Journal of Korean Society of Environmental Engineers (대한환경공학회지)

Korean Society of Environmental Engineers (대한환경공학회)
권호 표지

A Semi-Pilot Test of Bio-barrier for the Removal of Nitrate in Bank Filtrate

강변여과수의 질산성질소 제거를 위한 생물학적 반응벽체의 준파일럿 실험에 관한 연구

  • Moon, Hee-Sun (School of Civil, Urban, and Geosystem Engineering, College of Engineering, Seoul National University) ;
  • Chang, Sun-Woo (Korea Institute of Science and Technology Evaluation and Planning) ;
  • Nam, Kyoung-Phile (School of Civil, Urban, and Geosystem Engineering, College of Engineering, Seoul National University) ;
  • Kim, Jae-Young (School of Civil, Urban, and Geosystem Engineering, College of Engineering, Seoul National University)
  • 문희선 (서울대학교 공과대학 지구환경시스템공학부) ;
  • 장선우 (한국과학기술기획평가원) ;
  • 남경필 (서울대학교 공과대학 지구환경시스템공학부) ;
  • 김재영 (서울대학교 공과대학 지구환경시스템공학부)
  • Published : 2005.03.31
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Abstract

Nitrate is one of common contaminants frequently found in the bank filtrate. Biological autotrophic denitrification into permeable reactive barrier(PRB) system to reduce nitrate concentration in bank filtrate was implanted. The objectives of research are to investigate effect of inoculation, to evaluate alternative alkalinity sources, and to determine effect of hydraulic characteristics, such as retention time, flow rate on the performance of semi-pilot PRB system. Semi-pilot scale biological PRB system was installed using elemental sulfur and limestone/oyster shell as reactive materials near Nakdong River in Kyoungnam province, Korea. Nitrate concentration in bank filtrate was reduced by indigenous microorganisms in oyster shell as welt as by inoculating microorganisms isolated from the sludge of an anaerobic digester in a wastewater treatment plant. Oyster shell as well as limestone can be used as an alkalinity source. However, oyster shell resulted in suspended solids of effluent. As the flow rate in the system increased from 66 to 132 mL/min and accordingly the residence time decreased from 15 to 7.5 hours, nitrate concentration in effluent increased and nitrate removal efficiencies decreased from 75 to 58% at the fixed thickness of 80 cm of PRB.

질산성 질소는 강변여과수에서 가장 흔히 발견되는 오염물질 중의 하나이다. 본 연구에서는 황을 이용한 독립영양탈질 공정을 강변여과수의 질산성 질소제거를 위한 반응벽체 기법에 도입하였다. 본 연구의 목적은 현장에서의 실제 강변여과수를 이용한 주 파일럿 실험을 통해 반응벽체 시스템에서 미생물 접종의 영향과 대체 알칼리도 공급원으로서 굴패각의 영향을 알아보고, 유량변화 및 체류시간 변화에 따른 질산성 질소 제거효율을 평가하는 것이다. 황과 석회석 또는 굴패각으로 구성된 준 파일럿 규모의 투수성 반응벽체(PRB) 6기를 경남 낙동강 유역 강변여과수 취수 현장에 설치하여 운전한 결과, 하수처리장의 혐기 소화 슬러지로부터 분리배양된 황탈질미생물 콘소시움 뿐만 아니라 굴패각의 자생미생물의 활성에 의해서 강변여과수의 질산성 질소가 제거됨을 확인하였고 석회석뿐만 아니라 굴패각도 시스템의 pH 조절을 위한 알칼리도 공급원으로 이용될 수 있음을 알 수 있었다. 그러나 알칼리도 공급원으로서 굴패각의 이용은 높은 황산이온의 농도와 고형물의 농도를 야기하였다. 80 cm의 반응벽체 두께에서, 유량을 66에서 132 mL/min까지 증가시킴으로써 체류시간을 15에서 7.5시간으로 감소시킴에 따라 질산성 질소 제거효율은 75에서 58%로 감소하였다.

