KR20020000444A - 오염된 토양의 생물학적 정화 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 오염된 토양을 생물학적으로 처리하여 정화하는 방법에 관한 것으로, 셀룰로오즈 또는 리그닌을 함유하는 고형 물질에 증식된 목재부후균과 트라이코스포론 속(Trichosporonsp.)의 토양 서식 효모를 포함하는 토양 정화용 조성물을 오염된 토양에 살포하거나 토양 중에 시공된 관정(well) 내에 채워넣는 단계를 포함하는 토양 정화 방법은, 효율적이면서도 처리 비용이 적게 들어 경제적이고, 친환경적으로 생태계 보전 및 복원에 유리하다.

Description

오염된 토양의 생물학적 정화 방법{BIOREMEDIATION METHOD OF CONTAMINATED SOIL}
본 발명은 오염된 토양을 생물학적으로 처리하여 정화하는 방법에 관한 것으로, 상세하게는 목재부후균과 토양에 서식하는 유류 분해 효모를 포함하는 조성물을 독성 유기화합물 등으로 오염된 토양에 살포하거나 관정에 처리하는 등의 방법으로 토양을 정화시키는 방법, 및 이에 사용되는 미생물을 포함하는 토양 정화용 조성물에 관련된다.
화학 공장 주변의 토양은 이들 공장으로부터 유출되는 오염 물질, 특히 독성 유기화합물에 의하여 오염되기 쉽다. 이처럼 토양이 독성 물질에 오염되면 여기에 생존의 근거를 두고 있는 농작물 등도 함께 오염되거나 죽게 될 뿐 아니라, 그 주변에 분포된 지하수를 비롯한 하천 등도 오염되어 인간을 비롯한 동식물에게 피해를 주게 되고 생태계 전체에도 심각한 영향을 미치게 된다.
이와 같이 독성 유기화합물에 의해 오염된 토양을 정화시키는 방법으로는, 미생물에 의해 오염 물질을 분해시키는 생물학적 처리 방법과, 물리·화학적인 방법으로 유해 화학 물질을 분해시키는 정화 방법이 있다.
먼저, 생물학적 방법에 의해 오염된 토양을 정화하고자 할 경우에는 화학 물질을 분해시킬 수 있는 균주를 외부에서 증식시켜 오염 지역에 도입하게 되는데, 도입된 균주는 현지의 토착 미생물들과의 생태적 경쟁으로 인해 활성이나 수가 낮아지게 되므로 처리 효율이 저하된다는 단점이 있다. 한편, 이와 같은 효율 저하를 고려하여, 도입된 미생물의 활성 증대를 위해 외부에서 별도의 영양분을 공급하는 방법도 있는데, 이런 경우에는 전반적인 처리 비용이 증가하게 된다.
또한, 물리·화학적 토양 정화 방법은 처리 지역의 토양 생태계를 완전히 파괴하게 되어 친환경적이지 못할 뿐 아니라, 정화에 사용되는 화학 약품의 양이나 투입되는 에너지의 양이 많아 비경제적이기도 하다. 게다가, 물리·화학적인 방법 만으로는 유해 화학 물질의 완전 분해가 이루어지지 않는 경우가 많기 때문에, 정화 처리 중이나 후에 발생하는 폐수 또는 배출 가스를 처리하는 후처리 공정이 따로 필요하게 되어 처리 공정이 복잡하고 이차 오염 가능성도 높다는 문제점이 있다.
이상에서 언급한 바와 같은 종래의 생물학적, 또는 물리·화학적 토양 정화방법이 갖는 문제점을 고려하여, 본 발명의 목적은 효율적이면서도 처리 비용이 적게 들어 경제적이고, 친환경적으로 생태계 보전 및 복원에 유리한 생물학적 처리에 의한 토양 정화 방법 및 이에 사용되는 미생물을 포함하는 토양 정화용 조성물을 제공하고자 하는 것이다.
