본 연구에서는 비소로 오염된 지역의 토양 및 지하수에 동전기적 기술을 사용하고 배양된 토양 미생물과 배양액을 주입하여 토양 내의 토착 미생물을 활성화하여 비소의 이동도를 상승시키는 것이 주요목표이다. 생물학적 동전기법은 미생물의 전기적 이동을 이용하여 기존의 생물학적 복원에서 문제시 되어온 늦은 분해속도와 낮은 제거효율의 단점을 극복할 수 있었다. 이는 전극의 전해액 대신 토양 미생물과 배양액을 혼합 주입하여 유기물질을 전자 공여체로 이용하는 다양한 토양 미생물이 Fe, Mn 등을 환원하게 된다. 이에 따라 주변의 금속 산화 미생물이 As(III)를 As(V)로 변환시킴으로써 As(III)의 이동도가 증가하게 되고, 이로 인해 As의 이동도가 기존 동전기법의 약 30%에 비해 60 ~ 70%정도로 상승함을 확인하였다.
본 연구에서는 비소로 오염된 지역의 토양 및 지하수에 동전기적 기술을 사용하고 배양된 토양 미생물과 배양액을 주입하여 토양 내의 토착 미생물을 활성화하여 비소의 이동도를 상승시키는 것이 주요목표이다. 생물학적 동전기법은 미생물의 전기적 이동을 이용하여 기존의 생물학적 복원에서 문제시 되어온 늦은 분해속도와 낮은 제거효율의 단점을 극복할 수 있었다. 이는 전극의 전해액 대신 토양 미생물과 배양액을 혼합 주입하여 유기물질을 전자 공여체로 이용하는 다양한 토양 미생물이 Fe, Mn 등을 환원하게 된다. 이에 따라 주변의 금속 산화 미생물이 As(III)를 As(V)로 변환시킴으로써 As(III)의 이동도가 증가하게 되고, 이로 인해 As의 이동도가 기존 동전기법의 약 30%에 비해 60 ~ 70%정도로 상승함을 확인하였다.
In this study, bio-electrokinetics was used to increase migration of arsenic by activating endemic microorganisms in the soil. In this technology, bio-electrokinetics which the cultured soil microorganisms and nutrients injected combines with biological technology. This technology using electrical m...
In this study, bio-electrokinetics was used to increase migration of arsenic by activating endemic microorganisms in the soil. In this technology, bio-electrokinetics which the cultured soil microorganisms and nutrients injected combines with biological technology. This technology using electrical movement of microorganisms could overcome the weakness of late degradation speed and low removal efficiency. And, various soil microorganisms reduce ferreous, manganese, etc., using organic matter by as an electron donor by injecting mixture of soil microorganisms and nutrients instead of using electrolyte of the electrode. Accordingly, surrounding metal oxide microorganisms convert arsenic (III) to arsenic (V) to increase migration of arsenic (III), in consequence, migration of arsenic increased in 60 to 70% compared to about 30% of conventional electrokinetics.
In this study, bio-electrokinetics was used to increase migration of arsenic by activating endemic microorganisms in the soil. In this technology, bio-electrokinetics which the cultured soil microorganisms and nutrients injected combines with biological technology. This technology using electrical movement of microorganisms could overcome the weakness of late degradation speed and low removal efficiency. And, various soil microorganisms reduce ferreous, manganese, etc., using organic matter by as an electron donor by injecting mixture of soil microorganisms and nutrients instead of using electrolyte of the electrode. Accordingly, surrounding metal oxide microorganisms convert arsenic (III) to arsenic (V) to increase migration of arsenic (III), in consequence, migration of arsenic increased in 60 to 70% compared to about 30% of conventional electrokinetics.
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문제 정의
본 연구는 동전기법을 수행하며 오염 토양 내 토착 미생물을 활성화(Siegrist, H., Reithaar, S. and Lais, P., 1998, Zumft, W.G., 1997, 조아영, 이일규, 전은형, 안태영, 2003)시켜 비소의 이동도를 향상시킬 수 있는지에 대해 조사하였다.
