Korean Journal of Microbiology (미생물학회지)

The Microbiological Society of Korea (한국미생물학회)
권호 표지

The Development of Treatment System for Removing the Low Concentrated Nitrogen and Phosphorus Using Phototrophic Bacteria and Media

광합성 박테리아 및 담체를 이용한 하천의 저농도 질소, 인 처리 시스템 개발

  • Kim, Sun-Jung (Department of Bioengineering, Graduate School of Kyonggi University) ;
  • Lee, Sang-Seob (Department of Bioengineering, Graduate School of Kyonggi University)
  • 김선정 (경기대학교 일반대학원 생명공학과) ;
  • 이상섭 (경기대학교 일반대학원 생명공학과)
  • Received : 2009.12.08
  • Accepted : 2010.01.04
  • Published : 2010.03.31
Download PDF
⟨ Previous Next ⟩

Abstract

We used phototrophic bacteria to remove low concentrated organic materials (CODCr), nitrogen and phosphorus. We applied $COD_{Cr}$ 37.3 mg/L, $NH_3-N$ 4.0 mg/L, and $PO_4^{3-}-P$ 1.0 mg/L (C:N:P=100:10:1) in the batch test, and the removal efficiencies were shown as follow: $COD_{Cr}$ 87.4%, $NH_3-N$ 46.3%, $PO_4^{3-}-P$ 79.7%. The aerobic process with mixed phototrophic bacteria, ceramic media, and media KSP01 showed the removal efficiencies of $COD_{Cr}$, $NH_3-N$, and $PO_4^{3-}-P$, each as 72.7% and 79.2%, respectively in the lab-scale reactor. The maximum $PO_4^{3-}-P$ removal efficiency reached 92.6% by adjusting pH. There were three conditions used to remove $NH_3-N$. The highest removal efficiency was 98.5% with 10.2 L/min of aeration in 1-2 reactors, and the result of applying river-water showed the high removal efficiency of $NH_3-N$ (82.8%). Therefore, this purification system may be useful to control nitrogen and phosphorus at low concentration in field.

저농도 유기물, 질소, 인 제거를 위하여 독립영양 미생물인 광합성 박테리아를 이용한 회분식 실험 결과 초기값 $COD_{Cr}$ 37.3 mg/L, $NH_3$-N 4.0 mg/L, $PO_4^{3-}$-P 1.0 mg/L (C:N:P=100:10:1) 일 때 각각 87.4%, 46.3%, 79.7% 제거효율을 보였다. 혼합 광합성 박테리아, 세라믹 담체 및 담체 KSP01을 적용한 폭기식 반응기 실험 결과, 평균 유기물 72.7%, 암모니아성 질소 79.2%를 제거하였으며, pH 조절로 인산염 인을 최대 92.6%까지 제거할 수 있었다. 반응기 내 다양한 폭기 조건에서 암모니아성질소 제거를 확인한 결과, 1, 2 반응조에 10.2 L/min로 공기를 주입하였을 때 98.5%로 높은 제거효율을 보여주었다. 또한 하천수 적용시 암모니아성 질소 82.8%의 높은 제거효율을 확인하였다. 본 연구를 통하여 개발된 정화 시스템의 현장 적용시 저농도 질소, 인의 높은 제거를 보일 것으로 사료된다.

