KR100974143B1

KR100974143B1 - 미세기포 부유액을 이용한 오염 지반의 정화 방법 및 그미세기포 부유액

Info

Publication number: KR100974143B1
Application number: KR1020080022005A
Authority: KR
Inventors: 남경필; 최용주; 박주영
Original assignee: 재단법인서울대학교산학협력재단
Priority date: 2008-03-10
Filing date: 2008-03-10
Publication date: 2010-08-04
Also published as: KR20090096923A

Abstract

본 발명은 지반 오염물질의 호기적 생분해에 적합한 환경을 조성하기 위하여, 미생물의 효율적인 생물학적 분해에 필요한 산소를 균질하고 효율적으로 공급하고 영양분과 오염물질 분해 미생물을 동시에 전달하는 미세기포 부유액, 및 상기 미세기포 부유액을 이용한 오염지반 정화 방법을 제공한다. 미세기포는 지반의 불균질성을 극복하여 균질한 흐름을 유도할 수 있으므로, 미세기포로 산소를 전달할 경우 수용액에 의하여 전달할 수 있는 산소량에 비하여 20배나 많은 산소량을 전달할 수 있다. 특히, 미세기포를 부유액 상태로 주입할 경우 액체에 용해된 상태의 영양분과 기체 상태의 산소, 그리고 액체에 부유되거나 기체에 부착한 상태의 미생물을 동시에 공급할 수 있다. 더욱이, 미세기포 부유액 주입은 연속적 운전이 아닌 간헐적 운전으로써, 오염물질 분해량을 지속적으로 측정하여 적합한 주입 간격을 설정하고 총 주입량을 산정하여 효율적인 처리를 꾀할 수 있어 경제적 측면에서 유리할 것이다.

미세기포, 사포닌, 산소 공급, 생물학적 분해능, 유기오염 물질, 호기적 생분해, 미세기포 부유액

Description

미세기포 부유액을 이용한 오염 지반의 정화 방법 및 그 미세기포 부유액{In situ biodegradation enhancement method in the contaminated subsurface using microbubble suspension, and the microbubble suspension}

본 발명은 지반 오염물질의 호기적 생분해에 적합한 환경을 조성하기 위한, 미생물의 효율적인 생물학적 분해에 필요한 산소를 균질하고 효율적으로 공급하고 영양분과 오염물질 분해 미생물을 동시에 전달하는 미세기포 부유액, 및 상기 미세기포 부유액을 이용한 오염지반 정화방법에 관한 것이다.

생물학적 분해능을 이용하여 오염된 지반을 처리하는 방법인 생물학적 처리 (Bioremediation) 기법은 유기물질로 오염된 토양을 경제적, 친환경적으로 처리할 수 있을 것으로 기대되고 있다. 그러나 지하 환경은 유기오염물질의 호기적 분해에 필요한 산소와 영양분이 부족할 뿐만 아니라, 해당 오염물질을 분해하는 토착 미생물의 수가 충분하지 않을 수 있으므로 자연적인 분해능만으로 처리의 효율성과 지속성을 보장할 수 없다. 따라서 지하 환경에 영양분이나 기질, 전자수용체 등을 공급하거나(Biostimulation) 오염물질의 분해능을 갖는 미생물을 주입함으로써(Bioaugmentation) 생물학적 분해능을 향상시키기 위한 노력이 이루어져 왔다. 그러나 이러한 방법들은 지반 환경의 불균질성 및 물질의 이동성 저해, 산소 전달의 비효율성 등 물질 전달의 문제점으로 인하여 그 적용성에 많은 제약이 존재하여 왔다. 특히, 지반 환경에 산소를 공급하여 미생물의 생물학적 분해를 향상시키는 방법은 지중에서 가스형태로 공기를 공급함으로서 기체의 선택적 흐름이 발생하여 그 적용에 제약이 있다. 또한 지중에 오염물질 분해 미생물을 투입하는 방법은 미생물의 낮은 이동성이 큰 제한요인으로 작용한다.

이에, 본 발명자들은 미세기포를 지반에 주입할 시 지반의 불균질성을 극복하고 균일한 흐름을 유도할 수 있으며, 지반 내에 장시간 체류함으로써 작은 주입량만으로 산소의 공급을 극대화할 수 있다는 것을 발견하여, 미세기포를 이용하여 미생물의 효율적인 생물학적 분해에 필요한 산소의 균질하고 효율적인 공급을 이루기 위하여 미세기포를 이용하는 방법을 제공하고자 한다.

