The object of this study is to feasibility assesment for co-digestion efficiency of food waste recycling wastewater(FWR) with thermal hydrolysis process dehydration cake (THP Sludge). As a result of THP pre-treatment experimental conditions to 160oC and 30 minutes, the solubility rate(conversion rate of TCOD to SCOD) of the THP sludge increased by 34%. And the bio-methane potential in the THP sludge increased by about 1.42 times from 0.230 to 0.328 m3 CH4/kg VS compared to the non-pre-treatment. The substrates of the co-digestion reactor were FWR and THP sludge at a 1:1 ratio. Whereas, only FWR was used as a substrate in the digestion reactor as a control group. The experimental conditions are 28.5 days of hydraulic retention time(HRT) and 3.5 kg VS/m3-day of organic loading rate(OLR). During the 120 days operation period, the co-digestion reactor was able to operate stably in terms of water quality and methane production, but the FWR digestion reactor deteriorated after 90 days, and methane production decreased to 0.233 m3 CH4/kg VS, which is 67% of normal condition. After 120 days of the experiment, organic loading rate(OLR) of co-digestion reactor was gradually increased to 4.5 kg VS/m3-day and operated for 80 days. Methane production during 80 days was evaluated to be good at the level of 0.349 m3 CH4/kg VS. As a result of evaluating the dehydration efficiency of the sludge before/after 150-180oC THP using a filter press, it was confirmed that the moisture content of the sludge treated before THP at 180oC was 75% and improved by 8% from 83-85% level. Therefore, it is expected that the co-digestion reactor of FWR and THP sludge will ensure stable treatment water quality and increase bio-methane production and reduction effect of dehydration sludge volume.

In order to investigate the effective pretreatment methods in WAS(=waste activated sludge) solubilization, the values of SCOD yield per unit SS (SCOD/gSS.hr) were compared. After the hydrodynamic cavitation with pH of 12.5, SCOD increased to 7800 mg/L, SS decreased to 45 % and the solubilization rate was 29 %. Combination of alkality (pH 12.5) and the cavitation seems to be the optimal condition for sludge solubilization. After the cavitational pretreatment, efficiencies of anaerobic digestion of the unfiltered sludge(the control), raw sludge and pretreated sludge were evaluated with BMP(=biochemical methane potential) tests.For evaluation of the biodegradability characteristics of pretreated sewage sludge, the methane production has been measured for 6 months. The methane production of pretreated sludge increased 1.4 times than that of untreated sludge. The result indicates that the cavitationally pretreated sludge was a better biodegradability substrate in anaerobic condition compared to raw sludge. It is obvious that cavitational pretreatment could enhance not only solubilization but also biodegradability of WAS. In conclusion, cavitational pretreatment of WAS to convert the particulate into soluble portion was shown to be effective in enhancing the digestibility of the WAS.

The purpose of this study was to more fully evaluate the potential for chlorophenol degradation in anaerobic sludge. The pH effects on the ring cleavage of phenol and dechlorination of monochlorophenol isomers and dichlorophenl isomers. This study results are as follows ; Each of the monochlorophenol isomers were degraded in anaerobic sludge. The relatives rates were 2-Chlorophenol > 3-Chlorophenol > 4-Chlorophenol. Biodegradation results for the dichlorophenol isomers in anaerobic sludge are such as 2,3-dichlorophenol and 2,5-dichlorophenol was reductively dechlorinated to 3-chlorophenol, 2,4-dichlorophenol to 4-chlorophenol, 2,6-dichlorophenol to 2-chlorophenol. The two dichlorophenol isomers which did not contain an ortho Cl substituent 3,4-dichlorophenol and 3,5-dichlorophenol were persistent during the 6-week incubation. The rate of dechlorination was enhanced by the presence of a Cl group ortho, rather than para, to the site of dechlorination.

