[논문]제올라이트를 이용한 생물막 형성시 미생물의 부착에 금속이 미치는 영향에 관한 연구

김재근; 박인선; 박재우

doi:10.12652/ksce.2009.29.3b.303

제올라이트를 이용한 생물막 형성시 미생물의 부착에 금속이 미치는 영향에 관한 연구
A Study on the Effect of Metals on Bacteria Adhesion to Zeolite as Bio-media Materials 원문보기

大韓土木學會論文集, Journal of the Korean Society of Civil Engineers, B. 수공학, 해안 및 항만공학, 환경 및 생태공학, v.29 no.3B, 2009년, pp.303 - 310

김재근 (금호건설(주) 토목팀) , 박인선 (한양대학교 토목공학과) , 박재우 (한양대학교 토목공학과)

초록
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천연 제올라이트는 효과적인 다공성 구조와 높은 양이온 교환능력을 가지고 있을 뿐 만 아니라 비교적 저렴한 가격으로 인하여 흡착제 및 생물막 담체 등으로 널리 사용되는 물질이다. 본 연구에서는 천연 제올라이트를 이용한 생물막 형성시 제올라이트에 흡착된 금속 양이온$(Na^+,\;Ca^{2+},\;Mg^{2+},\;Al^{3+})$이 미생물의 흡착량에 어떠한 영향을 미치는지에 대하여 검토하였다. 본 실험을 위하여 천연 제올라이트의 양이온 교환능력(cation exchange capacity; CEC)의 10%, 20%, 100%를 금속 양이온으로 치환하여 개질시킨 Metal-modified zeolite(MMZ)를 사용하였고 미생물은 Pseudomonas putida를 계대배양하여 사용하였다. 미생물 흡착실험 결과 MMZ로의 미생물의 흡착량이 천연 제올라이트로의 흡착량 보다 일반적으로 증가하는 경향을 나타내었다. 즉, 10% CEC의 경우 미생물의 흡착량은 $Mg^{2+}>natural>Na^+>Al^{3+}>Ca^{2+}$, 20% CEC의 경우 $Mg^{2+}>Ca^{2+}>Al^{3+}>natural>Na^+$, 100%의 CEC의 경우 $Ca^{2+}>Mg^{2+}>natural>Al^{3+}>Na^+$의 흡착량을 나타내었다. 특히, 마그네슘으로 개질된 Mg-modified zeolite(Mg-MZ)의 경우 가장 높은 미생물 흡착량을 보였으며 10% CEC로 개질한 경우 천연 제올라이트보다 60% 이상 증가된 흡착량을 나타내었다. 그러나 제올라이트에 흡착된 양이온의 양이 증가할수록 미생물의 흡착량은 감소되는 경향을 나타내었는데, 즉, 10% CEC Mg-MZ의 경우 미생물의 흡착 증가량이 60% 이상이었으나 20% CEC의 경우 50%, 100% CEC의 경우 10%로 흡착 증가량이 감소되었다. 또한 제올라이트에 흡착된 $Mg^{2+}$와 수용액 상에 존재하는 $Mg^{2+}$가 미생물의 흡착량에 미치는 영향을 비교한 결과 제올라이트에 흡착될 수 있는 미생물의 최대흡착량은 큰 차이가 없는 것으로 조사되었다.

Abstract ▼ AI-Helper

Natural zeolite is widely used as sorbents and bio-media materials because it is cheap as well as it has efficient porous structures and large cation exchange. In this study, the effect of metal cations $(Na^+,\;Ca^{2+},\;Mg^{2+},\;Al^{3+})$ adsorbed to natural zeolite on the microorganism attachment was investigated. Metal-modified zeolites (MMZ) were prepared with 0.01 M, 0.02 M and 0.1 M NaCl, $CaCl_2$, $MgCl_2$ and $AlCl_3$ solutions respectively, which concentrations were equivalent to 10%, 20% and 100% of cation exchange capacity (CEC) of natural zeolite. Pseudomonas putida was used as microorganism which was cultivated in Beef Extract Medium at $26^{\circ}C$. The microorganism attachment to MMZ was increased more than natural zeolite. The amount of bacterial adhesion to MMZ and natural zeolite were $Mg^{2+}>natural>Na^+>Al^{3+}>Ca^{2+}$ under 10% of CEC, $Mg^{2+}>Ca^{2+}>Al^{3+}>natural>Na^+$ under 20% of CEC and $Ca^{2+}>Mg^{2+}>natural>Al^{3+}>Na^+$ under 100% of CEC. Especially, Mg-modified zeolite (Mg-MZ) showed the highest amount of bacterial adhesion, which increased the microorganism attachment 60% higher than natural zeolite under 10% of CEC. However, the amount of bacterial adhesion was decreased as the concentration of metal cations modified to zeolite were increased, showing that the increased amounts were 60% under 10% of CEC, 50% under 20% of CEC and 10% under 100% of CEC in Mg-MZ. Additionally, the effect of $Mg^{2+}$ in solution on the bacterial adhesion was investigated in order to compare it with the effect of $Mg^{2+}$ adsorbed to zeolite. The maximum quantity of bacterial adhesion to Mg-MZ was not different from the amount of microorganism attachment to the natural zeolite when $Mg^{2+}$ solution was added.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

