부산대학교 도서관

Effects of Cations and Organic Loading on Aerobic Granule Formation for Sidestream Treatment The Sidestream generated in the anaerobic digestion process has a low flow rate but a high concentration of nitrogen and non-degradable organic matter, which is known to have a serious effect on the overall efficiency of the treatment plant, so additional treatment is required. Currently, methods for treating sidestream include the long-term aeration method, the Modified Ludzack-Ettinger process (MLE), the Anaerobic-Anoxic-Oxic (A2O) process, and the Anammox method, but these methods require the addition of external carbon sources and have disadvantages that it is difficult to maintain high-concentration microorganisms. Aerobic granule sludge (AGS), which can maintain high concentrations of biomass without a carrier, can increase the process efficiency of wastewater treatment plants through high pollutant treatment efficiency and excellent solid-liquid separation, making it a promising alternative to biological wastewater treatment. However, wastewater treatment using AGS has a long granule formation time and an unstable structure, so its industrial application is limited. Various factors such as volume exchange rate and carbon source in the influent water affect the formation of aerobic granules. Among them, cations have the advantage of shortening the granule formation period by functioning functionally, such as promoting EPS formation and increasing particle size, as the main factor in increasing adhesion between cells and aggregating microorganisms. In addition, cations can combine with negatively charged microbial cells by electrostatic neutralization to promote microbial aggregate formation, thereby replacing core roles and improving the structural stability of the granule. This study confirmed the results of each type by injecting cations (K+, Ca2+, Mg2+, Al3+, Fe3+) corresponding to a concentration of 100 mg/L in the AGS system that treats reflux water. As a result, most of the activated sludge with added cations had higher PN and PS contents compared to the control group, resulting in higher EPS contents and improved adhesion. Especially, it was confirmed that the addition of Mg2+ and Al3+ among the cations was dominant in EPS formation and the improvement of microbial adhesion. Organic loading rate (OLR), known as a factor affecting AGS formation in addition to cations, is one of the key factors affecting the stability of AGS, and the organic loading rate and the size of active sludge floc are proportional. High organic matter loads increase the size and density of AGS, but reduce microbial species diversity, resulting in loosening and less robust AGS structures. In order to confirm the characteristics of each OLR condition, the change of OLR on AGS formation and treatment efficiency in the continuous batch reactor was confirmed. The higher the OLR, the higher the particle size of the sludge, and the lower the ammonia nitrogen removal efficiency. Relative hydrophobicity was high in the reaction tank with low OLR, and the PN content and sludge adhesion of EPS tended to increase with low OLR and higher HRT. The EPS changes observed in this study appeared to be directly related to changes in OLR.
반류수 처리를 위한 호기성 그래뉼 형성에 미치는 양이온 및 유기물 부하의 영향 혐기성 소화공정에서 발생하는 반류수는 유량은 낮지만 질소와 난분해성 유기물 농도가 높아, 처리장 전체 효율에 심각한 영향을 미치는 것으로 알 려져 있기 때문에 추가적인 처리가 필요하다. 현재 반류수를 처리하는 방법 으로는 장기 폭기법, 무산소 호기 공정(Modified Ludzack-Ettinger process, MLE), A2O(Anaerobic-Anoxic-Oxic) 공정, Anammox 공법 등 이 있으나 이러한 방법은 외부 탄소원의 추가가 필요하고 고농도 미생물을 유지하기 어려운 단점이 있다. 담체 없이 고농도 바이오매스 유지가 가능한 호기성 그래뉼 슬러지(aerobic granule sludge, AGS)는 높은 오염물질 처 리효율과 뛰어난 고액분리로 폐수처리장의 공정 효율을 증대시킬 수 있어 생물학적 폐수 처리에 유망한 대안이 될 수 있다. 그러나 AGS를 이용한 폐 수 처리는 그래뉼 형성시간이 길고 불안정한 구조이기에 산업적 적용이 제 한된다. 호기성 그래뉼 형성에는 부피교환율, 유입수 내 탄소원 등 다양한 인자들이 영향을 미친다. 그 중 양이온은 세포와 세포사이 점착성을 높이고 미생물을 응집하는데 주요소로서 EPS 형성을 촉진하고 입자 크기를 증가시 키는 등 기능적으로 작용하여 그래뉼 형성 기간을 단축시킨다는 장점이 있 다. 또한 양이온은 음전하를 띤 미생물 세포와 정전기적 중화작용에 의해 결합하여 미생물 응집체 형성을 촉진시켜 코어 역할을 대체해 그래뉼의 구 조적 안정성을 향상시킬 수 있다. 본 연구는 반류수를 처리하는 AGS 시스 템에서 농도 100 mg/L에 해당하는 양이온(K+, Ca2+, Mg2+, Al3+, Fe3+)을 주입하여 종류별 결과를 확인하였다. 그 결과 양이온이 첨가된 대부분의 활성 슬러지는 대조군에 비해 PN, PS 함량이 높아져 EPS 함량이 더 높 게 나타났고 부착성이 향상되었다. 양이온 중 특히 Mg2+와 Al3+의 첨가가 EPS 형성 및 미생물 부착성 개선에 우세한 것을 확인하였다. 양이온 이외 에 AGS 형성에 영향을 주는 인자로 알려져 있는 유기물 부하율(organic loading rate, OLR)은 AGS의 안정성에 영향을 미치는 핵심 요소 중 하나이 며 유기물 부하율과 활성 슬러지 floc의 크기는 비례한다. 유기물 부하량이 높으면 AGS의 크기와 밀도가 증가하지만 미생물 종 다양성을 감소시켜 느 슨해지고 덜 견고한 AGS 구조가 형성된다. OLR 조건 별 특성을 확인하기 위해 연속 회분식 반응기에서 OLR이 AGS 형성 및 처리 효율에 미치는 변 화를 확인하였다. OLR이 높을수록 슬러지의 입도크기가 증가하였고 낮을수 록 암모니아성 질소 제거효율이 높게 나타났다. OLR이 낮은 반응조에서 상 대적 소수성이 높게 나타났으며 EPS의 PN 함량 및 슬러지 부착성은 OLR 이 낮고 HRT가 높을수록 증가하는 경향을 보였다. 본 연구에서 관찰된 EPS 변화는 OLR의 변화와 직접적인 관련이 있는 것으로 나타났다. 주제어 : Cation, Sidestream, Aerobic granular sludge, Organic loading ratio