As aeration is an energy-intensive process, its control has become more important to save energy and to meet strict effluent limits. In this study, predictive aeration control based on the respirometric method has been applied to the sequencing batch reactor (SBR) process. The variation of the respiration rate by nitrification was great and obvious, so it could be a very useful parameter for the predictive aeration control. The maximum respiration rate due to nitrification was about 60 mg O2/L‧h and the maximum specific nitrification rate was about 7.5 mg N/g MLVSS‧h. The aeration time of the following cycle of the SBR was daily adjusted in proportion to that which was previously determined based on the sudden decrease of respiration rate at the end of nitrification in the respirometer. The aeration time required for nitrification could be effectively predicted and it was closely related to influent nitrogen loadings. By the predictive aeration control the aerobic period of the SBR has been optimized, and energy saving and enhanced nitrogen removal could be obtained.

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.

The respirometric technique has been used to analyze the nitrification process in a sequencing batch reactor(SBR) treating municipal wastewater. Especially the profile of the respiration rate very well expressed the reaction characteristics of nitrification. As the nitrification process required a significant amount of oxygen for nitrogen oxidation, the respiration rate due to nitrification was high. The maximum nitrification respiration rate, which was about 50 mg O2/L･h under the period of sufficient nitrification, was related directly to the nitrification reaction rate and showed the nitrifiers activity. The growth rate of nitrifiers is the most critical parameter in the design of the biological nutrient removal systems. On the basis of nitrification kinetics, the maximum specific growth rate of nitrifiers in the SBR was estimated as 0.91 d-1 at 20℃, and the active biomass of nitrifiers was calculated as 23 mg VSS/L and it was about 2% of total biomass.

As the sequencing batch reactor process is a time-oriented system, it has advantages of the flexibility in operation for the biological nutrient removal. Because the sequencing batch reactor is operated in a batch system, respiration rate is more sensitive and obvious than in a continuous system. The variation of respiration rate in the process well represented the characteristics of biological reactions, especially nitrification. The respiration rate dropped rapidly and greatly with the completion of nitrification, and the maximum respiration rate of nitrification showed the activity of nitrifiers. This study suggested a strategy to control the aeration of the sequencing batch reactor based on respirometry. Aeration time of the optimal aerobic period required for nitrification was daily adjusted according to the dynamics of respiration rate. The aeration time was mainly correlated with influent nitrogen loadings. The anoxic period was extended through aeration control facilitating a longer endogenous denitrification reaction time. By respirometric aeration control in the sequencing batch reactor, energy saving and process performance improvement could be achieved.

담체가 투여된 침지형 막결합 연속회분식 반응기(SMSBR)를 사용한 하수의 고도처리에서 담체가 여과성능과 제 거효율에 미치는 영향을 조사하였다. 담체는 반응기 부피 기준으로 10% 투여하였고, 담체와 분말활성탄을 첨가하지 않은 반 응기, 분말활성탄(10 g/L)만을 첨가한 반응기 및 담체와 분말활성탄을 모두 첨가한 반응기를 대조군으로 하였다. COD, T-N 및 T-P에 대한 제거효율은 담체 및 분말활성탄 첨가 유무에 따라 큰 차이가 없었다. 그러나 담체를 첨가하지 않은 경우 막간 차압(TMP)은 급격히 증가하였으나, 담체를 첨가한 경우에 막간차압은 매우 서서히 증가하였다. 담체를 투여한 SMSBR를 사 용하여 하수를 고도처리 할 때, 91일 이상의 운전기간 동안 막 세정 없이 운전이 가능하였다. 담체만을 투여한 경우, 운전 80 일 경과 이후의 COD, T-N 및 T-P 평균 제거율은 각각 95.0, 69.3% 및 51.4%이었다.