With the rapid industrialization, an ever-increasing quantity and kind of new organic compounds pose environmental problems due to their toxicity and physiological effect. However, research on the biodegradation of these compounds under anaerobic condition is very limited inspite of its efficiency and economical advantage. In this research, the pH effect on the ring cleavage of phenol under anaerobic condition was investigated, and the theory of phase separation was applied to the degradation of phenol for investigating the role of acidogenic bacteria. Results, obtained from biochemical methane potential(BMP) assay for 15.5 days of incubation, showed that acidic condition was more desirable for phenol degradation than alkaline condition. By both unacclimated methanogenic granular sludge and two mixed cultures, phenol was completely removed within six weeks of incubation with a gas conversion rate of over 86% of theoretical one. However, phenol was not degraded by unacclimated acidogenic culture, and thus it is considered as a syntrophic substrate. In case of phase separated biochemical methane potential(PSBMP) assay, in which acidogenic and methanogenic culture were seeded separately and consecutively, those that had been subjected to normal acidogens for 3 to 4 weeks showed higher gas production than those seeded with sterile or frozen culture.

Anaerobic mesophilic batch tests of food waste and food waste leachate collected from food waste treatment facility were carried out to evaluate their ultimate biodegradability and two distinctive decay rate coefficients (k1 and k2) with their corresponding degradable substrate fractions (S1 and S2), respectively. Each 3 liter batch reactor was operated for more than 60 days at substrate to inoculum ratio (S/I) of 0.5 as an initial total volatile solids (TVS) mass basis. Result of Ultimate biodegradability of 74 ~ 83% for food waste and 85 ~ 90% for food waste leachate were obtained respectively. The readily biodegradable fraction of 85 ~ 93% (S1) of food waste Biodegradable Volatile Solids (BVS, So) degraded within the initial 15 days with a range of of 0.151 ~ 0.168 day−1, whereas the rest slowly biodegradable fraction (S2) of BVS degraded for more than 53 days with the long term batch decay rate coefficients of 0.009 ~ 0.010 day−1. For the food waste leachate, the readily biodegradable portion (S1) appeared to be 92 ~ 94% of BVS (So), which degrades with of 0.172 ~ 0.206 day−1 for an initial 15 days. Its corresponding long term batch decay rate coefficients were 0.005 ~ 0.009 day−1. It is recommended that the hydraulic retention times of mesophilic anaerobic digesters be 16 days for the food waste and 15 days for the food waste leachate, respectively. However a safety factor should be considered when designing a full scale plant.

구제역 등 가축전염병 발병으로 인한 가축 사체 살 처분 시 병원균의 확산 및 전파를 방지하기 위해 매몰, 소각, 렌더링, 퇴비화, 알칼리 가수분해 및 혐기성 소화 등의 방법을 이용하여 폐기 처리하여야 한다. 매몰에 의한 살 처분은 전 세계적으로 가장 선호되는 방법이다. 우리나라의 경우, “가축전염병예방법 제 20조”, “가축전염병예방법 시행규칙 제 25조” 및 긴급방역행동지침(가금인플루엔자, 전염성해면상뇌증 및 구제역 등)에 의해 가축전염병에 전염된 가축 사체에 대해서는 대부분 매몰하는 방식으로 처분하고 있다. 가축 사체는 매몰 초기, 호기 조건에서 분해가 이루어지나 이를 제외한 기간에는 혐기 조건에서 분해가 이루어진다. 폐기물의 호기성 분해는 혐기성 분해에 비해 안정화를 촉진시키는 데 효과적인 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 가축 사체를 매몰한 모형매몰지를 호기 및 혐기 조건으로 운영하여 이에 따른 안정화 특성을 파악하였다. 호기성 모형매몰지의 침출수 발생량은 혐기성 모형매몰지에 비해 약 1.4배 많은 것으로 나타났으며 침출수 발생속도는 약 1.5배 빨라진 것으로 나타났다. 또한 총유기탄소를 기반으로 한 가축 사체의 분해율을 살펴보면, 호기성 모형매몰지에서 약 1.9배 높은 것으로 나타났으며 발생된 총유기탄소의 약 74%는 침출수를 통해 발생된 것으로 나타났다. 본 연구 결과, 가축 사체의 호기성 분해는 혐기성 분해에 비해 안정화에 효과적인 영향을 미치는 것으로 나타났으나 분해 시 발생되는 악취 또는 에어로졸 등에 대한 해결 방안이 필요할 것으로 판단된다.

