이 연구는 식물플랑크톤(Scenedesmus sp.)이 영양염류를 흡수하는 원리를 이용하여, 영양염류를 제거하기 위하여 실시하였다. 식물플랑크톤을 교반하여 배양할 경우, 가장 빨리 증식되었고, 오수방류수를 식물플랑크톤 배양액에 50% 되도록 혼합하여, 약 2일 동안 배양시키는 것이 영양염류를 제거하는데 효율적이었다. 이러한 최적조건에서 증식된 식물플랑크톤을 GF/C glass fiber filter로 여과하여 분석한 결과, TKN는 88% 이상 제거되었고, DIP는 70${\sim}$80% 제거되었으며, 이때 식물플랑크톤이 최대한 1300mg/m$^{3}$로 증식되었다. 또한, 3시간 간격으로 영양염류의 이용과정을 분석한 결과, 식물플랑크톤의 증식은 NH$_{3}$-N(r$^{2}$=0.96)와 DIP(r$^{2}$=0.92)와는 높은 상관관계를 보였다. 영양염류를 섭취하여 증식된 식물플랑크톤을 여과시키거나, 동물플랑크톤에 적용시켜 먹이연쇄 관계를 이용한다면, 생태공학적으로 영양염류를 제거할 수 있고, 수계의 부영양화를 방지할 수 있을 것으로 사료된다.
이번 연구에서는 pH 조작이 어려운 소규모 하수 처리장에서의 BNR 슬러지의 접종으로 인한 SBR start-up시 영양 염류 제거 특성 및 변화를 관찰 하였다. 1) 글루코즈를 탄소원으로 사용한 유기물 제거에 있어서 모두 85%이상의 높은 제거 효율을 보였으나 BNR 슬러지 접종 비율이나 유무에 따른 SBR의 유기물 제거에 미치는 영향은 미비한 것으로 나타났다. 2) 유입비율에 따라 암모니아 제거 효율은 BNR 슬러지 첨가 유무에 따라 바뀌었으며, 비율에 상관없이 첨가된 반응조는 7일 이내 $82{\sim}98%$에 달하는 제거율을 보였다. 3) 인 제거효율에 있어서는 유입비율에 따라 인 제거 효율이 증가하였으며, 첨가와 미첨가의 차이는 25%이상의 인 방출량 차이를 나타내었다. 4) 첨가한 BNR 슬러지의 비율이 전체의 40%이상일 때는 50%일 때와 큰 차이를 보이지 못했다. 5) FISH를 통하여 미생물 군집을 확인하였고 각 미생물들 간의 상대적인 비율과 heterotroph의 급격한 증식을 확인할 수 있었다. 6) pH, DO, ORP graph를 통한 Reactor의 실시간 조정 가능성을 볼 수 있었다. 7) BNR 슬러지를 접종하지 않을 경우, PAOs와 질산화 미생물의 성장이 더뎌 영양염류 제거가 어려웠다.
본 연구는 토양미생물을 활성화한 영양염류 제거 공정의 질소, 인 제거 특성을 Denitrifying Phosphorus removing Bacteria(DPB)의 영향에 의한 관점에서 파악하고자 행하였으며, 또한 DPB의 무산소 상태 하에서의 탈질 및 인 섭취 특성에 대해서도 연구가 진행되었다. Batch test 결과, 토양미생물을 이용한 영양염류 제거 공정에서의 질소, 인 제거는 무산소 상태에서 탈질과 동시에 인을 섭취하는 DPB(Denitrifying Phosphorus removing Bacteria)의 영향이 상당한 것으로 나타났으며 무산소 상태에서의 DPB에 의한 인 섭취 속도가 호기상태에서의 약 50%에 달하였고 초기 nitrate 농도가 DPB의 인 섭취 속도에 대한 영향인자임을 알 수 있었다. 그리고 영양염류 제거 공정에서의 DPB의 존재는 전체 공정의 효율을 증대시키는 것으로 판단되었다.
