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- 발행기관 : Kyoto University (검색결과 127 건)
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Development of biological filtration process for effective advanced treatment of sewage
정진우 Kyoto University 2004 해외박사
Lowering of nitrogen and phosphorus levels in wastewater discharges has been a continuing trend in the wastewater treatment filed as a result of regulatory requirements becoming increasingly stricter. The objectives of this study are to develop advanced biological filtration processes and to establish design and operational parameters of them for removal of nutrients from two kinds target water: (1) effluent from grit chamber and (2) secondary effluent of a municipal wastewater treatment plant. Utilization of pre-coagulated sludge, obtained by adding coagulant at the primary sedimentation tank, as the hydrogen donor for denitrification in biological filtration process, which consists of a pre-coagulation, a sedimentation tank, an anoxic filter, an aerobic filter with a side stream to the anoxic tank and a polishing filter with anoxic and aerobic parts, is discussed with a pilot plant treating actual municipal sewage. To utilize pre-coagulated sludge as the hydrogen donor for the first denitrification, nitrified liquid from the following aerobic filter is re-circulated either to the anoxic filter (Flow A) or, to the bottom part of the sedimentation tank of pre-coagulation (Flow B). Flow A and Flow B are compared from the viewpoints of treatment performance. Concentration of SS, T-C-BOD, T-N and T-P in the effluent are less than 3 mg/L, 5 mg/L, 2 mgN/L and 0.5 mgP/L, respectively, under total hydraulic retention time of 3.0∼3.5 h in the biological filtration part in both Flow A and Flow B. DO of 2∼5 mg/L is consumed and NO_(x)^(-)-N of 1∼3 mgN/L is denitrified in the sedimentation tank in Flow B. The amount of discharged sludge and required water during backwashing is not affected by the Flow. When ratio of S-COD_(Cr)/S-N in the influent wastewater is 5.0 mgCOD/mgN, the methanol of 32 mg/L concentration addition is required at 29 mL/㎥-treated water for the anaerobic part of the polishing filter in Flow A but, at 22 mL/㎥-treated water in Flow B. 31% reduction of methanol addition per ㎥-treated water is achieved by changing from Flow A to B. A biological filtration process applicable to tertiary treatment of sewage for effective removal of nitrogen is also developed. The biological filtration system developed for tertiary treatment consists of a nitrification filter (Filter 1) and/or a polishing filter with anoxic and aerobic part (Filter 2). Filter 1 is required only when nitrification is not accomplished in secondary effluent. A pilot plant set at a municipal sewage treatment plant is operated for 525 days with feed of real sewage. Denitrification is accomplished with linear velocity (LV) of 50∼202 m/d in a 1 m anoxic filter-bed. As a result, T-N concentrations at the outlet are 1∼5 mgN/L for the influent concentrations of 12∼30 mgN/L. LV of 202 m is considered to be the upper limit. Methanol addition is controlled based on COD/N ratio and McCarty's equation. Constant COD/N control sometimes results in excess or less addition of methanol because of consumption by DO and large diurnal fluctuation of NO_(x)^(-)-N concentration, and McCarly's equation control gives appropriate amount of methanol. The maximum denitrification rate is reached at 4.0 kgN/(㎥-filter-bed·d) at water temperature of 15∼20℃ in Filter 2. The ratio of backwashing to the treated water is about 5∼10%. No significant effect of HRT (LV) on the ratio is observed. The yield coefficients are only 0.1∼0.3 kgSS/kgCOD in Filter 2. These results prove that this process is both convenient to install as tertiary treatment and cost effective to build and operate. The mathematical model of biological filtration proposed by Hidaka and Tsuno (2004) is applied for tertiary treatment. The model is applicable to explain the experimental performance with biological filtration reactors, in which continuous treatment of actual sewage is carried out. The simulated results about long-term treatment performance in continuous treatment, details of water quality profiles through the filter bed, and biomass are similar to the measured value and well reproducted. This model predicts that McCarly's equation ratio of 1.1 is to be required to accomplish denitrification and avoid excess carbon with remaining S-C-BOD of less than 5 mg/L under the conditions that HRT in the filtration part and the linear velocity (LV) of Filter 2 are set at 0.30 h and 160 m/d, respectively. This model shows that constant COD/N control results in an excess or shortage addition for larger diurnal fluctuation of NO_(x)^(-)-N. McCarty's equation can be used to add the appropriate amount of methanol and make the plant operation cost-effective. This biological filtration process should be operated less than ammonium loading rate of 0.5 kgN/(㎥-filter-bed·d) in Filter l and NO_(x)^(-)-N loading rate of 4.4 kgN/(㎥-filter-bed·d) in the winter season. No significant effect of height on nitrification, denitrification, and organic removal was observed when HRT is constant. These results show that the stability of treatment performance and applicability of these processes to advanced treatment of sewage have been confirmed.