천연 제올라이트의 경우 거칠기와 공극 및 표면적의 크기 등 물리적 특성에 따른 미생물의 부착효율에 대한 연구는 다양하게 수행되었으나 담체의 화학적 특성에 따른 생물막 형성 또는 생물막의 성장촉진에 대한 연구는 미비한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 1) 천연 제올라이트에 다양한 금속 양이온을 각각 흡착시켜 개질시킨 후 금속 양이온 치환 제올라이트(Metalmodified Zeolite; MMZ)로 흡착되는 미생물의 양을 비교분석 함으로써 천연 제올라이트의 표면에 흡착된 금속 양이온들이 미생물의 부착과정에 어떠한 영향을 미치는지 확인하고 2) 이와 더불어 반응표면분석(Response Surface Methodology; RSM) 과정을 통하여 미생물의 양, 금속이온의 농도 및 온도 등 생물막의 형성에 영향을 미치는 인자들의 영향 정도를 파악하고자 하였다.
생물학적 수처리 공정에서 미생물은 담체의 표면에 부착되었을 때, 미생물의 생존력과 높은 활성도를 유지할 수 있기 때문에 미생물의 부착을 촉진시키기 위한 연구가 다양하게 이루어져 왔다. 본 연구에서는 우리나라에 풍부하게 매장되어 있는 천연 제올라이트를 미생물 담체로서의 사용할 경우, 표면에 흡착된 금속 양이온의 미생물 부착을 촉진시킬 수 있는 가능성과 그 원인을 규명하고자 하였다.

