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하수처리 : 낮은 용존산소로 운영되는 하수처리장의 암모니아 산화 미생물 군집구조
박희등,( Christopher A. Francis ),( Craig S. Criddle ),( Daniel R. Noguera ) 대한상하수도학회 2006 공동추계 학술발표회 논문집 Vol.2006 No.-
암모니아 산화 미생물은 독립영양 미생물로 암모니아를 아질산으로 산화하며, 아질산 산화 미생물과 더불어 질소제거 하수고도처리에 있어서 질산화 반응에 매우 중요한 역할을 한다. 암모니아 산화 미생물은 여러 환경요인과 유입수의 특성에 영향을 받으며, 특히, 포기조의 용존산소에 매우 민감하게 반응하는 것으로 알려져 있다. 일반적으로 포기조의 용존산소 농도는 효과적인 질산화를 위해 2㎎/L 이상으로 운영되고 있으나, 몇몇 처리장에서는 0.5 ㎎/L 이하의 낮은 용존산소 농도 조건에서도 활발한 질산화가 보고되고 있다. 그 동안 낮은 용존산소로 운영되는 처리장의 질산화를 설명하기 위해 여러 가설들이 제안되기는 했지만, 미생물학적 접근은 극히 제한적이다. 그래서, 본 연구그룹은 낮은 용존산소로 운영되는 반응기 및 실규모 처리장에서 분자 생물학적 기법을 이용하여 암모니아 산화 미생물 군집을 조사하였으며, 여기에 최근의 연구결과들을 요약하였다. 서로 다른 두 용존산소 조건에서 운영된 두 개의 연속반응기에서는 계동학적으로 서로 상이한 Nitrosomons europaea 미생물군이 집적되었다. 또한, 낮은 농도로 운영된 반응조는 높은 농도로 운영된 반응조에 비해 상대적으로 높은 동력학적으로 용존산소 친화력을 보유하였다. 실규모 처리장에서도 낮은 농도로 운영된 계열에서 암모니아 산화 미생물의 군집변화가 발견되었다. 결론적으로, 본 연구는 용존산소가 암모니아 산화 미생물 군집구조에 중요한 역할을 하며, 군집구조는 용존산소 친화력을 가늠하는 요인으로 작용함을 밝혔다. 한편, 낮은 용존산소로 운영된 실규모 처리장에서는 암모니아 고미생물 (Archaea)이 발견되어, 향후 이 분야에 관한 연구가 활발히 진행 진행될 것으로 예상하며, 또한, 이러한 미생물을 이용한 새로운 공정개발도 기대하고 있다.
하수처리 : 낮은 용존산소로 운영되는 하수처리장의 암모니아 산화 미생물 군집구조
박희등,( Christopher A. Francis ),( Craig S. Criddle ),( Daniel R. Noguera ) 한국물환경학회 ( 구 한국수질보전학회 ) 2006 공동 추계학술발표회 Vol.2006 No.-
암모니아 산화 미생물은 독립영양 미생물로 암모니아를 아질산으로 산화하며, 아질산 산화 미생물과 더불어 질소제거 하수고도처리에 있어서 질산화 반응에 매우 중요한 역할을 한다. 암모니아 산화 미생물은 여러 환경요인과 유입수의 특성에 영향을 받으며, 특히, 포기조의 용존산소에 매우 민감하게 반응하는 것으로 알려져 있다. 일반적으로 포기조의 용존산소 농도는 효과적인 질산화를 위해 2㎎/L 이상으로 운영되고 있으나, 몇몇 처리장에서는 0.5 ㎎/L 이하의 낮은 용존산소 농도 조건에서도 활발한 질산화가 보고되고 있다. 그 동안 낮은 용존산소로 운영되는 처리장의 질산화를 설명하기 위해 여러 가설들이 제안되기는 했지만, 미생물학적 접근은 극히 제한적이다. 그래서, 본 연구그룹은 낮은 용존산소로 운영되는 반응기 및 실규모 처리장에서 분자 생물학적 기법을 이용하여 암모니아 산화 미생물 군집을 조사하였으며, 여기에 최근의 연구결과들을 요약하였다. 서로 다른 두 용존산소 조건에서 운영된 두 개의 연속반응기에서는 계동학적으로 서로 상이한 Nitrosomons europaea 미생물군이 집적되었다. 또한, 낮은 농도로 운영된 반응조는 높은 농도로 운영된 반응조에 비해 상대적으로 높은 동력학적으로 용존산소 친화력을 보유하였다. 실규모 처리장에서도 낮은 농도로 운영된 계열에서 암모니아 산화 미생물의 군집변화가 발견되었다. 결론적으로, 본 연구는 용존산소가 암모니아 산화 미생물 군집구조에 중요한 역할을 하며, 군집구조는 용존산소 친화력을 가늠하는 요인으로 작용함을 밝혔다. 한편, 낮은 용존산소로 운영된 실규모 처리장에서는 암모니아 고미생물 (Archaea)이 발견되어, 향후 이 분야에 관한 연구가 활발히 진행 진행될 것으로 예상하며, 또한, 이러한 미생물을 이용한 새로운 공정개발도 기대하고 있다.
