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UV 전처리 유무에 따른 입상활성탄의 세균 생체량 및 군집 구조 비교
Comparison of Bacterial Biomass and Community of Granular Activated Carbon with or without UV Pre-treatment Process 원문보기

한국콘텐츠학회논문지 = The Journal of the Korea Contents Association, v.17 no.12, 2017년, pp.64 - 76  

임재원 (연세대학교 보건과학대학 임상병리학과) ,  김서용 (연세대학교 보건과학대학 임상병리학과) ,  김정용 (연세대학교 보건과학대학 임상병리학과) ,  김태우 (연세대학교 보건과학대학 임상병리학과)

초록
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생물활성탄 공정은 수처리 과정에서 유기 오염물질을 효과적으로 제거하는 것으로 알려져 있으며, 활성탄에 부착된 세균의 생체량과 종은 오염물질 제거 과정에서 중요한 역할을 한다. 본 연구에서는 입상활성탄 공정에서 활성탄조의 깊이와 가동 기간에 따른 세균 생체량의 변화에 대해 확인해 보았다. 또한 입상활성탄공정 전단에 자외선 (UV) 공정 전처리를 하였을 때 세균 생체량의 변화를 확인하였다. 결과를 살펴보면 활성탄조의 깊이가 깊어질수록 세균 생체량이 감소하는 것을 확인하였다. 그리고 UV 공정 전처리를 한 경우, 공정 기간이 증가할수록 세균 생체량이 감소하는 것을 확인하였다. 그러나, UV 공정 전처리를 하지 않은 경우에는 공정 기간에 따른 세균 생체량의 변화가 나타나지 않았다. 본 연구 결과를 토대로 수처리 실공정에서 생물활성탄 공정 관리에 대한 유용한 정보를 제공할 것이라 여겨진다.

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Biolgical activated carbon (BAC) processes are known to effectively remove organic pollutants in raw water, and biomass and attached bacterial species play an important role in removing process. In the present study, changes of bacterial biomass in granular activated carbon (GAC) process according t...

주제어

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AI 본문요약
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문제 정의

