments, when more than 7% BLDH was added into the soil, the As stabilization efficiency of the column maintained at over 91% for 7 pore volume flushing (simulating about 21 months of rainfall) and slowly decreased down to 64% after that time (to 36 months) under the non-equilibrium conditions. Results suggested that more than 7% of BLDH added in As-contaminated soil could be enough to stabilize As in soil for a long time. The main As fixation mechanisms on the LDH were also identified through the X-ray fluorescence (XRF), the X-ray diffraction (XRD), and the Fourier transform infrared (FT-IR) analyses. Results showed that the LDH has enough of an external surface adsorption capacity and an anion exchange capability at the interlayer spaces. Results of SEM/EDS and BET analyses also supported that the Mg-Fe LDH used in this study has sufficient porous structures and outer surfaces to fix the As. The reduction of carbonate (CO₃^2-) and sulfate (SO₄^2-) anions in the LDH after the reaction between As and the LDH was observed through the FT-IR, the XRF, and the XRD analyses, suggesting that the exchange of some of these anions with the arsenate (H₂AsO₄^- or HAsO₄^2-) occurs at the LDH interlayers during the stabilization process in soil.

• 자원환경지질
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• 제45권3호
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• pp.255-264
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• 2012

제강슬래그와 석회석을 이용하여 구리와 납으로 오염된 농경지를 대상으로 안정화 배치 및 칼럼실험을 실시하였으며, 파일럿 규모의 현장 시험구(testing ground: 가로 2 m ${\times}$ 세로 2 m ${\times}$ 깊이 0.5 m)를 4 개 제작하여 실증시험을 실시하였다. 안정화제 종류별 구리와 납의 용출 저감 효과를 규명하기위한 배치실험 결과, 석회석 3% + 제강슬래그 2%를 혼합한 경우, 구리와 납 모두 85% 이상의 높은 용출 저감 효과를 나타내었다. 오염 토양의 장기적 안정화를 예측하고자 인공강우에 의한 연속 용출 칼럼실험을 실시하였다. 배수시스템이 설치된 직경 15 cm, 높이 100 cm의 대형 아크릴 칼럼을 제작하였으며, 배치실험 결과로부터 중금속 용출 저감 효과가 뛰어난 석회석 3% + 제강슬래그 2%를 안정화제로 사용하였다. 안정화제를 첨가하지 않은 경우 칼럼 용출수의 납농도는 시간에 따른 저감이 발생하지 않아 지하수 생활용수 기준치(0.1 mg/L)를 초과하였으나, 안정화제를 첨가한 경우 실험진행 1년부터 0.04 mg/L 이하를 유지하여 용출 저감 효과가 뚜렷하게 나타났다. 안정화제를 첨가하지 않은 시험구의 경우, 60 일 이후에도 토양수의 납 농도는 지하수 생활용수 기준치보다 높은 0.38 mg/L이었으며, 구리의 농도는 0.69 mg/L를 나타내어 오염토양으로부터 지속적인 중금속 용출이 일어나고 있었다. 안정화제를 첨가한 3 개의 시험구 중, 석회석 3% + 제강슬래그 2%를 안정화제로 사용한 시험구의 용출 저감효과가 가장 뛰어나 20 일 이후부터는 구리와 납 모두 용출되지 않았다. 시험구에 벼를 재배하여 부위별 중금속 농도를 분석한 결과, 벼의 성장에 따른 토양으로부터 구리와 납의 식물전이는 뿌리가 가장 높았고, 잎(줄기포함), 쌀알 순이었다. 안정화제를 첨가한 시험구의 경우, 무처리 시험구보다 단위중량당 구리, 납의 식물전이량이 75% 이상 감소하였다. 연구 결과 석회석과 제강슬래그를 혼합한 안정화제 첨가에 의해 오염토양으로부터 구리, 납의 용출이 감소할 뿐 아니라, 재배하는 식물로의 전이량도 대폭 저감하는 것으로 나타났다.

