회분배양실험에서 입자상 황과 활성 슬러지가 주입된 \( \mathrm{AS}^{-} \mathrm{S}^{0} \) 반응기의 배양시간에 따른 \( \mathrm{ClO}_{4}^{-} \)와 \( \mathrm{Cl}^{-} \)의 농도변화를 조사한 결과 \( \mathrm{AS}^{-} \mathrm{S}^{0} \) 반응기는 초기농도가 배양 9일까지는 거의 변화가 없다가 10일 째 부터 서서히 감소가 나타나기 시작해서 14일째부터는 검출한계 이하로 나타났고 \( \mathrm{Cl}^{-} \)는 정반대의 결과를 나타났으며, 제거된 \( \mathrm{ClO}_{4}^{-} \)가 \( \mathrm{Cl}^{-} \)로 완전 전환됨은 화학양론적 수지를 검토함으로써 검정하였고, 따라서 회분배양실험결과는 쉽게 구할 수 있는 식종균인 활성슬러지와 저렴한 원소 황을 이용하여 \( \mathrm{ClO}_{4}^{-} \)를 제거할 수 있다는 것을 실험적으로 증명하였다.
<h1>결과 및 고찰</h1> <h2>퍼클로레이트의 생분해</h2> <p>회분배양실험에서 입자상 황과 활성 슬러지가 주입된 \( \mathrm{AS}^{-} \mathrm{S}^{0} \)  반응기의 배양시간에 따른 \( \mathrm{ClO}_{4}^{-} \)농도변화를 조사하였다. 한편 그 결과는 서로 다른 구성성분을 가진 control들과 비교하였다. \( \mathrm{AS}^{-} \mathrm{S}^{0} \) 반응기는 초기농도 \( 23.64 \pm 0.64 \) \( \mathrm{mg} \mathrm{ClO}_{4}^{-} / 1 \) 가 배양 9일까지는 거의 변화가 없다가 10일 째 부터 서서히 감소가 나타나기 시작해서 14일째부터는 검출한계 이하로 나타났다. \( \mathrm{ClO}_{4}^{-} \) 제거효율은 배양 11일까지는 \( 22.3 \% \)를 나타냈으나 12일에는 \( 68.6 \% \)를 나타내다가 14일 이후는 \( 100 \% \)를 나타내었다(Fig. 1B). \( \mathrm{ClO}_{4}^{-} \)농도변화가 관찰되지 않은 기간이 9일이나 길게 나타난 것은 원소 황의 물에 대한용해도가 매우 낮아 미생물이 그것을 전자 공여체로 성장하는데 제한이 있거나 미생물의 순응(acclimation)에 필요한 잠복기(lag time)인 것으로 여겨진다. 황과 \( \mathrm{ClO}_{4}^{-} \)에 이미 순응된 농화 배양균을 활용하면 이러한 기간을 줄일 수도 있을 것이다.</p> <p>한편 control 반응기들은 본 실험을 실시한 기간 동안에 거의 \( \mathrm{ClO}_{4}^{-} \) 농도변화가 거의 일어나지 않은 것으로 나타났다. 본 연구에서 사용한 medium control을 통해 본 실험 조건하에서는 사용된 mineral medium 자체가 \( \mathrm{ClO}_{4}^{-} \) 농도변화에 영향을 미치지 않음을 확인하였다. 한편 abiotic control에서는 원소 황 자체가 강한 환원제 \( \left(\mathrm{E}^{0}=-0.74 \mathrm{~V}\right) \)임에도 불구하고 본 실험조건하에서는 \( \mathrm{ClO}_{4}^{-} \) 농도변화에 거의 영향이 없는 것으로 나타났다. 한편 외부에서 전자 공여체를 주입하지 않는 한 활성 슬러지를 구성하는 미생물자체는 \( \mathrm{ClO}_{4}^{-} \)를 환원하여 제거할 수 없음을 biotic control을 통해 알 수 있었다.</p> <p>본 회분반응실험에서는 하수처리장에서 채취한 활성 슬러지를 식종균으로 사용하였다. 채취된 슬러지를 mineral me-dium으로 세척 않고 식종한 경우에는 슬러지액에 잔존하는 용해된 유기물(soluble organics)로 인해 회분배양기간 동안 약간의 \( \mathrm{ClO}_{4}^{-} \)제거가 관찰되었다(data 제시하지 않았음). 즉 용해된 유기물이 전자 공여체로 사용된 것으로 추측된다.