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침적형 미생물막을 이용한 호소정화기술 개발

연구사업구분 산학연협력기술개발 고유번호 04-4-30-11
연구기간 주관기관 명지대학교
연구책임자 안대희
연구목적 요 약 문


Ⅰ. 제 목

“침적형 미생물막을 이용한 호소정화기술 개발”



Ⅱ. 연구의 목적 및 필요성

경기도에 산재해 있는 저수지등의 호소 및 골프장의 water hazard등의 환절기, 갈수기 등의 수질악화로 인한 녹조발생, 투시도 불량, 악취발생 등으로 인하여, 팔당유역 수계등의 수질악화요인이 되고 있으므로, 이에 대한 처리기술의 개발이 시급한 실정이다.
호소에서 남조류를 중심으로 한 녹조현상의 발생을 방지하거나 이미 blooming 된 상태의 남조류를 제거하기 위해서는 외부에서 유입되어 조류 번식을 촉진시킬 수 있는 P 또는 N 성분을 제거하는 것이 필요하다. 여기에 용존 산소를 공급할 수 있다면 수중의 다른 정상적인 생태계를 구성하던 호기성 미생물들의 성장을 상대적으로 촉진시켜 조류의 사멸을 가속화시켜서 우점력을 없앨 수 있다. 실제로 후자의 목적을 위하여 소형 연못에서는 aeration을 수행하려는 예도 있다.(16) 기존의 호소정화를 위해 개발된 물리화학적 기술(약품투여)들은 호소의 규모에 비해 관리비용이 과다하게 투입되어야 하고, 바닥 침전물을 형성하는 등 또 다른 오염원을 제공할 가능성이 높을 뿐만 아니라, 호소자체의 규모가 방대할 경우, 현실적으로 이들 기술들을 통하여 호소를 정화하는데는 한계를 나타내고 있다.(8) 한편, 호소의 유입하천과 호소내에 설치될 수 있는 수질정화공법의 처리효율에 대한 자료가 부족하고, 여러 수질정화공법이 호소 수질개선에 미치는 효과도 미흡한 실정이므로 효과적으로 호소의 수질문제를 해결할 수 있는 기술을 개발하고자 함이 본 연구의 목적이다.


Ⅲ. 연구의 내용 및 범위

본 연구에서는 반응기내 접촉여재를 이용하여 부착성 미생물이 서식할 수 있는 접촉면을 증가시켜 유기물을 침전.흡착되게 하고 접촉면에 서식하는 미생물에 의해 유기물이 분해되는 공정을 통해 용존 오염물을 제거하여 호소의 수질관리 및 부영양화 억제를 도모하고 또한 조류발생도 억제함으로써 지속적인 호소수질정화를 이루고자 하였다.
본 연구에 사용된 반응기는 Air lifting 작용과 접촉산화방식을 따르며 반응기내부를 호기구역과 무산소구역으로 나누어 질산화 반응과 탈질화 반응을 통한 질소의 제거효과를 얻고자 하였다. 또한 반응기내 공기 산기관을 통해 용존산소농도가 증가하면서 공기가 여재층을 통해 상승하면 기포주변 물이 동시에 상승되면서 호소수가 순환이 되도록 하고자 하였다. 반응기가 호소수질을 정화하는 동안 발생하는 슬러지는 반응기 하단에 모아 주기적으로 배출하여 입자성 물질 또한 제거하고자 하였다. 현재 1차년도의 연구대상인 수심이 낮고 전이층 형성이 상대적으로 적은 호소정화의 연구결과를 바탕으로 2차년도에는 수심이 깊고 화학성층화된 호소 정화기술개발을 완성하는 것을 목표로 한다.


Ⅳ. 연구결과

본 연구에서 수행된 실험 결과, pH 는 7.4 -8.2 로 유지되었으며, 탁도의 경우엔 저수지에 반응기를 설치하기 전 바닥에 살포되어있던 황토들이 반응기가 작동함에 따라 바닥에서 수면으로 부유하여 초반에 탁도값이 증가하였으나 반응기간이 지날수록 점점 감소하는 결과를 나타내었다. SS값을 보면 대체적으로 낮은 농도를 보였는데 이는 저수지로 유입되는 외부부하는 없으며 저수지내 존재하는 유기물과 SS 는 강우시 유입되는 비점오염
원과 임의적으로 투기되는 오염원으로 볼 수 있고 이를 제외하고는 조류발생에 의해 기인된다고 볼 수 있다. 실제 조류발생에 관한 결과를 비교하면 SS의 농도와 추세가 같다고 보여 지고 조금씩 감소하는 경향을 볼 수가 있다. 총인의 경우 초기 측정값이 0.09-0.1(mg/l) 의 농도를 보여 부영양화호소로 판단할 수 있었는데 반응기 설치 후 운전 결과 0.01-0.03 (mg/l) 정도의 농도로 감소하였다. 이정도 상태는 중영양단계의 호소로 볼 수 있으며 꾸준한 처리로 더 좋은 효과를 기대할 수 있을 것으로 사료
된다. 총인의 감소추이와 달리 총질소의 경우는 호소수질 5등급 1.5 mg/l 보다 높은 농도이므로 식물성 플랑크톤의 증가와 감소에는 직접적인 제한인자로 작용하지 않는 것으로 판단된다. 그러나 유기물 제거의 측면에서 고려해 봤을 때 초기농도에 비하면 1/3 정도의 감소효과를 얻을 수 있었다. COD의 경우도 초기값에 비해 50%이상 감소하였으며 SS와 마찬가지로 chl-a 의 농도변화와 비슷한 경향으로 감소하고 있음을 볼 수 있다. 즉 식물성 플랑크톤의 농도 변화는 SS와 COD의 농도변화에 직접적으로 관계하며, 따라서 호소내의 식물성 플랑크톤의 양 조절이 이 두 항목의 변화에 영향을 받는 것으로 사료된다. BOD의 경우 반응기 가동 후 2-3ppm 수준으로 유지되고 있다. 클로로필a의 경우 초반 10(mg/m3) 의 농도로 US EPA (1974) 기준에 따르면 부영양호소에 속하는 정도로 나타났으나 농도가 2-3(mg/m3) 수준으로 감소하여 빈영양상태의 호소수질이 되었음을 알 수 있다.


ⅴ. 연구결과의 활용계획

호소정화기술개발의 중요성이 큼에 따라 본 연구에서는 침적형 미생물막 반응기를 이용한 호소정화기술 개발을 통해 호소의 온도, pH 변화정도의 data를 확보하고 미생물 고정화 여재의 결정 및 미생물막 형성관계를 파악하고 또한 순환공기 유속과 순환수 유속 상관관계를 규명함과 동시에 순환공기 유속에 의한 미생물막 손실을 연구하여 침적형 미생물막 반응기의 미생물막의 변화와 운전조건에 따른 유기물, 질소, 인 제거에 관한 연구의 수행과 이와 더불어 조류 성상 변화 및 제거효과에 관한 연구를 수행할 수 있는 호소정화기술로써 개발하고자 한다.
당해연도 기술개발내용과 기대효과를 기반으로 환경 인자 및 반응기 설계 인자에 의한 호소 정화 속도 또는 정화 정도에 미치는 영향의 정량적인 규명을 하고 미생물막을 일정량 유지할 수 있는 기술을 개발하여 실용화 규모의 미생물막 반응기 설계인자를 도출하고자 한다. 이와 함께 상용화계획도 병행 추진할 계획이다.

연구내용
활용계획

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