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목차

표제지=0,1,1

제출문=0,2,1

요약문=i,3,6

SUMMARY=vii,9,6

CONTENTS=xiii,15,2

목차=xv,17,3

표목차(List of Table)=xviii,20,2

그림목차(List of Figures)=xx,22,3

제1장 연구개발 과제의 개요=1,25,1

제1절 연구개발의 목표 및 내용=1,25,1

1. 연구개발의 목표=1,25,4

2. 연구개발 내용 및 범위=4,28,3

제2절 연차별 연구개발 내용 및 범위=7,31,1

제2장 국내ㆍ외 기술개발 현황=8,32,1

제1절 이단 혼합형 ASBF system에 대한 기술=8,32,4

제2절 암모니아 내성 혐기성 미생물의 분리 대량 배양 기술=11,35,2

제3절 생물학적 N,P 제거 및 균체 이용방안=12,36,5

제3장 이단 혼합형 혐기성 소화공정의 개발(제1세부과제-주관기관 선문대학교)=17,41,1

제1절 실험장치 및 방법=17,41,1

1. 축산폐수의 발생량과 특성=17,41,1

2. Lab-scale 혐기성 소화공정의 구성과 최적화 연구=17,41,1

가. 미디어 종류 및 깊이 그리고 이단화에 따른 소차공정의 최적화=17,41,5

나. 이단 혼합형 혐기성 소화공정의 최적화=21,45,6

3. Full-scale 이단 혼합형 ASBF system에 대한 연구=26,50,1

제2절 결과 및 고찰=27,51,1

1. 축산폐수의 발생량과 특성=27,51,2

2. Lab-scale 혐기성 소화공정의 구성과 최적화 연구=29,53,1

가. 이단화와 filter media에 대한 영향=29,53,4

나. Lab-scale 이단 혼합형 ASBF 생물반응기 공정의 최적화=32,56,1

1) 인공폐수에 의한 고유기물 부하에서 이단 혼합형 ASBF 생물반응기의 성능=32,56,1

가) 혐기성 미생물의 환경조건=32,56,2

나) 유기물질 제거 효율=33,57,5

다) 혐기성 미생물에 대한 영양염류=37,61,4

라) Biogas production=40,64,1

마) 생물 반응기내 Biomass의 보유능력=40,64,3

2) Lab-scale 이단 혼합형 ASBF 생물반응기의 축산폐수에 응용=43,67,1

가) 혐기성 미생물의 환경조건=43,67,2

나) 축산폐수의 유기물질 제거 효율=44,68,4

다) 혐기성 미생물에 대한 영양염류=48,72,2

라) Biogas production=49,73,3

마) 생물반응기내 Biomass 보유능력=51,75,1

바) 이단 혼합형 ASBF 생물반응기의 유입수에 대한 성능비교=51,75,2

3. Full-scale 이단 혼합형 ASBF system=53,77,1

가. 암모니아 제거 전처리와 막분리 후처리 공정=54,78,2

나. Full-scale(실증용) 이단 혼합형 ASBF system=56,80,1

1) 이단 혼합형 ASBF system의 설계=56,80,13

2) System의 제작 및 시운전=69,93,6

제3절 결론=75,99,3

제4장 암모니아 내성 혐기성미생물의 분리 및 대량배양(제2세부과제-주관기관 천안외국어대학)=78,102,2

제1절 암모니아 내성 혐기성 미생물의 분리=79,103,1

1. 실험장치 및 방법=79,103,3

2. 분석방법=81,105,1

3. 혐기성 미생물의 MCR 반응기에서의 적응=81,105,3

제2절 혐기성 미생물의 생리적 특성 및 생육조건 확립=84,108,1

1. 정상상태에서 암모니아 농도에 따른 영향=84,108,1

2. 혐기성 미생물의 생육조건=85,109,1

제3절 암모니아 내성 혐기성 미생물에 대한 독성／저해 영향 분석=86,110,1

제4절 암모니아 내성 혐기성 미생물의 대량 배양=87,111,1

제5절 결론=88,112,1

제5장 생물학적 N,P 제거 및 균체 이용방안(제3세부과제-주관기관 충북대학교)=89,113,1

제1절 서론=89,113,2

제2절 실험장치 및 방법=90,114,4

제3절 결과 및 고찰=94,118,16

제4절 결론=110,134,1

제6장 목표달성 및 관련 분야 기여도=111,135,4

제7장 연구개발 결과의 활용 계획=115,139,2

제8장 연구개발 과정에서 수집한 해외과학 기술정보=117,141,10

제9장 참고문헌=127,151,29

영문목차

[title page etc.]=0,1,8

SUMMARY(English)=vii,9,6

Contents(English)=xiii,15,5

List of Tables=xviii,20,2

List of Figures=xx,22,3

Chapter 1. Introduction=1,25,1

Section 1. Objectives and Contents=1,25,1

1. Objectives=1,25,4

2. Contents Scope=4,28,3

Section 2. Annual objectives and contents=7,31,1

Chapter 2. International technical development trends=8,32,1

Section 1. Two-stage hybrid ASBF system=8,32,4

Section 2. Isolation and mass production of ammonia-resistant anaerobic microorganism=11,35,2