제안 방법

배양한 미생물은 생균수를 colony forming unit(CFU)으로 환산하였을 경우 CFU값이 10⁸에 도달하였을 때, 배지를 450 rpm, 15분간 원심분리하여 미생물을 농축하여 사용하였다. 120℃에서 2시간 이상 건조하여 미리 수분을 제거한 여과지에 농축된 미생물 용액을 1 mL 주입하여 농축된 미생물의 질량을 측정하였다. 미생물은 농축 후 pH 7.
준비된 각각의 유리 용기를 회전식 진탕배양기(rotary shaker)를 이용하여 실온(20℃)에서 60 rpm으로 교반하고 시간(5, 15, 30, 60, 120, 180, 240, 300분)에 따라 각 시료의 흡광도를 측정하였다. 각각의 시료는 진탕배양기에서 제거된 후 90초간 부유물을 침강시키고 흡광광도계를 이용하여 600 nm 파장에서 각 시료의 상등액의 흡광도를 측정하였다.
) 용액 1L를 각각 혼합한 후 24시간 동안 교반하였다. 교반 후 증류수로 2회 세척하고 120℃에서 24시간 동안 건조하여 MMZ를 제조하였다.
미생물이 제올라이트에 부착시 금속 양이온이 미치는 영향을 살펴보기 위하여 4가지의 금속 양이온(Na⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Al³⁺)으로 치환된 제올라이트로의 미생물 부착 배치실험을 수행하였으며 결과를 Fig. 1과 Fig. 2에 나타내었다. 결과를 살펴보면, 제올라이트 1 g당 미생물의 부착량을 mg으로 나타내었을 경우, 천연 제올라이트 및 MMZ의 경우 모두 미생물의 부착량은 시간이 경과함에 따라 꾸준히 증가하는 것을 볼 수 있다.
배지는 해당농도로 제조 후 121℃에서 15분간 가압멸균하고 26℃로 식힌 후에 사용하였으며 박테리아는 26℃, 150 rpm 조건 하에서 매일 계대 배양하였다. 배양한 미생물은 생균수를 colony forming unit(CFU)으로 환산하였을 경우 CFU값이 10⁸에 도달하였을 때, 배지를 450 rpm, 15분간 원심분리하여 미생물을 농축하여 사용하였다. 120℃에서 2시간 이상 건조하여 미리 수분을 제거한 여과지에 농축된 미생물 용액을 1 mL 주입하여 농축된 미생물의 질량을 측정하였다.
세척하여 건조한 천연 제올라이트 100g과 천연 제올라이트 CEC의 약 10%, 20%, 100%에 해당하는 염화나트륨(NaCl), 염화칼슘(CaCl₂), 염화마그네슘(MgCl₂), 염화알루미늄(AlCl₃) 용액 1L를 각각 혼합한 후 24시간 동안 교반하였다. 교반 후 증류수로 2회 세척하고 120℃에서 24시간 동안 건조하여 MMZ를 제조하였다.
수용액 상태로 존재하는 금속 양이온과 양이온 교환을 통하여 제올라이트 표면에 치환된 금속 양이온이 미생물의 부착에 미치는 영향을 비교·분석하기 위하여 10% CEC로 치환된 Mg-modified zeolite(Mg-MZ)에 미생물을 혼합한 실험군과 천연 제올라이트에 0.01 M 염화마그네슘(MgCl2) 수용액을 첨가하고 미생물을 혼합한 실험군으로 나누어 미생물의 부착실험을 수행하였다.
본 연구에서 적용한 반응표면분석은 중심합성계획(central composite design) 중 균형 불완비 블록 계획법(balanced incomplete block design)에 2^k 요인 배치계획을 결합한 Box-Behnken 실험설계를 사용하였다. 위 실험을 통하여 미생물이 부착량을 증가 시키는 것으로 확인된 Ca-MZ와 Mg-MZ를 담체로 할 경우, 독립변수인 금속 이온의 농도(x₁), 온도(x₂) 및 미생물 주입량(x₃)에 따라 어떤 조건들이 종속변수인 반응값(y)인 미생물의 부착량에 큰 영향을 미치는지를 확인하였으며, MINITAB ver. 14(Mintab Inc., U.S.A.)을 이용하여 Box-Behnken 실험설계를 수행하였다(Table 4).
제올라이트에 양이온 교환으로 흡착된 Mg²⁺과 수용액 상태로 존재하는 Mg²⁺이 미생물의 부착에 미치는 영향을 비교 하기 위한 회분식 실험을 수행하였다. 본 실험에서는 MMZ로의 미생물 부착실험에서 최대 부착량을 나타낸 10% CEC Mg-MZ를 담체로 사용하였고 실험결과 및 분석계수를 Fig.
05 mg/g가 되도록 주입하고 증류수를 이용하여 전체 용액의 부피가 15 mL가 되도록 하였다. 준비된 각각의 유리 용기를 회전식 진탕배양기(rotary shaker)를 이용하여 실온(20℃)에서 60 rpm으로 교반하고 시간(5, 15, 30, 60, 120, 180, 240, 300분)에 따라 각 시료의 흡광도를 측정하였다. 각각의 시료는 진탕배양기에서 제거된 후 90초간 부유물을 침강시키고 흡광광도계를 이용하여 600 nm 파장에서 각 시료의 상등액의 흡광도를 측정하였다.

