KR100694881B1

KR100694881B1 - 화약류 분해능을 갖는 새로운 미생물 균주 및 이를 이용한화약류 오염 토양 처리방법

Info

Publication number: KR100694881B1
Application number: KR1020060027651A
Authority: KR
Inventors: 이상열; 이상섭; 공성호
Original assignee: 주식회사 닉시안
Priority date: 2006-03-27
Filing date: 2006-03-27
Publication date: 2007-03-14

Abstract

본 발명은 화약류 분해능을 갖는 새로운 미생물 균주 및 이를 이용한 화약류 오염 토양 처리방법에 관한 것으로, 화약류 분해능을 갖는 호기성 슈도모나스(Pseudomonas), 호기성 아조리조비움(Azorhizobium) 및 호기성 프로테우스(Proteus)의 혼합균주 NIXE I(수탁번호 KACC 91218P), 화약류 분해능을 갖는 혐기성 아시네토박터(Acinetobactor), 혐기성 슈도모나스(Pseudomonas) 및 혐기성 박테로이드(Bacteroid)의 혼합균주 NIXE II(수탁번호 KACC 91219P), 및 화약류 오염 토양에 상기 균주를 분주함으로써 화약류 오염 토양의 화약류를 분해하는 방법이 제공된다.

본 발명은 환경친화적이며 오염원의 이동이나 2차오염원의 발생을 최소화시킬 수 있는 화약류 오염토양의 무해화 기법이다. 또한 경제적인 처리기법으로 광대한 지역의 오염원 처리에도 그 적용성이 우수하다. 본 발명은 기존 생물학적/화학적 처리기법에 비해 오염원의 불완전 분해가 아닌 완전분해가 가능하다.

화약류, 분해, 식물환경복원방법, 하이브리드 포플러, 펜톤 반응

Description

화약류 분해능을 갖는 새로운 미생물 균주 및 이를 이용한 화약류 오염 토양 처리방법{Novel microorganism strain with explosive materials degrading activity and the method for remediation of explosive materials-contaminated soil using that}

도 1은 화약류 제거에 적합한 최적의 온도조건을 조사하기위한 배양온도에 따른 화약류 제거율을 나타낸 것이다.

도 2는 호기 조건하에서 pH에 따른 화약류 제거 실험 결과를 나타낸 것이다.

도 3은 다양한 탄소원에 따른 화약류 제거 실험 결과를 나타낸 것이다.

도 4는 혐기 조건하에서 pH에 따른 화약류 제거 실험 결과를 나타낸 것이다.

도 5는 토양내에서의 미생물에 의한 TNT 제거 실험 결과를 나타낸 것이다.

도 6은 토양내에서 미생물이 코팅된 하이브리드 포플러에 의한 TNT 제거 실험 결과를 나타낸 것이다.

도 7은 중성 pH에서 변형 펜톤 공정을 이용한 킬레이트제별 TNT의 제거 효율을 나타낸 것이다.

도 8은 수용액상의 중성 pH에서 유사 펜톤 반응을 이용한 각 철광석별 TNT 제거 효율을 나타낸 것이다.

도 9는 산성조건 토양에서 유사 펜톤 반응을 이용한 각 철광석별 TNT 제거 효율을 나타낸 것이다.

도 10은 유사 펜톤 반응과 변형 펜톤 반응의 결합 공정을 이용한 중성영역에서의 TNT 제거 효율을 나타낸 것이다.

도 11은 변형 펜톤 반응을 이용한 중성영역에서의 TNT 제거 효율을 나타낸 것이다.

도 12는 변형 펜톤 공정을 이용한 중성영역에서의 TNT 및 중금속 복합오염토양에서 TNT 제거 효율을 나타낸 것이다.

도 13은 변형 펜톤 공정을 이용한 중성영역에서의 TNT 및 중금속 복합오염토양에서 유기산을 이용한 중금속 제거효율을 나타낸 것이다.

도 14는 생물학적 처리부지의 섹션 분할 배치도를 나타낸 것이다.

도 15는 현장 적용 실험을 위한 하이브리드 포플러의 사진을 나타낸 것이다.

도 16은 배지 성분과 균을 하이브리드 포플러 뿌리에 접종하는 현장사진을 나타낸 것이다.

도 17은 토양내에서의 미생물에 의한 TNT 변화량을 나타낸 것이다.

도 18은 하이브리드 포플러와 미생물을 이용한 TNT 변화량을 나타낸 것이다.

도 19는 미생물의 존재 유무에 따른 하이브리드 포플러의 성장 차이를 나타낸 것이다. (가) 왼쪽은 미생물이 존재했던 사이트의 하이브리드 포플러, 오른쪽은 미생물이 없는 사이트의 하이브리드 포플러, (나) (가) 사진의 뿌리 확대 사진.

도 20은 미생물의 존재 유무에 따른 하이브리드 포플러의 성장 차이를 나타낸 것이다. 오른쪽은 미생물을 접종한 사이트, 왼쪽은 미생물을 접종하지 않은 사 이트.

도 21은 하이브리드 포플러, 균, 그리고 배지성분을 이용한 TNT 변화량을 나타낸 것이다.

도 22는 현장 실증 실험에서의 깊이별 TNT의 제거 효율을 나타낸 것이다.

도 23은 현장 실증 실험에서의 중금속(Cu, Pb)의 깊이별 처리효율을 나타낸 것이다.

본 발명은 화약류 분해능을 갖는 새로운 미생물 균주 및 이를 이용한 화약류 오염 토양 처리방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 화약류 오염 토양의 화약류를 분해하는데 효과적인 새로운 미생물 균주 NIXE I(수탁번호 KACC 91218P) 및 NIXE II(수탁번호 KACC 91219P) 및 이를 이용한 경제적이면서 효율적인 화약류 오염 토양 처리방법에 관한 것이다.

최근 들어 선진국에서 가장 큰 쟁점으로 부각되고 있는 토양/지하수 오염분야는 국내에서도 그 심각성이 도출되고 있으며 그 대책마련이 시급한 실정이다. 국내에서는 '96년 토양환경보전법의 시행으로 토양오염의 원인이 되는 시설의 이전, 기타 토양오염 방지시설의 설치 등의 의무화, 오염토양처리 대책기준 및 방법설정, 용역주체 및 비용부담의 주체를 명문화하여 이에 따른 조사 및 복원이 요구되는 실 정이며 국제표준화기구(ISO)는 사업장내 부지가치를 평가할 때 토양 및 지하수의 오염정도를 반영하는 새로운 국제환경 규격안(ISO 14001)을 마련하여 2002년부터 시행키로 제안함에 따라 대책마련이 필요한 실정이다.

기존의 토양오염 규제대상인 11개 항목에서 산업공단지역에서 검출빈도가 높은 TCE, PCE, 위해성 유기용제 등 5개 물질이 별도로 추가되었고 토양오염 유발시설이 설치된 부지에 대한 토양오염을 사전에 조사하여 토양오염에 대한 법적 책임을 명확히 하기 위한 토양환경평가를 실시하도록 하는 등 토양환경보전법이 강화되어 2002년부터 본격적으로 시행·적용되고 있다.

또한 최근 들어서는 용산 미군기지 주변의 유류 누출 사고 등 군부대 내의 토양 및 지하수 오염 문제에도 많은 관심이 모아지고 있다. 특히 군부대는 특성상 각종 화약류에 의한 오염 가능성이 높으며 이들 화약류는 그 처리가 쉽지 않은 것으로 알려져 있다. 국내에서는 6. 25 사변 이후 북한과의 군사적인 대치상황을 통해서 각종 화약류 등에 의한 토양 오염의 심각성이 최근 들어 심각하게 제기되고 있다.

이들 화약류 등에 대한 처리는 선진 외국에서도 기초 기술 개발 단계에 있고, 현재 보편적으로 사용되고 있는 공법은 소각법으로서 2차 오염원에 대한 발생과 비용적 부담문제로 인한 문제점을 가지고 있다. 이러한 문제점의 대안으로서 생물학적 처리공법의 연구가 진행되고 실용화 실험을 하고 있는 실정이나, 오랜 처리기간의 요구와 오염원의 완전분해의 불확실성으로 인해 이러한 공법들의 문제점을 대체하기 위한 기술개발이 시급한 실정이다. 더하여 국내에서의 특수상황을 고려할 경우 그 처리 기술 개발이 더욱이 절실하다. 따라서 본 기술의 개발은 환경기술적으로는 선진 외국과의 기술 경쟁에서 우위에 설 수 있으며 사회?경제적으로는 앞으로 민간으로 이양될 많은 오염된 군부대 시설 부지의 재이용/재활용에 그 중요성이 있다고 하겠다.

현재 화약류 오염토양의 무해화 기법으로는 소각이 가장 보편적으로 쓰여지고 있는 실정이다. 이러한 소각의 경우 비산재가 발생되며 소각시 대기오염물질의 발생이 동반되어지고 있으며 상당한 고비용이 요구되어진다.

화약류의 대표적인 사용처는 군사 지역이며 우리나라의 경우에는 국토 총면적의 1.4%인 약 1,400km²를 군부대 지역이 차지하고 있으며, 군사 시설과 보호 구역까지 합하면 군에서 관할 및 통제하고 있는 총면적은 국토 총면적의 5.9%에 해당하는 것으로 보고 되고 있다. 하지만 국내 환경규정에는 화약류 물질에 대한 규제조항이 없는 실정이나 향후 미국기지의 반환이나 군부대 시설의 민간이양등의 국토의 효율적 활용을 목적으로 하는 국내 특수사유에 의해서도 경제적인 처리기법의 개발이 시급한 실정이다.