2000년부터 10년에 걸쳐 국내에서 총 5차례의 구제역이 발발하였다. 특히, 지난 2010년에 발생한 구제역은 전국적으로 약 340만 마리의 가축을 살처분 후 매몰하여 처분하였다. 가축 사체를 매몰하는 경우 매몰 초기에는 매몰지 내 산소를 이용하여 유기물을 분해하는 호기성 분해단계를 거쳐 잔류 산소가 소모된다. 매몰지의 경우 사체의 유기물로 인해 산소의 소모가 급격하게 이루어진다. 자연적 또는 인위적으로 산소를 유입하지 않는 경우 혐기성 상태로 치환되며 장기간 유지한다. 국내의 경우 2010년에 발생한 구제역으로 전국적으로 4,000여개소 이상의 매몰지가 조성되었으며 매몰지의 규모 및 매몰 두수는 지역별로 상이하다. 구제역 긴급행동지침에 따르면 500 m3 규모의 적정 매몰 두수는 돼지 550두로 제시되어 있다. 그러나 매몰지 내 유기물의 경우 일반적으로 고농도로 존재하는 것으로 나타났다. 따라서, 본 연구에서는 혐기성 생분해도 실험인 BMP(Biochemical Methane Potential) assay를 통해 매몰지내 유기물 농도에 따른 생분해도 특성을 평가하였다. 기질은 돈육을 이용하였으며 기질의 농도에 따른 최종 메탄 수율, 최대 메탄 발생율 및 저해 특성을 평가하였다. 또한, 원소분석을 통해 기질의 농도에 따른 생분해도를 평가하였다. 비선형 저해 방정식을 이용하여 기질 농도에 대한 저해 영향을 평가한 결과에 따르면 생분해도 및 최종 메탄 수율에 비해 상대적으로 최대 메탄 발생율이 민감하게 반응한 것으로 나타났다.

고유가 및 국제적 환경규제 강화와 더불어 우리나라는 2013년 온실가스 감축 의무대상국으로의 편입이 가시화되고 있다. 따라서 농업분야의 신재생에너지 사업기반 마련을 위해 가축분뇨를 비롯한 농축산바이오매스의 혐기성소화 방식을 통한 바이오가스 생산 및 에너지화 기술 개발의 필요성이 증대되고 있다. 또한 농업부문의 급속한 시장개방으로 외국산 축산물의 수입이 본격화됨에 따라 국내 축산업의 경쟁력 제고와 축산업 과정에서 필연적으로 발생하는 가축분뇨의 해양배출 금지에 대비한 육상처리시설 기반 확보가 필요하다. 가축분뇨 및 농축산바이오매스의 혐기성소화 기술 적용은 장래 해양배출 금지에 따른 처리시설 기반확보와 동시에 온실가스를 저감하는 환경적 기능, 메탄가스와 같은 재생에너지 생산 그리고 소화슬러지는 퇴･액비화 후 양질의 유기질 비료로 활용하는 등 자원순환 기능을 동시에 달성할 수 있다. 이에 본 연구에서는 다양한 가축분뇨 및 농축산 바이오매스를 대상으로 회분식 혐기성소화 실험을 통해 각 연구대상 통합시료의 분해속도 및 생분해 특성을 평가하고, 가축분뇨 및 농축산바이오매스의 혐기성통합소화 플랜트 설계 기초자료를 제시하고자 하였다. 혐기성 통합 소화 대상 농축산바이오매스는 동계사료작물 청보리, 하계사료작물 사료용 옥수수, 가축분뇨는 우분을 연구대상으로 하였다. 가축분뇨와 Energy Crop의 혼합비는 VS기준으로 60 : 40이었으며, 식종균은 D시의 하수처리장의 중온혐기성소화균을 채취하여 순응적응시켜 이용하였다. 최종생분해도평가는 Graphical Statistic Analysis Method와 BMP Test를 적용하였다. 실험기간 120일동안 우분의 최종생분해도는 72~73%이었으며 가축분뇨와 사료작물의 혼합비 60:40 조건에서 우분+옥수수 통합시료는 83~85%, 우분+청보리 통합시료는 80%의 최종생분해도를 나타내었다. 우분의 전체 생분해성 유기물 중 빠르게 분해되는 분율(S1)은 78%으로 k1(0.087day-1)의 속도로 25일 안에 빠르게 분해하였으며, 느리게 분해되는 S2 분율은 22%로써 k2(0.004day-1)의 속도로 95일의 긴 시간동안 분해하였다. 우분+사료용 옥수수 통합시료(혼합비 60:40)의 S1은 25일 동안 BVS 중 80%가 0.090day-1(k1)의 속도로 빠르게 분해하였으며, S2는 95일 동안 k2, 0.004day-1의 속도로 BVS의 20%가 분해되었다. 우분+청보리 통합시료(혼합비 60:40)의 S1은 30일 동안 BVS 중 76%가 0.069day-1(k1)의 속도로 빠르게 분해하였으며, S2는 90일 동안 k2, 0.009day-1의 속도로 BVS의 24%가 분해되었다.

