축산 폐수는 고농도의 영양염류와 중금속을 함유하고 있어, 배출될 때 수질을 악화시킨다. 기존 처리 기술과 비교하여 bioremediation은 축산 폐수 처리에 유능하다. 특히, 미세조류는 오염물질 제거에 잠재력을 가지고 있다. 본 연구에서는 Ankistrodesmus bibraianus를 이용하여 축산 폐수 내 영양염류 (질소 (N), 인 (P))와 중금속 (구리 (Cu), 아연 (Zn))의 제거 가능성을 평가하고, A. bibraianus의 최적배양조건을 확립하였다. 연구결과, 최적 배양조건은 28°C, pH 7, 광주기는 14 : 10 h로 설정되었다. N과 P의 단일 처리구 (500, 1,000, 5,000, 10,000 mg L-1)에서 제거효율은 각각 22.9~80.6%와 11.9~50.0%였다. 또한, N과 P의 복합 처리구에서 제거효율은 각각 16.4~58.3%와 7.80~49.8%였다. Cu와 Zn의 단일 처리구 (10, 30, 50 mg L-1)에서 제거효율은 각각 15.5~81.5%와 6.28~34.3%였다. 유사하게, Cu와 Zn의 복합 처리구에서 제거효율은 각각 16.7~74.5%와 5.58~27.5%였다. 또한 영양염류 (N 및 P)와 중금속 (Cu 및 Zn)의 성장 및 제거효율을 축산 폐수에 적용할 수 있음을 나타냈다. 본 연구의 결과에 따르면 A. bibraianus는 축산 폐수 내 영양염류와 중금속 제거에 이용할 수 있을 것으로 사료된다.

This study evaluated the ecotoxicological properties of livestock waste water treated by a LID (Low Impact Development) system, using a mixture of bio-reeds and bio-ceramics as suitable bed media for a subsequent treatment process of a livestock wastewater treatment plant. The relationship between the pollutant reduction rate and the ecotoxicity was analyzed with the effluents from the inlet pilot plant, with vegetated swale and wetlands and the batch type of an infiltration trench. Each pilot plant consisted of a bio process using bio-reeds and bioceramics as bed media, as well as a general process using general reeds and a bed as a control group. The results indicated that, after applying the HRT 24 hour LID method, the ecotoxicity was considerably lowered and the batch type pilot plant was shown to be effective for toxicity reduction. The LID method is expected to be effective for water quality management, considering ecotoxicity by not only as a nonpoint source pollution abatement facility but also, as a subsequent treatment process linked with a livestock manure purification facility. It is necessary to take the LID technic optimization study further to apply it as a subsequent process for livestock wastewater treatment.

The present study investigated the emission characteristics of odorous elements from a local livestock waste treatment plant. Target materials were sampled twice from each place including the boundaries of the plant, exhaust of a fan from utility-pipe conduit and bio-filter bio-filter chamber. Among the sulfur compounds, methyl mercaptan was 3.0 ppb at the boundaryⅠ, 2.2 ppb at the fan exhaust, and 4,723.3 ppb at the outlet of bio-filter scrubber. In particular, one of main odor control facilities; bio-filter scrubber has released a large volume of methyl mercaptan. It also removes 76.8% of ammonia and 26.5% of trimethylamine.

This study was conducted to show the odor emission characteristics between the well maintained environment fundamental facility and the poorly maintained environmental facility. It also draws major components of odor emission based on facilities, stages, and suggest the proper way to reduce the level of odor for insufficient facilities. Insufficient facilities" air direct sensory and air dilution value levels are following: foodwaste ＞ livestock ＞ wastewater ＞ night-soil ＞ sewage. For the sewage and waste water facilities, the common characteristic of odor emission on each fundamental facility showed higher air dilution value in depositing reservoir and concentrator. And sulfur and aldehyde compounds came out to be the major odor causing components. In the case of night-soil and livestock facilities, the air dilution value was high in flow equalization tank and liquid erosion tank. And sulfur as well as ammonia component was the major malodorous substance. Foodwaste facility showed higher air dilution value than other facility, which sulfur and acetaldehyde compounds were acting as major malodorous substances.

