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문제 정의
- 그러므로 본 연구에서는 고농도 플루오렌 오염토양(약 120 mg/kg)을 사용하여 화학적으로 처리하고 생물학적 처리를 연계하는 시스템의 적용가능성을 검토하였다. 구체적인 검토항목은 에탄올을 화학적 처리 전에 첨가하는 것에 의해 고가의 과산화수소 첨가량의 저감, 에탄올, 황산제2철, 과산화수소수 최적 첨가량의 결정, 플루오렌의 화학적처리 생성물의 동정, 플루오렌과 화학적처리 생성물과의 생분해성 비교이다.
가설 설정
- 4. Time history of microbial degradation of (a) fluorene and 9-fluorene after chemical treatment or (b) fluorene without chemical treatment.
제안 방법
- 20 ml 테플론병에 오염토양 3g을 첨가하고 여기에 에탄올 0.5-1.5 ml의 범위로 첨가하여 24시간 회전 교반시킨 후 30% 과산화수소수를 0-0.4 ml의 범위로, 그리고 0.5 M Fe2+를 0-0.25 ml 범위로 첨가하여 암실에서 24시간 반응시켰다. 또한 에탄올 첨가 효과를 확인하기 위해 증류수와 토양세정의 계면활성제로서 자주 사용되고 있는 SDS 용액을 첨가하여 동일한 실험을 실시하였다.
- 다음으로 디클로로메탄을 추출한 0.22 µm 친수성 멤브레인필터를 이용하여 여과한 후 정성분석하였다.
- 박테리아 원으로서 여러 가지 호기성 미생물을 포함하는 형산강 하류 하천 저니 45 g을 500 ml 유리플라스크에 넣고 40 g 무기배지21-23)를 1 l의 증류수에 용해시킨 용액을 첨가한 후 5g의 120 mg/kg 플루오렌 또는 9-플루오렌 오염토양을 첨가하여 30℃에서 왕복교반(125 spm으로 하여 호기분해 시켰다. 대조 실험에서는 오토클레브로 멸균한 저니를 사용하였고 농황산을 사용하여 배지의 pH를 3 이하로 한 후 위와 동일한 방법을 실시하였다.
- 두 추출액은 0.22 µm 소수성 멤브레인필터에 의해 여과한 후 HPLC(Shimadzu LC-10AD VP)에 의해 정량하였다.
- 또한 에탄올 첨가 효과를 확인하기 위해 증류수와 토양세정의 계면활성제로서 자주 사용되고 있는 SDS 용액을 첨가하여 동일한 실험을 실시하였다. 또한 대조실험에서는 첨가한 30% 과산화수소수와 0.5M Fe2+와 같은 양의 증류수를 첨가하여 플루오렌과 9-플루오렌의 회수율을 구하였다.
- 25 ml 범위로 첨가하여 암실에서 24시간 반응시켰다. 또한 에탄올 첨가 효과를 확인하기 위해 증류수와 토양세정의 계면활성제로서 자주 사용되고 있는 SDS 용액을 첨가하여 동일한 실험을 실시하였다. 또한 대조실험에서는 첨가한 30% 과산화수소수와 0.
- 플루오렌과 플루오렌의 펜톤처리 생성물의 생분해성의 평가는 다음과 같은 방법으로 실시하였다. 박테리아 원으로서 여러 가지 호기성 미생물을 포함하는 형산강 하류 하천 저니 45 g을 500 ml 유리플라스크에 넣고 40 g 무기배지21-23)를 1 l의 증류수에 용해시킨 용액을 첨가한 후 5g의 120 mg/kg 플루오렌 또는 9-플루오렌 오염토양을 첨가하여 30℃에서 왕복교반(125 spm으로 하여 호기분해 시켰다. 대조 실험에서는 오토클레브로 멸균한 저니를 사용하였고 농황산을 사용하여 배지의 pH를 3 이하로 한 후 위와 동일한 방법을 실시하였다.
