년도

2000

분야

기타

연구과제명

N. P 제거를 위한 대전하수처리장 처리 효율개선 및 복합 미생물계 구조 해석

첨부파일

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책임자/기관

성창근/충남대학교

연구기간

2001년 4월 ~ 2001년 10월(7개월)

참여 연구원수

9 명

연구사업비

40,000만원

연구목적

현재 국내에서 주로 이용되는 생물학적 폐/하수 처리 기술은 활성오니법을 위주로 한 현탁배양 방식이다. 이 공정은 기술적 평이함과 많은 실적 및 축적된 경험으로 인해 폐/하수 처리장 설계에 가장 많이 적용되고 있다. 하지만 지속적인 오염부하량의 증가와 배출오염원에 대한 기준 강화 및 저조한 질소 인 제거 효율로 인해 많은 문제를 야기하고 있다.
실 예로 환경부는 팔당특별대책지역 및 잠실권역을 시작으로 2002년 1월부터 단계적으로 하수처리장 방류수 수질기준을 강화하거나 신설 등의 내용을 골자로 하는 하수도법과 관련 시행에 들어갔다. 현재 대전을 포함하는 금강 수계는 2004년 1월 시행된다. 강화된 기준을 보면 BOD, SS는 20ppm에서 10ppm으로, 총질소는 60ppm에서 20ppm으로, 총인은 8ppm에서 2ppm으로 유기물과 특히, 영양염류의 규제가 매우 엄격해 진다.
하지만 기존의 하수처리장 시설의 과감한 변경은 현재 처리해야하는 막대한 하수의 량과 오염부하량으로 볼 때 사실상 어렵다. 따라서 N, P의 안정적 제거를 위해서 분해 효율이 높은 균주의 개발과 아울러, 처리시설에서의 N, P의 동적 거동에 주목하고 활성오니의 제거 효율을 최적화시키기 위해서 오염물질의 분해과정에 관련되는 미생물의 특징과 미생물의 군집구조를 해석하여 군집구조와 분해활성의 상관성을 규명함이 절실히 요구된다.
또한 높은 처리효율을 얻을 수 있는 질소, 인 제거용 생물여과기의 설계 및 운전인자를 도출하고 질산화과정에서 아질산경로에 의한 직접적인 탈질, 호기성 조건에서의 동시 질산화 탈질화 될 수 있는 조건 및 운전인자를 확보하여 지속적으로 성장할 세계 환경시장에서 우리나라 환경산업의 점유율 확대를 위한 자구적 역량과 경쟁력 배양을 꾀할 필요가 있다.

주요내용

N, P의 안정적 제거를 위해서 새로운 고도처리 공정의 개발 및 분해 효율이 높은 균주의 선택적 적용이 필요하다. 아울러, 처리시설에서의 N, P의 동적 거동에 주목하고 활성 오니의 제거 효율을 최적화시키기 위해서 오염물질의 분해 과정에 관련되는 미생물의 생물학적 특징과 생태를 정확히 이해하는 것이 향상된 공정수행과 조절에 있어 필수적이다.
이를 위해 유기물 제거뿐만 아니라 안정적으로 질소와 인을 동시에 제거할 수 있는 순환식 생물 반응기를 제작, 운전하여 최적의 운전 인자를 도출하고, 최근 발전하고 있는 분자 생물학적 기술의 하나인 rRNA oligonucleotide probe와 결합된 FISH 기법을 통해 질소 제거의 첫 번째 단계인 질산화 및 뒤이은 탈질에 관여하는 미생물들의 군집 구조 분석을 수행하고자 한다.
또한 공정 내 탈질 미생물은 Alcaligenes faecalis, Propionibacterium pentasalum, 그리고 Pseudomonas fluorescens 등 다양한데, 이러한 전형적인 탈질 미생물과 인 제거 미생물들의 생물학적 영양소 제거공정에서 total bacteria를 분리하여 탈질 미생물과 탈인 제거 미생물을 선택분리하고 질소?인 제거 미생물이 차지하고 있는 생태학적 위치(Ecological Position)를 확인한 후 그 거동에 대한 연구를 수행한다.

연구결과 활용

현재 제작, 운전 중에 있는 순환식 생물막 반응기의 경우 매우 compact하고 유기물뿐만 아니라 영양물질 제거에도 뛰어난 효과를 보이고 있다. 이를 기존의 하/폐수처리 시설에 단독 혹은 활성슬러지 반응조의 1차 처리 시설 뒤에 설치하여 운전할 경우 안정적이며 경제적인 처리 효율이 기대된다.
현재 환경기술은 단지 시급한 오염원의 제거라는 1차적인 면을 벗어나, 전반적인 산업의 사활을 좌우하며, 국가 경쟁력 확보를 위해 필수 불가결한 기술 산업으로 발전되어가고 있다. 이러한 면에서 생물학적 질소와 인의 동시 제거 기술개발은 선진국에 의존하는 기술의 수입을 막을 수 있을 뿐만 아니라, 기술을 필요로 하는 다른 개발도상국으로의 수출도 가능하게 되어 상당한 경제적 이익을 취할 수 있게 된다. 이를 위해 기존의 경험적이고 직관적인 기술 개발에 의존하던 방법들을 탈피하여 보다 근본적으로 반응에 관여하는 미생물들의 이해가 선행되어야 할 것이다. 최근 발전하고 있는 분자 생물학적 방법 중 하나인 rRNA oligonucleotide probe와 결합된 fluorescence in situ hybridization(FISH) 기법은 자연계 및 폐수처리 시설에 존재하는 미생물들의 전통적 배양 방법에 의한 오차 없이 빠르고 정확한 동정 및 군집구조 분석을 가능하게 하였다. 이를 토대로 최적의 운전 상태에 관여하는 미생물들의 분포를 신속하게 조사하여 이와 유사한 시스템에 적용 시 실패 요인을 최소화 할 수 있으며 빠른 적응 시간 및 처리 효율의 극대화가 기대된다.