독립영양 황탈질 미생물을 이용한 관정형 반응벽체의 현장적용성 연구 (Pilot-scale Applications of a Well-type Reactive Barrier using Autotrophic Sulfur-oxidizers for Nitrate Removal)

서지정보

· 발행기관 : 한국지하수토양환경학회
· 수록지 정보 : 지하수토양환경 / 14권 / 3호 / 40 ~ 46페이지
· 저자명 : 이병선, 이규연, 문희선, 우남칠, 이종민, 엄재연, 김양빈, 남경필

초록

독립영양 황탈질 미생물 Thiobacillus denitrificans를 이용한 질산염 오염지하수 정화 기술을 개발하고자, 3열의 관정
형 반응벽체(길이 ×너비×깊이 = 3m×4 m ×2 m)를 한국농어촌공사 수리시험장(길이×너비 ×깊이 = 8m×4 m ×
2 m)에 설치하고 현장적용성을 검토하였다. 전자공여체로 총 80 kg의 황입자를, 탈질미생물로 Thiobacillus denitrificans를 준비하였다. 황입자 표면에 Thiobacillus denitrificans를 부착하는 1톤 용량 물통 실험에서,
Thiobacillus denitrificans는 질산염 농도 375 mg/L(6.1 mM)의 오염수를 11일 경과 후 ~12% (0.7 mM), 18일 경과
후 ~24%(1.3 mM), 32일 경과 후 ~45%(2.4 mM), 그리고 부착 종료 시(60일)까지 ~52%(2.8 mM)를 제거하며 황입
자 표면에 성공적으로 부착·증식하였다. 이 후, Thiobacillus denitrificans가 부착된 황입자를 3열의 관정형 반응벽
체(각 열 간격 1 m)에 주입하여 황탈질 미생물 관정형 반응벽체를 설치하였다. 초기 질산염 농도 평균 181 mg/L 인
인공오염지하수에 대하여 28일 간 1차 정화실험을 실시하였고, 평균 281 mg/L 인 인공오염지하수에 대하여 14일 간
2차 정화실험을 실시하였다. 1차 실험의 인공오염지하수(2.9 mM)는 1열 반응 후 ~2%(0.06 mM), 2열 반응 후
~9%(0.27 mM), 3열 반응 후 ~15%(0.44 mM)의 질산염이 제거되었다. 2차 실험의 인공오염지하수(4.5 mM)는 1열 반
응 후 ~1%(0.02 mM), 2열 반응 후 ~6%(0.27 mM), 3열 반응 후 ~8%(0.37 mM)가 제거되었다. 실험 기간 중 인공
오염지하수의 주입용량은 1.24 m3/d, 유속은 0.44 m/d를 유지하였고, pH는 6.7~8.3, DO는 0.9~2.8 mg/L 범위로 큰
변화가 없었다. 본 관정형 반응벽체 실험의 낮은 정화효율의 원인은 인공오염지하수에 대한 Thiobacillus denitrificans
의 탈질 소요 시간 부족, 관정형 반응벽체의 개별 관정사이로 빠져나가는 인공오염지하수체, 그리고 질산염 환원효
소의 활성 및 생성을 억제시키는 용존산소의 상대적으로 높은 농도 때문으로 추정된다. 황탈질 관정형 반응벽체의
현장적용시에는 탈질반응에 필요한 체류시간, 관정형 반응벽체의 개수 및 간격, 그리고 용존산소 농도 등 해당 오염
부지의 고유 특성을 고려한 설계가 필요하다.

영어초록

The applicability of a well-type autotrophic sulfur-oxidizing reactive barrier (L ×W× D = 3 m × 4 m × 2 m) as a longterm
treatment option for nitrate removal in groundwater was evaluated. Pilot-scale (L ×W× D = 8 m × 4 m × 2 m) flowtank
experiments were conducted to examine remedial efficacy of the well-type reactive barrier. A total of 80 kg sulfur
granules as an electron donor and Thiobacillus denitrificans as an active bacterial species were prepared. Thiobacillus
denitrificans was successfully colonized on the surface of the sulfur granules and the microflora transformed nitrate with
removal efficiency of ~12% (0.07 mM) for 11 days, ~24% (1.3 mM) for 18 days, ~45% (2.4 mM) for 32 days, and ~52%
(2.8 mM) for 60 days. Sulfur granules attached to Thiobacillus denitrificans were used to construct the well-type reactive
barrier comprising three discrete barriers installed at 1-m interval downstream. Average initial nitrate concentrations were
181 mg/L for the first 28 days and 281 mg/L for the next 14 days. For the 181 mg/L (2.9 mM) plume, nitrate
concentrations decreased by ~2% (0.06 mM), ~9% (0.27 mM), and ~15% (0.44 mM) after 1st, 2nd, and 3rd barriers,
respectively. For the 281 mg/L (4.5 mM) plume, nitrate concentrations decreased by ~1% (0.02 mM), ~6% (0.27 mM),
and ~8% (0.37 mM) after 1st, 2nd, and 3rd barriers, respectively. Nitrate plume was flowed through the flow-tank for 49
days by supplying 1.24 m3/d of nitrate solution. During nitrate treatment, flow velocity (0.44 m/d), pH (6.7 to 8.3), and
DO (0.9~2.8 mg/L) showed little variations. Incomplete destruction of nitrate plume was attributed to the lack of retention
time, rarely transverse dispersion, and inhibiting the activity of denitrification enzymes caused by relatively high DO
concentrations. For field applications, it should be considered increments of retention time, modification of well
placements, and intrinsic DO concentration.

참고자료

· 없음