우리나라에서는 2006년에 낙동강 수계와 부산시 수돗물에 \( \mathrm{ClO}_{4}^{-} \)가 고농도로 검출되면서 이 화합물에 대한 환경문제가 이슈화되기 시작했다최근 연구에 의하면, 하수처리장에서 활성 슬러지공법을 이용한기존의 생물학적 처리공정만으로는 \( \mathrm{ClO}_{4}^{-} \) 제거가 거의 되지 않는 것으로 나타났다. \( \mathrm{ClO}_{4}^{-} \)는 물리화학적 또는 생물학적 방법으로 제거 될 수 있는데 물리화학적 처리에 비해 미생물을 이용한 생물학적 처리는\( \mathrm{ClO}_{4}^{-} \)를 무해한 산물로 완전히 전환하기때문에 더 친환경적이며 경제적이다. 그래서 본 연구에서는 경제적이고 효율적인 \( \mathrm{ClO}_{4}^{-} \)제거공정개발을 향후 목표로 하여 원소 황 입자와 하수처리에서 발생하는 활성 슬러지를 이용한 독립영양방식의 \( \mathrm{ClO}_{4}^{-} \)제거에 대한 타당성을 조사하기 위해 회분배양을 실시하여 검토하기로 하였다.
<h1>서 론</h1> <p>퍼클로레이트(perchlorate,\( \mathrm{ClO}_{4}^{-} \))는 지표수, 지하수 및 토양의 주요 오염물이다. \( \mathrm{ClO}_{4}^{-} \)는 대부분 일상생활에 사용되는 제품(예, 성낭, 건전지, 자동차 에어백, 페인트, 의약품, 비료 제조 등)이나 화약류 제조공정에서 생성된다. 우리나라에서는\( \mathrm{ClO}_{4}^{-} \)의 오염원으로서 주로 LCD 제조공정의 세정제나 아연제련 공정에서 배출되는 폐수가 보고되었다.</p> <p>우리나라에서는 2006년에 낙동강 수계와 부산시 수돗물에 \( \mathrm{ClO}_{4}^{-} \)가 고농도로 검출되면서 이 화합물에 대한 환경문제가 이슈화되었다. 그 이후 2007년 12월에 입법 예고된 '수질 및 수생태계 보전에 관한 법률 시행규칙 일부 개정령안에 따라, 2008년부터 \( \mathrm{ClO}_{4}^{-} \)가 수질오 염물질로 신규 지정되었고, \( \mathrm{ClO}_{4}^{-} \)의 배출허용기준은 검토 중에 있는 실정이다. 2010년에는 \( \mathrm{ClO}_{4}^{-} \)가 먹는물 수질감시항목으로 지정됨에 따라 권고기준 \( 15 \mu \mathrm{g} \mathrm{ClO}_{4}^{-} \) /L이 설정되어 먹는물의 \( \mathrm{ClO}_{4}^{-} \)농도검사를 실시하기 시작하였다.</p> <p>최근 연구에 의하면, 하수처리장에서 활성 슬러지공법을 이용한 기존의 생물학적 처리공정만으로는 \( \mathrm{ClO}_{4}^{-} \)제거가 거의 되지 않는 것으로 나타났다. 또한 입상활성탄을 사용하는 기존 고도처리시설을 갖춘 정수장에서는 활성탄의 사용시간증가에 따라 흡착능의 초과로 인해 원수보다 오히려 처리수에 \( \mathrm{ClO}_{4}^{-} \) 농도가 높게 검출되었다. 그래서 \( \mathrm{ClO}_{4}^{-} \)는 하수처리장이나 정수장에서의 제거보다는 이런 처리 시설로 유입되기 전 단계에서의 처리 즉, 배출원인 개별업체에서의 저감 대책이 필요한 것으로 나타났다.</p> <p>\( \mathrm{ClO}_{4}^{-} \)은 물에서 화학적으로 안정되어 쉽게 분해되지 않을 뿐만 아니라 용해도가 높아 광범위 오염을 초래할 수 있다. \( \mathrm{NaClO}_{4} \)와 \( \mathrm{NH}_{3} \mathrm{ClO}_{4} \)의 용해도는 각각 \( 2,010 \mathrm{~g} / l \)와 \( 220 \mathrm{~g} / l \)이다. \( \mathrm{ClO}_{4}^{-} \)는 인체에 흡수되면 갑상선에 요오드가 흡수되는 것을 막아 갑상선호르몬 생성을 방해하고 성장과 물질대사를 저해하므로 인체에 전반적인 영향을 미친다.</p> <p>\( \mathrm{ClO}_{4}^{-} \)는 물리화학적 또는 생물학적 방법에 의해 제거될 수 있다. 