Trichloroethylene(TCE)는 탁월한 용매 특성을 지녀 산업 유기용매, 그리스 제거제 및 드라이클리닝 제재로 활용되지만, 처리 방법의 미비로 인해 환경 오염물질로 대기, 토양 및 지하수 등에 존재한다. 활성탄을 활용한 물리적 처리는 효율적이지만 재처리 필요성과 높은 설비투자비를 가지고 있다. 반면 미생물을 활용한 생분해법은 TCE를 무해한 물질로 완전 분해하며, 비용 효율이 높아 상업적 대체 기술로 적합하다. 이 논문에서는 주로 사용되는 미생물 생촉매와 함께 연속적 TCE 처리를 위한 2단계 CSTR/TBF 생물반응기 시스템의 특성을 실험하고 평가할 것이다.
<h1>서 론</h1> <p>Trichloroethylene (TCE)은 용매 특성이 우수하여 공업용 유기용매, 그리스 제거제, 드라이클리닝 제재로 널리 사용되어 왔으나, 적절한 처리 방법이 개발되지 못하여 대기, 토양 및 지하수 등 광범위한 영역에서 검출되고 있는 독성 환경오염 물질이다. TCE 처리기술로는 활성탄을 이용하여 흡착 제거시키는 물리적 처리 방법이 있다. 이 방법은 짧은 체류시간에 효율적인 제거가 가능하나, 단순히 TCE를 활성탄으로 이동시킨 것이므로 재처리가 요구되며 높은 설비투자비가 요구된다. 소각은 고농도의 TCE를 처리할 수 있고 처리효율이 높으나, 독성 부산물이 발생되며 초기설비비 및 운전비가 높다는 단점이 있다.</p> <p>미생물을 이용한 생분해법은 TCE를 무해한 최종산물로 완전히 분해시키는 환경친화적 처리기술이다. 또한, 운전비 및 설비비도 낮아 기존 기술에 대한 상업적 대체 기술로써도 충요하다. 미생물은 주로 막을 형성시켜 이용하는데, 단위 부피당 처리 효율을 높일 수 있고 shock load-ing에 대한 안정성도 높기 때문이다. 사용되는 생물반응기 시스템 선택에 있어서 TCE가 물에 대한 용해도가 낮으므로 contacting unit에서 효과적인 물질전달이 어려운 bioscrubber 보다는 biofilter 형태가 좋다. Biofilter 중에서도 TCE 및 독성 분해 산물로 인해 불활성화된 생물막의 재활성화를 위해 영양분을 살수시키는 trickling biofilter (TBF) 시스템이 TCE 처리에 가장 적합하다.</p> <p>실제 처리에 있어서 가장 중요한 것은 연속적으로 배출되는 폐가스를 처리할 수 있어야 한다는 점이다. 그러나, 단순 TBF를 이용하는 경우 미생물막의 불활성화로 인하여 안정적인 연속분해에 한계가 있으며, 미생물막 재활성화를 위헤 성장기질을 공급하는 경우 경쟁적 저해로 인한 TCE 분해속도 저하가 문제가 될 수 있다. 본 논문에서는 미생물막을 이용한 TCE 처리와 관련되어 주로 사용되는 매탄자화균, Pseudomonads 등의 미생물 생촉매와 장기간 연속처리를 위해 개발된 2단계 continuous stirred tank reactor(CSTR)/TBF 생물반응기 시스템의 특성을 실험 결과를 중심으로 분석하고, 미생물의 공동대사를 이용한 실규모의 연속적 TCE 처리 기술성을 평가하고자 한다.</p> <h1>실험 및 재료</h1> <h2>균주 및 배양조건</h2> <p>B. cepacia G4 배양 배지로는 M9 배지를 사용하였으며, M. trichosporium OB3b 배양용 배지는 Higgins nitrate minimal salt medium에 구리 이온의 농도를 조정하여 사용하였다. 풀라스그 배양은 진탕 배양기를 이용하여 교반속도 \( 250 \mathrm { ~rpm } \), 온도 \( 30 ^ {\circ } \mathrm { C } \)에서 행하였다.</p> <p>TCE, phenol 농도 분석 및 toluene monooxygenase, soluble methane monooxygenase 효소 활성측정 TCE농도는 \( 100~ \mu \ell \) gas-tight syringe로 \( 30~ \mu \)의 gas sample을 채취하여 전자포집검출기(ECD)를 이용하여 GC로 분석하였다. 가스크로마토그래프(Hewlett Packard 5890 II plus, USA)의 오븐, 검출기 및 주입구 온도는 각각 100, 200 및 \( 250 ^ {\circ } \mathrm { C } \)에서 실시하였다. Phenol 농도는 modified colorimetric assay 방법으로 결정하였고, toluene mono-oxygenase (TMO) 활성은 modified naphtalene oxidation assay 방법으로, soluble methane monooxygenase (sMMO) 활성은 propylene을 기질로 propylene oxide의 생성속도로 결정하였다.</p> <h2>2단계 CSTR/TBF 시스템 구성 및 운전</h2> <p>2단계 CSTR/TBF 시스템은 TCE가 분해되는 TBF와 미생물이 재활성화되는 CSTR을 연결하여 구성하였다. CSTR에서 성장 및 재활성화된 미생물 배양액은 연동펌프에 의해 TBF 상단부로 공급되며, TBF에서 유출되는 세포 배양액은 다시 CSTR로 재순환되며 일부는 bleeding 하였다. 모든 반응기의 연결관은 viton tubing 빛 teflon tape을 이용하여 TCE 소실을 최소화하였다.</p>