본 연구에서는 활성 슬러지를 이용한 \( \mathrm{ClO}_{4}{ }^{-} \) 제거 가능성을 실험적으로 증명하였다. 이를 위해 황을 산화하는 미생물이 황 입자의 표면에서 쉽게 전자를 획득하여 생물막을 형성하는 것을 SEM을 통해 관찰하였다. 또한, 황 입자가 \( \mathrm{ClO}_{4}^{-} \) 환원에 필요한 전자 공여체로 작용하며, 동시에 미생물들이 정착하여 생물막을 형성하는 담체로도 작용한다는 것을 확인하였다. 이로부터 입자상 원소 황과 활성 슬러지를 이용한 \( \mathrm{ClO}_{4}{ }^{-} \) 제거가 가능하며, 이에 대한 미생물 연구가 공정 모니터링 및 제어에 큰 도움이 될 것임이 밝혀졌다.
<h2>퍼클로레이트 생분해 동안의 \( \mathrm{pH} \) 변화</h2> <p>배양시간에 따른 각 반응기내 배지의 \( \mathrm{pH} \) 변화를 조사하였다. \( \mathrm{AS}^{0} \mathrm{~S}^{0} \) 반응기는 배양시간이 지남에 따라 \( \mathrm{pH} \)가 점차 감소하여 배양 15일에는 배양액의 초기 \( \mathrm{pH} 7.79 \)보다 \( \mathrm{pH} 0.64 \)가 감소된 \( \mathrm{pH} 0.75 \)을 나타내었다. 이것은 \( S^{0} \)가 산화되면서 생성된 \( \mathrm{H}^{+} \)에 의해 배양액의 \( \mathrm{pH} \)가 감소하는 것으로 여겨진다. 본 실험조건하에서 \( \mathrm{AS}^{0} \mathrm{~S}^{0} \) 반응기에 나타난 \( \mathrm{pH} \) 감소 정도는 미생물 활성에 저해 영향을 주지 않는 것으로 판단된다.</p> <p>한편 그 외의 반응기에서는 배양기간 동안 비교적 큰 \( \mathrm{pH} \) 변화가 관찰되지 않았다. Biotic control의 경우는 배양 15일 동안 거의 \( \mathrm{pH} \) 변화가 나타나지 않았고 medium control과 abiotic control의 경우는 배지의 \( \mathrm{pH} \)가 약간( \( \mathrm{pH} 0.24-0.26) \)증가되었다.</p> <h2>황 입자표면의 미생물 관찰</h2> <p>황을 산화하는 미생물들은 황 입자 표면에 생물막을 형성하면 황 입자로부터 쉽게 전자를 얻을 수 있으므로 물질전달 면에서 이점이 있는 것으로 여겨진다. 즉 현탁된 형태로 존재하는 미생물 보다는 황입자 표면에 부착해서 생물막을 형성하는 미생물은 전자 공여체인 황 입자로부터 전자를 쉽게 이용할 수 있는 이점이 있을 것이다. 그래서 황을 이용하는 \( \mathrm{ClO}_{4}^{-} \) 제거 공정에서 황은 황산화 미생물에게 전자 공여체로 작용할 뿐만 아니라 생물막을 형성할 수 있는 담체로도 작용할 것으로 여겨진다. 그러나 육안으로 황 입자 표면을 관찰하면 \( \mathrm{ClO}_{4}^{-} \) 제거공정에 사용된 것과 그렇지 않은 것을 구분하기가 어려울 정도로 비슷한 모양과 색을 나타내었다.</p> <p>황 입자에 형성된 생물막의 존재를 확인하기 위해 SEM을 이용한 황입자 표면관찰을 실시하였다. \( \mathrm{ClO}_{4}^{-} \)제거공정에 사용된 황 입자와 사용하지 않은 새 황 입자를 비교 관찰한 결과, 사용하지 않은 황은 거의 비교적 매끈한 표면구조를 나타내었다. 반면에 공정에 사용된 황 입자들은 표면에 굴곡과 요철이 비교적 많은 형태를 나타냈다. 황 입자의 표면을 더 잘 비교분석하기 위해 2,000배로 확대해서 관찰한 이미지를 통해 두 시료의 차이점이 더 잘 나타났다. 즉 사용하지 않은 황 입자의 표면은 비교적 매끈한 반면(Fig. 6C), 농화 배양기에서 취한 황 입자에서는 세균형태의 것으로 구성된 생물막(biofilm)이나 미세집락(microcolony)들로 보이는 것이 황 입자 표면의 움푹 팬 골 등에서 관찰되었다. 생물막이나 미세집락에 존재하는 미생물들은 주로 간균의 형태를 나타내었다.</p> <p>본 연구의 회분반응실험과 SEM관찰을 통해 황 입자는 황산화 미생물이 \( \mathrm{ClO}_{4}^{-} \)를 환원하는데 필요한 전자 공여체로 작용할 뿐만 아니라 그 미생물들이 정착하여 생물막을 형성하는 담체로도 작용할 수 있다는 것을 알 수 있었다. 황 입자 자체가 담체로 사용될 수 있다는 것은 \( \mathrm{ClO}_{4}^{-} \)로 오염된 폐수나 지하수를 생물반응기로 처리할 때 원소 황 입자를 이용하면 반응기 내에 따로 담체를 넣어주지 않아도 biomass를 확보 또는 유지할 수 있다는 장점이 있다.</p> <h2>PCR-DGGE에 의한 미생물 군집비교분석</h2> <p>DGGE 결과 나타난 band pattern에 근거하여 농화배양된 미생물군집은 식종에 사용된 활성 슬러지의 미생물군집과 그 조성이 다른 것으로 나타났다. 이는 식종된 미생물군집이 농화 배양 되는 동안 그 환경조건에 잘 성장하는 미생물들로 군집이 바뀐 것으로 여겨진다. 본 연구는 입자상 원소황과 활성 슬러지를 이용한 \( \mathrm{ClO}_{4}^{-} \)의 제거 가능성조사에 초점을 맞추었으므로 DGGE에 나타난 밴드의 분석에 따른 구체적인 계통발생학적 미생물 분석은 실시하지 않았다. 본 연구를 통해 입자상 원소 황과 활성 슬러지를 이용한 \( \mathrm{ClO}_{4}{ }^{-} \)의 제거가 가능하다는 것이 실험적으로 밝혀졌으므로 그 공정에 관련된 미생물에 대한 연구가 이루어진다면 본 공정을 모니터링하고 제어하는데 큰 도움이 될 것으로 여겨진다.</p>