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이윤수 Kyoto University 1993 해외박사
한반도는 동아시아의 형성에 있어서 지구조적으로 매우 중요한 위치를 점하고 있으나, 쥬라기 이전의 암석들이 대단히 복잡한 구조운동 및 변형작용을 받았기 때문에 동아시아의 지체구조에 대하여 지난 사반세기에 걸쳐서 국제 지질학계에 많은 논란을 일으켜 왔다. 고지자기학적 연구에 있어서도 쥬라기 이전의 암석들이 강한 재자화작용을 받고 있어서 각 시대의 암석 형성 시기에 획득한 1차 자연잔류자화 성분을 규명이 절실히 요구되어 왔다. 한편, 적색층내에 흔히 포함되는 쇄설성 적철석은 산화환경 및 열에 안정된 자성 광물로서, 수십년간 쇄설성 적철석의 잔류자화는 전세계적으로 지질시대에 걸친 대륙복원에 지대한 기여를 하여 왔다. 하지만, 일부 구미 학자들은 그들의 면밀한 열소자 및 화학소자 실험 결과, 과거 1차자화로 여겨져 왔던 쇄설성 적철석의 잔류자화는 암석형성 이후 여러 원인에 의해 형성되는 2차적 화학잔류자화와의 분리가 열소자의 방법으로는 불가능하고 오직 화학소자방법에 의해서만 이들의 분리가 가능하다고 주장하고(화학소자방법은 열소자방법에 비하여 수배에서 수십배의 시간이 소요 됨), 쇄설성 적철석으로부터 구한 종전의 많은 연구 결과들에 대하여 커다란 논쟁이 있어왔다. 본 연구에서는 쇄설성 적철석을 포함하는 후기 고생대 적색층에 대한 단계별 열소자와 병행하여 면밀한 자성광물학 및 현미경 분석을 통하여, 적철석의 1차자화에 관한 논쟁을 규명하고, 이의 연구 결과로부터 동아시아 지체구조 해석을 위한 자성광물학의 이론적 기반을 마련하는 데에 그 목적을 두고 있으며 그 내용은 아래와 같다. 한반도 남부에 분포하는 옥천대북동부의 평안누층군의 속하는 후기 석탄기(308 Ma) 및 후기 페름기-전기 삼첩기(245 Ma)의 적색층으로부터 열소자방법에 의하여 높은 unblocking 온도를 갖는 자화성분을 분리하는데에 성공했다. 이들 적색층에는 크게 3종류의 적철석의 자화가 발견 및 규명되었으며, 고온(후기 석탄기의 Hh와 후기 페름기-전기 삼첩기의 Hh'). 중온(Hm), 저온(Hs)의 unblocking 온도를 나타낸다. 고온성분과 중온성분은 빈번히 최대 680℃ 이상까지 중첩되어 나타나며, 이들의 통계적 분리를 위해서는 670℃ 이상에서 3℃ 내지 5℃의 세밀한 간격으로 단계별 열소자 실시가 요구된다는 것이 밝혀지게 되었다. 각 성분에 대한 습곡실험 결과, 고온, 중온 및 저온성분은 각각 적색층이 습곡되기 이전, 도중 및 이후에 획득된 잔류자화임이 규명되었다. 본 암류에 대한 현미경 관찰에 의하면, 적색층내의 적철석에는 역시 3종류의 다른 type이 존재하는 것이 발견되었다. 첫 번째는 쇄설성 specularite(Type A)이고, 두 번째는 비정질 specularite(Type B)이며, 그리고 세 번째는 pigment(Type C)이다. Type A의 대부분은 martite이고 장경 수십㎛의 크기를 가지며 Type B나 C보다 먼저 형성된 것임을 확인되었다. 