[논문]황산염 환원반응이 탈염소화, 메탄생성 및 황산염 환원 간 수소경쟁에 미치는 영향

이일수; 배재호

문제 정의

본 연구는 혐기성. 조건에서 전자공여체인 수소에 대하여 경쟁관계에 있는 황산염 환원 반응이 환원성 탈염소화 및 메탄 생성 반응에 미치는 영향을 평가하고, 미생물량 변화가 탈염소화 효율에 미치는 영향을 파악하기 위하여 수행되었다.
황산염 환원이 PCE의 탈염소화 및 메탄생성에 미치는 영향을 파악하기 위한 회분식 실험결과 다음과 같은 결론을 도출하였다.

가설 설정

1) 황산염의 존재는 탈염소화 효율을 저하시켰는 바, 이는 황산염 환원과 탈염소화 두 반응이 전자공여체인 수소 를 동시에 경쟁적으로 이용하기 때문이다. 한편, 황산염의 존재는 메탄생성은 강력하게 억제됨으로써 메탄생성은 주요 수소경쟁 반응에서 제외되었다.
실험에 이용된 전자공여체와 수용체의 양을 Table 1에 요약하였으며 , 벤조산염의 분해로부터 생성되는 아세트산염 (3 mol acetate/mol benzoate)은 탈염소화에 이용되지 않는 다고 가정하여 전자공여체/수용체 비를 산정할 때 고려하지 않았다. 예를 들어 20 pm이의 PCE와 0.

제안 방법

63이었다. Case 2에서는 황산염 환원균(sulfhte reducing bacteria, SRB)의 순응이 탈염 소화 반응에 미치는 영향을 평가하기 위하여 SRB가 황산 염 환원에 순응되기 전·후의 탈염소화 및 황산염 환원 결과를 비교하였다. 실험에 이용된 벤조산염 및 PCE와 황산 염은 각각 26.
PCE의 환원성 탈염소화에 미치는 황산염 환원의 영향을 평가하기 위하여 120 mL serum bottles# 이용하였으며, 그 방법은 이와 배”)가 사용한 방법과 유사하다. Serum bottles 내 초기 미생물 농도를 실험방법에 따라 5-15 mg/丄로 유지하기 위하여 CSTR로부터 인출된 탈염소화 혼합 미생물 을 media로 희석하여 전체부피가 6, 0 mL이 되도록 식종한 후 80% N₂ 및 20% CO₂ 가스를 이용하여 혐기성 상태를 만들었다. 이때 purging을 통하여 CSTR에 잔류하였던 수소, 에텐, 그리고 염화에텐 등이 제거되었다.
가스 시료는 각 serum bottles의 head space로부터 100- 200 uL씩 채취하였으며, 메탄과 에텐을 포함한 염화 에텐 류 화합물과 수소 농도를 측정하였다. 메탄 및 염화 에텐 류 화합물, 수소, 벤조산염, 아세트산염, 그리고 황산염의 분석방법은 이와 배噸에 의해 제시된 바와 같다.
모든 용기는 혐기성 상태에서 24(±1)℃ 로 유지된 shaking incubator를 이용하여 100 rpm 의 속도로 교반하였다. 각 회분식 실험은 복수의 serum bottles을 이용하여 수행하였다.
실험은 Case 1, 2 및 3으로 구분하여 수행하였으며, Case 1에서는 황산염 환원에 의한 수소의 소모가 탈염소화 및 메탄생성에 미치는 영향을 파악하기 위하여 전자수용체인 PCE 및 황산염이 모두 부재하는 경우, 모두 존재하는 경우, 그리고 PCE와 황산염 중 하나의 전자수용체만 존재하는 경우의 네 가지 조건에서 실험을 수행하였다. PCE와 황산염이 모두 첨가되지 않은 경우를 제외한 공여체/수용체 비는 각각 1.
이때 purging을 통하여 CSTR에 잔류하였던 수소, 에텐, 그리고 염화에텐 등이 제거되었다. 전자수용체인 PCE, 황산염과 전자공여체인 벤조산염은 필요한 경우 주사기를 이용하여 첨가하였다. 모든 용기는 혐기성 상태에서 24(±1)℃ 로 유지된 shaking incubator를 이용하여 100 rpm 의 속도로 교반하였다.
황산염 환원에 순응된 SRB에 의한 황산염 환원 반응이 탈염소화에 미치는 영향을 평가하기 위하여 PCE와 황산염을 첨가하여 SRB를 순응시킨 후, PCE와 황산염을 다시 첨가하여 탈염소화 및 황산염 환원 경향의 변화를 살펴보았다. Fig.