도 1은 오염 지역에 시공된 수직 관정(well)을 이용하여 토양을 정화하는 방법을 예시하는 도면으로, 1a는 평면도, 1b는 수직 단면도이고,
도 2는 오염 지역에 시공된 수평 관정(well)을 이용하여 토양을 정화하는 방법을 예시하는 도면으로, 1a는 평면도, 1b는 수직 단면도이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 토양 정화용 조성물은, 셀룰로오즈 또는 리그닌을 함유하는 고형 물질에 증식된 목재부후균과 트라이코스포론 속 (Trichosporonsp.)의 토양 서식 효모를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기에서, 목재부후균은 백색부후균(white-rot fungi) 및 갈색부후균(brown-rot fungi)의 적어도 하나인 것이 바람직하다.
백색부후균(white-rot fungi)으로는 포메스 속(Fomessp.), 렌티누스 속(Lentinussp.), 시아투스 속(Cyathussp.), 플레비오프시스 속(Phlebiopsissp.), 트라메테스 속(Trametessp.), 파네로카에테 속(Phanerochaetesp.), 세리포리오프시스 속(Ceriporiopsissp.), 플레우로투스 속(Phleurotussp.), 플레비아 속(Phlebiasp.), 가노더마 속(Ganodermasp.), 비예르칸데라 속(Bjerkanderasp.), 피크노포루스 속(Pycnoporussp.), 푸날리아 속 (Funaliasp.) 및 코리올루스 속(Coriolussp.) 등을 예로 들 수 있고, 갈색부후균(brown-rot fungi)으로는 서풀라 속(Serpulasp.), 글로에오필룸 속(Gloeophyllumsp.), 포리아 속(Poriasp.), 시조필룸 속(Schizophyllumsp.), 트라이코더마 속(Trichodermasp.), 울피포리아 속(Wolfiporiasp.) 및 포스티아 속(Postiasp.) 등을 예로 들 수 있다.
한편, 트라이코스포론 속(Trichosporonsp.)의 토양 서식 효모로는 트라이코스포론 루비에리(Trichosporon loubieri) 및 트라이코스포론 쿠타니움 (Trichosporon cutaneum) 등을 예로 들 수 있다.
또한, 본 발명의 토양 정화용 조성물은,
셀룰로오즈 또는 리그닌을 함유하는 고형 물질에 목재부후균을 접종하여 증식시키고;
한천 배지 또는 모래에 트라이코스포론 속(Trichosporonsp.)의 토양 서식 효모를 접종하여 증식시키고; 그리고
목재부후균이 증식된 고형 물질과 트라이코스포론 속의 토양 서식 효모가 증식된 한천 배지 또는 모래를 1:0.1∼1의 부피비로 혼합하는 단계를 포함하는 방법에 의해 제조될 수 있다.
여기에서, 셀룰로오즈 또는 리그닌을 함유하는 고형 물질은 폐목재, 톱밥, 폐지, 폐포장재, 밀짚 및 옥수수대의 적어도 하나인 것이 바람직하다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 토양 정화 방법은, 상기 토양 정화용 조성물을 오염된 토양에 살포하거나 토양 중에 시공된 관정(well) 내에 채워 넣는 단계를 포함한다.
여기에서, 관정을 사용하는 방법으로는, 수직 방향 또는 수평 방향으로 시공된 관정(well) 내에 상기 조성물을 채우고, 공기 또는 순산소(100 % O2), 및 영양소를 주입하는 것이 바람직하다.
본 발명의 방법은 염소계 유기 화합물, 유기 인 화합물, 농약류(살충제, 제초제, 살균제), 유류, BTEX(Benzene, Ethylbenzene, Toluene, Xylene), PAHs (polycyclic aromatic hydrocarbons) 등에 의해 오염된 토양의 정화에 바람직하게 적용된다.