대상 데이터

MMZ를 제조하기 위하여 사용된 염화금속(metal-chloride) 용액은 한국의 덕산약품공업㈜에서 구입한 염화나트륨(NaCl (순도 99.5%)), 일본 Kanto Chemical사의 염화칼슘(CaCl2·2H2O(순도 77.5%)), 일본 Junsei Chemical사의 염화마그네슘(MgCl2(순도 97.0%)), 일본 Showa Chemical사의 염화알루미늄(AlCl3·6H2O(순도 97.0%))을 사용하였다.
실험에 사용된 박테리아는 한국생명공학연구원 생물자원 센터에서 pseudomonas putida(균주번호: 1134)를 분양 받은 후 배양하여 사용하였다. 배양에 사용한 배지는 Beef Extract Medium을 사용하였다. 배지는 해당농도로 제조 후 121℃에서 15분간 가압멸균하고 26℃로 식힌 후에 사용하였으며 박테리아는 26℃, 150 rpm 조건 하에서 매일 계대 배양하였다.
이 미생물의 부착에 미치는 영향을 비교 하기 위한 회분식 실험을 수행하였다. 본 실험에서는 MMZ로의 미생물 부착실험에서 최대 부착량을 나타낸 10% CEC Mg-MZ를 담체로 사용하였고 실험결과 및 분석계수를 Fig. 4와 Table 3에 나타내었다. 흡착시간(300분)에 따른 최종 흡착량을 비교해보면 Mg-MZ의 경우 미생물의 부착량을 약 60% 증가시키지만 천연 제올라이트에 0.
본 연구에서 사용한 제올라이트는 국내 광산((주)렉셈)에서 채광한 상업용 천연 제올라이트로서 클리놉틸로라이트와 모데나이트(mordenite)가 주요 구성 광물이며 그 특징은 Table 1에 나타내었다.
세척하여 건조한 천연 제올라이트 및 각각의 금속 양이온 치환 제올라이트 2 g과 박테리아 농축 용액을 25 mL 유리용기에 준비하였다. 박테리아 농축액의 농도는 제올라이트 대비 0.
실험에 사용된 박테리아는 한국생명공학연구원 생물자원 센터에서 pseudomonas putida(균주번호: 1134)를 분양 받은 후 배양하여 사용하였다. 배양에 사용한 배지는 Beef Extract Medium을 사용하였다.
0의 인산 완충용액(phosphate buffer)을 사용하여 보관하였다. 인산 완충용액의 제조는 한국의 덕산약품공업㈜의 제1인산칼륨(potassium phosphate, dibasic(K₂HPO₄, F.W.=174.18))과 제2인산칼륨(potassium phosphate, monobasic(KH₂PO₄, F.W.=136.09))을 이용하여 각각 0.1 M 용액을 만든 후 혼합하여 pH 7.0으로 적정하였다.

이론/모형

일반적으로 반응표면식은 알려져 있지 않으므로 근사적인 모형으로 1차 모형 혹은 2차 모형을 상정한 후 결합결여검정을 통하여 모형식의 적합성을 평가한다. 본 연구에서 적용한 반응표면분석은 중심합성계획(central composite design) 중 균형 불완비 블록 계획법(balanced incomplete block design)에 2^k 요인 배치계획을 결합한 Box-Behnken 실험설계를 사용하였다. 위 실험을 통하여 미생물이 부착량을 증가 시키는 것으로 확인된 Ca-MZ와 Mg-MZ를 담체로 할 경우, 독립변수인 금속 이온의 농도(x₁), 온도(x₂) 및 미생물 주입량(x₃)에 따라 어떤 조건들이 종속변수인 반응값(y)인 미생물의 부착량에 큰 영향을 미치는지를 확인하였으며, MINITAB ver.