Nitrogen removal with energy recovery through N<sub>2</sub>O decomposition
Scherson, Yaniv D.,Wells, George F.,Woo, Sung-Geun,Lee, Jangho,Park, Joonhong,Cantwell, Brian J.,Criddle, Craig S. The Royal Society of Chemistry 2013 Energy & environmental science Vol.6 No.1
<P>A new process for the removal of nitrogen from wastewater is introduced. The process involves three steps: (1) partial nitrification of NH<SUB>4</SUB><SUP>+</SUP> to NO<SUB>2</SUB><SUP>−</SUP>; (2) partial anoxic reduction of NO<SUB>2</SUB><SUP>−</SUP> to N<SUB>2</SUB>O; and (3) N<SUB>2</SUB>O conversion to N<SUB>2</SUB> with energy recovery by either catalytic decomposition to N<SUB>2</SUB> and O<SUB>2</SUB> or use of N<SUB>2</SUB>O to oxidize biogas CH<SUB>4</SUB>. Steps 1 and 3 have been previously established at full-scale. Accordingly, bench-scale experiments focused on step 2. Two strategies were evaluated and found to be effective: in the first, Fe(<SMALL>II</SMALL>) was used to abiotically reduce NO<SUB>2</SUB><SUP>−</SUP> to N<SUB>2</SUB>O; in the second, COD stored as polyhydroxybutyrate (PHB) was used as the electron donor for partial heterotrophic reduction of NO<SUB>2</SUB><SUP>−</SUP> to N<SUB>2</SUB>O. For abiotic reduction with Fe(<SMALL>II</SMALL>), the efficiency of conversion of NO<SUB>2</SUB><SUP>−</SUP> to N<SUB>2</SUB>O was over 90% with 98% nitrogen removal from water. For partial heterotrophic denitrification, different selection conditions were imposed on acetate- and nitrite-fed communities initially derived from waste activated sludge. No N<SUB>2</SUB>O was detected when acetate and nitrite were supplied continuously, but N<SUB>2</SUB>O was produced when acetate and nitrite were added as pulses. N<SUB>2</SUB>O conversion efficiency was dependent upon the method of addition of acetate and nitrite. When acetate and nitrite were added together (coupled feeding), the N<SUB>2</SUB>O conversion efficiency was 9–12%, but when acetate and nitrite additions were decoupled, the N<SUB>2</SUB>O conversion efficiency was 60–65%. Decoupled substrate addition selected for a microbial community that accumulated polyhydroxybutyrate (PHB) during an anaerobic period after acetate addition then consumed PHB and reduced NO<SUB>2</SUB><SUP>−</SUP> during the subsequent anoxic period. The biological N removal efficiency from the water was 98% over more than 200 cycles. This indicates that decoupled operation can sustain significant long-term N<SUB>2</SUB>O production. Compared to conventional nitrogen removal, the three-step process, referred to here as Coupled Aerobic–anoxic Nitrous Decomposition Operation (CANDO), is expected to decrease oxygen requirements, decrease biomass production, increase organic matter available for recovery as biogas methane, and enable energy recovery from nitrogen, but pilot-scale studies are needed.</P> <P>Graphic Abstract</P><P>A new wastewater treatment process is introduced that removes and recovers energy from nitrogen waste through N<SUB>2</SUB>O decomposition. <IMG SRC='http://pubs.rsc.org/services/images/RSCpubs.ePlatform.Service.FreeContent.ImageService.svc/ImageService/image/GA?id=c2ee22487a'> </P>