대상 데이터

Case 2에서는 황산염 환원균(sulfhte reducing bacteria, SRB)의 순응이 탈염 소화 반응에 미치는 영향을 평가하기 위하여 SRB가 황산 염 환원에 순응되기 전·후의 탈염소화 및 황산염 환원 결과를 비교하였다. 실험에 이용된 벤조산염 및 PCE와 황산 염은 각각 26.7 pmol(160.2 pe' eq.), 10 pmol(80 pe- eq.), 12 Hmol(96 pe' eqj로 공여체/수용체 비는 0.91 이었다. Case 3 에서는 황산염이 PCE와 함께 존재하는 경우 미생물 식종 농도의 변화가 탈염소화 효율 및 속도에 미치는 영향을 살 펴보았다.
실험은 미국 Texas주 Victoria의 PCE로 오염된 현장의 대수층 물질을 접종한 탈염소화 완전혼합형 반응조(CSTR) 의 미생물을 이용하여 수행하였다. CSTR의 운전조건은 이와 배”)에 의해 기술된 바와 같다.

성능/효과

2) 메탄생성 반응에 의한 탈염소화 반응에 대한 억제는 PCE 및 TCE가 cDCE로 환원된 후 수소농도의 증가와 함께 발생되지만, 황산염 환원에 의한 억제는 PCE 탈염소화 반응의 시작과 함께 발생하였다. 이 같은 결과는 메탄생성 과 황산염 환원 반응의 수소문턱농도 차이에 기인하는 것 으로, 메탄생성 반응보다 황산염 환원이 탈염소화에 미치는 영향이 더 큰 것을 알 수 있었다.
Case 3 에서는 황산염이 PCE와 함께 존재하는 경우 미생물 식종 농도의 변화가 탈염소화 효율 및 속도에 미치는 영향을 살 펴보았다. 26.7 pmol 벤조산염, 20 pmol PCE 및 12 μmol 의 황산염이 이용되었던 예비실험에서 약 10-11 nmol의 황산염이 환원되었던 결과로부터 Case 3희 공여체/수용체 비는 0.63으로 조절하였다.
3) 황산염 환원균(SRB)의 수소에 대한 경쟁력은 탈염소 화균과 큰 차이가 없었으며, SRB가 순응된 경우 탈염소화 속도 및 효율은 더욱 저하되었다.
4) 식종 미생물량의 증가는 탈염소화 효율에 큰 영향을 미치지 않았다. 이는 황산염 환원과 탈염소화 반응의 수소 문턱농도가 유사하기 때문에 수소공급 속도를 증가시키면 두 반응속도 모두 동시에 증가하기 때문이다.
이 경우 이용된 전자당량의 20% 정도만이 메탄생성에 이용되었고 80%는 황산염 제거에 이용되었다. PCE와 황산염이 모두 첨가된 경우에는 실험기간 동안 수소농도는 메탄 생성을 위한 수소문턱농도(10 nM) 보다 낮게 유지되었고, 그 결과 메탄은 거의 생성되지 않았다.
전자수용체로 PCE만 첨가된 Case 1-2와 황산염만 첨가된 Case 1-3에서 탈염소화 또는 황산염 환원으로 전달되는 전 자당량은 각각 78% 및 67%로 후자의 경우가 10% 적었지 만, 이는 첨가된 황산염이 모두 환원되었기 때문이다. 두 가지 전자수용체가 모두 첨가된 Case 1-4에서는 메탄이 거의 생성되지 않고 전자의 대부분이 탈염소화 및 황산염 환 원에만 사용되었으며, 그 값은 각각 46% 및 54%로 오히려 황산염 환원에 다소 많은 양의 전자가 소모되었다. 따라서 황산염 환원균과 탈염소화균의 메탄균에 대한 수소 경쟁력 은 큰 차이가 없다고 할 수 있다.
2 mM 황산염을 모두 환원 제거 시키기에 충분하지 않았을 뿐만 아니라 황산염 환원에 의하여 메탄생성이 억제되었기 때문이다. 수소농도는 Case 3-1에서 메탄이 생성되었던 20일 전후의 22.8 nM을 제외하고는 모든 경우에서 메탄생성을 위한 문턱농도인 10 nM 이하로 유지되어 메탄생성이 억제된 것과 일치하는 결과를 보였다.
1(a))는 PCE 또는 황산염의 존재에 의해 다소 영향을 받았지만, 첨가된 벤조산염은 실험시작 후 16-26일 후에 모두 제거되었다. 아세트산염의 양은 벤조산 염 제거량에 비례하여 증가하였으며, 모든 경우에 첨가된 벤조산염으로부터 이론적으로 생성될 수 있는 양과 일치하였다. 이로부터 아세트산염은 탈염소화 및 황산염 환원, 그리고 메탄생성 반응에 거의 이용되지 않았음을 알 수 있다.
