역세는 미세 오염물질 제거와 모래여과기 내 미생물 군집의 동적 변화에 영향을 미칩니다.

Dec 13, 2023

2023년 4월 26일

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모래 필터는 식수 처리에 일반적으로 적용되며 원수에서 부유 물질, 유기물 및 미생물을 효율적으로 제거할 수 있습니다. 이 과정에서 미립자 물질과 미생물이 필터 모래에 부착되어 급속 모래 필터와 느린 모래 필터 모두에서 두꺼운 생물막이 형성될 수 있습니다. 막힘을 방지하고 오염 물질 제거 효율을 회복하려면 일반적으로 모래 필터에 공기, 물 또는 두 가지를 조합하여 역세척하는 것이 필요합니다.

그러나 역세는 바이오매스 손실을 유발하여 모래여과기의 오염물질 제거 효율을 감소시킬 수 있습니다. 일반적으로 빈층 접촉 시간(EBCT)이 1시간 이상인 완속형 모래여과지는 급속형 모래여과기에 비해 미량 오염물질 제거 효율이 높지만 막힘 문제가 더 심각합니다.

느린 모래 필터는 미생물 변형 및 분해를 통해 용해된 유기 탄소, 암모늄 및 망간의 일부를 제거할 수 있습니다. 또한, 최근 증거에 따르면 일부 유기 미세 오염물질은 모래 필터로 제거될 수 있으며, 이는 적어도 부분적으로 필터 모래에 형성된 생물막에 기인합니다.

모래 물질에 대한 미세 오염 물질 흡착이 제한되어 있기 때문에 토착 미생물 개체군에 의한 미세 오염 물질의 생분해는 완속 모래 필터에서 미세 오염 물질의 가장 중요한 제거 메커니즘입니다. 역세 과정에서 사용된 물과 공기는 여과재의 부피를 확장시켜 여과 모래에서 생물막을 벗겨 제거할 수 있습니다. 따라서 느린 모래여과지에서는 생물막 형성이 주기적으로 발생하며, 역세 후 모래여과지의 오염물질 제거에는 미생물 군집 역학이 중요합니다. 그러나 역세 후 미생물 생물막 공동체 역학에 초점을 맞춘 연구는 거의 없습니다.

이 문제를 해결하기 위해 중국과학원 바이야오후이(Yaohui Bai) 박사와 그의 팀원들은 역세 후 미세 오염물질 농도와 미생물 군집의 시간적 역학을 밝히고 완속여과여과 역세척의 최적 간격을 나타내기 위해 협력했습니다. 미세오염물질 제거를 위한 그들은 미생물 생물막 공동체의 역동성과 회복력, 그리고 느린 모래 필터를 사용한 역세 후 해당 미세 오염 물질 제거를 추적하기 위해 실험실 기둥 실험을 수행했습니다.

두 가지 유형의 필터 재료인 망간 및 석영 모래 필터를 사용하여 두 가지 다른 빈층 접촉 시간(EBCT) 하에서 완속 모래 필터의 미생물 군집에 대한 역세의 영향을 완전히 비교했습니다. "모래 필터의 미세 오염 물질 제거 및 관련 미생물 조립 과정에 대한 역세의 영향"이라는 제목의 연구팀의 연구는 Frontiers of Environmental Science & Engineering에 온라인으로 게재되었습니다.

본 연구에서는 역세 후 미량오염물질 제거 및 미생물 군집 구성의 시간적 역학을 추적하였고, 카페인, 설파메톡사졸, 설파디아진, 트리메토프림, 아트라진의 제거효율은 2시간 EBCT에서 두 모래여과기 모두에서 2일 이내에 점차적으로 회복되는 반면, 설파디아진 및 트리메토프림 분해의 감소 추세는 4시간 EBCT에서 발견되었습니다. 역세 후 망간사 필터의 아테놀롤 제거 효율은 급격히 증가했지만 두 EBCT 모두 석영사 필터에서는 높은 수준(거의 100%)을 유지했습니다.

이에 따라 활성 바이오매스는 모든 조건에서 2일 이내에 회복되었습니다. 미생물 군집 구성은 2시간 EBCT에서 점차 역세 이전 수준으로 회복되었으며, 2시간 EBCT에서 회수된 미생물은 망간 및 석영사 필터에서 각각 82.76% ± 0.43% 및 46.82% ± 4.34%를 차지했습니다. 대조적으로, 4시간 EBCT에서 모래 필터의 군집 구성은 역세 이전 수준(R < 0.25)으로 회복되지 않았으며 고갈된 미생물은 두 유형의 모래 필터 모두에서 주요 그룹이었습니다.