초록 ▼

○ 연구결과
축산폐수의 효율적 처리와 최적 메탄 발생을 위하여 lab-scale 이단 혼합형 ASBF system의 구성에 있어서 이단화와 filter media에 대한 영향을 분석한 결과 이단화에 의한 상분리의 경우 COD 제거효율은 증가되었으며 과부하에 의한 실재의 경우 회복율이 빨랐으며 Pall fing을 1/2채운 ASBF 반응기가 가장 우수한 처리효율을 보였다. 축산폐수 처리를 위한 10 m³/d 규모의 full-scale 이단 혼합형 ASBF system에 대한 설계 자료를 확보하고 양돈농가 현장

○ 연구결과
축산폐수의 효율적 처리와 최적 메탄 발생을 위하여 lab-scale 이단 혼합형 ASBF system의 구성에 있어서 이단화와 filter media에 대한 영향을 분석한 결과 이단화에 의한 상분리의 경우 COD 제거효율은 증가되었으며 과부하에 의한 실재의 경우 회복율이 빨랐으며 Pall fing을 1/2채운 ASBF 반응기가 가장 우수한 처리효율을 보였다. 축산폐수 처리를 위한 10 m³/d 규모의 full-scale 이단 혼합형 ASBF system에 대한 설계 자료를 확보하고 양돈농가 현장에 설치하였으며 대량 배양된 암모니아 내성 혐기성 미생물과 축산폐수공동처리장 혐기성 소화조의 슬러지를 식종한 뒤 약 2개월에 걸쳐 시운전을 하였으나 혐기성 미생물은 아직도 순화단계에 있으며 정상운전까지는 몇 개월이 더 소요될 것으로 판단된다. 암모니아에 내성인 혐기성 미생물을 축산폐수 집수조와 하수슬러지 혐기성소화조 잉여슬러지를 식종원으로 하여 MCR(Master Culture Reactor)을 이용하여 회분식으로 선발하고 생리적 성장조건을 분석하였다. 분리도니 암모니아 내성 혐기성 미생믈은 대량배양하여 실증용 이단 혼합형 ASBF system에 식종하였다.
다양한 시료로부터 위에서 설명한 방법에 따라 무질소, 무탄소 영양상태에서 생육이 가능한 균주를 2차 선발하여 균주의 형태와 크기 및 현미경 관찰(heterocyst의 유무, 위치, trichome의 모양 및 길이, 분자의 유무)을 통하여 동정한 결과 filamentous form의 cyanobacteria 18종 (Genus : Anabaena, Nostoc, Calothrix, Sytonema, Cylindrosprum, Hepalosiphon) 및 unicellular form cyanobacteria 2종 (Genus : Syneochoccus, Gleothece)으로 나타났다. 균주의 생육에 따른 배지 내 인산 흡수능은 생육이 좋은 균주에서 높은 제거율을 보였고, 특히 Nostoc HN601, HN701 및 Anabaena HA 701은 배양 초기 5.3 mg/L에서 배양 후 12일에 거의 100%로 급속히제거하였고 이때 흡수속도는 0.44mg /L/day로 인산의 흡수능이 매우 우수한 것으로 나타났다. 분리․배양 균주(Nostoc HN601)를 이식할 때 처리한 뒤 상추를 수확하여 지상부 전체의 무게, 포기둘레, 그리고 단위 잎 면적 당 무게 등을 조사하였다. 가덕면 포장에서나 신촌동 포장에서나 동일한 방법으로 조사하였는데, 제재처리에 따라서는 상추의 생육에 미치는 영향도 달라지는 것으로 나타났다. 조사 항목 중 특히 지상부의 전체의 무게에 있어서 처리에 따른 생육량의 변화가 심했다. 제재 처리구의 상추 한 포기 당 평균 무게 조사에서는 무처리와 비교하여 처리 구에서 5 ∼7%의 생육 증진 효과를 볼 수 있었다.