이는 Type A가 나타내는 잔류자화가 고온(Hh 혹은 Hh')성분임을 시사하며 퇴적 당시 혹은 직후의 지구자기장을 나타내는 1차자화임이 규명되게 되었다. 또한 적색층에서 보편적으로 나타나는 type B 및 C는 각각 중온(Hm) 및 저온(Hs)에 해당하며, 공히 2차자화임이 명백하게 되었고 이는 잔류자화의 습곡실험 결과와도 일치하였다. 이상과 같이 본 연구로부터 얻어진 첫 번째 결론은 암석자기학적 관점으로부터 1차자화인 쇄설성 적철석의 잔류자화가 면밀한 열소자의 방법에 의한다면 2차적 화학잔류자화와의 분리가 가능함을 통계적 방법을 사용하여 증명하였고, 이는 이제까지의 논란의 대상이었던 적철석 자료의 대륙복원 무용설을 불식시키게 되었다. 또한 두 번째 결론은 영남육괴를 기반으로 하는 북동부 옥천대에 있어서, 후기 석탄기의 자화방향은 편각 255.5°, 복각 -2.4°(a95=20.8°) 이고, 후기 페름기-전기 삼첩기의 방향은 편각 271.9°, 복각 -33.4°(a95=20.8°)로써, 당시의 지구자기장이 지금과는 반대의 극성을 갖고 있었음을 고려할 때, 영남육괴는 후기 석탄기 때에는 적도 근방의 위치에, 후기 페름기-전기 삼첩기에는 북위 18.2에 위치하여 영남육괴가 지금보다는 훨씬 남쪽에 있었음을 시사하여 준다. 이는 후기 고생대의 대륙의 복원 자료와 대비하여 볼 때, 영남육괴는 당시의 곤드와나 대륙의 북쪽에 속하였음을 지시하여 주며, 이는 중국 대륙들의 연구 결과(곤드와나 기원설)와 일치를 보인다.
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이득식 Kyoto University 1997 해외박사
최근 대두단백질, 소혈청 알부민, 난백, 유단백질 등의 식품단백질을 개선 하는 것에 의해 이용성이 높은 소재를 만들어 낼려는 시험이 행해져 왔다. 그 수단으로서 몇몇 효소가 이용되어 왔지만, 현재 주목을 받고 있는 효소의 하나로서 트랜스글루타미네이스(Transglutaminase, 이하 TGase로 약함)가 있 다. 즉, TGase에 의한 가교화 반응을 이용하여 단백질을 중합화하는 것에 의해 다양한 기능특성을 부여하는 것이 가능하다. 예를 들면, Streptoverticillium sp. 유래의 미생물 TGase(MTGase)는 유망한 효소로 생각되어진다. 그러나, 이 효소는 포유동물 유래의 효소, 이를테면 몰못트 간장유래의 TGase(GTGase)와는 활성중심의 시스테인 잔기 주변의 아미노산 배열의 부분은 유사하지만, 일차구조상 거의 상동성을 갖지 않고 분자량도 현저히 다르며, 반응에 있어서 칼슘을 필요로 하지 않는 등, 효소학적 특성에 큰 차이가 인정된다. 따라서 MTGase와 GTGase등의 포유동물 효소의 차이에는 반응양식 즉, 효소반응 의 타겟트가 되는 아미노산 잔기의 위치나 반응생성물의 차이가 있는 것으로 예상되지만, 그 점에 있어서 해석한 예는 아직 없다. 몇몇 연구에 따르면, 기질 단백질의 고차구조 파괴에 의해 그의 TGase 반응을 쉽게 받을 수 있을 것인가 하는 정량적인 데이터는 거의 없다. 