2) 메탄생성 반응에 의한 탈염소화 반응에 대한 억제는 PCE 및 TCE가 cDCE로 환원된 후 수소농도의 증가와 함께 발생되지만, 황산염 환원에 의한 억제는 PCE 탈염소화 반응의 시작과 함께 발생하였다. 이 같은 결과는 메탄생성 과 황산염 환원 반응의 수소문턱농도 차이에 기인하는 것 으로, 메탄생성 반응보다 황산염 환원이 탈염소화에 미치는 영향이 더 큰 것을 알 수 있었다.
이상의 결과로부터 황산염 환원 반응은 메탄생성과 탈 염소화 반응을 저해하며 특히 비교적 높은 수소문턱농도를 가지는 메탄생성 반응에 큰 영향을 미치는 것을 알 수 있었다. 따라서 황산염이 존재하는 경우 메탄생성 반응은 더 이상 PCE 탈염소화에 영향을 미칠 수 있는 주요 수소경쟁 반응으로 고려되지 않아도 될 것이다.
황산염 환원은 벤조산염 분해와 마찬가지로 미생물량이 많았던 Case 3-3 에서 가장 빠르게 일어났지만, 그 속도는 다른 경우들과 거의 유사하였다. 제거된 황산염의 양은 Case 3-1, 3-2 및 3-3에서 각각 12.2, 11.3, 그리고 10 이로 큰 차이는 아니지만 식종 미생물 농도가 증가할수록 다소 감소하는 경향을 나타내었다.
Case 1의 각 경우에 대한 전자당량 수지를 Table 2에 나타내었다. 첨가된 전자당량에 대한 탈염소화, 메탄생성 및 황산염 환원에 의한 전자 회수율은 93-106%로 나타났다. 전자수용체로 PCE만 첨가된 Case 1-2와 황산염만 첨가된 Case 1-3에서 탈염소화 또는 황산염 환원으로 전달되는 전 자당량은 각각 78% 및 67%로 후자의 경우가 10% 적었지 만, 이는 첨가된 황산염이 모두 환원되었기 때문이다.
이는 다른 경우들에 비하여 황산염 환원에 더 많은 전자당량이 소모됨으로써 탈염소화가 방해를 받았기 때문이다. 최종 탈염소화 효율은 56-59%로 큰 차이를 보이지 않았다. Case 3-3의 경우 벤조산염의 소모와 유 사하게 탈염소화가 종료되었지만, Case 3-1과 3-2는 벤조산 염이 완전히 소모된 후에도 탈염소화가 지속되었으며, 수소 고갈시 아세트산염이 PCE 및 TCE의 cDCE로의 탈염소화 에 전자공여체로 작용하였기 때문인 것으로 판단된다.
8 nmol만이 환원되었다. 탈염소화가 정지된 후, 황산 염을 비롯한 전자공여체와 수용체를 다시 첨가하였을 때, 탈염소화 효율은 72%로 감소하였지만 첨가된 황산염은 모두 제거되었다. 또한 첫 번째 단계에서는 염화에텐 중 VC 만이 잔류하였으나, 두 번째 단계에서는 탈염소화 효율 저하로 인하여 TCE도 축적되었다.
1(c)). 특히 황산염이 환원되는 동안 TCE의 cDCE로의 환원도 크게 억제되어 TCE가 10 μmol 이상으로 축적되었으며, 축적된 TCE는 황산염이 제거된 후 감소하였다(자료는 제시하지 않음). 벤조산염 분해로부터 수소의 공급속도는 황산염 유무에 따라 큰 차이가 없었으므로 황산염 존재 시 탈염소화 속도 및 효율 저하의 원인은 벤조산염으로부터 생성된 수소가 황산 염 환원 및 탈염소화에 경쟁적으로 사용되었기 때문이다.
순응 기간 이후 황산염 환원은 빠르게 진행되어 약 20일 이내에 종료되었다. 황산염 환원은 황산염만 존재하는 Case 1-3에서 PCE와 황산염이 공존한 Case 1-4보다 약 5일 정도 빠르게 진행되어 PCE 탈염소화에 의해 영향을 받는 것을 알 수 있었다.
20 nmol의 PCE를 모두 에텐으로 탈염소화 할 수 있는 양의 벤조산염 이 첨가되었음에도 불구하고 VC가 일부 잔류한 것은 수소 의 일부가 메탄생성 반응에 이용되었기 때문이다. 황산염이 존재하였던 Case 1-4에서는 황산염 환원이 시작된 8-10일 이후에 탈염소화 속도가 크게 감소하였고 최종 탈염소화 효율도 60% 이하로 감소하였다(Fig. 1(c)).