  • 먼저 입상활성탄 공정의 지속적인 가동에 의해 실제로 세균의 흡착에 의한 생물활성탄이 형성되는지 확인하기 위해 주사 전자현미경 (scanning electron microscope, SEM)을 이용해 세균 흡착 여부를 확인 하였다. 그리고 입상활성탄이 있는 활성탄조에서 깊이에 따른 세균 군집의 거동에 어떠한 차이가 있는지 확인을 하였다. 동시에 입상활성탄 공정 가동 기간에 따른 세균 군집의 거동의 변화도 확인함으로써 활성탄조에서 생물활성탄 형성의 조건에 대한 기초적인 정보를 제공하고자 하였다.
  • 동시에 입상활성탄 공정 가동 기간에 따른 세균 군집의 거동의 변화도 확인함으로써 활성탄조에서 생물활성탄 형성의 조건에 대한 기초적인 정보를 제공하고자 하였다. 더불어 세균의 생존 및 증식과 관련성이 높은 자외선 (ultra violet, UV) 공정과의 연계성에 대한 연구도 진행하였다. 자외선은 세균 등의 미생물에 노출이 되는 경우 세균의 증식과 생물학적 활성을 감소시키는 것으로 알려져 있다[19].
  • 그리고 입상활성탄이 있는 활성탄조에서 깊이에 따른 세균 군집의 거동에 어떠한 차이가 있는지 확인을 하였다. 동시에 입상활성탄 공정 가동 기간에 따른 세균 군집의 거동의 변화도 확인함으로써 활성탄조에서 생물활성탄 형성의 조건에 대한 기초적인 정보를 제공하고자 하였다. 더불어 세균의 생존 및 증식과 관련성이 높은 자외선 (ultra violet, UV) 공정과의 연계성에 대한 연구도 진행하였다.
  • 입상활성탄 내 세균 군집의 형성은 빛의 통과 유무, 처리수의 수온, 기질의 양 등의 외부 환경에 따른 영향을 받아 세균의 구성종 및 생체량에 많은 차이를 유발하여 입상활성탄 공정의 효율에 많은 영향을 미친다고 알려져 있다[18][24]. 따라서 본 실험에서는 가동 후 2개월 된 입상활성탄을 대상으로 활성탄조 깊이에 따라 세균의 생체량에 어떠한 차이가 나타나는지 확인해 보았다. 먼저 활성탄 공정 이전에 UV로 전처리를 한 경우 50 cm 깊이에서 3.
  • 우리나라의 경우 이취미 물질인 geosmin 및 2-MIB에 대한 대응 방안으로 여러 정수처리시설에서 고도정수처리 공정으로 입상활성탄 공정 및 생물활성탄 공정을 이용하고 있으며 이와 관련한 연구가 활발하게 이루어지고 있는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 G 정수장내 설치된 파일럿 형태 (pilot-scale)의 고도정수처리설비를 대상으로 활성탄조 가동 조건에 따른 세균 군집의 변화에 대한 실험을 진행하였다. 먼저 입상활성탄 공정의 지속적인 가동에 의해 실제로 세균의 흡착에 의한 생물활성탄이 형성되는지 확인하기 위해 주사 전자현미경 (scanning electron microscope, SEM)을 이용해 세균 흡착 여부를 확인 하였다.
  • 자외선은 세균 등의 미생물에 노출이 되는 경우 세균의 증식과 생물학적 활성을 감소시키는 것으로 알려져 있다[19]. 따라서 본 연구에서는 입상활성탄 공정과 UV 공정 등의 타 공정과의 연계 시 세균의 생체량 및 종의 구성에 어떠한 변화가 발생하는지를 확인함으로써 UV 공정과 입상활성탄 공정의 연계에 의해 발생되는 생물활성탄 공정 효율성의 변화에 대한 정보를 제공하고자 하였다. 이러한 연구를 바탕으로 하여 입상활성탄 및 생물활성탄 공정이 적용된 수질 맞춤형 고도정수처리공정 개발에 기초적인 자료를 제공하고자 한다.
  • 활성탄 공정에서 입상활성탄에서 생물활성탄으로 가는 단계는 매우 중요하며 물리적인 흡착제거 과정과 세균에 의한 생물학적 분해 과정은 이취미 물질 등의 제거에 매우 효과적인 것으로 알려져 있다[25]. 따라서 본 연구에서는 활성탄 공정의 효율적인 운영을 위한 기초 정보를 제공하기 위한 실험을 진행하였다. 더불어 실제 정수처리 공정에서 세균을 포함하는 수계 내 미생물 제어와 밀접한 관련이 있는 UV 공정전처리 여부에 따른 생물활성탄 내 미생물의 거동의 변화도 확인하였다.
  • 이 과정에서 입성활성탄에는 유입수 내 잔존하는 일부 세균이 활성탄 내 세공 (micro-pore)에 증식을 하게 되면서 생물막 (biofilm)을 형성하게 되고 이러한 과정에서 생물활성탄화 되어 지속적으로 유기 물질들의 제거에 기여하게 된다[14][23]. 본 실험에서는 생물활성탄 내 미생물 군집의 형성 여부를 확인하기 위하여 활성탄 공정 가동 후 2개월 된 입상활성탄을 채취하여 주사 전자 현미경 (SEM) 분석을 시행하였다. SEM분석 결과, 입상활성탄 내 흡착된 세균의 형태학적인 모습을 관찰할 수 있었다.
