[논문]INT-Dehydrogenase 시험법에서 슬러지 일령이 Cr6+, Zn2+ 및 Cd2+ 독성에 미치는 영향

류홍덕; 이상일; 김종수

doi:10.5338/kjea.2008.27.4.382

INT-Dehydrogenase 시험법에서 슬러지 일령이 Cr6+, Zn2+ 및 Cd2+ 독성에 미치는 영향
Effect of Sludge Age on the Toxicity of Cr6+, Zn2+, and Cd2+ in INT-Dehydrogenase Assay 원문보기

한국환경농학회지 = Korean journal of environmental agriculture, v.27 no.4, 2008년, pp.382 - 388

류홍덕 (충북대학교 공과대학 환경공학과) , 이상일 (충북대학교 공과대학 환경공학과) , 김종수 (선문대학교 공과대학 토목공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

This study was initiated to elucidate the relation between the toxicity of $Cr^{6+}$, $Zn^{2+}$, and $Cd^{2+}$ and sludge age (Solids retention time, SRT). The effect of SRT on the toxicity of $Cr^{6+}$, $Zn^{2+}$, and $Cd^{2+}$ in activated sludge system was investigated with INT-dehydrogenase assay. Experimental results showed that the inhibitory effects of $Cr^{6+}$, $Zn^{2+}$, and $Cd^{2+}$ were reduced as the sludge age increased from SRT 5 d to SRT 25 d. It is noteworthy that the experimental results enabled to determine the relative toxicity of the tested metals depending on the sludge age. At the SRT of 5 and 9 days, the order of toxicity of the three metals to the activated sludge was $Cr^{6+}$ > $Zn^{2+}$ > $Cd^{2+}$ (the $IC_{50}$ value of $Cr^{6+}$, $Zn^{2+}$, and $Cd^{2+}$ was 16.15, 25.90, and 32.49 mg/L, respectively) and $Zn^{2+}$ > $Cr^{6+}$ > $Cd^{2+}$ (the $IC_{50}$ value of $Cr^{6+}$, $Zn^{2+}$, and $Cd^{2+}$ was 39.12, 27.93, and 42.31 mg/L, respectively), respectively. However, the toxicity of three metals was almost same at the SRT of 14 and 25 days (the range of $IC_{50}$ in SRT 14 and 25 days was from 49.80 mg/ L to 53.44 mg/L among three heavy metals). This results would be explained by that the quantity of biopolymer formed in short SRT was small, whereas that in long SRT was large. Consequently, it is recommended that sludge age be maintained at long SRT in order to avoid the toxicity inhibition of heavy metals such as $Cr^{6+}$, $Zn^{2+}$, and $Cd^{2+}$.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 연구에서는 INT-DHA 방법을 통해 5, 9, 14 및 25일의 SRT에 적응된 활성슬러지를 이용하여 슬러지 일령에 따른 여러 중금속(Cr⁶⁺, Zn²⁺ 및 Cd²⁺) 독성에 대한 세부적인 정보 제공을 목적으로 한다.

