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남조류 Synechococcus sp.의 혐기-호기법에 의한 인 과잉섭취 효율에 미치는 유기/무기 탄소원의 영향
유미영,김윤지,최윤정,황선진,Yu, Mi-Yeong,Kim, Yun-Ji,Choi, Yun-Jeong,Hwang, Sun-Jin 대한상하수도학회 2020 상하수도학회지 Vol.34 No.6
Biological phosphorus removal is accomplished by exposing PAO(phosphorus accumulating organisms) to anaerobic-aerobic conversion conditions. In the anaerobic condition, PAO synthesize PHB(polyhydroxybutyrate) and simultaneously hydrolysis of poly-p resulting phosphorus(Pi) release. In aerobic condition, PAO uptake phosphorus(Pi) more than they have released. In this study, cyanobacteria Synechococcus sp., which is known to be able to synthesize PHB like PAO, was exposed to anaerobic-aerobic conversion. If Synechococcus sp. can remove excess phosphorus by the same mechanism as PAO, synergistic effects can occur through photosynthesis. Moreover, Synechococcus sp. is known to be capable of synthesizing PHB using inorganic carbon as well as organic carbon, so even if the available capacity of organic carbon decreases, it was expected to show stable phosphorus removal efficiency. In 6 hours of anaerobic condition, phosphorus release occurred in both inorganic and organic carbon conditions but SPRR(specific phosphorus release rate) of both conditions was 10 mg-P/g-MLSS/day, which was significantly lower than that of PAO. When converting to aerobic conditions, SPUR(specific phosphorus uptake rate) was about 9 mg-P/g-MLSS/day in both conditions, showing a higher uptake rate than the control condition showing SPUR of 6.4 mg-P/g-MLSS/day. But there was no difference in terms of the total amount of removal. According to this study, at least, it seems to be inappropriate to apply Synechococcus sp. to luxury uptake process for phosphorus removal.
혐기-호기법에 의한 남조류 Synechococcus sp.의 생물학적 인 과잉제거 가능성 연구
유미영 ( Mi-yeong Yu ),황선진 ( Sun-jin Hwang ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2018 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2018 No.-
인구증가와 생활수준의 향상으로 인한 수자원 수요증가는 저수지 등의 수요를 증가시켰는데, 현재 국내 저수지 개수는 약 18,000개 정도로 추산된다. 저수지는 물의 체류시간이 길고 상하층의 혼합이 일어나기 어려운 특징으로 인해 염양염류의 유입부하를 낮추어 주지 않으면 부영양화 발생을 야기한다. 이에 따라 호소의 부영양화와 같은 수계 오염을 유발하는 질소와 인에 대한 방류수 수질기준 규제가 점차 강화되고 있으며, 특히 국내 저수지의 녹조 발생에 제한영양소로 알려진 인의 경우, 최대 1일 하수처리용량 500 m3/day 이상인 하수처리장이 Ⅰ지역에 처리수를 배출 시, 총 인 0.2 mg-P/L로 기존의 2 mg-P/L에 비해 10배 강화되었다. 고도처리공법에서 인의 제거는 혐기-호기조건의 전환을 통해 PAO (Phosphorus Accumulating Organism)의 luxury uptake 기작을 유도하여 혐기조건에서는 PHB (Poly hydroxybutyrate) 합성과 인의 방출이, 호기조건에서는 인의 과잉흡수가 일어나도록 하고 최종적으로 인을 과량으로 축적한 미생물의 폐기과정을 통해 이루어진다. 그러나 질산화 과정에서 생성된 질산성 질소로 인하여 혐기조건 조성이 까다롭고, 결과적으로 인 제거효율이 저해될 수 있다는 문제점이 존재한다. 선행연구에 따르면, 일부 남조류가 PAO와 같이 luxury uptake에 관여하는 PHB를 합성하는 것으로 보고되고 있다(Sundaramoorthy et al., 2013; Sabbir et al., 2016; Dulce et al., 2018). PHB를 합성하는 미세조류를 혐기-호기 전환조건에 노출시킬 경우, 인의 luxury uptake가 가능할 것으로 생각된다. 또한, 미세조류의 경우 NH<sub>4</sub>, NO<sub>3</sub>, Urea 등 다양한 형태의 질소를 질소원으로 활용하므로, 질산화/탈질과정 없이 질소제거가 가능하며, 따라서 NO<sub>3</sub>에 의한 인 제거효율 저해를 최소화할 수 있을 것으로 판단된다. 이에 본 연구에서는 PHB를 생성한다고 알려진 남조류 Synechococcus sp. 를 이용하여, 혐기-호기 전환조건에서 인의 luxury uptake 가능성 및 효율을 평가하고, 남조류를 이용한 생물학적 인 제거 system의 저수지에의 적용 가능성을 확인하고자 하였다. 사사: 이 논문은 2018년도 정부(미래창조과학부)의 재원으로 한국연구재단의 지원을 받아 수행된 연구임(No. NRF-2017R1A2B4008906).
