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문제 정의
- 를 제거할 수 있는 가능성을 제시하였다. 그래서 본 연구에서는 원소 황을 이용하는 활성슬러지의 PRB에 의한 ClO4- 분해를 향상시키기 위한 방안을 모색하기 위해 ClO4- 분해에 영향을 주는 환경요인들을 회분 반응실험을 통해 조사하였다.
- 본 연구는 활성슬러지와 원소황을 이용한 독립영양방식의 ClO4- 분해를 회분반응으로 실험한 결과이다. 본 실험결과와 비교할 수 있는 비슷한 연구인 Ju 등[5]의 보고에 의하면 0.
제안 방법
- Analytical column AS16 (Dionex, USA)과 guard column AG16 (Dionex, USA)이 장착된 IC (Dionex ICS-3000)을 사용하여 ClO4- 농도를 분석하였으며 ClO4-의 검출한계는 0.5 μg/l이었다.
- 가 생성됨으로써 pH가 낮아진다(식 3). 그래서 본 회분배양실험 동안 반응기 내의 배양액 pH를 분석하였다(Fig. 2B). 본 실험 조건 하에서 모든 반응기 내의 배양액 pH는 배양 시간이 지남에 따라 감소하는 경향을 나타내었다.
- 전 연구[3]의 결과 원소황과 활성슬러지를 이용해서 ClO4-를 분해할 수 있다는 것이 실험적으로 증명되었으므로, 황을 산화하는(전자공여체로 이용하는) PRB가 활성슬러지 미생물에 존재함을 알 수 있었다. 그래서 황산화 PRB의 biomass를 다량 확보하고자 농화배양을 실시하였다. PRB 농화배양은 문헌[3]에 언급된 것과 같이 원소 황 입자와 ClO4-를 포함하는 mineral medium에 활성 슬러지를 접종하여 1년 이상 배양한 것이었다.
- 농화배양된 미생물을 접종하여 초기 biomass 농도가 ClO4- 분해에 미치는 영향도 조사하였다.
- 의 분해에 대한 영향을 조사하였다. 두 가지(25와 30℃) 다른 온도에서 반응기를 배양하여 회분배양액내의 잔존하는 ClO4- 농도를 분석하였다(Fig. 1). 배양초기에는 두 온도에서 거의 비슷하게 매우 서서히 분해가 일어났으며, 배양 9일째부터는 30℃에서 더 빠르게 분해가 일어났다.
- 의 생분해에 대한 영향을 조사하였다. 배양액의 초기 pH를 6.35, 7.43 그리고 8.23으로 각각 달리하여 배양한 후 주기적으로 배양액의 ClO4- 농도를 분석하였다(Fig. 2A). 배양액의 초기 pH가 각각 7.
- 원소황을 전자공여체로 이용하는 활성슬러지 내의 PRB가 ClO4-를 분해하는 최적 분해조건을 찾기 위해 다양한 초기 변수(pH, ClO4- 농도, 배양온도, biomass 농도, 그리고 접종균의 종류)를 적용하여 회분배양 실험을 실시하였다(Table 1). 모든 실험은 triplicate로 실시하였다.
- 입자상 원소황과 활성슬러지미생물을 이용한 회분배양실험에서 배양온도에 따른 ClO4-의 분해에 대한 영향을 조사하였다. 두 가지(25와 30℃) 다른 온도에서 반응기를 배양하여 회분배양액내의 잔존하는 ClO4- 농도를 분석하였다(Fig.
- 접종균의 biomass 농도를 0.02, 0.04 그리고 0.08 g VSS로 각각 달리하여 접종균의 biomass 농도가 ClO4- 분해에 미치는 영향을 조사하였다(Fig. 4). 활성슬러지를 접종균으로 이용한 경우는 배양 12일째까지는 초기 biomass 농도가 0.
- 접종균의 종류에 따른 ClO4- 분해에 대한 영향을 조사하였다. Fig.
- 채취한 시료는 syringe filter (pore size, 0.22 μm)로 여과 후 필요에 따라서는 적당히 희석하여 ion chromatograph (IC, Dionex ICS-3000; Dionex, Sunnyvale, CA)로 분석하는데 사용하였다.
- 생분해에 대한 영향을 조사하였다. 초기 ClO4-의 농도를 14.07, 23.37 그리고 37.91 mg/l로 각각 달리한 반응기의 배양액내의 ClO4- 농도를 주기적으로 분석하였다(Fig. 3). 배양 후 15일 전까지는 초기 ClO4-의 농도가 37.
- Biomass 농도 분석은 Standard method [1]에 따라 VSS 측정을 하였다. 회분반응의 시료는 반응기로부터 주기적으로 채취하여 ClO4- 농도와 pH를 분석하였다. 채취한 시료는 syringe filter (pore size, 0.
- 회분배양실험에서 배양액의 초기 ClO4- 농도에 따른 ClO4-생분해에 대한 영향을 조사하였다. 초기 ClO4-의 농도를 14.
- 회분배양실험에서 배양액의 초기 pH에 따른 ClO4-의 생분해에 대한 영향을 조사하였다. 배양액의 초기 pH를 6.
대상 데이터
- 5 μg/l이었다. IC 분석에 사용한 표준시약은 AccuStandard Inc. (New Haven, CT, USA)에서 구매하였다. 한편 시료의 pH는 pH meter (Isteck, 한국)로 측정하였다.
- 본 연구에 사용된 sodium perchlorate (NaClO4, 순도>99%)는 ACROS Organics (New Jersey, USA)에서 구입하였다.
- 한편 입자상 원소 황(S0 , 순도>99.98%; 지름 2-3 mm)은㈜미원상사(한국, 울산)에서 구입하였다.
