혐기성 암모늄산화(ANAMMOX)는 고농도 질소폐수를 처리하기 위한 획기적인 공정이다. 본 연구에서는 고농도 암모늄 및 유기물을 함유한 고농도 폐수를 ANAMMOX 공정을 이용하여 처리하는 동안 일어나는 유기물질의 산발효, 탈질, 황화합물의 환원 및 hydroxyapatite에 의한 인의 결정화에 대하여 연구하였다. 또한, ANAMMOX 공정의 중간생성물인 hydroxylamine과 hydrazine의 기능을 조사하였다. 연구결과, 돈사폐수의 혐기성 암모니아산화 반응과 함께 다양한 복합반응이 일어나며, hydroxylamine과 hydrazine은 ANAMMOX 반응에 중요한 역할을 하는 것으로 나타났다.
We investigated the anaerobic ammonium oxidation (anammox) reaction in a lab-stale upflow anaerobic sludge blanket (UASB) reactor. Our aim was to detect and enrich the organisms responsible for the anammox reaction using a synthetic medium that contained low concentrations of substrates (ammonium and nitrite). The reactor was inoculated with granular sludge collected from a full-scale anaerobic digestor used for treating brewery wastewater The experiment was performed during 260 days under conditions of constant ammonium concentration ($50\;mg\;NH_4^+-N/L$) and different nitrite concentrations ($50{\~}150\;mg\;NO_2-N/L$). After 200 days, anammox activity was observed in the system. The microorganisms involved in this anammox reaction were identified as Candidatus B. Anammoxidans and K. Stuttgartiensis using fluorescence in situ hybridization (FISH ) method.
The activity of anaerobic ammonium oxidation (ANAMMOX) immobilized in synthetic media (Poly Ethylene Glycol, PEG) and granular form was evaluated comparatively to investigate the effect of influent nitrogen concentration and exposure of oxygen. In ANAMMOX granule reactor, when concentration of influent total nitrogen increased to 500mg/L, removal efficiency of ammonium, nitrite and nitrate were shown to 90.5±6.5, 96.6±4.9, and 93.2±6.1%, respectively. In the case of the PEG gel, it showed lower nitrogen removal performance, resulting in that the removal efficiency of ammonium, nitrite and nitrate were shown to 83.3±13.0, 96.4±6.1, and 90.3±7.5%, respectively. In second step, when exposed to oxygen, the nitrogen removal performance in the ANAMMOX granule reactor also remained stable, but the activity of PEG gel ANAMMOX was found to be inhibited. Consequently, the PEG gel ANAMMOX was a higher sensitivity than that of granular ANAMMOX with two variables applied in this study.
The anaerobic ammonium oxidation (ANAMMOX) from substrates with various $NO_2-N$ and $NH_4-N$ concentationes, which were generated from piggery waste was accomplished by using anaerobic granular sludge as seeding sludge. As the result of operation, when $NO_2-N/NH_4-N$ ratios of ANAMMOX influent were 0.6~1.5, $NO_2-N/NH_4-N$ removal ratios were exhibited 1.19~2.07 (average 1.63). The higher influent $NO_2-N/NH_4-N$ ratios resulted in higher $NO_2-N/NH_4-N$ removal ratios by ANAMMOX. It means that $NO_2-N$ concentration is very important factor in ANAMMOX. Specific ammonium removal rate was constantly as $0.03{\sim}0.04gNH_4-N/g$ VSS-day at $35^{\circ}C$ while it was $0.01gNH_4-N/g$ VSS-day at $20{\sim}30^{\circ}C$. Thus, in order to reduce the effluent N concentration, either an increase of ANAMMOX reactor HRT or more biomass accumulation at the optimal temperature can be considered.
Anaerobic ammonium oxidation with nitrite to $N_2$(anammox) is a recently discovered microbial reaction with interesting potential for nitrogen removal from wastewater. Here we investigated the microbial community structure in the sequencing batch reactor(SBR) with an anammox activity. The SBR was optimized for the enrichment of a very slowly growing microbial community and showed that possibility of anaerobic ammonium oxidation. Fluorescence in situ hybridization(FISH) analysis revealed that anaerobic ammonium oxidizers were Candidatus Brocadia anammoxidans and Candidatus Kuenenia stuttgartiensis. Furthermore, Nitrosomol1as spp. of the ${\beta}$ -subclass of Proteobacteria was also present within the anaerobic SBR microorganisms.
The purpose of this work was to evaluate the development of the anammox process by the use of granular sludge selected from a digestion reactor as a potential seed source in a lab-scale UASB (upflow anaerobic sludge blanket) reactor system. The reactor was operated for approximately 11 months and was fed by synthetic wastewater. After 200 days of feeding with $NH_4^+\;and\;NO_2^-$ as the main substrates, the biomass showed steady signs of ammonium consumption, resulting in over 60% of ammonium nitrogen removal. This report aims to present the results and to more closely examine what occurs after the onset of anammox activity, while the previous work described the start-up experiment and the presence of anammox bacteria in the enriched community using the fluorescence in situ hybridization (FISH) technique. By the last month of operation, the consumed $NO_2^--N/NH_4^+-N$ ratio in the UASB reactor was close to 1.32, the stoichiometric ratio of the anammox reaction. The obtained results from the influent-shutdown test suggested that nitrite concentration would be one key parameter that promotes the anammox reaction during the start-up enrichment of anammox bacteria from granular sludge. During the study period, the sludge color gradually changed from black to red-brownish.
