본 연구과제에서는 고농도 질소 및 미량독성물질을 함유하는 산업폐수의 방류수 수질기준 이하 안정적 처리를 위해 질산화 미생물 정량 탐침자 및 에너지 절감형 나선형 생물반응 시스템 개발하고자 하였다. 연구과제 기간 중 pilot scale 연구를 수행함으로써, 궁극적으로는 유관 고농도 산업폐수 처리시설을 대상으로 하는 실용화 기술 개발을 최종 목표로 하여 과제를 수행하였다. 이를 위한 세부적인 핵심 연구 목표는 다음과 같다.

첫째, 산업폐수 처리 공정 관련 주요 미생물의 실시간 모니터링 기술 개발에 따른 공정 효율 변화 해석 및 미생물 생장동역학 산출

둘째, 질산화 미생물의 고농축 배양 달성 및 미량독성오염물질에 의한 저해 영향을 정량적으로 도출 (RSA 수식 도출)

셋째, Lab-scale 나선형 생물반응조를 개발하고, 대조군 반응조 대비 산소전달능력과 질산화 효율의 증대 정도 평가

넷째, Pilot-scale 연구를 수행하여 실용화 운전 조건 도출

다섯째, 총 연구기간 동안의 연구결과 및 문헌자료를 바탕으로 운전 매뉴얼 작성 및 나선형 반응조 사업회 전략 수립

본 연구기관은 해당 연구기간동안 질산화 미생물 정량 탐침자와 나선형 생물반응시스템을 개발하였다.
미생물 정량 탐침자는 생물학적 수처리 설비 내에서 생장하는 다양한 미생물 중 질산화 미생물만을 선택적으로 정량할 수 있는 성과물이다. 미생물 정량 탐침자의 개발은 최근 눈부시게 발전하고 있는 분자생물학적 기술을 환경분야에 접목한 사례로써, 블랙박스 모델로 알려져 있는 생물반응조의 미생물 군집을 명확하게 파악할 수 있게 해 줄 수 있다.

 

본 연구기관은 1차연도에 질산화 미생물 탐침자를 개발하여 이후에 진행된 미량 독성 반응도 평가, 생장역학계수 산출, Lab-scale 나선형 생물반응조 내의 질산화 미생물 군집을 밝히기 위해 사용되었으며, Pilot-scale 에도 적용하였다.

 

먼저, 질산화 미생물 정량 탐침자는 다섯 개의 암모니아 산화균 탐침자와 두 개의 아질산 산화균 탐침자를 개발하였으며, 추가로 한 개의 탈질 미생물을 정량할 수 있는 탐침자를 개발하였다.

 

본 연구기관은 이를 Lab-scale 반응조와 인근의 실공정 하수처리장, 산업폐수처리장에 적용하여 정상적으로 작동하는지 확인하였다. Lab-scale 반응조에서는 초기대비 암모니아 산화균이 약 1200배 가량 증가하고, 아질산 산화균이 170 배 가량 증가하는 현상을 모사할 수 있었으며, 실공정에서는 공정효율의 변화에 따른 질산화 미생물 군집변화를 관찰할 수 있었다.

 

검증을 마친 후, 질산화 미생물 개체수와 미량 독성오염물질간(CN, Zn)의 상호 관계를 RSA 기법을 활용하여 수식화 하는데 성공하였으며, 새로운 모델을 고안, 미생물 정량결과에 접목하여 성공적으로 종 수준의 생장역학계수를 도출하였다. 이에 대한 자세한 내용은 보고서 본문에 기록하였다.

 

미생물 정량 탐침자는 연구수행 기간 중 2009년 1월 국내 특허 등록을 완료하여 시장에서의 경쟁력을 확보하였으며, 학술적으로 타 연구자들에게 인용되어 그 가치를 인정받고 있다.

본 연구기관에서 개발한 나선형 생물 반응시스템은 폭기조에 나선형 구조물을 장착하여 기포의 체류시간을 증대시켜, 효과적으로 산소를 전달하는 장치로써 폭기에 소모되는 동력비를 절감하기 위한 목적의 장치이다.

 

또한, 나선 구조물 표면에 미생물의 부착을 유도하여 미생물을 고농축 배양을 통한 처리능 향상 효과도 있다. 본 연구기관은 개발한 나선형 생물반응조의 실용화 및 사업화를 위하여 참여기업과 함께 기술을 개발하였으며, 이를 위해 체계적으로 기술을 개발하였다.

 

 먼저, 연구개발 초기에는 나선형 생물반응조 디자인 및 원천 기술을 개발하는데 주력하였으며, 나선단위체를 개발하여 기포가 상승할 수 있는 적정 나선 회전각을 도출하고 나선구조물을 디자인 하였다. (기울임 6도 이상, 꺽임 5도 이하) 제작된 구조물을 반응조내에 설치하여, 깨끗한 물에서 산소전달계수를 도출하였다.

 

 

[원문 파일첨부 참조]