본 연구에서는 퇴비화실험 재료인 복합유용미생물 슬러지와 일반슬러지의 미생물 군집 비교를 통해 복합유용미생물 슬러지에 대한 미생물학적 특성을 밝히고 일반슬러지 퇴비와 비교하여 복합유용미생물 우점 슬러지를 퇴비화 하였을 때 발현되는 미생물의 성상을 비교하여 복합유용미생물 우점 슬러지 퇴비가 토양에 시용 되었을 때 토양에 미치는 영향을 간접적으로 확인하고자 한다. 또한 현재 시판되고 있는 광합성균을 이용한 돈분퇴비와 같은 공정으로 본 실험에서 사용한 복합유용미생물을 우점 시킨 돈분퇴비를 제조하여 시판퇴비와의 비교는 물론 퇴비 제조 방법에 따른 복합유용미생물 군집의 차이점을 알아보고자 하였다. Pyrosequencing을 통해 연구에서 사용된 복합유용미생물 우점 슬러지의 bacteria 군집 문(Phylum)의 수준에서 분석한 결과 Proteobacteria(41.30%), Gemmatimonadetes(14.12%)로 우점 되어 있었다. Proteobacteria는 하폐수 처리공정에서 유기물 농도가 높은 환경에서 주로 발견되며, 광합성세균은 이산화탄소 및 황화수소를 흡수 이용하며, 오염 및 악취의 방지 효과를 나타낸다고 알려져 있다. Gemmatimonadetes는 활성화된 우수처리장에서 발견되는 호기성균으로 일반슬러지에서는 0.3%정도 발견되었으나 복합유용미생물 우점 슬러지에서는 14.12%로 복합유용미생물 우점 활성슬러지 공정이 활성도가 높다고 판단할 수 있다. 복합유용미생물 우점 슬러지 퇴비와 일반 슬러지 퇴비의 다양성분석을 한 결과 퇴비화 숙성이 진행되면서 미생물이 단순화 되고 퇴비화에 주로 발현되는 미생물인 Bacteroidetes, Proteobacteria, Firmicutes등의 우점도가 높아지는 타 연구결과와 일치하였다. 특히 복합유용미생물에서 4.17% 우점 되어 있는 Actinobacteria는 고정된 질소를 공급하는 역할을 하고 퇴비가 숙성이 진행되면서 온도가 뜨거워질 때 활성도가 높아지는데 복합유용미생물 슬러지 퇴비가 일반슬러지 퇴비보다 부숙 온도가 높고, 높은 온도 유지기간도 길었기 때문으로 보인다.본 연구에서 개발한 BCL의 bacteria 군집을 종(species) 수준 분석하기 위해 시판퇴비인 PMP와 BMP와 비교한 결과 PMP와 BMP에서는 기타 (<1%)가 각각 49%, 48% 였지만 BCL퇴비는 기타 (<1%) 15%로 BCL퇴비가 다른 시판 퇴비보다 종 다양성은 떨어졌지만 시판퇴비보다 퇴비 내 미생물이 우점 되어 공생역할을 하는 것으로 나타났다.

가축(돈)분뇨는 고농도의 유기성폐기물로서 높은 함수율을 나타내고 있기 때문에 처리에 중점을 두어야 할 부분이 수분 처리 방법이다. 이에 기존 가축분뇨 처리방법으로 고상과 액상을 분리하여 고상은 퇴비화, 액상은 액비화 또는 정화 처리 후 하천에 방류하여 방류수 기준을 만족하는 방법을 사용하고 있다. 하지만 본 연구에서는 기존기술개발의 차별화 및 기존기술의 회피 전략을 위해, 돈분뇨의 유기물을 고온발효미생물에 의해 분해하여 85℃ 이상의 열에너지를 발생시켜 수분을 제거하는 무방류시스템이다. 여기에 유기물 BOD, COD의 농도변화는 발효조 진행방향에 따라 현저하게 감소되어 90%, 80%의 제거효율을 나타내었으며, 질소 성분인 T-N, NH3-N 역시 발효조 진행방향에 따라 각각 72%, 74%의 제거효율을 나타내었다. 뿐만 아니라 고체연료의 발열량을 높이기 위해 무연탄, 코크스, 기름 등의 열량보조제를 첨가하는 기존 방법 대신에 돈분에 적당량의 퇴비를 첨가한 고체연료 제조방법으로 4,500kcal/kg 이상의 높은 발열량을 얻을 수 있었다. 화석연료의 연소 등에 의한 2차 오염을 방지할 수 있으며, 생산 단가가 저렴한 친환경 기술이다. 따라서 본 무방류시스템은 고온발효미생물의 발열반응에 의해 가축분뇨를 저렴한 비용으로 고액 동시에 처리 할 수 있으며, 높은 발열량의 고체연료를 제조할 수 있는 새로운 기술이다.

