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고온 혐기소화 접종물 제작 방법에 따른 메탄 발생 및 미생물 군집 변화
신진경 ( Jingyeong Shin ),장현민 ( Hyun Min Jang ),최상기 ( Sangki Choi ),김영모 ( Young Mo Kim ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2018 한국폐기물자원순환학회 춘계학술발표논문집 Vol.2018 No.-
하수처리과정에서 발생하는 슬러지의 부피를 줄이는 동시에 이들의 유기물 성분을 메탄 등의 바이오가스로 전환하기 위해 중온(35℃)에서의 혐기소화 공정이 널리 적용되고 있다. 혐기소화공정의 안정성이나 에너지 투입량 측면에서는 중온혐기소화가 적합하다고 알려져 있지만, 높은 유기물 부하량(organic loading rate, OLR)을 처리하기 위해 반응속도를 상승시키거나 SRT(sludge retention time)을 줄이기 위해 고온(55℃) 혐기소화를 적용하기도 한다. 고온 혐기소화공정을 새롭게 시작할 때 접종물을 기존의 고온 혐기소화공정으로부터 얻기 힘든 경우 중온혐 기소화액을 고온에서 적응시켜 접종하기도 한다. 이때 온도를 적응시키는 방법에 따라 공정 효율이 달라지는데, 연구에서는 중온혐기소화액으로부터 고온 혐기소화 접종물을 제작하기 위한 방법으로 온도를 올리는 방법을 달리하였을 때 이들의 메탄 생산과 미생물 군집에 미치는 영향을 살펴보고자 하였다. 본 연구수행을 위해 광주 제 1 하수처리장에서 중온혐기소화액, 1, 2차 농축 슬러지 등을 샘플링 하여 두 대의 반응기(Working volume : 3L)를 설치하여 회분식(Batch)운전 후 연속교반탱크형반응기(CSTR)로 운전(SRT 20, 40일)하였다. 먼저 한 대의 반응기는 35℃에서 55℃로 한 번에 온도변화를 주었고, 다른 반응기의 경우에는 35℃에서 하루에 1도씩 올려서 약 20일에 걸쳐 55℃로 올린 뒤 55℃로 유지하였다. 반응기의 효율을 확인하기 위해 메탄 발생량, total solids (TS), volatile solids (VS), total chemical oxygen demand (tCOD), soluble chemical oxygen demand (sCOD), soluble components (protein, carbohydrate), pH 등을 측정하였으며, NGS (next generation sequencing)를 활용하여 혐기소화 전/후의 소화액의 미생물 군집변화를 알아보았다.
하수처리장에서 발생하는 아산화질소 및 이들에 미치는 영향인자 파악
양민석 ( Minseok Yang ),최상기 ( Sangki Choi ),신진경 ( Jingyeong Shin ),김영모 ( Young Mo Kim ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2019 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2019 No.-
하수처리장에서 발생하는 대표적인 온실가스로는 이산화탄소, 메탄, 아산화질소가 있다. 이중 아산화질소 (N<sub>2</sub>O)는 온난화 지수가 다른 온실가스에 비해 상당히 높음에도 불구하고 다른 온실가스에 비해 주목을 덜 받아왔다. 특히 이들은 일반적으로 무산소조 내 탈질과정에서의 중간산물로 주로 발생한다고 알려져 왔으나, 최근 연구들은 호기조 내 질산화 과정에서 용존산소 부족에 의한 질산화 미생물의 탈질 대사과정으로 인한 부산물 형태로 발생 또는 활발한 질산화 활동에 의한 아질산염 등의 부산물 발생에 의한 저해로 탈질조에서 보다 더 고농도로 발생한다고 알려져 있다. 본 연구는 이를 확인하고자 전남, 광주 지역에 위치한 다양한 규모, 형태의 8곳 하수처리장을 선정하여 1년간 실제 현장에서 탈질조와 호기조에서 N<sub>2</sub>O가스 발생이 어떻게 차이가 나는지 모니터링 하였다. 이와 더불어 분석한 주요 오염물질 농도, 공정변수 중 어떤 특정 인자가 N<sub>2</sub>O 발생량에 주요 영향을 미쳤는지 살피기 위해 데이터 세트를 구축 후 인공신경망(ANN, artificial neural networks)에 기반을 두고 모델링을 수행하였다. 1년간 N<sub>2</sub>O 발생 정도를 각 하수처리장별로 살펴본 결과 매립지 침출수를 처리하는 하수처리장에서 소규모이지만 호기조에서 약 500 ppmV이상 고농도로 발생되고 있었으며, 지하에서 폐수가 발생되다보니 계절에 따른 온도에 영향을 덜 받고 발생하는 오염물질 부하량도 거의 일정하여 N<sub>2</sub>O 농도는 거의 일정하였다. 그 밖에 하수처리장에서는 계절에 따라 N<sub>2</sub>O 발생이 상이하게 나타났으나 계절 변화에 따른 온도변화의 영향인지 수질변화에 따른 영향인지는 명확하게 드러나 보이지 않았다. 이를 통계학적으로 살펴본 결과 질산화 미생물 중 암모니아 산화 미생물 활성도 변화에 따라 N<sub>2</sub>O 변화가 가장 민감하게 반응하는 것을 확인할 수 있었으며, 그 다음으로 아질산염(NO<sub>2</sub><sup>-</sup>) 농도변화, 암모니아(NH<sub>4</sub><sup>+</sup>) 농도변화가 N<sub>2</sub>O 발생량과 밀접하게 관련 있다는 것을 파악할 수 있었다.