[논문]폐타이어칩 충진형 바이오 필터에 의한 Trimethylamine 제거

박헌주; 김창균

폐타이어칩 충진형 바이오 필터에 의한 Trimethylamine 제거
Biodeodorization of Trimethylamine by Biofilter Packed with Waste Tire-Chips 원문보기

대한환경공학회지 = Journal of Korean Society of Environmental Engineers, v.30 no.8, 2008년, pp.789 - 797

초록
AI-Helper

본 연구에서는 파쇄된 타이어칩을 담체로 충진한 biofilter를 이용하여 악취의 원인 물질인 trimethylamine(TMA)의 제거특성을 실험하였다. 실험에서 사용된 미생물은 S 수탁폐수 처리업체에서 채취한 활성슬러지를 순응 배양 하였으며, peristatic pump를 이용하여 20일간 바이오필터의 담체에 순환시키면서 접종 하였다. Biofilter의 안정화를 확인한 후 유입 농도와 공간속도를 변화시켜 처리효율을 측정하였으며, 침출수중의 액상 TMA, COD$_{Cr}$, NO$_3{^-}$-N, NO$_2{^-}$-N, NH$_4{^+}$-N, EPS(Extracellular Polymeric Substances)를 측정하여 생물학적인 영향과 처리효율에 대해 평가하였다. TMA의 유입농도를 약 10 ppm의 범위로 고정하고 SV(space velocity)를 120 hr$^{-1}$에서 240 hr$^{-1}$까지 증가시켜 TMA의 제거효율을 검토한 결과 120, 180 hr$^{-1}$에서는 95% 이상, SV 240 hr$^{-1}$에서는 최대 90%, 최소 80%의 제거효율을 얻어 최적 제거 공간 속도는 180 hr$^{-1}$임을 확인 할 수 있었다. 또한, SV를 180 hr$^{-1}$, 유입농도를 5$\sim$55 ppm까지 단계적으로 증가시켜 TMA의 제거효율을 검토한 결과 유입농도 10 ppm까지는 95%, 유입농도 10$\sim$30 ppm에서는 80%의 제거율을 보임을 알 수 있었고, 유입농도 40 ppm 이상에서는 제거효율이 급격히 감소하는 경향을 보여 TMA에 대한 임계 최대 제거 농도는 40 ppm임을 확인 할 수 있었다. Kinetic analysis를 통해 얻은 TMA의 최대 제거 속도($V_m$)와 기질친화상수($K_s$)는 각각 14.3 g$\cdot$m$^{-3}$$\cdot$h$^{-1}$과 0.043 g$\cdot$m$^{-3}$로 나타났으며, 충격부하에 대한 미생물의 순응 기간은 100$\sim$150 hr 정도로 나타났다. 또한, 침출수중의 EPS 농도가 100$\sim$200 ppm의 범위에서 지속적으로 측정되어 반응기내에서 생물막이 지속적으로 생성되어짐을 확인 할 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study was conducted to investigate removal characteristics of gaseous trimethylamine(TMA) through biofilter packed with waste tire-chips. The sludge in this experiment was collected from an activated sludge operated in a wastewater treatment facility treating malodorous pollutants. The nominal amount of collected sludge was inoculated through packing materials in the filter. The removal efficiencies for varying concentrations and SVs(Space velocity) were assessed based on TMA, COD$_{Cr}$, NO$_3{^-}$-N, NO$_2{^-}$-N, NH$_4{^+}$-N and EPS(Extracellular Polymeric Substances) in leachate, since biofilter had been steady-stately operated. The influent concentration of 10 ppm of TMA was removed to approximately 95% regardless of changing SV at 120 and 180 hr$^{-1}$, but it was lowered to 80 to 90% at SV 240 hr$^{-1}$. As influent concentration was gradually increased from 5 to 55 ppm, the removal efficiencies of TMA were initially high for 95% in the range of 5 to 10 ppm, but lowered to 80% for 10 to 30 ppm. As a part of kinetic study for TMA decomposition, V$_m$(maximum substrate removal rate) and $K_s$(substrate infinity coefficient) were 14.3 g$\cdot$m$^{-3}$$\cdot$h$^{-1}$ and 0.043 g$\cdot$m$^{-3}$, respectively while adapted period was shown in the range of 100 to 150 hr. Also, the EPS concentration was consistently observed from the leachate showing 100 to 200 ppm, which indicates that biofilm has been continuously formed and sustained throughout tire-chips packed reactor.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

Biofilter에 대한 TMA의 유입․유출 농도를 모니터링하여 그 순응 여부를 판단하여 TMA의 생물학적 처리가 안정 된 후 본 실험을 개시하고자 하였다. 즉 유입 및 유출 가스에 대한 TMA 농도 변화 그리고 그 제거율을 조사하였으며, 침출수 중의 TMA와 pH 변화를 Fig.
본 연구에서는 미생물의 고정화 시킬 수 있는 담체로서 재활용 타이어칩을 충진한 biofilter를 이용하여 TMA의 제거특성을 평가하였다. 본 연구로부터 도출된 결론은 다음과 같다.
본 연구에서는 폐타이어 칩을 이용하여 미생물막 형성 여재로서의 이용 가능성 및 TMA의 생물학적 처리 효율을 비교 평가 하였다. 한편, 폐타이어칩 함유 물질이 미생물 독성을 나타낼 수 있어 용출 실험을 통해 중금속, TCE, PCE 등의 용출 가능성에 대하여 조사하였으며, biofilter 의 media로서의 활용 가능성을 평가하였다.
현장에서 발생하는 악취 또는 VOCs 물질의 발생농도는 그 범위가 광범위하며, 농도에 따라 biofilter에서의 제거특성은 다르게 나타날 수 있다. 이에 본 연구에서는 기상 TMA 유입농도 변화에 따른 제거특성을 평가하였다. 기상 TMA 에 대한 농도변화 실험은 공간속도 변화 실험에서 최적 제거 조건으로 확인된 공간속도 180 hr^-1을 기준으로, 저농도인 5 ppm에서 55 ppm까지 약 700시간의 운전기간 동안 12시간 간격으로 시료를 채취하여 TMA의 농도증가에 따른 제거 특성을 조사하였다.