본 연구에서는 비소로 오염된 지역의 토양 및 지하수에 동전기적 기술을 사용하고 배양된 토양 미생물과 배양액을 주입하여 토양 내의 토착 미생물을 활성화하여 비소의 이동도를 상승시키는 것이 주요 목표이다.
제안 방법
배양액과 미생물의 부피비에 따라 중금속의 이동도가 어떻게 달라지는지 알아보기 위하여 선행으로 실험한 결과 미생물 75%가 이동도가 가장 높게 나타났기(김홍태, 이태룡, 2013) 때문에, 미생물 : 배양액 3 : 1(v/v)로 맞추어 실험을 시행하였다.
이온의 전위 구배에 의한 이동현상을 확인하기 위해, 공급 전압, 시료 내에서의 전압, 양쪽 수조의 pH, 전기삼투유량 등이 측정되었고 가동시간 이후에는 Fig. 3에 나타낸 것과 같이 토양 시료를 6개의 section으로 자른 후 각 section에 대하여 토양의 pH, 함수율, 오염물질 잔류량 등을 분석하였다.
폐금속 광산에서 채취된 광미 퇴적토로부터 배양액 주입에 의한 비소의 이동도를 확인하고자, 전해액 대신 배양액과 토양 미생물을 동전기 방법에 적용하여 실험한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
대상 데이터
본 연구에 사용된 동전기 정화 실험 장치는 Fig. 2에 도시된 바와 같이 실험 세트와 유출액을 저장 및 측정할 수 있는 메스실린더, 전기회로, 전원공급장치(OPE-303Q, ODA), 그리고, 유입, 유출액의 pH를 측정할 수 있는 pH meter(pc-6500, ODA) 등으로 구성되어 있다. 실험 장치는 전기적 절연과 측면에서의 압력을 견딜 수 있는 9 mm 두께의 아크릴 판 재질을 사용하였으며, 장치는 폭 4 cm, 높이 4 cm, 그리고 길이 28 cm의 규격을 가지며 양쪽 수조 내 전극의 간격은 22 cm로 하였다.
본 연구에 사용된 배양액은 증류수에 각종 약품을 첨가하여 제조하였는데, 그 제조방법은 Table 1에 나타내었다. 본 연구에 사용된 배양액은 증류수에 각종 약품을 첨가하여 제조하였는데, 그 제조방법은 Table 1에 나타내었다.
2에 도시된 바와 같이 실험 세트와 유출액을 저장 및 측정할 수 있는 메스실린더, 전기회로, 전원공급장치(OPE-303Q, ODA), 그리고, 유입, 유출액의 pH를 측정할 수 있는 pH meter(pc-6500, ODA) 등으로 구성되어 있다. 실험 장치는 전기적 절연과 측면에서의 압력을 견딜 수 있는 9 mm 두께의 아크릴 판 재질을 사용하였으며, 장치는 폭 4 cm, 높이 4 cm, 그리고 길이 28 cm의 규격을 가지며 양쪽 수조 내 전극의 간격은 22 cm로 하였다.
실험에 사용된 전극은 가격이 저렴하고 널리 이용되는 철 전극을 사용하였다. 철 전극은 폭 4 cm, 길이 5 cm의 판형으로 지지대를 사용하여 고정하였다.
성능/효과
2. As(III)가 As(V)로 산화되는 상황에서는 0가, -1가에서 -1가, -2가로 변화될 때 전하가 증가하게 되므로 이동성이 증가하게 되는 것으로 보인다. 또한, As(III)는 42.
3. 다른 복원 기술에 비하여 소요 비용이 현저히 낮은 것을 알 수 있었으며, 박테리아의 세포 표면 특성인 양이온을 세포벽에 흡착하는 특성을 이용한 흡착기제로는 효율적인 저감 효과를 기대하기 어려운 경우, As(V)를 As(III)로 조절할 수 있는 금속환원 박테리아를 이용하여 토양 내에서 이들의 이동도를 증가시키는 방안이 효과적일 것이다. 생물권으로 배출되는 일부 유독성 원소의 자연저감(natural attenuation) 처리 과정에 배양액을 추가함으로써 이러한 박테리아의 환원 특성을 활성화시킨다면 실제적으로 적용될 수 있을 것으로 판단된다.