물리화학적 처리에 비해 미생물을 이용한 생물학적 처리는 \( \mathrm{ClO}_{4}^{-} \)를 무해한 산물로 완전히 전환하므로 친환경적이며 경제적이다. 생물학적 방법에 의한 \( \mathrm{ClO}_{4}^{-} \)제거는 \( \mathrm{ClO}_{4}^{-} \)을 환원하는 세균(perchlorate-reducing bacteria, PRB)을 이용한다. \( \mathrm{ClO}_{4}^{-} \)은 PRB에 의해 chlorate \( \left(\mathrm{ClO}_{3}^{-}\right) \)와 chlorite \( \left(\mathrm{ClO}_{2}^{-}\right) \)로 순차적으로 환원되고 최종적으로 chloride\( \left(\mathrm{Cl}^{-}\right) \)로 전환 된다.</p> <p>\( \mathrm{ClO}_{4}^{-} \rightarrow \mathrm{ClO}_{3}^{-} \rightarrow \mathrm{ClO}_{2}^{-} \rightarrow \mathrm{Cl}^{-}+\mathrm{O}_{2} \)<caption>(식 1)</caption></p> <p>종속영양 PRB를 이용한 \( \mathrm{ClO}_{4}^{-} \) 연속제거는 이들 미생물에게 유기물(예, 초산, 에탄올 등)을 지속적으로 공급해주어야하므로 비용이 높을뿐더러 미생물의 과다성장에 따른 bio-mass에 의한 반응기의 막힘 현상이 심하여 연속 공정상에 문제를 초래하는 것으로 알려졌다. 종속영양 PRB를 사용함에 따른 문제점을 해결하기 위해 수소기체 \( \left(\mathrm{H}_{2}\right) \)를 전자공여체로 사용하고 \( \mathrm{CO}_{2} \)를 탄소원으로 사용하는 독립영양 PRB를 이용하는 연구가 보고 되었다. 이 연구결과에서는 biomass에 의한 막힘 현상이 덜하고 유기물을 지속적으로 공급해줄 필요성이 없으므로 처리 비용도 비교적 저렴한 것으로 보고되었다. 그러나 \( \mathrm{H}_{2} \)는 취급과 저장에 폭발의 위험성이 있어 대규모로 적용하는 것은 제한되었다. 그러므로 안전하고 경제적인 전자 공여체를 사용한 \( \mathrm{ClO}_{4}^{-} \) 제거법이 개발될 필요가 있다.</p> <p>원소 황(elemental sulfur, S')은 산화되면 다음과 같은 반응이 일어난다: \( \mathrm{S}^{0}+4 \mathrm{H}_{2} \mathrm{O} \rightarrow \mathrm{SO}_{4}^{2-}+8 \mathrm{H}^{+} \). 황을 산화하는 미생물이 \( \mathrm{ClO}_{4}^{-} \)를 전자수용체로 사용할 경우, 즉 황을 전자공여체로 사용하는 PRB를 이용할 경우 다음 반응이 일어난다.</p> <p>\( 3 \mathrm{ClO}_{4}^{-}+4 \mathrm{~S}^{0}+4 \mathrm{H}_{2} \mathrm{O} \rightarrow 3 \mathrm{Cl}^{-}+4 \mathrm{SO}_{4}^{2-}+8 \mathrm{H}^{+} \)</<caption>(식 3)</caption></p> <p>원소 황입자를 독립영양 PRB가 전자 공여체로 사용하여 \( \mathrm{ClO}_{4}^{-} \)를 제거할 경우, 값비싼 유기물이나 폭발의 위험이 있는 \( \mathrm{H}_{2} \)를 공급할 필요가 없기 때문에 비교적 저렴하고 안전하게 전자 공여체를 제공할 수 있을 뿐만 아니라 황입자 자체를 담체로 활용할 수 있을 것으로 기대된다.</p> <p>따라서 본 연구에서는 경제적이고 효율적인 \( \mathrm{ClO}_{4}^{-} \)제거공정개발을 향후 목표로 하여 원소 황 입자와 하수처리에서 발생하는 활성 슬러지를 이용한 독립영양방식의 \( \mathrm{ClO}_{4}^{-} \)제거에 대한 타당성을 조사하기 위해 회분배양을 실시하여 검토하였다.</p>