본 발명에서는 목재부후균과 토양 서식 효모를 혼합 처리하는 것에 의해 두 균주 간의 상호 보완 작용을 이용하여 토양내 오염 물질 분해 효과를 극대화시키는 동시에 지속적이며 안정적인 처리 효과를 얻도록 하였다. 즉, 토양 정화 조성물 내의 유류 분해 효모가 쉽게 분해할 수 없는 폐목재나 톱밥의 셀룰로오즈 및 리그닌 성분을 목재부후균이 분해하여 토양 정화 조성물 내의 효모 및 오염 지역 내 미생물들의 영양분으로 이용될 수 있는 글루코오스 등의 단당류로 만들어 줌으로써, 이들 토양 정화와 관련되는 효모나 미생물들의 수와 활성을 증진시키고 이에 의해 토양 오염 물질의 분해 효율을 높이는 한편, 이들에 대한 영양분 공급을 계속함으로써 오염된 토양의 지속적인 정화 처리가 가능하도록 한 것이다.
이하에서는 본 발명의 토양 정화용 조성물 및 정화 방법을 상세히 설명한다.
(1) 목재부후균의 증식
폐목재, 톱밥, 폐지, 폐포장재, 밀짚, 옥수수대 등의 셀룰로오즈 또는 리그닌 함유 고형 폐기물 또는 농업 폐기물로 되는 여재(media)에, 여재 전체 부피의 1/2 내지 3/4 정도로 영양액을 붓고 121 ℃ 에서 약 15∼30 분 동안 가압 멸균한다 (autoclave). 영양액의 조성은 다음과 같다: 글루코오스 10 g, 맥아 추출물 33.6g, 쇠고기 육즙 2 g, NH4Cl 0.12 g, KH2PO42 g, MgSO41 g, MnSO40.5 g, 티아민·HCl 1 ㎎, 증류수 1 ℓ.
영양액에 함침시킨 여재에 백색부후균(white-rot fungi) 또는 갈색부후균 (brown-rot fungi) 등의 목재부후균의 종균을 접종한 후 20∼40 ℃ 범위에서 여재 밖으로 물기가 보이지 않을 때까지 배양한다. 배양 중에는 여재에 종균이 고르게 섞이게 하기 위하여 배양 기간 동안 12 시간 간격으로 1∼5 분 동안 흔들어준다.
백색부후균(white-rot fungi) 또는 갈색부후균(brown-rot fungi) 등의 목재부후균은 저장 중인 목재나 오래된 고목의 표면에 증식된 백색 또는 갈색 곰팡이를 수집하여 얻을 수 있다.
(2) 토양 서식 효모의 증식
토양 서식 효모는 다음 중의 어느 한 가지 방법에 의하여 증식시킬 수 있다.
① PDA(potato dextrose agar) 배지에 토양으로부터 분리 동정한 트라이코스포론 속(Trichosporonsp.)의 종균을 접종한 후 15∼35 ℃에서 5∼10 일 간 배양하여 배지 표면이 증식된 균주로 완전히 덮이도록 한다.
② 유리 컬럼(column)에 모래를 채운 다음 모래 전체 부피의 1/2 내지 3/4 정도로 영양액을 붓고 121 ℃ 에서 약 1∼2 시간 동안 가압 멸균한다(autoclave). 영양액의 성분은 다음과 같다: 글루코오스 10 g, 맥아 추출물 33.6 g, 쇠고기 육즙 2 g, MgSO41 g, MnSO40.5 g, 티아민·HCl 1 ㎎, 증류수 1 ℓ.
영양액과 함께 멸균시킨 모래에 토양으로부터 분리 동정한 트라이코스포론속(Trichosporonsp.)의 종균을 접종한 후, 남은 영양액이 완전히 건조될 때까지 공기를 멸균 필터를 통해 일정한 속도로 유리 컬럼 하부로부터 공급하여 컬럼 상부로 흐르도록 하면서 호기성 상태로 배양하여, 트라이코스포론 속의 균주가 모래 표면에 건조·흡착되도록 한다.