또한, 본 발명자들은 오염된 지하 환경에 산소뿐만 아니라 영양분과 오염물질 분해 미생물을 동시에 전달하여 오염물질의 호기적 생분해에 적합한 환경을 조성하기 위하여 미세기포 부유액을 제공하고, 상기 미세기포 부유액을 이용한 오염지반 정화방법을 제공하고자 한다.

본 발명은 미세기포, 호기성 미생물 및 상기 미생물 생장에 필요한 무기염을 포함하는 미세기포 부유액을 제공한다.

또한, 본 발명은 오염지반 정화방법으로서, 본 발명의 미세기포 부유액을 오염지반에 주입하는 단계를 포함하는 오염지반 정화방법을 제공한다.

미세기포는 지반의 불균질성을 극복하여 균질한 흐름을 유도할 수 있으므로, 본 발명의 일실시예에 따라 미세기포로 산소를 전달할 경우 수용액에 의하여 전달할 수 있는 산소량에 비하여 20배나 많은 산소량을 전달할 수 있다. 특히, 미세기 포를 부유액 상태로 주입할 경우 액체에 용해된 상태의 영양분과 기체 상태의 산소, 그리고 액체에 부유되거나 기체에 부착한 상태의 미생물을 동시에 공급할 수 있다.

더욱이, 본 발명의 일실시예에 따른 미세기포 부유액 주입은 연속적 운전이 아닌 간헐적 운전으로써, 오염물질 분해량을 지속적으로 측정하여 적합한 주입 간격을 설정하고 총 주입량을 산정하여 효율적인 처리를 꾀할 수 있어 경제적 측면에서 유리할 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 본 발명에 대해 더욱 구체적으로 설명한다. 그러나 후술하는 실시예는 본 발명의 바람직한 일실시예일 뿐, 본 발명이 그러한 실시예에 한정되는 것은 아니다.

일반적으로 지반에 기체를 주입하면, 기체가 일부 공극에 편중되어 흐르게 된다(Channeling). 그러나 지반에 기체를 미세기포의 형태로 주입하면, 기체의 이동성은 크게 감소하게 되고, 감소된 이동성으로 기체가 정체되어 있다가 압력이 일정량 이상 축적되면 갑작스러운 기포의 흐름이 발생하면서 압력이 해소되게 된다. 이러한 원리로 기체의 흐름은 투수성이 높은 영역에서 투수성이 낮은 영역으로 진 행되어 일반적인 방법으로 접근하지 못했던 저투수 영역을 흐르게 되는 것이다.

미세기포의 발생을 위한 미세기포 발생 용액에는 임계 미셀 농도(Critical Micellar Concentration)를 초과하는 계면활성제가 필요하며, 적합한 계면활성제의 선택은 미세기포의 질과 안정성에 큰 영향을 미친다. 또한 지반에 대한 계면활성제 주입으로 인하여 이차적 오염이 발생할 가능성을 고려하여야 한다. 이러한 측면을 고려하여 식물로부터 유래된 계면활성제인 사포닌을 사용할 수 있다. 사포닌은 식물성으로서 지반에 대한 영향을 최소화할 수 있고, 질과 안정성을 갖춘 미세기포를 발생시킬 수 있다. 사포닌은 아글리콘(Aglycone)이 한 개 이상의 단당류(Monosaccharide) 부분과 결합하여 이루어지는 구조를 가지며, 이에 따라 단일 분자 내에 극성 및 비극성 부분이 존재하게 되어 비이온성 계면활성제로서 작용한다.

발생시킨 미세기포는 계면활성제 용액에 부유된 형태로 존재하며, 이것은 기체:액체 부피비율이 1:1에 가까운 기체와 액체의 혼합체이다. 이 혼합체를 이용하여 기체와 액체상의 물질을 동시에 전달할 수 있다. 본 발명에서 사용하는 미세기포 부유액(Microbubble Suspension)은 상기와 같은 미세기포가 부유된 기체와 액체의 혼합체를 의미한다.

