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수리·과학 논술은 이렇게

생물학적 복원기술의 원리

  • 김정금 JK 수리논술연구소장·제일아카데미 대표

생물학적 복원기술의 원리

생물학적 복원기술의 원리
지하 환경에서 사는 세균, 곰팡이, 효모 등 미생물의 성장과 활동을 촉진해 미생물의 촉매반응, 즉 신진대사를 통해 특정 독성화학물질을 무독화하거나 독성을 경감하는 것을 생물학적 복원기술(bioremediation) 또는 생물학적 정화기술이라고 한다. 생물학적 복원기술은 독성물질이 유출된 지역의 정화 또는 위험한 독성 폐기물 처리를 위한 가장 가능성 있는 새 기술로 인정받고 있다.

기본적으로 미생물에 산소와 영양염류를 공급하면 성장과 활동을 촉진해 오염된 독성물질을 제거할 수 있다. 지하수계와 토양을 오염시킨 독성물질을 제거하는 방법 중에서 미생물을 이용하는 기술은 가장 효과적이며 경제적인 방법으로 평가되고 있다. 생물학적 정화의 원리는 미생물(주로 박테리아)이 유해한 오염물을 파괴해 덜 유해한 물질로 만든다는 것이다. 이렇게 미생물이 갖는 생물학적 분해작용을 생분해(biodegradation)라고 한다.

토양에 분포하는 미생물은 주로 흙의 표면에 붙어 존재한다. 지표면 가까운 곳에 매우 많은 수가 살며,지하 수위대에도 있다. 생분해법에 이용되는 미생물의 종류는 다양한데 세균류(bacteria), 진균류(fungi), 조류(algae), 단세포 원생동물(protoza), 후생동물(metazoa) 등이 있다.

생분해법의 효율을 높이는 방법으로는 많은 산소를 주입해 호기1)적 상태로 만드는 방법과 영양분으로 N, P, K, Ca, Mg 등을 첨가하는 방법 그리고 미생물이 활발하게 활동할 수 있도록 최적의 환경을 조성해주는 방법 등이 있다. 일반적으로 호기적 상태에서 탄화수소 화합물은 생분해가 잘된다. 대부분의 석유류 탄화수소는 미생물 작용에 의해 호기적 상태에서 물과 탄산가스로 분해된다. 탄화수소는 C, H, O를 함유한 유기탄소 화합물로 이들 중 지방질 탄화수소는 여러 종류의 박테리아, 곰팡이, 효소, 시안화2)한 박테리아 및 녹색조류에 의해 호기적 상태에서 산화된다.

생분해 작용이 활발히 일어나기 위한 pH는 일반적으로 7.8 부근의 약알칼리성이며, 온도는 30~40℃다. 대다수의 미생물은 영양염류를 섭취하기 위해 수분을 필요로 하고, 토양수 내에 서식하므로 생분해 작용은 대상 오염물질의 수용성3)에 따라 달라진다.



문제) 급속한 산업화에 따라 산업체의 오염물질 배출량의 급증, 화석연료 사용량의 증가, 대도시의 인구 집중, 무리한 개발계획에 따른 자연파괴 등 환경오염이 급속히 증가하고 있다. 이러한 환경공해 물질이 생물체에 미치는 문제점을 지적하고 환경공해 물질을 제거하는 방법을 제시하시오. 특히 생물학적인 처리기술의 장점을 서술하시오.

해설) 유기성 공해물질의 심각성은 이들 대부분이 맹독성 및 발암물질이고 화학적으로 안정된 구조를 갖추고 있어 자연계에서 거의 분해되지 않거나 분해 속도가 느려 잔류성이 크다는 데 있다. 또 기름에 녹는 성질(지용성)을 띠고 있어 동물 체내에 들어오면 쉽게 배출되지 않고 내장기관의 지방질 속에 농축된다. 생물 축은 생태계의 먹이사슬을 따라 그 정도가 높아진다는 문제점이 있다.

이러한 환경공해 물질을 제거하기 위해 오염토양의 소각, 매립지 상하부의 밀폐, 화학처리 등을 주로 사용하는 물리·화학적 방법들은 많은 처리 비용과 장비가 필요할 뿐만 아니라 2차 오염을 일으켜 궁극적인 정화방법으로는 적합하지 않다.

이에 비해 미생물을 이용한 환경처리 기술은 오래전부터 활성 슬러지 기술, 살수 여상법, 혐기·호기 슬러지 소화기술, 산화지법 등에 이용돼왔다. 생물학적 처리기술은 기존의 물리·화학적 방법에 의한 처리기술보다 오염물질 분해에 효과적이고 처리비용이 저렴하며 환경친화적인 새로운 청정기술로, 장기적으로는 석유산업 및 군사, 농업지역의 토양오염 방제와 환경보호 효과를 얻을 수 있다. 고농도의 국지적인 오염에 대해서는 물리·화학적 방법이 적용되나, 저농도 오염은 처리 효율이 낮고 처리비용이 많이 드는 방법이 적용된다. 따라서 광범위한 저농도 오염처리에는 생물학적 방법이 주로 이용된다.

용어 해설

1) 호기성(好氣性) - 세균 따위가 산소를 좋아하여 공기 중에서 잘 자라는 성질.

2) 시안화(cyaan化) - 어떤 원자나 분자가 시아노기와 화합하는 반응. 시아노기(cyano基)란 ‘-CN’으로 표시되는 작용기로, 이 기가 들어 있는 화합물 중에는 독성이 있는 것이 많다.

3) 수용성(水溶性) - 어떤 물질이 물에 녹는 성질. 상대개념은 지용성(脂溶性)으로, 어떤 물질이 기름에 녹는 성질을 말한다.




주간동아 571호 (p99~99)

김정금 JK 수리논술연구소장·제일아카데미 대표
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