요 약 문

Ⅰ. 제 목
생촉매전기화학반응기 이용 하․폐수 질산성 질소 제거 기술

Ⅱ. 연구개발의 목적 및 필요성
산업화와 대량소비에 따른 인류문명의 발달이 환경에 미치는 영향은 날로 심각해지고있으며, 이에 따라 수질의 보존에 대한 관심이 증가하고 있다. 여러 가지 환경오염 중 하수나 폐수에 포함된 질소는 상수원의 오염 및 호수와 저수지의 부영양화를 가속시킬 수 있고 이로 인한 양식장 피해 등 많은 문제를 야기하고 있어 정부 차원에서 하수나 폐수의 규제를 실시하고 있고 그 기준도 점차 강화되고 있는 실정이다.

 

그리고 현재 생물학적인 방법을 이용해서 질산성질소를 처리하고 있지만, 넓은 부지가 필요하고, 미생물 활성을 유지하기 위한 외부 탄소원을 공급해 주기 때문에 이로 인한 2차 오염이 일어날 수도 있다. 따라서 보다 효율적인 방법의 탈질 기술이 요구되고 있다. 이에 본 연구에서는 생촉매전기화학반응기를 이용한 새로운 방법의 질산성 질소 제거 기술을 연구 개발하였다.

Ⅲ. 연구개발의 내용 및 범위
본 연구에서 개발한 것은 막투과성 미생물을 이용한 새로운 탈질방법이다. 이를 위해 막투과성 미생물을 만드는 방법, 막투과성 미생물의 활성을 유지시키는 것, 막투과성 미생물 내부로 전자를 전달하는 방법, 그리고 이런 막투과성 미생물을 하나의 전극에 고정화 하는 방법 등을 연구하였다.

 

막투과성 미생물을 만드는 방법을 확립하였으며, 여러 유기물이나 독성물질 존재하에서 생촉매의 활성을 유지시키는 기술을 개발하였고, 생촉매의 half-life를 2배이상 증가시켰다. 그리고 전자전달 매개체 없이 전자를 생촉매 내부로 전달하여 이를 이용해 외부 탄소원의 공급이 없이도 질산성 질소를 처리할 수 있는 방법을 개발하였다.

Ⅳ. 연구개발결과
막투과성 미생물을 만들어, 활성을 유지한 채로 질산성 질소가 막투과를 할 수 있는 방법을 개발하였다. 그리고 미생물과 전도성 물질을 함께 고정화 해 전자전달 매개체 없이 생촉매 내부로 전자를 직접 전달할 수 있는 시스템을 확립하였으며, 이를 이용해 5L 크기의 연속식 반응기를 제작하여 질산성질소의 제거를 확인하였다.

 

이 연구결과를 국내외의 다른 미생물을 이용한 탈질 반응과 비교하면, 외부 탄소원이 필요 없는 상태에서 전자만을 이용해서 반응이 진행되므로 비용적 측면에서 장점이 있고, 전기화학적 방법을 통한 탈질연구와 비교할 때, 전극 단위 면적당 질산성질소 제거 효율이 월등히 높은것을 확인할 수 있었다. 즉, 본 연구를 통해서 외부탄소원 없이 전자의 공급만을 이용해서 탈질반응을 수행할 수 있으며, 반응기 크기도 소형화 할 수 있는 원천기술을 개발하였다.

Ⅴ. 연구개발결과의 활용계획
현재 환경분야에서 폐수 및 하수처리 공법으로 많은 실적과 pilot plant scale의 반응기 제작에 경험이 있는 환경업체와 함께 본 연구에서 개발된 새로운 기술을 이용하여 반도체 공장과 화력발전소에서 배출되는 고농도의 질산성 질소폐수를 처리하는데 적용 할 예정이다. 이들 폐수들은 높은 질산성 농도와 함께 탄소원이 없는 특성으로 인하여 기존의 생물학적 방법으로는 처리가 어렵기 때문에 현재 처리에 어려움을 겪고 있다. 기존의 하수처리 시설에 본 기술을 접목하면 안정되게 질산성 질소를 제거할 수 있을 것이다.

 

[원문 파일첨부 참조]