• 한국토양비료학회지
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• 제45권6호
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• pp.1049-1057
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• 2012

본 연구는 메탄생성에 직접적으로 관여하는 혼합 메탄균과 셀롤로스 등의 고분자 물질의 가수분해 반응에 활성이 뛰어난 반추위 내 혐기성 섬유소분해균 중에서 대표적인 Fibrobacter succinogenes, Ruminococcus flavefaciens 및 Ruminococcus albus를 biochemical methane potential (BMP) 시험에 첨가하였을 때 메탄 발생에 미치는 영향을 조사하고자 수행되었다. BMP시험은 멸균증류수를 첨가한 control과 각각의 미생물 배양액을 첨가한 혼합 메탄균 첨가구 (M), F. succinogenes 첨가구 (FS) R. flavefaciens 첨가구 (RF), R. albus 첨가구 (RA) 및 RA+FS 혼합첨가구와 M+RA+FS 혼합 첨가구로 총 7개 처리구로 각 처리구별 3반복으로 진행되었다. 미생물 배양액의 첨가량은 식종액과 양돈슬러리에 1% (0.5 mL), 3% (1.5 mL) 및 5% (2.5 mL) 씩 첨가 하였다. BMP 시험을 위해 60일간 배양이 지속되었고 중온소화를 위해 $38^{\circ}C$의 배양기에서 수행되었다. 실험의 결과 총 바이오가스 발생량은 5% RF와 RA+FS가 대조구에 비하여 8.1 및 8.4%로 가스발생량이 유의적으로 높았다(p<0.05). 메탄발생량은 3% 미생물 배양액 첨가구 중 M+RA+FS를 제외하고 대조구에 비하여 증가시키는 경향을 보였으며, 5% 배양액을 첨가하였을 때는 대조구에 대하여 5%의 M, FS, RF, RA, RA+FS, 및 M+RA+FS RF가 각각 12.1, 12.6, 17.3, 13.7, 17.9 및 14.7%로 메탄가스발생량을 증가시켰다 (p<0.05). TS 및 VS 분해율은 가스발생량과는 관계없이 모든 처리구에서 미생물 배양액의 첨가량이 증가하더라도 차이가 없었다. BMP 종료시 배양액내 pH는 모든 처리구가 7.527~7.657의 범위로 메탄발효에 큰 영향을 주지 않았다. 결론적으로, 본 실험에서는 양돈 슬러리의 성분특성으로 인해 가수분해단계와 메탄생성단계 모두에 첨가한 미생물 배양액이 효과가 있었으나, 5% 첨가수준을 제외하고 낮은 첨가수준에서는 첨가효과가 나타나지는 않았다.

• 대한환경공학회지
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• 제28권4호
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• pp.438-446
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• 2006

팔당호 경안천 하류 정체수역에서 퇴적물 인 용출 저감을 위한 capping 소재를 개발하고자 실험실 규모의 batch test를 수행하였다. 조사지역 퇴적물 평균 입도는 7.7 ${\phi}$로 매우 세립하고, 유기탄소 함량은 2.4%로 매우 높게 나타났다. 최적의 capping 소재 선정을 위한 인 용출 실험을 위해 150 L 반응기 5개에 모래층, powder-gypsum($CaSO_4{\cdot}2H_2O$), granule-gypsum, 복합층(gypsum+sand)로 capping을 한 경우와 control을 45일간 비교 평가하였다. 모래로 capping할 경우, 퇴적물로부터 용출되는 인을 약 50% 차단 가능한 것으로 나타났다. 그러나 모래층 1 cm로는 $CH_4$ gas 발생으로 인한 퇴적물의 재부유와 유기물 분해에 의한 수층 용존산소 감소(3 mg/L 이하)를 초래하는 것으로 나타났다. 따라서 모래로 capping을 할 경우에는 모래층이 더 높아져야 할 것으로 판단된다. powder-Gypsum과 granule-Gypsum은 80% 이상의 인 용출 저감 효과를 보였으나 수층 ${SO_4}^{2-}$ 농도가 증가되어 상수원보호구역에 적용하기 어려운 것으로 나타났다. 따라서 ${SO_4}^{2-}$의 용해도를 감소시키기 위해 Fe-Gypsum, $SiO_2$-gypsum 소재를 개발하였다. powder-Gypsum은 물과 결합시 경화되어 퇴적물 층위에 공극이 전혀 없는 차단막을 만들기 때문에 gypsum 층에 crack이 생길 경우, $CH_4$ gas 발생으로 인한 인 용출이 한꺼번에 일어날 수 있다. 복합층(granule-Gypsum+sand(1 cm))으로 capping을 할 경우, 인 용출 차단 효과가 높을 뿐만 아니라, ${SO_4}^{2-}$ 농도 역시 powder-Gypsum, granule-Gypsum 보다 수층으로 용출이 적어 상수원보호구역에 적합한 것으로 나타났다. Gypsum으로 capping을 할 경우, 빠른 초기속성작용(early diagenesis)과 ${SO_4}^{2-}$ 농도가 퇴적물에 충분히 공급되어 SRB(sulfate reducing bacteria)의 활성이 높아져 methanogensis의 진행을 저하시킬 수 있는 것으로 나타났다.

