Variation of Nitrogen Removal Efficiency and Microbial Communities Depending on Operating Conditions of a CANON Process

Abstract

질소화합물은 부영양화 등 수질을 악화시키는 결과를 초래하므로 질소 제거는 수처리에 있어 가장 중요한 문제들 중 하나이다. 본 연구에서는 독립영양탈질 공정인 CANON (Completely Autotrophic Nitrogen-removal Over Nitrite)을 이용하여 암 모니아성 질소 제거 효율을 평가하고, 미생물 군집 분석을 수행하였다. AOB (Ammonium Oxidizing Bacteria)와 ANAMMOX (ANaerobic AMMonium OXidation)균을 동시에 식종하고, 37℃에서 유입 암모니아성 질소농도 100 mg-N/L와 아질산성 질소 농도 100 mg-N/L 조건으로 운전한 결과, 성공적인 CANON 반응이 유도되었다. 유입수에서 아질산성 질소를 제외시키고 암 모니아성 질소(100 mg-N/L)만을 공급하였을 때, DO농도 0.4 mg/L 이상에서는 CANON의 성능이 악화되었지만, DO농도를 0.3 mg/L으로 낮추자 71.3%의 총 질소제거효율을 나타내었다. 유입 암모니아성 질소 농도를 50 mg-N/L로 낮추었을 때, 질소 제거효율이 급격히 악화되었다. 그러나 유입농도를 다시 100 mg-N/L로 증가시키자 14일 만에 이전의 질소제거성능을 회복 하였고, 이후 76.1±4.9%의 총 질소제거효율을 나타냈다. 온도를 상온(20±1℃) 조건으로 전환하자 초기에는 불안정한 CANON 반응이 일어났지만, 23일 이후에는 안정적인 총 질소제거효율(70.0±2.6%)을 유지하였다. PCR-DGGE를 이용한 미생물군집 분 석 결과, 식종원과 CANON의 미생물군집은 확연한 차이를 나타냈지만, CANON의 각 조건에 따른 미생물군집은 크게 다르 지 않았다. 따라서 질소제거 성능의 악화는 미생물군집을 구성하는 미생물종의 변화에 기인하기 보다는 구성 미생물종들의 질 소제거 활성의 저하에 기인하는 것으로 생각된다. 이러한 결과는 AOB와 ANAMMOX균을 식종하여 CANON 반응을 성공적 으로 유도한다면, 이후 농도나 온도의 변화에도 안정적인 미생물군집을 유지할 수 있다는 것을 의미한다.