제안 방법

INT-DHA 시험법을 이용하여 슬러지 일령과 Cr⁶⁺, Zn²⁺ 및 Cd²⁺ 독성의 상관관계에 대해 연구한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
SRT 조정을 위한 활성슬러지 인발은 혐기(anaerobic) 구간이 끝나고 슬러지 침전(settling)이 시작되기 전 구간에서 수행하였으며, 공정 운영에 사용된 유입 축산폐수의 성상은 Table 1과 같다. 본 연구에서 사용된 축산폐수의 중금속 Cr⁶⁺, Zn²⁺ 및 Cd²⁺의 농도가 매우 낮은 것으로 볼 때 각">2). 각 SRT에서 인발된 슬러지는 독성 실험시 슬러지 자체에 함유된 중금속 영향을 최소화하기 위해 증류수로 3차례 수세 한 후 사용하였다.
후)운영시">운영 시 SRT를 보통 30일 미만에서 운영하기 때문이다. 독성 실험을 위한 활성슬러지는 80일 이상을 운전하여 각SBR 공정의 MLSS(mixed liquor suspended solid) 및 MLVSS(mixed liquor volatile suspended solid) 농도가 일정 수준을 유지하였을 때 각 반응조로부터 인발하였다. 이때 SRT 5, 9, 14 및 25일에서의 평균 MLSS 농도는 각각 4581, 6394, 7749 및 8581 mg/L였으며, MLVSS 농도는 3939, 5333, 6310 및 6955 mg/L였다(Fig.
본 실험에서는 SBR 공정 운영 시 SRT를 5, 9, 14 및 25일로 하였으며, 이는 생물학적인 축산폐수 처리 공정 운영 시 SRT를 보통 30일 미만에서 운영하기 때문이다. 독성 실험을 위한 활성슬러지는 80일 이상을 운전하여 각SBR 공정의 MLSS(mixed liquor suspended solid) 및 MLVSS(mixed liquor volatile suspended solid) 농도가 일정 수준을 유지하였을 때 각 슬러지 일령에 따른 중금속 독성 실험을 위해 5 L 부피의 원통형 아크릴 SBR 반응조 3 set를 실험실 규모로 제작하였다. 활성슬러지 배양 시 초기 슬러지 식종은 C시 N면 축산폐수처리장의 활성슬러지를 사용하여 2 L를 식종하였으며 SRT에 따른(SRT 5, 9, 14, 25일) 각 SBR 공정 운영은 2 L의 축산폐수를 일시주입 하여 Fig. 1과 같이 운영하였다. Fig.

대상 데이터

슬러지 일령에 따른 중금속 독성 실험을 위해 5 L 부피의 원통형 아크릴 SBR 반응조 3 set를 실험실 규모로 제작하였다. 활성슬러지 실험에 사용된 중금속으로는 K₂Cr₂O₇(potassium dichromate), ZnCl₂(zinc chloride), CdCl₂(cadmium chloride)을 이용하였으며 Cr⁶⁺, Zn²⁺ 및 Cd²⁺ 농도가 1000 mg/L인 표준용액을 제조하여 이를 희석하여 실험에 사용하였다.