본 연구는 우리나라 습지의 주요 우점종인 갈대, 줄 및 애기부들을 대상으로, 자연습지에서 생육기 중에 시기와 횟수를 달리하여 지상부를 제거하는 것이 생산력과 영양염류 제거능에 미치는 영향을 규명하고자 하였다. 지상부 제거는 세 종 모두에서 지상부 생산력과 영양염류 흡수량을 증가시켰으며, 최대효과를 위한 시기와 횟수 및 효과의 정도는 종에 따라 차이를 보였다. 즉, 갈대는 1차년도 실험에서 6월 제거구의 연총생산력이 1,014g/$m^2$로서 대조구의 1.9배이었고, 2차년도에는 5월 제거구가 1,494g/$m^2$ 로서 대조구의 1.3배이었다. 줄은 8월 제거구의 생산력이 1,386g/$m^2$으로서 대조구의 1.2배, 애기부들은 6월과 8월의 3회 제거구와 8월 제거구의 생산력이 각각 1,670, 1,620g/$m^2$로서 대조구의 1.1~l.2배이었다. 영양염류 제거량에서 갈대는 질소와 인이 1차년도에서 대조구의 2.0배와 1.8배, 2차년도에서 각각 1.4배, 줄은 2.4배와 1.8배 그리고 애기부들은 1.8배와 1.9배로서 생산력의 증가비율보다 더 많은 영양염류를 제거하였다. 종합적으로 생산력과 영양염류 제거량 그리고 관리의 경제적인 측면을 고려할 때, 갈대는 5~6월과 10월의 2회, 그리고 줄과 애기부들은 8월과 10월의 2회 제거하는 것이 효과적인 것으로 판단한다.
호기시간 변경에 따른 SBR에서의 영양염류제거특성과 MLVSS의 변화를 본 이번 연구에서는 다음과 같은 결론을 얻었다. 1) 충분하지 못한 산소의 공급은 미생물의 wash-out으로 인한 영양염류 제거 효율의 저조를 나타냈다. 2) 산소 공급량이 $0.045m^3$였던 R2에서 저조산 질산화가 나타났으나, 인을 과다 축적하는 EBPR(Enhanced Biological Phosphorus Removal)을 나타냈다. 3) 산소 공급량이 $0.06m^3$이상이었던 R3, R4에서는 60%이상의 질산화 및 탈질화와 약 100%에 달하는 인 제거 효율을 나타내었다. 4) 단위 미생물당 $1.5{\sim}1.8ml/mg$의 공급 산소량이 인 흡수에 유리한 것으로 나타났다. 5) 공급되는 산소에 있어 유기물 분해>인흡수>질산화에 우선적으로 소모되는 것으로 나타났다.
투수성 반응벽체 공법은 지하수 오염을 정화하는 대표적인 방법 중의 하나이다. 영양염류와 중금속 등 여러 가지 오염물질이 동시에 존재하는 경우 두 가지 이상의 반응성 매질을 적용한 반응벽체공법으로 복합오염물질의 제거가 가능하다. 본 연구에서는 반응성 매질로 제올라이트와 제강슬래그를 함께 사용하는 경우 복합오염물질의 제거능을 평가하였다. 영양염류인 암모늄과 인산염, 중금속인 카드뮴이 혼합된 복합오염물질에 대하여 연속회분식실험을 통하여 제올라이트 및 제강슬래그와의 반응순서에 따른 오염물질 제거능을 분석하였다. 연속회분식실험 결과에 의하면 제올라이트-제강슬래그 순서로 반응하는 경우 영양염류와 중금속의 복합오염물질에 대한 제거능이 더 좋은 것으로 나타났다.