- 회분반응 실험에 접종 미생물로서 사용한 활성슬러지는 부산시 하수처리장(부산시 환경시설공단 강변사업소)에서 채취한 잉여슬러지를 사용하였다. 채취한 슬러지는 접종하기 전에 동일 부피의 mineral medium을 사용하여 3번 세척하여 슬러지액에 잔존하는 용해된 유기물이나 Cl-를 제거한 후 실험에 사용하였다.
이론/모형
- Biomass 농도 분석은 Standard method [1]에 따라 VSS 측정을 하였다. 회분반응의 시료는 반응기로부터 주기적으로 채취하여 ClO4- 농도와 pH를 분석하였다.
- 22 μm)로 여과 후 필요에 따라서는 적당히 희석하여 ion chromatograph (IC, Dionex ICS-3000; Dionex, Sunnyvale, CA)로 분석하는데 사용하였다. IC 분석은 한국기초과학연구원에서 실시하였으며 ClO4-의 분석은 EPA METHOD 314.0 [19]을 수정한 방법[3]을 사용하였다. Analytical column AS16 (Dionex, USA)과 guard column AG16 (Dionex, USA)이 장착된 IC (Dionex ICS-3000)을 사용하여 ClO4- 농도를 분석하였으며 ClO4-의 검출한계는 0.
성능/효과
- 분해에 대한 영향을 조사하였다. Fig. 4의 A와 B를 비교하면 배양초기에 같은 biomass 농도로 반응을 시작하여도 접종균의 종류에 따라 ClO4- 제거효율이 다르고, 농화배양된 미생물을 접종했을 때 더 분해가 잘 일어남을 알 수 있었다. 이러한 실험결과를 통해 본 연구에 사용된 농화배양액에는 PRB가 상당히 농화되어 있음을 짐작할 수 있었다.
- 한편 활성슬러지를 접종균으로 사용하였을 때 ClO4- 농도변화가 관찰되지 않는 잠복기(lag time)가 비교적 길게 나타난 것은 농화배양액보다 PRB농도가 낮기 때문인 것으로 여겨진다. PRB 농도가 비교적 높고 황과 ClO4-에 이미 순응된 농화배양미생물을 접종균으로 활용한 경우 이러한 기간을 줄일 수 있다는 것이 실험적으로 증명되었다. ClO4- 분해능으로 보아 비교적 PRB 농도가 높을 것으로 여겨지는 농화배양미생물을 접종했을 때에도 배양초기에 여전히 잠복기가 관찰되었다.
- 본 연구의 결과는 온도제어장치가 설치 되지 않은 현장에서 원소황과 활성슬러지를 이용하여 ClO4-를 분해할 경우 현장의 온도에 따라 분해속도가 영향을 받을 수 있다는 것을 나타내었다. 또한 계절에 따른 온도의 영향으로 오염된 환경에서 활성슬러지를 접종해서 ClO4-를 처리할 경우 그 분해속도가 달라질 수 있다는 것을 나타내었다.
- 2B). 본 실험 조건 하에서 모든 반응기 내의 배양액 pH는 배양 시간이 지남에 따라 감소하는 경향을 나타내었다. 초기 pH가 7.
- 5로 떨어짐에 따라 더욱 미생물의 활성을 저해시켜 ClO4- 분해에 영향을 주었으리라 추측된다. 본 실험을 통해 초기 pH가 활성슬러지 내 PRB의 ClO4- 분해활성에 영향을 준다는 것을 알 수가 있었고, 원소황이 산화됨에 따라 H+가 생성됨을 감안해서 초기 pH를 중성 또는 약 염기성 범위로 조절해서 ClO4-의 분해를 도모할 필요가 있다는 것을 알 수 있다.
- 07 mg/l 순으로 나타났다. 본 실험조건에서 초기농도가 14.07 mg ClO4-/l인 경우는 PRB 개체군의 성장에 필요한 충분한 농도의 전자수용체가 존재하지 않아 PRB의 성장이 느림에 따라 초기에 ClO4- 제거가 비교적 잘되지 않은 것으로 여겨진다.
- 3%인 것으로 나타났다. 본 연구의 결과는 온도제어장치가 설치 되지 않은 현장에서 원소황과 활성슬러지를 이용하여 ClO4-를 분해할 경우 현장의 온도에 따라 분해속도가 영향을 받을 수 있다는 것을 나타내었다. 또한 계절에 따른 온도의 영향으로 오염된 환경에서 활성슬러지를 접종해서 ClO4-를 처리할 경우 그 분해속도가 달라질 수 있다는 것을 나타내었다.
- 4의 A와 B를 비교하면 배양초기에 같은 biomass 농도로 반응을 시작하여도 접종균의 종류에 따라 ClO4- 제거효율이 다르고, 농화배양된 미생물을 접종했을 때 더 분해가 잘 일어남을 알 수 있었다. 이러한 실험결과를 통해 본 연구에 사용된 농화배양액에는 PRB가 상당히 농화되어 있음을 짐작할 수 있었다. 한편 활성슬러지를 접종균으로 사용하였을 때 ClO4- 농도변화가 관찰되지 않는 잠복기(lag time)가 비교적 길게 나타난 것은 농화배양액보다 PRB농도가 낮기 때문인 것으로 여겨진다.
후속연구
- 원소 황입자(sulfur granule)를 독립영양 PRB가 전자 공여 체로 사용하여 ClO4-를 제거할 경우, 값비싼 유기물이나 폭발의 위험이 있는 H2를 공급할 필요가 없기 때문에 비교적 저렴하고 안전하게 전자 공여체를 제공할 수 있을 뿐만 아니라, 황입자 자체를 담체로 활용할 수는 장점이 있으므로 ClO4- 처리비용을 줄일 수 있을 것이다.
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