Keywords

References

  1. 박영규, 김승현, 공종복, '이룡지구 강둑여과에서 지하수의 흐름 연구: 모델매개변수의 결정 및 자연지하수 흐름도 해석,' 대한환경공학회지, 21(10), 1825-1836(1999)
  2. 김승현, 정장식, 박영규, '강둑여과에서 유기오염물의 이동지연효과 연구,' 대한환경공학회지, 22(9), 1693-1705(2000)
  3. 공인철, 최은영, 이영득, 김찬섭, 김승현, '강둑여과지(이룡지구)토양 및 지하수의 잔류 농약 조사 및 모델 농약 생분해특성 연구,' 대한환경공학회지, 23(1), 1-11(2001)
  4. 환경부, 경상남도 이룡지구 강변여과수 시범개발 조사 사업보고서(1998)
  5. 김승현, 권종대, 박영규, '강둑여과지 주변의 논에서 지하수 함양율과 질소 용탈율 산정 연구', 대한환경공학회지, 21(6), 1157-1170(1999)
  6. 공인철, 배진희, 안호준, 권오억, 김승현, 이철희, 박영규, '강둑여과지 주변의 밭에 살포된 무기질소의 거동연구,' 한국토양환경학회지, 3(1), 11-20(1998)
  7. 환경부, 환경기본통계편람 (2000)
  8. (주)환경관리연구소, '지하수의 질산성 질소 오염 대책기술,' 월간 첨단환경기술, 6(12), 30-36(1998)
  9. 김재영, 박준범, 문희선, 문세흠, '지하수내 질산성질소의 처리 방안' 한국수자원학회지, 34(5), 112-119(2001)
  10. 변정섭, 범봉수, 조광명, '황-이용독립영양 탈질에서의 패각을 이용한 알칼리도 공급', 대한환경공학회지, 22(10), 1777-1787(2000)
  11. 오상은, 채규정, 김인수, '미생물호흡측정기를 이용한 독립영양 황산화 탈질 미생물의 탈질 특성 분석 연구,' 대한환경공학회지, 22(9), 1651-1659(2000)
  12. 이동욱, 박재홍, 배재호, '황-이용독립 영양 탈질시 알칼리도 저감을 위한 종속영양 탈질의 이용방안,' 대한환경공학회지, 22(11), 1995-2005(2000)
  13. 최종민, 배민수, 조광명, '질소부하가 황-패각 충전상 반응조에서의 독립영양탈질에 미치는 영향,' 대한환경공학회지, 23(5), 821-830(2001)
  14. Koenig, A. and Liu, L. H,. 'Autotrophic denitrification of land fill leachate using elemental sulfur,' Water Sci. Technol., 34(5-6), 469-476(1996)
  15. Flere, J. M. and Zhang, T. C., 'Nitrate removal with sulfur-limestone autotrophic denitrification process,' J. Environ. Eng., 125(8), 721-729(1999) https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9372(1999)125:8(721)
  16. Zhang, T. C. and Lampe, D. G., 'Sulfur.limestone autotrophic denitrification processes for treatment of nitrate contaminated water: batch experiments,' Water. Res., 33(3), 599-608(1999) https://doi.org/10.1016/S0043-1354(98)00281-4
  17. Lee, D. -U., Lee, I. -S., Choi, Y. -D., and Bae, J. -H., 'Effects of external carbon source and empty bed contact time on simultaneous heterotrophic and sulfurutilizing autotrophic denitrification,' Process Biochem., 36(12), 1215-1224(2001) https://doi.org/10.1016/S0032-9592(01)00163-7
  18. Liu, L. H. and Koenig, A., 'Use of limestone for pH control in autotrophic denitrification: Batch experiments,' Process Biochem., 37(8), 885-893(2002) https://doi.org/10.1016/S0032-9592(01)00302-8
  19. Soares, M. I. M., 'Denitrification of groundwater with elemental sulfur,' Water Res., 36(5), 1392 -1395(2002) https://doi.org/10.1016/S0043-1354(01)00326-8
  20. Moon, H. S., Ahn, K.- H, Lee, S., Nam, K., Kim, J. Y,. 'Use of autotrophic sulfur-oxidizers to remove nitrate from bank filtrate in a permeable reactive barrier system,' Environ. Pollt., 129(3), 499-507(2004) https://doi.org/10.1016/j.envpol.2003.11.004
  21. U.S. EPA., Permeable Reactive Barrier Technologies for Contaminant Remediation, EPA/600/R-98/125(1998)
  22. 박규홍, 이동호, 'SMZ를 이용한 칼럼반응조 내 질산성 질소의 제거', 한국지하수토양환경학회지, 8(2), 55-61(2003)
  23. 문희선, 남경필, 김재영, '황을 이용한 강변여과수의 독립영양탈질,' 2000년도 추계학술대회 발표논문집, 한국지하수토양환경학회, 포항, pp. 209-212(2000)
  24. 문희선, 남경필, 김재영, '황입자를 이용한 강변여과수의 질산성질소 제거,' 2000년도 학술발표회 논문집 (III), 대한토목학회, 용평, pp. 947-950(2000)
  25. 문희선, 남경펼, 김재영, 안규홍, 이석헌, '생물학적 PRB를 이용한 강변여과수의 질산성질소 제거 특성에 관한 연구: Column test를 중심으로,' 2002년도 학술발표회논문집, 대한토목학회, 부산, CD-Rom(2002)
  26. 문희선, 장선우, 남경필, 김재영, '지하수내 질산성 질소 제거를 위한 생물학적 반응벽체 운전에 미치는 환경인자 및 설계 인자의 영향,' 2003년도 학술발표회논문집, 대한토목학회, 대구, CD-Rom(2003)
  27. 장선우, '황을 이용한 독립영양탈질에 미치는 환경인자와 중금속 및 염소계 유기화합물의 영향,' 석사학위논문, 서울대학교 (2003)
  28. Moon, H. S., Chang, S. W., Nam, K., and Kim, J. Y., 'Effect of TCE and heavy metals on the performance of biological reactive barrier system using autotrophic denitrification,' in Proceedings of the 9th International Symposium In Situ and On-Site Bioremediation, Battelle, Monterey, California, U.S., CD-Rom(2004)
  29. Batchelor, B. and Lawrence, A. W., 'Autotrophic denitrification using elemental sulfur,' J. Water Pollut. Control Fed., 50(8), 1986-2001(1978)
  30. Claus, G. and Kutzner, H. J., 'Autotrophic denitrification by Thiobacillus denitrificans,' Appl. Microbiol. Biotechnol., 22(4), 289-296(1985)
  31. Koenig, A. and Liu, L .H., 'Microbial aspects of autotrophic denitrification of wastewaters,' In: Matsuo, T., Hanaki, K., Takizawa, S., and Satoh, H. (Eds.), Advances in Water and Wastewater Treatment Technology, Elsevier, The Netherlands, pp. 217-226(2001)