Section 3. Removal of nutrients and utilization of biomass as a biofertilizer=12,36,5

Chapter 3. Development of two-stage hybrid ASBF system=17,41,1

Section 1. Experimental set-up and method=17,41,1

1. Characteristics of swine wastewaters=17,41,1

2. Optimization of lab-scale anaerobic bioreactors=17,41,10

3. Full-scale two-stage hybrid ASBF system=26,50,1

Section 2. Results and discussion=27,51,1

1. Characteristics of swine wastewaters=27,51,2

2. Optimization of lab-scale anaerobic bioreactors=29,53,24

3. Full-scale two-stage hybrid ASBF system=53,77,22

Section 3. Conclusions=75,99,3

Chapter 4. Isolation and mass production of ammonia-resistant anaerobic microorganism=78,102,2

Section 1. Isolation of ammonia-resistant anaerobic microorganism=79,103,5

Section 2. Characterization and determination of growth conditions for ammonia-resistant anaerobic microorganisms=84,108,2

Section 3. Influence of ammonia on anaerobic microorganism=86,110,1

Section 4. Mass production of ammonia-resistant anaerobic microorganism=87,111,1

Section 5. Conclusions=88,112,1

Chapter 5. Removal of nutrients and utilization of biomass as a biofertilizer=89,113,1

Section 1. Introduction=89,113,2

Section 2. Experimental set-up and methods=90,114,4

Section 3. Results and discussions=94,118,16

Section 4. Conclusions=110,134,1

Chapter 6. Technical achievements and contributions=111,135,4

Chapter 7. Field application plans of the results=115,139,2

Chapter 8. Technical information obtained during R&D=117,141,10

Chapter 9. References=127,151,29

표목차

Table 1-1. General characteristics of different types of wastewaters(WW)=1,25,1

Table 1-2. Characteristics of swine wastewaters collected form 27 pig farms=2,26,1

Table 1-3. Discharge limitations for public swine wastewater treatment plants=3,27,1

Table 3-1. Characteristics of filter media used in filter bioreactors=18,42,1

Table 3-2. Operational strategies for anaerobic bioreactors=20,44,1

Table 3-3. Characteristics of swine wastewater used as an influent of filter bioreactors=21,45,1

Table 3-4. Composition of nutrient／mineral／buffer(N／M／B) medium=24,48,1

Table 3-5. Characteristics of swine wastewaters used as an influent of lab-scale two-stage ASBF bioreactors collected from A-San city's public swine wastewater treatment plant=24,48,1

Table 3-6. Influent characteristics of two-stage ASBF-C bioreactor=25,49,1

Table 3-7. Influent characteristics of two-stage ASBF-SW bioreactor=25,49,1

Table 3-8. General characteristics of swine wastewaters sampled from 27 pig farmers during July 2000-May 2001=28,52,1

Table 3-9. Performance comparison of anaerobic bioreactors at the steady-state conditions=37,61,1