• 한국미생물·생명공학회지
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• 제26권5호
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• pp.435-441
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• 1998

Red beet(Beta vulagris L.) 모상근의 회분배양을 이용한 천연색소인 betacyanin 생산 최적화를 위해 광도, C/N ratio, 인산의 농도를 각각 변화시켜 세포생육과 색소 생산성에 관한 동력학적 분석을 실시했다. 광도변화에 따른 배양 결과 3 klux의 경우 0.3(1/day)의 최대 비 생육속도와 0.11(mg/g-dry cell/day)의 최대 비 생산속도 그리고 14 k1ux에서 0.242(1/day)의 최대 비 생육속도와 0.125(mg/g-dry cell/day)의 최대 비 생산속도를 나타냈다. 광도와 균체의 생육관계를 검토한 결과 광도에 따른 세포 생육은 photoinhibition model이 적용됨이 확인되었다. Red beet 모상근으로부터 betacyanin의 생산은 partially growth related process임이 입증됐다. 이에 따른 세포당 최대 betacyanin 생산을 나타내는 $\alpha$는 0.3756 (mg/cell)이며, 최대 생산속도를 나타내는 $\beta$는 0.001 (mg/g-cel1/day)로 측정됐다. C/N ratio에 따른 실험결과 42.1(w/w)에서 0.26(1/day)의 최대 비생육 속도를 나타내었으나 최대 비 생산속도는 31.6(w/w)에서 0.075(mg/g-cell/day)를 나타냈다. 인 농도에 대한 균체의 생육 및 물질 생산성의 관계를 검토한 결과 1.25mM에서 0.31(1/day)의 비생육 속도와 0.134(mg/g-dry cell/day) 비생산 속도를 나타내었다. 최적 조건을 결정하기 위한 response surface methodology(RSM)결과 세포 생육과 betacyanin의 최대 생산을 위한 최적 광도는 5.5 (klux),최적 C/N ratio와 인의 농도는 27(w/w), 1.25 (mM)로 결정됐다. 그리고 0.1 $\mu$M kinetin 첨가시 대조구에 비해 비생산성이 0.085(mg/g-dry cell/day)로 증가함이 입증됐다. Normal조건과 optimum조건의 비교결과 세포의 농도인 X(g-dry wt./L)가 8와 16, betacyanin의 생산량인 P(mg/L)가 4.48과 12.5, 그리고 optimum 조건에서 최대비 생육속도인 $\mu$$_{max}$ 가 0.375와 그리고 최대비 생산속도인 q$^{max}$ $_{p}$ 는 0.134로 약 2배로서 최적화가 되었다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제12권1호
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• pp.529-536
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• 2011

본 연구는 수돗물과 SWRO 생산수의 수질 특성을 분석하여 SWRO 생산수가 지닌 강한 부식성을 확인하였으며, 이를 근거로 해수담수화 시설의 유지관리 및 부식제어를 목표로 진행되었다. 연구 초기 과정에서는 철 시편(mild steel coupon)에 대한 회분식 실험(Batch test)과 전기화학 실험을 통해 수돗물과 SWRO 생산수의 부식성을 비교하였다. SWRO 생산수의 부식성 제어를 위한 수단으로써 액상소석회(liquid lime, $Ca(OH)_2$)와 이산화탄소(Carbon Dioxide, $CO_2$)를 주입하는 방법과 액상소석회와 인산염계 부식억제제(Phosphate Corrosion Inhibitor, $P_2O_5$)의 조합에 이산화탄소를 주입하는 두 가지 방법을 비교하였다. 실험을 통한 각 수질의 평가는 부식성 평가 지수인 LSI(Langelier Saturation Index)를 통해 비교하였고 그 결과를 통해 액상소석회와 인산염계 부식억제제의 최적 주입량을 선정하여 모의배관 실험(Loop system test)에 적용하였다. 모의배관 운전 평가 후 장착된 금속배관(steel pipe)은 내부의 스케일에 대한 기기분석(SEM, EDX, XRD) 평가를 수행하여 형성물의 주성분과 산화상 및 원소 함류량을 비교 할 수 있었다. 실험 결과, SWRO 생산수에 부식제어기술을 적용하지 않은 대조군과 비교하여 적정량의 단일 액상소석회를 주입한 경우 평균 97.4%의 높은 부식억제 효과를 나타내었고, 액상소석회 와 부식억제제 조합이 주입된 경우 평균 90.9%의 부식억제 효과를 나타냈다. 모의배관 실험 과정 중 금속배관 내부에 형성된 스케일은 대조군의 경우 주로 철 산화물인 반면, 실험군의 경우 탄산칼슘($CaCO_3$) 피막이 형성되어 부식방지에 효과적임을 확인하였다.