</p> <h2>퍼클로레이트 생분해의 화학양론적 수지분석</h2> <p>Control 반응기들은 본 연구의 배양기간 동안 배지 내 \( \mathrm{Cl}^{-} \) 농도에 거의 변화를 나타내지 않았다. 그러나 \( \mathrm{AS}^{-} \mathrm{S}^{0} \) 반응기는 배지 내 \( \mathrm{Cl}^{-} \) 농도가 9일까지는 거의 변화가 없다가 10일 째 부터 서서히 증가하기 시작해서 12일에는 급격하게 증가하였다. 그러다가 14 일부터는 안정된 농도를 나타내었다. 이 경향은 Fig. 1A에서 나타난 \( \mathrm{ClO}_{4}^{-} \)농도감소의 경향과 정반대를 나타내었다.</p> <p>\( \mathrm{AS}-S^{0} \) 반응기에서 제거된 \( \mathrm{ClO}_{4}^{-} \)가 \( \mathrm{Cl}^{-} \)로 완전 전환되었는지를 조사하기 위해 화학양론적 수지(chemical stoichiometric balance)를 검토함으로써 \( \mathrm{ClO}_{4}^{-} \)분해를 검정하였다. 식1에 의해 \( 1 \mathrm{~mol} \)의 \( \mathrm{ClO}_{4}^{-} \)이 완전히 환원되면 \( 1 \mathrm{~mol} \)의 \( \mathrm{Cl}^{-} \)가 생성된다. 회분배양기간 동안 제거된 \( \mathrm{ClO}_{4}^{-} \)에 대한 생성된 \( \mathrm{Cl}^{-} \)의 molar yield는 이론 값과 근사하게 나타났다. Fig. 3에 나타난것처럼 \( \mathrm{ClO}_{4}^{-} \)의  \( \mathrm{mol} \) 농도가 감소하는 만큼 \( \mathrm{Cl}^{-} \)의 \( \mathrm{mol} \) 농도가 증가하는 대칭되는 곡선을 나타내었으므로 \( \mathrm{ClO}_{4}^{-} \)가 환원되어 \( \mathrm{Cl}^{-} \)로 완전히 전환되었다는 것을 알 수 있었다. 그러므로 본 연구의 회분배양실험결과는 쉽게 구할 수 있는 식종균인 활성슬러지와 저렴한 원소 황을 이용하여 \( \mathrm{ClO}_{4}^{-} \)를 제거할 수 있다는 것을 실험적으로 증명하였다.</p> <p>\( \mathrm{AS}-\mathrm{S}^{0} \) 반응기의 \( \mathrm{ClO}_{4}^{-} \)제거에 따른 sulfate \( \left(\mathrm{SO}_{4}{ }^{2-}\right) \) 생성농도를 조사하였다. 식 3 에 따르면 \( 3 \mathrm{~mol} \)의 \( \mathrm{ClO}_{4}^{-} \)가 제거되면 \(4 \mathrm{mol} \)의 \( \mathrm{SO}_{4}^{2-} \)가 생성된다. 그러나 생성된 \( \mathrm{SO}_{4}^{2-} \) 농도는 이론 값보다 높게 나타났으며 심지어 \( \mathrm{ClO}_{4}^{-} \) 농도감소가 나타나지 않은 배양 첫 9일 동안에도 지속적으로 \( \mathrm{SO}_{4}{ }^{2-} \) 농도가 증가하는 것으로 나타났다. 이렇게 실험 값이 이론 값보다 높게 나타난 것은 황을 전자 공여체로 하여 \( \mathrm{ClO}_{4}^{-} \)제거를 하는 미생물에 의해 생성된 \( \mathrm{SO}_{4}{ }^{2-} \) 이외에도 반응기 내에 식종된 활성슬러지미생물에 의한 \( S^{0} \) 불균등화 반응(disproportionation)으로 \( \mathrm{SO}_{4}{ }^{2-} \)가 생성된 것으로 여겨진다. 즉 미생물에 의해 \( S^{0} \)가 \( \mathrm{SO}_{4}^{2-} \)와 \( \mathrm{S}^{2-} \)로 불균등화 반응이 일어남에 따라 \( \mathrm{SO}_{4}^{2-} \) 농도가 이론 값보다 높게 나타난 것으로 여겨진다. \( S^{0} \) 불균등화 반응은 무산소 상태에서 일어나는 생물학적 반응으로 \( \mathrm{S}^{0} \)를 \( \mathrm{S}^{2-} \)와 \( \mathrm{SO}_{4}{ }^{2-} \)로 \(3:1 ~\mathrm{mol} \) 비로 전환한다고 보고되었다.</p>