이에 본 발명의 목적은 화약류 분해능을 갖는 신규한 미생물 균주를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 상기 새로운 미생물을 이용하고, 기존의 비용적 부담을 가지고 있는 소각법을 대체하며 오염의 확산에 의해 광범위하게 오염된 지역의 처리를 위해 가장 경제적인 기법을 적용함으로써 그 경제적인 부담을 줄일 수 있을 뿐 아니라 화약류와 함께 오염된 중금속을 동시에 처리함으로써 가장 효율적이고 저비용의 화약류 오염 토양 처리방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 일 견지에 의하면, 화약류 분해능을 갖는 호기성 슈도모나스(Pseudomonas), 호기성 아조리조비움(Azorhizobium) 및 호기성 프로테우스(Proteus)의 혼합균주 NIXE I(수탁번호 KACC 91218P)이 제공된다.

본 발명의 다른 견지에 의하면, 화약류 분해능을 갖는 혐기성 아시네토박터(Acinetobactor), 혐기성 슈도모나스(Pseudomonas) 및 혐기성 박테로이드(Bacteroid)의 혼합균주 NIXE II(수탁번호 KACC 91219P)이 제공된다.

본 발명의 다른 견지에 의하면, 화약류 오염 토양에 상기 혼합균주 NIXE I(수탁번호 KACC 91218P) 및 NIXE II(수탁번호 KACC 91219P)중 적어도 하나를 분주함으로써 화약류 오염 토양의 화약류를 분해하는 방법이 제공된다.

이하 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명자들은 화약류 오염 토양 처리를 위해 TNT/DNT 분해능이 탁월한 국내 토양에서 선별된 국내 토착 균주를 분리 및 동정하고 오염원 처리에 최적인 미생물을 확보함으로써 본 발명을 완성하게 되었다. 본 발명에 따른 혼합균주 NIXE I(수탁번호 KACC 91218P) 및 NIXE II(수탁번호 KACC 91219P)는 농업생명공학연구원에 기탁되었고 2006년 3월 2일에 특허미생물 수탁증을 받았다.

본 발명의 원리를 설명하면 다음과 같다.

1. 식물환경복원방법(Phytoremediation) 및 향상된 식물환경복원방법 (Enhanced Phytoremediation)

본 명세서에 사용된 용어, ‘식물환경복원(Phytoremediation)’이란 식물을 이용해 오염된 환경을 복원하는 방법으로서, 구체적으로 식물이 뿌리로 수분과 토양의 양분을 흡수하는 능력을 이용해 지하수와 토양의 오염물질을 제거하는 방법을 의미한다. 뿌리에 있는 균과 미생물 등의 공동작용으로 인해 정화되는데, 특히 낮은 농도로 넓은 범위에 걸쳐 오염된 경우에 효과적이다. 흡수된 오염물질은 식물 체내에 있는 균과 미생물의 움직임에 의해 스스로 분해되어 처리되기도 하지만, 식물 체내에 흡수되어 농축된 경우에는 식물을 잘라 오염물질을 제거하도록 한다.

본 발명에 따른 향상된 식물환경복원방법은 기존 단순 식물환경복원 자연정화법 혹은 미생물 투입 등의 기존 처리법들의 단점인 화약류(TNT)의 불완전처리(최종부산물로 DNT 축적)에 대한 극복을 위해 화약류 오염 토양 처리에 있어서 TNT/DNT 분해능이 있는 국내 토착 균주를 분리?동정하여 TNT/DNT 분해능이 있는 국내 자생식물의 근권에 접종시킴으로서 오염원의 제거효율을 극대화 시킬 수 있는 생물학적 처리기술이다.

2. 하이브리드 어드밴스드 산화(Hybrid Advanced Oxidation)

가. 변형 펜톤 반응

본 발명에 따른 변형 펜톤 반응은 펜톤 반응의 낮은 pH 반응조건을 극복하고 실제 토양 및 지하수에 원 위치(in-situ) 처리기법을 적용하기 위한 변형된 펜톤 반응이다. 즉, 중성영역의 pH에서 펜톤 반응을 적용할 경우 히드록실 라디칼 발생을 위한 촉매인 철이온이 철염으로 침전됨으로 그 효율이 현저히 떨어지게 됨으로 이를 보완하기 위해 EDTA, NTA, 옥살레이트 등의 유기산을 리간드(ligand)로 작용시켜 철이온과 배위결합을 유도함으로 형성된 복합체는 중성영역에서 복합체의 안정성을 향상시킴과 동시에 히드록실 라디칼의 발생을 위한 촉매역할을 수행할 수 있게 된다. 이러한 철 복합체를 활용함으로써 중성 영역(pH 6~7)에서 높은 효율의 펜톤 반응을 유도할 수 있다. 특히 토양의 경우 pH에 대한 완충능력(pH buffering capacity)을 지니고 있음으로 펜톤 반응이 효율적으로 적용되기 위해서는 중성영역에서 수행되어져야 한다.

하기 화학식 1은 2가 철이온이 유기산의 하나인 NTA와의 결합구조이다.

[화학식 1]

Fe(NTA)₂ ^3-의 구조

나. 유사 펜톤 반응

본 발명에 따른 유사 펜톤 반응은 펜톤 반응을 오염 토양에 적용시킬 경우 2가 철이온의 투입대신 토양내 존재되어지고 있는 철광석을 히드록실 라디칼 생성을 위한 촉매로 이용하는 방법으로 제안되었다. 즉, 철광석의 표면에서 과산화수소가 반응함으로써 히드록실 라디칼을 생성하여 오염원을 처리하는 기법이다.

이렇게 토양내 존재되는 철광석을 2가 철이온 대신 이용함으로써 펜톤 반응에 의해 형성되어지는 철슬러지를 최소화 할 수 있으며 철이온의 투입에 대한 운전비용을 현저히 줄일 수 있는 장점을 가지고 있다.

다. 변형 펜톤 반응과 유사 펜톤 반응의 혼합공정

상기 변형 펜톤 반응과 유사 펜톤 반응을 혼합시킨 본 발명자들의 개발 기술로써 철이온을 중성역역의 pH에서 안정시키기 위한 킬레이트제의 투입과 과산화수소만을 투입하는 기술이다. 즉, 철이온의 투입이 없음으로 철슬러지의 발생량을 저감시킴과 동시에 중성영역 pH에서 산화처리를 유도함으로써 경제적인 화학적 처리가 가능하게 하며 낮은 pH에 의한 토양의 극심한 황폐화를 방지할 수 있는 기술이다. 아직까지는 그 처리효율이 만족할 만한 수준을 보여주고 있지는 못하지만 보다 처리효율을 증대시키는 방안의 확립으로 토양생태계에 최소한의 영향을 주는 경제 적 처리기법으로 기대되어진다.

라. 화약류와 중금속 동시처리 공정

전통적인 펜톤 공정은 낮은 pH를 요구하여, 실제 현장 적용할 시 현장의 조건을 산성화하여야 한다. 이와같은 경우, 낮은 pH로 인하여 토양 생태계의 큰 영향을 미치며, 토성구조의 붕괴를 초래한다. 따라서 옥살레이트 등의 유기산을 리간드(ligand)로 작용시켜 철이온과 배위결합을 유도함으로 형성된 복합체를 적용시 중성 pH에서 철이온은 안정성을 높여줌과 동시에 펜톤 리전트(주입수)의 토양 내에서의 유동성을 높여주어 실제 토양에서의 탁월한 적용성을 가진다.

또한, 본 발명자들은 처리하고자 하는 화약류의 특성상 중금속의 복합오염토양 지역을 고려하여 화약류와 중금속의 동시처리공정을 개발하였다. 이는 철이온의 안정도를 높여주는 킬레이트제인 생분해도가 높은 저분자 유기산을 주입하였을 때, 철이온과의 복합체 형성뿐만 아니라 중금속과의 리간드 형성에 의한 복합체 형성 능력을 가짐으로써 화약류 및 중금속 동시처리를 할 수 있으며, 다른 오염원과의 복합오염 지역에도 적용 가능하다.

본 발명을 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따르면, 화약류 분해능을 갖는 미생물 NIXE I(수탁번호 KACC 91218P) 및 미생물 NIXE II(수탁번호 KACC 91219P)중 적어도 하나를 화약류 오염 토양에 분주함으로써 화약류 오염 토양의 화약류를 분해할 수 있다. 본 발명에 따라 처리되어지는 화약류로는 이에 한정하는 것은 아니나 대표적으로 TNT(트리니트로톨루엔) 및 DNT(디니트로톨루엔)을 들 수 있다. 또한 이때 미생물의 분주량은 특별히 제한하지 않으나, 바람직하게 대략 토양 1kg당 0.3g(w/w)으로 하였으며, 이것은 셀수로 2.4×10⁸ cell 였다.

본 발명의 방법은 식물환경복원방법(phytoremediation)과 함께 수행될 수 있으며, 이때 사용되는 식물은 이에 한정하는 것은 아니나 하이브리드 포플러(hybrid poplar)(포플러스 유라메리카나(Populus euramericana))가 바람직하다.

또한 본 발명의 방법은 펜톤 반응과 함께 수행될 수 있으며, 이때 펜톤 처리는 일반적으로 알려진 펜톤 반응이 수행될 수 있으며, 예를들어, 화약류 오염 토양이 산성일 경우에는 알칼리를, 알칼리성일 경우에는 산을 첨가하여 중화한 다음 철염과 공기를 이용하여 산화시킨 후 과산화수소를 첨가하여 잔류 오염물질을 산화시키는 것으로 이루어질 수 있다. 펜톤 처리시 알칼리로는 Na₂CO₃, NaOH 또는 Ca(OH)₂가 사용될 수 있으며, 산으로는 H₂SO₄ 또는 HCl가 사용될 수 있으며, 그리고 철염으로는 Fe₂SO₄, FeCl₂, FeCl₃ 또는 Fe₂(SO₄)₃가 사용될 수 있다.

또한, 펜톤처리시 EDTA, NTA 및 옥살레이트로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 유기산을 리간드로 이용하여 철이온과 배위결합을 유도함으로써 철 복합체를 형성한 후 pH 6-7에서 펜톤 반응을 유도할 수 있다. 이때, 철이온의 안정 도를 증가시켜주는 킬레이트제로서 생분해도가 높은 저분자 유기산을 오염 토양에 주입하여 중금속과 결합하여 복합체를 형성함으로써 중금속을 추가로 처리할 수 있다. 상기 저분자 유기산은 소디움 옥살레이트가 사용되는 것이 바람직하다.