미세기포 부유액은 우선적으로 주입 당시의 미세기포의 안정성과 충분한 기포 함유율이 보장되어야 한다. 미세기포의 발생을 중단하였을 때 미세기포 부유액 내의 기포와 수용액이 분리되고 미세기포 내 액상층이 소실됨으로써 점차 부유액 하부에 수용액이 축적되고 상부에 기포가 밀집한 이후 소멸하게 되는데, 이러한 분 리 현상은 발생된 미세기포의 안정성을 대변할 수 있다. 이를 정량화하여 나타내는 인자로는 미세기포 부유액 총 용액 양의 절반이 분리, 배수되는 시간인 50% 배수시간을 활용할 수 있다. 또한 미세기포 부유액 전체 부피에 대한 기체 함유율은 미세기포 부유액 전체 부피에서 기포가 모두 깨지고 난 후 남은 배수액의 부피를 뺀 부피로 표현할 수 있으며, 기체 함유율이 높을수록 보다 많은 공기(또는 산소)를 함유하게 되어 호기적 생분해능을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 일실시예에서는 미세기포 발생 용액으로서 1.5 내지 2g/L 농도의 사포닌 용액을 외부 기체와 혼합하여 미세기포를 발생시키는 회전판형 믹서(2) 및 미세기포 발생 용액을 담는 용기(1)로서 내벽에 부착된 판막(3)으로 발생의 효율성을 향상시키는 발생 용액 용기를 포함하는 도 1과 같은 미세기포 발생 장치를 사용하여 미세기포 부유액을 제조하였다. 본 발명의 일실시예에 사용된 미세기포 발생 장치는 회분식 운전 장치로 5분간의 운전으로 약 2L(분당 0.4L)의 미세기포 부유액을 제조할 수 있다. 믹서의 회전 속도는 분당 6,000 내지 8,000회가 될 수 있고, 본 발명의 일실시예에서는 분당 7,000회의 속도로 운전되어 5분 만에 안정된 미세기포를 발생시킨다. 판막(Baffle)은 용기 내에 발생하는 전단흐름을 수직방향으로 전환시키고 기체와 용액의 혼합을 돕는 기능이 있다. 그러나 판막이 지나치게 많을 경우 공기의 진입을 오히려 방해할 수 있다. 판막의 개수는 2 개 내지 4개가 될 수 있으나, 사포닌 1 g/L의 용액을 이용한 50% 배수시간 및 기체 함유율의 측정 결과 판막 2개를 배치하는 것이 가장 높은 안정성과 질을 갖춘 미세기포를 발생시키는 것으로 확인되었다.

본 발명의 일실시예에 따른 미세기포 발생 용액은 미생물 생장에 필요한 무기 영양분 및 대량 배양한 오염물질 분해 미생물을 포함한다. 무기 영양분은 미생물 배양 시 최소 영양 배지(Minimal Media)로 사용되는 무기염들을 사용할 수 있으며, 그 조성은 하기 표 1과 같다. 이러한 조성의 무기염 용액은 미생물의 영양분으로 사용될 뿐만 아니라, 중성 pH를 가지며(pH = 7.0) 완충 용액으로서의 역할을 하기 때문에, 미생물 생장에 적합한 pH를 유지시킬 수 있다. 무기 영양분 및 오염물질 분해 미생물 균주는 미세기포 부유액의 50% 배수시간, 기체 함유율에 큰 영향을 미치지 않았다.

화합물	(NH₄)₂SO₄	K₂HPO₄	KH₂PO₄	MgSO₄· 7H₂O	CaCl₂· 2H₂O	FeCl₃· 6H₂O	(NH₄)₆Mo₇O₂₄ ·4H₂O
농도 (mg/L)	1,000	800	200	200	100	5	1

미세기포 발생용액에 첨가하는 미생물은 대량 배양한 토착 미생물군 또는 오염물질 분해 단일 균주를 사용할 수 있고, 미세기포 발생 전 용액에 부유시켜 사용한다. 본 발명의 일실시예에서는 오염물질 분해를 위한 미생물로 TPH(Total Petroleum Hydrocarbon, 석유계 총 탄화수소) 오염 토양으로부터 분리한 균주인 부르크홀데리아 세파시아(Burkholderia cepacia) RPH1 균주, 스핑고비움 야노이쿠이애(Sphingobium yanoikuyae) B1 균주 또는 스핑고모나스 파우시모빌리스(Sphingomonas paucimobilis) EPA505 균주를 사용하였다.

미생물은 미세기포 부유액의 수용액 상에 부유된 형태로 주로 이동하고 일부는 기포에 부착되어, 미생물 이동이 저해된 환경에의 미생물 공급을 더욱 원활하게 할 수 있다.

