Well-to-Well Circulation Process를 이용한 窒酸性 窒素로 汚染된 帶水層의 生物學的 復原 Development and evaluation of In situ Well-to-Well circulation process for the remediation of a Nitrate-contaminated alluvial aquifer원문보기
생물학적 탈질 공정이 지하수 내 질산성 질소를 비용 면에서 가장 효율적으로 제거하는 것으로 나타났다. 하지만, 지금까지 현장에서 직접 질산성 질소를 제거한 경우는 거의 없었으며, 대부분이 실험실이나 pilot 규모의 실험이었다. 이는 현장에서 직접 질산성 질소를 제거하는 것이 구체적이고 많은 현장 특성 데이터를 요구하고, 그 처리효율이 토착 미생물의 대사능력, 오염물질의 농도 등의 여러 가지 인자에 의해 정해지기 때문이다. 그럼에도 불구하고, 현장 적용성이 가능한 공법을 개발하는 것이 무엇보다 중요하다. 본 논문에서는 질산성질소로 오염된 지하수를 토착미생물 증식과 지하수 순환을 이용하여 제거하는 in situ Well-to-Well Circulation Process (WWCP)의 효율성 및 운전방법을 연구하였다. 이 WWCP 실험은 지하수 흐름의 상류 구배에 있는 실험정으로부터 지하수를 양수하여 준비된 실험용액과 혼합하여 하류 구배의 실험정으로 주입하는 방법이다. 하류 구배의 주입정 상하류 구배에 관측정을 각각 하나씩 설치하여 각 ...
생물학적 탈질 공정이 지하수 내 질산성 질소를 비용 면에서 가장 효율적으로 제거하는 것으로 나타났다. 하지만, 지금까지 현장에서 직접 질산성 질소를 제거한 경우는 거의 없었으며, 대부분이 실험실이나 pilot 규모의 실험이었다. 이는 현장에서 직접 질산성 질소를 제거하는 것이 구체적이고 많은 현장 특성 데이터를 요구하고, 그 처리효율이 토착 미생물의 대사능력, 오염물질의 농도 등의 여러 가지 인자에 의해 정해지기 때문이다. 그럼에도 불구하고, 현장 적용성이 가능한 공법을 개발하는 것이 무엇보다 중요하다. 본 논문에서는 질산성질소로 오염된 지하수를 토착미생물 증식과 지하수 순환을 이용하여 제거하는 in situ Well-to-Well Circulation Process (WWCP)의 효율성 및 운전방법을 연구하였다. 이 WWCP 실험은 지하수 흐름의 상류 구배에 있는 실험정으로부터 지하수를 양수하여 준비된 실험용액과 혼합하여 하류 구배의 실험정으로 주입하는 방법이다. 하류 구배의 주입정 상하류 구배에 관측정을 각각 하나씩 설치하여 각 용질의 농도를 모니터링 하였다. 주입하는 실험 용액에는 생물학적으로 비활성인 추적자와 활성인 용질 (fumarate와 질산성 질소) 이 용존되어 있어, 미생물에 의해 얼마나 많은 질산성 질소가 시스템 내에서 제거되는지를 알 수 있게 하였다. 또한, 생물학적 탈질 과정에서 나올 수 있는 부산물 (아질산성 질소, 아산화 질소 등) 의 농도를 주기적으로 측정하여 탈질 효과를 증명할 수 있도록 하였고, 분자생물학적 기법을 사용하여 현장에 증식된 미생물의 변화를 알아보았다. DGGE 결과를 통해 실험 후의 지하수 내에 생물학적 탈질이 능력이 있는 미생물 종이 활성화되었음을 알 수 있었고, WWCP를 이용하여 30 mg N/L 의 질산성질소를 지속적으로 90%이상 처리할 수 있었다. 따라서 WWCP를 적용하여 국내에서 가장 흔히 발견되는 질산성질소를 경제적으로 처리 할 수 있으리라 사료된다.
