암모니아 폐수의 부분아질산화에서 최적 운전 pH의 변동

배우근(Woo Keun Bae),Hammad Khan 大韓環境工學會 2016 대한환경공학회지 Vol.38 No.5

아질산화 반응을 통한 nitrite 축적은 단축질소제거 혹은 anammox 공정 수립을 위해 필수적이고 이 반응의 속도가 전체 질소제거공정의 효율에 큰 영향을 미칠 수 있다. 본 연구는 부유 미생물 연속류 반응기에서 pH 농도가 암모니아 폐수(2,000 mgN/L) 처리에 주는 복잡하고 다양한 영향 들을 modeling과 실험을 통해 종합적으로 분석하였다. modeling 연구 결과 반응의 안정성(stability)은 pH에 의해 지대한 영향을 받으며, free ammonia 저해가 심해지는 알칼리성 환경일수록 안정적 운전 영역(stable region)은 축소되었다. 기질과 pH의 좌표 상에서 stable region과 unstable region을 가르는 경계(stability ridge) 근처에서 안정적인 최대반응속도를 얻을 수 있고, 이 운전조건에서 아질산 축적 가능성도 최대가 되었다. stability ridge 근처의 조건에서 반응기를 운전한 결과 아질산화속도는 안정적으로 약 6 kgN/m3-d까지 얻을 수 있었고, 아질산축적율은 약 99% 이었다. 그러나 unstable region에서는 부하증가를 통한 반복된 교란 결과 유출수 암모니아 농도가 회복 불가능한 상태로 상승하였다. Modeling 결과 고유(intrinsic) 최적 pH 값을 고정하여도 실험에서 관찰되는 최적 운전 pH는 사용 기질의 농도가 높을수록 낮아지는 것으로 나타났으며, 이는 문헌에서 보고된 경향과 일치 하였다. 본 연구의 modeling 조건에서 95% 아질산화(5%는 암모니아로 잔존)를 위한 최적 운전 pH는 ~8.0인 것으로 예측되었으나, anammox 유입수 생산을 위해 55% 아질산화하려 할 때의 최적 운전 pH는 ~7.2로 낮아 졌다. Nitrite accumulation is essential for constructing an anammox process. As the pH in the reactor exerts a complicated and strong influence on the reaction rate, we investigated its effects upon treatment of an ammonic wastewater (2,000 mgN/L) through modeling and experiment. The modeling results indicated that the reaction stability is strongly affected by pH, which results in a severe reduction of the ‘stable region’ of operation under alkaline environments. On a coordinate of the total ammonia nitrogen (TAN) concentration vs. pH, the maximal stable reaction rates and the maximal nitrite accumulation potentials could be found on the ‘stability ridge’ that separates the stable region from the unstable region. We achieved a stable and high ammonia oxidation rate (~6 kgN/m3-d) with a nitrite accumulation ratio of ~99% when operated near the ‘stability ridge’. The optimum pH that can be observed in experiments varies with the TAN concentrations utilized, although the intrinsic optimum pH is fixed. The direction of change is that the optimum operational pH falls as the TAN concentration increases, which is in excellent accordance with the observations in the literature. The optimum operational pH for 95% nitritation was predicted to be ~8.0, whereas it was ~7.2 for 55% partial nitritation to produce an anammox feed in our experimental conditions.

도시 외곽지역의 정화조 유출수 처리용 고정 생물막 공정에 대한 현장 적용성 평가

배우근(Woo Keun Bae),신응배(Eung Bai Shin),민경진(Kyung Jin Min),한기봉(Gee Bong Han),정진욱(Jin Wook Jung),김형건(Hyoung Gun Kim) 大韓環境工學會 2002 대한환경공학회지 Vol.24 No.4

시화호 퇴적토의 오염도 평가 및 효과적 관리방안

김승진,배우근,신경훈,최동호,백승천,윤승준,최형주,Kim, Seung-Jin,Bae, Woo-Keun,Shin, Kyung-Hoon,Choi, Dong-Ho,Baek, Seung-Chun,Yoon, Seung-Joon,Choi, Hyung-Joo 한국지하수토양환경학회 2007 지하수토양환경 Vol.12 No.4