We developed leaching kinetics models and a convective mass transfer model for water soluble solid in jujube (Zizyphus jujube) fruits with hot water. Hot-water leaching process was conducted at 90°C for 100 min. The ratio of solvent (volume, mL) to solid (mass, g) was set to varied ratios of 1:6, 1:8, 1:10, and 1:12.5. The mass transfer coefficients (k) were determined based on the 1st- and 2nd-order kinetic models. The amount of solvent influenced the extraction rate and yield. A higher extraction rate and a higher yield were obtained from a lower solvent to solute ratio (1:6, 1:8, 1:10) compared to high ratio (1:12.5). This implies that an appropriate amount of solvent (i.e., water) is necessary to conduct the extraction process of jujube fruit.

The influencing factors to remove phosphate were evaluated by converter slag (CS). Experiments were performed by batch tests using different CS sizes and column test. Solutions were prepared at the different pH and concentrations. The maximum removal efficiency was obtained over 98% with the finest particle size, CSa within 2 hours in batch tests. The removal efficiency was increased in the order of decreasing size with same amount of CS for any pH of solutions. The adsorption data were well fitted to Freundlich isotherm. From the column experiment, the specific factors were revealed that the breakthrough removal capacity (BRC) xb/mcs, was decreased by increasing the influent concentration. The breakthrough time, tb was lasted shorter as increasing the influent concentration. The pH drop simultaneously led to lower BRC drop during the experimental hours. The relation between the breakthrough time and the BRC to influent concentration was shown in the logarithmic decrease. Results suggested that the large surface area of CS possessed a great potential for adsorptive phosphate removal. Consequently particle size and initial concentration played the major influencing factors in phosphate removal by converter slag.

C/N 비가 낮은 농촌마을 하수의 고도처리를 위하여 0.4 µm의 세공크기를 갖고 있는 평막이 침지된 연속회분식 반응기를 사용하였다. 분말활성탄의 투입, 폭기량 및 유입 유기물 농도가 처리효율과 여과 성능에 미치는 영향을 조사하였다.54일 이내의 조업 초기에서는 C/N 비가 증가할수록 COD, T-N 및 T-P의 제거율과 MLSS 농도는 증가하였다. 조업 89일 후의 COD, T-N 및 T-P의 제거율은 각각 97.1%, 75.0% 및 48.3%이었다. 막여과에 의해 처리수에서 SS는 검출되지 않았으며,T-P의 제거율이 낮게 나온 이유는 과잉의 슬러지를 배출하지 않았기 때문이다. 분말활성탄을 투여한 경우 조업이 진행됨에따라 분말활성탄의 혼합강도와 충돌빈도가 증가하여 슬러지의 입자크기가 감소하였으며, 이로 인해 분말활성탄을 투여하지 않은 경우에 비해 TMP 상승이 크게 나타났다.

회분식 고전압 펄스 전기장 처리에 의한 막걸리의 비가열 살균 공정 적용의 가능성을 알아보았다. 막걸리의 초기 균수는 약 2×108 CFU/mL로 전기장의 세기와 처리시간이 증가할수록 사멸율은 증가하여, 30 kV/cm, 256 pulse 처리하였을 경우 약 2 log 정도의 사멸율을 나타내었다. 고전압 펄스 전기장과 열을 병합처리하였을 경우 50oC에서 20 kV/cm, 256 pulse 처리를 한 후 8 log의 높은 사멸율을 나타내었으며, 알코올 농도를 달리하였을 경우 알코올 농도가 높아질수록 높은 사멸율을 나타내어 12%의 알코올 농도에서 4.8 log의 사멸율을 보였다. 고전압 펄스 전기장 처리한 막걸리를 4oC와 30oC에서 4주간 저장하였을 경우 무처리막걸리에 비하여 4oC에서는 pH, 산도, 미생물의 수에 변화가 거의 없었으며, 30oC에서도 적정산도나 미생물의 증가가 일정 수준이하로 억제되어 막걸리의 비가열 살균 공정으로서의 가능성을 보였다.