생물학적 탈질 공정이 지하수 내 질산성 질소를 비용 면에서 가장 효율적으로 제거하는 것으로 나타났다. 하지만, 지금까지 현장에서 직접 질산성 질소를 제거한 경우는 거의 없었으며, 대부분이 실험실이나 pilot 규모의 실험이었다. 이는 현장에서 직접 질산성 질소를 제거하는 것이 구체적이고 많은 현장 특성 데이터를 요구하고, 그 처리효율이 토착 미생물의 대사능력, 오염물질의 농도 등의 여러 가지 인자에 의해 정해지기 때문이다. 그럼에도 불구하고, 현장 적용성이 가능한 공법을 개발하는 것이 무엇보다 중요하다. 본 논문에서는 질산성질소로 오염된 지하수를 토착미생물 증식과 지하수 순환을 이용하여 제거하는 in situ Well-to-Well Circulation Process (WWCP)의 효율성 및 운전방법을 연구하였다. 이 WWCP 실험은 지하수 흐름의 상류 구배에 있는 실험정으로부터 지하수를 양수하여 준비된 실험용액과 혼합하여 하류 구배의 실험정으로 주입하는 방법이다. 하류 구배의 주입정 상하류 구배에 관측정을 각각 하나씩 설치하여 각 용질의 농도를 모니터링 하였다. 주입하는 실험 용액에는 생물학적으로 비활성인 추적자와 활성인 용질 (fumarate와 질산성 질소) 이 용존되어 있어, 미생물에 의해 얼마나 많은 질산성 질소가 시스템 내에서 제거되는지를 알 수 있게 하였다. 또한, 생물학적 탈질 과정에서 나올 수 있는 부산물 (아질산성 질소, 아산화 질소 등) 의 농도를 주기적으로 측정하여 탈질 효과를 증명할 수 있도록 하였고, 분자생물학적 기법을 사용하여 현장에 증식된 미생물의 변화를 알아보았다. DGGE 결과를 통해 실험 후의 지하수 내에 생물학적 탈질이 능력이 있는 미생물 종이 활성화되었음을 알 수 있었고, WWCP를 이용하여 30 mg N/L 의 질산성질소를 지속적으로 90%이상 처리할 수 있었다. 따라서 WWCP를 적용하여 국내에서 가장 흔히 발견되는 질산성질소를 경제적으로 처리 할 수 있으리라 사료된다.
In this study carbon source-enhanced (fumarate) in situ biological treatment of stepwise reduction of nitrate to nitrite, nitrous oxide, and molecular nitrogen in a nitrate-contaminated groundwater by adapting an in situ well-to-well circulation process (WWCP) was estimated. Molecular methods to ass...
In this study carbon source-enhanced (fumarate) in situ biological treatment of stepwise reduction of nitrate to nitrite, nitrous oxide, and molecular nitrogen in a nitrate-contaminated groundwater by adapting an in situ well-to-well circulation process (WWCP) was estimated. Molecular methods to assess suspended microbial community dynamic of denitrifying microorganisms and compare the results with the field data obtained was also adapted. The field method consists of the extraction of the groundwater from an extraction well (EW) which is the most up-gradient well, and the controlled injection of a prepared test solution and the groundwater mixture into an aquifer through an injection well (IW). The injected test solution consists of groundwater containing a nonreactive tracer (bromide) and one or more biologically reactive solutes (fumarate and nitrate). PCR amplification of 16S rDNA genes and denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE) were used to monitor changes in the microbial community. A WWCP tracer test and WWCP biodegradation tests were conducted in sequence. The tracer test was conducted to evaluate the mobility of solutes [bromide (a conservative tracer) and nitrate (an electron acceptor)] used in a subsequent test. The breakthrough curves for all solutes of monitoring well 1 (MW1) and monitoring well 2 (MW2) placed up-gradient and down-gradient to IW, respectively, were similar indicating the apparent conservative transport of the solutes. 20-200% denitrification fumarate injection tests (DFIT) where the amounts of fumarate needed to achieve 20-200% denitrification of nitrate injected and complete consumption of background DO of 3 mg/L were added, were conducted in sequence in the WWCP biodegradation tests using a continuous injection method. However, the bioclogging of IW screens occurred and it resulted in overflow of IW, probably due to the excess proliferation of heterotrophs around well screens. To minimize the bioclogging problem, a pulse injection method was adapted. WWCP adapting pulse injection with up-gradient extraction system reduced the level of nitrate concentration (as N) from 30 mg/L to below the detection limit, and maintained the concentration less than 1 mg N/L for nitrate, less than 0.4 mg N/L for nitrite, and nearly zero for nitrous oxide. The ranges of nitrate and nitrite concentration at the down-gradient of the system met the requirements, a maximum contaminant level (MCL) for nitrate (10 mg NO3--N/L) and nitrite (1 mg NO2--N/L) in drinking water set by US Environmental Protection Agency. Before the biostimulation of indigenous microorganisms, the dominant DGGE bands obtained by PCR were affiliated with γ – Proteobacteria consisting of Acinetobacter sp. and Pseudomonas fluorescens. However, as the biological denitrification proceeded, the dominant patterns of DGGE bands changed, and they were affiliated with Azoarcus denitrificans Td-3 and Flavobacterium xanthum. Azoarcus denitrificans Td-3 is known to completely reduce nitrate to nitrogen gas, suggesting that the denitrifying bacteria probably play an important role in in situ complete denitrification of nitrate. Pulse injection WWCP adapting biological denitrification is a useful means for remediating a nitrate-contaminated aquifer.