시화호 저서생태계의 비용효과적 복원을 위한 퇴적토 관리 대안을 제시하기 위하여 시화호 내 오염퇴적물의 현황 및 저서생태계 특성에 대한 조사와 퇴적물 관리 기준과 사례 연구가 수행되었다. 미국해양대기청의 퇴적물환경권고기준에 따라 시화호 퇴적토의 중금속 오염도를 평가한 결과 13개 조사지점 중 반월/시화 산단과 인접해 있는 4개 지점의 퇴적토가 2개 이상의 중금속에서 ERL (Effects Range Low : 저서생물 10%에 악영향을 끼칠 수 있는 농도)을 초과하는 것으로 나타났다. 그러나 미국 워싱턴 주와 네덜란드에서 정하고 있는 퇴적토 제거기준은 초과하지 않는 것으로 나타났다. 반면에 유기물 및 황화물 오염의 관점에서 개발된 일본 나고야항과 동경만/요코하마만의 퇴적물 제거기준에 의하면 시화호 표층 퇴적물 대부분이 제거대상인 것으로 나타났다. 한편 저서생물의 조사결과 Polydora ligni (얼굴갯지렁이)와 Musculista senhousia (종밋)와 같은 오염지시종이 우점종으로 출현하였으며, 이로 미루어 유기물 오염에 의한 여름철 용존산소 고갈 및 황화수소 생성등이 일반적인 저서생물의 건강한 성장을 크게 저해하는 것으로 판단되었다. 유기물, 황화물 및 중금속과 오염퇴적토가 주변지역에 미치는 영향을 종합적으로 고려한 결과 일부 지역은 우선적으로 퇴적토 정화가 이루어져야 할 것으로 판단되었다. An investigation on the polluted sediments in the Lake Sihwa and the benthos that inhabited on the sediments was conducted. Cost effective remediation alternatives were derived form the results of the investigation. The sediment samples taken from four sampling points out of thirteen showed relatively high heavy metal (particularly copper) concentrations which exceeded the Effects Range Low (ERL) of the National Oceanic and Atmospheric Administration, USA. The four sampling points were located in front of industrial complexes. Although the heavy metals appeared to have affected the growth of the benthos, the concentration of it did not exceed the criteria of dredging that were developed by Netherlands or the State of Washington, USA. However, contamination by organic matters and sulfur compounds was severe, which exceeded the criteria of dredging that were established in Japan. The sediments taken from the four sampling points which were contaminated with heavy metals showed higher organic matter content in general. The organic matters in the sediments depleted oxygen in summer, which appeared to be fatal to the benthos. A comprehensive analysis on the sediments, benthos, and other environmental impact from the contaminated sediments drew a conclusion that the benthonic environment of the Lake Sihwa needed a stepwise remediation, giving a particular emphasis on the clean up of the sediments upstram of the Lake which could cause odor problems to the nearby residential area.

폐수처리시스템에서의 그람 양성 세균 모니터링 방법

남지현,배우근,이동훈,Nam, Ji-Hyun,Bae, Woo-Keun,Lee, Dong-Hun 한국미생물학회 2011 미생물학회지 Vol.47 No.1

폐수 처리 시스템의 그람 양성 세균을 간편하고 신속하게 모니터링할 수 있는 그람 염색 방법을 개발하였다. 각각 4종류의 그람 양성 세균과 음성 세균의 배양액을 polyethersulfone membrane filter와 Toluidine Blue-O로 여과 및 염색하였다. 염색된 여과막을 건조시키고 스캔하였으며, 영상 분석 프로그램을 이용하여 빨강색, 녹색, 파랑색의 강도를 측정하는 정량적 색상 이미지 분석법을 개발하였다. 그람 양성 세균의 경우 그람 음성 세균보다 빨간색과 초록색 수치가 높게 나타났다. 본 방법을 그람 양성 세균이 혼합된 활성슬러지에 적용한 결과, 활성슬러지의 경우 플록의 불규칙한 크기와 형태로 측정이 어렵다 할지라도 플록 분산 기술을 이용하여 활성슬러지의 그람 양성 세균의 변화를 모니터링 할 수 있었다. 활성슬러지에서도 그람 양성 세균의 비율이 높아질수록 빨간색과 초록색 수치가 증가하였다. 본 연구에서 개발된 방법은 폐수처리 시스템에 존재하는 그람 양성 세균을 신속하고 정량적으로 모니터링 할 수 있다. A simple and rapid method was developed for monitoring of Gram-positive bacteria in the wastewater treatment system. Culture suspensions of 4 Gram-positive and 4 Gram-negative strains were filtrated and stained with a polyethersulfone membrane filter and Toluidine Blue-O. To establish quantitative color image analysis, the intensity value of RGB (red-green-blue) color of a scanned filter image was analyzed with a photographic program. Red and green color values of Gram-positive bacteria were higher than those of Gram-negative bacteria. This method was applied to the activated sludge mixed with the Gram-positive bacteria. Although evaluation was difficult due to the irregular size and shape of flocs, the population of Gram-positive bacteria in the activated sludge could be monitored with floc dispersion technique. The more amounts of Gram-positive bacteria in the activated sludge led to the increase of red and green color values. This method provides a rapid and quantitative measurement of Gram-positive bacteria within the wastewater treatment systems.

