• Environmental Engineering Research
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• 제11권3호
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• pp.127-133
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• 2006

Aerobic floc-like sludge was formed in a batch reactor and the effect of cations on the formation of aerobic floc-like sludge was studied. In order to enhance the formation (rate) of aerobic floc-like sludge, cations such as $K^+$, $Na^+$, $Ca^{2+}$, and $Mg^{2+}$ were added to the seed sludge. It was found that $Ca^{2+}$ had positive effect on the formation of floc-like sludge, as measured by sludge volume index (SVI) for settle ability. The formation of floc-like sludge was confirmed by the microscopic observation after DAPI staining. The scattered forms of sludge samples at the initial stage became aggregated to form floes after $Ca^{2+}$ addition. To ensure the functions of sludge floes in a treatment plant, the gradient of ionic species around the surfaces of floc-like sludge was monitored by ion selective microelectrodes for ${NH_4}^+,\;{NO_3}^-$, and pH. The effective concentration of $Ca^{2+}$ ion to form floc-like sludge was determined to be 750 mg/L (0.15 mg $Ca^{2+}/mg$ MLSS). Under the effective $Ca^{2+}$ condition, the SVI value was the lowest and large distribution of nitrifying bacteria at the outer surface was observed in the aerobic floc-like sludge. From the results, it was found that the calcium ion functioned as an agent for the formation of aerobic floc-like sludge, resulting in the enhanced nitrification.

• 상하수도학회지
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• 제28권2호
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• pp.161-170
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• 2014

It is essential to decrease energy consumption and excess sludge to economically operate sewage treatment plant. This becomes more important along with a ban on sea dumping and exhaustion of resource. Therefore, many researchers have been study on energy consumption reduction and strategies for minimization of excess sludge production from the activated sludge process. The aeration cost account for a high proportion of maintenance cost because sufficient air is necessary to keep nitrifying bacteria activity of which the oxygen affinity is inferior to that of heterotrophic bacteria. Also, additional costs are incurred to stabilize excess sludge and decrease the volume of sludge. There were anoxic, aerobic, membrane, deairation and concentration zone in this MBR process. Continuous aeration was provided to prevent membrane fouling in membrane zone and intermittent aeration was provided in aerobic zone through ammonia sensor. So, there was the minimum oxygen to remove $NH_4-N$ below limited quantity that could be eliminated in membrane zone. As the result of this control, energy consumption of aeration system declined by between 10.4 % and 19.1 %. Besides, we could maintain high MLSS concentration in concentration zone and this induced the microorganisms to be in starved condition. Consequentially, the amount of excess sludge decrease by about 15 %.

• 대한환경공학회지
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• 제31권10호
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• pp.855-864
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• 2009

본 연구에서는 질산화 반응이 활발히 진행되고 있는 기존 하수처리장 슬러지를 이용하여 3개월 이상 농축 배양한 후에 부착 및 부유성장 상태로 적응시킨 질화균을 이용하여 독성물질에 대한 영향을 조사하였다. 본 실험의 목적은 부유 및 부착성장 질화균을 이용하여 이들의 비표면적에 따른 독성물질의 영향을 상호비교하기 위한 것이다. 이를 위하여 부유 및 부착상태의 농축 질화균의 비표면적을 다르게 하여 각각에 대한 독성물질의 영향을 조사하였다. 연구 결과 부착성장 질화균 및 부유성장 질화균의 경우 비표면적이 클수록 독성에 대한 영향을 더 많이 받는 것으로 나타났다. 부착상태와 탈착상태의 질화균을 사용한 실험에서, 독성물질에 대한 영향은 탈착상태보다 부착상태에서 독성의 영향을 적게 받았으며, Nitrosomonas의 경우에는 1.12배, Nitrobacter의 경우에는 1.09배 독성의 영향을 적게 받았다. 부유성장 질화균을 사용한 경우에는 분쇄 전보다 분쇄 후에 독성의 영향을 더 크게 받았으며, Nitrosomonas의 경우에 1.46배, Nitrobacter의 경우에 1.35배 독성의 영향을 적게 받았다. 또한, 기질에 아질산염을 주입하지 않고 실험한 결과에서도 유사한 결과를 얻었다. 부착상태와 탈착상태의 질화균을 사용한 실험에서, 독성물질에 대한 영향은 탈착상태보다 부착상태에서 독성의 영향을 적게 받았으며, Nitrosomonas의 경우에는 1.83배, Nitrobacter의 경우에는 1.78배 독성의 영향을 적게 받았다. 부유성장 질화균을 사용한 경우에는 분쇄 전보다 분쇄 후에 독성의 영향을 더 크게 받았으며, Nitrosomonas의 경우에 1.27배, Nitrobacter의 경우에 1.32배 독성의 영향을 적게 받았다.

