Microalgae are primary producers of aquatic ecosystems, securing biodiversity and health of the ecosystem and contributing to reducing the impact of climate change through carbon dioxide fixation. Also, they are useful biomass that can be used as biological resources for producing valuable industrial products. However, harvesting process, which is the separation of microalgal biomass from mixed liquor, is an important bottleneck in use of valorization of microalgae as a bioresource accounting for 20 to 30% of the total production cost. This study investigates the applicability of sewage sludge-derived extracellular polymeric substance (EPS) as bioflucculant for harvesting microalgae. We compared the flocculation characteristics of microalgae using EPSs extracted from sewage sludge by three methods. The flocculation efficiency of microalgae is closely related to the carbohydrate and protein concentrations of EPS. Heat-extracted EPS contains the highest carbohydrate and protein concentrations and can be a best-suited bioflocculant for microalgae recovery with 87.2% flocculation efficiency. Injection of bioflocculant improved the flocculation efficiency of all three different algal strains, Chlorella Vulgaris, Chlamydomonas Asymmetrica, Scenedesmus sp., however the improvement was more significant when it was used for flocculation of Chlamydomonas Asymmetrica with flagella.

The point-of-use water dispenser systems are widely used because of convenience in handling and demand for high-quality drinking water. The application has been increased recently in the public places such as department stores, universities and the rest areas in express ways. Improvement of water qualities by the dispenser systems was compared with tap water in this study. The tap water is supplied to the dispenser as the influent of the dispenser system. The twelve dispensers in the public places were used. The five dispensers used reverse osmosis as the main filter and other dispensers used various filters such as ultrafiltration, nanofiltration, and alumina filter. The water quality indicators for sanitation safety, i.e., turbidity and total coliforms, were evaluated. Other water qualities such as pH, residual chlorine, heterotrophic plate count (HPC), and total cell counts were also analyzed. By the point-of-use water dispenser, the turbidity, residual chlorine and pH were decreased and the HPC and total cell counts were increased. The t-test results revealed that the HPC of the tap waters were not significantly different from the treated waters but the total cell counts of the two groups were significantly different. The low pH of the RO filter treatment was also significantly different from the tap waters. This study will contribute to understand the role of the point-of-use water dispenser in improving water quality and to identify key water quality for the proper maintenance of the dispenser systems.

Climate change is believed to increase the amount of dissolved organic matter in surface water, as a result of the release of bulk organic matter, which make difficult to achieve a high quality of drinking water via conventional water treatment techniques. Therefore, the natural water treatment techniques, such as managed aquifer recharge (MAR), can be proposed as a alternative method to improve water quality greatly. Removal of bulk organic matter using managed aquifer recharge system is mainly achieved by biodegradation. Biodegradable dissolved organic carbon (BDOC) and assimilable organic carbon (AOC) can be used as water quality indicators for biological stability of drinking water. In this study, we compared the change of BDOC and AOC with respect to pretreatment methods (i.e., ozone or peroxone). The oxidative pretreatment can transform the recalcitrant organic matter into readily biodegradable one (i.e., BDOC and AOC). We also investigated the differences of organic matter characteristics between BDOC and AOC. We observed the decreases in dissolved organic carbon (DOC) and the tryptophan-like fluorescence intensities. Liquid chromatographic - organic carbon detection (LC-OCD) analysis also showed the reduction of the low molecular weight (LMW) fraction (15% removed, less than 500 Da), which is known to be easily biodegradable, and the biopolymers, high molecular weight fractions (66%). Therefore, BDOC consists of a broad range of organic matter characteristics with respect to molecular weight. In AOC, low molecular weight organic matter and biopolymers fraction was reduced by 11 and 6%, respectively. It confirmed that biodegradation by microorganisms as the main removal mechanism in AOC, while BDOC has biodegradation by microorganism as well as the sorption effects from the sand. O3 and O3 + H2O2 were compared with respect to biological stability and dissolved organic matter characteristics. BDOC and AOC were determined to be about 1.9 times for O3 and about 1.4 times for O3 + H2O2. It was confirmed that O3 enhanced the biodegradability by increasing LMW dissolved organic matter.