제안 방법

Biofilter에 의한 TMA의 안정적인 생물학적 제거능을 확인 한 후 공간속도 변화에 따른 기체상 TMA의 제거 특성을 알아보기 위해 유입 농도를 10 ppm으로 고정하고 공간속도를 120, 180 및 240 hr^-1까지 변화시키면서 TMA 제거 실험을 수행하였다. 그 실험 결과를 Fig.
NO 2- -N와 NO 3- -N의 농도 분석을 위하여 시료를 0.45 µm membrane으로 여과한 후, Ion Chromatography(Waters, USA) 를 이용하여 측정하였다.
TMA 액체 배지의 조성은 trimethylamine 1 g/L, K2 HPO4 2 g/L, K2HPO4 2 g/L, MgCl2 · 6H2O 0.25 g/L, NH4Cl 0.4 g/L, FeSO4 · 7H2O 0.01 g/L, yeast extract 0.2 g/L, trace element stock solution 1 mL를초순수 1 L에 가한 후 침전물을 0.45 µm로 여과하여 950 mL를 제조 하였다.
주입구와 검출기의 온도는 각각 250, 220℃이었다. biofilter 의 상부로 통과되어 배출되는 처리 배가스 중 TMA 농도는 인산 10%로 코팅된 XAD-7(SUPELCO, USA)을 이용하여 10 L까지 배가스를 통과시켜 배출 가스 중 미분해 잔류 TMA가 흡착되도록 하여 분석하였다. 즉, XAD-7에 흡착된 배가스의 탈착은 methanol과 deionized water를 1 : 1로 혼합한 용액 1 mL를 XAD-7 컬럼에 가한 후 컬럼의 유입부 및 유출구를 닫고 30분 동안 교반조(VISION, 200 rpm)에서 교반 후 그 중 0.
한편 초기 배양액 중 10%를 또 다른 배양액에 식종하여 3회반복 배양하였다. 그 후 일정 기간 동안 미생물에 의한 TMA 처리 효율 및 pH 등을 모니터링하면서 TMA에 대한 미 생물 순응도를 평가하였다. TMA 액체 배지의 조성은 trimethylamine 1 g/L, K₂HPO₄ 2 g/L, K₂HPO₄ 2 g/L, MgCl₂ · 6H₂O 0.
이에 본 연구에서는 기상 TMA 유입농도 변화에 따른 제거특성을 평가하였다. 기상 TMA 에 대한 농도변화 실험은 공간속도 변화 실험에서 최적 제거 조건으로 확인된 공간속도 180 hr^-1을 기준으로, 저농도인 5 ppm에서 55 ppm까지 약 700시간의 운전기간 동안 12시간 간격으로 시료를 채취하여 TMA의 농도증가에 따른 제거 특성을 조사하였다. Fig 7은 유입농도 변화에 따른 biofilter 운전기간 동안 유입․유출 농도와 그에 따른 제거율을 나타내었다.
기체상 TMA 농도는 FID가 장착된 가스크로마토그래피(HP 6890N, Hewlett Packard Co., USA)를 이용하여 분석하였고, 이 때 GC column은 DB-1 coulumn(60 m × 0.32 mm × 1.0 mm, Agilent)을 사용하였다.
한편, 폐타이어칩 함유 물질이 미생물 독성을 나타낼 수 있어 용출 실험을 통해 중금속, TCE, PCE 등의 용출 가능성에 대하여 조사하였으며, biofilter 의 media로서의 활용 가능성을 평가하였다. 따라서 biofilter에 의한 최적 처리 속도 및 그 농도를 결정하였으며 수학적 모델인 식 (2)를²⁰⁾ 통하여 TMA 처리능도 비교 검토하였다.
그러므로 biofilter는 장시간 이용시 물리․화학적 특성변화가 없어야 하고, 담체로부터 2차적인 오염물질이 유발되지 않아야 한다. 따라서 본 연구에 사용된 폐타이어칩으로부터 유해물질의 용출 여부를 파악 하기 위하여 폐기물 공정시헙법 상 용출시험법, 미국 EPA 의 EP(Extraction Procedure) 및 TCLP(Toxicity Characteristic Leaching Procedure) 등 세 가지 방법으로 용출 시험을 수행하였다. 이 때 납, 구리, 비소, 수은, 6가 크롬, TCE 및 PCE등 총 7개 항목을 분석하여 그 용출 가능성을 평가 하였다.
또한 무기염 배지(K2HPO4 2 g/L, K2HPO4 2 g/L, MgCl2 · 6H2O 0.25 g/L, NH4Cl 0.4 g/L, FeSO4 · 7H2O 0.01 g/L, trace element stock solution 1 mL)성분을 peristatic pump(CP-7518, HKG)를 이용하여 50 mL/day로 l일 1회 20일 동안 공급하 였으며, 침출수 순환 펌프(CP-7518, HKG)를 이용하여 10 mL/min의 유량으로 연속적으로 순환시켜 주었다.
또한 분당 1 µL까지 유량조절 가능한 syringe pump(500D, ISCO)를 통해 공급된 TMA(30%, JUNSEI) 원액을 compressor를 통해 유입된 공기와 일정비로 혼합하여 일정농도의 기체상 TMA 시료를 조제하여 반응기 내부로 유입시켰다.
이 때 TMA는 약 10 ppm의 기체상태로 반응기의 상부에 설치된 분무 장치를 통해 반응기내로 공급되었다. 미생물의 담체 부착 성장 안정도를 평가하기 위하여 10 ppm의 TMA를 SV(Space Velocity) 60 h^-1으로 반응기내로 공급하면서 약 20일 동안 반응기 내 순환수 및 유출 공기 중 TMA 농도를 모니터링하였다. 또한 분당 1 µL까지 유량조절 가능한 syringe pump(500D, ISCO)를 통해 공급된 TMA(30%, JUNSEI) 원액을 compressor를 통해 유입된 공기와 일정비로 혼합하여 일정농도의 기체상 TMA 시료를 조제하여 반응기 내부로 유입시켰다.
