[논문]계면활성제에 따른 다환방향족탄화수소(PAHs)의 생물학적 분해 양상

김영미; 안치규; 우승한; 박종문

계면활성제에 따른 다환방향족탄화수소(PAHs)의 생물학적 분해 양상 원문보기

김영미 (포항공과대학교 환경공학부) , 안치규 (포항공과대학교 환경공학부) , 우승한 (국립 한밭대학교 화학공학과) , 박종문 (포항공과대학교 화학공학과)

유류오염토양의 자연복원 시 생물이용도(bioavailability)를 높이기 위해 사용되는 계면활성제의 영향을 살펴보고자 제지 폐수로부터 분리한 미생물과 5가지 계면활성제를 사용하였다. 계면활성제로는 Brij 35, Brij 30, Triton X-100, Tween 40, Tween 80을 사용하였으며 유류오염물질로는 PAHs를 사용하여 계면활성제 별 미생물의 성장률 및 PAHs 분해율을 살펴보았다. 그 결과 각각의 계면활성제에 따라 서로 다른 미생물 성장 및 PAHs 분해능을 보였다. 계면활성제에 따른 미생물 성장은 Tween 계열에서 뚜렷했으며 이들 중 Tween 40에서는 PAHs의 분해능 또한 가장 활발하였다.

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문제 정의

미생물의 적응도와 탄소원으로 사용하는 계면활성제와의 관계를 보고자, 본 연구에서 계면 활성제의 독성이 가장 적은 것으로 판단되는 계면활성제인 Tween 40과 가장 활발한 PAHs 분해 능을 보이는 미생물을 접종하여 상기 방법과 동일하게 분석해보았다.
물에 대한 낮은 용해도를 극복하기 위해 계면활성 제를 사용하게 되는데 이로 인하여 PAHs와 같은 소수성 물질의 용해도를 높이는 효과 뿐 아니라 계면활성제의 물리·화학적 특성에 따라 미생물에 독성을 주거나, 미생물의 성장 및 PAHs 물질 의 분해를 증가 또는 저해시킬 수 있다. 이에 본 연구에서는 제지 폐수로부터 분리한 미생물을 대상으로 하여 대표적인 비이온성 계면활성제인 Brij 35, Brij 30, Triton X-100, Tween 40, Tween 80을 이용하여 계면활성제가 미생물의 성장 및 PAHs의 생물학적 분해에 미치는 영향을 살펴보았 다.

제안 방법

45/zm, hydrophilic)로 거른 후 UV.검출기가 달린 HPLC (Dionex USA)를 이용하여 250 nm 파장에서 분석하였다. 분석에 사용한 칼럼은 역상 SUPELCOSIL LC-PAH (150 mm x 4.
3 g/L Na2HPO₄ 를 포함한다. 계면활성제에 따른 미생물의 성장을 알아보고자 일정 시간 간격으로 ODaWnm 값을 측정하였다.
Brij 30과 Tween 80에서도 약간의 phenanthrene0] 감소함을 볼 수 있는데 이는 미생물 cell 에 흡착한 것일 수 있으므로 확실한 판단이 어렵다. 단, Tween 40의 경우 계면활성제의 고갈 로 인하여 phenanthrene이 입자상으로 석출된 것일 수 있어 메탄올을 이용한 석출 실험을 수행하였다. 실험결과 미생물 cell 에 흡착 또는 석출된 phenanthrene0] 있음을 확인하였으나 초기 농도 와 비교해 보았을 때 적어도 30% 이상의 phenanthrene이 감소함을 볼 수 있었다.
미생물의 성장에 미치는 계면활성제의 영향을 살펴보기 위해 250 mL 삼각플라스크를 사용하여 5가지 계면활성제 농도를 2 g/J 로 주입한 후 초기 ODajg 값이 약 0.02 가 되도록 미생 물을 접종하였으며, 회전식 교반기에서 160rpm 으로 상온에서 배양되었다. 배지는50 mM NH₄CI, 5 mM NaH₂PO₄, 11.
제지 폐수로부터 분리한 미생물의 phenantirrene 분해능을 알아보기 위해 5가지 계면활성 제 농도를 2 g/L, phenanthrene 농도를 20 mg/L 로 조절하여 초기 ODeoonm 값이 약 0.02 가 되도 록 미생물을 접종하였고, 회전식 교반기에서 160rpm 으로 상온에서 배양하였다. 사용된 배지는 상 기와 동일하다.
탄소원으로 사용되는 계면활성제의 감소로 인한 phenanthrene 석출 가능성을 알아보고자, 메탄올과 샘플을 1:1 로 혼합한 후 필터링한 용액과 샘플만을 필터링한 용액을 비교하여 석출 상 태로 있는 phenanthrene의 존재 여부를 확인하였다.