또한, 펜톤처리시 토양내 존재하는 철광석을 히드록실 라디칼 생성을 위한 촉매로 이용하여 철광석의 표면에서 과산화수소를 반응시킴으로써 히드록실 라디칼을 생성하여 오염원을 처리할 수 있다.

또한, 펜톤처리시 EDTA, NTA 및 옥살레이트로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 유기산을 리간드로 이용하여 철이온과 배위결합을 유도함으로써 철 복합체를 형성한 후 토양내 존재하는 철광석을 히드록실 라디칼 생성을 위한 촉매로 이용하여 pH 6-7에서 철광석의 표면에서 과산화수소를 반응시킴으로써 히드록실 라디칼을 생성하여 오염원을 처리할 수 있다.

본 발명의 방법은 실제 현장 적용시 효율을 증대시키기위해 오염 처리 토양에 토양 증기 추출기(SVE, Soil Vacuum Extraction)를 설치하여 수행될 수 있다.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

실시예

1.1. TNT/ DNT 분해능이 우수한 국내 토착 미생물 확보기술

가. 화약류 오염토양 복원을 위한 호기성 미생물의 분리 및 동정

(1) 실험 방법

(가) 화약류 오염토양에서의 미생물 분리 방법

① 시료채취

화약류 오염토양 시료의 채취는 경기도 화성군 소재의 예비군 훈련장 사격장 표적지 부근으로 표토의 경우 표적지 아래의 상부 토양을 채취하였으며, 혐기의 경우는 표적지 부근의 15cm 아래 토양을 채토기를 이용하여 채취하였다. 채취 토양의 조건은 표토와 심토 모두 pH 5.6, 9℃로 채취한 토양을 아이스 박스에 보관하여 운반하였다.

② 균주 분리

㉮ 증식배양(Enrichment culture)

채취한 토양을 6가지 배지(medium 1(34), 2(6), 4(23), King's B(39), ATCC 1899(5), Nutrient broth)로 24시간동안 28℃에서 증식배양(Enrichment culture)을 실시하였으며, 접종량은 배지량에 2%로 하였다. 2,4,6-트리니트로톨루엔(TNT) 분해 균주 분리를 위한 호기 배양에 medium 1, 2, 4, King's B, Nutrient broth를 사용하였다. 그리고 2,4-디니트로톨루엔 및 2,6-디니트로톨루엔(DNT) 분해 균주 분리를 위한 호기배양에 Nutrient broth, ATCC 1899 medium을 사용하여 28℃에서 진탕 배양하였고, 혐기배양에서는 질소가스로 포화시켜 혐기조건을 유지하였다.

Medium 1은 TNT에 오염된 토양에서 생물학적 처리를 위한 최적 환경 인자를 구하기 위한 실험에서 균주 분리를 위해 사용된 배지로 본 실험에서는 TNT 분해 균주 중 호기균의 분리에 사용하였다(R. Boopathy et al. 1997).

Medium 2는 TNT에 오염된 토양으로부터 슈도모나스(Pseudomonas)를 분리시키기 위한 목적으로 사용된 배지로 본 실험에서는 TNT 분해 균주 중 호기균의 분리에 사용하였다. (B.-T. Oh et al. 2001), Medium 4는 슈도모나스를 이용한 TNT 분해 실험에 사용된 배지로 본 실험에서는 TNT 분해 균주 중 호기성 균주 분리에 사용하였다(H.-W. Chang et al. 2002). King's B medium은 일반적으로 형광성 슈도모나스 동정에 사용되는 배지로서 문헌 조사에서 TNT의 분해에 슈도모나스들이 많이 관여하는 것으로 나타나 선정하였다(H.-S. Shin. 1997).

ATCC 1899 medium은 2, 4-디니트로톨루엔 분해능을 가지는 슈도모나스 속을 대상으로 한 최소 배지로 본 실험에서는 DNT 분해균주 중 호기 및 혐기균 분리에 사용하였다. 증식배양에 사용된 배지의 조성은 다음과 같다.

㉯ 균주 순수분리(Pure culture)

증식배양 후 순수분리를 위해서 Streak method & Spread plate method를 이용해서 균주의 순수분리에 들어갔으며, 28℃에서 배양하였고, 특이적인 콜로니를 대상으로 픽킹하였다.

(나) 화약류 오염토양에서 분리한 미생물의 동정 방법

단순 염색 및 그람 염색(Hucker's method)을 실시 한 후, 광학현미경(BX-50 Olympus,×1,000)을 이용해서 형태, 크기, 그람 (양성/음성)을 관찰하였다. 형태, 크기, 그람 염색을 통해서 분류된 미생물에 대한 동정을 위해서 생리·생화학적 검사인, 카탈라아제 시험(Catalase test), 옥시다아제 시험(Oxidase test), 니트레이트 환원효소 시험(Nitrate reductase test), MR(Methyl Red) 시험, VP(Vogus-Proskauer) 시험, 인돌 시험, 요소 가수분해 시험, 전분 가수분해 시험, 카세인 가수분해 시험, 젤라틴 시험을 실시하였다.

(2) 실험 결과

(가) 화약류 오염토양에서의 호기성 미생물 분리 결과

① 순수분리 결과

화약류 오염 토양(사격장 토양)에서의 균주 분리 결과 TNT/DNT균주 총 321 스트레인의 호기성 균주가 분리되었다.

② 동정 결과

순수분리된 321개 균주에 대해 형태적, 생리·생화학적 동정 결과 총 19개 속으로 동정되었다.

(나) 화약류 오염 토양으로부터 혐기성 미생물의 분리 및 동정 결과

화약류 오염 토양(사격장 토양)에서의 혐기성 균주 분리 결과 [표 9]와 같으며, TNT/DNT균주 총 157 스트레인의 균주를 분리하였다.

① 순수분리 결과

화약류가 오염된 토양에서 총 157개의 혐기성 미생물을 분리하였다.

② 동정결과

나. 화약류 제거를 위한 균주의 스크린 실험

(1) 호기성 미생물의 고효율 균주 스크린 실험 방법

화약류 제거 관련 스크린 실험은 각 스트레인에 대하여 2회씩 실시하였으며, 20ml 볼륨의 시험관에 10ml의 LB medium을 채우고, 28℃에서 150rpm의 조건으로 실험을 실시하였다. 접종량은 1%(v/v)로 하였다. 샘플링은 TNT와 2,4-DNT의 경우 12hr 후에 샘플링을 실시하였으며, 2,6-DNT의 경우 18hr 후에 샘플링 실시하였다.

(2) 고효율 균주 스크린 실험 결과

TNT, 2,4-DNT, 2,6-DNT에 대해서 호기균주와 혐기균주의 스크린결과 6개의 균주를 선별하였다.

다. 최적 배양 인자 도출을 위한 회분식 실험

(1) 호기조건에서의 최적배양인자 도출

화약류 제거 고효율 균주로 선별된 균주들을 대상으로 최적 배양 인자 도출을 위하여 균 농도별, 화약류(TNT, 2,4/2,6 DNT) 농도별, 배지별(유기/ 무기), 환경 조건 변화(온도, pH)에 따른 조건별 회분식 실험을 실시하였다.

① 배지에 따른 화약류 제거 비교 실험

화약류 제거에 있어서 영양 배지와 무기 배지간의 제거율 차이를 비교하기 위하여 LB배지와 Stanier's basal medium을 이용하여 호기 조건 하에서 실험을 실시하였다. 배지 조건만 달리하고 동일한 조건에서 실험하였다.

화약류 제거에 있어서 배지의 종류에 따른 제거율의 차이는 표 18과 같으며, LB medium가 Stanier's basal medium(표 19) 보다 높은 화약류 제거율을 나타내었고, 특히 TNT와 2,4-DNT의 경우가 약 30% 정도 높은 제거효율을 나타내었으며, 2,6-DNT의 경우 약 50%이상의 높은 제거효율을 나타내었다.

② 균 농도에 따른 실험

화약류 제거에 적합한 최적의 균 농도를 알아보기 위하여 균체 농도를 0.4×10⁹cell/㎖, 0.8×10⁹ cell/㎖, 1.2×10⁹cell/㎖, 1.6×10⁹ cell/㎖ 조건을 주어 호기적인 조건 하에서 실험을 실시하였다. 20ml 볼륨의 시험관에 각 화약류 100ppm을 첨가한 10ml의 Stanier's basal medium(미네랄 기본 배지)을 채우고, 25℃에서 150rpm으로 진탕 배양을 하였다. 시료의 채취는 0, 3, 6hr에서 1ml씩 샘플을 얻었다. 시료의 화약류 잔류량은 n-헥산으로 추출한 후, GC (HP6890)로 분석하였다.

균농도에 따른 TNT제거 실험에서는 균농도 0.8×10⁹cell/㎖)이상의 농도에서는 그 제거능이 차이가 없어 최적 균농도를 0.8×10⁹cell/㎖)로 설정하였다.

③ 화약류 농도에 따른 실험

화약류의 농도를 10, 100, 200ppm으로 조건에서 균 성장 및 화약류 제거량을 측정하여 호기적인 조건에서 화약류 오염 농도에 따라 미생물에 미치는 영향을 알아보았다. 실험은 균 농도 회분식 실험과 동일하게 실시하였으며, 균주 접종 농도 는 0.8×10⁹cell/㎖로 하였으며, 시료는 TNT의 경우 6hr, 2,4-DNT의 경우는 12hr, 그리고 2,6-DNT의 경우 18hr에 각각 1ml씩 샘플을 얻었다. 시료의 화약류 잔류량은 n-헥산으로 추출한 후, GC(HP6890)로 분석하였다. 화약류 농도별 회분식 실험 결과는 [표 21]과 같이 나타났다.