운전 개시 후 15∼20일 동안에는 pH, 기상 TMA 제거율, 침출수 중 TMA 농도가 안정적으로 유지되어, 생물학적 산화에 의한 TMA 제거가 지속적으로 유지 되는 것을 확인 할 수 있었다. 본 연구에서 사용된 폐타 이어칩에 미생물이 부착하기 전과 부착 후의 표면 상태를 비교하기 위하여 SEM 사진을 촬영하였으며 그 결과를 Fig. 3 및 4에 나타내었다.
biofilter는 아크릴 재질로 내경은 8 cm, 높이는 180 cm로 제작되었다. 여재로 일정량의 공기를 공급하기 위하여 compressor(2.5 HP, Sendai)를 이용하여 압축 공기를 생산한 후 pressure regulator(Parker) 및 flow meter(Dwyer) 그리고 syringe pump(500D, ISCO)를 이용하여 적정 유량 으로 조절한 후 반응기로 공급되도록 하였다. 또한 무기염 배지(K₂HPO₄ 2 g/L, K₂HPO₄ 2 g/L, MgCl₂· 6H₂O 0.
유량변화에 따른 TMA 처리 효율 비교 실험은 SV 120∼240 h-1의 범위에서 수행되었으며, SV 변화 실험 후 TMA에 대한 처리 한계 농도를 산정하기 위해 그 농도를 5∼55 ppm까지 변화시키면서 제거실험을 수행하였다.
따라서 본 연구에 사용된 폐타이어칩으로부터 유해물질의 용출 여부를 파악 하기 위하여 폐기물 공정시헙법 상 용출시험법, 미국 EPA 의 EP(Extraction Procedure) 및 TCLP(Toxicity Characteristic Leaching Procedure) 등 세 가지 방법으로 용출 시험을 수행하였다. 이 때 납, 구리, 비소, 수은, 6가 크롬, TCE 및 PCE등 총 7개 항목을 분석하여 그 용출 가능성을 평가 하였다.
또한 분당 1 µL까지 유량조절 가능한 syringe pump(500D, ISCO)를 통해 공급된 TMA(30%, JUNSEI) 원액을 compressor를 통해 유입된 공기와 일정비로 혼합하여 일정농도의 기체상 TMA 시료를 조제하여 반응기 내부로 유입시켰다. 이 때 일정 유량 으로 공급되는 기체상 TMA는 가습기(제작한 것이라 제조사가 없음)를 이용하여 일정한 습도가 유지되도록 하였으며 주입되는 유량은 pressure regulator(Parker)와 flow meter (Dwyer instrument. INC)를 통해 조절 하였다. 이와 같이 TMA에 대한 수분첨가는 TMA가 친수성이므로 수분과 결합하여 반응기로 유입될 경우 체류 시간 및 생물막으로 물질 전달율이 증가되어 생물학적 분해가 촉진되도록 유도하기 위한 것이다.
Biofilter에 미생물을 TMA에 순응시키기 위하여 인천 S 수탁폐수 처리업체의 활성슬러지를 채취하여 상온으로 유지되는 clean bench내에서 300 hr 배양한 후 실험에 이용 하였다(상온 배양). 이와 같이 배양된 3 L의 미생물을 peristaltic pump를 이용하여 20일간 biofilter의 담체에 10 mL/ min의 유량으로 순환시키면서 여재에 부착 성장하도록 하였다. 이 때 TMA는 약 10 ppm의 기체상태로 반응기의 상부에 설치된 분무 장치를 통해 반응기내로 공급되었다.
Biofilter에 대한 TMA의 유입․유출 농도를 모니터링하여 그 순응 여부를 판단하여 TMA의 생물학적 처리가 안정 된 후 본 실험을 개시하고자 하였다. 즉 유입 및 유출 가스에 대한 TMA 농도 변화 그리고 그 제거율을 조사하였으며, 침출수 중의 TMA와 pH 변화를 Fig. 2와 같이 측정하였다. 안정화 관찰 초기에는 TMA제거효율이 70%까지 상승하는 경향을 보였으며 이와 동시에 침출수 중 TMA 농도는 240 ppm까지 증가하는 경향을 보여 기상 TMA가 반응기내에 농축되는 것으로 나타났다.
biofilter 의 상부로 통과되어 배출되는 처리 배가스 중 TMA 농도는 인산 10%로 코팅된 XAD-7(SUPELCO, USA)을 이용하여 10 L까지 배가스를 통과시켜 배출 가스 중 미분해 잔류 TMA가 흡착되도록 하여 분석하였다. 즉, XAD-7에 흡착된 배가스의 탈착은 methanol과 deionized water를 1 : 1로 혼합한 용액 1 mL를 XAD-7 컬럼에 가한 후 컬럼의 유입부 및 유출구를 닫고 30분 동안 교반조(VISION, 200 rpm)에서 교반 후 그 중 0.5 mL를 micropipette(eppendorf)로 제거한 후, 다시 1.0 N NaOH와 methanol을 1 : 4로 혼합한 용액 1 mL를 XAD-7 컬럼에 가하여 통과 여액을 TMA 분석용액으로 하였다. 침출수 중의 NH 4+ -N 및 COD Cr 은 Standard Methods에 준하여 분석하였으며, 수용액상의 TMA 농도는 Murray and Gibson 22) 방법에 의하여 결정되었다.
본 연구에서는 폐타이어 칩을 이용하여 미생물막 형성 여재로서의 이용 가능성 및 TMA의 생물학적 처리 효율을 비교 평가 하였다. 한편, 폐타이어칩 함유 물질이 미생물 독성을 나타낼 수 있어 용출 실험을 통해 중금속, TCE, PCE 등의 용출 가능성에 대하여 조사하였으며, biofilter 의 media로서의 활용 가능성을 평가하였다. 따라서 biofilter에 의한 최적 처리 속도 및 그 농도를 결정하였으며 수학적 모델인 식 (2)를²⁰⁾ 통하여 TMA 처리능도 비교 검토하였다.