미생물연료전지(Microbial fuel cells, MFCs)의 성능은 미생물이 부착 성장하는 산화전극의 활성에 의해 크게 영향을 받는다. 미생물연료전지의 산화전극 활성은 전극표면의 높은 생물친화도, 미생물이 부착성장 할 수 있는 넓은 표면적, 전기전도도 등에 의해서 결정된다. 지금까지 연구되어 온 미생물연료전지의 산화전극 재료들은 주로 다공성유리탄소, 탄소천, 탄소섬유 브러쉬, 흑연펠트, 흑연섬유 등의 탄소계열의 전도성 물질들이었다. 그러나, 이러한 탄소계열 물질들은 그 종류에 따라 비표면적이 작거나, 표면이 소수성이며, 금속과 비교할 때 전도성이 좋지 않은 특성을 가진 것들이 많다. 그러나, 서로 다른 특성을 가지는 탄소계열 물질들을 동시에 사용함으로서 각각의 재료들이 가지는 단점들을 보완함으로서 높은 활성을 가지는 미생물연료전지 산화전극을 제작하고자 하는 시도들이 이루어지고 있다. 그러나, 탄소계열 물질들을 동시에 사용하기 위해서는 이러한 재료들을 서로 혼합하고 내부적으로 결합시키기 위한 결합제가 반드시 필요한데 완성된 산화전극의 활성은 결합제의 종류에 의해서 크게 영향을 받는다. 지금까지는 주로 Nafion 용액, 에폭시 등의 고분자 물질들을 결합제로 사용하여 왔는데, Nafion 용액은 전도성 높고 친수성 물질이라는 장점이 있지만 부착력이 낮고 가격이 비싼 고가의 물질이라는 한계점을 가지고 있다. 또한, Epoxy는 부착력이 강한 반면 전도성이 없는 소수성 물질이라는 단점이 있다. 본 연구에서는 콜타르 피치(Coal tar pitch, CTP)에 니켈(Nickel, Ni)을 다양한 비율로 혼합하여 결합제를 제조하고, 이를 이용하여 제작한 팽창흑연과 탄소나노튜브 산화전극의 성능을 회분식 미생물연료 전지를 이용하여 평가하였다. 산화전극 제작에 사용된 결합제의 CTP 양이 적을수록, 전기적 활성은 증가하였으나 부착력이 크게 감소하였다. 또한, CTP에 Ni 함량이 증가할수록 산화전극 표면에 부착 성장한 미생물 생체량이 증가하였으며, 내부저항이 점차 감소하였다. CTP 4g과 Ni 5.9mmol을 혼합하여 제조한 결합제로 제작한 산화전극의 경우 미생물연료전지의 최대전력밀도는 738.11 mW/m²로서 가장 큰 값을 보였으며, 내부저항은 146.19 Ω로서 가장 낮았다. 이 값은 Nafion 용액을 결합제로 사용하여 제작한 대조구 산화전극과 비교할 때 최대전력밀도는 23.68% 높았으며, 내부저항은 33.82% 낮았다. CTP와 Ni을 혼합한 물질은 미생물연료전지의 산화전극제작에 사용할 수 있는 우수한 결합제이다.

최근 에너지 수요 증가로 인한 에너지 수급 불균형, 장기적인 화석연료 고갈 위험성, 기후변화 등으로 전 세계적인 에너지 확보 경쟁이 심화되고 있으며 에너지 안보가 모든 국가의 중요한 문제로 부상하고 있다. 이러한 신재생에너지에 대한 관심이 증가하면서 그 일환으로 열에너지 이용에 대한 관심도가 증가하고 있다. 특히 다양한 열원을 사용하여 저급의 에너지를 냉난방이나 급탕 등의 고급에너지로 변환시키는 열펌프 시스템을 이용한 열회수 기술이 널리 적용되고 있다. 공기, 수열, 지열 등의 열원이 적용되고 있으며, 최근에는 하천수, 하･폐수, 광산 등을 열원으로 이용한 연구 사례가 보고되고 있다. 폐기물매립지는 가용 토지자원 잠식뿐만 아니라 주변환경오염 방지 및 매립 종료 후 사후관리에도 많은 비용이 소요되는데, 일반적으로 폐기물매립지 내부는 혐기성 조건으로 운영되며 매립종료 후 30년 동안 사후관리를 의무화하고 있다. 이에 사후관리기간 단축방안 및 사후관리기간 동안 수익을 창출할 수 있는 부지활용방안이 필요하게 되었다. 유럽에서는 독일, 이탈리아 등을 중심으로 매립지 내부에 공기주입을 통한 폐기물의 분해 촉진 기술에 대한 연구가 증가하고 있다. 강제적으로 매립지 내부에 공기를 주입하여 매립지 내부를 호기성으로 전환시킬 경우 폐기물 내의 유기물 분해를 촉진시켜 사후관리 기간 감소 및 침출수 처리 비용 등을 절감시킬 수 있으며, 온실가스 저감효과도 입증되어 최근 CDM 사업으로도 적용되고 있다. 이와 별도로 적정 공기 및 수분의 주입은 폐기물매립지 내부 유기물질의 분해를 극대화할 뿐만 아니라 유기물 분해를 통한 열 발생도 증가시키고 있다. 이에 매립지 내부로 공기주입 시 폐기물의 안정화뿐만 아니라 매립지에서 발생하는 가스의 온도(약 50-80℃)에 주목하고 있다. 폐기물매립지에서의 열에너지 활용 가능성을 A 매립지를 통해 산출하면 A 매립지는 2011년까지 1,145,000톤의 생활폐기물을 매립하였으며, 이중 복토재, 수분, 불연성 물질, 그리고 일부 분해된 가연성 물질을 제외한 잔존 가연성 물질의 함량을 30%로 가정하면 가연성 물질의 양은 343,500톤으로 산정된다. 가연성 물질 중 가연물 함량 50%, 가연물 함량의 원소조성 중 탄소함량 50%로 가정하고 탄소성분에서도 미생물에 의한 분해 가능 탄소와 고정탄소가 있으며, 생분해가능 유기탄소를 60%로 가정 시 생분해가능 유기탄소의 양은 51,525톤이다. 생분해가능 유기탄소 1g당 24 kJ의 열이 배출된다고 가정하면 유기탄소가 호기성 조건에서 분해 시 발생 가능한 잠재열량은 1.24×1012 kJ(2.95×1011 kcal)을 가지게 된다. 이를 열펌프 회수가능열량을 3%로 가정하면 열량은 8.85×109 kcal이며, 난방부하용량 207,8 kW 열펌프의 필요 열량을 1년에 378,432 Mcal로 가정하면 열에너지 회수가능 연한은 약 23년으로 나타나게 된다. 열펌프와 화석연료의 경제성에 대하여 동일열량을 기준으로 살펴보면 전력가격은 산업용 판매단가는 106.83 원/kWh로 전력 1 kWh는 최종사용자 기준으로 860 kcal/kWh이므로 1 Mcal당 91.9원으로 열펌프 난방성능계수를 3.0으로 가정하였을 경우 열펌프의 에너지 비용은 30.6 원/Mcal로 산정된다. 이를 등유와 경유에 비교하면 등유는 1,092 원/L(발열량 8,950 kcal/L), 경유는 1,260 원/L(발열량 9,050 kcal/L)로 가정하였을 때 등유의 비용은 122.0 원/Mcal, 경유는 139.2 원/Mcal로 나타나 등유와 경유를 열펌프 사용으로 대체하였을 때 약 4배의 에너지 비용을 절감시킬 수 있다.

