하ㆍ폐수 내 존재하는 질소 및 인의 영양염류는 하천의 부영양화를 일으키는 주요 오염물로 그 제거에 대한 규제가 점차 강화되고 있다. 국내에서는 기존에 주요 상수원 중심의 규제에서 모든 배출업체로 그 규제대상을 확대하여 2003년부터 실시하고 있으나 폐수 특성에 따른 효율적인 질소ㆍ인 제거공법의 부재 및 경제적 부담의 이유로 강화된 방류수 기준의 만족에는 아직도 큰 어려움이 존재하고 있는 실정이다.

일반적으로 물리ㆍ화학적인 제거방법에 비하여 생물학적 처리는 저비용으로 효과적인 질소제거가 가능하여 널리 이용되고 있으나 생물학적 처리에 필요한 C/N비를 만족시키기 위하여 외부에서 유기탄소원인 메탄올 등을 주입하여야 하는 단점이 남아있다.

 

유기탄소원을 인위적으로 넣어줄 때에 발생하는 문제점은 유기물 구입에 따라 운전비용이 높아지고, 완전히 제거되지 않고 방출될 때 또 다른 오염원으로 작용하며 유입되는 질소의 농도를 일일이 모니터링 하여 적당한 농도로 주입하여야 하기 때문에 운전이 번거로워 진다는 점을 들 수 있다. 이러한 단점들 때문에 탈질 시 유기물을 요구하지 않는 황이용 독립영양탈질방법이 새로이 개발되었다.

입자상 황을 이용하는 독립영양탈질은 탈질 미생물이 무기 탄소원, 즉 이산화탄소의 탄소를 이용하여 세포를 합성하므로 유기물의 주입이 필요치 않다. 그리고 질산성질소의 환원에 필요한 전자를 고체상의 황입자에서 얻을 수 있으므로 방류수로 방출될 염려가 없어 운전이 용이하다.

 

또한 독립영양탈질미생물이 담체인 황입자에 부착하여 생물막을 형성하여 성장하기 때문에 미생물의 유실이 적고 높은 활동도를 유지시킬 수 있어 C/N비가 낮은 국내의 여러 폐수의 처리에 경제적, 효과적으로 활용할 수 있다.

본 연구는 기존에 개발된 황이용 독립영양탈질공법(SPAD공법)의 실폐수 적용과 기체발생 모니터링 기법개발을 목적으로 하여 여천, 울산, 창원 및 광주에 파일롯 규모의 플랜트를 설치, 실 폐수의 처리에 직접 적용하여 각각 높은 제거 효율을 확인하였고, 실험실 규모의 플랜트를 운전하고 질소기체의 발생을 모니터링하여 이를 통해 공정의 효율 및 운전이상 여부를 확인, 공정제어에 활용할 수 있도록 하였다.

 

또한 분자생물학적 기술로 SPAD 컬럼 내부의 미생물 분포를 분석하는 방법을 개발하였으며 이로써 실시간 미생물 농도 및 분포의 모니터링으로 탈질의 예측 및 성능증가에 획기적인 향상을 가능케 하였다.

 

또한 C/N비가 낮은 폐수 중 질산성질소의 농도가 매우 고농도로 배출되는 업소를 위한 새로운 SPAD II 공법을 개발하여 이의 적용을 위한 연구를 완료하였다. 새로운 공법은 C/N비가 매우 낮아 기존의 SPAD공법으로 경제성과 효율성을 모두 만족시키기 어려운 경우에 적용할 수 있다.

본 과제의 연구기간 동안 실시한 연구의 결과로 과학기술부의 신기술 인정서 (KT마크)와 산업자원부의 우수 환경설비인증서를 획득하여 본 기술의 우수성을 공인 받았으며 4건의 국내외 논문게재, 14건의 학술대회 발표라는 성과를 이루었다.

 

SPAD 공법은 철저한 기초 연구와 파일롯 플랜트 테스트, 시장 및 수요조사를 모두 마치고 그 경제성 및 높은 효율을 모두 확인하였으며 이제 이러한 결과를 발판으로 국내외 많은 배출업소에 우수한 공법으로 활용될 수 있도록 적극적으로 사업화를 추진하고 있다.