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Study on the Resource Circulated Sanitation (RCS) Using Nitrifying Microorganisms
질산화 미생물을 이용한 자원순환형 화장실에 대한 연구

DC Field Value Language
dc.contributor.advisorHan M.-
dc.contributor.author쉐르빈-
dc.date.accessioned2018-05-28T16:03:16Z-
dc.date.available2018-05-28T16:03:16Z-
dc.date.issued2018-02-
dc.identifier.other000000149866-
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/10371/140526-
dc.description학위논문 (박사)-- 서울대학교 대학원 : 공과대학 건설환경공학부, 2018. 2. Han M..-
dc.description.abstractthus, access to adequate and equitable sanitation and hygiene is identified as an essential target of the SDG 6. Specifically, SDG 6.2 aims to end open defecation, paying particular attention to the needs of women and girls and those in vulnerable situations. Indicators of SDG 6.2 are defined as the proportion of the population using safely managed sanitation services, including a hand-washing facility with soap and water. These indicators are assigned without considering the availability of fresh water and capacity for treating the produced wastewater.
Consequently, a new paradigm of sanitation should be developed to address the global issues of sanitation as well as being considered as an indicator for SDG 6.2. Therefore, in this dissertation, a resource circulated sanitation (RCS) system is developed as a solution to the second target of the SDG 6.
RCS systems can notably reduce water and energy consumption by separating urine and feces from the source and treating them onsite to be utilized as fertilizer. Their maintenance procedure is very cheap and easy.
The system is usually containing three main parts
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dc.description.abstractone is the seat which plays a vital role in the separation process. The remaining ones are urine and feces reactors which should be well designed to meet the condition for the final utilization purpose. All these parts have challenges including limitations for onsite treatments, and low social acceptability due to low cleanliness, odor, or compatibility with different cultures.
To solve such challenges scientifically, we are proposing our biological treatment method that is applied by separating urine from feces. Our method can optimize the fertility of source separated urine and feces to meet the criteria of a standard fertilizer as well as overcome other problems such as the odor of urine and high volume of feces.
We are also proposing a rainwater utilization method to mitigate urine scale formation and odor as essential challenges for maintenance of the RCS system. Utilization of rainwater can efficiently overcome the challenges. Thus we could optimize the amount of water supply which is consumed for maintenance purposes.
We have verified the efficiency of our designed RCS system in a field study by installing it in an urban farming center. Our study on the effectiveness of utilizing treated sanitary matters as fertilizer comparing with a local commercial fertilizer in cultivating white radish shows that the treated sanitary matters can be considered as a substitute for commercial fertilizer since the results of their application are quite compelling.
In conclusion, the key recommendation is that a sanitation revolution is required to contribute to achieving SDG 6 that considers human excreta a resource instead of waste, as learned from past sanitation practices.
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dc.description.abstract인류가 탄생한 태초부터 배설 과정은 가장 자연적이고 빈번하게 발생하는 생물학적 과정의 일부이다. 하지만, 현재에도 전 세계적으로 기본적인 위생 시설에 대한 접근성이 부족하기 때문에 이를 개선해야 한다는 시각이 나날이 증가하고 있다. 즉, 현재의 위생 시설로는 지속 가능한 개발 목표 중 여섯 번째 항목(SDG 6)에 해당하는 Water and Sanitation 을 해결할 수 없다.
화장실은 인간의 배설 과정이 발생하는 기본적인 위생 시설이다. 이러한 시설에서 발생한 배설물은 물과 혼합되어 같이 처리되어지기 때문에 폐기물을 생산함과 동시에 물의 낭비가 이루어진다. 이를 처리하기 위하여 많은 에너지가 소비되고, 복잡한 공정이 필요하기 때문에 이와 가은 방식은 지속가능하지 못하다.
물과 위생시설 사이에는 악순환이 존재한다. 물의 공급이 없으면 적절한 위생시설이 될 수 없으며, 적절한 위생시설이 갖추어져 있지 않으면 물의 공급이 줄어든다. 이러한 악순환을 끊고, 적절하고 평등한 위생 시설을 구축하기 위한 접근이 필요하다. 특히, SDG 6.2는 개방형 배변을 종식시키는 것을 목표로 하여 여성의 이용 및 취약한 상황의 해결에 초점을 두는데, 이는 비누와 물로 손을 씻는 기본적인 시설을 포함하여 안전하게 관리되는 위생 서비스를 사용하는 인구의 비율이 지표가 될 수 있다. 단, 이러한 지표는 사용 가능한 담수의 양과 처리해야하는 폐수의 양을 고려하지 않고 산정이 된다.
