Membrane bioreactor (MBR) provides the benefits on high effluent quality and construction cost without the secondary clarification. Despite of these advantages, fouling, which clogs the pore in membrane modules, affects the membrane life span and effluent quality. Studies on the laboratory scale MBR were focused on the control of particulate fouling, organic fouling and inorganic fouling. However, less studies were focused on the control of biofouling and microbial aspect of membrane. In the full scale operation, most MBR produces high effluent quality to meet the national permit of discharge regulation. In this study, the performance and microbial community analysis were investigated in two MBRs. As the results, the performance of organic removal, nitrogen removal, and phosphorus removal was similar both MBRs. Microbial community analysis, however, showed that Azonexus sp. and Propionivibrio sp. contributed to indirect fouling to cause the chemical cleaning in the DX MBR.

Recent focus on wastewater treatment includes energy-saving and renewable energy generation for energy-independence of water infrastructures. Aeration and pumping in biological wastewater removal processes account for nearly 30-60% of the total electricity cost in real wastewater treatment plants. In this study, the performance and microbial characteristics were investigated in sequencing batch reactor under typical oxygen and oxygen limited condition. Under typical DO (7.55±0.99 mg/L) and low DO (0.23±0.08 mg/L) conditions, COD removal was stable over 91 % during SBR operation. Ammonia removal efficiency was reduced from 95.6 % to 89.2 % when DO concentration was dropped sharply. Phosphorus removal efficiency also reached 77% at oxygen-limited condition. The results indicated that removal efficiency both ammonia and phosphorus was influenced by DO condition. Microbial analysis revealed that Proteobacteria and Bacteroidetes at phylum level was dominant in typical DO and low DO conditions and DO concentration did not much affect phylum distribution. Population decrease of genera of nitrifying bacteria(Dokdonella) and Dechloromonas spp. affect removal efficiency of nitrogen and phosphorus at low DO condition.

DSC와 XRD를 사용하여 Zr/Si 다층박막의 고상반응에 의한 비정질상과 결정상 생성 및 상전이를 확인하고 이를 유효구동력 개념과 유효생성열 개념 및 phase determining factor(PDF)모델을 이용하여 예측한 결과와 비교하였다. Zr/Si 다층박막은 비정질호 반응이 잘 일어났으며 이는 유효구동력 개념으로 예측한 바와 일치하였다. Zr/Si 계에서 생성되는 최초의 결정상은 ZrSi 였으며 유효생성열과 PDF모델로부터 예측된 최초의 결정상은 PDF 모델의 예측 결과와 일치하였다. Zr/Si 다층박막의 원자조성비가 1대 1일경우와 1대 2일 경우의상전이는 ZrSi→ZrSi2로 되었으며 이러한 상전이 과정은 유효생성열 다이아그램으로 해석되었다. ZrSi의 생성기구는 핵생성이 율속임을 규명하였고 ZrSi와 ZrSi2의 생성에 필요한 활성화에너지는 1.64±0.19eV와 2.28±0.36eV이었다.

Co/Si계에서 고상확산에 의하여 비정질상이 생성되는지의 여부를 유효구동력 개념을 이용하여 예측하였으며 유효생성열 개념 및 PDF모델로부터 결정상의 생성과 상전이를 예측하였다. 한편, DSC와 XRD를 이용하여 Co/Si다층박막에서의 비정질상의 생성여부와 결정상의 생성 및 상전이를 확인하여 모델로부터 예측한 결과와 비교하였다. Co/si계에서는 비정질상이 성장하지 않았으며 이는 유효구동력 개념으로부터 예측된 결과와 일치하였다. Co/Si계에서 생성되는 최초의 결정상은 CoSi였으며 유효생성열과 PDF모델로부터 예측된 최초의 결정상은 각각 CO2Si와 CoSi였다. 따라서 Co/Si계에서 생성되는 최초의 결정상은 구조적인 요소를 고려해 PDF모델의 예측결과와 잘 일치하였다. 증착당시 Co와 Si의 조성비가 2대 1일경우와 1대 2일 경우의 상전이는 각각 CoSi → Co2Si와 CoSi → Co2Si → CoSi → CoSi2의 초기단계의 생성기구는 각각 핵생성이 율속이었으며, 이들의 생성에 필요한 활성화에너지는 각각 1.71, 2.34, 2.79eV이었다.

Multitarget bias cosputter deposition(MBCD)에 의해 저온(200˚C)에서 NaCI(100)상에 정합CoSi2를 성장시켰다. X-선회절과 투과전자현미경에 의해 증착온도와 기판 bias전압에 따른 각각 silicide의 상전이와 결정성을 관찰하였다. Metal induced crystallization(MIC) 과 self bias 효과에 의해 200˚C에서 기판전압을 인가하지 않은 경우에도 결정질 Si이 성장하였다. MIC현상을 이론 및 실험적으로 고찰하였다. 관찰된 상전이는 Co2Si → CoSi → Cosi2로서 유효생성열법칙에 의해 예측된 상전이와 일치하였다. 기판 bias전압 인가시 발생한 이온충돌에 의한 충돌연쇄혼합(collisional cascade mixing), 성장박막 표면의 in situ cleaning, 핵생성처(nucleation site)이 증가로 인하여 상전이, CoSi(111)우선방위, 결정성은 증착온도에 비해 기판bias전압에 더 큰 영향을 받았다. 200˚C에서 기판 bias전압을 증가시킴에 따라 이온충돌에 의한 결정입성장이 관찰되었으며, 이를 이온충독파괴(ion bombardment dissociation)모델에 의해 해석하였다. 200˚C에서의 기판 bias전압증가에 따른 결정성변화를 정량적으로 고찰하기 위해 Langmuir탐침을 이용하여 EAr, α(Vs)를 계산하였다.

생물전기화학시스템은 미생물 연료전지로 불리며, 연료전지의 음극, 양극, 분리막으로 구성된 시스템에서 미생물의 활동을 기반으로 유기물을 분해 및 전력생산을 동시에 할 수 있는 장치이다. 생물전기화학시스템을 이용한 전력생산 및 오염물질의 분해의 측면에서 액상 기질을 이용한 많은 연구가 이루어졌다. 액상의 기질은 미생물이 이용하기 쉬운 유기물질을 포함하여 쉽게 전력을 생산할 수 있으나 슬러지의 경우 전처리를 통하여 기질을 미생물이 쉽게 이용할 수 있는 장점이 있다. 그럼에도 불구하고 슬러지를 직접적으로 이용하는 생물전기 화학시스템의 연구는 여전히 초기단계에 있다. 본 연구에서는 하수슬러지를 이용하여 생물전기화학시스템에서 직접적으로 전력을 생산하고 동시에 슬러지 감량화를 이루고자 하였다. 슬러지를 직접적으로 기질로 사용한 경우, 기존의 액상기질을 사용한 반응조와 비교하여 장시간 일정한 전력생산을 기대할 수 있었으며 기질의 충진시간 간격을 길게 하는 장점을 보였다. 그러나, 완전한 기질의 제거는 기대할 수 없었으며 생물전기화학시스템으로 1차적으로 에너지 및 슬러지 감량화를 하여 2차적인 처리가 필요할 것으로 판단되었다.