Keywords

References

  1. 강봉조, 이동헌, 오덕철. 1997. 광합성세균 Rhodospirillum rubrum 의 무기질소원의 이용. 제주대학교 기초과학연구 10, 105-116.
  2. 김수룡, 김용국, 이종국, 황인옥. 2006. 유용미생물 고정용 세라믹 담체의 제조 및 부착능. 조선대 생산기술연구 28, 55-61.
  3. 김준규, 신현철, 심재황, 조원승, 오재희. 2001. 고성능 다공성 세라믹 담체의 개발. 세라미스트 4, 47-55.
  4. 김태철, 이규승, 오범룡, 민진우. 1998. 접촉산화수로공법에 의한 수질개선연구. 충남대학교 환경연구 16, 1-10.
  5. 박영식, 안갑환. 2001. 세라믹 담체의 제조와 성능 고찰. 대한환경공학회지 23, 507-516.
  6. 박재구, 이태경, 정영. 2000. 폐수처리용 세라믹 담체. 세라미스트 3, 11-20.
  7. 박재로, 김광배, 임현만, 권은영. 2003. 하천정화공법에서 폭기방식이 미치는 영향. 대한상하수도학회.한국물환경학회 2003 공동 추계학술발표회 논문집, 151-154.
  8. 박재로, 임현만, 우효섭. 2001. 하천정화를 위한 상향류식 접촉산화 공법의 운전특성에 관한 연구. 한국물환경학회지 17, 557-564.
  9. 박혜경. 2007. 수자원 관리를 위한 조류 분석법. 대한환경공학회지 29, 593-609.
  10. 오광근, 이철우, 전영중, 이재홍. 1996. 광합성 세균에 의한 미생물 막의 형성. Kor. J. Appl. Microbiol. Biotechnol. 24, 733-737.
  11. 오종민, 최이송, 이태관. 1996. 접촉산화법의 여재종류에 따른 처리 효율의 비교. 수처리기술연구회 4, 17-24.
  12. 옥삼복, 정승원. 2002. 세라믹 고정상 담체를 이용한 염색폐수처리.한국환경분석학회지 5, 236-241.
  13. 유용규, 윤세의, 이상섭. 2002. 자갈접촉산화법을 이용한 상류하천수 처리에 관한 연구. 대한환경공학회 2002 춘계학술연구발표회 논문집, 239-241.
  14. 이상섭. 2004. 광합성 균주를 이용한 오수고도처기술. News &Information for Chemical Engineers 22, 20-22.
  15. 이상섭, 이시진, 유호식. 1996. 광합성 미생물을 이용한 이산화탄소 제거에 관한 연구. 대한환경공학회지 18, 149-157.
  16. 이상섭, 주현종, 이석찬, 장만, 이택견, 심호재, 신응배. 2002. 광합성 균주를 이용한 폐수의 고도처리시스템개발. Kor. J. Microbiol.Biotechnol. 30, 189-197.
  17. 이수원, 민경희, 잔짓, 이재성. 2005. 자연형 하천정화사업의 대상하천 선정기준 분석에 관한 연구. 한국환경분석학회지 8, 225-231.
  18. 이용석, 유주순, 정수열, 박춘수, 최용락. 2003. 암모니아 및 아질산성 질소 산화세균의 분리 및 특성. J. Kor. Soc. Agric. Chem.Biotechnol. 46, 1-6.
  19. 이진용, 김진수, 공성호, 심호재, 이상섭. 2003. 하⋅폐수 고도처리를 위한 다기능의 질소원 분해능 균주의 분리. Kor. J. Microbiol.39, 21-26.
  20. 임연택, 윤조희, 서정범, 유순주, 류덕희, 홍정선, 서윤수. 1992. 자갈층 접촉산화법을 이용한 오염하천수의 정화. 수질보전 한국물환경학회지 8, 173-180.
  21. 정용철, 이정열, 민경석. 2008. 저농도 하수 유입 membrane-BNR 공정내 고정상담체 호기조에서의 SND. 수질보전 한국물환경학회지 24, 328-332.
  22. Atlas, R.M. 2004. Handbook of microbiological media, 3rd ed., p. 1500. CRC press, Boca Raton, Fla, USA.
  23. Candela, M., E. Zaccherini, and D. Zannoni. 2001. Respiratory electron transport and light-induced energy transduction in membranes from the aerobic photosynthetic bacterium Roseobacter denitrificans. Arch. Microbiol. 175, 168-177. https://doi.org/10.1007/s002030100251
  24. Casciotti, K.L. and B.B. Ward. 2001. Dissimilatory nitrite reductase genes from autotrophic ammonia-oxidizing bacteria. Appl. Environ. Microbiol. 67, 2213-2221. https://doi.org/10.1128/AEM.67.5.2213-2221.2001
  25. Kulaev, I.S., A. Shadi, and S.E. Mansurova. 1974. Polyphosphates of phototrophic bacteria Rhodospirillum rubrum under different cultivation conditions. Biochimia 36, 656.
  26. Madigan, M., S.S. Cox, and R.A. Stegeman. 1984. Nitrogen fixation and nitrogenase activities in members of the family Rhodospirillaceae. J. Bacteriol. 157, 73-78.
  27. Madigan, M.T. and H. Gest. 1979. Growth of the photosynthetic bacterium Rhodopseudomonas capsulata chemoautotrophically in darkness with H2 as the energy source. J. Bacteriol. 137, 524-530.
  28. Masters, R. and M. Madigan. 1983. Nitrogen metabolism in the phototrophic bacteria Rhodocyclus purpureus and Rhodospirillum tenue. J. Bacteriol. 155, 222-227.
  29. Siefert, E. and N. Pfennig. 1980. Diazotrophic growth of Rhodopseudomonas acidophila and Rhodopseudomonas capsulata unter microaerobic conditions in the dark. Arch. Microbiol. 125, 73-77. https://doi.org/10.1007/BF00403200
  30. Sudo, H., A. Yamada, K. Kokatsu, N. Nakamura, and T. Matsunaga. 1997. Development of a phosphate-removal system using a marine photosynthetic bacterium Chromatium sp. Appl. Microbiol. Biotechnol. 47, 78-82. https://doi.org/10.1007/s002530050892