반도체 폐수는 탄소-질소비(C/N)가 낮고 질소 및 황산염이 높아, 기존 Bardenpho 공정에서의 탈질(denitrification)을 제한한다. 본 연구는 정의된 3종 균주(Agrobacterium sp., Stutzerimonas sp., Acinetobacter sp.)로 구성된 이질영양 질화-호기성 탈질(HNAD) 컨소시엄을 이용하여 실제 반도체 폐수를 처리하는 4단계 Bardenpho 공정에 대해 생물증강(bioaugmentation)을 평가하였다. C/N 2 조건에서의 초기 공정은 안정적인 질화(nitrification)는 달성했으나 불완전한 탈질이 나타났고, 그 결과 방류수 총질소(TN)는 40.4 mg-N/L(TN 제거율: 71.2%), 총질소 제거율(TNRR)은 96.5 g-N/m3/d, 황산염 제거율은 8.6%였다. C/N을 10으로 높인 HNAD 생물증강 후에는 방류수 TN이 8.7 mg-N/L로 감소하였고, TN 제거율은 94.0%로 증가했으며, TNRR은 132.4 g-N/m3/d로 상승하였다. 또한 질산염이 완전히 제거되었고, 황산염 제거율은 18.2%로 증가하였다. 질소-특이 슬러지 생산량은 4.16에서 11.31 kg 혼합액부유고형물(MLSS)/kg-N으로 증가하여 질소 동화가 향상되었음을 시사하였다. C/N 비를 5로 낮추면 초기에는 질화가 저해되었으나, 운전 조건에 대한 적응을 통해 성능이 회복되었고, 방류수 TN 8.6 mg/L, TN 제거율 93.7%, 질소-특이 생산량 7.04 kg-MLSS/kg-N을 유지하는 한편 황산염 제거율은 9.0%로 감소하였다. 미생물 분석 결과, C/N 10에서는 Agrobacterium 및 Hydrogenophaga가 우점하며 HNAD 매개 질소 제거를 주도한 반면, C/N 5에서는 Simplicispira, Thauera 및 Devosiaceae를 포함한 강화된 탈질균과, 자가영양 질화균(autotrophic nitrifiers)이 기존 질소 제거 경로를 보완하여 높은 TN 제거율을 지속하였다. qPCR 분석은 질소 전환–관련 유전적 잠재력이 단계에 따라 변화함을 지지하였다. 이러한 결과는 탄소 공급과 미생물 적응이 균형을 이룰 때 HNAD가 강화된 Bardenpho 공정이 반도체 폐수로부터 견고한 질소 제거를 달성할 수 있음을 보여준다. • HNAD와 높은 C/N이 반도체 폐수 처리 Bardenpho에서 시험되었다. • C/N 10에서의 HNAD는 TN 94% 제거 및 황산염 18.2% 제거를 달성했다. • C/N 5에서는 TN 제거가 유지되었으나 황산염 제거율은 대조군 수준으로 회귀하였다. • Agrobacterium, Acinetobacter, Hydrogenophaga는 C/N 10에서 HNAD를 주도하였다. • C/N 5에서는 강화된 탈질균이 기존 질소 제거를 보완하였다.