• 대한환경공학회지
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• 제22권12호
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• pp.2197-2204
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• 2000

리그닌은 펄프나 제지공장에서 나무의 화학적 처리를 하는 과정에서 생성되는 주요한 부산물이다. 이런 리그닌은 난분해성 물질로서 제지폐수의 생물학적 처리에 어려움을 초래하며, 특히 함량이 높을 경우 혐기성 소화에서 억제(inhibition) 물질로 작용하는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 회분실험을 통하여 혐기성 소화에서 온도와 혐기성 소화 슬러지의 양에 따른 고분자 활엽수 리그닌(lignosulfonate, MW $\geq$ 20,000)의 영향을 관찰하였다. 고분자 활엽수 리그닌은 혐기성 소화 초기에는 메탄생성에 강한 억제작용을 하였으나 일정한 시간이 지난 후에는 이런 억제작용은 사라지고 메탄생성이 정상적으로 이루어졌다. 즉, 고분자 활엽수 리그닌은 aceticlastic methanogen에 대해 bacteriocidal 작용보다는 bacteriostatic 물질로서 작용하였다. 리그닌이 첨가되지 않은 대조군의 경우에는 메탄생성이 10일간 이루어지는데 반하여 1.3%, 2.6%와 3.9%의 리그닌이 첨가된 경우에는 같은 양의 메탄올 생성하는데 각각 14.5일, 17.8일 과 21.1일이 소요되었다. 2.6%의 리그닌을 첨가한 경우 초기 8일간은 $30^{\circ}C$ 조건에서의 메탄생성속도가 가장 컸으나 12일째부터 $40^{\circ}C$에서의 메탄생성속도가 급속히 증가하여 14일 후에는 총 메탄생성량이 $30^{\circ}C$를 초과하였다. 그러나 $50^{\circ}C$에서는 줄곧 메탄생성이 거의 이루어지지 않았다. 즉, aceticlastic methanogen에 대한 리그닌의 억제작용을 중온 (mesophilic)보다 고온(thermophilic)에서 더 컸다. 리그닌에 의한 이런 억제작용은 또 리그닌의 양(L)과 초기 혐기성 소화슬러지의 농도(AnS)의 비와 중요한 관계가 있었다. L/AnS의 비가 작으면 작을수록 이런 억제작용은 감소되는 것으로 나타났다. 그리고 본 실험에서 고분자 활엽수 리그닌의 분해와 탈색은 이루어지지 않았다.

• 자원환경지질
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• 제43권4호
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• pp.305-314
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• 2010