④ 배양 온도에 따른 실험

화약류 제거에 적합한 최적의 온도조건을 알아보기 위하여 동일한 실험 조건에서 배양온도를 15, 20, 25, 30℃으로 변이를 주어 호기조건으로 실험을 실시하였다. 호기 조건을 조성하기 위하여 150rpm으로 진탕 배양을 하였으며, 접종 농도는 0.8×10⁹cell/㎖로 하였다. 시료는 TNT의 경우 6hr, 2,4-DNT의 경우는 12hr, 그리 고 2,6-DNT의 경우 18hr 동안 배양을 실시하였다. 시료의 화약류 잔류량은 n-헥산으로 추출한 후, GC(HP6890)로 분석하였다. 그 결과를 도 1에 나타내었다. TNT와 2,4/2,6-DNT제거균주를 대상으로 한 실험에서 25℃에서 높은 제거율을 나타냈다.

⑤ pH에 따른 실험

화약류 제거에 적합한 최적의 pH 조건을 알아보기 위하여 동일한 실험 조건에서 pH를 5, 6, 7, 8로 변이를 주어 호기 조건 하에서 실험을 실시하였다. 호기 조건을 조성하기 위하여 150rpm으로 진탕 배양을 하였으며, 균주 접종 농도는 0.8×10⁹cell/㎖로 하였다. 샘플링 TNT의 경우 6hr, 2,4-DNT의 경우는 12hr, 그리고 2,6-DNT의 경우 18hr에 각각 1ml씩 샘플을 얻었다. 그 결과를 도 2에 나타내었다. TNT와 2,6-DNT 제거균주를 대상으로 한 실험에서 pH 7일 때의 제거율이 가장 높게 나타났으며, 2,4-DNT의 경우는 pH 6과 7에서 높은 제거율을 나타내었다.

균농도, 화약류 농도, 온도, pH 등의 실험을 통해서 화약류 제거에 적합한 최적의 배양조건은 다음과 같이 정리할 수 있다. 균 농도는 0.8×10⁹cell/㎖ 이 가장 적합한 것으로 나타났으며, 배양온도는 25℃였다. pH의 경우는 TNT와 2,6-DNT는 pH 7에서 최적으로 나타났으며, 2,4-DNT의 경우는 pH 6과 7 사이에서 최적의 조건을 나타내었다. 화약류 농도는 TNT와 2,4-DNT의 경우 10ppm의 화약류 농도에서는 생장속도가 최대였으나, 100ppm에서는 생장에 큰 영향을 주지 않으면서, 화약류 제 거능이 높게 나타났다.

(2) 화약류 제거를 위한 혐기성 균주의 스크린과 회분식 실험

(가) 회분식 배양을 통한 화약류 제거 혐기 균주의 최적 배양 인자 도출

스크린 테스트에서 이들 화약류 제거 고효율 균주를 대상으로 화약류 제거 효율에 최적인 조건을 확립하기 위하여 배지(유기/무기) 및 탄소원, 환경조건 변화(온도, pH)에 다른 조건별 회분식 실험을 실시하여 화약류 제거 균주의 최적 배양 인자를 도출하였다.

① 균농도에 따른 실험 결과

접종 균의 농도에 따른 화약류 제거율 차이를 비교하기 위하여 접종 균의 농도를 0.4×10⁹cell/㎖, 0.8×10⁹cell/㎖, 1.2×10⁹cell/㎖, 1.6×10⁹cell/㎖로 조성하여 혐기적인 조건 하에서 실험을 실시하였다. Stanier's mineral media를 이용하여 실험을 실시하였으며, 배양온도는 28℃였으며, 배지 내의 화약류 잔류량은 n-헥산을 이용하여 추출한 후, GC-ECD(HP6890)를 이용하여 분석하였다.

② 온도에 따른 실험

온도에 따른 화약류 제거율 차이를 비교하기 위하여 배양온도를 15, 20, 25, 30, 35℃로 조성하여 혐기적인 조건 하에서 실험을 실시하였다. Stanier's mineral media를 이용하여 실험을 실시하였으며, 균주 접종농도는 0.1g/L(w/v)로 하고 각각의 설정 온도에서 배양을 실시하였다. 배지 내의 화약류 잔류량은 n-헥산을 이용하여 추출한 후, GC-ECD(HP6890)를 이용하여 분석하였다.

TNT와 2,6-DNT의 경우, 온도가 증가할수록 계속적으로 제거율이 상승하는 것을 볼 수 있었으며, 2,4-DNT의 경우 30℃에서 제거율이 최고로 나타났다.

③ 배지에 따른 실험

화약류 제거에 있어서 영양배지와 무기 배지간의 제거율 차이를 비교하기 위하여 LB media와 Stanier's mineral media를 이용하여 실험을 실시하였다. 30ml 시험 튜브에 화약류 성분을 100mg/L으로 오염시킨 Stanier's mineral media를 채우고, 균체 접종량을 0.1g/L(w/v)로 하여 30℃에서 24시간동안 혐기 조건으로 배양을 실시하였다. 시료의 채취는 0시간과 24시간으로 1ml 씩을 취하였으며, 배지 내의 잔류 화약류 성분은 n-헥산을 이용하여 추출한 후에 GC-ECD(HP6890)를 이용하여 실시하였다.

무기배지를 이용한 실험에서는 TNT, 2,4-DNT 그리고 2,6-DNT의 24시간 경과 후 제거율이 각각 54.7%, 48.3%, 22.2%로 나타났으며, 무기배지에서의 실험과 동일한 조건으로 LB 배지를 이용한 실험에서는 각각 100%, 100%, 그리고 98.3%로 제거율이 각각 45.3%, 51.7%, 77.4% 상승하였다. 이를 통해서 TNT를 탄소원으로 하는 조건에서보다 풍부한 유기물 조건에서 화약류의 제거능이 높게 나온 것을 볼 수 있었다.

④ 탄소원에 따른 실험

무기배지 상에서 탄소원에 따른 제거율 차이를 비교하기 위하여 글루코즈, 수크로즈, 숙시네이트, 시트레이트, 아스파라긴을 이용하여 실험을 실시하였다. 본 실험에 사용된 배지는 Stanier's mineral media 였으며, 탄소원의 농도는 0.3%(w/v)로 하였다. 균 접종 농도는 0.1g/L(w/v)로 하였으며, 30℃에서 배양을 실시하였다. 배지내의 화약류 잔류량은 n-헥산을 이용하여 추출한 후, GC-ECD(HP6890)를 이용하여 분석하였다. 그 결과를 도 3에 나타내었다.

도 3에 나타낸 바와 같이 TNT의 제거에서 무기배지의 제거율은 54.7%였으며, 5가지 탄소원을 대상으로 한 실험에서 전체적으로 98% 이상의 화약류 제거능을 보여주었다. 특히 시트레이트와 수크로즈, 그리고 글루코즈를 탄소원으로 사용하였을 경우 100%의 화약류 제거율을 나타내었다. 균체의 생장에서는 수크로즈와 글루코즈에서 다른 탄소원보다 빠른 생장을 보여주었다. 2,4-DNT의 제거에서 무기배지의 제거율은 48.3%였으며, 5가지 탄소원을 대상으로 한 실험에서 글루코즈와 수크로즈를 탄소원으로 사용하였을 때에 100%의 화약류 제거능을 보였으며, 아스파라긴, 시트레이트, 숙시네이트의 경우는 각각 73.7%, 52.0%, 그리고 57.1%의 제거능을 보였다. 균체 생장에서는 글루코즈의 경우가 다른 탄소원보다 빠른 생장을 보여주었다. 2,6-DNT의 제거에서 무기배지의 제거율은 22.1%로 다른 두가지의 화약류 성분과 비교해 보았을 때 매우 낮은 제거율을 보였으며, 5가지 탄소원을 이용한 실험에서는 수크로즈와 글루코즈를 탄소원으로 이용하였을 경우에 98.3%와 98.0%의 제거율을 보였으며, 아스파라긴, 시트레이트, 그리고, 숙시네이트의 경우는 46.2%, 52.8%, 그리고 43.7%의 제거율을 나타내었다.

⑤ pH에 따른 실험

pH에 따른 화약류 제거율 차이를 비교하기 위하여 배지의 pH를 5, 6, 7, 8 로 하여 실험을 실시하였다. Stanier's mineral media를 이용하여 혐기적인 조건 하에서 실험을 실시하였으며, 균주 접종 농도는 0.1%(w/v)로 하고, 30℃에서 배양을 실시하였다. 배지내의 화약류 잔류량은 n-헥산을 이용하여 추출한 후, GC-ECD(HP6890)를 이용하여 분석을 시행하였다. 그 결과를 도 4에 나타내었다. 도 4에 나타낸 바와 같이 pH 7에서 TNT 88.5%, 2,4-DNT 32.1%, 2,6-DNT 45.2%의 제거능을 보여 주었다.

⑥ 화약류 농도에 따른 실험

화약류 농도에 따른 실험 결과, 화약류의 농도가 증가 함에 따라 그 제거능도 낮아지는 것을 확인할 수 있었다.

1.2 향상된 식물환경복원방법(Enhanced Phytoremediation ) 처리기술 개발

가. 향상된 근권 개선(Enhanced Rhizosphere remediation) 처리기술

(1) 향상된 식물환경복원방법에 사용될 국내 식물종 선정실험

식물환경복원방법에 이용할 수 있는 다양한 식물종의 실험을 수행하였다. 우선 1년생 식물로는 그 처리효율이 잘 알려진 밀(wheat)과 보리(barley)의 씨앗을 이용하여 씨앗에 분해균주를 코팅하여 그 효율을 살펴보았으나 그 처리효율면에서 그리 만족스럽지 못하였다. 이에 어저귀, 질경이등의 다년생 식물도 그 대상으로 실험을 수행하였으나 오염원 처리를 위해서는 그 근권의 영향반경이 너무 작은 단점을 지니고 있어 적용이 어려운 것으로 판단되었다. 이에 근권의 영향반경이 상대적으로 크고 국내 토양에 자생력이 그 무엇보다 우수한 하이브리드 포플러(hybrid poplar)(포플러스 유라메리카나(Populus euramericana))를 대상으로 적용성 실험을 수행하였다. 특히 하이브리드 포플러의 경우 지하수 흡입량이 타 식물종에 비해 월등함을 보여주었다. 따라서 하이브리드 포플러를 향상된 식물환경복원방법에 최적 식물로 선정하여 오염원 처리를 위한 실험을 수행하였으며 이후 자생력이 우수하고 관상용으로도 사용되어지는 타 식물들을 대상으로도 그 연구가 수행되었다.

