탈질 환경에서 투과매질 내 생물벽체 형성

Abstract

토양 내 오염물 차단과 저감을 동시에 수행 가능성이 있는 생물벽체(biobarrier)의 적용은 대부분 호기성에서 이루어 졌는데, 산소의 낮은 용존 특성과 특수한 전달기술을 필요로 하기 때문에 실제 기술 적용에 한계점이 있다. 따라서 본 연구는 산소를 대신하여 질산성 질소를 활용하여 미생물 성장을 촉진시키고 투수계수 감소 경향을 보고자 하였다. 실험은 모래 충진 컬럼에 하수 처리장에서 채취한 활성 슬러지를 식종시켜, 실험 기간 중 부하량 변화에 의해 아세테이트와 질산성 질소를 일정유량으로 주입하였다. 실험 기간동안에는 컬럼 내 미생물 거동과 투수계수 감소 경향을 분석하였다. 유출수는 탈질 반응에 의해 형성되는 특성을 보였으며, 미생물량 증가를 위한 고농도 주입에서도 충분한 활성을 보였다. 기질의 저 부하량 기간동안 컬럼 전 구간에 걸쳐 투수 계수 감소는 유사한 경향을 보였으며, 고 부하량 기간동안에는 유입부 부근에서 미생물량 증가와 그에 따른 기질 활성도 증가로 인해 구간별 투수 계수 감소량의 차이가 두드러졌다. 투수계수의 감소는 컬럼 내에 부착 형성된 생물량(biomass)와 상관관계를 갖는데, 일정 농도 이후에서는 투수계수의 한계를 보였다. 결론적으로 산소를 대신한 질산성 질소의 주입으로 biobarrier 형성 가능성을 확인할 수 있었으며, 미생물 성장에 필요한 탄소원과 질산성 질소 부하량 조절을 통해 투수 계수 감소량과 biobartier 형성 두께를 조절 할 수 있음을 확인 할 수 있었다.

Recently, a subsurface biobarrier formation which has potential applications as both cutoff walls for the containment of groundwater flow and reactive barrier for the degradation of contaminants was conducted under an aerobic condition. But there were several limitations to make an aerobic condition that needs special oxygen delivery technique in subsurface soil. Thus, in this study, we examined biobarrier formation under a denitrifying condition using nitrate as an electron acceptor. Experiments were performed with a sand column inoculated with activated sludge acquired from a wastewater treatment plant. The substrate medium including acetate and nitrate was pumped into the sand column at different substrate loadings. During the experimental period, we examined microbial activity and the permeability reduction trend in a sand column. The effulent showed characteristics of denitrification and proper microbial activity at high substrate loading rate. During the low substrate loading period, the hydraulic conductivity reduction rate was similar throughout column. During high substrate loading period, the hydraulic conductivity reduction occurred in gradient through the column, with the greatest reduction in column inlet. These results are likely due to biomass increase and higher nutrient consumption rate at the column inlet and delivery limited substrate to latter part. The hydraulic conductivity had correlationship to the biomass attached in the column, But there was limitation of hydraulic conductivity reduction over some biomass concentration level. As a result, we found potential to formation biobarrier under denitrifying condition using nitrate instead of oxygen injection. And thickness and hydraulic conductivity reduction rate of biobarrier could be controlled by adjusting the medium conditions of microbial growth.