This study was performed to obtain the emission characteristics of odor compounds generated from a livestock wastewater treatment process. The sampling of odor compounds was performed twice, on May 9th and June 14th 2006, at 4 and 5 sites in the boundary and source areas, respectively. The odor concentrations obtained from the air dilution sensory test ranged from 10 to 100 in the boundary area. Of the 5 source sites, the odor concentrations found at the pre-treatment building had the highest values, which were 14422 and 20800 for the first and second dates, respectively. To estimate the major odor compounds produced during a live wastewater process, the contributions of 12 odor compounds to the total odor were calculated from the concentration and odor threshold values of each compound. At the pre-treatment building and outlet of the activated carbon tower of the source sites, the contribution of sulfur compounds to the odor was 97%, and at the outlet of the biofilter that of NH₃ was 90%. The order of the contribution to the odor in the boundary area sites was; from highest to lowest: H₂S, C₂H₆S, i-C₅H10O, C₃H₉N, NH₃. The correlation coefficient between the theoretical odor concentration from the odor threshold of 12 odor compounds and that obtained from the air dilution sensory test was 0.73. This result indicated a limit to the correct analysis of the odor concentration obtained from the air dilution sensory test when only 12 odorous compounds at a livestock wastewater treatment process are used. The odor removal efficiency of the deodorization facilities showed that for the activation carbon tower, the odor concentration was reduced to 4% and the contributions of H₂S, C₂H₆S and NH₃, which were estimated to be the major odor compounds, were reduced to 20, 26 and 11%, respectively. With respect to the bio-filter, the removal efficiency of the odor compounds revealed an odor concentration of 0% because the major odor compounds were calculated as negative percentages.

A long- time aeration method was developed for purification of animal wastewater. Under repeated aereations of 4 hours on and 4 hours off, the higher removal rates were obtained which were in average of 99%, 96%, 92% and 50% for BOD, SS, total nitrogen and phosporous, respectively. In detail, the measured BOD concentrations of the influent and effluent were 2,700ppm and 40ppm while the SS concentrations in the primary chamber and of the effluent were about 3,000 and 110 ppm, respectively. Zeolite and activated carbon, applied for removing the nitrogen and phosphorous, showed a good absorption, especially zeolite for NH4-N and activated carbon for NO3-N and PO4-P. The treatment cost per head by this method amounts to 1,923 won and it comes to 1.6% in the whole production cost. Therefore, this method is economically available with the half cost of the conventional activated sludge process.

In this study, the treatment of livestock wastewater using an aerobic granular sludge based sequencing batch reactor was investigated. The reactor operation was carried out by general injection and split injection methods. The average removal efficiency of organic matter after the adaptation period was 71.5 and 87.4%, respectively. Some untreated organic matter was attributed to recalcitrant organic matter. The average removal efficiency of total nitrogen was 65.6 and 88.4%, respectively. These results indicate that the denitrification reaction by split injection was carried out smoothly. As for the solids, the ratio of aerobic granular sludge/mixed liquor suspended solid can be determined as the main factor of the process operation, and the ratio increased gradually and finally reached 86.0%. Correspondingly, the sludge volume index (SVI) was also improved, reaching 54 mL/g at the end of operation, and it is believed that the application of a short settling time contributed to the improvement of settleability.

