Aerobic Composting of Wastewater Sludge Using Beneficial Microorganisms

Organic waste is an organic resource which can be converted into useful materials by microbes, and can be seen as a resource which can be recycled in a variety of ways. However, until now, organic waste has been disposed of through the inexpensive offshore dumping. However, with the implementation of a ban on offshore dumping set in place since 2014, demand for land-based treatment facilities for the stable and sustained treatment of organic waste has risen, and large budgets are being appropriated to this end. Sewage, wastewater sludge and food waste, which are representative organic wastes, have a high potential for conversion into animal feed or compost, but due to their odor and high moisture content, are difficult to handle. In addition, they have high concentrations of hazardous materials. This study focused on converting wastewater and sewage sludge treated with beneficial microorganism(BM) into compost, using food waste as a supplementary nitrogen source that the sludge lacks. First, a laboratory-scale reactor innoculated with BM agents was used to produce sludge treated with BM. In testing to compute the optimal amount of BM, the efficiency was highest when the amount of BM inoculation was 1%(w/w). Observation of changes in concentration of proteins and carbohydrates in the sludge resulting from the introduction of BM showed increases of 52% for protein and approximately 32% for carbohydrate. Also, due to introduction of the BM agent into the wastewater, the removal efficiencies of suspended solid (SS), chemical oxygen demand (COD), total nitrogen (T-N) and total phosphorus (T-P) were 94.5%, 91%, 79% and 81%, respectively satisfying domestic standards for the effluent. Secondly, the composting characteristics of BM sludge and the control sludge were compared. Feasibility of using coffee grounds as a bulking agent was examined, along with sawdust. It was observed that composting of BM sludge had a faster rate of reaction than with the control sludge, and higher temperatures were reached. When using coffee grounds as a bulking agent, the caffeine in the coffee seemed to absorb the odors, allowing a composting with almost no odors. Moreover, when coffee grounds used as the bulking agent, total organic matter content increased by approximately 17% over sawdust, while total nitrogen increased by 49%, and available phosphorus by approximately 3%. Comparative microbial community analysis based on pyrosequencing analysis was performed for the BM agents used for composting and for the control sludge. Analysis of the diversity of microorganisms showed 559 out of 1580 reads OTU for the control sludge, and 594 OTU out of 2174 reads for BM sludge, indicating a higher diversity control sludge. Pyrosequencing of BM sludge showed that Proteobacteria (41.30%) was the most dominant, followed by Gemmatimonadetes (14.12%). microbial diversity analysis in the compost showed 249 OTU out of 3406 reads