농촌 지역 마을하수도 보급률은 도시 지역에 비해 38% 정도 수준밖에 되지 않는다. 농촌 지역은 상수원 인근에 위치하여 농촌지역에서 발생하는 하수는 상수원 오염의 원인으로 알려져 있다. 그래서 정부에서는 마을하수도 관리에 많은 노력을 기울이고 있다. 본 연구에서는 동절기 마을하수도 영양염류 제거 효율을 분석하였으며, 안동 임하댐 인근에 위치한 봉화, 영양 그리고 안동의 신설된 마을하수도를 연구 대상으로 선정하였다. 동절기 마을하수도 영양염류 제거 효율은 체류 시간과 미생물 농도에 영향을 받는 것으로 나타났다. 따라서 마을하수도 운전 시 영양염류 처리를 위해 운전 조건 조절 및 유지관리가 필요하다는 것을 의미한다.
습지는 환경 생태적으로 다양한 기능을 가지고 있으며, 이 중 특히 수질정화기능에 초점을 두고 전 세계적으로 1000여개 이상의 습지가 수처리 및 수질개선에 이용되고 있다. 자연습지 및 인공습지를 이용한 수처리 과정에서 BOD, SS, N, P, 대장균과 중금속의 제거효율을 확인한 결과, BOD의 제거효율은 약 84%로 가장 높게 나타났으며, 질소의 제거효율은 48%로 가장 낮았다. 또한 인의 제거효율은 평균 67%이며 유입되는 인의 농도가 높을수록 인의 처리 효율이 떨어지는 것을 알 수 있었다. 국내 관련연구의 경우, 대부분 습지의 유입수와 유출수의 농도 변화조사와 식물체내 영양염류 농도 조사가 주를 이루어 실질적으로 인공습지 내에서 영양염류가 제거되는 기작을 밝히는 연구 및 영양염류 제거에 관여하는 미생물에 관한 연구가 미흡한 실정이다. 따라서 수질정화에 최적의 인공습지 건설 및 운영이 가능하기 위해서는 복합적 영양염류 제거기작의 규명 및 지질학적, 수리학적인 연구가 병행되어야 할 것이다.
고탁도 해역에 배출되는 온배수를 활용하기 위해 탁도로 인한 열교환기의 오염부하가 줄어 들 수 있도록 탁도저감시스템을 시스템에 열교환기 이전단계에 추가하여 운전하였으며 탁도저감시스템으로 인한 탁도, 부유물질, 영양염류의 제거능 평가를 실시하였다. 평가결과 탁도개선시스템의 운전으로 인해 약 80%정도의 탁도가 저감 되는 것을 확인하였으며 부유물질 제거 효율은 약 13~29%정도였다. 기타 영양염류의 제거효율은 미미하였으나 본 시스템의 목적인 탁도저감을 위해서는 효과적인 시스템이라 판단된다.
본 연구에서는 연안어장 준설퇴적물에 대한 영양염류(인공수 중 질산염과 인산염)의 흡착반응에서 흡착제, pH, 이온강도가 미치는 영향을 살펴보았다. 그리고 준설퇴적물을 이용해서 영양염류를 제거할 수 있는 가능성을 평가하고자했다. ${NO_3}^-$-N($100{\mu}M$, 10mM), ${PO_4}^{3-}$-P($100{\mu}M$, 10mM)에 대한 흡착반응은 10분 이내에 완료되었고, 정상상태에서 $100{\mu}M$${NO_3}^-$-N과 $100{\mu}M$${PO_4}^{3-}$-P가 각각 61%, 77% 제거 되었다. $900^{\circ}C$에서 준설퇴적물을 열처리했을 때 영양염류 제거율은 증가하지 않았다. CaO와 MgO 같은 첨가제를 사용하면 질산염의 제거율은 0%까지 감소했으나, 인산염 제거율은 98%까지 증가했다. 질산염과 인산염의 등온흡착은 Freundlich 식에 의해 잘 설명되었다($R^2$>0.99). 흡착반응은 pH와 이온강도에 의해 거의 영향을 받지 않았다. 흡착반응시간이 짧고 영양염류 제거율이 상당히 높다는 연구결과는 연안어장 준설퇴적물이 영양염류 제거를 위해 실제로 사용될 수 있는 가능성을 보여준다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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