미세조류-세균 과립 슬러지 안정성 평가

하수처리 과정에서 미세플라스틱과 항생물질의 증가는 생물학적 처리 공정에 새로운 과제를 제시합니다. 효율적인 하수처리 기술로 주목받는 미세조류-세균 과립 슬러지(MBGS)의 미세플라스틱과 항생물질 동시 노출에 대한 반응은 아직 충분히 연구되지 않았습니다. 본 연구는 분해성 폴리카프로락톤 미세플라스틱(PCL MP)과 설파메톡사졸(SMX)이 MBGS의 과립화 및 장기 운전에 미치는 영향을 1 mg/L 농도에서 단독 및 복합 노출 조건으로 평가했습니다. 연구 결과, PCL 단독 노출은 MBGS에 미미한 변화만을 유발했으나, SMX는 과립 안정성과 반응기 성능을 저해했습니다. 특히 PCL과 SMX 복합 노출 시 가장 심각한 성능 저하가 관찰되었습니다. 암모늄성 질소(NH4+-N) 제거율은 대조군 대비 5.2% 감소했으며, 인산염 제거율은 48.9% 크게 감소했습니다. 또한, 유출수 내 아질산성 질소(NO2−-N)와 질산성 질소(NO3−-N) 농도는 각각 8.9 mg/L와 31.6 mg/L로 증가했습니다. 이러한 변화는 미생물 활성 저하와 관련이 있었는데, 비질산염 환원율(SNRR)과 비인 흡수율(SPUR)은 각각 31.6 mg N/g MLVSS와 10.3 mg P/g MLVSS로 감소했습니다. 세포외 고분자 물질(EPS) 분석에서는 단단히 결합된 단백질의 고갈이 확인되었습니다. 미생물 군집 분석 결과, SMX를 포함한 조건에서 Nakamurella(최대 36.5%)와 Micropruina(최대 18.9%)가 풍부해지고 Microlunatus와 같은 폴리인 축적 박테리아는 감소하는 등 군집 재편성이 나타났습니다. 결론적으로, MBGS는 PCL 단독 노출에는 회복력을 보였으나, SMX, 특히 PCL과의 복합 노출 시에는 심각한 구조적 및 기능적 불안정성을 겪는 것으로 확인되었습니다. 이 연구는 MBGS 기반 하수처리 시스템 설계 시 미세플라스틱과 항생물질의 복합 오염 영향을 고려해야 함을 시사합니다.