대상 데이터

05 mM CuSO₄ . 5H₂O, 0.0001 mM CoCl2 - 6H₂O, 0.0004 mM H₃BO₃ 를 포함하는 SM배지 완충용액을 사용하였다. 완충용액은 8.
이들의 물리·화학적 특성은 Table 1 및 Table 2에 나타낸 바와 같다. PAHs 분해를 위해 미생물은 제지 폐수로부터 순수 분리한 미생물을 사용하였다.
대표적인 유류 오염물질로 PAHs를 선정하였으며 본 연구에서는 3개의 벤젠고리를 가지는 phenanthrene (Sigma)을 사용하였고, 계면활성제로는 비이온성 계면활성제인 Brij 35, Brij 30, Triton X-100, Tween 40, Tween 80 (Sigma)을 사용하였다. 이들의 물리·화학적 특성은 Table 1 및 Table 2에 나타낸 바와 같다.
검출기가 달린 HPLC (Dionex USA)를 이용하여 250 nm 파장에서 분석하였다. 분석에 사용한 칼럼은 역상 SUPELCOSIL LC-PAH (150 mm x 4.6 mm, 5 ㎛)를 이용하였고 유동상(85% acetonitril 과 15% de-ionized water)은 1.5 mL/min의 유속으로 흘려주었다.

성능/효과

일치 한다. 그러나 Brij 계열은 미생물에 독성이 다소 있다고 알려져 있음에도 불구하고 본 실험에서는 Brij 35의 경우 계면활성제 자체의 ODsOnm 값을 고려하고도 미생물의 성장이 활발한 편이었다.
단, Tween 40의 경우 계면활성제의 고갈 로 인하여 phenanthrene이 입자상으로 석출된 것일 수 있어 메탄올을 이용한 석출 실험을 수행하였다. 실험결과 미생물 cell 에 흡착 또는 석출된 phenanthrene0] 있음을 확인하였으나 초기 농도 와 비교해 보았을 때 적어도 30% 이상의 phenanthrene이 감소함을 볼 수 있었다..
제지 폐수로부터 순수 분리한 균주를 대상으로 5가지 계면활성제의 영향을 조사해본 결과 Tween 계열에서 뚜렷한 성장을 보였고, 특히 Tween 40에서 phenanthrene의 감소가 큰 것을 알 수 있었다. Tween 80에서는 미생물의 성장이 활발했음에도 불구하고 phenanthrene의 감소가 적은 것으로 보아 Tween 40이 미생물에 의한 phenanthrene의 대사에 도움이 되는 것으로 판단된다.

후속연구

Tween 80에서는 미생물의 성장이 활발했음에도 불구하고 phenanthrene의 감소가 적은 것으로 보아 Tween 40이 미생물에 의한 phenanthrene의 대사에 도움이 되는 것으로 판단된다. 그러나 이 결과는 복합적인 요인에 의한 것으로 추후 계면활성제의 정량 분석을 통해 해석할 수 있을 것이며, 순수 분리된 균주의 동정을 통해 미생물의 특성을 규명해야 할 것이다.

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