도심 오염 상류하천의 친환경적 악취제어 및 수질정화 연구

송지경,유장연,김인수,장재수,고성철 대한환경공학회 2015 대한환경공학회 학술발표논문집 Vol.2015 No.10

복합미생물제제가 우점화된 슬러지를 이용한 복합퇴비화에 관한 연구

하신영,송지경,김인수 한국폐기물자원순환학회 2014 한국폐기물자원순환학회 학술대회 Vol.2014 No.11

하수슬러지, 음식물폐기물과 같은 유기성폐기물에 미생물제제 등을 추가하여 퇴비화에 필요한 미생물반응을 촉진하기위한 다양한 방법들이 연구되어 왔다. 하지만 기존 연구에서는 미생물활성도가 떨어지고 적응시간이 길기 때문에 퇴비화 진행 시 악취가 발생하거나 퇴비기간이 늘어나는 단점이 있었다. 본 연구에서는 다음과 같은 문제점을 최소화하고 퇴비기간을 줄이기 위해 하수처리 중 미생물제제를 활성슬러지에 우점화 시켜 미생물 활성도가 높은 슬러지를 생산하고, 생산된 슬러지와 음식물폐기물을 혼합하여 퇴비화에 사용하였으며 최근 커피소비량 증가로 인해 점차적으로 폐기물의 양이 증가되고 있는 커피부산물을 퇴비 팽화제로의 사용가능성을 확인하였다. 본 연구는 실험실 규모의 활성슬러지 장치를 이용하여 복합미생물 우점화 슬러지를 생산하였으며, 생산된 슬러지와 음식물쓰레기를 혼합한 시료와 비교실험을 위해 일반슬러지를 이용한 실험을 진행하였다. 팽화제로 톱밥과 커피부산물을 각각 사용하여 퇴비화 시료를 제작하였다. 퇴비화 실험장치는 호기성와 혐기성이 공존하도록 긴 원통에 아래에는 산기관을 설치하여 호기조건을, 상부에는 혐기조건을 형성했다. 퇴비화 반응실험을 진행한 결과 슬러지에 우점화 되어있는 악취제거 미생물로 인해 Control에 비해 악취성분이 낮게 검출되었다. 복합미생물제제가 우점화된 슬러지가 포함된 퇴비는 혼합 후 48시간 경과 후 초기온도 25℃에서 37.2℃로 온도상승현상이 나타났으며, 퇴비화 시간 또한 퇴비화 종결시점이 Control보다 3일정도 빨라진 것을 확인할 수 있었다. 본 결과를 토대로 일반슬러지보다 복합미생물제제로 우점화된 슬러지가 악취제어에 효과적이고 퇴비화 시간도 단축시키는데 도움을 주고, 특히 커피부산물을 팽화제로 사용한 퇴비의 경우 톱밥을 팽화제로 사용한 퇴비보다 다량 원소와 미량원소를 충분히 함유하고 있으며, 유기질과 무기질 함량이 풍부하여 식물재배용 퇴비로 사용하기에 적합한 것으로 측정되었다. 이는 커피부산물을 활용한 퇴비가 토양의 질을 향상시켜주고 식물생장에 도움을 줄 것으로 예상되며 일반폐기물로 버려지는 커피부산물을 퇴비화 하여 퇴비의 품질상승은 물론 폐기물저감효과를 동시에 가져올 수 있다.

복합미생물제제가 우점화 된 슬러지를 이용한 퇴비 내 세균군집의 Pyrosequencing 분석

하신영,송지경,김인수 한국폐기물자원순환학회 2015 한국폐기물자원순환학회 학술대회 Vol.2015 No.11

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.

복합미생물제제가 우점화 된 슬러지를 이용한 퇴비 내 세균군집의 Pyrosequencing 분석

하신영,송지경,김인수 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2015 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2015 No.-

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 돈분 퇴비와 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 시판 퇴비보다 퇴비 내 미생물이 우점 되어 공생역할을 하는 것으로 나타났다.

복합미생물제제가 우점화된 슬러지를 이용한 복합퇴비화에 관한 연구

하신영,송지경,김인수 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2014 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2014 No.-