트라이코스포론 속의 토양 서식 효모는 토양 샘플을 채취하고 이중에서 페놀을 함유하는 배지에서 증식되는 균주를 선별하고 다시 효모인 것을 선별 한 후, 미생물 관련 서적(Bergey's Manual of Determinative Bacteriology, Bergey's Manual of Systematic Bacteriology)을 참고하여 생화학적 시험을 거쳐 선별할 수 있다.
(3) 목재부후균과 토양 서식 효모의 혼합
상기 (1)에서 얻은 목재부후균이 증식된 여재와, (2)에서 얻은 트라이코스포론 속 효모가 증식된 PDA 배지 또는 모래를 혼합한다. 혼합시 효모가 증식된 PDA 배지는 살균된 분쇄기에 넣어 잘게 부순 것을 사용한다. 이 때 혼합 비율은 목재부후균이 증식된 여재의 부피를 1로 할 때, 트라이코스포론 속 효모가 증식된 PDA 배지 조각 또는 모래의 부피가 0.1∼1로 되도록 하는 것이 바람직하다.
(4) 목재부후균과 토양 서식 효모 혼합물의 오염 토양 처리
여재에 증식된 목재부후균과 효모를 혼합한 상기 조성물을 오염된 토양에 균일하게 살포한다. 여기에서, 살포량은 토양 오염의 정도, 오염 물질의 종류, 오염 토양의 성질 등에 따라 달라질 수 있지만, 대체로 오염 토양 면적 1∼3 ㎡ 당 살포 면적이 1 ㎡가 되도록 하는 것이 바람직하다.
오염 지역 표층 토양에 균주 혼합물을 살포한 후, 표층 밑 5∼30 ㎝ 깊이의오염 토양을 경운기 또는 관리기 등의 동력 장비로 정규적으로 갈아 엎어 주면, 오염 토양과 처리 균주와의 혼합 뿐 아니라 토양 내로의 산소 공급을 원활하게 해주므로 바람직하다. 또한, 동력을 이용하여 외부에서 별도의 영양분, 산소, 수분 등을 공급해 주는 것도 혼합 균주의 오염 처리 효율을 높이는데 바람직하다.
이러한 혼합 살포 방식 외에 사용할 수 있는 투여 방식으로는, 오염 토양 지역에 다수의 수직 또는 수평 관정(well)을 시공하여 여재에 증식된 목재부후균과 효모를 혼합한 조성물을 채우고, 관정 내에 외부로부터 공기 또는 순산소(100 % O2), 및 영양소를 주입하는 방식을 사용할 수도 있다.
도 1은 오염 지역에 시공된 수직 관정(well)을 이용하여 토양을 정화하는 방법을 예시하는 도면으로, 1a는 평면도, 1b는 수직 단면도이고, 도 2는 오염 지역에 시공된 수평 관정(well)을 이용하여 토양을 정화하는 방법을 예시하는 도면으로, 1a는 평면도, 1b는 수직 단면도이다.
이하 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명의 예시일 뿐 본 발명의 범위가 이들 만으로 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
폐목재 22 g에 대하여, 글루코오스 10 g, 맥아 추출물 33.6 g, 쇠고기 육즙 2 g, NH4Cl 0.12 g, KH2PO42 g, MgSO41 g, MnSO40.5 g, 티아민·HCl 1 ㎎ 및 증류수 1 ℓ로 제조한 영양액 0.2 ℓ를 붓고, 121 ℃ 에서 약 30 분 동안 가압 멸균 (autoclave)하였다. 여기에 목재로부터 분리 동정한 파네로카에테 속의 목재부후균(Phanerochaete chrysosporium) 종균을 접종한 후, 33 ℃에서 여재 밖으로 물기가 보이지 않을 때까지 배양하였다. 배양 기간 동안은 12 시간 간격으로 1∼5 분 동안 흔들어 주어 종균이 골고루 섞이도록 하였다.