Soil column experiments were evaluated effects of silver nanoparticles (i.e., 0, 2.5, 5, and 10 mg/L) on the microbial viability which is strongly associated with the degradation of organic matter, pharmaceutically active compounds(PhACs) and biological oxidation of nitrogenous compounds during river bank filtration. The addition of silver nanoparticles resulted in almost no change in the aqueous matrix. However, the intact cell concentration decreased with addition of silver nanoparticles from 2.5 to 10 mg/L, which accounted for 76% to 82% reduction compared to that of control (silver nanoparticles free surface water). The decrease in adenosine triphosphate was more pronounced; thus, the number and active cells in aqueous phase were concurrently decreased with added silver nanoparticles. Based on the florescence excitation-emission matrix and liquid chromatograph - organic carbon detection analyses, it shows that the removal of protein-like substances was relatively higher than that of humic-like substances, and polysaccharide was substantially reduced. But the extent of those substances removed during soil passage was decreased with the increasing concentration of silver nanoparticles. The attenuation of ionic PhACs ranged from 55% to 80%, depending on the concentration of silver nanoparticles. The attenuation of neutral PhACs ranged between 72% and 77%, which was relatively lower than that observed for the ionic PhACs. The microbial viability was affected by silver nanoparticles, which also resulted in inhibition of nitrifiers.

최근 도시 인구의 증가에 따라 하수 및 분뇨 발생량이 증가하고 있으며, 다양한 오염원으로부터 유입되는 하수에는 질병을 유발할 수 있는 다양한 병원성 미생물이 존재한다고 알려져 있다. 하수처리를 위한 다양한 공정에서는 미생물을 포함하고 있는 bioaerosol이 발생할 수 있으며, 하수 및 분뇨에 포함된 병원성 박테리라 등을 포함하고 있을 가능성이 높다. 따라서 호흡을 통해 하수처리장의 근무자 및 주변 주민에게 위해를 가할 수 있으므로, bioaerosol의 발생 특성 및 감소에 관한 연구가 필요한 현실이다. 하수처리공정 중 bioaerosol이 발생하는 대표적인 환경으로는 활성 슬러지 공정이 있으며, 폭기조에서의 대량 폭기로 인한 높은 농도의 bioaerosol이 발생한다고 알려져 있다. 최근에는 기존의 재래식 활성슬러지 공정(CAS, Conventional Activated Sludge)보다 소요 면적이 적고, 고농도의 미생물 농도를 유지하고 있어 수질 처리 효율이 좋은 호기성 MBR(Membrane bioreactor)의 사용이 증대되고 있다. 그러나 호기성 MBR은 고농도의 미생물 농도 유지 및 멤브레인의 파울링 감소를 위해서는 많은 양의 공기 폭기를 유지해야하므로, 상대적으로 높은 농도의 bioaerosol의 발생이 한정된 공간에서 이루어질 것으로 예상된다. 호기성 MBR의 특성상 운전 조건에 따라서 반응기 내 미생물의 농도 및 특성이 달라질 것이며, 이에 따라 bioaerosol의 발생량 및 특성도 영향을 받을 것으로 예상된다. 그러나 국내에서는 하수처리 과정 중 호기성 MBR 공정에서의 bioaerosol 발생에 관한 연구가 전무하며, 이에 대한 기초 연구 및 발생량 감소를 위한 연구가 미흡한 실정이다. 본 연구에서는 하수처리장 MBR 공정에서 운전 조건에 따른 반응기 내 미생물 농도 및 특성을 확인하고, bioaerosol 발생량을 비교하고자 하였다. 더불어 bioaerosol 발생량을 저감할 수 있는 방안에 대한 연구를 추가적으로 진행하고자 하였다.

