$N_2O$ is a potent greenhouse gas and ozone-depletion agent. In this study, a biofiltration system was designed for removal of $N_2O$ emitted at low concentrations (<200 ppmv) from wastewater treatment plants. A biofiltration system was designed to utilize untreated wastewater from the primary sedimentation basin as the source of electron donor and nutrients and minimize the energy requirement by utilizing gravitational force and pressure differential to direct liquid medium and gas through the biofilter. The experiments performed with laboratory-scale biofilter in two different configurations confirmed the feasibility of the biofiltration system. The biofilter operated with cycling of raw wastewater exhibited up to 94% and 53% removal efficiency with 100 ppmv $N_2O$ in $N_2$ and air, respectively, as the feed gas, corroborating that untreated wastewater can serve as a robust source of electron donor and nutrients. The laboratory-scale biofilter operated with a continuous flow-through of synthetic wastewater attained >99.9% removal of $N_2O$ from $N_2$ background at the gas flowrate up to $2,000 mL \cdot min^{-1}$ and >50% $N_2O$ removal from air background at the gas flowrate of $200 mL \cdot min^{-1}$. nosZ-containing bacterial genera including Flavobacterium (5.92%), Pseudomonas (4.26%) and Bosea (2.39%) were identified from the biofilm samples collected from the oxic biofilter, indicating these organisms were responsible for $N_2O$ removal.
$N_2O$는 주요 온실가스 중 하나이며 오존층을 파괴하는 매체이다. 본 연구에서는 하수처리장에서 낮은 농도로 배출되는 $N_2O$를 제거하기 위한 생물학적 처리 시스템을 고안하였다. 본 생물여과시스템은 1차침전지로부터 흘러오는 하수를 부분적으로 바이오필터로 유입시켜 중력만으로 전자공여체와 영양분을 공급하며, $N_2O$ 오염 가스는 압력차에 의해 바이오필터로 유입되게끔 하여 $N_2O$는 전자수용체로서 제거되고 요구되는 에너지는 최소화한다. 두 개의 다른 배열로 제작된 연구실 규모의 바이오필터를 이용한 실험에서는 본 생물여과 시스템의 실제 적용이 가능한지에 대해 검증을 하였다. 일정량의 하수를 내부에서 순환시키도록 한 바이오필터는 100 ppmv $N_2O$ 농도의 질소 배경가스와 공기 배경가스 조건에서 각각 최대 94%와 53%의 제거율을 보임으로써, 처리되지 않은 하수는 전자공여체와 영양분 제공을 충분히 할 수 있다는 것이 확인되었다. 새로운 하수를 지속적으로 흘려보내는 바이오필터에서는 최대 $2,000 mL \cdot min^{-1}$ 유속의 질소 배경가스와 공기 배경가스 조건에서 각각 99.9% 이상과 50% 이상의 $N_2O$ 제거율을 보였다. 호기조건의 바이오필터 내 바이오필름에서는 Flavobacterium (5.92%), Pseudomonas (4.26%) 그리고 Bosea (2.39%)를 포함하여, $N_2O$를 제거하였을 것으로 보이는 nosZ 유전체 보유 박테리아들이 발견되었다.