• 한국물환경학회지
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• 제26권1호
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• pp.96-103
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• 2010

In this work, the presence of nitrification biochemical oxygen demand (NBOD) frequently occurred in the sewer outflow in winter season was analysed by the COD fraction methods using the respirometry and process simulations with real operation data measurements and analysis. The activated sludge models applied in this process simulation were based on the ASM No.2d temp. models, published by International Association on Water Quality (IAWQ). The ASM No.2d model is an extension of the ASM No.2 model and takes into account of carbon removal, nitrification, denitrification and phosphorus removal. The denitrifying capacity of phosphorus accumulating organisms has been implemented in the ASM No.2d model because experimental evidence shows that some of the phosphorus accumulating organisms can denitrify. It was shown that the concentrations of autotrophs (X_AUT) in the secondary clarifier and the $NH_4-N$ of T-N increased in the presence of NBOD measurements. Because of the low temperature (average $8^{\circ}C$) and possible operational troubles, the outcoming autotrophs exhausted oxygen in the process of nitrifying $NH_4-N$.

• Biotechnology and Bioprocess Engineering:BBE
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• 제7권5호
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• pp.316-322
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• 2002

A newly isolated heterotrophic marine bacterium, Vibrio alginolyticus, was used to remove a high load of ammonia gas under non-sterile condition. The cells were inoculated onto an inorganic packing material in a fixed-bed reactor (biofilter), and a high load of ammonia, in the range of ammonia gas concentration of 170 ppm to 880 ppm, was introduced continuously. Sucrose solution and 3% NaCl was supplied intermittently to supplement the carbon source and water to the biofilter. The average percentage of gas removed exceeded 85% for 107-day operation. The maximum removal capacity and the complete removal capacity were$19\;g-N\;kg^{-1}$ dry packing material $day^{-1}$ and $16\;g-N\;kg^{-1}$ dry packing material $day^{-1}$, respectively, which were about three times greater than those obtained in nitrifying sludge inoculated onto the same packing material. On day 82, the enhanced pressure drop was restored to the normal one by NaOH treatment, and efficient removal characteristics were later observed. During this operation, the non-sterile condition had no significantly adverse effect on the removability of ammonia by V. alginolyticus.

• 한국환경과학회지
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• 제20권1호
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• pp.49-59
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• 2011

The effect of the variation of aeration time on the microorganisms was investigated in sequencing batch reactor (SBRs). The cycling time in four SBRs was adjusted to 12 hours and then included different aerobic times as 1 hr, 2.5 hr, 4 hr and 5.5 hr, respectively. Four SBR systems have been operated and investigated for over 40 days. As the increase of aeration time, the consumption of glycogen within sludge at the 1st non-aeration time a little bit was increased and the production of glycogen at the aeration time was increased. Also, the produced PHB amounts and PHB production rate at the 1st non-aeration time were increased as the decrease of aeration time, which showed the activation of the phosphorus removal. The ratios of nitrifying microorganisms' number and GAOs to the total microorganisms' number in SBRs was decreased as the decrease of the aeration time, however, the PAOs ratio was almost constant irrespective of the variation of aeration time.