결과적으로, 위생 시설의 새로운 패러다임에서는 위생 시설 자체의 문제를 해결하는 것에 국한되지않고, SDG 6.2를 위한 새로운 지표로 고려될 수 있는 방향으로 나아가야한다. 본 연구에서는 자원 순환 위생시설(RCS)을 SDG 6.2의 해결책으로 제시하였다. RCS 시스템은 소변과 대변을 분리하고, 현장에서 처리하여 비료로 활용함으로써 물과 에너지 소비를 줄일 수 있으며, 유지 관리 측면에서도 쉽고 비용이 저렴하다는 장점이 있다.
RCS 시스템은 세가지 부분으로 구성되어 있다. 변기 부분은 소변과 대변을 분리하는 역할을 하며, 소변과 대변의 각 처리 장치는 적합한 기준을 충족시킬 수 있도록 설계되었다. 이러한 시설은 제한적인 현장 처리와 낮은 청결도, 발생하는 냄새와 문화적인 차이에서 발생하는 문제점을 해결해야 한다.
이러한 문제점들을 과학적으로 해결하기 위하여, 대변에서 소변을 분리하여 적용하는 생물학적 처리 방법을 제안하였다. 이 방법은 표준 비료의 기준을 충족시킬 뿐만 아니라 발생하는 냄새와 큰 부피와 같은 다른 부수적인 문제를 극복할 수 있었다.
또한 RCS 시스템에서 발생하는 냄새를 해결하기 위하여 빗물 활용 시설을 제안하였다. 이러한 빗물의 이용은 효율적으로 문제를 극복할 수 있기 때문에 유지 보수를 위해 소비되는 물의 양을 최적화 할 수 있었다.
RCS 시스템의 현장 적합성과 효율성을 검증하기 위해 도시 농업 센터에 설치하여 연구를 진행하였다. 작물의 재배에 있어서 가장 효과적인 비료를 분석하기 위하여 시중에서 판매되는 기존 비료와 RCS 시스템으로 처리된 분뇨에서 생산한 비료를 각각 사용하여 무를 재배하였다. 실험 결과, RCS 시스템으로 생산한 비료가 시중에 판매되는 비료보다 우수한 결과를 도출하였다.
결론적으로, SDG 6를 효과적으로 해결하기 위해서는 더 이상 인간의 배설물을 폐기물로 간주하지 않고, 자원으로 바라보는 시각의 변화가 이루어져야 한다.
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dc.description.abstractExcretion is one of the most natural and frequent human biological processes that has existed since human beings first evolved. However, the lack of access to basic sanitation in many parts of the world makes it clear that current sanitation practices need to be improved. Accordingly, access to adequate and equitable sanitation and hygiene for all along with ending open defecation, as per the targets of the United Nations Sustainable Development Goal Number 6 (SDG 6), are not possible using current sanitation systems.
A toilet is a sanitation fixture used for the disposal of human waste. It is a source of water consumption and wastewater production as well because it disposes of a mixture of human waste with water. Such a practice is not sustainable, as it has several challenges such as high water and energy consumption and complicated infrastructure to treat the mixture.