2) 미생물의 오염토양 처리효율비교

(가) 실험 방법

이 실험은 30℃, 200rpm의 항온 쉐이킹 인큐베이터를 사용하여 7일간 완전배지에서 배양한 4종의 미생물들을 배지 영양원이 오염원 제거에 주는 영향을 최소화 하기 위해 멸균된 50ml tube에 각각 담아 0.1M PPB(Potassium Phosphate Buffer) 용액(pH7.0)을 사용하여 2~3회 세척한 후 TNT(100mg TNT/kg soil)의 인공오염토양(피트머스 : 퍼라이트 : 버미큘라이트 = 1 : 1 : 1)에 혼합하여 오염토양에서의 미생물의 TNT제거효율을 살펴보았다. 실험은 16시간의 밤과 8시간의 낮으로 설정하여 이루어졌으며 토양의 수분유지를 위해 2일에 한번씩 약 200㎖의 멸균된 물을 뿌려주었다.

토양에서 TNT의 추출은 3지점에서 골고루 채취한 토양 3g을 혼합 후 추출제로서 10㎖의 헥산을 사용하였다. 2분간 보텍스한 후 더 나은 추출을 위해 60분 동안 소니케이트를 한 후 원심분리를 하고 2㎖ 바이얼에 담아 GC-ECD로 분석하였다

(나) 실험 결과

토양내에서의 미생물에 의한 TNT제거 실험 결과를 도 5에 나타내었다. TNT로 오염된 토양에서 미생물만의 제거효율을 확인해 본 결과에 의하면 KT18 미생물이 가장 좋은 효율을 보여주고 있음을 확인할 수 있었다. KT18은 액상오염물과 토양오염물 모두에서 가장 제거효율이 좋은 것으로 확인되었다. 하지만 다른 미생물들에서는 미생물을 사용하지 않은 대조군에 비교하여 크게 좋은 효율을 갖지 않는 것으로 나타나고 있다. 주기적으로 물만 부어준 대조군에서의 TNT의 감소는 물에 의해 TNT가 세척된 것으로 판단된다. KT18의 TNT토양오염물에서의 최대 제거효율은 71.2%로 나타났다.

(3) 미생물을 부착한 포플러의 오염토양 처리효율비교

(가) 실험 방법

이 실험에서는 TNT분해 미생물 4종(KT1, KT2, KT5, KT18)을 하이브리드 포플러 뿌리에 부착하여 인공오염토양에서의 TNT 제거효율을 알아보았다. 미생물 4종은 완전배지에서 30℃, 200rpm의 항온 쉐이킹 인큐베이터에서 7일간 배양 후 멸균된 50ml 튜브에 각각 담아 0.1M PPB 용액(pH7.0)을 사용하여 2~3회 세척하여 사용하였으며 균주들은 5㎖ 피펫을 이용하여 세척·멸균된 하이브리드 포플러 뿌리에 잘 부착되도록 30분동안 반복하여 뿌려주었다. 이 후 균주가 부착된 식물을 TNT(100mg TNT/kg soil)로 미리 오염된 토양에 1화분당 포플러 3그루씩 옮겨 심고 처리효율을 살펴보았다. 이때 쓰인 하이브리드 포플러는 양평 자연림에서 가지를 잘라와 50일동안 실험실에서 직접 배양시켜 사용하였다. 실험은 16시간의 밤과 8시간의 낮으로 설정하였고 토양의 수분유지를 위해 2일에 한번씩 약 200㎖의 멸균된 물을 뿌려주었다.

토양에서 TNT의 추출은 1화분당 뿌리 근처 3지점에서 채취한 토양 3g을 넣고 추출제로서 10㎖의 헥산을 사용하였다. 2분간의 보텍스한 후 60분 동안 소니케이트를 한 후 원심분리를 하고 2㎖ 바이얼에 담아 GC-ECD로 분석하였다.

(나) 분석방법

분석은 EPA Method 8095에 따라서 전자포획 검출기(Electron Capture Detecter)가 장착된 HP-6890 가스 크로마토그래피를 사용하였다. 컬럼은 Restek사 의 530㎛(i.d)-6m RTX-TNT 컬럼을 사용하였고 오븐의 초기온도는 80℃, 승온 속도는 180℃까지는 10℃/min이였고 이후 30℃/min으로 280℃까지 승온시키고 5분간 유지하였다. 주입 온도와 검출기 온도는 각각 250℃, 300℃로 설정하였다.

(다) 실험 결과

실험 결과를 도 6에 나타내었다. 이전 4종의 식물(스파트필름. 테이블야자, 개운죽, 하이브리드 포플러)을 이용한 실험에서 가장 TNT 제거효율이 뛰어났던 하이브리드 포플러의 뿌리에 4종의 미생물을 부착하여 하이브리드 포플러의 처리능을 재확인하는 실험에서는 기존의 실험에서와 동일하게 액상오염물과 토양에서 가장 처리효율이 좋았던 KT22 미생물을 부착한 하이브리드 포플러에서 최고의 제거효율을 보여 주었다.

KT22 미생물을 부착한 하이브리드 포플러에서 실험시작 30일만에 최고 97.3%의 높은 TNT 제거효율을 보였다. 실험에서 알 수 있듯이 미생물과 식물을 혼합하여 쓰였을 때의 처리효율이 미생물과 식물만을 단독으로 TNT오염처리에 사용했을 때와 비교하여 처리효율에 많은 차이가 있음을 알 수 있었다. 이는 포플러의 근권 내에서의 미생물의 활성을 증가시키는 삼출물의 배출이 큰 작용을 한 것으로 판단된다.

1.3 하이브리드 어드밴스드 산화 시스템(Hybrid Advanced Oxidation System)

가. 실험 및 분석방법

모든 실험에서 사용되어진 수용액의 제조는 밀리포어 시스템(millipore system)을 사용하여 18mΩ-cm까지 정화된 증류수를 사용하였다. 본 실험에서의 중요한 변수 중 하나인 pH의 조절을 위한 용액은 1N H₂SO₄와 1N NaOH를 사용하였다. 각 실험은 회분식 반응기에서 실험되어졌으며, Jar-Tester를 이용하여 용액을 균등하게 교반하여 주었다. 일반적으로 반응이 시작되어진 이후, 일정한 반응 시간에 맞추어 각 반응기에서 5㎖의 시료를 채취 후 강산인 H₂SO₄ 50㎕를 첨가함으로 pH를 2이하로 조정하여 H₂O₂를 용액 내에서 안정화시킴으로 과산화수소분해 반응을 저하시켰다. 시료와 동일한 5㎖의 추출제(hexane)를 첨가한 후 2분간 보텍스-믹서를 사용하여 추출제와 용액이 충분히 접촉하도록 하였다. 이렇게 추출된 TNT는 GC-ECD를 이용 분석하였다. 또한, 용출된 중금속 분석은 ICP-MS를 이용하였다.

또한, TNT의 시료는 EPA Method 8095에 의거하여 분석되어졌으며, GC 컬럼은 5% 디페닐-95% 디메틸실록산(HP-5)으로 코팅된 6m x 0.53-mm ID 융합 실리카, 1.5μm 필름 두께의 컬럼을 사용하였고, 전자 포착 검출기(electron capture detector)가 장착된 HP-6890 가스 크로마토그래피를 사용하여 분석하였다.

나. 화약류 분해를 목적으로 한 콤바인 펜톤 반응

(1) 변형 펜톤 반응

(가) 실험 내용

TNT(100mg-TNT/L 물)로 오염된 수용액에서 Fe(II)과 이루는 킬레이트제로 NTA(Nitrilotriacetic acid), EDTA(Ethylenediaminetetraacetic acid), 소디움 옥 살레이트, 소디움 아세테이트, 소디움 시트레이트를 사용하였다.

각각의 킬레이트제의 중성영역에서의 처리 효율을 알아보기 위해서 pH 7로 조정하였으며, 24시간동안 반응시켰다. 각각의 철이온과 리간드의 배합비는 1 : 3(3mmol : 9mmol)로 조정하였다.

(나) 실험 결과 및 고찰

전통적인 펜톤 반응의 pH 의존성을 극복하기 위하여 수행된 변형 펜톤 반응 실험을 수행한 결과는 도 7에 나타내었다. 도 7에서 NTA-Fe의 경우에는 pH 7에서 87%의 제거 효율을 나타내었고, EDTA-Fe는 71%, 옥살레이트-Fe는 64%, 시트레이트-Fe의 경우 46%, 아세테이트-Fe는 37%의 제거 효율을 보였다. 이러한 결과를 나타낸 것은 착체화된 철의 형태는 Tachiev의 연구 결과와 같이 더 넓은 pH 범위에서 활성이 뛰어나다는 것을 의미한다.

따라서 다음의 결과로부터 철 착화합물로 사용가능한 형태는 NTA와 EDTA, 옥살레이트를 사용한 경우이며, 이를 전통적인 펜톤 반응의 pH 7에서의 제거효율과 비교해 보면, 히드록실 라디칼의 효율적인 발생을 중성 pH 근처까지 유도할 수 있음을 확인할 수 있었다. 즉, 중성 pH 영역에서의 효과적인 TNT의 분해가 이루어질 수 있음으로 기존의 펜톤 반응의 단점으로 지적된 낮은 pH에서의 처리 효율을 향상시킬 수 있다.