최근 산업의 발달로 산업폐수가 다량으로 발생됨과 더불어 방류수내 유독성 중금속으로 인해 수생태계에 악영향을 미치고 있으며 또한 인체 내에 축적되는 성질을 가지고 있다. 이러한 중금속 제거에 관한 연구가 활발히 진행되고 있으나 효과적인 처리에는 한계점을 나타내고 있다. 지금까지 가장 널리 사용되고 있는 방법으로는 화학첨전법, 이온교환법 등이 이용되고 있으나 완전한 중금속 제거가 어렵고 많은 약품이 필요하며 고독성의 슬러지가 발생하는 단점이 있다. 생물흡착제로서 미세 해양 조류, 미생물 및 효모 등을 이용한 중금속 흡착연구가 진행되어 왔는데, 이중에서도 조류를 이용한 방법이 가장 경제적이고 효율적인 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 해양에 널리 분포성장하고 있는 조류 중 감태를 이용하여 중금속 흡착실험을 수행하였는데, 이러한 조류 감태는 최근 기후변화 및 부영양화 현상으로 인하여 2007년부터 여름철에 한국과 중국 연해인 황해에서 대량 번식하여 2014년에도 감태 최대 분포면적이 50,000 km²에 이르는 것으로 보고되고 있다. 현재 감태는 식용을 제외하고 일부 가축 사료로도 활용되지만 대부분 폐기물로 처리되고 있는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 감태(Enteromorpha prolifera)를 이용한 중금속 흡착능을 평가하여 대부분 폐기물로 처리되고 있는 감태의 활용방안을 모색하고자 하였다. 비활성 감태의 물리화학적 특성 파악 및 금속이온 공존상태에서의 흡착능을 검토하기 위해서 감태를 건조한 후 분말로 만들어 batch test를 하였으며, Pb2+, Cu2+, Zn2+, Cd2+ 등 4종의 중금속을 대상으로 흡착 실험을 수행하여 적정 투입량, pH, 온도 및 반응시간변화에 따른 최적 조건을 도출하고자 하였다. 또한 해조류 중 다시마 등과의 흡착능을 비교해 보았다. 흡착실험결과, pH는 1~11변화에 따른 흡착능을 비교해 본 결과, pH 5에서 가장 높은 흡착효율을 나타내었으며, 온도는 10~30℃ 범위내에서 실험해 본 결과, 최적 흡착 조건은 20℃로 나타났다. 또한 생물흡착제의 종류에 따라 금속의 흡착율 뿐만 아니라 금속의 선택적인 흡착까지도 명확하게 다른 것으로 나타났다. 중금속 종류별 흡착능력은 Pb2+>Cu2+>Cd2+>Zn2+순이었으며, 감태는 Pb2+, Cu2+이온에 대한 흡착율이 최대 95% 및 82%로서 높은 제거효율을 보였으며, 다시마는 각각 92%, 77%의 흡착율을 나타내었다. Zn2+과 Cd2+이 함유되어 있는 폐수에 대해서는 다시마가 감태보다 오히려 흡착능 효율이 더 좋은 것을 알 수 있었다. 이상의 결과로부터 생물흡착제 감태의 중금속 흡착 제거 효과가 우수한 것을 확인할 수 있었으며, 조류의 활용과 더불어 생물흡착제로서 중금속 흡착제거에 활용될 수 있을 것으로 판단된다

본 연구에서는 고농도 유기성 폐기물인 돈분뇨와 음식물류폐기물의 전처리를 통해 액상의 고농도유기성폐기물만을 혐기성소화조에서 병합처리하여 Pilot Plant의 바이오가스 발생량 및 유기성폐기물 제거 효율에 대해 검토하였으며, 수리학적 체류시간은 50일로 49일간 실험을 진행하였다. 혐기성소화조에 투입되는 유기물농도, 원료 배합비율 등 운전조건에 따른 유기물 제거효율, 바이오가스 생산량 및 메탄농도 등을 분석한 결과 혐기성소화조로 투입되는 유기물의 VS함량을 약 6.83%로 일정하게 유지하여 안정적으로 혐기성소화를 진행하여 바이오가스 생산량은 220~540L/day･m³로 혐기성미생물의 분해능이 안정화됨에 따라 점차 증가하는 경향을 나타내었으며, 이 때 메탄농도는 62~70%까지 상당히 높은 수준의 메탄함량을 나타내었다. CODcr제거율 및 VS제거율은 각각 49.83~75.84%, 76.83~88.32%로 분석되었으며, VS제거율의 경우 상당히 높은 수준의 유기물제거효율을 나타내어 혐기성미생물에 의한 유기성폐기물의 분해가 활발히 진행되었음을 알 수 있다. 혐기성소화조로 투입되는 원료의 유기물함량이 큰 편차 없이 일정한 함량으로 투입되어 혐기성미생물의 효율적인 활동을 통해 바이오가스 생산량이 점차 증가하는 경향을 보였으며, 안정적인 소화가 이루어진 것으로 판단된다. 또한 실험 23일차부터 바이오가스 생산량은 400~500 L/day･m³로 비슷한 양의 바이오가스 발생하였는데 이를 통해 본 실험의 혐기성소화가 23일 이후부터 안정화되어 유기물분해가 이루어진 것을 알 수 있다.

