This study focused on the relationship between reactor performance of BNR process, especially SBR, and microorganisms in the reactor. Because of their importance on wastewater treatment, nitrogen and phosphorus were concerned and the microorganisms on which treat these elements (nitrifiers and PAOs) were focused. On the other hand, COD/N ratio and SRT are very important parameters in wastewater treatment. Because COD/N ratio directly reflects the composition of wastewater and SRT is strongly related with sludge concentration.
In this work, hence, SBRs with various COD/N ratios (5, 7.5, and 10) and SRTs (5, 30, and 60 days) were operated. Through all the experimental sets, better nitrification was achieved at longer SRTs and this trend showed good agreement with band profile of nitrifiers from DGGE. In FISH test, the same tendency was found out. Numbers of nitrifiers reacted to special probes that designed for the detection of nitrifiers were also more at higher SRTs. However, in case of COD/N ratio, nitrification was better than higher at lower COD/N ratio. Many kinds of and much amount of nitrifiers were also detected at this condition through DGGE and FISH respectively.
Phosphorus removal efficiency was also high at longer SRTs. FISH results showed more PAOs at this condition as well. Moreover DGGE band had exactly same pattern to the reactor performance However, the effect of COD/N ratio on phosphorus removal was different. At low COD/N ratio, phosphorus removal efficiency was high in shorter SRTs but when it came to high, longer SRT reactors showed better removal efficiency. So to examine COD effect on phosphorus removal, one of batch tests was accomplished together with continuous experiment. The result indicated that COD has significant effect on phosphorus release especially at high sludge concentration. Finally one more batch test was conducted to find out the quantity of DNPAOs. From the slope of anoxic phosphorus uptake curve, it was revealed that DNPAOs accompanied large portion of PAOs in every sludge.
In all the experimental results, reactor performance showed good agreement with microorganisms, which played an important role of those mechanisms. And it was concluded that the diversity and quantity of microorganism could be used as important parameters for BNR processes.
본 연구는 BNR process의 일종인 SBR에서 반응기의 운전 효율과 그 반응기 내 미생물의 관계 규명에 초점을 두었다. 그 중 부영양화의 원인 물질인 질소와 인의 제거에 관하여 그 역할을 담당하는 질산화 미생물과 인 제거 미생물 과의 관계를 살펴 보았다. 또한 이미 기존에 중요 인자로 다뤄지던 COD/N비와 SRT를 변화시키면서 이러한 인자들이 관련 미생물에 미치는 영향도 함께 살펴보았다.
SRT 5, 30, 60 일로 세 반응기를 운전하면서 각각의 운전 조건마다 COD/N비를 5, 7.5, 10까지 변화시켰다. 그 결과 모든 운전 조건에서 SRT가 길어질수록 질산화 효율이 증가한 반면 COD/N비는 감소할수록 오히려 질산화가 더 잘 일어나는 것을 관찰 할 수 있었다. 이러한 결과는 그 동안 연구된 많은 실험 결과와 일치하였다. 여기에 그치지 않고 PCR-DGGE와 FISH를 사용하여 질산화 미생물을 함께 규명하여 보았으며 DGGE결과 SRT가 길어질수록 보다 다양한 질산화 미생물이 발견되었으며 FISH결과도 역시 더 긴 SRT에서 더 많은 미생물이 제작된 probe와 반응하는 것으로 밝혀졌다. 이러한 경향성은 COD/N비에 따라서는 정확히 상반되게 나타났다. 즉 COD/N비에 관하여 그 비가 증가할수록 오히려 DGGE band에서 관찰되는 질산화 미생물종이 감소하였으며 FISH 결과도 역시 미생물 개수의 감소로 나타났다. 따라서 이 실험결과 반응기의 질산화 정도는 그 반응기내 질산화 미생물의 영향을 강하게 받음을 알 수 있었다.
인 제거효율에 관하여서는 SRT와 COD/N비가 미치는 영향이 질산화 때의 그것과 다소 다르게 나타났다. SRT에 관하여서는 서로 비례관계가 있다는 공통된 결과를 보였으며 DGGE band와 FISH 결과 역시 이를 잘 뒷받침 해주었으나 COD/N비에 관하여서는 그것이 낮은 경우 짧은 SRT가 인 제거 효율이 더 좋았던 데 반해 높은 비에서는 긴 SRT에서 거의 100%에 달하는 높은 인 제거 효율을 보였다. 이때에도 역시 DGGE, FISH결과는 반응기 효율과 꼭 경향성을 보여주었다. 이러한 결과는 각 SRT에 해당하는 슬러지에 존재하던 기존 PAO의 양적 차이에 기인한다고 생각되었으며 인 제거 역시 관련 PAO의 역할에 기인함을 알 수 있었다.
연속 실험의 결과를 바탕으로 두 차례의 Batch 실험을 계획하게 되었고 그 결과 COD/N비는 sludge농도가 놓을 경우 더 큰 영향을 미침을 알 수 있었고, 또 다른 하나의 실험결과 DNPAO가 모든 반응기에서 PAO의 많은 부분을 차지하고 있음이 밝혀졌다.