대상 데이터

Biofilter에 미생물을 TMA에 순응시키기 위하여 인천 S 수탁폐수 처리업체의 활성슬러지를 채취하여 상온으로 유지되는 clean bench내에서 300 hr 배양한 후 실험에 이용 하였다(상온 배양). 이와 같이 배양된 3 L의 미생물을 peristaltic pump를 이용하여 20일간 biofilter의 담체에 10 mL/ min의 유량으로 순환시키면서 여재에 부착 성장하도록 하였다.
01 g/L, trace element stock solution 1 mL)성분을 peristatic pump(CP-7518, HKG)를 이용하여 50 mL/day로 l일 1회 20일 동안 공급하 였으며, 침출수 순환 펌프(CP-7518, HKG)를 이용하여 10 mL/min의 유량으로 연속적으로 순환시켜 주었다. 본 실험에 사용된 미생물은 인천 소재 수탁폐수처리업체의 활성 슬러지 공정으로부터 채취한 반송슬러지 50 mL를 TMA 액체 배지에 첨가하고 실온에서 30일간 배양하였다. 한편 초기 배양액 중 10%를 또 다른 배양액에 식종하여 3회반복 배양하였다.
충진된 담체 타이어는 BET Surface Area 1.0833 m 2 /g, Single Point Adsorption total pore volume 0.0008 cm 3 /g, BJH(Barret-Joyner-Halenda) 흡착 평균공경 3.1577 nm로조사 되었다.

이론/모형

침출수 중의 NH 4+ -N 및 COD Cr 은 Standard Methods에 준하여 분석하였으며, 수용액상의 TMA 농도는 Murray and Gibson 22) 방법에 의하여 결정되었다. EPS(Extracellular Polymeric Substances)를 정량하기 위하여 Hartee-Lowry method²³⁾ 및 Dubois method²⁴⁾에 따라 UV spectrometer(HP-agilent 8453)를 이용하여 각각 carbohydrate 및 protein 농도를 490 nm 및 650 nm에서 측정하였다. NO 2- -N와 NO 3- -N의 농도 분석을 위하여 시료를 0.