In this study, we evaluated the treatment efficiency of livestock wastewater by altering the current density using boron-doped diamond (BDD) electrodes. As the current density was adjusted from 10 to 35 mA/cm2, the removal efficiency of organic matter increased from 22.2 to 71.5%. Similar to that of organic matter, the removal efficiency of color increased with increasing current density up to 85.7%, indicating a higher removal efficiency for color than that of organic matter. The removal efficiency of ammonia nitrogen increased from 14.6 to 53.3% as the current density increased, but it was lower than that of organic matter. In addition, the removal of organic matter, color, and ammonia nitrogen followed first-order reactions, according to the reaction rate analysis. The energy consumption ranged from 4.87 to 8.33 kWh/kg COD, and it was found that the organic matter removal efficiency was more efficient at high current densities. Based on various analyses, the optimal current density was 20 mA/cm2, and the corresponding energy consumption was 6.824 kWh/kg COD.

인구의 증가와 산업화는 돼지, 소, 닭 등의 육류 식품의 급격한 수요증가를 초래하여 축산폐수발생량 역시 증가하였다. 2012년 해양투기의 법적 금지는 축산폐수 발생량을 173,304m3/day에 이르게 하였고 지속적인 증가추세에 있다(2016, 환경부). 축산폐수는 고농도의 질소, 인, 유기물을 포함하므로 수계 노출 시 부영양화를 유발하여 인간의 생활과 보건에 혼란과 악영향을 초래한다. 이러한 문제해결을 위해 혐기성 생물공학기술, 화학적 산화기술 등이 적용되어 왔으나 고부하에 취약하고 높은 비용을 요구하는 한계를 지닌다. 최근 새로운 대안으로 미세조류를 활용한 처리방법이 주목받고 있는데, 그 이유는 광독립영양 성장을 하는 미세조류의 특성상 빛에서 에너지를 얻어 경제적으로 지속가능하고 CO2를 탄소원으로 이용하여 탄소중립적으로 폐수 내의 고농도의 질소와 인을 동시에 처리할 수 있기 때문이다. 따라서 본 연구는 축산폐수내의 고농도의 유기물 및 영양염류를 동시에 가장 효과적으로 제거 가능한 미세조류를 문헌조사하여 대상 미세조류의 적용 타당성을 평가하였고, 최적 종을 선정하기 위한 성능평가 및 성장저해 분석을 수행하였다. 문헌조사를 통해 선정된 Scenedesums quadricauda, Scenedesums obliquus, Chlorella sorokiniana 을 28℃ 인큐베이터에서 500mL bottle의 용량으로 Phototrophic 조건(연속 빛조사)과 Mixotrophic 조건(16hr light-8hr dark 주기 반복)으로 Batch test를 진행하였고 그 결과를 성장 동역학적으로 해석하여 최적 종을 제시하였다. 실험은 BG-11을 대조구(Control)로 하여 미세조류의 cell counting결과를 바탕으로 비성장률(specific growth rate)을 도출한 결과 0.293 hr-1 (Scenedesums quadricauda), 0.302 hr-1(Scenedesums obliquus), 0.243 hr-1(Chlorella sorokiniana) 로 밝혀져 Scenedesums obliquus 가 가장 빠른 성장속도를 보였고, 축산폐수를 원수, 2배, 5배, 10배 희석을 하여 미세조류를 배양했을 때에도 최적의 유기물 및 영양염류 제거가 가능함을 보였다. 본 연구는 최적미세조류를 활용한 축산폐수 처리가 저에너지를 사용하며 기후변화에 대응하고 지속가능한 고농도 축산폐수처리 방법이 될 수 있음을 입증 하였다.