한편, 미세기포 발생장치의 높은 전단력에도 불구하고 하기 표 2와 같이 미세기포 발생 전후에 미세기포 발생용액에 포함된 미생물 균주의 개체수는 거의 변화가 없는 것으로 나타났다.

최종적으로, 영양분 및 미생물 균주를 포함시켜 발생시킨 기포는 도 2에서 나타난 바와 같이 20에서 250 μm까지의 완만한 크기 분포를 가지는 미세기포인 것으로 확인되었다.

	미세기포 발생 용액 대비 미생물 농도 (CFU/mL)
미세기포 발생 전	1.3 X 10⁷
미세기포 발생 후	2.2 X 10⁷

[실시예 1] 미세기포 부유액의 제조

우선 수용액의 표면 장력을 감소시켜 기포의 안정성을 증가시키기 위한 계면활성제를 준비하였다. 적합한 계면활성제는 주입시 안정한 기포를 충분히 발생시키고, 지반에 이차적인 오염을 최소화하고 미생물의 오염물질 분해를 저해하지 않아야 한다. 본 발명의 일실시예에서는 식물로부터 추출된 계면활성제인 사포닌을 선택하였다. 사포닌은 토양 내에 상당량이 존재하는 자연 물질로서, 주입에 따른 토양 생태 환경의 변화와 같은 부정적인 영향을 최소화 할 수 있다. 도 3은 상업적으로 널리 이용되는 합성 계면활성제(SDS; Sodium Dodecyl Sulfate, DEDAB; Dodecylethyldimethylammonium Bromide)와 비교한 임계 미셀 농도(1.0 g/L)의 2배에 해당하는 사포닌 용액의 50% 배수시간 및 기체 함유율로서, 2배의 임계 미셀 농도 사포닌 용액은 안정성이 우수하고, 화학적으로 합성된 계면활성제에 비견될 만한 기포 발생율을 가지고 있는 것으로 나타났다.

구체적으로는 하기 표 3에서와 같은 조성으로 미세기포 발생용액을 준비하였다. 계면활성제로 사용된 퀼라자 사포닌(Quillaja Saponin) 은 퀼라자 바크(Quillaja bark)라는 식물에서 유래한 사포닌이다.

물질	역할	비고
퀼라자 사포닌 (Quillaja Saponin)	-미세기포의 발생 및 안정화 -오염물질의 겉보기 용해도 향상	-식물성 생계면활성제 (Biosurfactant)
무기염배지	-미생물 생장을 위한 영양분 -pH 완충 기능(pH=7.0)	-미생물 생장을 위한 최소 영양 배지
부르크홀데리아 세파시아 RPH1	-페난트렌(Phenanthrene) 분해 균주	-TPH 오염 토양으로부터 실험실 분리

[실시예 2] 미세기포 발생

본 발명의 일실시예에서는 스피닝 디스크 발생기(Spinning Disc Generator)의 형태로 설계하여 미세기포 발생 용액과 공기를 빠른 속도로 혼화시키는 믹서(Silverson SL2T Model, Silverson Machines Ltd., Chesham Bucks, England) 및 효율적인 미세기포 발생을 돕고 온도를 유지해주는 아크릴 재질의 발생 용기(Generating Vessel)로 구성된 미세기포 발생장치를 준비하였다. 용기의 옆면에는 두 개의 판막(Baffle)을 두어 미세기포의 발생을 도울 수 있도록 하였으며, 가장 큰 전단력을 받는 추진기(Impeller)와 동일한 높이에 유출구(Output Port)를 두어 발생된 미세기포 부유액을 유출시킬 수 있도록 하였다. 유출구는 비톤(Viton) 튜브 방식으로 칼럼에 연결시켰으며, 중간에 연동펌프(Peristaltic Pump)를 두어 미세기포 부유액의 주입 속도를 조절할 수 있도록 하였다.

상기 선택한 구성 물질로 이루어진 미세기포 발생용액 1 L를 용기에 담고 믹서를 7,000 rpm의 속도로 5분간 회전시켜 발생시켰으며 믹서의 회전 속도를 그대로 유지한 상태에서 연동펌프를 통하여 10 mL/분(2.1 cm/분)의 속도로 미세기포 부유액을 칼럼에 주입하였다. 상기 본 발명의 일실시예에 따른 미세기포 발생장치는 도 1에 도시되어 있다.