in the control sludge compost, and 183 OTU out of 2632 reads for BM sludge compost. Whereas the diversity of microorganisms in the control sludge were observed to be slightly higher than that of BM sludge, the diversity were decreasing as the composting proceeded, leading to a larger proportion of Bacteroidetes, Proteobacteria and Firmicutes occurred during composting for both sludges. Fourthly, a study was conducted to investigate composting efficiency. In the test for germination rate, the control sludge failed in some cases to satisfy the standard of 70 for matured compost after 28 days, but when using composted BM sludge, all cases were shown to satisfy the requirement. The result for BCL compost was highest, at 101.5. Plant germination rate was shown to increase when using coffee grounds as the bulking agent. Use of BCL compost was observed to have a positive growth effect on leaf weight (g), leaf number (ea), leaf length (cm), root weight (g), root diameter (cm), and root length (cm), etc. Lastly, an economic feasibility analysis on BCL compost, which was shown to have the highest efficiency of composting, showed that approximately 22.2% cost savings relative to current food waste composting were possible, mainly because the caffeine in the coffee grounds absorbed odors, removing the need for odor reducing facilities, and enhanced the value of the compost by boosting the organic matter content and total nitrogen content of the completed compost.목 차 목 차 ⅰ List of Figures ⅴ List of Tables ⅸ Abstract ⅺ 제 1 장 서론 1 제 2장 문헌연구 4 2.1 유기성 폐기물 4 2.1.1 하·폐수 슬러지 5 2.1.2 음식물폐기물 7 2.1.3 커피박 발생 및 처리현황 8 2.2 퇴비화 10 2.2.1 호기성 퇴비 단계별 환경변화 10 2.2.2 퇴비의 원료 11 2.2.3 퇴비화 장치의 영향인자 12 2.2.4 퇴비처리장의 악취물질 15 2.3 퇴비의 품질 15 2.4 복합미생물 제제 19 2.4.1 미생물제제 군집구조 20 제 3 장 복합유용미생물을 우점화한 활성슬러지 공법 22 3.1 서론 22 3.2 재료 및 방법 23 3.2.1 실험장치 및 운전방법 23 3.2.2 실험대상 유입원수 25 3.2.3 시험항목 및 측정방법 26 3.3 결과 및 고찰 27 3.3.1 복합미생물제제의 최적주입량의 산정 27 3.3.2 슬러지 EPS함량 변화 비교 28 3.3.4 활성슬러지공정의 MLSS 농도 변화 30 3.3.5 활성슬러지 공정의 처리효율 평가 31 3.4 소결론 33 제 4 장 복합유용미생물 우점슬러지를 이용한 퇴비화 34 4.1 서론 34 4.2 재료 및 방법 36 4.2.1 퇴비화 장치의 운전조건 36 4.2.2 실험장치 37 4.2.3 실험재료 38 4.2.4 시험항목 및 측정방법 39 4.3 결과 및 고찰 43 4.3.1 온도 변화 44 4.3.2 수분 변화 46 4.3.3 pH 48 4.3.4 염분 농도(%) 50 4.3.5 C/N의 변화 52 4.3.6 악취분석 54 4.3.7 카페인 성분의 변화 57 4.3.8 무기성분의 변화 59 4.3.9 퇴비 품질 검증 61 4.3.10 퇴비 공정규격 분석 63 4.4 소 결론 65 제 5 장 퇴비 내 세균군집의 Pyrosequencing 분석 67 5.1 서론 67 5.2 재료 및 방법 68 5.2.1 시료 채취 68 5.2.2 DNA 추출 68 5.2.3 Pyrosequencing 방법 69 5.3 결과 및 고찰 71 5.3.1 Rarefaction curve를 이용한 metagenome 분석 71 5.3.2 Pyrosequencing으로 분석한 Bacteria 군집 다양성 75 5.3.3 복합유용미생물 슬러지와 퇴비의 Community 분석 82 5.4 소 결론 85 제 6 장 퇴비 시용에 따른 토양의 이화학적특성과 식물생장에 관한 연구 86 6.1 서론 86 6.2 재료 및 방법 87 6.2.1 실험장소 87 6.2.2 공시식물 87 6.2.3 시용 퇴비 88 6.2.4 시험항목 및 측정방법 88 6.3 결과 및 고찰 91 6.3.1 퇴비 시용에 따른 식물성장 영향실험 91 6.3.2 토양 이화학적 성분 변화 93 6.3.3 중금속의 변화 102 6.3.4 퇴비에 따른 공시식물 성장률 비교 104 6.4 소 결론 109 제 7 장 경제성 분석 110 7.1 복합유용미생물 우점 슬러지를 이용한 퇴비화 110 7.2 복합유용미생물 우점 슬러지를 이용한 퇴비화의 팽화제로 커피박을 이용한 퇴비화 113 7.3 소결론 115 제 8 장 종합결론 116 참고문헌 11