국내 가축분뇨의 저리 및 자원화문제는 퇴비화, 액비화, 정화처리 등의 단순한 기술적 문제뿐만 아니라 이종 사업간의 협력이 없으면 해결되기 어려운 복합적인 특성을 가지고 있다. 따라서 지속가능한 친환경축산업의 활성화를 위해서는 가축분뇨 관리에 대한 개념을 새롭게 설정하고, 특히 가축분뇨 액비 품질규격에 대한 종합적인 대책마련이 필요한 실점이다. 이에 본 연구에서는 선행된 “액비품질인증제도 (Liquid Fertilizer Quality Certification : LFQC)” 의 연구결과를 기초로 하여 가축분뇨 규격액비 액비품질인증을 도출하였다. 규격액비 품질인증기준은 중심이 되는 4가지 목표요소 ①비효성(N농도, N-P-K 성분합계량), ②위해성(병원성미생물, 중금속), ③안정성(부숙도, 악취), ④균질성(총고형물, 전기전도도, 염분) 및 그 밖의 규격(원료의 종류, 성분표시)로 구분하여 각각의 목표요소에 대한 평가요소(정량목표)의 품질규격을 만족하도록 하였다. 또한 규격액비 품질인증기준은 혐기소화액의 이용을 포함시킨 개념으로서 국내실정에 맞는 현장 이용성을 고려하여 최소의 품질규격을 제시하였다. 향후 규격액비 품질인증기준은 국내 가축분뇨 유통액비 및 혐기소화액의 최소 품질규격인증과 액비 부숙도 평가지표 설정 및 매뉴얼 개발의 기초 자료로서 활용 될 것으로 기대된다.

빈번한 조류 발생으로 인한 수질 악화를 완화시키기 위해 2012년부터 총인의 수질 기준이 강화되었으며, 이에 앞서 2010년부터 기존의 하수처리장에 총인 처리시설을 설치하였다. 총인은 생물학적 처리공정에서도 제거할 수 있으나 질소와는 달리 기체로 전환시켜 대기 중으로 확산시키는 형태로 제거할 수 없기 때문에 혐기･(무 산소)･호기 프로세스를 이용하여 미생물에게 인을 과잉 섭취시켜 슬러지의 형태로 제거하는 방법이다. 그러나 이 방법은 국내의 엄격한 인에 대한 수질 기준을 만족시킬 수 없기 때문에 인과 친화성이 높은 알루미늄 분자가 주 원료인 황산반토, PAC 등과 같은 응집제를 이용하여 침전･분리시켜 슬러지의 형태로 처리하고 있는 실정이다. 이러한 인의 처리는 어떤 처리 방법에 있어서도 슬러지의 형태로 계외로 배출되는 특성을 지니고 있다. 결국 총인처리시설의 도입으로 인해 기존에 용존 상태로 공공수역에 방류된 인이 알루미늄과 결합된 슬러지의 형태로 전환되게 되었다. 이와 같이 알루미늄과 결합된 인은 기존의 슬러지 처리시설에서 최종침전지의 슬러지와 함께 각 처리장의 기존 슬러지 처리시설에서 처리되고 있다. 그러나 응집제의 도입과 인의 함유량 증가와 같은 슬러지의 성상이 기존의 슬러지 처리 공정에 미치는 영향에 대해서는 조사된 사례가 없으며, 특히 부숙화나 고화 처리의 경우는 토양 환원시에 알루미늄과 인의 함유량 변화가 작물의 생장이나 토양 생태계에 영향을 미칠 수 있음에도 불구하고 이에 대한 기초적인 연구가 전무한 실정이다. 본 연구에서는 총인처리시설 도입 후에 처리장내에서의 인과 계외(처리장 외부)로 배출되는 슬러지(부숙토, 고화토 등)중의 인과 함께 알루미늄의 거동에 대해 검토하였다. 연구 대상으로 한 G하수종말처리장의 처리공법은 DNR이며, 잉여 슬러지는 총인슬러지와 함꼐 탈수 후에 부숙처리하고 있다. 먼저 처리장의 월별 운영자료로 인의 수지를 산정한 결과, 총인처리시설에서 제거되는 인의 양은 4.33 kg/d (28.7%)이었으며, 총인처리시설 이전 단계에서의 인 제거량은 4.65 kg/d(30.9%)로 유입되는 인의 약 41%는 생물반응조내의 미생물에 축적되어 있는 것으로 나타났다. 그리고 총인 처리과정에 발생된 슬러지에는 건조중량 기준으로 알루미늄이 254.6 g/kg, 총인이 40.1 g/kg 함유되어 있고, 완제품의 부숙토에는 알루미늄이 49.5 g/kg, 총인이 30.8 g/kg 함유되어 있는 것으로 나타났다. 이는 전술한 인의 수지에 근거해서 재산정하면 총인처리시설의 도입 후에 부숙토 중의 인함량은 약 2배 정도 증가한 것으로 보인다. 한편 알루미늄은 일반 슬러지중의 알루미늄의 함량이 높지 않음을 감안한다면 대부분이 인의 제거를 위해 투입된 황산반토에서 기인된 것로 판단된다. 이와 같이 총인 처리시설의 도입으로 인해 슬러지 중의 알루미늄과 인의 함량은 급격하게 증가되었음이 확인되었다. 한편, pH 2이하의 조건에서 용출시험 결과, 인(T-P)과 알루미늄의 용출 농도는 각각 80 mg/L과 27 mg/L이었으며 pH 4이상의 조건에서는 알루미늄과 인이 안정된 결합상태로 유지하는 것으로 나타났다.