[실시예 3] 미세기포의 흐름 관찰

미세기포의 흐름 특성을 파악하기 위하여 균질한 사질토를 채운 이차원 셀을 이용하여 미세기포의 주입에 따른 변화를 시각적으로 관찰하였다. 도 4는 미세기포의 흐름 특성을 관찰하기 위한 이차원 셀의 정면도 및 측면도이다. 미세기포 부유액을 푸른색으로 염색하고 주입한 후 그 관찰 결과를 도 5에 나타내었다. 시간에 따른 미세기포의 흐름은 미세기포 부유액 내 수용액(도 5의 푸른색)이 기포에 앞서 진행하고, 기포 흐름(도 5의 흰색)은 보다 느리게 진행하였다. 기포와 수용액 흐름의 경계면은 처음에는 부정형으로 나타나지만, 흐름이 진행되면서 기포의 진행이 느린 구역이 점차적으로 메워져서 거시적으로는 균질한 흐름을 보이게 되었다. 즉, 일반적인 기체의 흐름이 일부 공극에 편중되어 흐르는 현상(Channeling)을 보이는 것에 반하여, 미세기포의 흐름은 거의 모든 공극을 통하여 흐르는 것을 확인할 수 있다.

불균질 매질에서의 미세기포의 흐름을 확인하기 위하여 이차원 셀에 10% 카올리나이트와 사질토를 혼합한 저투수 파편을 삽입하였다(도 6, 우측 중앙). 최초에 주입한 미세기포는 투수성이 좋은 사질토 부분을 우선적으로 통과하나, 사질토 부분에 기포가 축적됨에 따라 압력이 상승하여 투수성이 낮은 저투수 파편에까지 기포 및 수용액이 공급되었다.

[실시예 4] 미세기포를 통한 호기적 생분해능 측정

도 7은 실험실에서 미세기포를 통한 생분해능을 측정하기 위한 실험 장치로, 미세기포 발생 장치로부터 펌프를 통하여 미세기포 부유액이 직접 사질토가 충전된 칼럼상 실험 장치에 주입된다.

1. 산소 공급

칼럼에 주입된 기포는 사질토의 공극 내에 누적되었다가 기포가 2.5 PV(Pore Volume,공극부피) 이상 주입된 이후부터 본격적으로 칼럼으로부터 유출되며, 약 3 PV 주입시를 경계로 평균적인 기포의 주입 속도와 유출 속도가 같아지게 되어 칼럼이 준평형상태(Quasi-Steady State)에 도달하게 된다.

준평형상태에 도달한 칼럼의 공극 내 기포는 21일 동안 칼럼으로부터 유출되지 않은 채 안정한 상태로 존재하였다. 이러한 특성은 기포의 낮은 이동성에 의하여 공극 내 기체가 완전히 가두어져 있음을 의미하는 것이다. 공급된 산소는 지속적으로 공극에 잔류하면서 공극수와 산소 농도의 평형 상태를 유지함으로써, 기포 내의 산소가 소모될 때까지 미생물의 호기적 생분해에 필요한 산소의 공급원으로 작용할 수 있다.

2. 오염물질

오염 토양을 모사하기 위한 오염 물질로는 세 개의 벤젠 고리로 이루어진 다환상방향족탄화수소인 페난트렌(Phenanthrene)을 사용하였다. 다환상방향족탄화수소는 화석 연료의 불완전 연소 및 석탄의 가스화 공정 등에서 발생하는 유기오염물질로, 지반 내에 널리 존재하는 오염 물질이다. 페난트렌은 다양한 다환상방향족탄화수소의 전구 물질로서, 다환상방향족탄화수소 연구의 모델 물질로 많이 활용되고 있는 물질이다.

3. 오염물질 생분해의 확인

도 8은 2.0 g/L 사포닌 수용액에 표 1의 영양분과 대량 배양한 부르크홀데리아 세파시아(Burkholderia cepacia) RPH1 균주를 포함시킨 용액으로 미세기포를 발생시켜 칼럼상 실험 장치에 전체 공극 부피의 세 배만큼 주입한 후, 칼럼상 실험 장치의 상하부를 폐쇄하고 시간에 따른 산소 및 이산화탄소 분율의 변화를 측정한 것이다. 페난트렌의 완전 분해 시에는 이산화탄소가 생성되며, 따라서 호기적 생분해가 원활하게 이루어진다면 공극 내 산소가 소모되고 이산화탄소가 생성되는 것이다. 주입한 산소에 의해 미생물이 페난트렌을 분해하고, 따라서 산소가 소모되면서 이산화탄소가 공극 내에 축적됨을 볼 수 있다.

