해수 바이오플락 시스템에서 유기탄소원 종류에 따른 아질산성 질소 제거 성능 평가

Abstract

본 연구는 해수 바이오플락 기술(BFT) 시스템에서 유기탄소원(calcium pyruvate, glycerol, D-Glucose) 종류가 아질산성 질소(NO₂-N) 제거 성능에 미치는 영향을 평가하고, 안정적인 수질 관리를 위한 기초 자료를 확보하며, 무기질소 전환 경로에 대한 이해를 넓히는 데 목적이 있다. 실제 양식 현장에서 자주 발생하는 아질산염 피크(nitrite peak) 현상을 모사하기 위해, BFT stock solution에 NaNO₂을 투여하여 초기 NO₂-N 농도를 30 mg·L⁻¹ 수준으로 조성한 후 10 L씩 각 실험수조에 채웠으며, 이 조건은 모든 실험군에 동일하게 적용되었다. 실험은 총 8일간 진행되었으며, 유기탄소원은 Day 0과 Day 5에 두 번에 나누어 처리군에 공급되었다. 실험 시스템은 15 L 용적의 원통형 PET 실험수조 8개를 1톤 FRP 탱크 내부에 설치하고, 에어 블로워를 통해 충분한 폭기를 유지하여 호기성 조건을 조성하였다. 주요 수질 환경 인자 분석 결과, 수온, DO, 염분은 처리구 간 유의한 차이가 없어 유기탄소원 공급 외의 외부 변수가 적절히 통제되었음을 확인했다. 그러나 pH와 알칼리도는 유기탄소를 공급한 처리구에서 모두 유의하게 증가했으며, 특히 Pyruvate 처리구에서 가장 현저한 상승을 보였다. 탁도와 SS는 유기탄소원 공급 처리구에서 유의하게 증가하여 타가영양세균의 증식과 바이오플락 형성으로 인한 영향을 확인했으며, D-Glucose 처리구에서 SS 농도가 가장 높게 나타났다. 무기 질소 농도 분석 결과, Control 그룹을 제외한 모든 유기탄소원 처리구에서 NO₃-N, NO₂-N, 및 TIN 농도가 유의하게 감소하는 양상을 보였으며, Pyruvate 처리구에서 NO₂-N 감소폭이 가장 컸다. 그러나 유기탄소원 처리구 간에는 통계적으로 유의한 차이가 관찰되지 않았다. TAN 농도는 Glycerol 처리구에서 일시적인 증가를 보였다. 상관관계 분석 결과, NO₃-N, NO₂-N, TIN 농도는 탁도 및 알칼리도와 유의한 음의 상관관계를 보였으며, 이는 유기탄소원 공급에 의해 유도된 플락 형성과 타가영양세균의 활성화가 무기질소 제거에 기여했을 가능성을 시사한다. 이러한 결과는 해수 BFT 시스템에서 유기탄소원의 공급이 타가영양세균에 의한 NO₂-N을 포함한 무기 질소 제거를 효과적으로 유도할 수 있음을 보여준다. 본 연구는 nitrite peak 상황에서 NO₂-N 농도 저감에 유기탄소원이 임시적으로 활용될 수 있는 실용적 가이드라인의 기초 자료를 제공하며, BFT 수질 관리 기술 고도화에 기여할 것으로 기대된다.|This study evaluated the effects of different organic carbon sources (calcium pyruvate, glycerol, and D-glucose) on nitrite-nitrogen (NO₂ -N) removal in a seawater biofloc technology (BFT) system. To simulate a nitrite peak frequently observed in BFT systems, a BFT stock solution was prepared by adding NaNO₂ to reach an initial NO₂-N concentration of 30 mg·L⁻¹. This solution was evenly distributed (10 L per tank) into eight cylindrical PET tanks, and identical conditions were applied across all treatment groups. Organic carbon was administered in two equal doses on Days 0 and 5, with the total amount calculated to achieve a C/N ratio of 12 and 30 mg·L⁻¹ of NO₂-N. The experiment lasted for 8 days under continuously maintained aerobic conditions. Water temperature, dissolved oxygen, and salinity did not differ significantly among groups, indicating effective control of external variables. In contrast, pH and alkalinity significantly increased in the carbon-treated groups, particularly in Pyruvate treatment. Turbidity and settleable solids (SS) were also elevated, with D-glucose yielding the highest SS concentration. Inorganic nitrogen concentrations (NO₃-N, NO ₂-N, and TIN) significantly decreased in all carbon-treated groups compared to the control. Among them, the pyruvate group showed the greatest reduction in NO₂-N concentration, although no statistically significant differences were detected among the carbon-treated groups. The glycerol treatment exhibited a temporary increase in total ammonia nitrogen (TAN). Correlation analysis revealed strong negative relationships between NO₃-N, NO₂-N, and TIN concentrations with turbidity and alkalinity, suggesting that increased floc formation and heterotrophic bacterial activity, driven by organic carbon supplementation, may have played a role in the reduction of inorganic nitrogen. These findings demonstrate that targeted organic carbon supplementation can markedly enhance heterotrophic nitrite removal in marine BFT systems and provide a practical strategy to mitigate nitrite surges under commercial aquaculture conditions.