1. 생물학적 동전기법은 미생물의 전기적 이동을 이용하여 기존의 생물학적 복원에서 문제시 되어온 늦은 분해속도와 낮은 제거효율의 단점을 극복할 수 있었다. 이는 전극의 전해액 대신 토양 미생물과 배양액을 혼합 주입하여 유기물질을 전자 공여체로 이용하는 다양한 토양 미생물이 Fe, Mn 등을 환원하게 된다.
유기물질을 전자 공여체로 이용해 shewanella 등의 미생물이 Fe, Mn 등을 환원함에 따라 주변의 금속산화 미생물이 As(III)를 As(V)로 변환시킴으로써 As(III) 및 As(V)를 둘 다 처리하는 효과를 가져, 이동도가 기존 동전기법의 약 30%에 비해 60 ~ 70% 정도로 상승함을 확인하였다.
이는 전극의 전해액 대신 토양 미생물과 배양액을 혼합 주입하여 유기물질을 전자 공여체로 이용하는 다양한 토양 미생물이 Fe, Mn 등을 환원하게 된다. 이에 따라 주변의 금속 산화 미생물이 As(III)를 As(V)로 변환시킴으로써 As(III)의 이동도가 증가하게 되고, 이로 인해 As의 이동도가 기존 동전기법의 약 30%에 비해 60 ~ 70%정도로 상승함을 확인하였다.
후속연구
이러한 경우, 이들 유독성 화합물을 As(V)를 As(III)로 조절할 수 있는 금속환원 박테리아를 이용하여 토양 내에서 이들의 이동도를 증가시키는 방안이 효과적일 것이다. 생물권으로 배출되는 일부 유독성 원소의 자연저감(natural attenuation) 처리 과정에 배양액을 추가함으로써 이러한 박테리아의 환원 특성을 활성화시킨다면 실제적으로 적용 될 수 있을 것으로 판단된다.
이러한 경우, 이들 유독성 화합물을 As(V)를 As(III)로 조절할 수 있는 금속환원 박테리아를 이용하여 토양 내에서 이들의 이동도를 증가시키는 방안이 효과적일 것이다. 생물권으로 배출되는 일부 유독성 원소의 자연저감(natural attenuation) 처리 과정에 배양액을 추가함으로써 이러한 박테리아의 환원 특성을 활성화시킨다면 실제적으로 적용 될 수 있을 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
현재 알려진 토양 및 지하수 내 오염물질은 무엇이 있는가?
현재 알려진 토양 및 지하수 내 오염물질은 CN, F, Cr6+, Cu, Cd, Pb, Zn, Ni, As, Hg, 유기인, PCB, 페놀류, TCE, PCB, BTEX, 석유계총탄화수소 등으로 알려져 있다. 이 중 AMD(Acid Mine Drainage)에는 As, Ni, Zn, Pb, Cd, Cu 등의 중금속이 많이 함유되어 있어 주변 토양 및 지하수가 계속 오염되고 있는 실태이다.
비소는 자연에서 어떻게 존재하는가?
토양내 비소는 자연적 및 인위적 기원에 유래하며, 자연에서 비소성분은 무기 및 유기화합물의 상태로 존재한다. 비소는 자연에서 4가지 산화종인 -3, 0, +3, +5의 원자가로 존재한다. 비소화합물은 크게 산소(O), 염소(Cl) 및 황(S)과 결합한 무기비소 화합물과 탄소(C), 수소(H)와 결합한 유기비소 화합물로 나누어진다.
As, Ni, Zn, Pb, Cd, Cu 등의 중금속은 어떤 영향을 미치는가?
이 중 AMD(Acid Mine Drainage)에는 As, Ni, Zn, Pb, Cd, Cu 등의 중금속이 많이 함유되어 있어 주변 토양 및 지하수가 계속 오염되고 있는 실태이다. 이들 중금속들은 다양한 이동매체를 통해 토양 내에 축적되어 영양분 결핍, 생태계 파괴, 지하수 오염, 생물학적 다양성 감소 등의 피해를 야기하며 최종적으로 동식물의 성장과 인간의 건강에 악영향을 미친다(Lovley, D. R.
참고문헌 (13)
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