Wastewater management is increasingly emphasizing economic and environmental sustainability. Traditional methods in sewage treatment plants have significant implications for the environment and the economy due to power and chemical consumption, and sludge generation. To address these challenges, a study was conducted to develop the Intermittent Cycle Extended Aeration System (ICEAS). This approach was implemented as the primary technique in a full-scale wastewater treatment facility, utilizing key operational factors within the standard Sequencing Batch Reactor (SBR) process. The optimal operational approach, identified in this study, was put into practice at the research facility from January 2020 to December 2022. By implementing management strategies within the biological reactor, it was shown that maintaining and reducing chemical quantities, sludge generation, power consumption, and related costs could yield economic benefits. Moreover, adapting operations to influent characteristics and seasonal conditions allowed for efficient blower operation, reducing unnecessary electricity consumption and ensuring proper dissolved oxygen levels. Despite annual increases in influent flow rate and concentration, this study demonstrated the ability to maintain and reduce sludge production, electricity consumption, and chemical usage. Additionally, systematic responses to emergencies and abnormal situations significantly contributed to economic, technical, and environmental benefits.

It is essential to decrease energy consumption and excess sludge to economically operate sewage treatment plant. This becomes more important along with a ban on sea dumping and exhaustion of resource. Therefore, many researchers have been study on energy consumption reduction and strategies for minimization of excess sludge production from the activated sludge process. The aeration cost account for a high proportion of maintenance cost because sufficient air is necessary to keep nitrifying bacteria activity of which the oxygen affinity is inferior to that of heterotrophic bacteria. Also, additional costs are incurred to stabilize excess sludge and decrease the volume of sludge. There were anoxic, aerobic, membrane, deairation and concentration zone in this MBR process. Continuous aeration was provided to prevent membrane fouling in membrane zone and intermittent aeration was provided in aerobic zone through ammonia sensor. So, there was the minimum oxygen to remove NH4-N below limited quantity that could be eliminated in membrane zone. As the result of this control, energy consumption of aeration system declined by between 10.4 % and 19.1 %. Besides, we could maintain high MLSS concentration in concentration zone and this induced the microorganisms to be in starved condition. Consequentially, the amount of excess sludge decrease by about 15 %.

최근 몇 년간 에너지 위기에 대한 우려가 급격히 증가하고 있으며, 방대한 에너지소비에 따른 환경오염도 큰 문제로 대두되고 있다. 사회적으로 에너지 위기가 고조되고 있는 가운데 새로운 에너지나 신재생에너지에 대한 관심이 증가하고 있다. 본 연구는 이러한 문제를 해결하기 위한 하나의 해결책으로 양어장 등에서 사용되는 폭기장치를 구동하기 위한 에너지를 자연으로부터 얻을 수 있는 가능성을 타진해 본 연구이다. 연구의 목적은 풍력에너지를 이용한 폭기장치의 개발에 있으며, 다양한 풍속 및 수풍면적에 대한 풍력폭기장치의 가능성을 살펴보고 있다. 또한, 최대의 효율을 얻을 수 있는 풍력펌프의 각도에 대한 토출구의 높이를 유도하여 유사한 장치의 설계에 있어 도움을 줄 수 있는 데이터를 제공하고 있다.

본 연구는 느타리버섯 1,100㎖ 배양용기의 뚜껑종류 및 크기에 따른 배양중 이산화탄소농도변화, 수분함량, 유리당, 및 수량을 조사하였다. 이산화탄소 농도는 기존의 비통기성 무스폰지 뚜껑구가, 상하 천공과 하 천공 모두에서 천공 구멍이 작을수록, 또한 상대비교는 하 천공구에서 높게 유지되었다. 배양중 이산화탄소 변화는 배양 뚜껑 종류와는 관계없이 배양 경과 6~11일경 이산화탄소발생량이 최고치에 도달하였다. 뚜껑종류별 느타리버섯(1100㎖병)의 수량은 상하 뚜껑 천공의 19~38㎜천공에서 11.4~23.8%로 증수되어 폭넓게 수량이 좋았으며, 하 천공에서 26~47㎜천공 뚜껑에서 대조구에 비하여 6.5~17.9%가 수량이 증수되었다. 또한 빠른 균사배양속도를 고려하면 상하 33㎜천공 뚜껑에서 기존 무스폰지 뚜껑보다도 23.8%의 높은 수량으로 제일 양호하였다.

본 연구는 느타리버섯 850㎖ 배양용기의 뚜껑종류 및 크기에 따른 배양중 이산화탄소농도변화, 수분함량, 유리당, 키친 함량 및 수량을 조사하였다. 배양중 이산화탄소 변화는 배양 뚜껑 종류와는 관계없이 배양 경과 8~9일경 이산화탄소발생량이 최고치에 도달하였고, 뚜껑종류별 이산화탄소누적 농도는 뚜껑 크기 29~41㎜를 비교하였을 때 상하천천공은 6.5~4.0%, 하부천공은 9.0~6.5%로 하부천공이 이산화탄소농가 높게 측정되었다. 수분변화는 구멍크기가 클수록 배지 내 수분 보유량은 감소하였다. 유리당과 키친의 변화는 상하천공보다 하부천공에서 유리당 및 키친량이 많았고, 수량은 상하천공 23~33㎜, 하천공 29㎜에서 각각 15.8~21.2%, 20%가 증수되었다.