A vicious cycle of water and sanitation exists, i.e., without water supply, there is no proper sanitation, and without proper sanitation, water supply is reduced. Overcoming these problems is a critically important matter
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dc.description.tableofcontents1. Introduction 1
1.1. Background 1
1.2. UN Millennium Development Goals 1
1.3. Concept of Waste-Oriented Sanitation 2
1.4. UN Sustainable Development Goals 3
1.5. Concept of Resource-Oriented Sanitation 5
1.6. Ancient Wisdom in ROS 6
1.7. Successful Implementation of ROS Systems 7
1.8. Concept of Resource Circulated Sanitation 8
1.9. Structures and Objectives of Dissertation 8
2. Literature Review 10
2.1. Waste Oriented Sanitation 10
2.2. Studies on Resource-Oriented Sanitation 11
2.2.1. Source Separation Procedures, the Gaps, and Challenges 13
2.2.2. Technologies for Nutrient Recovery 15
2.3. The Impact of this Dissertation 20
3. The Paradigm of Resource Circulated Sanitation 21
3.1. Introduction 21
3.2. Sanitation Practices throughout History 21
3.2.1. Open Defecation 22
3.2.2. Oriental Sanitation Approaches in Western Societies 23
3.2.3. Oriental Sanitation Approaches in Asian Societies 23
3.2.4. Flushing Toilets 25
3.2.5. Water-Saving Toilets 25
3.2.6. Resource-Oriented and Resource Circulated Sanitation Systems 26
3.3. Characteristics of RCS Systems 27
3.4. Research Trends in RCS 28
3.5. Conclusions 29
4. Urine Management 31
4.1. Introduction 31
4.2. Optimization of Fertilization Characteristics of Urine by Addition Nitrifying Microorganisms Bio-seed 32
4.2.1. Chemical and Biochemical Background 32
4.2.2. Materials and Methods 34
4.2.3. Results and Discussion 36
4.3. Harvesting Nutrients from Source-Separated Urine Using Powdered Rice Straw 44
4.3.1. Background 44
4.3.2. Materials and Methods 46
4.3.3. Results and Discussion 49
4.4. Conclusions 54
5. Feces Management 56
5.1. Introduction 56
5.2. Materials and Methods 59
5.2.1. Sample Preparation 59
5.2.2. Characteristics Analysis 61
5.3. Results and Discussion 64
5.3.1. Feces Degradation Process and Optimization 64
5.3.2. Optimizing the Fertility of Feces 66
5.3.3. Effect of Addition of Nitrifying Bacteria on Heterotrophic Microorganisms 68
5.3.4. Fate of E. coli and Total Coliforms in Intact Feces 70
5.3.5. Effect of Adding Nitrifying Microorganisms on Fate of E. coli and Total Coliforms 71
5.3.6. Comparison of Time Required for Removing E. coli and Total Coliforms 72
5.3.7. Discussions 73
5.4. Conclusions 74
6. Maintenance and Acceptability 76
6.1. Introduction 76
6.2. Identification of Urine Scale Problems in Urinals and the Solution Using Rainwater 78
6.2.1. Materials and Methods 78
6.2.2. Results and Discussion 81
6.3. Identification of Urine Scale Problems in Urinals and the Solution Using Rainwater 88
6.3.1. Materials and Methods 89
6.3.2. Results and Discussions 91
6.4. Conclusions 99
7. Efficiency of the RCS System in Field 101
7.1. Introduction 101
7.2. Materials and Methods 102
7.2.1. TORRY: An Innovative RCS System 102
7.2.2. Raw Materials and Sampling Procedure 107
7.2.3. Measurement Procedure 109
7.3. Results and Discussions 110
7.3.1. Nutrient Consumption 110
7.3.2. Leaf Size Growth 113
7.3.3. Root Growth 114
7.4. Conclusions 118
8. Conclusions and Recommendations 119
8.1. Conclusions 119
8.2. Key Recommendations 122
Bibliography 125
국문 요약 139
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dc.formatapplication/pdf-
dc.format.extent5929599 bytes-
dc.format.mediumapplication/pdf-
dc.language.isoen-
dc.publisher서울대학교 대학원-
dc.subjectNitrifying Microorganisms-
dc.subjectResource Circulated Sanitation-
dc.subjectSustainable Sanitation-
dc.subjectSDG 6-
dc.subject.ddc624-
dc.titleStudy on the Resource Circulated Sanitation (RCS) Using Nitrifying Microorganisms-
dc.title.alternative질산화 미생물을 이용한 자원순환형 화장실에 대한 연구-
dc.typeThesis-
dc.contributor.AlternativeAuthorShervin Hashemi-
dc.description.degreeDoctor-
dc.contributor.affiliation공과대학 건설환경공학부-
dc.date.awarded2018-02-
Appears in Collections:
College of Engineering/Engineering Practice School (공과대학/대학원)Dept. of Civil & Environmental Engineering (건설환경공학부)Theses (Ph.D. / Sc.D._건설환경공학부)
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