현대축산업에서 발생되는 수질오염 물질은 축사에서 배출되는 축산분뇨가 대부분을 차지하고 있다. 소규모 축산 농가는 대규모 축산 농가와 달리 정확한 배출현황의 파악이 어려운 비점오염원으로써 관리와 통제가 어렵고 잘 이뤄지지 않고 있다. 이에 따라 다량의 유기, 무기 오염물질들과, 특히 부영양화, 녹조, 수화현상을 발생시키는 인과 질소 중 용존물질인 인산염, 질산성질소, 아질산성질소, 암모니아성질소의 처리가 시급하다. 현재의 처리방법은 가격이 저렴하고 간편한 화학적 처리방법을 이용하고 있다. 하지만 이는 슬러지의 양을 증대시키고 화학응집제에 의한 이차적인 문제를 야기한다. 따라서 이런 문제를 해결할 방안 중 하나로 전기분해와 응집을 통한 축산폐수 처리가 모색하고 있다. 하지만 소규모 축산농가는 대체로 도서 산간지역에 있어 전기분해와 전기응집에 필요한 전기를 얻기 위해 송전탑과 배전설비를 설치하는 것은 매우 비효율적이다. 이를 개선하기 위해 태양광설비를 이용하여 소규모 축산농가에서 자체적으로 전력을 확보, 전기분해와 응집을 진행하려 한다. 생산된 전기는 플랜트의 전력수급 뿐만 아니라 잉여전력은 생활전력으로 활용하여 환경적 이점과 경제적 이익을 동시에 취할 수 있게 될 것이다. 따라서 위와 같이 소규모 축산농가에서 환경적, 경제적 두가지 장점을 모두 취할 수 있는 플랜트를 개발･제시하는 것이 이 연구의 핵심이라 할 수 있다. 따라서 소규모 축산농가 폐수처리를 위해 태양광설비를 이용하여 전력을 자체적으로 수급하여 전기분해와 응집을 통해 질소와 인의 농도를 줄이고, 독자적인 처리 플랜트를 개발･발전시키는 것이 이 연구의 핵심이라 할 수 있다. 본 연구는 실험실 규모의 장치를 이용하여 항온 70℃를 유지하며, anode(+)에 Fe, Cathode(-) 316-SUS, 전극간격은 10mm를 유지하여, 1A CC(Constant Current)조건으로 시간에 따른 인산염(PO43-), 질산성질소(NO3-), 아질산성 질소(NO2-), 암모니아성 질소(NH4+)의 농도를 측정하였다. 자외선 원자흡광광도계(UV spectro photometer)를 이용하여 분석 한 결과 인은 초기 30분 이내에 초기농도 1000ppm에서 280ppm 감소한 720ppm으로 약 28%대의 저감효율을 가지는 것으로 나타났으며 질소는 초기 2시간 이내에 초기농도 6000ppm에서 2280ppm 감소한 3720ppm으로 약 38%대의 저감효율을 가지는 것으로 나타났다.

축산폐수는 질소와 인을 다량으로 포함하고 있으며, 1, 2차 처리 후 90% 제거되는 유기물과는 달리 질소나인 등의 영양염류는 제거효율이 상대적으로 낮다. 이 처리수가 그대로 수계에 방류되면 녹조현상 및 부영양화의 원인이 되기 때문에 폐수의 3차 처리(고도처리)가 필수적이다. 그동안의 연구에서 축산폐수 내 영양염류를 제거하는 데에 미세조류를 이용하는 것이 효과적이라는 사실이 밝혀졌으며, 이때 생산되는 바이오매스는 바이오 에너지의 생산원료로도 활용이 가능하다. 이에 본 연구는 축산폐수 고도처리에 활용 가능한 미세조류 Chlorella emersonii 종의 성장 동역학 및 질소농도변화에 따른 광독립영양성장율과 질소 제거효율을 비교하여 축산폐수의 고도처리 적용 가능성이 가장 높은 배양환경을 도출하고, 미세조류를 이용한 축산폐수 고도처리의 적용 가능성을 response surface methodology를 이용하여 평가하였다. 본 연구는 예비실험 결과 질소 제거와 바이오매스 생산에 효과적인 것으로 나타난 녹조류인 Chlorella emersonii 종을 이용하였고, 축산폐수는 1차 및 2차 처리를 거치고 난 후의 유출수를 공급받아 GF/C filter로 여과 후 고압멸균을 하는 전처리 후 사용하였다. 모든 실험은 triplicate로 진행되었고 평균값을 나타낸다. 실험은 500 mL media bottle (TriForest Enterprises, Inc, USA)을 광반응조로 이용하였고, 유효부피는 400 mL로 설정하였다. 광독립영양성장을 위한 무기탄소원 공급을 위해 0.04%의 CO2 를 포함한 공기를 6 Lair/min의 속도로 0.45 μm filter를 통과시킨 후 주입하였다. 광에너지원은 특수제작된 LED Light를 이용하여 photosynthetically active ratiation으로 실험 조건에 따라 반응조 외부표면 측정기준 80, 160, 240 μmol/s･m²이 되도록 조절해주었다. Shaking incubator를 활용하여 실험 조건에 따른 온도와 교반속도를 각 25, 35, 45℃, 110 rpm으로 제어하였다. 전처리를 모두 거친 축산폐수의 낮은 질소농도는 NH4Cl을 활용하여 반응조 내에서 100 mg N/L 내외의 범위에서 실험계획에 따라 조절하여 배양하였고 인의 농도는 제한하지 않았다. 미세조류 C. Emersonii 종을 최적의 조건에서 배양할 경우 최대 61%의 질소 제거율을 나타냈다. 또한 최적의 조건에서 평균 비성장속도가 0.5096 day-1 이상으로 나타나 바이오매스를 대량으로 생산해낼 수 있는 가능성을 보였다. 종합하면, 본 연구는 미세조류 C. Emersonii 종을 축산폐수처리에 실제 적용이 가능함을 보임과 동시에 유용자원이 되는 바이오매스의 생산이 가능함을 확인하였다.