팽나무버섯 병재배(1,100㎖)에서 배양기 내 통기성이 팽나무버섯의 균사생장과 버섯발생에 미치는 영향을 조사하였다. 배양병 내의 통기성은 배양병 뚜껑에서 천공의 상하 위치와 구경 크기로 조절하였고, 통기성 처리의 효과로는 배양병 내 이산화탄소 농도, 수분함량 변화, 키틴 함량, 유리당 함량, 자실체 발생량을 조사하였다. 팽나무버섯 균사배양 중 대수기 정점에서의 배양병 내 이산화탄소 농도는 대조구인 비통기성 무스폰지 뚜껑과, 천공 크기가 작은 뚜껑일수록 상대적으로 높았다. 팽나무버섯 균사 배양체 내유리당 함량은 구멍 크기가 47mm로 상하로 천공된 뚜껑을 가진 병에서, 그리고 구멍 크기가 26~33mm로 하부만 천공 뚜껑을 가진 병에서 가장 많았다. 키틴 함량은 26mm 크기의 구멍을 하부에만 천공한 뚜껑을 가진 병에서 가장 많았다. 한편 뚜껑에서 천공의 위치가 상하 양쪽이고 천공크기가 42㎜~47㎜인 배양병에서는 수분 감소가 많아 발이가 불량하고 자실체 생산량도 적었다. 결론적으로 팽나무버섯 병재배 용기 1,100㎖ pp병에서 최고의 수량을 나타낸 배양병에서의 뚜껑은 상하 천공으로 19㎜ 구멍과 하부만의 천공은 26㎜ 구멍을 내고 통기성 스폰지를 넣은 것으로, 이 때 자실체 생산량은 대조구보다 6~9% 증가하였다.

폐기물의 높은 수분함량은 폐기물 에너지화에 있어 효율을 저해시키는 주된 요인이다. 기계적･생물학적 처리(Mechanical Biological Treatment, MBT)는 생분해성 폐기물의 매립량을 줄이고, 고형연료 생산을 통한 에너지회수를 위해 적용된 기술이다. 최근에는 고품질의 고형연료를 생산하고자 MBT 시설에서 생물학적 처리공정으로 Bio-drying 공정을 적용하고 있다. 본 연구에서는 현재 가동중인 기계적 선별공정 중심의 생활폐기물 고형연료화 시설에서 배출되는 선별 잔재물을 대상으로 Bio-drying이 진행되는 과정에서의 수분제거 특성을 파악하였다. 또한, 특정 범위(45~50℃)로 배출가스의 온도가 유지될 수 있도록 송풍량 자동제어 방식을 적용하였으며, 단일방향의 공기공급에서 기인되는 수분함량의 불균질 분포를 해소하기 위해 송풍방향의 전환을 실시하였다. 2주 동안의 Bio-drying을 통해 폐기물의 40.3%이 감량되었으며, 초기 수분중량 대비 79.4%의 수분이 제거(건조)되었음을 확인하였고, Bio-drying 전/후 폐기물의 수분함량은 각각 43.0 및 14.8%로 분석되었다. Bio-drying 공정에서의 water balance 수립을 통해 송풍방향 전환시점에서의 평균 수분함량이 19.8%로 추정된 반면, 폐기물 상층의 수분함량은 39.0%로 분석되었다. 송풍방향의 전환 이후 실험종료 시점에서의 폐기물 상/중/하층의 수분함량은 각각 23.1, 13.3 및 16.0%로 분석되어, 송풍방향의 전환을 통해 폐기물 상층 수분함량의 효과적인 감소와 수분함량의 균질 분포가 유도될 수 있음을 확인하였다. 또한, 송풍량 자동제어 방식의 적용을 통해 배출가스 온도의 상승 및 하강 시점에서의 송풍량 증가 및 감소에 의해 배출가스의 온도가 특정 범위 내에 존재할 수 있었음을 확인하였으며, 송풍량의 변화가 수분 제거속도를 상승시키는 요인으로 작용한 것으로 분석되었다.

Activated sludge sewage treatment processes are difficult to be controlled because of their complex and nonlinear behaviour, however, the control of the dissolved oxygen level in the reactors plays an important role in the operation of the facility. For this reason, this study is designed to present a system which accurately measures DO, MLSS, pH and ORP in the aeration tank to alleviate situations above and provide the automatization of a sewage treatment plant (STP) using new DO control system. The automatic control systems must be guaranteed the accuracy. Therefore, the proposed automatic DO control system in this study could be commercial applications in the aeration tanks by means of operating cost analysis and user-friendly for operation and maintenance. We could get accurate data from the lab tank which has water quality checker because there was no vortex and air bubble during the measurement process. Improvement of confidence in the lab tank enabled effective and automatic operation of sewage treatment plants so that operation costs and manpower could be saved. If this result is put in place in every sewage treatment plant nationwide for practical purposes, it is estimated to cost 18.5 million dollars in installing the lab tank and to save 9.8 million dollars in management cost a year, except for cost saved by automation.