주입된 산소가 소모되어 저점에 도달하기까지는 약 5일이 소요되며, 이후 공극 내 산소 분율은 약 5%를 유지하였다. 이러한 산소 분율은 호기성 미생물이 활동하기에 적합하지 않은 환경으로, 산소량의 감소에 의해 오염물질 분해가 중지되었음을 확인할 수 있다.

총 8일 경과 후 페난트렌의 잔류량은 표 4와 같이 칼럼상 실험장치의 상, 중, 하부에 고르게 분포하며, 각 부분에서 모두 원활하게 호기적 생분해가 발생하였다. 초기에는 하부에 전량 분포하였던 페난트렌이 미세기포 부유액 또는 사포닌 용액에 의한 세척 효과로 칼럼 중, 상부로 그 분포가 확장된 것이다. 총 검출량은 전체 오염량(초기 오염농도: 100 mg/kg)의 66% 수준으로, 약 34%의 저감 효과를 미세기포 주입에 의해 달성하였다.

이에 반하여, 미세기포 발생 용액에 미생물을 투입하지 않고 미생물의 활동 억제제를 사용하여 생분해 가능성을 제거하였을 때 대부분의 페난트렌이 검출되어 오염물질 제거 기작은 투입된 미생물에 의한 생분해임을 증명하였다.

	총 페난트렌 오염량 대비 잔류량 (%)			유출수내 존재량 (%)	총 검출량 (%)
	장치 하부	장치 중부	장치 상부	유출수내 존재량 (%)	총 검출량 (%)
부르크홀데리아 세파시아 RPH1 균주 투입시	19.67	23.00	20.63	2.33	65.59
미생물 활동 억제시	31.83	33.02	33.09	1.72	99.64

한편, 표 5에서 나타나는 바와 같이 투입하는 단일 균주의 종이 달라져도 단일 균주의 페난트렌 분해 산물이 같을 경우에는 호기적 생분해량에 큰 변화를 미치지 않는다. 스핑고비움 야노이쿠이애 B1 균주 및 스핑고모나스 파우시모빌리스 EPA505 균주의 적용으로도 유사한 저감 효과가 나타난다.

	총 페난트렌 오염량 대비 잔류량 (%)			유출수내 존재량 (%)	총 검출량 (%)
	장치 하부	장치 중부	장치 상부	유출수내 존재량 (%)	총 검출량 (%)
스핑고비움 야노이쿠이애 B1 균주 투입시	15.76	15.52	13.65	3.53	48.49
스핑고모나스 파우시모빌리스 EPA505 균주 투입시	19.03	19.25	22.06	0.73	61.06

[실시예 5] 미세기포 부유액을 이용한 오염지반 정화방법

본 발명자들은 상기 설명한 바와 같은 미세기포 부유액에 의한 오염 물질 처리 능력을 지속적이고 경제적으로 이용하기 위한 방법을 연구하였다. 앞선 실험에서 3 PV의 미세기포 부유액이 공급하는 산소가 호기적 생분해에 이용되어 주입 5일 이후에 저점인 약 5%에 도달한 것을 감안하여 1회 3 PV 씩 7일 간격으로 총 3회의 미세기포 부유액을 주입하였다.

그 결과, 표 6에 나타나는 바와 같이 부르크홀데리아 세파시아 RPH1 균주는 75%의 페난트렌을 분해하였다. 이것은 1회 주입시의 34%의 제거량에 비해 2.2배 향상된 것으로, 추가적으로 공급된 미세기포 부유액이 페난트렌의 생물학적 분해를 다시 활성화시켰음을 의미한다. 따라서 지반 공극 내 산소의 소모가 이루어진 다음에 추가적, 간헐적으로 미세기포를 주입함으로써 오염물질 처리를 향상시킬 수 있다. 이 때 산소 소모 이후 미생물의 손실을 고려하여 추가 주입 미세기포 또한 미생물을 포함할 수 있다.

