초록 ▼

연구개요
층상 멤브레인 생물막 반응기(MSBfR)는 통기성 멤브레인의 표면에 호기성 biofilm을 입히고 그 위에 무산소성/혐기성 biofilm을 순차적으로 형성하도록 설계된 반응기로, 산소는 멤브레인 건너편에서 diffusion을 통해 공급한다. 본 연구에서는 혐기성 하수처리 유출수를 처리 대상 폐수로 하였는데, 먼저 호기성 질산화 biofilm에서 암모니아가 질산화되고 용존메탄도 공동대사로 메탄올로 전환되며, 두 생성물이 층상으로 형성된 탈질 biofilm에서 제거되도록 유도하였다. 뿐만아니라, 유기산, 황화수소등 악취물

연구개요
층상 멤브레인 생물막 반응기(MSBfR)는 통기성 멤브레인의 표면에 호기성 biofilm을 입히고 그 위에 무산소성/혐기성 biofilm을 순차적으로 형성하도록 설계된 반응기로, 산소는 멤브레인 건너편에서 diffusion을 통해 공급한다. 본 연구에서는 혐기성 하수처리 유출수를 처리 대상 폐수로 하였는데, 먼저 호기성 질산화 biofilm에서 암모니아가 질산화되고 용존메탄도 공동대사로 메탄올로 전환되며, 두 생성물이 층상으로 형성된 탈질 biofilm에서 제거되도록 유도하였다. 뿐만아니라, 유기산, 황화수소등 악취물질도 탈질에 의해 제거되며, 질산/아질산이 고갈되면 나머지는 호기적으로 산화되도록 하는 기술이다. 포기가 불필요하므로 메탄, 악취물질의 탈기가 원천방지 된다.

연구 목표대비 연구결과
통기성 막 표면에 순차적으로 AOB, Methanotrophs, Denitrifiers biofilm을 생성시키는데 성공하였고, 단일 반응조에서 2시간의 짧은 체류시간 동안에 암모늄, 용존메탄, COD, H₂S가 동시에 제거되고 있음을 확인하였다.
정량적 목표(수온 20℃ 기준)대비 최종 연구성과(100일 평균, 반응기 온도 20~25℃)는 아래와 같다.
- Ammonium removal efficiency: 89%(유출농도 6.4 mg-N/L)(목표 : > 90%)
- Total nitrogen removal efficiency: 80% (목표 : > 80%)
- Effluent total nitrogen concentration: 11.6 (목표 : 10 mg-N/L)
- Methane removal efficiency: 100%(유출농도 검출한계 이하)(목표 : > 90%)
- Biodegradable COD removal efficiency: 94%(유출농도 3.5 mg/L)
(목표 : > 90%)
- H₂S removal efficiency: 92%(유출농도 1.8 mg/L)(목표 : > 90%)

연구개발결과의 중요성
‘층상’ biofilm이 형성, 유지됨으로써 혐기성 하수처리 유출수를 모사한 합성폐수 중의 다양한 오염물질들을 일거에 제거하는 획기적인 성과를 얻었다. MSBfR과 같은 처리 개념은 전 세계적으로 한 번도 보고된 적이 없으므로 매우 혁신적이며 창의적이다.
실용적 측면에서, 혐기성 하수처리 유출수 처리에서 숙제로 남아있던 암모니아, 용존메탄, 그리고 황화수소, 유기산등 악취물질을 동시처리 할 수 있는 공정의 실용화 기반이 마련되었으므로 ‘energy neutral 하수처리 기술’을 완성하여 수출상품화하는 것이 가능할 것이다. 메탄, 황화수소 등 휘발성물질의 탈기를 원천 방지함으로써 지구온난화 관련 우려, 고질적인 악취민원으로 부터 해방될 수 있게한 것은 의미가 크다. 이 기술은 호기성 반응과 혐기성 반응이 순차적으로 필요한 여타 묽은 폐수(C/N 비가 낮은 하수, 노령화된 매립지 침출수, 4대강 보등 오염 정체수역의 혐기화된 저층수, 오염지하수 등) 처리에 응용 가능하다.
학문적으로도 큰 의미가 있는데, ‘층상 biofilm’의 개념을 수립하고 이를 통기성멤브레인과 결부하여 세계최초로 MSBfR을 창안한 점, AOB에 의한 메탄 공동대사 후 메탄올을 탈질 탄소원으로 쓸 수 있게 한 점 등이다.

(출처 : 요약문 2p)