배합사료 제조 시 우리나라는 95% 이상을 수입에 의존하고 있으나 한약재 부산물을 활용할 경우 공급처에서는 수입에 의존하는 단미사료 원료를 대체가능하며 악화된 조사료 시장 및 축우 경영에 많은 도움이 될 것이다. 또한 수요처에서는 한약재 부산물을 처리함으로써 주변환경 개선 및 연간 2억원 정도의 절감효과를 기대할 수 있고 절감된 비용을 활용하여 약품개발을 위한 연구 인력을 보충할 수 있다. 한약재 부산물을 활용하여 첫째 TMR 사료 원료인 볏짚 및 수입 단미사료 원료를 대체 하는 것을 목표로 한다. 한약재 부산물을 최적의 조건으로 발효시켜 유효기간을 늘리고 축우의 기호성을 증가시키며 자동화 TMR 배합 설비를 구축하여 많은 양의 한약재 부산물을 처리한다. 둘째 유용 미생물인 바실러스 균, 유산균, 효모균을 자연생태계에서 분리 동정한 후 효소, 항균력, 발효력, 상호 공존력을 평가하고 소화제 한약재 부산물을 유용미생물로 발효시켜 건조, 분쇄 후 제과분과 적정 비율로 혼합 후 친환경 고품질 생균제를 개발한다. 개발된 생균제를 위탁기관을 통해 양어･양계에 적용하여 생체 내 비특이적 면역반응과 항균력을 입증하여 전라북도 뿐만 아니라 전국적인 사업망을 통해 안정적인 생균제 판매망을 구축하고자 한다. 또한 기존 공업용 미생물 배지를 대체할 수 있는 한약재 부산물을 활용한 미생물 배지를 개발하여 음수첨가제 및 발효제를 개발하고자 한다.

전 세계적으로 음식물쓰레기의 에너지 가치 및 바이오에너지화에 관한 연구가 활발히 이루어지면서 혐기성소화에 대한 관심이 더욱 늘어나고 있다. 혐기성소화를 고온에서 운전할 경우 체류시간의 감소, 병원성 미생물의 감소, 바이오가스 생산량의 증가 등의 이점이 있는 것으로 알려져 있으나 아직까지 이에 대한 연구는 부족한 현황이다. 따라서 본 연구에서는 수거된 실제 음식물쓰레기를 중온과 고온에서 혐기소화하여 각 온도에서의 혐기성소화 효율성과 생물학적 안전성을 비교하고 운전 가능성을 검토하였다. 혐기성소화의 시료로 사용된 음식물쓰레기는 서울 G-구에서 발생하는 실제 음식물쓰레기를 수거하여 사용하였다. 사용된 음식물쓰레기가 대표성을 가질 수 있도록 총 4회 채취하였고, 수거된 음식물쓰레기의 불순물을 제거하는 작업 후에 모두 균질하게 갈아서 냉동 보관한 후 사용하였다. 음식물 시료의 수분, 가연분, 회분 함량은 각각 79.58, 18.55, 1.87% (by wet wt.)으로 측정되었다. 식종슬러지는 서울 D-환경자원센터에서 반출하여 사용하였으며, 추가적인 완충제나 알칼리도는 주입되지 않았다. 반응조는 항온 수조내에 위치시켜 온도를 일정하게 유지할 수 있도록 제작되었으며, 중온 혐기성소화는 35℃, 고온 혐기성소화는 50℃에서 운전되었다. 중온과 고온에서 운전된 반응조는 각각 시료주입 45일, 105일차부터 안정적인 운전이 이루어졌다. 정상상태의 중온과 고온에서 운전된 반응조의 메탄발생량은 각각 207.23, 228.89 mL/g-VS/d 로 측정되었으며, 고온에서 운전된 반응조의 메탄발생량이 중온에서보다 약 10% (by wet volume) 높은 효율을 보였다. 그러나 고온 혐기성소화는 가속된 산생성단계와 메탄생성단계의 불균형으로 인한 지속적인 pH 및 알칼리도의 감소로 반응조 운전 124일차부터 급격한 메탄발생량의 감소가 확인되었다. 고온 혐기성소화의 pH 는 메탄생성균의 활동에 적합한 것으로 알려진 중성 범위 이하로 떨어지면서 휘발성 지방산(VFA)의 축적과 알칼리도의 소모가 확인되었으며, 이로 인한 pH 의 감소 및 FOS/TAC(Flüchtige Organische Säuren/Total Anorganic Carbonate)비의 급증이 반응조 운전 실패의 원인으로 판단된다. 본 연구를 통해 고온 혐기성소화의 메탄가스 발생 측면에서의 높은 효율은 확인 되었으나 가속된 유기물의 분해와 생물학적 안정성의 감소로 인해 반응조 운전은 실패하였다. 이에 음식물쓰레기의 효과적인 고온 혐기성소화의 운전을 위해서는 유기물 부하율(OLR)의 감소, 추가적인 완충제 및 알칼리도의 주입 등의 운전조건에 대한 수정과 보완이 필요할 것으로 사료된다.