(2) 유사 펜톤 반응

(가) 실험 내용

자연 토양 내에는 약 5%의 철광석(Watts 등)이 함유되어 있는 것으로 알려져 있음으로 펜톤 반응에 필요한 철이온 대신 고형의 5wt%의 철광석(침철광(goethite), 자철광(magnetite), 적철광(hematite))을 투입하였으며, 과산화수소3wt%를 주입하여 유사 펜톤 반응을 유도하였다.

오염된 수용액(100mg TNT/L 물)의 경우 pH 7 조건에서 반응시키고, 오염된 토양(300mg TNT/kg 토양)의 경우 pH 3 조건에서 24시간동안 반응시켜 시료를 채취한 후 추출하여 분석하였다.

(나) 실험 결과 및 고찰

수용액상의 중성 pH에서 유사 펜톤 반응을 이용한 각 철광석별 TNT 제거효율을 도 8에 나타내었다. 도 8로부터 알 수 있는 바와 같이 오염된 수용액의 경우 침철광-H₂O₂ 시스템에서 pH 7로 설정한 결과, 28%의 제거효율을 보였으며, 적철광-H₂O₂ 시스템인 경우, 34%의 제거효율을 보였다. 또한, 자철광-H₂O₂ 시스템에서는 36%의 TNT가 제거되었다.

Valentine 연구에 의하면 침철광의 경우 과산화수소와의 반응에 대한 2차 속도 상수는 0.0016M^-1s^-1이며 Kitajima에 의하면 적철광의 경우는 2차 속도 상수가 0.037M^-1s^-1인 것으로 보고하고 있다. 따라서 침철광-H₂O₂ 시스템에서의 TNT 처리효율 이 적철광-H₂O₂ 시스템보다 현저히 떨어지는 결과를 보인 것으로 보여진다.

TNT로 오염된 토양에서는 pH 3일 때 처리효율은 침철광/H₂O₂ 시스템에서 28%, 적철광/H₂O₂시스템에서 50%, 자철광/H₂O₂ 시스템에서 31%의 제거 효율을 보였다(도 9). 본 실험의 결과는 철광석(침철광, 적철광, 자철광)과 과산화수소와 낮은 반응성 때문에 액상의 철이온 사용의 경우보다 오염원 제거 효율이 다소 미흡하지만, 천연 토양 속에 존재하는 철광석을 이용하여 Fenton 반응을 유도할 수 있음으로 현장에서 보다 경제적인 방법으로 TNT의 제거가 가능할 것으로 확인되었다.

(3) 유사 펜톤 반응과 변형 펜톤 반응의 혼합공정

(가) 실험 방법

본 실험에서는 유사 펜톤 반응, 변형 펜톤 반응의 장점을 조합하여 현장에서 적용 가능한 처리 기법 개발을 위하여 다음의 실험을 수행하게 되었다. 이 실험에서 pH는 7로 조정하였으며, 철촉매는 5wt%의 철광석(magnetite)을 사용하였으며, 킬레이트제는 NTA, EDTA 그리고 옥살레이트를 사용하였다. 이때의 철광석과 리간드의 몰비는 1 : 3으로 투입하였다. 오염토양 농도는 300mg TNT/kg soil을 사용하였으며, 과산화수소의 농도는 3wt%로 하여 24시간동안 반응시켰다.

(나) 실험 결과 및 고찰

유사 펜톤 반응과 변형 펜톤 반응을 결합한 본 기법은 오염물의 처리에 있어 새로운 접근 방식이다. 기존 실험에서 그 효과가 확인된 NTA, EDTA, 옥살레이트를 킬레이트제로 이용하고, 철광석 중 수용액에서 TNT 처리효율이 높았던 자철광과 적철광을 이용하여 오염된 토양에서의 TNT의 처리효과를 조사하여 보았다. 먼저, 철광석 자철광을 이용한 제거효율 실험결과는 도 10에 나타내었다. 각각 pH 7에서 NTA의 경우 79%, 옥살레이트의 경우 59%, EDTA의 경우 14%의 TNT 제거가 가능함이 확인되었다.

따라서 본 실험 결과는 실제 TNT로 오염된 수용액 및 토양에 있어 과산화수소와 킬레이트제의 주입만으로 기존 펜톤 반응에서 높은 제거활성의 유지를 위해 요구되어진 낮은 pH를 현장에서 지속적으로 적용하기 어려운 단점을 극복하여 중성 pH에서도 높은 제거활성을 적용할 수 있었으며, 또한 자연 토양 속에 존재하는 철광석에 킬레이트제를 이용함으로서 철광석만 과산화수소와 반응한 경우보다 더 높은 TNT 제거효율을 얻을 수 있는 가능성을 확인하였다.

다. 화약류 및 중금속 복합오염토양 처리를 위한 하이브리드 어드밴스드 산화 시스템

본 실험은 화약류와 더불어 오염되어있는 중금속의 효율적 처리를 위한 것으로 임의로 제조된 중금속 오염토양을 대상으로 하며, 킬레이트제로는 토양 내 자생하고 있는 토착미생물에 의해 분해가 비교적 용이한 저분자유기산을 이용하였다. 그 유기산의 종류로는 NTA, EDTA, 옥살레이트를 이용하여 그 효율을 비교해 보았다. 또한, 임의로 조제된 중금속으로는 비교적 오염분포가 알려져 있는 구리(Cu)와 납(Pb)을 그 대상으로 하였다.

(1) 실험방법

(가) 변형 펜톤 반응 실험 내용

TNT 오염토양을 80g씩 500ml 비이커 12개에 나눠 담고 반응액 내에 Fe³ ⁺ 농도는 6mmol, 킬레이트 농도는 42mmol, H₂O₂는 3wt%가 되도록 Fe³ ⁺과 착체 EDTA, NTA, 옥살레이트를 넣고 적당량의 3% H₂O₂를 첨가하여 펜톤 반응을 개시한다. 반응 개시 전 후 pH를 각 착체별로 6으로 조절 한 후 반응이 종결될 때까지 pH를 유지시킨다. 샘플을 초기, 30분, 1시간, 2시간, 3시간, 4시간, 6시간, 8시간, 10시간, 12시간, 24시간으로 하여 1ml씩 취하여 10ml 헥산을 넣어 2분간 보텍스-믹싱하여 액액 추출하였다.

(나) TNT와 중금속 복합오염 토양의 동시처리 실험 내용

TNT, Pb, Cu로 오염시킨 토양을 80g씩 6개의 비이커에 나눠 담고 반응액 내에 Fe³ ⁺ 농도는 6mmol, 킬레이트 농도는 42mmol, H₂O₂는 3wt%가 되도록 Fe³ ⁺과 착체 EDTA, NTA, 옥살레이트를 넣고 적당량의 35% H₂O₂를 첨가하여 펜톤 반응을 개시한다. 반응 개시 전 후 pH를 각 착체별로 6으로 조절 한 후 반응이 종결될 때 까지 pH를 유지시킨다. TNT 샘플은 초기, 30분, 1시간, 2시간, 3시간, 4시간, 6시간, 8시간, 10시간, 12시간, 24시간으로 하여 1ml씩 취하여 10ml 헥산을 넣어 2분간 보텍스-믹싱하여 액액 추출하고, 중금속 샘플은 토양공정시험법에 의거하여 분석하였다.

(2) 실험결과 및 고찰

(가) 변형 펜톤 반응 실험결과

변형 펜톤 반응을 이용한 중성영역에서의 TNT 제거효율을 도 11에 나타내었다. 변형 펜톤 반응 실험의 결과를 살펴보면, pH 6에서 NTA의 경우 반응 시작 후 30분 이내에 고온을 동반한 격렬한 반응이 관찰되었다. 분해경과를 보면 30분 만에 68%까지 분해되고 24시간 후에 72%까지 4% 정도 더 분해되어 초기 반응에서 대부분의 TNT가 분해되었고, 옥살레이트를 제외하고는 초기 30분 제거효율이 24시간까지 비슷하게 유지되어 초기 반응의 중요성을 알 수 있었다.

(나) TNT와 중금속 복합오염 토양의 동시처리 실험결과

도 12 및 도 13은 본 실험의 궁극적인 목표인 TNT와 중금속으로 복합 오염된 토양의 동시 처리 실험 결과를 보여준다. 도 12는 pH 6에서 복합오염 토양의 각 유기산에 따른 TNT 제거 효율을 나타내었다. 옥살레이트는 75%로 가장 우수한 효율을 나타내었으며, NTA와 EDTA는 30% 안팎의 효율을 보여주었다. 중금속의 경우, 도 13에서처럼 Cu를 대상으로 하였을 때, 옥살레이트의 효율은 80%로 가장 높은 처리효 율을 보였으며, EDTA, NTA는 각각 78%, 57%의 처리효율을 보였다. 반면에 Pb의 경우, EDTA가 73%로 가장 높은 효율을 보였으나, 옥살레이트와 NTA는 각각 17%, 10%정도의 상대적으로 낮은 제거율을 보였다.

따라서 본 연구에서는 실제오염현장에 적용하기 위하여 최적의 킬레이트제를 선정하기 위한 고려사항으로 킬레이트제가 오염처리 후 토양 내 잔류할 가능성이 높음으로 킬레이트제의 자체 독성이 적고 생분해도가 높아 토양 내 잔류시 주변환경에 영향이 적은 유기산으로 옥살레이트를 선정하였다. 옥살레이트의 경우는 TNT의 분해에도 그 효율이 높으며 중금속의 처리효율도 효과적인 것으로 판단되어지며 단지 납(Pb)의 경우에만 그 제거효율이 적다. 하지만 이러한 점은 다량의 납(Pb)으로 오염되어진 지역에서는 그 시급에 따라 EDTA의 한시적 사용이나 처리기간의 연장으로 인해 극복되어질 수 있을 것으로 판단된다.