수처리용 스펀지 담체 적용에 따른 SBR 폭기구간에서의 질소 제거능 평가
유미영 ( Mi-yeong Yu ),김도은 ( Do-eun Kim ),김범수 ( Bum-soo Kim ),황선진 ( Sun-jin Hwang ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2018 한국폐기물자원순환학회 춘계학술발표논문집 Vol.2018 No.-
호소의 부영양화와 같은 수계오염을 유발하는 질소 및 인에 대한 방류수 수질기준 규제가 점차 강화되고 있으며, 최종 개정된 방류수 수질기준에서는 처리수를 Ⅰ지역에 방류하는 경우, 총 질소 20 mg-N/L, 총 인 0.2 mg-P/L로 규제하고 있다. 이에 따라 대부분의 공공하수처리시설은 고도처리공법을 확보하고 있으며 현재 운영중인 고도처리시설에는 생물학적 고도처리법인 SBR공법과 A<sub>2</sub>O 공법이 가장 많이 적용되고 있다. 그러나 한국 하수 성상의 경우 질소에 대한 유기물의 비율이 낮기 때문에 질소 제거효율이 낮고, 탈질을 위해 외부 탄소원을 추가적으로 주입함에 따라 운영비의 증가 문제가 발생된다. 외부 탄소원의 주입에도 불구하고 2015년 환경부에서 발표한 방류수 수질현황을 참고하면 공공하수처리시설의 T-N 제거효율은 약 70%에 그친다. 이에 본 연구에서는 국내 생물학적 고도처리법으로 가장 많이 적용되고 있는 SBR 공법에 수처리용 스펀지 담체를 투입하였을 때, 폭기구간에서의 질소제거 효율을 평가하고자 하였다. 스펀지 담체와 같이 담체 내외부의 물질전달이 자유로운 담체의 경우, 담체 내외부에 형성되는 산소 농도구배로 인하여 담체 내부에는 국소적인 무산소 조건이 형성되며, 그에 따라 담체 외부에서는 질산화가 내부에서는 탈질이 일어나는 SND (Simultaneous Nitrification and Denitrification) 기작이 일어날 수 있다. 이에 폭기 전·후의 암모니아성 질소와 질산성 질소 측정을 통해 SND 효율을 계산한 결과, 약 30%의 효율을 나타내었으며, 이는 탈질이 유도되는 단위공정에서 탈질에 필요한 외부탄소원의 요구량을 감축시킬 수 있으므로 경제적인 측면에서 긍정적인 영향을 미칠 것으로 사료된다.
미세조류-박테리아-개구리밥 공배양이 하폐수처리에 미치는 영향
최윤정 ( Yun-jeong Choi ),유미영 ( Mi-yeong Yu ),남귀숙 ( Gui-sook Nam ),황선진 ( Sun-jin Hwang ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2019 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2019 No.-
현재 우리나라에서 수처리 관련된 주요 기술과 정책들은 주로 점 오염원에 초점을 맞추어 도시지역 및 산업단지 내 하수처리장이나 폐수종말처리장 운영을 통해 수행되고 있다. 그러나, 비점 오염원에 의해 오염된 저수지나 하천을 통해 배출되는 생활하수, 가축분뇨, 저수지로 유출되는 농업폐수 등 비점오염원에 대한 수질관리는 제대로 이루어지지 않고 있는 실정이다. 하지만, 기존의 점 오염원 처리방식으로 비점 오염원을 처리하는 수질정화방식은 한계가 있다. 또한, 기존의 물리, 화학적인 폐수처리를 통한 수질정화 방식은 화학물질의 2차오염 및 약품비 등 환경적 피해와 많은 유지관리 비용이 요구되므로, 경제성이 떨어진다는 단점이 있어, 비점 오염원의 수질개선에 적용하기에 역시 한계가 있다. 따라서, 기존의 생물학적 처리 보다 경제적인 방법으로 자연 친화적인 정화방법을 이용한 수처리 공법의 개발이 요구되는 실정이다. 기존의 생물정화방법에서 미생물 간 공배양(co-culture) 시스템에 대한 연구는 주로 미세조류-박테리아 혹은 박테리아-수생식물 등에 대하여 한정적으로 진행되고 있는 실정이며, 습지나 저수지 등에 흔하게 공존하는 미세조류-박테리아-개구리밥 3자 간의 공배양을 수처리능 관점에서 고찰한 연구사례는 거의 없다. 이에, 본 연구에서는 저수지나 하천과 같은 수계 내에 흔히 존재하는 3자 간의 공배양 시스템을 조성하여, 각 생물 간의 상호작용 및 영양염류 섭취 경쟁을 통한 오염물질 제거기작 등, 공배양 시스템 적용시 수계 내각 생물군에 미치는 영향에 대하여 실험연구를 진행하였다. 본 연구에서는 우선, 각 생물군의 대사특성 평가 및 개구리밥-미세조류 양자간의 공배양 기작을 확인하기 위해, 개구리밥에 의한 차광 및 탄소원 조건에 따른 수체 내 양 생물군의 성장량 및 C, N, P 제거능을 확인하는 기초실험을 진행하였다.