기존의 젖산발효 공정은 순수배양을 통한 회분식 발효를 주로 이용하고 있다. 하지만 멸균과정의 필요와 생산성이 낮은 한계을 가지고 있는 등, 문제점들을 가지고 있어 혼합배양을 통한 연속식 발효가 대안이 될 수 있다. 혼합배양 환경에서는 젖산의 순도와 생산 효율을 높이기 위하여, 젖산균이 우세한 환경을 조성하는 것이 중요하다. 본 연구에서는 젖산균이 강산성 조건에서 뛰어난 저항력이 있다는 기존 연구결과를 바탕으로, 혼합배양 환경에서의 강산성 조건의 초기 운전 조건(pH 3.0)이 연속식 젖산발효에 미치는 영향에 대하여 실험하였다. 초기 운전 조건을 pH 3.0으로 고정시킨 반응기에서 초기 운전 조건을 젖산발효의 최적 pH 조건(pH 5.5)으로 유지한 반응기보다 높은 최대 젖산 농도(6.12 g COD/L), 젖산생성속도(0.51 g COD/L/hr), 수율(0.65 g COD/g CODremoved), 그리고 함량(94.8% LA/tSOA)을 보였다. 미생물군집구조 분석 결과, 세균군집구조의 변화는 HRT가 짧아질수록 초기 pH조건보다 HRT에 의한 선택압력에 더 큰 영향을 받는 것으로 나타났다.

혐기성 고정상 반응기는 충전된 담체의 표면적에 미생물을 부착시켜 고효율 반응을 유도하는 반응기이다. 혐기성 고정상 반응기는 기본적인 부유성장식 공정인 CSTR반응기보다 상대적으로 짧은 체류 시간(HRT)에서 고농도의 유기물을 처리하는데 유용하다. 본 연구에서는 포항의 제철 공장에서 채취한 고로 슬래그를 담체로 이용한 상향류식 혐기성 고정상 반응기를 CSTR반응기와 비교해서 짧은 HRT에서 미감수를 처리하는데 적용하였다. 또한 높은 유기물 부하율 조건에서 혐기성 고정상 반응기의 공정 효율과 담체로써 고로 슬래그의 이용가능성에 대해 연구하였다. 쌀은 아시아의 대부분 나라에서 주식으로 먹고 있고, 쌀 이용 시 세척하는 과정에서 주요 폐기물로써 미감수가 대량 배출된다. 미감수는 높은 유기물 함량과 가용성 때문에 생물학적 분해가 쉽고, 혐기 소화에 의한 바이오 가스 생성에 적합하다. 본 실험의 반응기는 희석한 미감수(6.2 g COD/L)를 기질로 하여 HRT 10일에서 0.7일까지 점차적으로 감소시켜 운전하였다(유기물 부하율 기준 0.6 - 8.6 g COD/L·d). 운전 조건의 변화와 함께 유기물 제거율, 메탄 발생량, 메탄 수득율 등의 공정 인자가 변화하였고, HRT 3.4일에서 최대의 메탄 수득율(0.33 L/g COD)을 얻었다. HRT 3.1일에 추가적으로 denaturing gradient gel electrophoresis(DGGE)분석법을 이용하여 미생물 군집분석을 수행하였다.

부영양화 및 적조현상의 발생 등에 따라 최근 영양염류에 대한 방류수 규제 기준이 점차 강화되고 있으며, 이에 따라 방류를 위해 영양염류 제거가 필요하다. 따라서 여러 가지 질소제거 방법들이 사용되고 있으며, 이중 하,폐수처리를 위해 사용되는 생물학적 질소제거 방법이 물리/화학적 처리공법에 비해 친환경적이고, 경제성을 갖춘 방법으로 평가되어 널리 사용되고 있다. 생물학적 질소제거는 두 가지 단계에 의하여 이루어진다. 이 중 첫 번째 단계(질산화)에서는 암모니아가 질산성질소로 산화되고 이 후 두 번째 단계(탈질소화)에서는 종속영양미생물(heterotrophic bacteria)들에 의해 질산성질소가 전자수용체로 사용되어 질소가스로 제거되어진다. 탈질 공정 이전에 질산화 과정에서 유기물이 대부분 소모되기 때문에 종속영양 탈질공정에서는 전자공여체로서의 유기탄소원이 부족하고, 이는 주로 메탄올, 에탄올 등을 사용하여 보충해 준다. 이 실험에서는 음폐수를 제철폐수의 탈질을 위한 대체탄소원으로 음폐수를 사용하여 탈질효율을 평가하였다. 음폐수는 탄수화물, 단백질, 지방 모두 포함된 복합 유기성 폐수이며,이를 탈질공정의 핵심 미생물인 탈질화 박테리아들의 생장에 필요한 탄소원으로 이용가능하기 때문에 적용되기에 용이한 대상물질이다. 다시 말해, 대체탄소원으로 사용 가능한 대상 물질이다. 실험은 duplicate로 수행하였고, 대체탄소원의 종류, 즉 RCS45와 음폐수가 독립변수이며, 탈질속도를 종속변수로 설정하였다. 결과적으로, RCS45와 음폐수를 대체 탄소원으로 사용했을 때, 탈질 속도는 각각 57.6과 36.4로 얻을 수 있었다.