• 미생물학회지
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• 제47권1호
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• pp.56-65
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• 2011

돼지 도축폐수를 처리하는 Rotating Activated Bacillus Contactors (RABC) 공정의 세균군집 특성을 파악하기 위하여 그람양성세균수와 총세균수를 계수하여 기존 고도폐수처리공정인 A2O (Anaerobic-Anoxic-Oxic) 공정과 비교하였다. RABC 공정의 생물막 세균군집구조는 비배양기법인 16S rDNA 염기서열결정법을 이용하여 분석하였다. RABC 공정의 총세균수에 대한 그람양성세균수 비율은 생물막(32%)에 비해 최종포기조(1282%) 및 반송슬러지(958%)에서 현저히 증가한 반면, A2O 공정의 그람양성세균수 비율은 호기조(40%)와 반송슬러지(49%) 모두에서 상대적으로 훨씬 낮았다. 총 9개 문에 해당하는 92개의 클론이 검출되었으며, 이 가운데 최우점 집단은 Proteobacteria (64.1%)와 Actinobacteria (18.4)%로서 이들 2개 문이 전체의 82.5%를 차지하였다. 3번째로 많이 검출된 것은 내생포자형성세균집단이 속하는 Firmicutes (5.4%) 문이었다. 소량 검출된 나머지 6개 문은 Bacteroidetes (3.3%), Chlorobi (2.2%), Nitrospirae (1.1%), Chlorofleix (1.1%), Acidobacteria (1.1%), Fusobacteria (1.1%)의 순이었다. Proteobacteria 문 중에서는 Betaproteobacteria 강 34.8%, Alphaproteobacteria 강 26.1%로서 대부분을 차지하였고, Gammaproteobacteria 강은 3.2%이었다. 내생포자형성세균집단의 비율은 모두 19.4%로서, Firmicutes 문 5.4%와 Actinobacteria 문의 Intrasporangiaceae과 14.0%이었다. 질화세균 및 탈질세균과 관련된 클론 비율 6.5%, 인축적세균과 관련된 클론 비율 5.4%를 기록함으로써 무기영양소 및 악취 제거능력을 가진 세균집단이 RABC 생물막에 많이 서식하고 있음이 확인되었다.

• 대한환경공학회지
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• 제29권8호
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• pp.922-929
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• 2007

암모니아의 질산염으로의 산화는 2개의 산화과정으로 구분된다. 나이트로좀머나스(Nitrosomonas)에 의한 암모니아의 아질산염으로의 산화와 나이트로박터(Nitrobacter)에 의한 아질산염의 질산염으로의 산화이다. 아질산염 축적 과정을 거치는 질소의 제거는 포기를 위한 에너지의 절약, 탈질과정에서 투입되는 유기물의 절약 및 발생되는 슬러지의 양을 감소시킬 수 있는 다양한 장점들을 가지고 있다. 본 연구에서는 아질산염 축적의 조건들을 찾기 위해 막분리 장치를 장착한 생물분리막 반응조(MBR)가 사용되었다. 생물 분리막 반응조는 성장속도가 늦어 쉽게 유실되어질 수 있는 독립영양 질산화 박테리아를 반응조내 충분히 유지시키는데 중요한 역할을 한다. 반응조내 용존산소와 암모니아의 농도를 변화시키며 아질산염 축적의 영향인자들을 조사하였다. 연구의 결과로 반응조내 높은 암모니아 농도는 아질산염 축적을 시작하는데 매우 효과적이었으며, 이러한 효과는 반응조내 낮은 용존산소 농도가 동시에 존재할 시 더욱 강화되었다. 낮은 용존산소 농도 $c'_{O2}<0.3$ $mgL^{-1}$ $O_2$와 높은 암모니아 농도 $c_{NH3}=6.3\sim14.9$ $mgL^{-1}$ $NH_3N$에서 아질산염 축적율 74%에 달성될 수 있었다. 특히 아질산염 축적이 많은 연구자들이 제시하는 것처럼 생물막 반응조에서 뿐만 아니라, MBR 반응조에서도 일어날 수 있음을 밝힌 것은 본 연구의 중요한 성과라 할 것이다.

