분리막 생물반응기(MBR)는 전통적인 수처리 방법과 비교하여 안정적인 수질확보, 처리부지 감소, 높은 유기물 제거 등의 장점으로 인하여 매우 널리 사용되고 있다. 그러나 긴 고형물 체류시간과 높은 미생물 농도로 인하여 종종 인제거에 제한이 있다. 전통적으로 인을 제거하기 위해 화학적 침전 방법이 가장 널리 사용되고 있으나 이는 과량의 응집제 주입으로 인한 비용 문제 및 대량의 슬러지 발생의 한계점을 가지고 있다. 반면 흡착공정은 상대적으로 운전이 쉽고 간단하며 슬러지 발생량을 현저히 줄일 수 있는 방법이다. 따라서 본 연구에서는 입상 금속산화물 흡착제를 개발하고 이를 이용하여 MBR처리수 내의 인을 제거하는데 적용하고 성능을 평가하였다. 본 연구는 환경부의 연구비(과제번호 2013001390002)를 지원받아 진행되었습니다.

This study was performed to find the effect of Enteromorpha prolifera as a biosorbent on the removal of heavy metals such as lead, copper, zinc and cadmium from the synthetic wastewater. The biosorption experiment was conducted using biomass of dried Enteromorpha prolifera, which has caused environmental pollution issues in oceans and lakes. To find the physico-chemical characteristics and adsorption capacity, parameters such as biosorbent dosage, initial heavy metal concentration, pH value of solution, contact time which influence the effects on heavy metals removal were changed and the optimum values were found through batch test. The experimental results showed that the sequence for adsorption capacity of heavy metals by Enteromorpha prolifera was Pb2+> Cu2+> Cd2+> Zn2+. The optimum conditions of pH, contact time and dosage of biosorbent were pH 5.0, 60 min. and 0.5 g/L, respectively. As initial heavy metal concentration increased, the adsorption capacity increased up to 17.53 mg/g for Pb with 98% removal efficiency. From the adsorption thermodynamic and kinetic analysis, the biosorption pattern of Pb, Cu, Zn and Cd was well described using Freundlich and Langmuir sorption isotherm with their R2 values of 0.99 and 0.97, respectively. The sorption kinetics followed pseudosecond order kinetic models and thus supported chemical sorption rather than internal diffusion. The work clearly indicates the potential of using Enteromorpha prolifera as an excellent adsorbent for heavy metal removal in industrial wastewater.

최근 산업의 발달로 산업폐수가 다량으로 발생됨과 더불어 방류수내 유독성 중금속으로 인해 수생태계에 악영향을 미치고 있으며 또한 인체 내에 축적되는 성질을 가지고 있다. 이러한 중금속 제거에 관한 연구가 활발히 진행되고 있으나 효과적인 처리에는 한계점을 나타내고 있다. 지금까지 가장 널리 사용되고 있는 방법으로는 화학첨전법, 이온교환법 등이 이용되고 있으나 완전한 중금속 제거가 어렵고 많은 약품이 필요하며 고독성의 슬러지가 발생하는 단점이 있다. 생물흡착제로서 미세 해양 조류, 미생물 및 효모 등을 이용한 중금속 흡착연구가 진행되어 왔는데, 이중에서도 조류를 이용한 방법이 가장 경제적이고 효율적인 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 해양에 널리 분포성장하고 있는 조류 중 감태를 이용하여 중금속 흡착실험을 수행하였는데, 이러한 조류 감태는 최근 기후변화 및 부영양화 현상으로 인하여 2007년부터 여름철에 한국과 중국 연해인 황해에서 대량 번식하여 2014년에도 감태 최대 분포면적이 50,000 km²에 이르는 것으로 보고되고 있다. 현재 감태는 식용을 제외하고 일부 가축 사료로도 활용되지만 대부분 폐기물로 처리되고 있는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 감태(Enteromorpha prolifera)를 이용한 중금속 흡착능을 평가하여 대부분 폐기물로 처리되고 있는 감태의 활용방안을 모색하고자 하였다. 비활성 감태의 물리화학적 특성 파악 및 금속이온 공존상태에서의 흡착능을 검토하기 위해서 감태를 건조한 후 분말로 만들어 batch test를 하였으며, Pb2+, Cu2+, Zn2+, Cd2+ 등 4종의 중금속을 대상으로 흡착 실험을 수행하여 적정 투입량, pH, 온도 및 반응시간변화에 따른 최적 조건을 도출하고자 하였다. 또한 해조류 중 다시마 등과의 흡착능을 비교해 보았다. 흡착실험결과, pH는 1~11변화에 따른 흡착능을 비교해 본 결과, pH 5에서 가장 높은 흡착효율을 나타내었으며, 온도는 10~30℃ 범위내에서 실험해 본 결과, 최적 흡착 조건은 20℃로 나타났다. 또한 생물흡착제의 종류에 따라 금속의 흡착율 뿐만 아니라 금속의 선택적인 흡착까지도 명확하게 다른 것으로 나타났다. 중금속 종류별 흡착능력은 Pb2+>Cu2+>Cd2+>Zn2+순이었으며, 감태는 Pb2+, Cu2+이온에 대한 흡착율이 최대 95% 및 82%로서 높은 제거효율을 보였으며, 다시마는 각각 92%, 77%의 흡착율을 나타내었다. Zn2+과 Cd2+이 함유되어 있는 폐수에 대해서는 다시마가 감태보다 오히려 흡착능 효율이 더 좋은 것을 알 수 있었다. 이상의 결과로부터 생물흡착제 감태의 중금속 흡착 제거 효과가 우수한 것을 확인할 수 있었으며, 조류의 활용과 더불어 생물흡착제로서 중금속 흡착제거에 활용될 수 있을 것으로 판단된다