폐수 처리장내에서 폐수가 미생물에 미치는 독성 영향 평가를 위해 호흡률을 조사한 결과, 산소 소비량이 증가할수록 미생물의 호흡이 빨라지고 유기원의 부하가 증가한다. 호흡률의 감소가 심하면 폭기조 미생물에 독성을 유발한다. GC/M를 이용한 분석결과, 각 폐수 공정별 처리로 폐수내의 난분해성 물질이 유도산물로 전환됨으로 효율적인 분해를 할 수 있는 적정 미생물의 탐색, 선별을 통한 생물학적 처리효율을 높일 수 있다. 이를 위해 선발된 4균주로 구성된 미생물제제 J30의 플라스크수준의 COD감소효율 최적화를 위한 온도, pH, 배양시간에 따른 균체 성장을 조사했다. 그 결과 단일 균주에 비해 약 \( 10 \sim 20 \% \) 상승했다. 따라서 J30을 이용하면 COD 처리효율을 극대활 할 수 있다. 실험실 규모의 아크릴 반응조에서 J30의 COD제거 효율을 검토하는 연속 실험 진행 결과, 약 \(16 \% \)상승했다. J30은 안정성 연구와 현장적응 과정으로 제지산업폐수를 효율적으로 처리할 수 있다.
<h2>호흡률 조사</h2><p>폐수 처리장내의 원수, 1차 처리수 및 폭기조 세 지점에서 채수한 폐수를 대상으로 미생물에 미치는 독성 영향을 평가하기 위하여 호흡률을 조사한 결과, 활성오니를 기준으로 1차 처리수와 원수의 산소 소비율 및 상대 호흡률이 감소하는 것으로 나타났다. 산소 소비량이 증가하는 것은 미생물의 호흡이 빨라지고 유기원의 부하가 증가하는 것을 의미하며, 상대 호흡률의 감소는 폐수 내의 물질 중 미생물 호흡을 방해하는 물질을 내포하고 있는 것으로 심할 경우 폭기조 미생물에 독성을 유발하는 것으로 보고되었다.</p><h2>GC/MS 분석</h2><p>제지폐수 중 난분해성 물질의 유도산물 및 COD 증가의 원인 물질을 분석하기 위하여 GC/MS를 이용하여 분석한 결과(data not shown), 리그닌과 같은 난분해성 물질의 유도산물인 벤젠 고리를 가진 방향족 탄화수소와 벤젠 고리에 여러 가지 작용기 및 할로겐 원자 등으로 치환된 방향족 탄화수소의 유도체를 관찰하였다. 리그닌과 같은 난분해성 물질이 산화되면 그 내부 구조인 벤젠 구조 자체가 파괴되는 것이 아니라 중합 구조의 연결 고리가 파괴되거나 증가되어 더욱 안정된 물질로 변화하므로 일반적인 미생물에 의해서 분해되기 어렵다. 제지 공장의 폐수처리장 내에 유입되는 난분해성 물질이 고분자 형태의 물질로 존재하는 것으로 알려져 있지만, 각 폐수 공정별 처리를 통해 폐수 내에 존재하는 난분해성 물질은 고분자가 아닌 유도산물로 전환되는 것으로 판단되었다. 이는 유도산물을 효율적으로 분해할 수 있는 적정 미생물의 탐색 및 선별을 통하여 제지폐수의 생물학적 처리효율을 높일 수 있는 것으로 생각된다.</p><h2>배양조건 및 배양시간에 따른 COD 감소효율</h2><p>제지폐수의 효율적 처리를 위하여 선별된 4 균주로 구성된 미생물제제 J30의 플라스크 수준에서 COD 감소효율 최적화를 위하여 온도, \( \mathrm{pH} \) 및 배양시간에 따른 균체 성장을 조사하였다. 온도 변화에 따른 COD 감소효율은 \( 25^{\circ} \mathrm{C} \) 이후 급격히 증가하여 분리균주는 \( 28 \sim 30^{\circ} \mathrm{C} \)에서 약 \( 70 \% \)의 제거효율을 나타내었으며 미생물제제 J30은 처리온도 \( 30^{\circ} \mathrm{C} \)에서 \( 82 \% \)의 효율을 나타내었다(data not shown). 처리 온도 \( 30^{\circ} \mathrm{C} \)에서 \(\mathrm{pH}\)에 따른 COD 감소 효율을 조사한 결과 Fig. 1에 나타난 바와 같이 분리 균주는 \( \mathrm{pH} 7.0 \sim 8.0 \)의 범위에서 \( 73 \% \)의 효율을 보였으며, 미생물제제 J30의 경우 \( \mathrm{pH} 7.5\)에서 \( 87 \% \)의 감소율을 나타내었다.</p><p>배양시간에 따른 COD 제거효율은 미생물제제 J30의 경우 배양 60시간에서 감소효율 \( 90 \% \)로 최대를 나타내었다.</p><p>이상의 결과에서 단일 균주는 약 \( 70 \sim 80 \% \) 감소효율을 나타낸 데 비하여 미생물제제 J30 처리구에서는 약 \( 10 \sim 20 \% \) 정도의 상승효과를 나타내었다. 따라서 제지폐수의 효율적인 처리를 위해서는 혼합균주인 미생물제제 J30을 이용하였을 때 COD 처리효율을 극대화할 수 있는 것으로 파악되었다.</p><h2>미생물제제를 이용한 실험실 규모의 pilot test</h2><p>제지폐수처리 시험은 실험실 규모의 아크릴 반응조(2\(\mathrm{l}\))에서 미생물제제 J30의 COD 제거효율을 검토하기 위하여 연속 실험을 진행하였다. 제지 1차 처리수는 체류시간 \( 48 \mathrm{~hr} \)로 초기 조정하여 미생물제제 J30 처리구와 기존 현장의 활성오니를 대조구로 하여 처리효율 시험을 수행하였다. 시험 전 2일간 활성오니를 공폭기하여 제지폐수에 충분히 순양하도록 적응 기간을 두었고 미생물제제 J30의 접종량은 초기 \( 200 \mathrm{~mg} / \mathrm{l} \)를 투여하고, 안정화 기간 동안 매일 \( 100 \mathrm{~mg} / \mathrm{l} \)씩 투여하였으며 안정화 이후 \( 50 \mathrm{mg} / \mathrm{l} \)를 투여하였다.</p><p>두개의 pilot을 대조구와 실험구로 하여 미생물 제제 J30의 투입 전 10일 동안 유입수(1차 처리 수)와 유출수(처리된 폭기조 물)의 COD 변화와 미생물제제 J30 투입 후 10일간의 변화를 조사한 결과, 미생물제제 투입 전 대조구의 COD 제거율은 \(71\%\)로 나타났으며, 미생물제제 J30의 투입 후 평균 COD 제거효율은 \( 87 \% \)로 약 \( 16 \% \) 상승한 것으로 조사되었다. 시험기간 동안 \( \mathrm{pH} \) (data not shown)는 대조구에서 운전 3일째부터 감소하기 시작하여 처리 5일째 이후 약산성 영역으로 유지되었다. 이는 COD 감소와 비교할 때 미생물의 활발한 증식활동에 의하여 생산되는 대사산물, 즉 유기산의 영향에 기인하는 것으로 생각된다.</p><p>유용균주의 혼합체로서 개발된 미생물제제 J30은 안정성 연구와 현장적응 과정을 거쳐 사용할 경우 제지산업폐수의 효율적인 생물학적 처리가 가능할 것으로 판단된다.</p>