Nitrogen removal with the combined SHARON (Single reactor system for high ammonium removal over nitrite)ANAMMOX (Anaerobic ammonium oxidation) process using the effluent of ADEPT (Anaerobic digestion elutriated phased treatment) slurry reactor with very low C/N ratio for piggery waste treatment was investigated. For the preceding SHARON reactor, ammonium nitrogen loading and removal rate were $0.97kg\;NH_4-N/m^3_{reactor}/day$ and $0.68kg\;NH_4-N/m^3_{reactor}/day$ respectively. In steady state, bicarbonate alkalinity consumption for ammonium nitrogen converted to $NO_2-N$ or $NO_3-N$ was 8.4 gram per gram ammonium nitrogen. The successive ANAMMOX reactor was fed with the effluent from SHARON reactor. The loading and removal rate of the soluble nitrogen defined as the sum total of $NH_4-N$, $NO_2-N$ and $NO_3-N$ in ANAMMOX reactor were $1.36kg\;soluble\;N/m^3_{reactor}/day$ and $0.7kg\;soluble\;N/m^3_{reactor}/day$, respectively. The average $NO_2-N/NH_4-N$ removal ratio by ANAMMOX was 2.41. Fluorescence in situ hybridization (FISH) analysis verified that Candidatus Kuenenia stuttgartiensis were dominate, which means that they played an important role of nitrogen removal in ANAMMOX reactor.
ANAMMOX (Anaerobic ammonium oxidation) reactor, which was cultivated ANAMMOX bacteria in mesophilic condition ($35^{\circ}C$), was operated to investigate the effects of temperature. In $20{\sim}30^{\circ}C$ of operation condition, which was assumed as field-temperature, total N removal and $NH_4-N$ removal rate were declined from about 2.50 and $1.27kg\;N/{m^3}_{reactor}-day$ (0.06 and 0.03 kg N/kgVSS/day) to 1.62 and $0.41kg\;N/{m^3}_{reactor}-day$ (0.04 and 0.01 kg N/kgVSS/day), In this range of temperature, ANAMMOX had very low activities but acid fermentation bacteria and denitrifiers, which were competitors of substrates, had high activities relatively. Though operation temperature was higher than inhibition condition for two months, ANAMMOX activities could not been recovered once they were inhibited by low temperature. This fact was resulted from very slow doubling time of ANAMMOX bacteria. This study shows that maintenance device of optimal temperature is necessary required in field application of ANAMMOX.
도시화와 산업화로 인해 하수처리장으로 유입되는 하수 내 질소 농도가 증가함에 따라 부영양화 발생, 수생태계에 독성을 미치는 등의 악영향의 정도 또한 증가하고 있다. 고농도의 질소가 포함된 하수를 처리하기 위해 생물학적 질소 제거 공정에 대한 연구가 다방면으로 진행되고 있다. 기존의 생물학적 질소 제거 공정에 있어 산소공급과 외부탄소원 보충에 따른 상당한 비용이 요구된다. 이러한 측면에서 경제적인 개선이 이루어진 고도의 질소 제거 공정이 요구됨에 따라 최근 기존의 질산화·탈질 공정 보다 효율적이고 경제적인 혐기성 암모늄 산화 공정(ANaerobic AMMonium OXidation, ANAMMOX)이 제안되었다. 본 연구에서는 수처리공정에서의 ANAMMOX 공정의 안정성을 확인하고, Mainstream ANAMMOX 공정구현을 위한 암모니아성 질소(NH4+) 대비 아질산성 질소(NO2-) 비율을 도출하는데 목적이 있다. 선행연구에서 제시된 기질비율을 바탕으로 산정한 비율을 적용해 실험실 규모의 Mainstream ANAMMOX 반응조를 운전하였다. Initial 구간에서 NH4+ 제거효율은 58~86%, 평균 제거효율은 70%였다. Advanced 구간에서 NH4+ 제거효율은 94~99%, 평균 제거효율은 95%였다. 연구 결과 NH4+/NO2- 비율이 증가함에 따라, Mainstream ANAMMOX 공정의 안정성이 확보되어 NH4+ 제거효율 및 총질소(TN) 제거효율이 증가하는 경향을 확인할 수 있었다. 결과적으로, 본 연구결과는 이후 수처리공정에서의 ANAMMOX 공정 적용과 공정 안정성 확보에 있어 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 보인다.
The combined SHARON (Single reactor system for High ammonium Removal Over Nitrite)-ANAMMOX (Anaerobic ammonium oxidation) reactor were operated in mesophilic condition ($35^{\circ}C$). In this study, microbial granulation and characteristics of SHARON and ANAMMOX sludges were investigated using settling test, Scanning Electron Microscopy (SEM) and Fluorescence In Situ Hybridization (FISH). In SHARON reactor, Aerobic granulation with diameter of 1.5~2.5 mm was accomplished but aerobic granulation was weaker than anaerobic granular sludge. Initial seed sludge of ANAMMOX reactor was used as attached media for biofilm growth. ANAMMOX sludge was more compact and rounder rather than seed sludge. Though ANAMMOX sludge has high activity, it has lower settling ability than the seed granule. The color of ANAMMOX sludge was changed from dark to redish brown granular with diameter of 1~2 mm. In FISH of ANAMMOX sludge, high fraction of Candidatus B. stuttgartiensis which paid great role of nitrogen conversion was detected. Also, FISH results reveals that ANAMMOX bacteria inhabit at inner parts near surface, having advantages in utilization of substrates and protection from oxygen inhibition.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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