- 그러나 증류수와 SDS 중의 플루오렌 제거율은 매우 낮았으며 특히 SDS를 첨가한 경우 처리 중에 다량의 기포가 발생하여 펜톤처리를 실시하는 경우 SDS는 부적절한 것으로 판단된다. 본 실험의 결과로부터 이후의 실험에서는 오염토양 1g에 대해서 에탄올 1.0 ml를 첨가하는 것으로 하였다.
- 오염토양을 펜톤처리 후 에탄올 용액에 디클로로 메탄 15 ml를 첨가하고 플루오렌 분해생성물을 추출하였다. 다음으로 디클로로메탄을 추출한 0.
- 펜톤처리 후 토양에 에탄올 15 ml를 첨가하고 실험암실에서 24시간 회전교반에 의해 플루오렌 및 9-플루오렌의 분해생성물을 추출하였다. 생물처리 후저니를 60℃에서 3일간 건조시킨 후 1:1의 디클로로메탄:메탄올 용액 20 ml를 첨가하여 2일간 회전교반(200 rpm)에 의해 실시하였다.
대상 데이터
- 대상토양은 우리나라의 대표적인 토양인 퇴적토를 형산강 인근에서 채취하여 사용하였다. 토양의 크기를 일정하게 하기 위해 토양오염공정법19)과 일본의 토양분석법20)에 따라 mesh size 10-20 사이 토양을 사용하였고 퇴적토의 물성을 조사한 결과, pH가 각각 6.
- 순도 99%의 플루오렌(fluorene, 동양케미칼)과 9-플루오렌(9-fluorenone, 동양케미칼), 황산제2철(ferrous sulfate, 동양케미칼) 및 30% 과산화수소수(hydrogen peroxide, 동양케미칼), 98% SDS(sodium dodecyl sulfate, 동양케미칼)를 사용하였다. 용매는 에탄올(ethanol, Waco), 메탄올(methanol, Waco), 디클로로메탄(dichloromethane, Waco), 아세트니트릴(acetonitrile, Waco), 아세트산(acetic acid, Waco)을 사용하였다.
- 순도 99%의 플루오렌(fluorene, 동양케미칼)과 9-플루오렌(9-fluorenone, 동양케미칼), 황산제2철(ferrous sulfate, 동양케미칼) 및 30% 과산화수소수(hydrogen peroxide, 동양케미칼), 98% SDS(sodium dodecyl sulfate, 동양케미칼)를 사용하였다. 용매는 에탄올(ethanol, Waco), 메탄올(methanol, Waco), 디클로로메탄(dichloromethane, Waco), 아세트니트릴(acetonitrile, Waco), 아세트산(acetic acid, Waco)을 사용하였다. 플루오렌과 9-플루오렌의 분자량은 각각 166.
- 9%이었다. 플루오렌 및 9-플루오렌 오염토양을 조제하기 위하여 3g의 토양에 플루오렌(3 ml) 또는 9-플루오렌 에틸아세테이트(120 mg/l) 용액을 첨가한 후 안정화를 위해 약 3개월 동안 음지에 방치한 후 사용하였으며, 이때의 초기 농도는 약 120 mg/kg이었다.
성능/효과
- 2. 43% 플루오렌 제거율을 얻기 위해 토양 1g당 에탄올 1.0 ml, 0.5 M Fe2+ 0.2 ml, 30% 과산화수소 0.35 ml가 필요하다는 것이 판명되었다.
- 3. GC-MS 분석에 의해 9-플루오렌이 펜톤처리 생성물이라는 것이 확인하였고. 최적 펜톤처리조건에서 플루오렌의 약 13%가 9-플루오렌으로 변환되었다.
- 4. 플루오렌과 9-플루오렌의 생물분해시험을 실시한 결과 9-플루오렌이 플루오렌보다 빨리 분해된다는 것으로부터 펜톤처리를 플루오렌의 생물분해성을 증가시켰다는 것이 확인되었다.
- HPLC에 의해 9-플루오렌의 정량을 실시하여 펜톤 처리 전후의 플루오렌과 9-플루오렌의 물질수지를 계산해 보면 초기 플루오렌의 43%가 분해되었고, 13%의 9-플루오렌이 생성되었다. 9-플루오렌과 같은 산소가 결합한 PAHs는 호기적 생물분해 도중에도 발생하는 것으로부터 9-플루오렌이 플루오렌 보다도 생물 분해되기 쉽다는 것을 예측할 수 있었다.