• 미생물학회지
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• 제52권2호
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• pp.166-174
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• 2016

호기적 조건에서 질산화와 탈질화를 동시에 진행하는 Alcaligenes faecalis NS13 균주를 분리하여 다양한 특성을 파악하였다. 이 균주는 $15-37^{\circ}C$ 온도에서 생장할 수 있으며 암모니움 산화율이 높고 고농도의 암모니움 환경에서도 생장이 저해되지 않고 초기 암모니움 농도 증가에 따라 제거량이 증가하였다. pH와 염분농도에 대해서도 내성 범위가 넓어 암모니움 산화가 영향을 받지 않았다. 질산화에 이어진 탈질화로 인해 질산염의 축적이 일어나지 않았으며 탈질화의 중간산물인 아산화질소는 미량 검출되었지만 배양 후 모든 질소 화합물을 측정한 결과 약 42.8%가 $N_2$로 전환된 것으로 추정되었다. 탈질화는 PCR 증폭을 통해서 탈질화에 관여하는 유전자 nitrate reductase gene, napA과 nitrous oxide reductase gene, nosZ의 존재로 뒷받침되었다. 또한 배지 내 질소의 46.4%가 NS13 균주로 동화되었기 때문에 폐수처리 시 질산화 및 탈질화 후에 슬러지로 처분한다면 실질적으로 89% 이상의 우수한 암모니움의 제거효과를 거둘 수 있을 것이다.

• Environmental Engineering Research
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• 제13권3호
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• pp.125-130
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• 2008

Free ammonia ($NH_3$-N) inhibition of nitrite-oxidizing bacteria (NOB) has been widely studied for partial nitrification (or nitrite accumulation) and denitrification via nitrite ($NO_2^-$-N) as a low-cost treatment of ammonium containing wastewater. The literature on $NH_3$-N inhibition of NOB, however, shows disagreement about the threshold $NH_3$-N concentration and its degree of inhibition. In order to clarify the confusion, a simple and cheap respirometric method was devised to investigate the effect of free ammonia inhibition of NOB. Sludge samples from an autotrophic nitrifying reactor were exposed to various $NH_3$-N concentrations to measure the maximum specific nitrite oxidation rate ($\hat{K}_{NO}$) using a respirometer. NOB biomass was estimated from the yield values in the literature. Free ammonia inhibition of nitrite oxidizing bacteria was reversible and the specific nitrite oxidation rate ($K_{NO}$) decreased from 0.141 to 0.116, 0.100, 0.097 and 0.081 mg $NO_2^-$-N/mg NOB h, respectively, as the $NH_3$-N concentration increased from 0.0 to 1.0, 4.1, 9.7 and 22.9 mg/L. A nonlinear regression based on the noncompetitive inhibition mode gave an estimate of the Inhibition concentration ($K_I$) of free ammonia to be 21.3 mg $NH_3$-N/L. Previous studies gave $\hat{K}_{NO}$ of Nitrobacter and Nitrospira as 0.120 and 0.032 mg/mg VSS h. The free ammonia concentration which inhibits Nitrobacter was $30{\sim}50\;mg$ $NH_3$-N/L and Nitrospira was inhibited at $0.04{\sim}0.08\;mg$ $NH_3$-N/L. The results support the fact that Nitrobacter is the dominant NOB in the reactor. The variations in the reported values of free ammonia inhibition may be due to the different species of nitrite oxidizers present in the reactors. The respirometric method provides rapid and reliable analysis of the behavior and community of the nitrite oxidizing bacteria.