성능/효과

1) KLT, EP 및 TCLP 방법에 의한 타이어칩의 용출 실험 결과 TCE, PCE는 검출되지 않았으며, 중금속의 용출 농도는 기준 이하로 나타났다. 따라서 biofilter 담체로서 장기간 사용 시 중금속의 용출에 대한 환경 위해 우려는 없을 것으로 판단되었다.
2) TMA의 유입농도를 약 10 ppm으로 고정하고 공간속도를 120 hr^-1에서 240 hr^-1까지 증가시켜 TMA의 제거효율을 검토한 결과 120 및 180 hr^-1에서는 95% 이상으로 비교적 높은 제거효율을 보였으나, 처리 속도를 고려하여 최적 제거 공간 속도를 180 hr^-1로 결정하였다. 또한, 공간 속도 변화에 따른 미생물의 순응 기간은 100∼150 hr 범위로 나타났다.
21) Trace element stock solution의조성은 CoCl2 · H2O 250 mg/L, NiCl2 · 6H2O 24 mg/L, CuCl2 · H2O 5 mg/L, MnCl2 · 4H2O 100 mg/L, ZnSO4 · 4H2O 144 mg/L, H3BO3 30 mg/L, NaMoO4 · 2H2O 36 mg/L, Na-EDTA 15.5 mM으로 구성하였다.
3) 공간속도를 180 hr-1로 고정하고 유입농도를 5∼55 ppm까지 단계적으로 증가시키면서 TMA의 제거효율을 검토한 결과 유입농도 10 ppm까지는 95%, 유입농도 10∼ 30 ppm에서는 80% 이상의 제거율을 보였으나, 유입농도 40 ppm 이상에서는 제거효율이 감소하는 경향을 보여 TMA 에 대한 임계 최대 제거 농도는 40 ppm임을 확인 하였다.
4) 폐타이어 칩을 담체로 충진한 biofilter의 Kinetic analysis를 통해 얻은 TMA의 최대 제거 속도(Vm)와 기질친화 상수(KS)는 각각 14.3 g․g · m -3 · h-1과 0.043 g · m -3 이었다.
5) TMA의 분해 산물인 ammonia는 반응기내에서 일부 질산화 되어 질산이온(NO₃^-)으로 산화되는 것을 확인 할수 있었으며, 본 반응기에서 또 다른 악취 유발물질인 ammonia의 제거에 대한 가능성을 확인 할 수 있었다.
6) 미생물 집합체 생성에 관여하는 체외 고분자 물질인 EPS(Extracellular Polymeric Substances)는 침출수 중에 100∼ 200 ppm 범위에서 지속적으로 모니터링되어 반응기내에서 생물막의 형성이 일정하게 유지되고 있음을 확인 할 수 있었다.
CODCr의 경우 공간속도 120 및 180 hr-1에서 그 농도가 650∼976 mg/L범위로 증가와 감소를 반복하는 경향을 보였다.
5에 나타내었다. 공간속도 120 hr^-1에서 실험 개시 후 제거 효율은 점차 증가하여 150시간이 경과한 후 100%에 가까운 제거 효율을 확인 할 수 있었으며, 공간속도 180 hr^-1으로 증가시켰을 경우 초기에는 제거효율이 약간 감소하는 경향을 보였으나 다시 증가하여 공간속도 120 hr^-1일 때와 유사한 수준의 제거효율을 나타내었다. Martin과 Loehr²⁶⁾는 biofilter 의 경우 충격부하, 유입 유량 증가 및 유입농도가 증가하는 경우 미생물이 기질을 대사하기 위한 효소 생성과 분해 경로에 적응하는 순응시간이 필요 하다고 하였다.
공간속도를 120 hr^-1으로 유지시킨 경우 침출수 중 TMA의 농도는 약 180 ppm으로 일정하게 유지되어 그 농도의 축적이 더 이상 증가하지 않고, 기체상 TMA의 생물학적 제거가 정상상태에 도달하였음을 의미하는 것으로 판단되었다. 공간속도를 120 hr^-1에서 180 hr^-1으로 증가시킨 경우 침출수의 TMA 농도가 다소 증가하는 경향을 확인하였으나, 기상 TMA 제거속도(R = SV․ (C₀-C_e))는 675 mg/day으로 안정적으로 유지되었다. 즉, 일시적인 침출수내 TMA 농도 증가는 TMA의 공간속도 증가에 따라 초기에 미생물에 대한 일시적인 충격이 발생되었기 때문으로 판단되었다.
-N의 농도를 모니터링한 결과이다. 공간속도를 120 hr^-1으로 유지시킨 경우 침출수 중 TMA의 농도는 약 180 ppm으로 일정하게 유지되어 그 농도의 축적이 더 이상 증가하지 않고, 기체상 TMA의 생물학적 제거가 정상상태에 도달하였음을 의미하는 것으로 판단되었다. 공간속도를 120 hr^-1에서 180 hr^-1으로 증가시킨 경우 침출수의 TMA 농도가 다소 증가하는 경향을 확인하였으나, 기상 TMA 제거속도(R = SV․ (C₀-C_e))는 675 mg/day으로 안정적으로 유지되었다.
그 농도를 10 ppm으로 증가시킨 경우 5 ppm 의 경우와 마찬가지로 높은 처리 효율을 보여 농도 증가에 따른 미생물의 충격 부하는 관찰되지 않았다. 그 후 유입농도를 40 ppm까지 증가시킨 경우 TMA는 약 80% 이상의 제거효율을 나타내어 여전히 안정적으로 처리되는 것으로 나타났다. 그러나 40 ppm에서 55 ppm까지 그 농도를 점진적으로 증가시킨 결과 제거효율이 비례적으로 감소함을 확인 할 수 있었다.