제강슬래그와 석회석을 이용하여 비소로 오염된 농경지 토양으로부터 비소 용출을 안정화 시키는 배치 및 대형 칼럼 실험을 실시하여, 제강슬래그와 석회석이 토양 내 비소안정화에 효과적으로 사용될 수 있음을 입증하였다. 토양의 비소 농도가 토양오염우려기준 농도의 약 2배(12.3 mg/kg)인 전남 광양 주변 초남광산 주변에 위치한 밭토양을 대상으로 안정화 실험을 실시하였으며, 안정화제로 사용한 제강슬래그 이화학분석 결과 비소 공침 효과가 높은 Ca, Fe, Al, Mg 산화물 함량이 70% 이상을 차지하는 것으로 나타났다. 안정화제 종류별 비소 용출 저감 효과를 규명하고 최적 안정화제 주입 비율을 선정하기위한 배치실험을 실시하였다. 오염토양 대비 석회석(또는 제강슬래그)의 첨가 비율을 1, 2, 3% 로 설정하여 비소 용출 저감 효율을 규명하는 실험을 실시하였으며, 석회석과 제강슬래그를 다양한 비 율로 혼합한 혼합안정화제도 실험에 사용하였다. 배치실험 결과 오염토양으로부터 용출되는 비소 농도는 1% 와 3% 석회석 첨가에 의해 안정화제를 첨가하지 않은 오염 토양의 비소 용출 농도 대비 각각 51%, 62% 감소하였다. 1%와 3% 제강슬래그를 오염토양에 첨가한 경우 비소 용출 농도는 각각 46%, 52% 감소하였다. 석회석 1%+제강슬래그 1%, 석회석 1%+제강슬래그 2%, 석회석 2%+제강슬래그 1%를 첨가하여 실험한 경우, 비소 용출농도는 각각 63%, 62%, 72% 감소하였다. 비소 용출 농도 및 용출 누적량을 계산하여 안정화공법에 의한 비소 오염 토양의 장기적 안정화를 예측하고자 인공강우에 의한 연속 용출 실험을 실시하였다. 배수시스템 및 격자형의 하부 스크린이 설치된 직경 15 cm, 높이 100 cm 의 대형 아크릴 칼럼을 제작하였으며, 용출시험 결과로부터 비소 용출 저감 효과가 뛰어난 석회석 2%+제강슬래그 1%를 혼합하여 연속 칼럼 실험의 안정화제로 사용하였다. 안정화제를 첨가하지 않은 칼럼의 경우 인공강우에 의한 비소 용출 농도는 시간이 지남에 따라 약 $50-80\;{\mu}g/L$ 를 유지하였다. 2% 석회석과 1% 제강슬래그를 오염토양과 혼합한 칼럼의 경우 비소 용출 농도는 1년 이내에 80% 이상 감소하였으며, 지하수 생활용수기준치인 $50\;{\mu}g/L$ 보다 낮게 나타나 오염토양으로부터의 비소의 안정화 효과는 매우 높은 것으로 나타났다. 석회석과 제강슬래그의 비소 안정화 기작을 규명하기위해 석회석과 제강슬래그를 3가비소(arsenite) 용액과 혼합하여 반응시 켜 공침된 광물 결정에 대하여 SEM/EDS 분석을 실시한 결과 방해석($CaCO_3$) 이외에 포틀랜다이트(portlandite)와 칼슘-비소 산화물(Ca-As-O 계열)이 추가로 생성된 것으로 나타났으며, 이러한 추가 생성 광물에 의한 비소 포획이 주요 비소 고정 기작인 것으로 나타났다.

• Journal of Animal Science and Technology
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• 제50권4호
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• pp.561-572
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• 2008

다양한 조건하에서 가축분뇨처리공정을 운전하면서 각 자동제어 인자의 반응을 분석하고 ORP, DO, pH(mV)-time profile를 이용한 자동제어 신뢰성을 평가하였다. 또한 무산소 조건에서의 잔존 유기물 및 미생물 자기산화에 의한 탈질율을 고려한 적정 외부탄소원 공급량 지표를 파악하였다. 실험은 45L의 유효용적을 지닌 실험실 규모의 SBR 공정을 이용하여 수행되었다. ORP-와 pH(mV)-, DO-time profile 상에서 완전질산화를 의미하는 NBP가 뚜렷하게 발현하던 중 NH4-N의 낮은 부하와 고농도 NOx-N 함유 폐수의 유입 및 불충분한 무산소 조건 제공이 이루어졌을 때 ORP-와 DO-time profile 상에서 NBP가 사라지기 시작하였으며 NOx-N의 지속적인 증가에 의해 ORP 값의 민감성이 둔화되기 시작하였다. 그러나 pH(mV)-time profile은 항상 일정한 변화패턴을 유지하면서 암모니아성 질소의 완전 질산화가 이루어졌을 때 뚜렷한 NBP를 발현하였다. NOx-N/NH4-N의 비가 80:1 수준까지 높아지는 조건하에서도 pH(mV)- time profile상에서의 이러한 안정적 NBP의 발현은 지속되었으며 발현되는 NBP는 MSC(Moving Slope Change)의 변화 패턴을 추적함에 의해 인식되도록 프로그램 할 수 있었다. pH(mV)-time profile에서의 NBP의 발현과 MSC를 이용한 자동제어시점 인식은 반응조내 NOx-N 농도가 무려 300mg/L 이상의 수준에서도 안정적이었다. 유기물 농도에 따른 자동제어 인자의 반응을 분석한 시험에서도 반응조내 유기물의 농도가 STOC 기준 약 10,000mg/L 수준으로 증가함에도 불구하고 pH(mV)-time profile 상에서의 이러한 NBP 발현은 지속되었으며 고농도 유기물 축적 하에서도 동일한 자동제어 알고리즘이 이용될 수 있음을 알 수 있었다. 잔존 유기물과 미생물 자기산화에 의한 탈질율은 약 0.4mg/L.hr로 분석되었으며 안전지수 0.1을 도입하여 산출된 NOx-N 기준 적정 외부탄소원 공급량은 0.83 STOC/NOx-N으로 파악되었다.