최근 국내 하천 및 호소와 연안해역의 부영양화로 인한 녹조 및 적조현상이 커다란 환경 문제로 대두되고 있으며 용수이용에 지장을 초래하고 있다. 정부의 환경정책이 하수처리체계를 BOD 등 유기물질 처리위주에서 질소･인 처리체계로 전환하여 하천, 호소, 해역의 부영양화를 방지하기 위해 질소･인 등의 방류수 수질기준을 강화하였다. 강화된 방류수 수질기준 준수를 위한 2000년대 이후 하수처리시설의 고도개량사업이 진행되어 2013년말 기준 시설용량 500톤/일이상 하수처리시설의 90%가 고도처리시설을 도입한 실정이다. 본 연구에서는 고도처리공정 도입 전･후의 슬러지 발생량을 비교, 검토하였으며 2013년말 기준 통계자료에 의한 비교, 검토한 결과, 생물학적처리방법으로 처리되는 하수처리시설의 톤당 슬러지 발생원단위는 0.55kg/㎥･일이며 고도처리시설이 도입된 처리시설의 슬러지 발생원단위는 0.48kg/㎥･일로 나타나 고도처리시설 도입후 슬러지 발생량이 저감되는 것으로 분석되었다. 또한 고도처리공법을 크게 A2/O계열, SBR계열, 담체계열, 미생물계열, 막계열, 기타 6계열로 분류하여 고도처리공법 계열별로 슬러지 발생원단위를 비교･검토한 결과 SBR계열 및 담체계열에서 0.50kg/㎥･일의 높은 슬러지 발생원단위를 보였으며 막계열에서 가장 적은 0.30kg/㎥･일의 슬러지 발생원단위를 보였다.

현재의 배설물 처리는 많은 문제점을 가지고 있다. 수세식 변기는 1회 물 내림 시 대변 9-15 리터, 소변 5리터의 물을 소비한다. 수세식 변기 사용을 위해 다량의 상수를 공급해야 하고, 변기에서 나온 물은 하수가 되어 운반과 처리에 막대한 비용이 들어간다. 또한, 하수에 포함된 질소와 인이 처리가 안 된 상태로 하천에 방류되면 부영양화로 조류가 발생한다. 이 때문에 일부 하수처리장에서는 하수의 고도처리를 위하여 막대한 돈과 에너지를 투입하고 있다. 이 모든 것의 원인은 수세식 변기로부터 발생한다. 배설물을 처리하는 문제는 인류의 역사상 커다란 숙제였다. 한국인의 조상들은 물을 쓰지 않고 똥장군과 오줌장군을 쓰며 대변과 소변을 따로 모아서 비료로 환원했다. 이런 배설물 처리에 대한 철학을 돌아볼 때, 바람직한 화장실 상은 무수분뇨분리변기를 사용하며 모이는 배설물을 비료로 쓰는 것이다. 본 연구는 실험실 규모의 장치를 이용하여 물을 사용하지 않는 새로운 분뇨분리변기를 개발하여, 그 효율을 살펴보고 6×106 nitrosomonas europaea cells / 100mL 미생물 솔루션을 이용하여 분의 부피감소와 뇨의 비옥함을 평가하였다. 그 결과, 20 ml 미생물 솔루션 (1.2×106 cell수)를 사용했을 때, 분의 부피감소가 60%로 나타났고, 10 ml 미생물 솔루션 (1.2×106 cell수)을 사용했을 때, 뇨의 비옥함이 제일 높게 나타났다. 또한 뇨의 암모니아 손실이 제일 낮게 나타났는데, 이는 냄새가 가장 덜 나는 것을 의미한다. 본 연구에 따르면, 물을 사용하지 않는 분뇨분리변기를 이용해 배설물을 비료로 환원하는 것은 기술적으로 가능하지만 이변기를 사용하려면 사회적인 도전이 있다. 그러나 현재의 수세식 변기는 물 사용량, 영양염류의 하천방류 등 여러 가지 측면에서 개선할 필요가 있다. 선진국에서는 물을 적게 사용하거나, 소, 대변을 분리하는 등 새로운 개념의 변기가 첨단기술로서 선을 보이고 있다.