03 mg/L라고 하여 타이어 칩에서의 구리 용출이 어류에 미치는 독성 영향을 우려하였다. 그러나 pH 2.88 조건에서 용출 실험을 진행하는 TCLP 법의 경우 과잉의 산성 조건으로서 biofilter와 같은 생물학적 실험에서 채택되는 pH 7 조건과는 큰 차이가 있으며 우리나라 폐기물 용출 실험 결과 그 농도가 5.6 ppb로 극히 무시할 정도로 검출되어, 실험 기간 동안 미생물의 생체독성을 나타낼만한 수준의 농도로 용출되지 않을 것으로 판단되었다.
이는 TMA의 분해에 따라 생성되는 디메틸아민 및 모노메틸아민의 농도변화와 미생물에 의한 EPS의 생성 등 매우 복합적인 요인에 의해 발생한 것으로 판단되었다. 그러나 공간속도를 240 hr^-1으로 증가시킨 경우 기상 TMA 농도는 증가하고, 액상 TMA 및 COD_Cr농도가 일정하게 감소하는 경향을 나타내어 기질의 흡수/흡착이 잘 일어나지 않고 있음을 확인할 수 있었다.
안정화 관찰 초기에는 TMA제거효율이 70%까지 상승하는 경향을 보였으며 이와 동시에 침출수 중 TMA 농도는 240 ppm까지 증가하는 경향을 보여 기상 TMA가 반응기내에 농축되는 것으로 나타났다. 그러나 운전개시약 10일 경과 후, 침출수 중의 액상 TMA 농도와 유출 기체상 TMA 농도가 지속적으로 감소하는 경향을 보여 부착미생물에 의한 TMA의 처리가 안정화 되는 것을 확인할 수 있었다. 운전 개시 후 15∼20일 동안에는 pH, 기상 TMA 제거율, 침출수 중 TMA 농도가 안정적으로 유지되어, 생물학적 산화에 의한 TMA 제거가 지속적으로 유지 되는 것을 확인 할 수 있었다.
를 이용한 peat biofilter와 혼합균을 이용한 분말 compost biofilter에서 각각 최대 제거 속도는 20과 26 g · m -3 · h-1으로 본 연구에 비해 높은 것으로 나타났다.
재활용 타이어칩에 대한 용출 시험결과는 Table 1에 나타내었다. 세 가지 방법에 의한 용출 실험 결과 EP 방법의 경우 크롬, TCLP의 경우 납 및 구리 농도가 비교적 높게 검출되었으나, 각각의 용출기준에는 못 미치는 수치로 용출 판정기준에 모두 부합되는 것으로 나타났다. 각실험 방법에 대한 용출농도 중 TCLP의 농도가 높은 것은 용액의 pH가 양이온들의 용해도에 미치는 영향을 고찰하므로서 알 수 있다.
실험 결과 암모니아성 질소는 공간속도 120 및 180 hr-1에서 514∼536 mg/L의 일정한 농도를 유지하였으나, 공간속도를 240 hr-1으로 증가시킨 후 그 농도가 577 mg/L까지 증가하다 449 mg/L 이하로 감소하는 경향을 나타내었다.
2와 같이 측정하였다. 안정화 관찰 초기에는 TMA제거효율이 70%까지 상승하는 경향을 보였으며 이와 동시에 침출수 중 TMA 농도는 240 ppm까지 증가하는 경향을 보여 기상 TMA가 반응기내에 농축되는 것으로 나타났다. 그러나 운전개시약 10일 경과 후, 침출수 중의 액상 TMA 농도와 유출 기체상 TMA 농도가 지속적으로 감소하는 경향을 보여 부착미생물에 의한 TMA의 처리가 안정화 되는 것을 확인할 수 있었다.
운전 개시 후 15∼20일 동안에는 pH, 기상 TMA 제거율, 침출수 중 TMA 농도가 안정적으로 유지되어, 생물학적 산화에 의한 TMA 제거가 지속적으로 유지 되는 것을 확인 할 수 있었다.
-N 농도를 모니터링 한 결과를 요약 정리한 것이다. 유입농도 증가에 따른 침출수 중의 액상 TMA농도는 실험 초기 고농도로 검출되다가 점진적으로 감소하는 경향을 나타내었으나 다시 증가하는 경향을 보였다. 이는 초기 이후 유입 기질에 대한 미생물의 순응에 따라 그 섭취가 증가하여 TMA 농도가 감소하였으나, 지속적인 유입 농도 증가에 따라 미생물에 대한 저해물질이 발생되어 그 농도가 다시 증가한 것으로 판단되었다.
즉 초기의 TMA 제거율 감소는 농도 증가에 따른 일시적인 TMA 부하 증가에 의한 것으로 미생물의 순응 기간으로 판단되며, 제거 효율이 다시 안정적으로 약 95%까지 증가하는 데소요된 시간은 약 100∼150 hr이었다.
이와 같은 이유로 질소 성분의 성상 변화는 질산화에 필요한 산소전달과 직접적인 관련이 있을 것으로 판단된다. 즉, 공간속도 120 hr^-1일 때 산소전달 효율이 낮아 아질산화(nitritation)가 일어 난 것으로 판단되며, 공간속도가 180 및 240 hr^-1으로 증가하면서 산소의 전달효율이 증가하여 아질산화보다는 질산화(nitrification)가 보다 효과적으로 일어난 것으로 판단된다.
이와 같이 공간속도가 증가함에 따라 제거효율이 감소하는 이유는 유입유량이 증가함에 따라 미생물과 기상 TMA간의 접촉시간이 짧아지는 동시에 그 농도가 증가해 TMA가 충분히 분해되지 못하기 때문인 것으로 판단되었다. 즉, 공간속도 180 hr^-1까지 95% 이상의 TMA 제거효율을 나타냄으로서 최적 제거 공간속도는 180 hr^-1임을 확인 할 수 있었다.
즉, 공간속도 변화 실험 초기에 높은 농도로 측정되던 EPS 농도는 점차 감소되어 240 hr-1의 경우라도 그 농도는 150∼200 mg/L 범위로 유지되었으나, TMA 농도가 30 ppm이상 증가한 경우 그 농도가 더 낮은 100∼150 mg/L 범위로 감소하였으며, 특히 protein의 농도가 95.5 mg/L까지 현저하게 낮아졌다.
