탄소섬유 담체 이용한 축사 오수 정화처리기술 개발

일본 축산초지연구소 연구…질소 제거 높아 정화기능 향상
활성슬러지 처리와 미생물 반응 형태 다른 생물막법에 착안

가축배설물의 주요 처리방법인 퇴비화, 오수정화의 과정에서는 일산화이질소(N2O) 및 메탄(CH4)과 같은 온실가스가 발생하는데, 지구온난화 방지를 위해 이러한 가스발생 억제기술을 개발하는 것이 급선무이다. 특히, 일산화이질소는 강력한 온실효과를 가지므로, 가축 배설물 기원의 온실가스 배출량의 10% 이상이 정화처리과정에서 배출되고 있다.

오수 정화처리과정에서 일산화이질소는 질화반응과 탈질반응이 일어난 경우 그 일부가 일산화이질소가 되어 방출되는 것으로 알려져 있다. 일본 축산초지연구소(www.naro.affrc.go.jp)는 오수 중에 포함된 암모니아 이온을 질소가스로 전환하는 과정에서 발생한 일산화이질소를 저감하는 처리방법을 개발하기 위해 활성슬러지 처리와 미생물 반응의 형태가 다른 생물막법에 착안하여 검토했다.

오수 중의 용해성 질소는 대부분이 암모늄 이온으로 존재하고 있으며, 정화처리에서 이 암모늄 이온은 호기성 조건 하에서 질화반응에 의해 아질산 이온 또는 질산 이온으로 전환된다. 혐기성조건에서는 탈질반응에 의해 질소가스로 전환되어 대기 중으로 방출됨으로써 처리수 중의 질소가 제거된다. 그러나 위의 반응이 억제되어 아질산 이온 및 질산 이온이 처리수 중에 축적된 경우에 일산화이질소가 많이 방출되는 것으로 알려져 있다.

기존 방법인 활성슬러지 처리에서는 포기조 내의 대부분이 호기성 상태이므로 오수 중의 암모늄 이온은 질화반응에 의해 질산 이온으로 전환되지만, 그 대부분이 탈질되지 않고 질산 이온 상태로 처리수 중에 잔존한다. 이 영향에 의해 활성슬러지법에서는 일산화이질소가 방출되기 쉬운 상태가 된다.

반면, 새로 개발된 탄소섬유법은 탄소섬유 담체를 포기조에 투입함으로써 탄소섬유 표면에 형성되는 생물막의 표층에서는 호기성 반응인 질화가 일어나고, 생물막 심층에서는 혐기성 반응인 탈질반응이 일어난다. 암모늄 이온으로부터 질소가스로의 전환이 원활하게 일어나므로 질산 이온 및 아질산 이온이 축적되지 않고 처리가 이루어지기 때문에 과도한 일산화이질소의 방출을 막을 수 있다.

[『워터저널』 2015년 2월호에 게재]