성능/효과

Box-Behnken 실험설계을 통해 얻어진 전체적인 모형의 적합정도를 판단하기 위하여 잔차분석을 실시하였으며 오차 항에 대하여 정규성, 등분산성, 독립성, 선형성 등을 모두 만족하여 모형적으로 문제가 없다는 것으로 확인되었다. 또한, 전체 반응모델의 적합성 외에 회귀분석 및 분산분석을 통해 전체 반응 모델에 어떻게 영향을 주는지를 파악하기 위하여 분석분석(ANOVA)을 수행한 결과 Ca-MZ의 경우 각 인자에 대한 선형효과(linear effect) 보다는 금속이온의 농도와 미생물 주입량의 상호작용(cross-product interaction)의 영향이 5% 이하의 유의성(p<0.
CEC의 10%, 20%, 100%로 금속 치환된 MMZ와 치환되지 않은 천연 제올라이트로의 미생물 부착량을 비교해보면, 10% CEC의 경우 Mg2+ > natural > Na+ > Al3+ > Ca2+, 20% CEC의 경우 Mg2+ > Ca2+ > Al3+ > natural> Na+, 100% CEC의 경우 Ca2+ > Mg2+ > natural > Al3+ > Na+로서 대체적으로 MMZ의 경우 미생물의 흡착량이 증가 하는 것을 볼 수 있었다.
Fig. 2에 나타낸 바와 같이, 흡착시간(300분)에 따른 최종 흡착량을 비교해보면, 10% CEC Mg-MZ는 천연 제올라이트 보다 약 60%, 20% CEC의 경우 Mg-MZ는 약 50%, Ca-MZ는 약 30%, 100% CEC의 경우 Mg-MZ는 약 10%, Ca-MZ는 약 20%의 미생물 흡착량을 증가시키는 결과를 볼 수 있었다. 또한 치환된 금속의 농도가 높아질수록 미생물의 흡착량은 감소하는 경향을 보였는데, 즉 Mg-MZ의 경우 10% CEC에서는 미생물 부착량이 60% 증가하였지만, 100% CEC의 경우에는 10% 증가하였고, Ca-MZ 또한 20% CEC에서는 30%, 100% CEC에서는 20%로서 부착량이 감소하는 것을 볼 수 있었다.
2에 나타내었다. 결과를 살펴보면, 제올라이트 1 g당 미생물의 부착량을 mg으로 나타내었을 경우, 천연 제올라이트 및 MMZ의 경우 모두 미생물의 부착량은 시간이 경과함에 따라 꾸준히 증가하는 것을 볼 수 있다. CEC의 10%, 20%, 100%로 금속 치환된 MMZ와 치환되지 않은 천연 제올라이트로의 미생물 부착량을 비교해보면, 10% CEC의 경우 Mg²⁺ > natural > Na⁺ > Al³⁺ > Ca²⁺, 20% CEC의 경우 Mg²⁺ > Ca²⁺ > Al³⁺ > natural> Na⁺, 100% CEC의 경우 Ca²⁺ > Mg²⁺ > natural > Al³⁺ > Na⁺로서 대체적으로 MMZ의 경우 미생물의 흡착량이 증가 하는 것을 볼 수 있었다.
이러한 연구결과로 볼 때 양이온 교환을 통하여 제올라이트에 흡착된 Mg²⁺ 및 Ca²⁺이 제올라이트의 표면 전하를 중성화시킴과 동시에 미생물의 소수성 및 고분자물질의 생성을 촉진시켜 제올라이트로의 부착을 증가시키고 Na⁺ 또는 Al³⁺과 같은 원소의 경우 위와 같은 미생물의 특성에 큰 영향을 미치지 못하기 때문에 흡착 량이 증가가 크지 않거나 증가되지 않은 것으로 사료된다. 따라서 천연 제올라이트를 생물막 담체로 활용시 자연적으로 존재하는 Mg²⁺ 및 Ca²⁺이 담체로의 미생물 흡착을 증가 시킬 수 있으며 또한 이러한 금속 양이온의 인위적인 첨가를 통하여 생물막의 미생물 부착량을 증가시켜 생물막의 효율을 향상시킬 수 있을 것으로 사료된다.
이러한 연구결과로 볼 때 양이온 교환을 통하여 제올라이트에 흡착된 Mg²⁺ 및 Ca²⁺이 제올라이트의 표면 전하를 중성화시킴과 동시에 미생물의 소수성 및 고분자물질의 생성을 촉진시켜 제올라이트로의 부착을 증가시키고 Na⁺ 또는 Al³⁺과 같은 원소의 경우 위와 같은 미생물의 특성에 큰 영향을 미치지 못하기 때문에 흡착 량이 증가가 크지 않거나 증가되지 않은 것으로 사료된다. 따라서 천연 제올라이트를 생물막 담체로 활용시 자연적으로 존재하는 Mg²⁺ 및 Ca²⁺이 담체로의 미생물 흡착을 증가 시킬 수 있으며 또한 이러한 금속 양이온의 인위적인 첨가를 통하여 생물막의 미생물 부착량을 증가시켜 생물막의 효율을 향상시킬 수 있을 것으로 사료된다.