Abstract ▼

Ⅳ. Results and Suggestions for Field Applications
The results on the effects of staging and filter media on the performance of lab-scale two-stage hybrid ASBF bioreactors in treating swine wastewaters at HRT of 1 day and OLR at 2 ∼ 10 kgCOD/m³ㆍd are (1) the COD removal efficiency was i

Ⅳ. Results and Suggestions for Field Applications
The results on the effects of staging and filter media on the performance of lab-scale two-stage hybrid ASBF bioreactors in treating swine wastewaters at HRT of 1 day and OLR at 2 ∼ 10 kgCOD/m³ㆍd are (1) the COD removal efficiency was increased by phase separation using two-stage bioreactors, (2) ASBF bioreactor with upper half full of pall ring showed best COD removal efficiency, and (3) two-stage hybrid ASBF bioreactor with half full pall ring showed best recovery from a failure by overload of organics.
The design criteria of 10 m³/d full-scale two-stage hybrid ASBF system are as follows : (1) Influent characteristics : COD = 10,000 mg/L, SS = 5000 mg/L, T-N = 360 mg/L, T-P = 60 mg/L after MAP reaction and sedimentation, (2) Operating conditions : HRT = 1 day, OLR = 10 kgCOD/m³ㆍd, (3) Volume of each ASBF bioreactor = 5 m³, (4) Biogas generation rate = 59 m3/d with 80% COD removal, (5) CH₄ gas generation rate = 41 m³ /d with 80% COD removal. The full-scale 10 m³/d two-stage hybrid ASBF system was designed and constructed at field (pig farm). The ASBF bioreactors were innoculated with mass produced ammonia-resistant anaerobic microorganisms. however the system was not operated normally even after 2-months start-up operation. It may require at least 6- ∼ 12-months for a steady-state normal operation. When the system is approved to be effective in treating swine wastewater and producing biogas as expected, it will be designed as a small package system for pig farms.
The influence of ammonia and the sources of seeding on anaerobic digestion were investigated by batch operation of MCR(master culture reactor). The sources of seeding on anaerobic digestion were from swine wastewater collection pit and anaerobic digestion sludge of a municipal sewage treatment plant. The inhibition effects of ammonia on anaerobic microorganisms were initiated at ammonia concentration of 1,500 mgNH4-N/L, whose effects were increased by increasing ammonia concentration upto 2,500 mgNH₄-N/L regardless the sources of seeding as evidenced by decreasing in COD removal efficiencies and biogas yields. The inhibition occurred to not only methanogens but also acidogens since the concentration of volatile fatty acids was maintained at 50 mg/L during the batch operations of MCR. The COD removal efficiency and the biogas yield were constantly maintained while increasing ammonia concentration upto 2,500 mgNH₄-N/L when swine wastewater collection pit was used as seeding; however, those were decreased while increasing ammonia concentration when anaerobic digestion sludge was used as seeding. The results indicate that the seeding acclimated to high concentrations of ammonia for long time was easy in adaptation to high ammonia concentration and less subjective to ammonia inhibitory effects.