식물정화공법(Phytoremediation)은 오염부지의 정화에 있어 생태계를 교란하지 않는 경제적인 정화 수단으로서 많은 관심을 받고 있다. 공법의 특성상 오염물질을 포함하는 부산물이 필연적으로 발생되며 이에 대한 적절한 처리방법이 반드시 수반되어야 한다. 일반적으로 식물체부산물은 식물 종에 따라 구성이 다양하지만 헤미셀룰로오스, 셀룰로오스, 리그닌 등의 식물섬유소와 회분으로 구성되어 있어 혐기성 조건에서 소화시킬 경우 바이오가스 형태의 에너지를 회수할 수 있을 뿐만 아니라 처분을 필요로 하는 부산물의 양을 감소시킬 수 있다. 그러나 혐기소화 시 중금속의 존재는 혐기성 미생물의 대사와 활동에 영향을 줄 수 있어 중금속을 함유하는 식물체부산물의 처리에는 주의가 필요하다. 본 연구에서는 중금속 오염부지에서 수확된 해바라기 부산물의 적절한 처리방법으로서 혐기소화를 제안하고, 실험실 규모의 연속식 반응조 운전을 통해 중금속을 함유하는 식물체부산물의 혐기소화에 따른 중금속의 영향과 적용 가능성을 평가하였다. 실험에는 단상 혐기성 반응조(총 부피/유효부피 = 8/5 L)를 사용하였으며, 반응조는 약 500일간 35±1℃로 유지되는 암조건의 항온실에서 운전되었다. 기질은 1일 1회 주사기를 이용하여 회분식으로 주입하였으며, 반응조 내 유효부피를 일정하게 유지하기 위하여 주입되는 기질의 부피와 동일한 양의 슬러지를 채취하여 분석을 실시하였다. 식물체부산물 내에 포함된 중금속이 혐기소화에 미치는 영향을 확인하기 위한 평가 지표는 반응조 액상 내 중금속 농도의 변화와 바이오가스 발생량 및 바이오가스 내 메탄함량을 관찰하였다. 반응조의 안정적인 운전 여부는 pH, COD, 암모니아, 알칼리도 그리고 지방산 농도의 변화를 통하여 확인하였다. 반응조 운전 기간에 걸쳐 반응조 액상 내 중금속 농도는 기존의 문헌에서 제시하고 있는 저해 수준 이하였으며, 바이오가스 발생량과 바이오가스 내 평균 메탄가스 함량은 각각 0.57±0.21 L/day (n=541), 50.64±3.72% (n=541)로 메탄가스 생산이 안정적으로 이루어 졌음을 보였다. 또한 반응조의 안정적인 운전 여부를 확인하기 위한 지표들이 운전기간 동안 문헌에서 제시하고 있는 안정적인 범위로 유지된 것을 관찰하였다. 연구결과 식물체부산물 내 중금속은 혐기성 미생물의 활동에 직간접적인 영향을 미치지 않은 것을 확인하였으며, 결국 중금속 오염부지의 식물정화공법 이후 발생된 해바라기 부산물은 혐기소화를 통한 처리와 바이오가스 생산이 가능할 것으로 판단된다.

The composting characteristics of BM sludge and the control sludge were compared. Feasibility of using coffee groundsas a bulking agent was examined, along with sawdust. It was observed that composting of BM sludge had a faster rateof reaction than with the control sludge, and higher temperatures were reached. When using coffee grounds as a bulkingagent, the caffeine in the coffee seemed to absorb the odors, allowing a composting with almost no odors. Moreover,when coffee grounds used as the bulking agent, total organic matter content increased by approximately 17% over sawdust,while total nitrogen increased by 49%, and available phosphorus by approximately 3%.

기후변화에 따라 오염도가 높아질 것으로 예상되는 곰팡 이독소 중 아플라톡신을 김치에 오염시켜 발효 및 저장 중 이화학적 및 미생물학적 품질변화를 분석하고, 김치 제 조 시 젖산균의 첨가가 아플라톡신의 함량 변화에 미치는 영향을 살펴보았다. 김치의 pH는 저장기간이 증가함에 따 라 급격하게 감소한 반면 산도는 증가하는 경향을 보였으 며, 염도는 저장기간 동안 2.30~2.40%의 수준을 유지하였 다. 젖산균을 첨가한 김치의 일반세균수 및 젖산균수는 다 른 시료에 비해 젖산균을 접종한 시료에서 유의적으로 높게 나타났다(p<0.05). 또한 김치의 저장 중 효모 및 곰팡이 수 는 약 1~3 log CFU/g 수준이 검출되었다. 대장균군은 대조 구에서 저장 4주차까지 검출된 반면 다른 시료에서는 저장 2주 후 모두 불검출되었다. 아플라톡신이 오염된 김치에서 저장기간에 따라 아플라톡신이 감소하는 경향성은 확인되 지 않았으나 저장 8주 동안 아플라톡신 오염수준의 평균 감소율은 AFs 오염구에서 7.1%, AFs+LP에서 21.5%, AFs+LM에서 24.1%로 나타나 젖산균을 첨가한 시료에서 감소율이 더 크게 나타났다. 아플라톡신 첨가에 따른 김치 의 이화학적 및 미생물학적 품질 변화는 일반 김치와 비교 시 뚜렷한 차이가 나타나지 않았으나 젖산균을 첨가한 김치 의 경우 저장 중 일반세균 수 및 젖산균수가 높게 검출되고, 아플라톡신의 감소효과가 더 크게 나타났다. 따라서 본 연 구결과 김치에 Lactobacillus속이나 Leuconostoc속과 같은 젖산균 첨가 시 젖산균 증진 효과 및 아플라톡신에 노출위험도를 감소시킬 수 있는 것으로 나타났다.

Twenty four Holstein steers (average body weight 714 ± 13.60 kg) were used in this experiment to determine the effect of supplementing of microbial culture and coated vitamin-C on growth performances and carcass characteristics in finishing Holstein steers. Holstein steers were randomly assigned to feeding groups of control group (Con, 12 kg of basal diet/head/day), microbial culture group (MC, 12 kg of basal diet + 30 g of microbial culture/head/day) and coated vitamin-C group (CVC, 12 kg of basal diet + 10 g of coated vitamin-C/head/day). MC and CVC groups were higher in ADG compared to control (P<0.05). FCR was also lower in MC and CVC groups than control group (P<0.05). Back fat thickness, rib-eye area, marbling score, meat color and yield index were not changed by supplementing microbial culture and coated vitamin-C. MC group was higher for maturity compared to control and CVC group (P<0.05). CVC group was higher for fat color compared to control and MC group (P<0.05). Based on the results obtained from the current study, supplementation of microbial culture and coated vitamin-C as an alternative to antibiotic might increase growth performances and enhance carcass characteristics in finishing Holstein steers. However, more studies are needed to find out the optimum supplementing period of microbial culture or coated vitamin-C for high quality meat production from Holstein steers.