고농도 질산성질소 활성슬러지 탈질 반응에서 불소, 칼슘 이온 및 이온 강도의 영향|RISS 상세보기

국문 초록 (Abstract)

스테인레스 스틸 생산과정에서 배출되는 산세액(acid rinse solution; HF + HNO3) 폐수는 고농도의 질산성 질소(200？3,000 mg-N/ℓ), 불소 이온(>500 mg/ℓ) 및 각종 중금속 이온(Ni, Cr, Fe, 등)을 포함하고 있으며, 이러한 폐수를 처리하기 위하여 전단에 화학적 처리 공정(Lime 첨가; 중금속 및 불소 제거), 후단에 생물학적 처리 공정(biofilter; 질산성질소 제거)을 연계하는 처리 방법이 제안되었다. 하지만 전단에서 불완전하게 처리된 불소 및 사고에 의한 고농도 불소의 유출은 후단 생물학적 탈질공정에 영향을 미칠 수 있으므로 이에 대비한 연구가 필요하다. 본 연구에서는 활성슬러지 탈질 미생물을 배양한 뒤, 단계별 불소 이온 농도(0？700 mg/ℓ) 및 불소 이온과 연계된 pH 조건에 따른 탈질반응 저해 영향을 살펴보았다. 단계별 불소 농도 실험에서는 300 mg/ℓ 이상의 불소 농도에서 탈질반응을 저해하기 시작하였으며, 불소 농도 700 mg/ℓ에서는 활성슬러지 탈질반응을 약 64%까지 저해하였다. 단계별 탈질반응(NO3- → NO2- → N2)에서 불소 이온에 의한 Nitrate reductase 및 Nitrite reductase에 대한 저해정도는 동일한 수준으로 작용되는 것으로 파악되었다. 200 mg/ℓ의 불소 이온을 투입한 후, 다양한 pH 조건에서 탈질반응 저해 정도를 살펴본 결과 최적의 탈질 pH 구간(7.0-7.2)과 비교하여 산성 pH 구간에서 알칼리 pH 구간보다 더 큰 저해 작용을 보여주었다. 그러한 이유로는 HF 형태로 세포질에 투과된 불소가 세포질 안에서 F-와 H+로 해리 됨으로써 세포 내？외부 Proton motive force의 소실(dissipation)이 발생하기 때문인 것으로 추론되었다.
또한 활성 슬러지를 이용한 산업폐수의 처리에 있어 유입되는 산업폐수의 성상에 생물학적 처리에 영향을 줄 수 있다(독성물질, 중금속등). 특히 철강 생산과정에서 배출되는 산세폐액(acid rinse solution)에는 고농도의 질산성 질소, 불소 이온 및 각종 중금속 이온을 포함하고 있으며, 이러한 폐수를 처리하기 위하여 전단에 화학적 처리 공정(Lime 첨가; 중금속 및 불소 제거), 후단에 생물학적 처리 공정을 연계하여 처리한다. 하지만 전단에서 불완전하게 처리된 불소 제거용 칼슘 및 이온 강도를 함유한 폐수의 유출은 후단 생물학적 탈질공정에 영향을 미칠 수 있으므로 이에 대비한 연구가 필요하다. 본 연구에서는 활성슬러지 탈질 미생물을 배양한 뒤, 단계별 칼슘 이온 농도(200-1500 mg/ℓ) 및 이온 강도 (0.137-0.219; 760-5435 mg/ℓ NaCl)에 의한 탈질반응 영향을 살펴보았다. 단계별 칼슘 이온 농도 실험에서 800 mg/ℓ 칼슘 농도에서 탈질반응을 10.87 % 저해하기 시작하였으며, 칼슘 농도 1500 mg/ℓ에서는 활성슬러지 탈질반응을 약 24.52%까지 저해하였다. 이것은 칼슘으로 유발된 이온 강도의 영향으로 탈질율을 저해하는 것 같다. 그리고 이온 강도 실험에서는 처음 이온 강도 0.137 (760 mg/ℓ NaCl)부터 탈질율의 상대적 효율을 25.5% 저하시켰다. 이로써 칼슘은 생물학적 탈질율에 미치는 영향은 500 mg/ℓ 까지는 그렇게 크기 않지만 800 mg/ℓ 이상에서는 영향을 주며 이온 강도의 변화 영향이 더 크다는 것을 알 수 있었다. 또한 같은 이온 강도라고 하더라고 이온 강도를 조성하는 물질에 의해 영향을 받음을 알 수 있었다.

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스테인레스 스틸 생산과정에서 배출되는 산세액(acid rinse solution; HF + HNO3) 폐수는 고농도의 질산성 질소(200？3,000 mg-N/ℓ), 불소 이온(>500 mg/ℓ) 및 각종 중금속 이온(Ni, Cr, Fe, 등)을 포함하고 ...

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