토착미생물을 이용한 난분해성폐수의 처리

최근 산업화로 인해 다양한 오염물질들이 수계로 배출되면서 환경이 직&#65381화학적 응집침전방법과 활성슬러지법을 종합한 형태로 설계 운영되고 있다. 활성슬러지공법은 1920년대부터 폐수처리에 사용된 생물학적 방법으로 폐수와 활성슬러지를 혼합시켜 공기를 불어 넣음으로써 생물을 이용하여 폐수를 처리하는 방법이다. 활성슬러지는 침강에 따라 처리폐수로부터 분리하여 폐기되나 일부는 필요에 따라 처리장치로 반송된다. 환경부 자료에 따르면 이때 폐기되는 슬러지의 양은 하루 1만589톤이며 연간 1000만톤 가량이다. 이 중에서 실질적으로 처리 가능한 양은 9,020톤에 불과하다. 즉 하루에 1,569톤, 연간 57만톤 가량의 폐기물이 처리 불능 상황에 처할 수도 있다는 것이다. 2012년부터 실시예정인 슬러지 해양투기에 대비하여 정부는 지난 2007년부터 2012년까지 공동자원화시설을 70개로 확충하는 목표를 세웠으나 해당 지역민들의 반발에 부딪혀 현재까지 준공된 것이 38개에 불과하며 앞으로 대량으로 발생하는 슬러지처리에 대한 대책으로 슬러지가 원천적으로 발생하지 않는 공정개발이 시급하다. 본 연구에서는 대표적인 난분해성 폐수 중의 하나인 피혁 제조업체에서 발생되는 피혁폐수를 대상으로 유용미생물을 이용하여 악취와 슬러지 배출없이 처리하는 RCM공정의 정상가동을 확인하였고 강화되는 질소 인의 처리 등 까다로운 난분해성폐수처리를 경제적이며 비전공자도 쉽게 운영가능한 장점이 있으며, 슬러지 무배출공정이므로 2012년부터 실시되는 슬러지해양투기금지에 대한 가장 효과적인 대응방안이 될 것으로 판단된다. 본 연구의 결과는 환경규제와 지역주민의 거부감으로 해외로 이전하고 있는 피혁산업을 친환경적이고 효과적인 폐수처리방법의 도입으로 악취와 오염물질 배출이 없는 청정산업으로 인식변화를 유도할 수 있으며 슬러지 무배출공정이므로 슬러지해양투기금지로 인해 증가하고 있는 슬러지처리비용을 절감하여 경제적인 처리가 가능한 공법이므로 우리나라 피혁산업 중흥에 기여할 것으로 기대된다.간접적으로 우리 생활에 미치는 영향은 증대되고 있다. 특히 산업폐수는 일반적인 폐수보다 난분해성 물질과 독성물질을 다량 포함하고 있어 기존공법으로는 한계가 있으며 방류수 수질 기준이 더욱 강화되는 추세이기 때문에 난분해성폐수에 가장 적합한 폐수처리공법개발이 시급하다. 난분해성폐수가 발생하는 산업 중 가장 대표적이라 할 수 있는 피혁산업은 고농도의 오염물질과 악취를 배출하는 도심 속 대표적인 오염발생원이다. 이는 피혁가공업체의 폐수처리시설을 관리하는 관리자가 비전공자인 경우가 많아 폐수처리기술의 부족, 처리시설의 운영 및 관리의 부재 등으로 인해 강화되고 있는 국내의 폐수배출허용기준을 만족하지 못하기 때문이다. 따라서 국내 피혁산업은 비교적 규제치가 낮은 중국이나 동남아 쪽으로 서서히 이동하고 있는 실정이다. 현재 국내에서 난분해성폐수를 처리하는 방법은 물리&#65381목 차 목 차 1 List of Table 2 List of Figures 3 Abstract 4 1. 서론 8 2. 이론적 배경 10 2.1 산업폐수의 특징 10 2.2 난분해성폐수 12 2.2.1 피혁폐수 12 2.2.2 피혁폐수 특성 14 2.2.3 국내의 피혁폐수처리 방법 14 2.3.1 생물학적 질소 처리 14 2.3.2 생물학적 인 처리 17 2.3 RCM 공정을 이용한 피혁폐수처리 20 2.3.1 RCM 공정의 개요 24 2.3.2 BM.의 일반적인 특징 26 3. 실험장치 및 방법 26 3.1 실험장치 및 재료 28 3.1.1 실험장치 33 3.2.1 실험대상 유입원수 33 3.2.2 운전방법 36 3.2 분석방법 39 3.2.1 반응기 내 미생물 관찰 39 3.2.2 PCR-DGGE 기법에 의한 RCM 시스템 내의 미생물 군집 분석 39 3.2.3 시험항목 및 측정방법 41 4. 실험결과 및 고찰 43 4.1 미생물제제 동정 43 4.2 운영기간 중 슬러지 관찰 47 4.3 RCM공정의 처리효율평가 48 4.3.1 유기물 제거효율 평가 48 4.3.2 질소 제거효율 평가 51 4.3.3 인의 제거효율 평가 53 4.3.4 총 크롬농도 저감 특성 54 4.3.5 총 제거효율 평가 55 4.4 RCM 반응기의 미생물 분포 특성 56 4.4.1 PCR-DGGE 기법에 의한 미생물 군집 분석 결과 56 4.4.2 Species 분석 67 4.4.3 Rarefaction Curve분석 69 4.5 경제성분석 71 5. 결론 72 참 고 문 헌 7

`X{C,V}]Vst아어Y`의 음운론적 연구

학위논문(석사)--서울대학교 대학원 :국어국문학과 국어학전공,2004.Maste

A Contrastive Phonological Study of Goksung and Changnyeong Dialects in Korea

학위논문(박사) --서울대학교 대학원 :국어국문학과(국어학전공),2010.2.Docto