2에 나타낸 바와 같이, 흡착시간(300분)에 따른 최종 흡착량을 비교해보면, 10% CEC Mg-MZ는 천연 제올라이트 보다 약 60%, 20% CEC의 경우 Mg-MZ는 약 50%, Ca-MZ는 약 30%, 100% CEC의 경우 Mg-MZ는 약 10%, Ca-MZ는 약 20%의 미생물 흡착량을 증가시키는 결과를 볼 수 있었다. 또한 치환된 금속의 농도가 높아질수록 미생물의 흡착량은 감소하는 경향을 보였는데, 즉 Mg-MZ의 경우 10% CEC에서는 미생물 부착량이 60% 증가하였지만, 100% CEC의 경우에는 10% 증가하였고, Ca-MZ 또한 20% CEC에서는 30%, 100% CEC에서는 20%로서 부착량이 감소하는 것을 볼 수 있었다. 이는 박 등(1999)의 연구결과와 유사하며, 이 연구에서는 Na⁺과 Ca²⁺을 이용하여 미생물 표면의 전기적 특성을 변화시킬 경우 미생물이 담체에 부착되는 흡착량을 측정하였는데 금속 양이온이 첨가되었을 경우 미생물의 부착량은 증가되었고 또한 저농도일 경우 금속이온이 미생물의 부착에 미치는 영향이 큰 것으로 조사되었다(박 등, 1999).
또한, 전체 반응모델의 적합성 외에 회귀분석 및 분산분석을 통해 전체 반응 모델에 어떻게 영향을 주는지를 파악하기 위하여 분석분석(ANOVA)을 수행한 결과 Ca-MZ의 경우 각 인자에 대한 선형효과(linear effect) 보다는 금속이온의 농도와 미생물 주입량의 상호작용(cross-product interaction)의 영향이 5% 이하의 유의성(p<0.05)을 나타내었다.
마지막으로 RSM을 수행하여 온도와 금속 이온의 농도 및 미생물 주입량에 따라 어떤 조건들이 미생물의 부착량에 가장 큰 영향을 미치는지 확인하였으며, Mg-MZ의 경우 미생물 주입량이 큰 영향을 미치고, Ca-MZ에서는 미생물 주입량이 금속 이온 농도나 온도보다 영향이 적었다.
주 효과도와 상호 작용도는 각 반응의 기울기가 클수록 주 효과 및 상호작용이 큰 것으로 판단한다. 반응모델을 바탕으로 2차원 등고선 그래프를 작성하여 각 인자들의 영향을 살펴본 결과, Ca-MZ의 경우 미생물 주입량이 금속 이온 농도나 온도보다 미치는 영향이 적고, 이와 반대로 Mg-MZ의 미생물 부착량에는 금속이온의 농도나 온도 보다 미생물 주입량이 더 큰 영향을 미치는 것을 알 수 있었다.
생물막 형성시 제올라이트에 흡착된 금속 양이온이 미치는 영향을 살펴본 결과 CEC의 10%, 20%, 100%가 금속 양이온으로 치환된 MMZ와 치환되지 않은 천연 제올라이트로의 미생물 부착량을 비교해보면, 농도에 따라 Mg-MZ의 경우 천연 제올라이트 보다 10~20%, Ca-MZ의 경우 20~30% 가량 미생물의 부착량이 증가되었다. 이는 제올라이트에 흡착된 Mg²⁺ 및 Ca²⁺가 제올라이트의 표면 전하를 중성화시킴과 동시에 미생물의 소수성 및 고분자물질의 생성을 촉진 시켜 제올라이트로의 부착을 증가시키고 Na⁺ 또는 Al³⁺과 같은 원소의 경우 위와 같은 미생물의 특성에 큰 영향을 미치지 못하기 때문에 흡착량이 증가가 크지 않거나 증가되지 않은 것으로 사료된다.
그러나 흡착되는 금속 양이온의 양이 증가함에 따라 제올라이트의 표면이 다시 양전하로 하전되고 이에 따라 표면의 정전기적 반발력을 다시 형성하여 금속 양이온의 농도, 즉 CEC가 증가함에 따라 미생물의 부착량이 감소 되는 것으로 사료된다. 실제 본 연구에서 사용된 제올라이트 치환 금속 양이온의 농도는 제올라이트의 CEC의 약 10%, 20% 및 100%에 해당된다. 특히, 제올라이트의 경우 세공이 매우 작아 세공안으로는 금속이온의 침투가 어려워 양이온 교환이 힘들기 때문에 실제 양이온 치환이 가능한 부분은 세공을 제외한 제올라이트 표면만으로 볼 수 있다.
그러나 제올라이트로의 미생물의 부착은 위와 같은 물리·화학적인 힘 뿐만 아니라 미생물 자체내에서 배출된 고분자물질이 부착력을 강화시키며 미생물의 군집화(colonization)를 이루어 생물막을 형성을 촉진시키게 된다(정재춘, 1994). 이러한 사실은 실험결과를 통해서도 알 수 있는데 즉, 미생물의 부착이 정전기적 반발력의 감소에 의해서만 발생된다면 Al-modified zeolite(Al-MZ)의 경우 미생물의 부착량이 Mg-MZ 또는 Ca-MZ 보다 증가해야 하지만 본 실험결과 Mg-MZ 또는 Ca-MZ 보다 미생물의 부착량이 적을 뿐만 아니라 금속으로 치환되지 않은 천연 제올라이트보다도 부착량이 줄어드는 결과를 보여주고 있다. 이렇게 Mg-MZ 또는 Ca-MZ의 경우 미생물의 부착을 촉진시키는 원인을 Mg²⁺, Ca²⁺과 같은 원소가 세포의 활성에 미치는 영향 및 미생물의 소수성과 고분자 물질의 생성에 미치는 영향에서 찾아볼 수 있다.
제올라이트에 양이온 교환으로 흡착된 Mg2+와 수용액 상태로 존재하는 Mg2+이 미생물의 부착에 미치는 영향을 비교·분석한 결과 Mg2+이 제올라이트의 표면에 흡착되어 있을 경우 제올라이트 표면을 중화시켜 정전기적 반발력을 감소시킴으로써 초기에 미생물과의 흡착을 촉진시키는 효과가 있으나, 시간이 경과하고 평형상태에 도달하게 되면 Mg2+의 영향으로 생성이 촉진되는 것으로 예상되는 고분자 물질의 영향으로 최대흡착량에는 큰 차이가 없는 것으로 사료된다.