폐수 내 존재하는 인은 수질에 부영영화를 일으키며 생물학적 처리가 어렵다. 인을 처리하는 방법 중 Mg2+을 결정핵으로 이용하여 struvite로 회수하는 방법은 인 제거효율이 높고 회수 후 비료로 이용할 수 있는 장점이 있다. 본 연구에서는 축산폐수를 이용하여 struvite를 형성하는데 있어, pH 조절제에 따른 phosphate 제거율을 알아보기 위해, 8 N NaOH와 pH buffer solution으로 쓰이는 0.2 M glycine and 0.2 M NaOH, 0.2 M Na2CO3 and 0.2 M NaHCO3, 및 0.05 M borax and 0.2 M NaOH를 사용하였으며, struvite가 잘 형성되는 pH9로 조절하였다. 폐수 내의 인의 농도는 음이온 컬럼(A supp 5 150, Metrohm)이 장착된 ion chromatography(883 basic IC plus, Metrohm)를 이용하여 측정하였고, 표준곡선은 Multi Element IC Std 1 Solution A(highpuritystandards, USA)을 이용하여, 2 ppm ~ 20 ppm 사이의 농도로 작성하였다. Struvite 결정화 반응 5분 후에 인산염 제거율이 각각 100%, 100%, 97.31%, 96.5%, 95.93%로 나타냈으며, 각 pH 조절제를 첨가한 실험구의 결정화 후 pH는 각각 9.02, 9.22, 9.05, 9.11이었다. 회수된 struvite는 증류수에 0.1%, 0.2%, 0.3%, 0.4%, 0.5%(w/v)로 용해시켜, 시간의 변화에 따른 용해율을 알아보았다. 대조군으로는 시중에 판매되는 양액을 기준으로 비교하였다. 그 결과, 양액의 인산농도는 117.788 mg/L로 일정한 반면, struvite가 들어간 실험군은 용해 초기 값인 42~67 mg/L에서 36시간 결과 후 3~4배(172.13~194.1 mg/L)로 인산염 농도가 증가하였다. Struvite 0.1 g를 황산 95%(Duksan, Korea) 25 mL에 용해시켜 녹인 후, 증류수 25mL를 첨가하여 최대 용해되는 struvite 인산염 농도는 2000 mg/L였다. 그러므로 struvite 용해 실험은 더 진행해야 할 것이며, struvite는 서서히 용출되는 완효성비료로 사용가능할 것이다.