한편, 아질산성 질소의 경우 초기 농도가 10 mg N/L로 측정된 후 점차 감소하여 공간속도 180 hr^-1에서는 침출수 중 아질산성 질소 성분이 더 이상 검출되지 않았다. 질산성 질소의 경우 공간속도가 증가할수록 그 농도가 전반적으로 증가하는 경향을 확인 할 수 있었다. Turk 및 Mavinic²⁷⁾은 시스템내 아질산성 질소의 축적 원인 인자로 DO 농도가 큰 영향을 미친다고 보고하였으며, 이는 ammoniaoxidizing이 nitrite-oxidizing에 비해 산소에 대한 친화력이 크기 때문에 산소에 대한 기질 경쟁에서 nitrite-oxidizing 의 활성이 저해되기 때문이라고 하였다.
Anthonisen 등³²⁾에 따르면 pH가증가할 경우 Free ammonia(FA)농도는 AOB(Ammonia-Oxidizing Bacteria)의 활성에는 저해작용이 거의 없다고 하였 으므로 pH의 증가보다는 TMA의 농도 증가에 의하여 AOB 의 활성이 감소된 것으로 판단되었다. 한편, 운전시간 528 hr 이후 질산성 질소 및 암모니아성 질소 농도는 감소하는 경향을 보였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	트리메틸아민은 어떤 물질인가?	즉 기체상 오염물 질은 필터층 표면에 형성된 액상에 흡수 또는 흡착되며 충분한 체류시간을 거치면서 필터층에 부착성장하고 있는 미생물에 의해 산화 분해된다.12) 유기질소계 물질인 트리메틸아민(TMA: (CH3)3N)은 대기 중 낮은 농도에서도 심한 불쾌감을 느끼게 하는 대표적인 악취 유발물질이다. 뿐만 아니라 RNA, DNA의 변형을 일으킬 잠재성을 가지고 있으며, 발암성물질로 알려져 있다.13) 트리메틸아민은 생선 가공 공장, 하수처리장, 매립지, 가축 사육시설 등의 다양한 생활환경과 산업시설 등으로부터 발생된다고 알려져 있으며,14∼16) 몇몇 연구에 의하면 Paracoccus sp.
	오염원으로부터 방출되는 배기가스가 biofilter를 통과하게 되면 무엇에 의해 오염물질이 동시에 제거되는가?	11) 미국에서는 1990년대에 이르러 biofilter에 대한 연구가 활발히 진행되어 현장적용․실용화 단계에 도달했으며, 단순히 악취제어를 위한 시스템뿐만 아니라 각종 산업시설에서 발생되는 악취 및 VOCs를 처리하기 위하여 공동으로 이용되고 있는 실정이다. Biofilter의 생물학적 처리시스템의 경우 오염원으로부터 방출되는 배기가스가 biofilter를 통과하게 되면, 흡수/흡착과 생물학적 산화의 두 가지 기본 제거 기작에 의하여 오염물질이 동시에 제거된다. 즉 기체상 오염물 질은 필터층 표면에 형성된 액상에 흡수 또는 흡착되며 충분한 체류시간을 거치면서 필터층에 부착성장하고 있는 미생물에 의해 산화 분해된다.
	미생물의 고정화 시킬 수 있는 담체로서 재활용 타이어칩을 충진한 biofilter를 이용하여 TMA의 제거특성을 평가하여 도출된 결론은 무엇인가?	1) KLT, EP 및 TCLP 방법에 의한 타이어칩의 용출 실험 결과 TCE, PCE는 검출되지 않았으며, 중금속의 용출 농도는 기준 이하로 나타났다. 따라서 biofilter 담체로서 장기간 사용 시 중금속의 용출에 대한 환경 위해 우려는 없을 것으로 판단되었다. 2) TMA의 유입농도를 약 10 ppm으로 고정하고 공간속도를 120 hr-1에서 240 hr-1까지 증가시켜 TMA의 제거효율을 검토한 결과 120 및 180 hr-1에서는 95% 이상으로 비교적 높은 제거효율을 보였으나, 처리 속도를 고려하여 최적 제거 공간 속도를 180 hr-1로 결정하였다. 또한, 공간 속도 변화에 따른 미생물의 순응 기간은 100∼150 hr 범위로 나타났다. 3) 공간속도를 180 hr-1로 고정하고 유입농도를 5∼55 ppm까지 단계적으로 증가시키면서 TMA의 제거효율을 검토한 결과 유입농도 10 ppm까지는 95%, 유입농도 10∼ 30 ppm에서는 80% 이상의 제거율을 보였으나, 유입농도 40 ppm 이상에서는 제거효율이 감소하는 경향을 보여 TMA 에 대한 임계 최대 제거 농도는 40 ppm임을 확인 하였다. 4) 폐타이어 칩을 담체로 충진한 biofilter의 Kinetic analysis를 통해 얻은 TMA의 최대 제거 속도(Vm)와 기질친화 상수(KS)는 각각 14.3 g․g · m -3 · h-1과 0.043 g · m -3 이었다. 5) TMA의 분해 산물인 ammonia는 반응기내에서 일부 질산화 되어 질산이온(NO3-)으로 산화되는 것을 확인 할수 있었으며, 본 반응기에서 또 다른 악취 유발물질인 ammonia의 제거에 대한 가능성을 확인 할 수 있었다. 6) 미생물 집합체 생성에 관여하는 체외 고분자 물질인 EPS(Extracellular Polymeric Substances)는 침출수 중에 100∼ 200 ppm 범위에서 지속적으로 모니터링되어 반응기내에서 생물막의 형성이 일정하게 유지되고 있음을 확인 할 수 있었다.

