전자폐수 내 자가 영양 미생물 활성화를 통한 질소 제거에 관한 연구 :A Study On The Removal Of Nitrogen By Activating Autotrophs In Electronic Wastewater

권혁준

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자료유형: 학위논문

저자정보: 권혁준 (경기대학교, 경기대학교 대학원)

지도교수: 장순웅

발행연도: 2022

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

2022

전자폐수 내 자가 영양 미생물 활성화를 통한 질소 제거에 관한 연구

권혁준 환경에너지공 2022.01 학위논문

2021

전자폐수 내 자가 영양 미생물 활성화를 통한 질소 제거에 관한 연구

권혁준 , 장순웅 , 김성철 대한환경공학회 학술발표논문집 2021.11 학술대회자료

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반도체 시장은 세계적으로 이슈이며 4차 산업혁명 시대에 맞게 그 규모 또한 성장이 전망된다. 세계반도체시장통계기구(World Semiconductor Trade Statistics, WSTS)는 2021년 세계 반도체 시장의 성장률을 25.1%로 추가 상향하며 반도체 시장의 성장을 전망하였다. 국내 반도체 산업 수출액은 2011년 대비 2020년 약 49.4% 상승하였으며 그에 따라 반도체 및 전자부품 제조시설의 폐수 발생량 및 배출량이 2010년 대비 2019년 11.5%, 14.8% 증가하였다. 반도체 제조과정은 산화, 도핑, 식각, 평면화, 세척 등 100단계 이상으로 구성된 복잡하고 섬세한 공정이며, 일반적으로 약품 및 다량의 초순수가 사용되어 결과적으로 상당한 양의 폐수가 생성된다. 공정에 사용되는 초순수는 함께 사용되는 여러 화학물질과 혼합되어 발생되는 폐수의 종류는 다양하다. A 전자폐수처리장의 경우 일시적으로 고농도의 질소 유입에 따른 반응조 내 쇼크 발생으로 미생물의 지속적 사멸이 발생한다. 관내 하수처리장의 슬러지를 식종하여 정상화하고 있으나 이러한 사후처리방식은 최종방류수 배출기준 초과 발생가능성이 농후하다. 따라서 본 연구에서는 A 전자폐수처리장의 유입폐수 및 슬러지를 이용하여 4종류의 식종제 효율을 비교하고, 최적 주입량을 선정하였다. 이후 실규모처리장을 모사한 Lab-scale 반응기를 이용한 연속식 실험을 수행하여, 미생물 식종의 질산화 정체 현상 해소 여부와 적정 주입주기를 판단하였다. 정체현상의 사전예방을 위한 적정 운영방안 도출을 목적으로 하였으며, 최초 슬러지와 운전 중 반응조 슬러지의 차세대염기서열분석(Next Generation Sequencing, NGS)을 수행하여 미생물군집변화를 비교하였다. 도출한 결과를 바탕으로 전자폐수의 생물학적 처리 시 질산화 저해현상을 해소 및 예방할 수 있는 기초자료로써 활용할 수 있을 것으로 사료된다.

The semiconductor market is a global issue, and its scale is also expected to grow in line with the era of the Fourth Industrial Revolution. The World Semiconductor Market Statistics Organization (WSTS) predicted the growth of the semiconductor market by raising the growth rate of the semiconductor market to 25.1% in 2021. Exports to the domestic semiconductor industry rose about 49.4% in 2020 compared to 2011, and accordingly, wastewater generation and emissions from semiconductor and electronic component manufacturing facilities increased 11.5% and 14.8% in 2019 compared to 2010.
A semiconductor manufacturing process is a complicated and delicate process consisting of 100 or more steps such as oxidation, doping, etching, planarization, washing, and the like, and generally drugs and a large amount of ultrapure water are used to generate a considerable amount of waste water. Although the water used in the process is ultrapure water, there are various types of wastewater generated by being used with various hazardous chemicals used in the process. In the case of the A electron wastewater treatment plant, the continuous death of microorganisms occurs due to the occurrence of shock in the reactor due to the temporary inflow of high concentration of nitrogen. The sludge of the sewage treatment plant in the jurisdiction is planted and normalized, but this post-treatment method is highly likely to exceed the final discharge water discharge standard.
Therefore, in this study, the efficiency of four types of planting agents was compared using incoming wastewater and sludge from the A electronic wastewater treatment plant, and the optimal injection amount was selected. Thereafter, continuous experiments were conducted using a Lab-scale reactor that simulates a real-scale treatment plant to determine whether microbial species are resolved from stagnation in nitric oxide and the appropriate injection cycle. The purpose was to derive an appropriate operation plan for the prevention of congestion, and microbial cluster changes were compared through the next-generation sequencing method (NGS) of the first sludge and the reaction tank sludge during operation. Based on the derived results, it is believed that it can be used as basic data to resolve and prevent nitric oxidation inhibition phenomena during biological treatment of electron wastewater.

#전자폐수 #미생물군집분석 #질산화 #미생물식종

제 1 장 서 론 1
1.1 연구의 배경 및 필요성 1
1.2 연구의 목적 및 범위 8
제 2 장 문헌고찰 9
2.1 반도체 제조 공정 및 발생 폐수 9
2.2 생물학적 질산화 16
2.2.1 질산화 메커니즘 16
2.2.2 질산화 영양인자 18
2.2.3 비기질소비율 22
2.2.4 비질산화율 24
2.3 미생물 식종 27
2.3.1 미생물 식종 개요 27
2.3.2 미생물 식종 방식 28
2.3.3 미생물 식종 종류 28
2.4 차세대염기서열분석(NGS) 30
제 3 장 연구 방법 33
3.1 연구내용 33
3.2 실험방법 34
3.2.1 회분식 질산화 실험 34
3.2.2 실험실 규모 연속식 처리공정 운전 37
3.2.3 미생물군집분석 40
3.3 분석항목 및 방법 42
제 4 장 결과 및 고찰 44
4.1 회분식 질산화 실험 결과 44
4.1.1 적정 식종제 선정 44
4.1.2 식종제 최적 주입비율 선정 48
4.2 실험실 규모 연속식 처리공정 운전 결과 52
4.2.1 1차 연속식 처리공정 운전 결과 52
4.2.2 2차 연속식 처리공정 운전 결과 55
4.3 미생물군집분석 결과 57
4.4 실 공정 운전 적용방안 65
제 5 장 결론 67
참고문헌 69
Abstract 73

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