이론/모형

활성슬러지에 대한 중금속 독성을 측정하기 위해 본 연구에서는 INT-DHA 시험법이 사용되었다. INT-DHA 시험법의 구체적인 절차는 Anderson 등¹⁹⁾이 제시한 방법을 따랐으며, 중금속에 의한 활성도 저해 정도(% inhibition)는 아래 식을 이용하여 계산하였다.
활성슬러지에 대한 중금속 독성을 측정하기 위해 본 연구에서는 INT-DHA 시험법이 사용되었다. INT-DHA 시험법의 구체적인 절차는 Anderson 등¹⁹⁾이 제시한 방법을 따랐으며, 중금속에 의한 활성도 저해 정도(% inhibition)는
성능/효과
- 1) Cr⁶⁺, Zn²⁺ 및 Cd²⁺ 모두 SRT가 5일에서 25일로 증가함에 따라 활성슬러지에 대한 독성 저해가 감소하는 것으로 나타났다.
- 2) Cr⁶⁺, Zn²⁺ 및 Cd²⁺의 상대 독성은 SRT에 따라 서로 다른 것으로 나타났다. SRT 5일 및 9일의 비교적 짧은 SRT에서는 Cr⁶⁺>Zn²⁺>Cd²⁺ 및 Zn²⁺>Cr⁶⁺>Cd²⁺ 순으로 중금속 종류별로 독성 차이가 뚜렷한 것으로 나타났으며, 상대적으로 긴 슬러지 일령인 SRT 14일 및 25일에서는 Cr⁶⁺, Zn²⁺ 및 Cd²⁺의 독성도 차이가 거의 나지 않는 것으로 관찰되었다.
- SRT 5일 및 9일의 비교적 짧은 SRT에서는 Cr6+>Zn2+>Cd2+ 및 Zn2+>Cr6+>Cd2+ 순으로 중금속 종류별로 독성 차이가 뚜렷한 것으로 나타났으며, 상대적으로 긴 슬러지 일령인 SRT 14일 및 25일에서는 Cr6+, Zn2+ 및 Cd2+의 독성도 차이가 거의 나지 않는 것으로 관찰되었다.
- SRT 5일과 9일에서는 Cr6+>Zn2+>Cd2+ 및 Zn2+>Cr6+>Cd2+ 순으로 독성이 강한 것으로 나타났으며, SRT 14일과 25일에서는 SRT나 중금속 종류에 따라 독성 차이가 거의 나지 않는것으로 관찰되었다.
- 6에 나타내었다. SRT가 5일에서 25일로 증가함에 따라 세 중금속 모두 활성슬러지에 대한 독성도가 감소(IC₅₀ 값의 증가)하는 것을 관찰할 수 있었으며 그 상관관계가 매우 높음을 알 수 있었다. 이러한 상관관계는 산소 섭취율 시험법을 이용한 Stasinakis 등¹⁴⁾의 연구에서도 비슷하게 도출되었는데 Cr⁶⁺의 경우 SRT가 2.
- 모든 경우에 있어서 독성물질의 농도와 감마값에 로그를 취한 후 그들의 상관관계를 나타내는 1차 회귀선은 95% 신뢰구간(95% confidence intervals)에서 높은 상관도(r2 >0.9)를 보였다.
- 본 연구자의 사전 조사에 따르면 SRT와 중금속 독성과의 관계에 있어 SRT가 증가함에 따라 활성슬러지의 중금속 독성에 대한 저항이 증가한다는 연구결과가 있음에도 불구하고 INT-Dehydrogenase(INT-DHA) 측정법을 통한 평가는 전무한 것으로 판단된다. INT-DHA 측정법은 유기물 분해 과정에서 환원을 촉진시키는 dehydrogenases(DHA) 농도를 측정하는 방법으로 미생물 활성도를 평가하는 방법이다.
후속연구
- 후)축산 폐수의">축산폐수의 성상은 Table 1과 같다. 본 연구에서 사용된 축산폐수의 중금속 Cr⁶⁺, Zn²⁺ 및 Cd²⁺의 농도가 매우 낮은 것으로 볼 때 축산폐수에 함유된 자체 중금속 농도로 인한 독성 실험 오차가 발생하지는 않을 것으로 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	중금속이 고농도로 존재할 경우 미생물의 활성도 저하와 폐수처리장에서 활성슬러지 군집구조 변화 및 활성슬러지 플록을 해체시켜 결과적으로 어떻게 되는가?	중금속이 함유된 폐수를 활성슬러지를 이용하여 처리할 때 중금속이 처리 효율에 악 영향을 미친다는 사실은 많은 연구자들에 의해 기존에 널리 알려져 있다1-3). 중금속이 미량으로 존재할 경우 미생물의 활성도를 증진시킨다는 연구 결과가 여러 논문에서 보고된 바 있지만4-6) 고농도로 존재할 경우 미생물의 활성도 저하와 폐수처리장에서 활성슬러지 군집구조 변화 및 활성슬러지 플록을 해체시켜 결과적으로 생물학적 공정의 처리 효율이 감소하게 된다.7-12).
	중금속이 함유된 폐수를 활성슬러지를 이용하여 처리할 때 어떤 영향을 미친다는 사실은 많은 연구자들에 의해 기존에 널리 알려져있는가?	중금속이 함유된 폐수를 활성슬러지를 이용하여 처리할 때 중금속이 처리 효율에 악 영향을 미친다는 사실은 많은 연구자들에 의해 기존에 널리 알려져 있다1-3). 중금속이 미량으로 존재할 경우 미생물의 활성도를 증진시킨다는 연구 결과가 여러 논문에서 보고된 바 있지만4-6) 고농도로 존재할 경우 미생물의 활성도 저하와 폐수처리장에서 활성슬러지 군집구조 변화 및 활성슬러지 플록을 해체시켜 결과적으로 생물학적 공정의 처리 효율이 감소하게 된다.

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동의어: Packet Collision Rate

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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].

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