토양미생물을 활성화한 영양염류 제거 공정의 특성과 무산소 조건에서의 인 섭취 (1)

신응배(Eung Bae Shin),고남호(Nam Ho Ko),배우근(Woo Keun Bae),이영대(Young Dae Lee),김형건(Hyoung Gun Kim),민경진(Kyung Jin Min) 大韓環境工學會 2000 대한환경공학회지 Vol.22 No.8

폴리염화비페닐류 함유 액상폐기물 시험방법별 분석결과 비교

김교근(Kyeo Keun Kim),윤성규(Seong Kyu Yoon),배우근(Woo Keun Bae) 한국분석과학회 2010 분석과학 Vol.23 No.3

회전접촉장치와 점감포기 반응조를 이용한 식품폐수 처리시설의 세균군집 구조

정순재,남지현,배우근,이동훈,Jeong, Soon-Jae,Nam, Ji-Hyun,Bae, Woo-Keun,Lee, Dong-Hun 한국미생물학회 2010 미생물학회지 Vol.46 No.2

회전접촉장치와 점감포기 생물반응조를 이용한 실험용 규모의 폐수처리 공정을 식품산업폐수를 유입수로 사용하여 5개월 동안 운전하였으며, 16S rRNA 유전자의 말단단편길이다형성(T-RFLP) 분석과 계통분류학적 분석방법으로 폐수처리 공정의 세균군집을 조사하였다. 유기물 외에 고농도의 질소와 인이 함유된 식품산업폐수를 적용하였음에도 불구하고, 안정화 기간 동안 화학적산소요구량, 총질소, 총인의 제거효율은 각각 98%, 93%, 95% 이상이었다. 가동 초기의 세균 군집과 안정화 이후의 세균군집은 뚜렷하게 구분되었으며, 안정화 기간 동안 가장 우점한 세균군집은 Bacteroidetes였다. 운전 기간중의 주요 세균 군집은 사상균으로 분류되는 Haliscomenobacter, Sphaerotilus, Candidate division TM7이었으나, 이들 사상균에 의한 슬러지 팽화 현상은 관찰할 수 없었다. Haliscomenobacter와 유연관계가 가까운 세균군집이 안정화 시기에 증가하여 최대 우점 군집이 되었다. 본 연구결과는 회전접촉장치와 점감포기 생물반응조를 이용한 폐수처리공정의 영양물질 제거에 사상균이 중요함을 제시한다. A pilot-scale wastewater treatment plant combined with rotating biological contactor and tapered aeration reactors was operated with the wastewater discharged from a food factory for 5 months. The bacterial communities of this plant were investigated by terminal restriction fragment length polymorphism (T-RFLP) and phylogenetic analysis of 16S rRNA genes. In spite of high concentration of nitrogen and phosphorus as well as organic carbon, removal efficiency of chemical oxygen demand, total nitrogen, and total phosphorus was 98%, 93%, and 95%, respectively. Bacterial community at the initial operation stage was clearly distinguished from that of the stable operation stage. The most predominant phylum in the sample of stable stage was Bacteroidetes. Major population of operation period was Haliscomenobacter, Sphaerotilus, and candidate division TM7, which were classified as filamentous bacteria. However, sludge bulking caused by these bacteria was not observed. The population that has a close relationship with Haliscomenobacter increased during the stable operation stage, emerging as the most predominant group. These results suggest that the filamentous bacteria participated in nutrient removal when using rotating biological contactor and tapered aeration reactor.

반도체 웨이퍼 제조공정(製造工程) 중 발생혼합폐산(發生混合廢酸)으로부터 불산, 질산 및 초산의 각 산 회수(回收)에 관한 연구(硏究)

김주엽,김현상,배우근,Kim, Ju-Yup,Kim, Hyun-Sang,Bae, Woo-Keun 한국자원리싸이클링학회 2009 資源 리싸이클링 Vol.18 No.4