  • 본 연구에서는 국내 G 정수장 내 설치된 고도정수처리 모형플랜트 연구시설을 이용하여 입상활성탄 공정에서 세균의 거동이 어떻게 변화하는지 확인함으로써 수처리 공정의 설계에 유용한 지표를 제공하고자 하였다. 활성탄 공정에서 활성탄조의 깊이에 따른 세균 군집량의 변화는 활성탄 공정 설계 시 활성탄조의 깊이가 고려되어야 함을 보여주었다.
  • 또한 급속한 사업화와 범세계적인 기후 변화 현상은 상수원에 대한 안정성에 대한 연구와 정수처리 공정의 변화 및 개선과 관련한 연구에 대한필요성을 불러일으켰다. 본 연구에서는 기존의 재래식정수처리 공정으로는 제거하기가 힘든 이취미 물질 등의 물질을 제거하기 위한 고도정수처리 공정 중 하나인 입상활성탄 공정 및 생물활성탄 공정에 관하여 실험을 진행하였다. 활성탄 공정에서 입상활성탄에서 생물활성탄으로 가는 단계는 매우 중요하며 물리적인 흡착제거 과정과 세균에 의한 생물학적 분해 과정은 이취미 물질 등의 제거에 매우 효과적인 것으로 알려져 있다[25].
  • 따라서 본 연구에서는 입상활성탄 공정과 UV 공정 등의 타 공정과의 연계 시 세균의 생체량 및 종의 구성에 어떠한 변화가 발생하는지를 확인함으로써 UV 공정과 입상활성탄 공정의 연계에 의해 발생되는 생물활성탄 공정 효율성의 변화에 대한 정보를 제공하고자 하였다. 이러한 연구를 바탕으로 하여 입상활성탄 및 생물활성탄 공정이 적용된 수질 맞춤형 고도정수처리공정 개발에 기초적인 자료를 제공하고자 한다.
  • 입상활성탄 내 세균의 군집 분포에서 어떠한 우점종 세균이 군집을 형성하는지 확인하고 입상활성탄의 운용 기간에 따라 우점종 세균의 군집량이 어떻게 변화하는지 확인하기 위하여 실험을 진행하였다. 우점종 세균의 종별 분석을 위해 genomic DNA를 분리한 뒤 16srRNA gene을 PCR 기법을 이용하여 증폭시켰다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
고도정수처리 공정이란 무엇인가? 변화한 수질 환경과 사용자의 요구도에 발 맞추어 새로운 수처리 기술을 도입한 정수처리 공정을 고도정수처리 공정 (advanced water treatment processing) 이라고 한다. 고도정수처리 공정은 기존의 급속여과 공정시스템의 추가 전단계 처리공정으로 오존처리 (ozone(O3) treatment) 공정이나 분말활성탄처리 (powdered activated carbon, PAC) 공정 등을 설치하거나 또는 후단계 처리공정으로 입상활성탄 (granular activated carbon, GAC) 공정 또는 정밀 막여과 (microfiltration) 공정을 추가 설치하여 기존의 정수처리 공정을 보완하는 방법들이 제안되었다[2][9][10].
트리할로메탄의 형성 원인은 무엇인가? 그러나 이러한 노력에도 불구하고 각종 수질오염 사고가 빈번하게 발생하면서 수돗물에 대한 신뢰가 흔들리고 또한 양질의 수돗물에 대한 관심 또한 증폭되고 있는 실정이다. 실제로 염소 처리 과정에서 유기물과 반응하여 형성되는 트리할로메탄 (trihalomethanes,THMs) 등의 의한 2차 수질 오염 문제, 환경 오염과 상수도 취수원의 부영양화에 따른 Oscillatoria sp., Anabaena sp.
입상활성탄 공정의 장점은 무엇인가? 고도정수처리 공정 중 하나인 입상활성탄 공정은 활성탄 다공성에 의해 수중의 각종 유해물질이 흡착 제거가 된다. 따라서 기존의 정수처리 공정으로는 잘 제거가 되지 않는 용해성유기물이나 미량 유기 화합물, 소독 부산물 등의 제거에 매우 효과적인 것으로 알려져 있다. 특히 최근에 문제가 되고 있는 이취미 물질 중 하나인 geosmin이나 2-MIB 등의 제거에 효과적이며 그 외에도 TOC (total organic carbon) 및 DOC (dissolved organic carbon)의 제거에도 많이 이용되고 있다[11][12].
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참고문헌 (34)

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  34. R. M. Niemi, I. Heislanen, R. Heine, and J. Rapala, "Previously uncultured ${\beta}$ -proteobacteria dominate in biologically active granular activated carbon (BAC) filters," Water Res., Vol.43, pp.5075-5086, 2009. 

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