- HPLC에 의해 9-플루오렌의 정량을 실시하여 펜톤 처리 전후의 플루오렌과 9-플루오렌의 물질수지를 계산해 보면 초기 플루오렌의 43%가 분해되었고, 13%의 9-플루오렌이 생성되었다. 9-플루오렌과 같은 산소가 결합한 PAHs는 호기적 생물분해 도중에도 발생하는 것으로부터 9-플루오렌이 플루오렌 보다도 생물 분해되기 쉽다는 것을 예측할 수 있었다.
- 플루오렌의 생분해성은 낮고 21일간 유도기를 거쳐서 31일 후에는 약 35%밖에 분해되지 않았고 60일이 지나서야 96%가 분해되었다. 그러나 9-플루오렌의 생분해성은 플로오렌보다도 높아 7일간의 유도일을 거쳐서 31일 후에는 96%가 분해되었다. 이러한 결과로부터 플루오렌의 펜톤처리 생성물인 9-플루오렌의 생분해성은 플로오렌보다 높다는 것이 판명되었다.
- 두 스펙트럼이 거의 일치하는 것으로 나타났다. 또한 9-플루오렌의 표준물질로 GC-MS와 HPLC를 이용하여 스파이크 테스트를 실시한 결과 스파이크테스트 후의 피커가 증가하는 것에 의해 플루오렌의 펜톤처리 생성물은 9-플루오렌인 것이 시사되었다.
- 그러나 9-플루오렌의 생분해성은 플로오렌보다도 높아 7일간의 유도일을 거쳐서 31일 후에는 96%가 분해되었다. 이러한 결과로부터 플루오렌의 펜톤처리 생성물인 9-플루오렌의 생분해성은 플로오렌보다 높다는 것이 판명되었다.
- 이상의 결과로부터 고농도 플루오렌 오염토양의 화학적처리-생물분해처리의 적용가능성이 시사되었다.
- 대상토양은 우리나라의 대표적인 토양인 퇴적토를 형산강 인근에서 채취하여 사용하였다. 토양의 크기를 일정하게 하기 위해 토양오염공정법19)과 일본의 토양분석법20)에 따라 mesh size 10-20 사이 토양을 사용하였고 퇴적토의 물성을 조사한 결과, pH가 각각 6.5, 건량기준의 유기물 함유량이 3.4% 그리고 수분함유량이 1.9%이었다. 플루오렌 및 9-플루오렌 오염토양을 조제하기 위하여 3g의 토양에 플루오렌(3 ml) 또는 9-플루오렌 에틸아세테이트(120 mg/l) 용액을 첨가한 후 안정화를 위해 약 3개월 동안 음지에 방치한 후 사용하였으며, 이때의 초기 농도는 약 120 mg/kg이었다.
- 10) 보다 빠른 시간 내에 플루오렌을 분해시키기 위해 화학적 처리방법도 검토되었다. 플루오렌을 포함한 총 PAHs의 초기농도가 200-1,600 mg/kg인 오염토양에 대해 펜톤처리(OH 라디칼을 이용한 화학적 처리)를 적용한 결과 86%의 플루오렌이 분해되었으나, 고가의 과산화수소를 다량으로 필요하며(즉, 1 g 오염토양에 대해 30% 과산화수소수 2ml 이상 필요) 또한 분해생성물에 대해서는 아무런 정보가 얻어지지 않은 등의 문제가 있었다.11) 이러한 문제를 해결하기 위해 플루오렌 등의 PAHs를 처리하는 시스템으로써 복합처리시스템이 제안되고 있다.
- 4에 나타내었다. 플루오렌의 생분해성은 낮고 21일간 유도기를 거쳐서 31일 후에는 약 35%밖에 분해되지 않았고 60일이 지나서야 96%가 분해되었다. 그러나 9-플루오렌의 생분해성은 플로오렌보다도 높아 7일간의 유도일을 거쳐서 31일 후에는 96%가 분해되었다.
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