Table 3-10. Performance comparison of anaerobic bioreactors at the steady-state conditions=46,70,1

Table 3-11. Performance comparison of anaerobic bioreactors at the steady-state condition=52,76,1

Table 3-12. Monitoring 10 m₃／d full-scale two stage hybrid ASBF system during the 2 months of start-up operation=74,98,1

Table 4-1. Composition of Nutrient／Mineral／Buffer (N／M／B) medium=80,104,1

Table 4-2. Comparison of operational parameters of MCR-1 and -2 after addition of ammonia to reactors before and after adaptation on ammonia=85,109,1

Table 4-3. Performance comparison of MCR-1 and -2 after addition of ammonia to reactors before and after adaptation on ammonia=86,110,1

Table 5-1. Effect of carbon source on nitrogenase activity of Nostoc HH601 isolated from rice field=98,122,1

Table 5-2. Effect of carbon source on nitrogenase activity of Anabaena HA701 isolated from rice field=98,122,1

Table 5-3. Effect of nitrogen source on nitrogenase activity of Nostoc HN601 isolated from rice field=99,123,1

Table 5-4. Effect of nitrogen source on nitrogenase activity of Anabana HA701 isolated from rice field=99,123,1

Table 5-5. Comparison of total nitrogen and phosphorus content in cyanobacteria isolated from paddy soil=100,124,1

Table 5-6. 논 토양에서 분리한 Anabaena sp. 와 Nostoc sp.의 Chlorophyll 함량의 경시적 변화=101,125,1

Table 5-7. 국내 논 토양에서 분리한 Anabaena와 Nostoc의 생육 배지의 인산농도 변화=102,126,1

Table 5-8. 국내 논 토양에서 분리한 Anabaena와 Nostoc의 생육 배지의 질산농도 변화=103,127,1

Table 5-9. Nostoc HN601의 생육에 미치는 pH의 영향=104,128,1

Table 5-10. Nostoc HN601의 배지 인산제거에 미치는 pH의 영항=104,128,1

Table 5-11. Nostoc HN601의 질소 제거에 미치는 pH의 영향=104,128,1

Table 5-12. 미생물 처리에 따른 상추의 지상부 무게(g)와 상추의 잎 100㎠ 당 무게 (g)=109,133,1

Table 6-1. 세부과제별 목표 달성 내용 달성도=112,136,1

그림목차

Figure 1-1. Conceptual schematics of biological advanced treatment system and recovery system of treatment by-products=3,27,1

Figure 3-1. Schematics of lab-scale anaerobic bioreactros=19,43,1

Figure 3-2. Schematics of lab-scale two-stage ASBF bioreactors=22,46,1

Figure 3-3. COO removal efficiency of lab-scale anaerobic bioreactor=30,54,1

Figure 3-4. Effluent pH and alkalinity of lab-scale anaerobic bioreactors=30,54,1

Figure 3-5. Effluent T-N of lab-scale anaerobic bioreactors=31,55,1

Figure 3-6. Effluent T-P of lab-scale anaerobic bioreactors=31,55,1

Figure 3-7. Effluent pH and alkalinity since the start-up operation=33,57,1

Figure 3-8. Effluent COD concentration since the start-up operation=34,58,1

Figure 3-9. Effluent COD removal efficiency since the start-up operation=34,58,1

Figure 3-10. Effluent VFAs concentration since the start-up operation=36,60,1

Figure 3-11. Steady-state COD removal efficiency at different OLRs=36,60,1

Figure 3-12. Effluent TKN concentration since the start-up operation=38,62,1

Figure 3-13. Effluent T-P concentration since the start-up operation=38,62,1

Figure 3-14. Cumulative gas production & CH₄composition since the start-up operation=39,63,1

Figure 3-15. Effluent TSS & VSS concentration since the start-up operation=42,66,1

Figure 3-16. Steady-state COD profile throughout bioreactor height at different OLRs=42,66,1