이 점을 분명히 할 목적으로, 본연구에서는 Glycinin, Bovine serum albumin(BSA), Ovalbumin(OVA), α-Lactalbumin(α-LA), β-Lactoglobulin(β-LG)의 다섯 종류의 식품 단백질에 대해 서 예비가열처리, 칼슘·환원제인 dithiothreitol(DTT) 첨가등의 처리를 행해그들의 분자구조상태를 변화시켰다. 이와같이 해서 얻어진 다양한 변성상태 의 기질단백질과 GTGase, MTGase를 반응시켜 생성된 생성물에 대해 연구한 결과는 다음과 같다. 1) 예비가열처리 하는 것에 의해 BSA와 OVA에서는 β-sheet구조의 함량이 증가하였고, 그와 동시에 GTGase, MTGase에 의한 중합화 반응을 받기쉬운 상 태로 되었다. 또한 칼슘·DTT 존재하에서 BSA에서는 turn구조, α-LA에서는 β-sheet구조의 함량이 증가하였지만, 그와 동시에 양 효소에 의한 반응성도 상승하였다. 이상의 결과로 부터 기질 단백질의 2차구조 변화와 양 효소에 의한 반응성의 사이에는 상호 관련성이 있는 것으로 나타났다. 2) α-LA와 BSA를 기질로하여 GTGase, MTGase를 작용시킨 경우에 형성되는 중합체의 사이즈를 SDS·DTT 존재하에서 GPC-MALLS법을 이용하여 측정한 결과, 반응초기에는 GTGase에 의해 형성되는 중합체의 사이즈가 큰 것이, 시간이 경과함에 따라 MTGase를 작용시킨 경우가 보다 큰 사이즈의 중합체가 형성되 었다. 3) 칼슘 무첨가 시스템에 있어서 α-LA를 기질로 하면 MTGase뿐만 아니라 GTGase를 작용시킨 경우에도 중합체의 형성이 인정되었다. 이 결과에 의해 GTGase는 α-LA의 분자내부에 결합되어 있는 칼슘을 반응에 이용 가능한 것이시사되었다. 또한 이 반응에 의해 응집체를 형성하지 않고 TGase 반응을 장 시간 행하는 것이 가능하고, 그 결과 양 효소 모두 180분에 중합화 반응이 평형에 달하는 것을 밝혀냈다. 4) α-LA를 기질로 한 경우의 양 효소에 의한 ε-(γ-glutamyl)lysine 가교부위의 결정을 행하여 Lys(K)잔기에 대해서는 GTGase의 경우, K16, K93, K122의 3개소가, MTGase의 경우에는 K5의 1개소만이 가교부위로서 이용되고 있는 것으로 나타났다. 또한 양 효소는 공통하여 단지 한 개의 Gln(Q)잔기, Q54를인식하여 작용하고 있는 것으로 나타났다. 5) TGase 비존재하에서 대두 단백질의 주요성분의 하나인 glycinin에 대해 서 품종에 의한 gel 물성의 차이, gel의 미세구조, subunit조성 및 그들의 상호관련성을 검토한 바, gel의 물성은 품종에 따라 다르고, 단단한 정도에 대 해서는 최대 3배의 차가 있었고, 연함, 탄력성, 탄성체근사성의 물성특성은 A4 subunit의 유무에 의해 품종간에 꽤 다르게 나타났다. Gel의 미세구조는 품종에 의해 크게 strand network와 응집체 network의 두 개의 type으로 나뉘어지는 것을 나타냈다. 또한, A4 subunit의 유무는 gel network와 물성, A3 은 gel network중의 소공(小孔)사이즈, 규칙성과 물성 A2+A3는 소공사이즈, 구성단위의 응집도와 물성에 각각 관련하고 있는 것이 인정되었다.
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