1.4 개발기술의 현장 적용성 평가

가. 실험방법

(1) 향상된 식물환경복원방법(Enhanced Phytoremediation)

현장 실증실험을 위해 조성된 생물학적 처리부지를 모두 8개의 섹션으로 나누어 다양한 조건하에서의 실험을 수행하였다. 8개의 섹션은 각 컨트롤 부지, 미생물 단독 적용 부지, 하이브리드 포플러 단독 적용부지 2 섹션, 하이브리드 포플러 뿌리에 미생물 접종 부지 2 섹션, 하이브리드 포플러와 LB broth 영양분 첨가 부지, 하이브리드 포플러 뿌리에 미생물을 접종하고 LB broth 영양분을 첨가한 부 지로 조성되어 각각의 처리효율을 비교함으로 실제 오염 현장에 적용시 최적의 시스템 구축을 위한 운영인자들을 도출하였다. 도 14에 생물학적 처리부지의 섹션 분할 배치도를 나타내었다.

(가) 인공 오염 토양 제조

향상된 식물환경복원방법 처리기법의 현장 실증 실험에 있어서 국내토양이 가지는 환경특성등의 영향까지 고려한 운영인자들을 도출하기 위한 토양 환경변화를 초래하는 용매의 사용등을 제한하고 실제 오염현장에서의 오염현황이 불균일하게 이루워져 있음을 감안하여 오염물인 TNT를 대상지역 토양에 약 200mg/Kg의 용량으로 입자상으로 최대한 균일하게 섞어 인공오염토양 약 7ton을 제조하였다.

(나) 실험내용

① 예비 배양

본 발명자들에 의해 분리?동정?스크린 되어진 고효율 분해균주로 선별된 균주중 호기성 균주 KT18(TNT 분해균주), KD45(2,4-DNT 분해균주) 및 KD67(2,6-DNT 분해균주)를 서로 1:1:1의 비율로 혼합하고, 혐기성 균주 KT41(TNT 분해균주), KD4-15(2.4-DNT 분해균주) 및 KD6-8(2.6-DNT 분해균주)를 서로 1:1:1의 비율 혼합하여 2개의 혼합균주를 제조하였다. 그 다음, TNT 100mg/ℓ로 오염된 100㎖ LB 배지에서 24시간동안 배양한 후, TNT 100mg/ℓ로 오염된 LB 배지 20ℓ에 24시간동안 배양된 100㎖ LB배지를 접종하였다. 그리고 3일 동안 각각 20ℓ씩 대량 배양하였다. 한편, 이러한 혼합균주를 각각 NIXE I 및 NIXE II로 명명하고 농업생명공학연구원에 기탁하였으며 2006년 3월 2일자로 특허미생물 수탁증을 받았다. 현장 실증 실험에 사용된 균주는 다음과 같다.

1. NIXE I(미생물 기탁 번호: KACC 91218P)

2. NIXE II(미생물 기탁 번호: KACC 91219P)

② 세포 수거

3일간 LB 배지에서 배양된 균은 각각 원심분리기(CENTRIKON T-124, KONTRON, Italy)를 이용하여 6000rpm으로 20분간 원심분리하여, 상등액을 버리고 나머지 균체를 확보하였다. 확보된 균체는 무게를 측정하였다.

③ 균 접종

원심분리하여 얻은 균을 토양 1kg당 0.3g(w/w)의 비율로 토양에 접종하였다. 포플러와 함께 적용한 실험에서는 포플러 한 그루당 0.3g(w/w)의 균을 뿌리와 뿌리 근접 토양에 접종하였다.

④ 하이브리드 포플러 묘목 적용

실험 사이트에 토양 25cm²의 면적당 하이브리드 포플러 한 개의 묘목을 심었다(도 15).

⑤ 배지 성분의 첨가

균의 활성을 증가시키기 위하여, LB배지 400㎖에 균 0.3g을 부유하였다. 이렇게 균체가 부유된 LB 배지에 묘목의 뿌리부분을 담가 균체가 뿌리부분에 코팅되도록 하였다. 이 후, 남은 배지와 토양을 뿌리부분에 첨가하였다. 도 16에 배지 성분과 균을 하이브리드 포플러 뿌리에 접종한 현장사진을 나타내었다.

(다) 토양 시료채취 방법 및 추출방법

① 오염 토양 채취방법

인공오염토양의 오염농도 분석을 위해 토양 샘플러를 이용하여 토양 시료를 채취하였으며, 채취지점은 총 8개 사이트중 각 사이트당 5 부분의 시료를 1m 깊이로 총 40개의 시료를 채취하였다.

② 오염토양의 추출방법

TNT의 추출방법은 토양시료 5g을 채취하여 무수황산나트륨 10g함께 Falcon 튜브에 넣은 뒤, 아세토니트릴 15ml를 취하여 2분간 보텍스-믹싱한 후 60분 동안 소니케이팅하여 추출하였다. 그 후, 3000rpm에서 10분간 원심분리 시킨 뒤 아세토니트릴을 이용하여 10배 희석 뒤에 Agilent Gas chromatography 6890N(ECD)을 이용하여 분석하였다.

(2) 하이브리드 어드밴스드 산화 시스템(Hybrid Advanced Oxidation System)

고농도의 화약류 오염의 경우와 중금속등과의 복합오염토양처리를 위해 개발된 하이브리드 어드밴스드 산화 시스템의 현장 실증 실험을 수행하였다. 현장 실증 실험으로 실제오염토양에서의 운전인자를 확보하였다. 또한, 실질적인 오염현장에서의 원할한 처리와 2차오염의 방지를 위해 SVE(Soil Vacuum Extraction) 시스템을 설치하여 운영함으로 실질적인 처리기술의 개발을 목표로 하였다.

(가) 인공으로 오염된 토양 제조

2,4,6-트리니트로톨루엔(TNT)는 물에 대한 용해도가 낮고, 토양에의 균일한 오염을 위해 용매(ethanol)에 10,000mg TNT/L 에탄올의 모액을 제조하여 토양에 골고루 퍼지도록 살포하였다. 또한 중금속(Cu, Pb)의 경우, 에탄올에 대한 용해도가 낮음으로 인해서 용해성이 높은 물에 모액을 제조하여 TNT 용액과 동시에 살포하였다. 조사된 바에 의하면 오염토양의 초기농도는 300mg TNT/Kg Soil, 400mg Cu/Kg Soil, 800mg Pb/Kg Soil의 화약류 및 중금속 복합오염 토양을 제조하였다.

(나) 실험 내용

① 변형 펜톤 반응 및 중금속 처리액의 제조 및 살포 방법

랩-스케일의 변형 펜톤 반응에 있어서 중성영역에서 철이온을 안정화 시키는 동시에 오염된 중금속과 결합해 복합체를 형성하는 킬레이트제를 최적 철과 착체의 비율, 1:7로 수행하였다.

TNT 및 중금속 인공오염토양을 처리함에 있어서 두개의 1㎥ PVC 탱크에 각각 Fe³ ⁺ 12mM, 킬레이트제(소디움 옥살레이트) 84mM의 펜톤 리전트 용액을 제조하고, 또 다른 PVC 탱크에는 6%의 과산화수소 용액을 제조하여, 인공오염토양에 각각의 용액을 동시에 주입 시 최적인자로 판명되었던 최종농도 Fe³ ⁺ 6mM, 킬레이트제 42mM, 과산화수소 3%로 희석되어 주입되도록 설정하였다.

처리용액의 주입은 자동주입장치를 이용하여 주입정이나 스프링클러를 선택적으로 이용하여 시간에 따라 주입되었으며 용액의 1회 총 주입량은 0.4㎥ 이었으며, 처리기간동안 총 20회, 총 8㎥의 용액을 순차적으로 주입하여 그 처리효율을 확인하였다.

② 토양 시료 채취방법 및 추출방법

인공오염토양의 오염농도 분석을 위해 토양 샘플러를 이용하여 토양 시료를 채취하였으며, 채취지점은 TNT의 경우 대조군을 포함한 총 7개의 지점과 깊이별(0-50cm, 50-100cm, 100-150cm, 150-200cm)로 네 부분을 채취하였고, 중금속의 경우 대조군을 포함한 총 7개의 지점과 깊이별(1m, 2m) 두 곳을 채취하였다.

▷ TNT 추출방법

TNT의 추출방법은 토양시료 5g을 채취하여 무수황산나트륨 10g함께 Falcon 튜브에 넣은 뒤, 아세토니트릴 15ml 취하여 2분간 보텍스-믹싱을 한 뒤 60분동안 소니케이팅하여 추출하였다. 그 후, 3000rpm에서 10분간 원심분리 시킨 뒤 아세토니트릴을 이용하여 20배 희석 뒤에 Agilent Gas chromatography 6890N(ECD)을 이용하여 분석하였다.

▷ 중금속 추출방법

중금속(Cu, Pb)의 추출은 토양오염공정시험법에 따라 수행되었으며, 토양시료 10g을 플라스틱 Erlenmayer 플라스크에 넣은 뒤 0.1N 염산용액을 50ml 취하여 항온 배양기 안에서 30℃, 150rpm에서 1시간동안 반응시킨다. 1시간 후에 반응액을 10ml 취해 3000rpm에서 10분간 원심분리 후 상청액을 0.45㎛ 시린지 필터로 여과하여 0.1N 염산용액으로 25배 희석한 후 ICP로 분석하였다.

나. 실험결과 및 고찰

(1) 향상된 식물환경복원방법

(가) 미생물을 이용한 TNT 제거 현장 실험 비교 결과

도 17에 토양내에서의 미생물에 의한 TNT 변화량을 나타내었다. 본 발명자들에 의해 선별되어진 고효율 미생물 단독으로 사용한 섹션에서의 분해효율을 비교해 보기 위한 현장 실증실험 결과를 살펴보면 우선 TNT 초기 농도는 155.9mg/kg로 조사되었고 토양 자체 미생물에 의한 TNT 제거효율에는 거의 변화가 없는 것으로 보인다. 전체적인 오염농도가 감소하는 것은 모든 섹션에서의 동일한 물을 주입함 으로 인해 약간의 오염원이 세척 되었거나 토양내 오염원의 불균일에 의한 실험오차로 볼 수 있다.

