퍼클로레이트 (perchlorate, \( \mathrm{ClO}_{4}^{-} \) 는 지표수, 지하수 및 토양의 주오염물이다. 우리나라에서는 \( \mathrm{ClO}_{4}^{-} \)의 오염원으로서 주로 LCD 제조공정의 세정제, 아연제련 공정에서 배출되는 폐수가 보고된다. 연구에서는 경제적이고 효율적인 \( \mathrm{ClO}_{4}^{-} \)제거 공정개발을 향후 목표로 영가철을 이용한 독립영양방식의 \( \mathrm{ClO}_{4}{ }^{-} \)제거에 대한 타당성 검토를 위해 하수처리에서 발생하는 활성슬러지와 영가철을 이용하여 독립영양방식의\( \mathrm{ClO}_{4}{ }^{-} \)제거를 회분배양으로 실시하였다. 여기 사용된 철은 저렴하고 다루기 용이함과 처리된 토양이나 지하수에 유기성 잔재물을 남기지 않은 장점이 있다.
<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, 성냥, 건전지, 자동차 에어백, 페인트, 의약품, 비료 제조등)의 제조과정에서 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[16]. 그 이 후 2007년 12월에 입법 예고된 '수질및 수생태계 보전에 관한 법률 시행규칙 일부 개정령안'에 따라, 수질오염물질로 \( \mathrm{ClO}_{4}^{-} \)가 2008년부터 신규로 지정되었고, \( \mathrm{ClO}_{4}^{-} \)의 배출허용기준은 검토 중에 있는 실정이다. 최근연구에 따르면, 입상활성탄을 사용하는 기존 고도처리시설을 갖춘 정수장에서는 활성탄의 사용시간 증가에 따른 흡착능의 초과로 인해 원수보다 오히려 처리수에 \( \mathrm{ClO}_{4}^{-} \)농도가 높게 검출되었다. 또한 하수처리장에서 기존 생물학적 처리공정만으로는 \( \mathrm{ClO}_{4}^{-} \)제거가 거의 되지 않는 것으로 나타나 하수처리장에서의 제거보다는 하수처리장으로 유입되기 전 단계에서의 처리 즉, 배출원인 개별업체에서의 저감 대책이 필요한 것으로 나타났다.</p> <p>\( \mathrm{ClO}_{4}^{-} \)은 물에서 화학적으로 안정되어 쇱게 분해되지 않을뿐만 아니라 용해도가 높아 광범위 오염을 초래할 수 있다:\( \mathrm{NaClO}_{4} \)와 \( \mathrm{NH}_{3} \mathrm{ClO}_{4} \)의 용해도는 각각 \( 2,010 \mathrm{~g} / 1 \)와 \( 220 \mathrm{~g} / 1 \)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 \( \mathrm{PRB} \) 에 의해 chlorate \( \left(\mathrm{ClO}_{3}^{-}\right) \)와chlorite \( \left(\mathrm{ClO}_{2}^{-}\right) \)로 순차적으로 환원 되고 최종적으로 chloride\( \left(\mathrm{Cl}^{-}\right) \)로 전환 된다: 식 1 . \( \mathrm{ClO}_{4}^{-} \rightarrow \mathrm{ClO}_{3}^{-} \rightarrow \mathrm{ClO}_{2}^{-} \rightarrow \mathrm{Cl}^{-}+\mathrm{O}_{2} \)<caption>(식 1)</caption)</p> <p>종속영양 PRB에 의한 \( \mathrm{ClO}_{4}^{-} \)제거는 이들 미생물에게 유기물(예, 초산, 에탄올 등)을 지속적으로 공급해주어야 하므로 비용이 높을뿐더러 미생물의 과다성장에 따른 biomass에 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 전자 공여체로 사용하고 \( \mathrm{CO}_{2} \)를 탄소원으로 사용하는 독립영양 PRB를 이용하는 실험실 규모의 연구가 보고 되었다. 이 연구결과에서는 biomass에 의한 막힘 현상이 덜하고 유기물을 지속적으로 공급해줄 필요성이 없으므로 처리 비용도 비교적 저렴한 것으로 보고되었다. 그러나 \( \mathrm{H}_{2} \)의 취급과 저장에 폭발의 위험성이 있어 대규모로 적용하는 것은 제한되었다. 그러므로 안전하고 더 경제적인 전자 공여체를 사용한 \( \mathrm{ClO}_{4}^{-} \)제거법이 개발될 필요가 있다.</p> <p>영가철(zero-valent iron, ZVI)은 부식(산화)되면 다음과 같은 반응이 일어난다: 식 2 . \( \mathrm{Fe}^{0}+2 \mathrm{H}_{2} \mathrm{O} \rightarrow \mathrm{Fe}^{2+}+2 \mathrm{OH}^{-}+\mathrm{H}_{2} \)<caption>(식 2)</caption></p> <p>식 2에서 발생된 \( \mathrm{H}_{2} \)는 수소기체를 전자 공여체로 이용하는 미생물이 사용할 수 있음이 보고되었다. 영가철의 부식으로 발생된 수소기체를 독립영양 PRB가 전자 공여체로 사용하여 \( \mathrm{ClO}_{4}^{-} \)를 제거하는데 사용할 수 있다면, \( \mathrm{H}_{2} \)를 따로 공급할 필요가 없기 때문에 비교적 저렴하고 폭발의 위험이 없이 안전하게 수소기체를 제공할 수 있다는 장점이 있다. 또한 철은 저렴하고 다루기 용이할 뿐만 아니라 처리된 토양이나 지하수에 유기성 잔재물을 남기지 않은 장점이 있다.</p> <p>따라서 본 연구에서는 경제적이고 효율적인 \( \mathrm{ClO}_{4}^{-} \)제거 공정개발을 향후 목표로 하여 영가 철을 이용한 독립영양방식의 \( \mathrm{ClO}_{4}{ }^{-} \)제거에 대한 타당성을 검토하기 위해 하수처리에서 발생하는 활성슬러지와 영가철을 이용하여 독립영양방식의\( \mathrm{ClO}_{4}{ }^{-} \)제거를 회분배양으로 실시하였으며 그 공정에 관련된 미생물을 DGGE로 분석하였다.</p>