UV 파장이 차단된 고강도 광원을 활용한 광펄스 시스템을 이용하여 막걸리로부터 분리한 효모의 살균 효과에 대하여 연구하였다. 광펄스 처리의 주요 변수인 빛의 세기와 처리시간 그리고 frequency에 따른 효모의 사멸 효과를 살펴본 결과 광원의 빛의 세기(전압의 세기)가 높아질수록 그리고 처리시간이 길어질수록 높은 사멸율을 나타내어 1000V, 50 sec 처리 후 모든 균(약 7 log CFU/mL) 이 사멸하였으며, 처리시간에 따라 직선적으로 사멸하는 경향을 보였다. 일정한 빛의 세기와 처리시간에서는 frequency가 증가할수록 사멸 효과가 증가하였지만 실제 처리시간(처리시간×펄스수)이 같으면 frequency에 상관없이 같은 사멸효과를 보여 frequency에 따른 사멸율의 영향은 없었다. 시료내에 초기 균수 농도가 높을수록 투명도의 감소에 의해 광원의 투과력이 떨어져 사멸효과는 감소하였으며, 시료의 깊이가 증가할수록 사멸효과는 감소하여 시료의 깊이가 5 mm이상일 경우 사멸효과가 급격히 떨어졌다. 광펄스 처리 중 시료의 온도는 변화가 없었다. 이상의 결과로 미루어 볼 때 광펄스 처리가 실제 공정에 적용될 경우 온도의 변화없이 시료 내의 미생물을 사멸하는데 효과는 있으나 이를 위해서는 시료의 탁도와 초기균수 그리고 깊이를 고려하여 설계되어야 할 것으로 보인다.

스펀지 형태의 담체가 첨가된 침지형 막결합 연속회분식 생물반응기에서 담체가 제거효율과 여과성능에 미치는 영향을 조사하였다. 담체는 반응기 부피 기준으로 각각 5%, 10% 및 20% 첨가하였고, 담체를 첨가하지 않은 반응기를 대조군으로 하였다. COD, T-N 및 T-P에 대한 제거효율은 담체 첨가 유무에 관계없이 큰 차이가 없었다. 그러나 담체를 첨가한 경우, 첨가하지 않은 경우에 비해 조업시간에 따른 막간차압(TMP)은 매우 서서히 증가하였다. 이러한 결과는 폭기에 의해 상승하는 담체가 막 표면과 충돌하게 되고, 이때 막 표면에 형성된 케이크 층을 제거시키기 때문이다. 결론적으로 담체가 첨가된 막결합형 연속회분식 생물반응기는 담체가 없는 반응기에 비해 여과성능이 크게 개선되어, 폐수처리에 효과적으로 활용될 수 있을 것이다.

광펄스 기술은 광범위한 파장의 강한 빛을 짧은 시간동안 조사하여 미생물을 사멸시킴으로서 식품을 살균하는 새로운 비가열 살균 기술로서 주목받고 있다. 본 연구에서는 막걸리를 회분식 방법으로 광펄스 처리하여 살균 효과를 살펴보고, 저장 중의 품질 변화에 대하여 살펴보았다. 광펄스 처리 후 막걸리는 처리하지 않은 막걸리에 비해 2 log cycle 정도의 생균수의 감소를 보였으며, 균수는 1.8-2.7×104 CFU/mL 정도였다. 저장 기간 중 생균수는 4oC에서는 처리구와 무처리구 모두 효모, 세균 및 젖산균의 수가 약간 감소하는 경향을 보였으며, 저장 후 4주간 큰 변화가 없었다. 그러나 30oC에서는 광펄스 처리하지 않은 막걸리의 경우 106정도 수준에서 7일간 일정하게 유지되었으며, 처리구는 2일 정도 후에 무처리구와 비슷한 생균수를 나타내었다. 저장기간 중 품질 변화를 보면 pH는 저장 온도와 상관없이 무처리구와 처리구 모두 약간 감소하는 경향을 보였으나 적정산도는 4oC에서는 일정하게 유지가 되었으나 30oC에서는 무처리구의 경우 2일 후부터 급격한 증가를 보였지만 처리한 시료의 경우에는 저장 6일 후까지 큰 증가를 보이지 않았다. 그리고 환원당의 경우에는 저장 온도에 따라 차이는 있으나 처리구와 무처리구 모두 저장기간동안 지속적으로 감소하였다. 이상의 결과로 보아 막걸리를 적절한 조건으로 광펄스 처리하였을 경우 품질변화를 최소화하고 생균수와 적정산도의 증가를 지연시킬 수 있을 것으로 생각된다.