후속연구

또한 첫 번째 단계에서는 염화에텐 중 VC 만이 잔류하였으나, 두 번째 단계에서는 탈염소화 효율 저하로 인하여 TCE도 축적되었다. 이러한 결과로부터 만일 PCE 탈염소화 혼합 미생물이 황산염 환원에 순응된다면, 황산염 환원이 탈염소화 반응보다 더 큰 경쟁력을 가질 수 있을 것으로 예측된다.

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

황산염 환원반응이 탈염소화, 메탄생성 및 황산염 환원 간 수소경쟁에 미치는 영향
Effect of Sulfate Reduction on the Hydrogen Competition among Dechlorination, Methane Production, and Sulfate Reduction 원문보기

초록
AI-Helper

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

가설 설정

제안 방법

대상 데이터

성능/효과

후속연구

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

황산염 환원반응이 탈염소화, 메탄생성 및 황산염 환원 간 수소경쟁에 미치는 영향 Effect of Sulfate Reduction on the Hydrogen Competition among Dechlorination, Methane Production, and Sulfate Reduction 원문보기

초록 용어보기논문에서 용어와 풀이말을 자동 추출한 결과로, 시범 서비스 중입니다. AI-Helper

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

가설 설정

제안 방법

대상 데이터

성능/효과

후속연구

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

이일수 (3) 배재호 (22)

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

황산염 환원반응이 탈염소화, 메탄생성 및 황산염 환원 간 수소경쟁에 미치는 영향
Effect of Sulfate Reduction on the Hydrogen Competition among Dechlorination, Methane Production, and Sulfate Reduction 원문보기

초록
AI-Helper

AI 본문요약
AI-Helper