In this study carbon source-enhanced (fumarate) in situ biological treatment of stepwise reduction of nitrate to nitrite, nitrous oxide, and molecular nitrogen in a nitrate-contaminated groundwater by adapting an in situ well-to-well circulation process (WWCP) was estimated. Molecular methods to assess suspended microbial community dynamic of denitrifying microorganisms and compare the results with the field data obtained was also adapted. The field method consists of the extraction of the groundwater from an extraction well (EW) which is the most up-gradient well, and the controlled injection of a prepared test solution and the groundwater mixture into an aquifer through an injection well (IW). The injected test solution consists of groundwater containing a nonreactive tracer (bromide) and one or more biologically reactive solutes (fumarate and nitrate). PCR amplification of 16S rDNA genes and denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE) were used to monitor changes in the microbial community. A WWCP tracer test and WWCP biodegradation tests were conducted in sequence. The tracer test was conducted to evaluate the mobility of solutes [bromide (a conservative tracer) and nitrate (an electron acceptor)] used in a subsequent test. The breakthrough curves for all solutes of monitoring well 1 (MW1) and monitoring well 2 (MW2) placed up-gradient and down-gradient to IW, respectively, were similar indicating the apparent conservative transport of the solutes. 20-200% denitrification fumarate injection tests (DFIT) where the amounts of fumarate needed to achieve 20-200% denitrification of nitrate injected and complete consumption of background DO of 3 mg/L were added, were conducted in sequence in the WWCP biodegradation tests using a continuous injection method. However, the bioclogging of IW screens occurred and it resulted in overflow of IW, probably due to the excess proliferation of heterotrophs around well screens. To minimize the bioclogging problem, a pulse injection method was adapted. WWCP adapting pulse injection with up-gradient extraction system reduced the level of nitrate concentration (as N) from 30 mg/L to below the detection limit, and maintained the concentration less than 1 mg N/L for nitrate, less than 0.4 mg N/L for nitrite, and nearly zero for nitrous oxide. The ranges of nitrate and nitrite concentration at the down-gradient of the system met the requirements, a maximum contaminant level (MCL) for nitrate (10 mg NO3--N/L) and nitrite (1 mg NO2--N/L) in drinking water set by US Environmental Protection Agency. Before the biostimulation of indigenous microorganisms, the dominant DGGE bands obtained by PCR were affiliated with γ – Proteobacteria consisting of Acinetobacter sp. and Pseudomonas fluorescens. However, as the biological denitrification proceeded, the dominant patterns of DGGE bands changed, and they were affiliated with Azoarcus denitrificans Td-3 and Flavobacterium xanthum. Azoarcus denitrificans Td-3 is known to completely reduce nitrate to nitrogen gas, suggesting that the denitrifying bacteria probably play an important role in in situ complete denitrification of nitrate. Pulse injection WWCP adapting biological denitrification is a useful means for remediating a nitrate-contaminated aquifer.
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