후속연구

반응표면(response surface)은 반응변수(특성치)와 독립변수(설계변수, 인자)들과의 함수관계를 말하며, 반응표면분석(Response Surface Methodology; RSM)에서는 반응표면에 대한 적절한 통계적 모형을 가정하고, 독립변수의 여러 조건에서 실험을 수행하여 데이터를 얻은 후에 회귀분석을 통하여 반응표면을 추정한다. 추정된 반응표면식을 이용하여 독립변수의 변화에 따른 반응변수의 변화 정도를 분석하는 민감도 분석을 행할 수 있고, 반응변수를 최대(소)화하는 독립 변수의 수준조합을 찾아내어 제품 및 공정의 최적화를 꾀할 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	담체를 이용한 생물막 수처리 공정은 무엇인가?	담체를 이용한 생물막 수처리 공정은 담체에 고정된 미생물의 분해작용을 이용하여 하·폐수를 처리하는 공정을 말하며, 최근 질소와 인 등 비점오염원 문제에 대한 관심의 증가 및 수질관리에 대한 규제강화에 힘입어 담체를 이용한 수처리 공정에 대한 다양한 연구가 이루어지고 있다. 이러한 생물막 수처리 공정에는 천연 광물, 세라믹, 고분자 플라스틱 등 다양한 담체가 활용되고 있는데 특히 경제적인 측면과 자연 친화적인 면에 있어서 천연 광물의 미생물 담체로서 활용 가치는 높다고 할 수 있다.
	최근 담체를 이용한 수처리 공정에 대한 연구가 활발히 이루어지는 이유는 무엇 때문인가?	담체를 이용한 생물막 수처리 공정은 담체에 고정된 미생물의 분해작용을 이용하여 하·폐수를 처리하는 공정을 말하며, 최근 질소와 인 등 비점오염원 문제에 대한 관심의 증가 및 수질관리에 대한 규제강화에 힘입어 담체를 이용한 수처리 공정에 대한 다양한 연구가 이루어지고 있다. 이러한 생물막 수처리 공정에는 천연 광물, 세라믹, 고분자 플라스틱 등 다양한 담체가 활용되고 있는데 특히 경제적인 측면과 자연 친화적인 면에 있어서 천연 광물의 미생물 담체로서 활용 가치는 높다고 할 수 있다.
	담체를 이용한 수처리 공정에는 어떤 담체가 활용되고 있는가?	담체를 이용한 생물막 수처리 공정은 담체에 고정된 미생물의 분해작용을 이용하여 하·폐수를 처리하는 공정을 말하며, 최근 질소와 인 등 비점오염원 문제에 대한 관심의 증가 및 수질관리에 대한 규제강화에 힘입어 담체를 이용한 수처리 공정에 대한 다양한 연구가 이루어지고 있다. 이러한 생물막 수처리 공정에는 천연 광물, 세라믹, 고분자 플라스틱 등 다양한 담체가 활용되고 있는데 특히 경제적인 측면과 자연 친화적인 면에 있어서 천연 광물의 미생물 담체로서 활용 가치는 높다고 할 수 있다.

참고문헌 (17)

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van Loosdrecht, M.C.M., Lyklema, J., Norde, W., Schraa, G., and

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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