Photosynthenthic filamentous cyanobateria(Anabaena, Nostoc, Calothrix, Sytonema, Cylindrosprum and Hepalosiphan), which have high nitrogen and phosphate uptake activity, were isolated from composts and soils around Chung-buk province to develop new procedure to recycle swine waste water after first filtration and to develop it as biofertilizer. Pigment contents, nitrogen and phosphorus concentration in the isolates growing pattern under different sources and concentrations of nitrogen and nitrogen and phosphate uptake rate were compared to select suitable isolate for nitrogen and phosphorus removal. Nostoc HN601 and Anabaena HA 701 showed highest nitrogen and phosphate uptake rate not only in BG-11 medium but also in swine waste water. Optimum initial pH of this microorganism growing was pH 8.0 and buffering system was not required for Nostoc HN 601 in bioreactor under green house condition. After three week growing of Nostoc HN 601 in bioreactor, the nitrogen and phosphorous concentrations in swine waste water were decreased by 80 per cent, the nitrogen and phosphorous concentration of microorganisms were 61.1 mg-N/GDW and 13.3 mg-P/GDW, respectively, which are enough high concentrations to use this microorganism as biofertilizer. Cyanobacterial mass production using swine waste water under natural light condition might be suitable for recycling and cleaning of swine waste water and these cell might be suitable for development of biofertilizer due to their high nitrogen and phosphorus content. Inoculation of cyanobacteria to Lettuce plant increase biomass and specific leaf weight, which showed these microalgae could be used for biofertilizer which substitute for chemical fertilizer and these results represent the basic knowledge for development of biofertilizer in economic way for eco-friendly farming.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 요약문 ... 3
• SUMMARY ... 9
• CONTENTS ... 15
• 목차 ... 17
• 표목차 (List of Table) ... 20
• 그림 목차 (List of Figures) ... 22
• 제1장 연구개발 과제의 개요 ... 25
• 제1절 연구개발의 목표 및 내용 ... 25
• 1. 연구개발의 목표 ... 25
• 2. 연구개발 내용 및 범위 ... 28
• 제2절 연차별 연구개발 내용 및 범위 ... 31
• 제2장 국내·외 기술개발 현황 ... 32
• 제1절 이단 혼합형 ASBF system에 대한 기술 ... 32
• 제2절 암모니아 내성 혐기성 미생물의 분리, 대량 배양 기술 ... 35
• 제3절 생물학적 N,P 제거 및 균체 이용방안 ... 36
• 제3장 이단 혼합형 혐기성 소화공정의 개발 (제1세부과제 - 주관기관 선문대학교) ... 41
• 제1절 실험장치 및 방법 ... 41
• 1. 축산폐수의 발생량과 특성 ... 41
• 2. Lab-scale 혐기성 소화공정의 구성과 최적화 연구 ... 41
• 가. 미디어 종류 및 깊이 그리고 이단화에 따른 소화공정의 최적화 ... 41
• 나. 이단 혼합형 혐기성 소화공정의 최적화 ... 45
• 3. Full-scale 이단 혼합형 ASBF system에 대한 연구 ... 50
• 제2절 결과 및 고찰 ... 51
• 1. 축산폐수의 발생량과 특성 ... 51
• 2. Lab-scale 혐기성 소화공정의 구성과 최적화 연구 ... 53
• 가. 이단화와 filter media에 대한 영향 ... 53
• 나. Lab-scale 이단 혼합형 ASBF 생물반응기 공정의 최적화 ... 56
• 1) 인공폐수에 의한 고유기물 부하에서 이단 혼합형 ASBF 생물반응기의 성능 ... 56
• 가) 혐기성 미생물의 환경조건 ... 56
• 나) 유기물질 제거 효율 ... 57
• 다) 혐기성 미생물에 대한 영양염류 ... 61
• 라) Biogas production ... 64
• 마) 생물 반응기내 Biomass의 보유능력 ... 64
• 2) Lab-scale 이단 혼합형 ASBF 생물반응기의 축산폐수에 응용 ... 67
• 가) 혐기성 미생물의 환경조건 ... 67
• 나) 축산폐수의 유기물질 제거 효율 ... 68
• 다) 혐기성 미생물에 대한 영양염류 ... 73
• 라) Biogas production ... 74
• 마) 생물반응기내 Biomass 보유능력 ... 76
• 바) 이단 혼합형 ASBF 생물반응기의 유입수에 대한 성능비교 ... 76
• 3. Full-scale 이단 혼합형 ASBF system ... 78
• 가. 암모니아 제거 전처리와 와 막분리의 후처리 공정 ... 79
• 나. Full-scale(실증용) 이단 혼합형 ASBF System ... 82
• 1) 이단 혼합형 ASBF system의 설계 ... 82
• 2) system의 제작 및 시운전 ... 95
• 제3절 결론 ... 101
• 제4장 암모니아 내성 혐기성미생물의 분리 및 대량배양 (제2세부과제 - 주관기관 천안외국어대학) ... 104
• 제1절 암모니아 내성 혐기성 미생물의 분리 ... 105
• 1. 실험 장치 및 방법 ... 105
• 2. 분석방법 ... 107
• 3. 혐기성 미생물의 MCR 반응기에서의 적응 ... 107
• 제2절 혐기성 미생물의 생리적 특성 및 생육조건 확립 ... 110
• 1. 정상상태에서 암모니아 농도에 따른 영향 ... 110
• 2. 혐기성 미생물의 생육조건 ... 111
• 제3절 암모니아 내성 혐기성 미생물에 대한 독성/저해 영향 분석 ... 112
• 제4절 암모니아 내성 혐기성 미생물의 대량 배양 ... 113
• 제5절 결론 ... 114
• 제5장 생물학적 N, P 제거 및 균체 이용 방안 (제3세부과제 - 주관기관 충북대학교) ... 115
• 제1절 서론 ... 115
• 제2절 실험장치 및 방법 ... 116
• 제3절 결과 및 고찰 ... 120
• 제4절 결론 ... 136
• 제6장 목표달성 및 관련 분야 기여도 ... 137
• 제7장 연구개발 결과의 활용 계획 ... 141
• 제8장 연구개발 과정에서 수집한 해외과학 기술정보 ... 143
• 제9장 참고문헌 ... 153
• 끝페이지 ... 182