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

Ⅱ. 연구개발의 목적 및 필요성
산업화와 대량소비에 따른 인류문명의 발달이 환경에 미치는 영향은 날로 심각해지고 있으며, 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 생촉매전기화학반응기를 이용한 새로운 방법의 질산성 질소 제거 기술을 연구 개발하였고, 이를 실제로 현장에 적용할 수 있는 연구를 수행하였다.

Ⅲ. 연구개발의 내용 및 범위
본 연구에서 중점으로 둔 것은 막투과성 미생물을 이용한 새로운 탈질방법을 실용화하기 위해서 필요한 문제들을 해결하는 것이다. 이를 위해 막투과성 미생물을 이용하여 만든 전극 내부의 전자전달 효율을 개선하였으며, 3년에 거쳐서 20L 250L - 2.5톤 크기의 pilot plant를 설계ㆍ제작하였다.

 

또한 전극 대량생산을 위한 방법을 확립하였으며, 장기간 운전을 위한 공정안정도연구 및 다른 질산성 질소 제거 공정과의 경제성을 비교, 검토하였다. 또한 폐수내 다른 인자들에 의한 영향을 확인하였으며, 반응기 모사 모델식을 통해서 반응기를 제어할 수 있도록 하였다. 마지막으로 이러한 결과들을 이용해서 여러 가지 종류의 실제 폐수를 대상으로 질산성 질소 제거 실험을하였고, 그 효율을 확인하였다.

Ⅳ. 연구개발결과
전극의 내구성을 향상시키기 위해 전극 내부에 지지대를 넣는 방법 및 여러 가지 폴리머를 이용하여 최적의 효율을 보이는 전극을 제조하였다. 또한 가교제를 이용하여 전극 표면을 고정화시켜주는 방법을 통해 전극의 수명을 증가시킬 수 있었다. 그리고 전극 내부의 전자전달 효율을 높이기 위해 bio-film을 형성시키는 방법을 적용하였으며, 전극의 활성이 대폭 증가하는 것을 확인할 수 있었다.

 

이렇게 만들어진 전극을 이용하여 장기간 운전을 통해 공정안정도를 확인하였다. 또한 다양한 농도의 합성 질산성질소 폐수를 처리하였으며, 실제 폐수를 이용한 실험을 통해 실제로 현장에 적용 가능하다는 것을 확인하였다. 장기간 운전 및 금속이온이 포함된 폐수 처리를 위한 전처리 장치를 개발하였으며, 효율을 테스트 하였다.

 

 온도, pH, 유기물 등 여러 가지 환경 인자가 전극의 효율에 미치는 영향을 확인하였다. 그리고 최종적으로 2.5 톤 규모의 pilot plant를 설졔, 제작하였다. 또한 반응기를 제어하기 위해, 생촉매 내부의 질산성질소 처리 메커니즘 및 반응기 조정을 위한 수학적 모델식을 통한 모사기를 개발하였다.

Ⅴ. 연구개발결과의 활용계획
현재 환경분야에서 폐수 및 하수처리 공법으로 많은 실적과 경험이 있는 환경업체와 함께 본 연구에서 개발된 새로운 기술을 이용하여 자동차 도색공장, 화력발전소, 및 하수 재이용 처리수에서 배출되는 고농도의 질산성 질소폐수를 처리하는데 실제로 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]