엄격해져가는 수질기준과 수자원 확보를 위하여 정수처리시설 및 하폐수처리시설에 나노막(Nanofiltration, NF)과 RO(Reverse Osmosis, RO) 멤브레인 적용이 증가하고 있다. 멤브레인 공정의 경우 오염물질이 지속적으로 농축됨에 따라 고농도의 농축수를 발생시키는 문제점을 지니고 있다. 이러한 NF/RO 농축수의 경우 용존 고형물로 구성되어 있으며, 유입수 대비 경도 물질(Ca2+, Mg2+), 난분해성 유기물 및 미량오염물질 등이 4~10배 농축되어 고농도이므로 별도의 처리가 요구된다. 본 연구에 적용한 CaCO3 결정화 기법은 유동상 반응기 내 seed를 충진하고, 반응기 하단부에서 상향류식 흐름으로 원수를 주입함과 동시에 NaOH, Ca(OH)2 등의 약품을 주입하는 방법이다. 약품 주입으로 pH는 증가하고, 이 과정에서 CaCO3, Mg(OH)2 의 형태로 경도 유발물질을 결정화시켜 회수가 가능하다. 반응기 내부의 seed는 반응 표면적을 증가시켜 반응속도를 증가시키는 역할을 하며, 이 과정에서 seed 표면에 결정이 성장하게 된다. 성장한 seed는 회수하여 석회생산, 산성폐수 중화제 등으로 재활용이 가능하다. 또한, 후단의 Ozone 산화 공정(1mg O3/mg DOC)을 연계하여 추가적으로 유기물 제거를 위한 연구를 진행하였다. 실험은 NF 농축수와 RO 농축수(G, D)로 진행하였으며, NF 농축수와 G RO 농축수의 경우 Ca 85%, Mg 13~32% 제거율을 나타났다. 그러나 D RO 농축수의 경우 상대적으로 경도 제거가 낮게 확인되었으며, 이는 수중의 알칼리도가 낮아 결정화 반응이 충분히 이루어지지 못한 것으로 판단된다. EDS-SEM 분석으로 seed 표면을 관찰하여 결정물질의 형성과 사용 전․후 seed의 구성 원소 분석을 통하여 Ca함량 변화를 확인하였으며, 경도 제거율이 높을 경우에 seed 표면에서의 Ca함량이 증가하는 것으로 나타났다. 이는 경도 제거시 seed 표면에서 올바르게 결정화 반응이 이루어짐에 따라 회수 가능성을 확인하였다. PS 후단에 오존 산화를 연계하여 농축수를 처리한 후, COD, DOC, LC-OCD, UV254, SUVA, F-EEM 분석을 진행하였다. 그 결과 COD, DOC는 크게 변하지 않았으나, LC-OCD의 경우 biopolymer peak가 감소하고 humic peak가 증가하는 경향을 나타내었다. 이는 유기물의 무기화가 아닌 비교적 고분자 물질인 biopolymer가 상대적으로 저분자 물질인 humic 등으로 저분자화된 것으로 사료된다. 또한, UV254 값은 원수대비 전체적으로 감소하였으며, SUVA 값의 경우 NF 농축수 34.5±2.7%, G RO 농축수 43.2±1.1%, D RO 농축수 45.2±10% 감소한 것으로 확인되었다. F-EEM 경향은 LC-OCD, UV254, SUVA와 유사한 경향을 나타냈으며, 모든 영역(Aromatic protein-like, Tryptophan Protein-like, Humic-like)에서 80% 이상의 높은 intensity 감소율을 보였다. 이는 오존 산화에 의하여 불포화 결함이 깨짐에 따라 저분자화가 이루어진 것으로 보인다. 위와 같은 결과를 통하여, 본 연구에서 멤브레인 농축수에서의 경도 물질의 결정화를 통한 회수 가능성을 확인할 수 있었다. 또한, 오존 산화 공정과의 연계를 통하여 유기물질의 저분자화를 통하여 추후 연구시 고려되어지는 MBR 공정과 같은 생물학적 처리 공정에 긍정적으로 작용 가능할 것으로 예상된다.