반도체 폐수는 탄소-질소비(C/N)가 낮고 질소 및 황산염이 높아, 기존 Bardenpho 공정에서의 탈질(denitrification)을 제한한다. 본 연구는 정의된 3종 균주(Agrobacterium sp., Stutzerimonas sp., Acinetobacter sp.)로 구성된 이질영양 질화-호기성 탈질(HNAD) 컨소시엄을 이용하여 실제 반도체 폐수를 처리하는 4단계 Bardenpho 공정에 대해 생물증강(bioaugmentation)을 평가하였다. C/N 2 조건에서의 초기 공정은 안정적인 질화(nitrification)는 달성했으나 불완전한 탈질이 나타났고, 그 결과 방류수 총질소(TN)는 40.4 mg-N/L(TN 제거율: 71.2%), 총질소 제거율(TNRR)은 96.5 g-N/m3/d, 황산염 제거율은 8.6%였다. C/N을 10으로 높인 HNAD 생물증강 후에는 방류수 TN이 8.7 mg-N/L로 감소하였고, TN 제거율은 94.0%로 증가했으며, TNRR은 132.4 g-N/m3/d로 상승하였다. 또한 질산염이 완전히 제거되었고, 황산염 제거율은 18.2%로 증가하였다. 질소-특이 슬러지 생산량은 4.16에서 11.31 kg 혼합액부유고형물(MLSS)/kg-N으로 증가하여 질소 동화가 향상되었음을 시사하였다. C/N 비를 5로 낮추면 초기에는 질화가 저해되었으나, 운전 조건에 대한 적응을 통해 성능이 회복되었고, 방류수 TN 8.6 mg/L, TN 제거율 93.7%, 질소-특이 생산량 7.04 kg-MLSS/kg-N을 유지하는 한편 황산염 제거율은 9.0%로 감소하였다. 미생물 분석 결과, C/N 10에서는 Agrobacterium 및 Hydrogenophaga가 우점하며 HNAD 매개 질소 제거를 주도한 반면, C/N 5에서는 Simplicispira, Thauera 및 Devosiaceae를 포함한 강화된 탈질균과, 자가영양 질화균(autotrophic nitrifiers)이 기존 질소 제거 경로를 보완하여 높은 TN 제거율을 지속하였다. qPCR 분석은 질소 전환–관련 유전적 잠재력이 단계에 따라 변화함을 지지하였다. 이러한 결과는 탄소 공급과 미생물 적응이 균형을 이룰 때 HNAD가 강화된 Bardenpho 공정이 반도체 폐수로부터 견고한 질소 제거를 달성할 수 있음을 보여준다. • HNAD와 높은 C/N이 반도체 폐수 처리 Bardenpho에서 시험되었다. • C/N 10에서의 HNAD는 TN 94% 제거 및 황산염 18.2% 제거를 달성했다. • C/N 5에서는 TN 제거가 유지되었으나 황산염 제거율은 대조군 수준으로 회귀하였다. • Agrobacterium, Acinetobacter, Hydrogenophaga는 C/N 10에서 HNAD를 주도하였다. • C/N 5에서는 강화된 탈질균이 기존 질소 제거를 보완하였다.

혐기성 소화 공정은 페놀 폐수 처리의 방법론으로 고려되고 있으나 페놀의 혐기성 미생물에 대한 저해 영향 등으로 안정적인 고율 혐기성 소화 달성에는 어려움이 있다. 자철석 가루는 난분해성 유기성 오염물질의 혐기성 소화 개선제로써의 잠재성이 보고 되고 있으나 페놀 폐수의 혐기성 소화 개선을 위한 적정 투입량에 대한 연구는 제한적이다. 따라서 본 연구에서는 자철석 가루의 투입량에 따른 페놀 폐수의 혐기성 소화에 미치는 개선 및 저해 영향을 메탄생성반응 관점에서 평가하였다. 자철석 가루 투입량 5 ~ 20 mM 조건에서는 메탄생성속도가 33.8 ~ 40.7% 가량 개선되었으며, 50 mM 이상 투입 조건에서는 저해 영향이 관측되었다. 메탄생성 지연시간은 자철석 가루 투입량이 증가할수록 길어지는 것으로 확인되었다. 메탄 수율은 자철석 가루 투입량이 10 ~ 20 mM에서는 10% 내외의 저해영향이, 그 보다 높은 30 mM 이상에서는 40.9 ~ 91.6% 가량의 저해영향이 확인되었다. 따라서 페놀폐수의 고율 혐기성 소화를 달성하기 위해서는 자철석 가루 투입량을 5 ~ 20 mM 범위내에서 조정하는 것이 필요할 것이다.