반도체 웨이퍼 제조 공정 중 발생하는 질산, 불산, 초산으로 구성된 혼합폐산을 재활용하기 위한 연구를 수행하였다. 초기에 $NaNO_3$와 Si powder를 사용하여 불산을 $Na_2SiF_6$로 침전시켜 불소화합물을 제조하였고, 이 때 혼산 중 불산의 농도는 초기 127g/L에서 0.5g/L로 낮아져 불산 회수율은 99.5%였다. $Na_2SiF_6$ 제조 후 남은 혼산의 질산과 초산의 농도는 각각 502g/L, 117g/L였고, 이 혼산에 NaOH를 투입하여 pH=4로 맞춘 후 -440 mmHg, $95^{\circ}C에서 증발농축을 하여 초산 분리 회수하였다. 회수된 초산의 농도는 약 15%였고, 회수율은 85.3% 이상이었다. 또한, 농축여액을 $20^{\circ}C$까지 냉각하여 $NaNO_3$ 결정을 석출시킴으로 질산나트륨을 제조하였고, 그 회수율은 약 93%이상이었다. 제조된 $Na_2SiF_6$와 $NaNO_3$를 $90^{\circ}C$에서 건조시킨 후, XRD 분석한 결과, 순수 $Na_2SiF_6$와 $NaNO_3$만 합성된 것을 확인하였고, 그 순도는 각각 약 97%, 98%로 시판용과 유사하였다. We researched separation of mixed waste acids with HF, $CH_3COOH$, $HNO_3$ that were produced during a semiconductor wafer process to recycle these acids. At first, we manufactured the fluoride compound in form of $Na_2SiF_6$ by precipitating HF using $NaNO_3$ and Si powder. The concentration of HF was reduced from the initial concentration of 127 g/L to 0.5 g/L with an HF recovery ratio of 99.5%. After the manufacture of $Na_2SiF_6$, the concentration of $HNO_3$ and $CH_3COOH$ demonstrated 502 g/L and 117 g/L respectively. Following these findings we added NaOH in this $CH_3COOH/HNO_3$ mixed acid in order to obtain pH=4. Next we separated the $CH_3COOH$ and recoverd it through the use of vaccum evaporation at -440 mmHg, $95^{\circ}C$. The concentration of the recovered $CH_3COOH$ was approximately 15% and the recovery ratio of $CH_3COOH$ was over 85%. We precipitated the $NaNO_3$ by cooling the concentrated solution to $20^{\circ}C$ with a $HNO_3$ recovery ratio of over 93%. We confirmed that only $Na_2SiF_6$ and $NaNO_3$ were manufactured by XRD analysis after drying these precipitants at $90^{\circ}C$. The precipitants demonstrated a purity of approximately 97% and 98% respectively. Therefore, the purity of the precipitants proved to be similar to that of commercial products.

고농도 질산성질소와 Ca⁺²을 함유한 산세폐수의 효과적인 처리를 위한 SBR 공정의 적용

김승준,최용수,배우근,Kim, Seung-jun,Choi, Yong-su,Bae, Woo-keun 한국물환경학회 2006 한국물환경학회지 Vol.22 No.2

This research presents results from laboratory and pilot-scale experiments to remove high-nitrate in pickling wastewater using the sequencing batch reactor (SBR) as a biological method. During the experimental periods, the influent concentrations of NOx-N and $Ca^{+2}$ were analyzed to be 350-1,600 and 700-800 mg/L, respectively. In order to provide carbon source for denitrification, methanol has been added in proportion to the influent nitrate loading. The mean concentrations of MLSS and MLVSS, the fraction of volatile solids in sludge and the sludge volume index were measured to be 27 g/L, 5 g/L, 18.5% and 7.5, respectively. The solid retention time was kept in the range of 18 to 22 days, specific denitrification rate ($U_{dn}$) was $0.301g{NO_3}^--N/gVSS/day$. The oxidized nitrogen concentration of effluent ranged 2-34 mg/L with an average of 5.2 mg/L, the overall reduction in total nitrogen was more than 99.2%. In order to treat the pickling wastewater including the high concentration of nitrate and $Ca^{+2}$, the continuous flow process is not suitable because the specific gravity of the sludge is considerably increased by $Ca^{+2}$, thus the SBR process is shown to be very effective to treat the pickling wastewater.

알루미늄 제련 폐기물(Red Mud)의 활성화 방법에 따른 수용상의 인산염 제거특성

김이태 ( I Tae Kim ),배우근 ( Woo Keun Bae ),김우정 ( Woo Jeong Kim ) 한국물환경학회 2004 한국물환경학회지 Vol.20 No.5

Red mud is formed as a waste during bauxite refining known as Bayer`s process. Its main constituents are iron, aluminium, sodium and silica. The disposal of large quantities of wasted red mud causes a serious ecological problem. In this study, the red mud wasted from the bauxite refinery was studied for phosphate removal from aqueous solution according to activation methods. The influence of heat treatment, and neutralization with sea water and acid treatment level for the optimum conditions for phosphate removal have been determined. Heat treatment combined with acid treatment is most suitable for the removal of phosphate from aqueous solution. The optimal condition was activated with 1N HCl solution after heating in 600℃ during 4 hours. Acid and heat treatment causes sodalite compounds which hinder the phosphate adsorption to leach out. The adsorption data obtained followed a first-order rate expression and fitted well with the Freundlich Isotherm well.