PDA(potato dextrose agar) 배지에 트라이코스포론 루비에리(Trichosporon loubieri)의 종균을 접종한 후 25 ℃에서 5∼10일 간 배양하여 배지 표면이 증식된 균주로 완전히 덮이도록 하였다.
트라이코스포론 루비에리(Trichosporon loubieri)가 완전히 증식된 PDA 배지를 살균된 믹서에 넣고 잘게 분쇄한 다음, 목재부후균이 증식된 여재와 1:2(PDA 배지:목재)의 부피비로 혼합하여 토양 정화용 조성물을 제조하였다.
실험실 내에서 2,4-디클로로페놀을 100 ㎎/㎏ 농도로 처리하여 오염시킨 토양에 위와 같이 제조한 조성물 30 g을 균일하게 살포한 다음 2,4-디클로로페놀의 농도 변화를 관찰하였다. 대조군으로서, 균주를 증식시키지 않고 동일하게 처리한 폐목재와 PDA 배지의 혼합물을 동일하게 2,4-디클로로페놀로 처리한 토양에 살포하여 그 결과를 비교하였다.
다음 표는 2,4-디클로로페놀로 오염된 토양에 본 발명의 토양 정화용 조성물을 처리한 후 경과일수에 따른 토양내 2,4-디클로로페놀 처리율의 변화를 나타낸 것으로, 여기에서 처리율은 대조군과의 비교값이다.
처리일수 0 20 40 60
처리율 0 % 45 % 79 % 86 %
위 표에서 볼 수 있듯이, 본 발명의 조성물을 살포하고 20 일 경과 후 약 45%의 오염 물질 처리율을 보였으며, 60 일 후에는 약 86 %의 높은 처리율을 나타내었다.
이상에서 살펴 본 바와 같이, 본 발명의 토양 정화 방법은 다음과 같은 효과가 있다:
(1) 독성의 유기 염소계 화학 물질 및 유류 등의 분해 능력이 있는 토양 서식 효모를 목재에 증식시킨 목재부후균과 혼합하여 토양에 처리함으로써, 목재부후균과 혼합한 토양 서식 효모가 분해할 수 없는 목재 내의 복합체인 셀룰로오즈 또는 리그닌 성분을 목재부후균이 분해시켜 단당류인 글루코오스로 만들어 주고, 이 글루코오스를 효모가 영양분으로 쉽게 이용할 수 있게 되므로, 토양 정화 조성물 내의 효모의 활성과 수가 증대되고 이에 따라 토양 오염 물질의 분해와 처리 효율이 높아지게 된다. 또한, 목재부후균에 의해 생성된 글루코오스가 오염 토양 내의 미생물의 영양소로도 이용될 수 있으므로, 정화 관련 토양 미생물의 수와 활성을 증대시키기 위해 외부에서 별도로 영양분을 공급할 필요가 없거나 감소하게 되므로 대규모 면적의 오염지 정화시 그 처리 비용의 절감이 가능하게 된다;
(2) 폐목재, 톱밥, 폐지, 폐포장재, 밀짚, 옥수수대 등과 같은 셀룰로오즈 또는 리그닌 함유 고형 폐기물 또는 농업 폐기물을 오염된 토양의 정화에 사용하는 미생물의 영양소로 재활용할 수 있으므로 경제적이면서도 친환경적이다;
(3) 폐목재, 톱밥, 폐지, 폐포장재, 밀짚, 옥수수대 등과 같은 셀룰로오즈 또는 리그닌 함유 고형 폐기물 또는 농업 폐기물에 목재부후균을 증식시켜 오염 지역에 살포함으로써, 독성 화학 물질 분해 능력이 있는 목재부후균의 수 및 활성을 안정적으로 유지할 수 있으며, 오염지 토양 내 토착 미생물들과의 영양분 등 생태적 경쟁에서 우위를 점할 수 있다;
(4) 분해가 가능한 폐목재 등을 목재부후균의 여재로 이용하기 때문에, 이들을 토양에 처리하고 일정 기간이 경과한 다음 별도로 여재를 수거하여야 하는 불편이 없으며, 토양내 오염 물질이 분해된 뒤에는 외부에서 도입한 균주가 여재인 폐목재 등과 함께 사라지게 되므로, 원래의 토양 생태계 복원과 보전에 유리하다; 그리고
(5) 대규모의 토목 공사 없이 오염 토양 표면에 복합 균주(목재부후균과 효모)를 살포하고 표층만을 객토하여 목재부후균이 증식된 폐목재 등의 여재와 섞어주므로, 경제적으로 용이하게 적용할 수 있으면서도 생태계 파괴를 최소화할 수 있는 기술이다.