하수슬러지, 음식물폐기물과 같은 유기성폐기물에 미생물제제 등을 추가하여 퇴비화에 필요한 미생물반응을 촉진하기위한 다양한 방법들이 연구되어 왔다. 하지만 기존 연구에서는 미생물활성도가 떨어지고 적응시간이 길기 때문에 퇴비화 진행 시 악취가 발생하거나 퇴비기간이 늘어나는 단점이 있었다. 본 연구에서는 다음과 같은 문제점을 최소화하고 퇴비기간을 줄이기 위해 하수처리 중 미생물제제를 활성슬러지에 우점화 시켜 미생물 활성도가 높은 슬러지를 생산하고, 생산된 슬러지와 음식물폐기물을 혼합하여 퇴비화에 사용하였으며 최근 커피소비량 증가로 인해 점차적으로 폐기물의 양이 증가되고 있는 커피부산물을 퇴비 팽화제로의 사용가능성을 확인하였다. 본 연구는 실험실 규모의 활성슬러지 장치를 이용하여 복합미생물 우점화 슬러지를 생산하였으며, 생산된 슬러지와 음식물쓰레기를 혼합한 시료와 비교실험을 위해 일반슬러지를 이용한 실험을 진행하였다. 팽화제로 톱밥과 커피부산물을 각각 사용하여 퇴비화 시료를 제작하였다. 퇴비화 실험장치는 호기성와 혐기성이 공존하도록 긴 원통에 아래에는 산기관을 설치하여 호기조건을, 상부에는 혐기조건을 형성했다. 퇴비화 반응실험을 진행한 결과 슬러지에 우점화 되어있는 악취제거 미생물로 인해 Control에 비해 악취성분이 낮게 검출되었다. 복합미생물제제가 우점화된 슬러지가 포함된 퇴비는 혼합 후 48시간 경과 후 초기온도 25℃에서 37.2℃로 온도상승현상이 나타났으며, 퇴비화 시간 또한 퇴비화 종결시점이 Control보다 3일정도 빨라진 것을 확인할 수 있었다. 본 결과를 토대로 일반슬러지보다 복합미생물제제로 우점화된 슬러지가 악취제어에 효과적이고 퇴비화 시간도 단축시키는데 도움을 주고, 특히 커피부산물을 팽화제로 사용한 퇴비의 경우 톱밥을 팽화제로 사용한 퇴비보다 다량 원소와 미량원소를 충분히 함유하고 있으며, 유기질과 무기질 함량이 풍부하여 식물재배용 퇴비로 사용하기에 적합한 것으로 측정되었다. 이는 커피부산물을 활용한 퇴비가 토양의 질을 향상시켜주고 식물생장에 도움을 줄 것으로 예상되며 일반폐기물로 버려지는 커피부산물을 퇴비화 하여 퇴비의 품질상승은 물론 폐기물저감효과를 동시에 가져올 수 있다.

생물증강법을 이용한 도심 오염 소하천의 친환경적 수질정화 및 악취제어

장재수,송지경,김인수,유장연,고성철,Chang, Jae-Soo,Song, Jikyung,Kim, In-Soo,Yoo, Jangyeon,Koh, Sung-Cheol 한국미생물학회 2015 미생물학회지 Vol.51 No.4

본 연구에서는 동천의 하류와 연결된 호계천의 수질환경현황 및 문제점을 분석하여 하천의 실태를 파악하고, 수질 및 악취를 비롯하여 병원미생물제거를 위한 친환경적이며 가장 경제적인 방안을 제시하고자 하였다. 조사 정점은 부산시 동구 범일동 호계천 수질에 대하여 장마철을 포함하여 지난 수개월 동안에 걸쳐 선정된 3개 정점에 대하여 미생물제제의 투입전후의 수질과 악취변화를 분석하였다. 활성화된 미생물제제는 $0.042m^3$/시간의 속도로 4일간 지속적으로 유지하여 처리하였고 약 2개월에 걸쳐 7-10일 간격으로 실시하였다. 제제처리 전후의 DO 및 오염물질별 단위시간당 평균총량을 계산하여, 제제처리 전후의 DO 및 오염물질별 제거효율을 분석한 결과 용존산소는 중류 및 하류의 경우 상류(대조군)에 비해서 1.7배 정도의 높은 농도를 나타내었다. 이는 하천의 정화작용으로 인해 회복이 됨을 의미한다. COD의 경우는 중류 및 하류에 있어서 가장 높은 제거효율을 보여 대조군에 비해 약 2배의 제거효율을 보였다(약 60%에 육박). 그리고 제제처리 전에 비해 제제처리 후 상류지점의 악취에 비해 중류지점의 악취감소가 평균 약 65% 정도 감소가 나타났으며, 하류지점의 악취감소는 평균 약 19% 정도 감소하였다. 따라서 미생물제제처리에 의한 악취저감이 현저함을 알 수 있었다. 미생물군집의 종(Species) 수준에서는 전반적으로 Hydrogenophaga caeni, Sphaerotilus natans, Acidovorax radicis, Acidovorax delafieldii 및 Cloacibacterium rupense이상위우점종으로 나타났으며 병원균인 Arcobacter cryaerophilus는 제제처리 후 중류에서는 제거되는 효과를 보였다. Dongchun, one of the representative streams in urban area, is a downstream that is connected to Hogyechun, Bujeonchun, Jeonpochun, Danggamchun, and Gayachun as its upstream. Hogyechun has been mostly covered with concrete structures for decades, causing sewage pollution from the upstream, overflow of the downstream region and other serious pollution that gave rise to many civil complaints from the residents nearby. In this study, we analyzed 3 stations, including control station for water quality and malodor changes of Hogyechun after applying the microbial augmentation (BM-2) for a few months including the rainy season. Amounts (g/h) of DO in the middle site (Middle) and the downstream site (Borim) increased by 1.7 times compared with the upstream site (Chuhae) after augmentation for about 2 months. Amounts (g/h) of COD and $NO_3{^-}N$ decreased by 2 and 1.7 times, respectively, in the middle and downstream sites while SS increased by 7.5 and 22 times in the middle and downstream sites, respectively. Moreover, odor removal efficiencies at the middle and downstream sites were 65% and 19%, respectively, indicating the microbial activity in reduction of malodor in the polluted stream. The dominant microbial species of the sampling sites were Hydrogenophaga caeni, Sphaerotilus natans, Acidovorax radicis, Acidovorax delafieldii, and Cloacibacterium rupense. Densities of the two species Sphaerotilus natans and Acidovorax delafieldii were significantly increased in the middle site after augmentation which possessed potential odor removal and denitrification activity, respectively. Potential pathogens (e.g., Arcobacter cryaerophilus) were also removed from the middle site after the implementation.