Figure 3-17. Effluent pH and Alkalinity since the start-up operation=43,67,1

Figure 3-18. Effluent COD concentration since the start-up operation=45,69,1

Figure 3-19. Effluent COD removal efficiency since the start-up operation=45,69,1

Figure 3-20. Effluent VFAs concentration since the start-up operation=47,71,1

Figure 3-21. Steady-state COD removal efficiency at different OLRs=47,71,1

Figure 3-22. Effluent TKN concentration since the start-up operation=48,72,1

Figure 3-23. Effluent T-P concentration since the start-up operation=49,73,1

Figure 3-24. Cumulative gas production & CH₄ composition since the start-up operation=50,74,1

Figure 3-25. Effluent TSS／VSS concentration since the start-up operation=51,75,1

Figure 3-26. TCF-10 ultrafiltration system to fractionate organic matter in swine wastewaters based on size(molecular weight cut-off)=55,79,1

Figure 3-27. Size distributions based on molecular weight cut-off of organic matter in swine wastewaters of two-stage ASBF bioreactors=55,79,1

Figure 3-28. Conceptual schematics of two-stage ASBF system with ammonia removal pretreatment and membrane process for effluent polishing=56,80,1

Figure 3-29. Flow sheet of two-stage ASBF system=57,81,1

Figure 3-30. PID of two-stage ASBF system=58,82,1

Figure 3-31. Electrical diagram of two-stage ASBF system=59,83,1

Figure 3-32. Design of V-notch of two-stage ASBF system=60,84,1

Figure 3-33. Design of flocculation tank of two-stage ASBF system=61,85,1

Figure 3-34. Design of precipitation tank of two-stage ASBF system=62,86,1

Figure 3-35. Design of heat exchanger of two-stage ASBF system=63,87,1

Figure 3-36. Design of 1st anaerobic bioreactor of two-stage ASBF system=64,88,1

Figure 3-37. Design of 2nd anaerobic bioreactor of two-stage ASBF system=65,89,1

Figure 3-38. Design of holding tank for MF of two-stage ASBF system=66,90,1

Figure 3-39. Design of holding tank for NF of two-stage ASBF system=67,91,1

Figure 3-40. Design of nanofiltration of full scale two-stage ASBF system=68,92,1

Figure 3-41. View of pig farm and two-stage ASBF system in containment=70,94,1

Figure 3-42. Front part of two-stage ASBF system (From right,reaction tank with 2 chemical tanks with pumps,sedimentation tank,heater exchanger)=70,94,1

Figure 3-43. Detailed pictures of front part of two-stage ASBF system (From bottom to top:reaction tank with two chemical tanks with pump,sedimentat ion tank,and pre heater tank)=71,95,1

Figure 3-44. Two-stage ASBF bioreactors with two mono pumps and control system=72,96,1

Figure 3-45. NF membrane system with control panel=73,97,1

Figure 4-1. Configuration of master culture reactor(MCR)=80,104,1

Figure 4-2. Patterns of COD removal and gas production during adaptation on batch operation of MCR-1=82,106,1

Figure 4-3. Patterns of COD removal and gas production during adaptation on batch operation of MCR-2=83,107,1

Figure 4-4. Patterns of COD removal and gas production after addition of ammonia to MCR at steady-state operations=84,108,1

Figure 4-5. Mixed Bioreactor(1 m³) made from FRP=87,111,1

Figure 5-1. 공기 주입량이 Nostoc HN601 생육시 폐액의 질소 제거에 미치는 영향 (2L 배양,1차 여과 원액)=105,129,1

Figure 5-2. 공기 주입량이 Nostoc HN601 생육시 폐액의 질소 제거에 미치는 영항 (9L 배양,1차 여과 원액)=106,130,1

Figure 5-3. 공기 주입량이 Nostoc HN601 생육시 희석 폐액(2배)의 질소 제거에 미치는 영향 (1.5L 배양,1차 여과 2배 희석액)=107,131,1

Figure 5-4. 공기 주입량이 Nostoc HN601 생육시 희석 폐액(2배)의 질소 제거에 미치는 영항 (7L 배양,1차 여과 2배 희석액)=108,132,1

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