In order to develop a high cellulolytic direct-fed microorganism (DFM) for ruminant productivity improvement, this study isolated cellulolytic bacteria from the rumen of Holstein dairy cows, and compared their cellulolytic abilities via DM degradability, gas production and cellulolytic enzyme activities. Twenty six bacteria were isolated from colonies grown in Dehority’s artificial (DA) medium with 2% agar and cultured in DA medium containing filter paper at 39℃ for 24h. 16s rDNA gene sequencing of four strains from isolated bacteria showed that H8, H20 and H25 strains identified as Ruminococcus flavefaciens, and H23 strain identified as Fibrobacter succinogenes. H20 strain had higher degradability of filter paper compared with others during the incubation. H8 (R. flavefaciens), H20 (R. flavefaciens), H23 (F. succinogenes), H25 (R. flavefaciens) and RF (R. flavefaciens sijpesteijn, ATCC 19208) were cultured in DA medium with filter paper as a single carbon source for 0, 1, 2, 3, 4 and 6 days without shaking at 39℃, respectively. Dry matter degradability rates of H20, H23 and H25 were relatively higher than those of H8 and RF since 2 d incubation. The cumulative gas production of isolated cellulolytic bacteria increased with incubation time. At every incubation time, the gas production was highest in H20 strain. The activities of carboxymethylcellulase (CMCase) and Avicelase in the culture supernatant were significantly higher in H20 strain compared with others at every incubation time (p

본 연구에서는 하수슬러지 가수분해를 통해 생성되는 아미노산의 혐기성 분해과정을 알아보기 위해 각각의 아미노산 별로 혐기성 분해를 평가하였다. 아미노산의 개별 평가를 위해, 두 종류 아미노산간의 공동대사 반응인 stickland reaction은 제한시켰고, 혐기성분해가 진행되는 동안 COD, T-N, NH4＋-N, Biogas, CH4 등의 변화를 분석했다. 본 연구에서는 아미노산의 탈아미노화에 의해 생성되는 암모니아성질소를 통해 아미노산 분해율을 판단하였고, 이를 위해 각 아미노산의 질소농도를 1,000mg/L로 고정하여 연구를 진행하였다. 그 결과, 알라닌, 시스테인, 리신, 류신, 메티오닌, 아르기닌, 글리신, 히스티딘의 항목 중 시스테인, 류신, 메티오닌은 탈아미노화가 61.55%, 54.59%, 46.61% 밖에 이루어지지 않았다. 특히 시스테인과 메티오닌의 경우, 탈아미노화에 기인된 유기물질의 혐기성분해가 전혀 이루어지지 않았다. 이 3종류 아미노산이 폐수에 높게 함유되어 stickland reaction이 완벽하게 충족되지 않는 조건이라면, 이 아미노산들은 혐기성 소화 공정의 처리효율 저하의 원인이 될 수 있다고 판단된다.