참고문헌 (32)

Adams, B., 'Dioxin emissions from a MSWI related to memory effects in a 2-stage wet scrubber,' Atmospheric levels of PCDD/PCDF during the Test Phase of a municipal solid waste incinerator in Portugal, Monterey, Federal Environmental Agency, 178-181(2000)
Everaert, K. and Baeyens J., 'Catalytic combustion of volatile organic compounds,' J. Harzard. Mater., 109(1-3), 113-139(2004)

상세보기
Debasish, D., Vivekanand G., and Nishith, V., 'Removal of volatile organic compound by activated carbon fiber,' Carbon, 42(14), 2949-2962(2004)

상세보기
Devinny, J. S., Deshusses, M. A., and Webster, T. S., 'Biofilteration For Air Pollution Control,' Lewis Publishers, New York, 5-50(1999)
Leson, G. and Winer, A. M., 'Biofiltration: an innovative air pollution control technology for VOC emissions,' J. Air Waste Manage. Assoc., 41(8), 1045-1054(1991)

상세보기
Kennes, C. and Thalasso, F., 'Waste gas biotreatment technology,' J. Chem. Biotechnol., 72(4), 303-319(1998)

상세보기
Kim, S. G., Bae, H. S., and Lee, S. T., 'A novel denitrifying bacterial isolate that degrades trimethylamine both aerobically and anaerobically via two different pathways,' Arch. Microbiol., 176(4), 271-277(2001)

상세보기
Park D., Lee D. S., Joung J. Y., and Park J. M., 'Comparison of different bioreactor systems for indirect $H_2S$ removal using iron-oxidizing bacteria,' Process Biochem., 40(3-4), 1461-1467(2005)

상세보기
Burgess, J. E., Parsons, S. A., and Stuetz, R. M., 'Development in odour control and waste gas treatment biotechnology: a review,' Biotechnol Adv., 19(1), 35-63 (2001)

상세보기
Elias, A., Barona, A., Arreguy, A., Rios, J., Aranguiz, I., and Penas, J., 'Evaluation of a packing material for the biodegradation of $H_2S$ and product analysis,' Process Biochem., 37(8), 813-820(2002)

상세보기
Kennes, C. and Veiga, M. C., Bioreactors for Waste Gas Treatment, Kluwer Academic Publisher, Dordrecht/Boston/London, 47-162(2001)
Ha, T. W. and Choi, S. J., 'Biofilter technology for odor and VOCs elimination,' J. Environ. Sci., 14(1), 14-23 (2000)
Coccia, S. P. and Saimona, M., 'Liver DNA alkylation after a single carcinogenic dose of dimethylnitrosamine to newborn and adult CFW Swiss mice,' Chemical and Biological Interactions, 68(3-4), 259-271(1988)

상세보기
Sandberg, M. and Ahring, B. K. 'Anaerobic treatment of fish meal process waste-water in a UASB reactor at high pH,' Appl. Microbiol. Biotechnol., 36(6), 800-804 (1992)

상세보기
Leson, G. and Winer, A. M., 'Biofiltration: an innovative air pollution control technology for VOC emissions,' J. Air Waste Manage. Assoc., 41(8), 1045-1054(1991)

상세보기
Cao, N. J. and Du, J. X., 'Production of fumaric acid by immobilized Rhizopus using rotary biofilm contactor,' Appl. Biochem. Biotechnol., 63, 387-394(1997)

상세보기
Colby, J. and Zatman, L. J., 'Trimethylamine metabolism in obligate facultative methylotrophs,' Biochem. J., 132(1), 101-112(1973)

상세보기
Lobo, N., Rebelo, A., Partidario, P. J., and Roseiro, J. C., 'A bubble column continuous fermentation system for trimethylamine conversion by Aminobacter aminovorans,' Enzyme Microb. Technol., 21(3), 191-195(1997)

상세보기
Anthony, C., 'The biochemistry of methylotrophic microorganisms,' Sci. Prog. Oxf., 62(246), 167-206(1975)
Delhomenie, M. C., Bibeau, L., Bredin, N., and Roy, S., Broussau, S., Brzezinski, R., Kugelmass, J. K., and Heitz, M., 'Biofilteration of air contaminated with toluene on a compost-based bed,' Adv, Environ. Res., 6(3), 239-254(2004)

상세보기
김성건, 이성택, '분변토 biofilter를 이용한 trimethylamine의 제거,' 폐기물 자원화, 4(2), 71-75(1996)

원문보기 상세보기
Murray, C. K. and Gibson, D. M., 'An investigation of the method of determining trimethylamine in muscle extracts by the formation of its picrate salt-part,' Food Technol., 7(1), 35-46(1972)
Lowery, O. H., Roserbrough, N. J., Farr, A. L., and Randall, R. J., 'Protein measurement with folin-phenol regent,' J. Biol. Chem., 193(2), 265-275(1951)
Michel D., Gilles, K. A., Hamilton, J. K., Rebers, P. A., and Fered, S., 'Colorimetric method for determination of sugars and related substances,' Anal. Chem., 28(3) 350-356(1956)

상세보기
Park, J. S. and Kim, H. G., 'Bioassays on marine organisms III. Acute toxicity test of mercury, coper cadmium and to Yellowtail, Seriola quinqueradianta and Rock bream, Oplegnathus fasciatus,' Bull. Korean. Fish. Soc., 12(2), 119-123(1979)

원문보기 상세보기
Martin, G. T. and Loehr, R. C., 'Effect of periods of non-use on biofilter performance,' J. Air Waste Manage. Assoc., 46(6), 539-546(1996)

상세보기
Turk, O. and Mavinic, D. S. 'Stability of nitrite buildup in an activated sludge system,' J. Water Pollut. Control Fed., 61(8), 1440-1448(1989)
BiofilmsONLINE.com(an initiative of Montana of State University？Center for Biofilm Engineering), http://www.biofilmsonline.com(2007)
Zilli, M., Daffonchio, D., Felice, R. D., Gordani, M., and Converti, A., 'Treatment of benzene-contaminated airstreams in laboratoryscale biofilters packed with raw and sieved sugarcane with peat,' Biodegradation, 15(2), 87-96(2004)

상세보기
Zilli, M., Guarino, C., Daffonchio, D., Borin, D., and Converti, A., 'Laboratory scale experiments with a powdered compost biofilter treating benzene polluted air,' Process Biochem., 40(6), 2035-2045(2005)

상세보기
Park, J. K. and Jhung. J. K., 'Removal of volatile organic compounds emitted during wastewater treatment by ground tires,' Annual Conference & Exposition-WEF, 66(10), 389-398(1993)
Anthonisen, A. C., Loehr, R. C., Prakasam, T. B. S., and Srinath, E. G., 'Inhibition of nitrification by ammonia and nitrous acid,' J. Water Pollut. Control Fed., 48(5), 835-852(1976)

상세보기

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증