Claims (9)

  1. 셀룰로오즈 또는 리그닌을 함유하는 고형 물질에 증식된 목재부후균과 트라이코스포론 속(Trichosporonsp.)의 토양 서식 효모를 포함하는 토양 정화용 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서, 목재부후균은 백색부후균(white-rot fungi) 및 갈색부후균(brown-rot fungi)의 적어도 하나인 조성물.
  3. 제 2 항에 있어서, 백색부후균(white-rot fungi)은 포메스 속(Fomessp.), 렌티누스 속(Lentinussp.), 시아투스 속(Cyathussp.), 플레비오프시스 속 (Phlebiopsissp.), 트라메테스 속(Trametessp.), 파네로카에테 속(Phanerochaetesp.), 세리포리오프시스 속(Ceriporiopsissp.), 플레우로투스 속(Phleurotussp.), 플레비아 속(Phlebiasp.), 가노더마 속(Ganodermasp.), 비예르칸데라 속(Bjerkanderasp.), 피크노포루스 속(Pycnoporussp.), 푸날리아 속(Funaliasp.) 및 코리올루스 속(Coriolussp.)의 적어도 하나이고, 갈색부후균(brown-rot fungi)은 서풀라 속(Serpulasp.), 글로에오필룸 속(Gloeophyllumsp.), 포리아 속(Poriasp.), 시조필룸 속(Schizophyllumsp.), 트라이코더마 속(Trichodermasp.), 울피포리아 속(Wolfiporiasp.) 및 포스티아 속(Postiasp.)의 적어도 하나인 조성물.
  4. 제 1 항에 있어서, 트라이코스포론 속(Trichosporonsp.)의 토양 서식 효모는 트라이코스포론 루비에리(Trichosporon loubieri) 및 트라이코스포론 쿠타니움 (Trichosporon cutaneum)의 적어도 하나인 조성물.
  5. 셀룰로오즈 또는 리그닌을 함유하는 고형 물질에 목재부후균을 접종하여 증식시키고;
    한천 배지 또는 모래에 트라이코스포론 속(Trichosporonsp.)의 토양 서식 효모를 접종하여 증식시키고; 그리고
    목재부후균이 증식된 고형 물질과 트라이코스포론 속의 토양 서식 효모가 증식된 한천 배지 또는 모래를 1:0.1∼1의 부피비로 혼합하는 단계를 포함하는 토양 정화용 조성물의 제조 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 셀룰로오즈 또는 리그닌을 함유하는 고형 물질이 폐목재, 톱밥, 폐지, 폐포장재, 밀짚 및 옥수수대의 적어도 하나인 조성물.
  7. 제 5 항의 조성물을 오염된 토양에 살포하거나 토양 중에 시공된 관정(well) 내에 채워 넣는 단계를 포함하는 토양 정화 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 오염 물질이 염소계 유기 화합물, 유기 인 화합물, 농약류(살충제, 제초제, 살균제), 유류, BTEX(Benzene, Ethylbenzene, Toluene, Xylene) 또는 PAHs(polycyclic aromatic hydrocarbons)인 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 7 항에 있어서, 수직 방향 또는 수평 방향으로 시공된 관정(well) 내에 상기 조성물을 채우고, 공기 또는 순산소(100 % O2), 및 영양소를 주입하는 것을 특징으로 하는 방법.
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