	총 페난트렌 오염량 대비 잔류량 (%)			유출수내 존재량 (%)	총 검출량 (%)
	장치 하부	장치 중부	장치 상부
부르크홀데리아 세파시아 RPH1 균주 사용, 3회 주입시	4.32	3.73	9.86	6.77	24.67

미세기포 1회 주입을 3회로 증가시킴으로써 오염물질 저감량은 2배 이상 증가하였으며, 이러한 산소 소모 후 추가적 미세기포 주입으로 오염 지역의 완전한 처리를 달성할 수 있었다. 즉, 관측되는 오염물질 농도가 기준치 미만으로 감소할 때까지 주입 장치를 간헐적으로 운전함으로써, 유기오염물질로 오염된 지하 환경의 호기적 생분해를 통한 원위치 처리를 달성할 수 있다.

비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 요지에서 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.

도 1은 미세기포를 발생시키는 미세기포 발생장치를 나타낸 모식도이다.

도 2는 2.0 g/L 의 사포닌 용액으로부터 발생시킨 미세기포의 크기 분포를 나타낸 그래프이다.

도 3은 2.0 g/L 사포닌용액으로부터 발생시킨 미세기포 부유액의 50% 배수시간 및 기체 함유율을 화학적으로 합성된 계면활성제와 비교하여 나타낸 그래프이다.

도 4는 미세기포의 흐름 특성을 관찰하기 위한 이차원 셀의 정면도 및 측면도이다.

도 5는 균질 매질로 충전된 셀에 미세기포를 주입하였을 때 시간에 따른 셀의 사진을 나타낸 것이다 (ㄱ): 5분 후, ㄴ): 10분 후, ㄷ): 20분 후, ㄹ): 30분 후, ㅁ): 40분 후 ㅂ): 50분 후)

도 6은 우측 상부에 저투수 조각이 있는 불균질 매질로 충전된 셀에 미세기포를 주입하였을 때 시간에 따른 셀의 사진을 나타낸 것이다 (ㄱ): 5분 후, ㄴ): 10분 후, ㄷ): 20분 후, ㄹ): 30분 후, ㅁ): 40분 후, ㅂ): 50분 후)

도 7은 칼럼상 실험 장치를 이용하여 지하 환경을 모사하여 미세기포 주입의 효율을 측정하기 위한 실험실 내 실험 장치를 나타낸 모식도이다.

도 8은 미세기포를 칼럼상 실험 장치에 주입하였을 때 시간에 따라 호기적 생분해가 발생하면서 공극 내 산소 및 이산화탄소 분율이 변화하는 것을 나타낸 그래프이다.

-도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명-

1: 용기

2: 회전판형 믹서

3: 판막

Claims

미세기포, 호기성 미생물 및 상기 호기성 미생물 생장에 필요한 무기염을 포함하며, 오염된 지반에 주입되어 오염지반의 정화를 위하여 사용되는 미세기포 부유액으로서,

상기 무기염은 (NH₄)₂SO₄, K₂HPO₄,KH₂PO₄,MgSO₄7H₂O, CaCl₂2H₂O, FeCl₃6H₂O 및 (NH₄)₆Mo₇O₂₄4H₂O 로 구성된 군으로부터 선택된 둘 이상인 것이며;

상기 호기성 미생물은 부르크홀데리아 세파시아(Burkholderia cepacia) RPH1 균주, 스핑고비움 야노이쿠이애(Sphingobium yanoikuyae) B1 균주 및 스핑고모나스 파우시모빌리스(Sphingomonas paucimobilis) EPA505 균주로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상인 것이고;

상기 미세기포는 크기는 직경 20 내지 250 μm이며, 1.5 내지 2g/L 농도의 사포닌 용액을 분당 6,000 내지 8,000회 속도로 외부 공기와 혼합함으로써 발생된 것임을 특징으로 하는 미세기포 부유액.
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제1항에 있어서,

상기 미세기포는 미세기포 발생장치에 의해 발생되고,

상기 미세기포 발생장치는, 사포닌 용액을 담는 용기(1); 상기 용기에 담긴 사포닌 용액을 외부 기체와 혼합하는 회전판형 믹서(2); 및 상기 용기 내벽에 부착된 2 내지 4개의 판막(3)을 포함하는 것을 특징으로 하는 미세기포 부유액.
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오염지반 정화방법으로서,

제1항 또는 제5항에 의한 미세기포 부유액을 오염지반에 주입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 오염지반 정화방법.
제7항에 있어서, 상기 미세기포 부유액을 1회에 2.5 PV 내지 3 PV 부피로 주입하는 것을 특징으로 하는 오염지반 정화방법.
제8항에 있어서, 상기 미세기포 부유액을 5 내지 7일 간격으로 주입하는 것을 특징으로 하는 오염지반 정화방법.