침지식 막결합형 연속회분식 생물반응기에서 폐수의 도입단계가 제거효율과 여과성능에 미치는 영향을 조사하였다. 호기성 단계의 초기에 공급할 경우(Mode-1)와 무산소 단계의 초기에 공급할 경우(Mode-2)에 대하여 89일 동안 동시에 운전하였다. COD 제거효율과 여과성능은 2가지 운전방식 간에 큰 차이가 없었다. 그러나 영양염류(총질소와 총인)의 제거효율에 있어서 Mode-2가 Mode-1에 비해 보다 효과적이었다. Mode-2의 경우 COD, 총질소 및 총인의 제거율은 각각 99.1, 73.3 및 77.7%이었다.

0.4μm의 세공크기를 갖고 있는 평막이 침지된 연속회분식 반응기에서 유입 유기물 농도가 영양염류 제거에 미치는 영향을 조사하였다. 분리막의 여과성능과 영양염류 제거효과를 규명하기 위하여 유입 유기물의 농도를 200 mg/L (Run-1), 400 mg/L (Run-2) 및 800 mg/L (Run-3)로 연속적으로 변화시키면서 실험하였다. COD/N 및 COD/P의 비가 증가할수록 T-N 및 T-P의 제거율은 모두 증가하였다. Run-1, Run-2 및 Run-3에서 T-N의 평균 제거율은 각각 28.1, 32.6 및 90.4%이었으며, 투과수의 T-N 평균 농도는 각각 32.0, 30.0 및 4.3 mg/L 이었다. 또한 Run-1, Run-2 및 Run-3에서 T-P의 평균 제거율은 각각 13.6, 35.3 및 93.1%이었으며, 투과수의 T-P 평균 농도는 각각 3.11, 2.33 및 0.25 mg/L이었다.

우라늄 변환시설 가동 중 발생하여 라군(lagoon)에 저장중인 방사성 슬러지 폐기물에 대한 처리는 시설 해체과정에서 매우 중요한 업무 중 하나이다. 슬러지 구성성분 중 다량을 차지하는 질산암모늄의 폭발 위험성 등으로 인해 미생물을 이용한 질산염의 분해는 질산염을 안정적으로 처리할 수 있는 효과적인 방법이라 할 수 있다. 본 연구에서는 라군 슬러지의 약 60 wt%를 차지하는 질산염을 혐기성 균주의 하나인 Pseudomonas halodenidificans를 이용하여 탈질하기위한 공정 변수에 대한 영향을 평가하였다. 온도, 질산염 농도, 전자공여체의 영향, C/N 비율, 초기 접종하는 균주의 비율, pH등의 공정변수에 대하여 실험한 이번 결과는 향후 연속식 공정 설계를 위한 기초 자료로 사용될 것이다.

There are several serious problems in treating shipboard wastewater due to special environmental conditions of ship, such as confined space, rolling and pitching, change of temperature and so on. It was suggested that Sequence Batch Reator (SBR) process might be suitable for overcoming above problems in terms of small size, high capacity of treating wastewater and full automation. In this study the SBR process was used for the secondary treatment of shipboard wastewater. The average removal efficiency of DOC, nitrogen, phosphorus and surfactants(MBAS) were studied and the effects of various C/N ration on the efficiency of treatment were investgated. From the experimental results it was convinced that the SBR process would be able to be used as a suitable process for removing organic matters and nitrogen in reuse system of shipboard wastewater.

Each factor for the most effective electrolytic reaction in treating shipboard sewage was enhanced by means of batch electrolyitc reactor using DSA electrode. The effective clearance was 6mm and pH was 5-6. In such case, more than 20% of sea water concentration was needed to attain 90% of COD removal rate. The suspended solids was effectively removed by electro-floatation in proportion as charged current density. The nitrogen and posporous were effectively removed in the electrolytic device when mixed seawater.