국내의 공공하수처리시설의 고도처리공법은 대부분 A2O 계열과 SBR 계열로 운영되고 있다. SBR 계열의 고도처리시설이 더 많은 개소에 적용되었으나, 대규모 하수처리장은 대부분 A2O 계열의 공법을 적용하기 때문에 가장 많은 양의 하폐수를 고도처리하는 공법이라 할 수 있다. A2O 공법은 혐기조와 무산소조, 호기조로 구성되어있어, 질소 및 인의 동시 제거가 가능하다. 그러나 반송슬러지 내의 용존산소 및 질산성 질소로 인하여 인제거 박테리아의 Luxury uptake 효율을 떨어뜨려 인 제거 효율이 불안정하다는 단점이 있다. 또한 A2O와 같은 고도처리공법을 적용함에도 불구, 방류수 수질기준을 만족시키기 어려운 경우가 종종 발생하여 질소 및 인의 제거효율을 높이는 새로운 공법 개발이 필요한 상황이다. 이에 대한 방안으로 미세조류를 적용한 하폐수처리와 관련된 연구가 활발하게 진행되고 있다. 미세조류는 광합성색소를 가지고 있는 단세포 생물로, 빛 에너지로부터 화학에너지(ATP)를 생성하여 성장할 수 있다. 또한 성장을 위한 영양소로 질소와 인을 필요로 하기 때문에 이를 이용하여 하폐수고도처리가 가능하게 된다. 고도처리공법에 미세조류를 적용하기 위해서는 매일 달라지는 유입수의 성상에 대해 미세조류의 활성이 유지되어야 한다. 이에 본 연구에서는 미세조류의 활성이 저하할 것으로 예상되는 저농도 질소(0, 5, 10, 20 mg-N/L)를 함유한 하수의 유입을 가정하고, 미세조류의 활성이 어떻게 변하는지 관찰하고 활성의 척도로서 광합성량과 호흡량을 측정했다. 그에 따라 미세조류를 적용한 고도처리공법으로 저농도 질소를 함유한 하수를 처리할 수 있는가에 대한 가능성을 평가하고자 했다.

2013년 1월 1일에 최종 개정된 수질기준에 의하면, 1일 하수처리용량이 500 m³ 이상인 하수처리장이 I 지역에 처리수를 방류하는 경우의 총 질소 기준은 20 mg˗N/L, 총인 기준은 0.2 mg˗P/L로, 총인 규제농도가 특히 낮다고 할 수 있다. 이러한 방류수 수질기준을 만족시키기 위해 공공하수처리시설에서는 다양한 고도처리 공법들을 시행하고 있는데, 그 중에서 생물학적 고도처리(Biological Nutrient Removal : BNR) 공법이 가장 일반적으로 사용되고 있다. 대표적인 BNR 공법인 A2O 공법은 혐기조와 무산소조, 호기조를 통해 유기물 뿐 아니라, 질소 및 인까지 동시에 제거 가능하다(Xiang et al. 2014). BNR 공법의 질소 및 인 처리율은 약 70% 정도 밖에 되지 않는다. 기존의 BNR 공법 보다 질소와 인의 제거효율을 높이고, 나날이 강화되는 방류수 수질기준을 만족시킬 수 있는 새로운 기술로써, 미세조류와 박테리아의 공배양(co˗culture)에 대한 연구가 진행되고 있다. 이는 유기물 및 질소와 인에 대한 제거능력이 뛰어나다고 알려진 미세조류를 기존의 박테리아를 이용한 하수처리 공법에 적용함을 의미한다. 미세조류와 박테리아의 공배양은 autotrophic 조건이나 heterotrophic 조건 보다 mixotrophic 조건에서 성장수율이나 N, P 제거율이 우수하다고 알려져 있다. 이에 본 연구에서는 mixotrophic 조건에서 미세조류와 박테리아의 co-culture 과정에서 pH의 변화에 따른 N, P 제거능을 알아보고, 최적의 pH를 도출하고자 하였다.