반면에 고효율 미생물이 투입된 섹션에서는 오염원의 감소를 확인할 수 있었는데 현장 실증실험 42일동안 오염원이 72.2 mg/kg으로 약 53.7%의 제거율을 보였다.

(나) 하이브리드 포플러와 미생물에 의한 TNT 제거 실험 비교결과

하이브리드 포플러와 미생물을 이용한 TNT 변화량을 도 18에 나타내었다. 단순 식물환경복원방법과 향상된 식물환경복원방법 처리기법의 제거효율 비교 실험 결과를 살펴보면, 우선 미생물을 접종하지 않은 하이브리드 포플러만을 이용한 단순 식물환경복원방법에서는 TNT가 초기 농도 164.9 mg/kg에서 93.6mg/kg 으로 감소하여 43.2%의 제거율를 나타냈다. 반면에 하이브리드 포플러와 고효율 미생물을 같이 접종한 향상된 식물환경복원방법 사이트에서는 초기 오염농도 149.0mg/kg에서 55.2mg/kg으로 63.0%의 TNT 제거율을 보여주었다.

이러한 결과는 TNT 제거를 위한 단순 식물환경복원방법을 적용할 경우 보다 식물종 뿌리에 고효율 미생물을 접종한 향상된 식물환경복원방법 처리기법의 경우에 식물종 뿌리에서 미생물을 접종함으로써 오염원 분해균주와 식물종 뿌리간의 상호작용에 의해 그 제거효율이 향상된 것으로 판단되어지며 이들의 상호작용에 대한 연구가 더 요구되어진다. 도 19 및 20에 미생물의 존재 유무에 따른 하이브리드 포플러의 성장 차이를 보여주는 사진을 나타내었다.

(다) 하이브리드 포플러, 미생물, 그리고 배지 영양성분을 첨가한 TNT 제거실험 결과

도 21에 하이브리드 포플러, 균, 그리고 배지성분을 이용한 TNT 변화량을 나타내었다. 단순 식물환경복원방법 처리기법과 향상된 식물환경복원방법 처리기법의 적용시 영양원의 첨가에 의한 오염원 제거효율 확인 실험에 의한 결과를 살펴보면 우선, 하이브리드 포플러 단독으로 사용된 섹션에서 하이브리드 포플러 뿌리 부분에 LB broth 영양원를 첨가한 사이트에서는 초기 농도 158.6 mg/kg에서 108.2mg/kg으로 31.8%의 TNT 제거율을 나타내었다.

이는 배지성분을 첨가하지 않았던 하이브리드 포플러만을 이용한 실험의 제거율 43.2%보다 적은 결과를 보였다. 이는 배지성분의 영양원이 오히려 오염원 제거에 방해되어진 것으로 조사되었다,

반면에 향상된 식물환경복원방법 처리기법 적용 섹션에 LB broth 영양원을 첨가한 사이트에서는 초기 농도 157.1mg/kg에서 22.1mg/kg으로 85.9%의 최고의 TNT 제거율을 확인 할 수 있었다.

이 제거율에서 보여주듯이 LB broth 영양원의 주입이 하이브리드 포플러의 TNT 제거율에 영향을 주지 않았지만, LB broth 영양원 성분이 분해균주의 활성도가 증가함으로 보다 효율적인 오염원 제거가 가능함을 보여주었다.

(2) 하이브리드 어드밴스드 산화 실험 결과 및 고찰

(가) 현장실증실험에서 TNT/중금속 동시처리시 TNT 제거 실험 결과

도 22 및 표 25에 현장실증실험에서의 깊이별 TNT의 제거효율을 나타내었다.

TNT 제거를 위한 변형 펜톤 반응 적용 결과를 살펴보면 우선 반응의 초기에 격렬한 반응을 보임으로 급격한 제거율을 살펴볼 수 있었다. 이후 보다 완만해진 제거효율을 나타내며 오염원을 지속적으로 제거하였다.

총 20회 8㎥의 치리용액을 주입 후 깊이별(0-50cm, 50-100cm, 100-150cm, 150-200cm) TNT 제거를 살펴보면 모든 지역에서 거의 오염원인 TNT가 검출되지 않았으며, 전체적으로 잔존하는 평균량은 1.43mg/kg으로 확인되었다.

이와 같은 처리효율은 99%로 높은 효율을 보임으로써, 개발된 처리기술로 본 연구의 목표인 US EPA 규정의 기준치인 17.2mg/kg미만으로 도달할 수 있었다. 본 실증실험에서 대조군의 감소현상은 처리용액 대신 물을 사용하였을 경우이므로 다소간의 세척 효과로 판단되어진다.

(나) 현장실증실험에서의 TNT/중금속 동시처리시 중금속 처리결과

도 23 및 표 26에 현장실증실험에서 중금속(Cu,Pb)의 깊이별 처리효율을 나타내었다.

중금속 제거를 위한 토양 세척/플러싱 기법적용 결과를 살펴보면 우선 TNT의 처리와 마찬가지로 실험 초기에 급격한 제거율을 살펴볼 수 있다. 이는 중금속이 인공오염되어지므로 토양과 중금속간의 흡착/흡수력이 다소간 약하여 다량의 킬레이트제가 투입되어질 경우 중금속-킬레이트제간의 복합체 형성이 용이함으로 급격한 제거효율을 보인 것으로 판단되어진다. 이후의 실험에서는 중금속의 오염이 시간이 경과함에 따라 풍화되어있을 경우를 고려한 연구가 진행되어져야 할 것으로 사료된다.

초기 반응이후에는 개발기법의 적용기간동안 지속적으로 중금속이 제거되어 짐을 볼 수 있다. 이 결과에 의하면 총 18회 동시처리 용액이 투입되었을 경우 거의 모든 지역에서 높은 제거율을 보였으며, 구리(Cu)의 경우 99.2%, 납(Pb)의 경우 98.5%의 최고 제거효율을 얻을 수 있었다.

본 실증실험은 변형 펜톤 반응의 처리효율이 우수하고 중금속의 제거를 위한 토양 세척/플러싱의 경우에 토양 내 킬레이트제의 잔류 시 자체 독성이 적고 생분해도가 높은 저분자 유기산인 옥살레이트를 적용하였으나 중금속의 오염원 처리가 시급을 요구할 경우등에는 EDTA나 NTA등의 우수한 중금속 킬레이트제의 사용으로 보다 빠른 시간 내에 중금속을 제거하는 동시에 화약류(TNT)의 제거가 가능할 것으로 판단되어진다.

Claims

화약류 분해능을 갖는 호기성 슈도모나스(Pseudomonas), 호기성 아조리조비움(Azorhizobium) 및 호기성 프로테우스(Proteus)의 혼합균주 NIXE I(수탁번호 KACC 91218P).
화약류 분해능을 갖는 혐기성 아시네토박터(Acinetobactor), 혐기성 슈도모나스(Pseudomonas) 및 혐기성 박테로이드(Bacteroid)의 혼합균주 NIXE II(수탁번호 KACC 91219P).
화약류 오염 토양에 혼합균주 NIXE I(수탁번호 KACC 91218P) 및 NIXE II(수탁번호 KACC 91219P)중 적어도 하나를 분주함으로써 화약류 오염 토양의 화약류를 분해하는 방법.
제 3항에 있어서, 상기 방법은 식물환경복원방법(phytoremediation)과 함께 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 4항에 있어서, 상기 식물환경복원방법은 하이브리드 포플러(hybrid poplar)(포플러스 유라메리카나(Populus euramericana))를 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 3항에 있어서, 상기 방법은 화약류 오염 토양이 산성일 경우에는 알칼리를, 알칼리성일 경우에는 산을 첨가하여 중화한 다음 철염과 공기를 이용하여 산화시킨 후 과산화수소를 첨가하여 잔류 오염물질을 산화시키는 펜톤처리와 함께 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 6항에 있어서, 알칼리로 NaOH, Na₂CO₃ 또는 Ca(OH)₂를 사용하는 것을 특징으로 하는 처리방법.
제 6항에 있어서, 산으로 H₂SO₄ 또는 HCl을 사용하는 것을 특징으로 하는 처리방법.
제 6항에 있어서, 철염으로 Fe₂SO₄, FeCl₂, FeCl₃ 또는 Fe₂(SO₄)₃를 사용하는 것을 특징으로 하는 처리방법.
제 6항에 있어서, 펜톤처리시 EDTA, NTA 및 옥살레이트로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 유기산을 리간드로 이용하여 철이온과 배위결합을 유도함으로써 철 복합체를 형성한 후 pH 6-7에서 펜톤 반응을 유도하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 6항에 있어서, 펜톤처리시 토양내 존재하는 철광석을 히드록실 라디칼 생성을 위한 촉매로 이용하여 철광석의 표면에서 과산화수소를 반응시킴으로써 히드록실 라디칼을 생성하여 오염원을 처리하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 6항에 있어서, 펜톤처리시 EDTA, NTA 및 옥살레이트로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 유기산을 리간드로 이용하여 철이온과 배위결합을 유도함으로써 철 복합체를 형성한 후 토양내 존재하는 철광석을 히드록실 라디칼 생성을 위한 촉매로 이용하여 pH 6-7에서 철광석의 표면에서 과산화수소를 반응시킴으로써 히드록실 라디칼을 생성하여 오염원을 처리하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 10항에 있어서, 나아가 철이온의 안정도를 증가시켜주는 킬레이트제로서 생분해도가 높은 저분자 유기산을 오염 토양에 주입하여 중금속과 결합시켜 복합체를 형성함으로써 중금속을 추가로 처리하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 13항에 있어서, 상기 저분자 유기산은 소디움 옥살레이트인 것을 특징으로 하는 방법.
제 3항에 있어서, 상기 방법은 오염 토양에 토양 증기 추출기(SVE, Soil Vacuum Extraction)를 설치하여 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.