본 연구의 목적은 폐수 처리 및 퇴비화에 동시에 사용될 수 있는 고 미생물 담지능 및 고 오염물 흡착능을 갖는 고기능성 복합세라믹 담체를 개발하고, 다양한 식물병원균에 길항력을 갖는 길항미생물 및 부숙 촉진 미생물을 분리하여 복합세라믹 담체에 담지 시킨 후 축분의 탈취 및 퇴비화가 가능한 첨단 복합 환경소재인 유해환경개선제를 개발하는데 있다.

1. 미생물 선발 및 특성조사
토양 및 축산폐수로부터 분리한 미생물의 부숙 촉진능을 확인한 결과 Cellulase, Amylase, Protease, Lipase 등 4종의 효소에 대하여 우수한 분해능을 보인 2종(BS-J1, BS-U1)의 균주를 퇴비 부숙 촉진 미생물로 선발하였다.

식물병원균 및 배추 육묘를 대상으로 선발된 미생물의 길항력 검정시험 결과, 85%이상 높은 병 발생 억제율을 보였으며, 선발된 미생물의 생리․생화학적 분석과 16s rDNA 염기서열 분석 결과 모두 그람 양성균으로 Bacillus sp. 와 유사한 특성을 나타냈으며, BS-J1 균주는 Brevibacillus Laterosporus로 BS-U1 균주는 Bacillus Amyloliquefaciens로 동정하였다.

2. 고기능성 복합세라믹 미생물 담체 개발
오염물 흡착이 뛰어나고 미생물 담지능이 우수한 복합세라믹 담체 개발을 위하여 다음의 과정이 체계적으로 진행되었다.

(1) 천연제올라이트의 물리․화학적 특성 분석과 암모니아성 질소 흡착능
연구에 사용된 천연 제올라이트는 Clinoptilolite를 주 결정성으로 함유하는 제올라이트임을 확인하였고, 천연 제올라이트는 고려할만한 암모니아성 질소의 흡착 제거능을 갖는 물질임을 알 수 있었다.

(2) 석탄회로부터 제올라이트성 물질의 제조 및 양이온 교환능 비교
석탄회로부터 알칼리 수열 합성에 의해 제올라이트성 물질을 제조하였다. 다른 물질들과 양이온 교환능을 비교한 결과, 합성 제올라이트 4A(440meq/100g) > 제올라이트성 물질(200meq/100g) > 천연제올라이트(125meq/100g)의 순서로 양이온 교환능이 우수한 것으로 나타났다.

(3) 고 미생물 담지능을 갖는 복합세라믹 담체의 개발
석탄회를 기초 재료로 하여 생물막처리 공정에 적합한 고 미생물 담지능을 갖는 복합세라믹 담체를 개발하고자 하였으며, 담체 제조시 첨가제들의 양, 소성 온도, 그리고 기공 조절제의 종류, 크기 및 양에 따른 연구가 수행되었다. 일반적으로 제조된 담체들의 기공이 클수록 기공 분율이 높을수록 미생물 담지량이 우수한 것으로 관찰되었다. 기공 조절제로는 다양한 무기물 및 유기물들이 적용되었으며, 기공 크기 및 기공 분율을 제어하기 위한 방법이 체계적으로 수행되었다. 고 미생물 담지능을 위하여 가장 우수한 복합세라믹 담체로서 FPE-4 및 FPE-3 담체(무게비: fly ash/강화제/결합제/PE = 60/10/40/10∼15)가 개발되었다.

(4) 고기능성 제올라이트형 복합 세라믹 담체의 개발
고 미생물 담지능을 갖는 복합세라믹 담체의 개조에 의해 고 오염물 흡착능을 부여하기 위한 연구를 수행하였다. 복합세라믹 담체내부로 In-situ로 제올라이트 4A를 합성하는 방법과 복합세라믹 담체의 알칼리 수열 반응에 의한 표면 제올라이트화 방법이 수행되었다. 후자의 제올라이트화 방법이 반응과정이 단순하고 경제적이며 효과적이었다. 고 미생물 담지능 및 고 오염물 흡착능을 위한 담체로서 ZPE-3 담체(FPE-3의 4M NaOH 수열 반응에 의해 제조된 담체)가 제조되었다. 성형된 상태에서 이 담체의 CEC 예측 값은 162meq/100g으로서 분말형 천연제올라이트보다 높은 CEC 값을 나타냈다.

3. 고정층 생물막 공정을 이용한 돈사폐수의 처리 특성
상기에서 제조된 고기능성 복합세라믹 담체를 사용하고 실험실 규모의 연속류식 고정층 생물막 공정을 이용하여 돈사폐수 처리 특성을 연구하였다. 그 결과 ZPE-3 담체를 사용한 경우, CODCr 제거율은 약 80%, TN 제거율은 약 77%로 나타났다.