MICP 토착미생물과 산업폐기물을 이용한 고화제가 오염토양 정화시 중금속에 미치는 영향에 관한 연구

안현규,김준하,윤성열,안정원,이재영 한국폐기물자원순환학회 2017 한국폐기물자원순환학회 학술대회 Vol.2017 No.11

중금속으로 오염된 토양과 광미는 지하수 및 생태계에 추가적으로 피해를 발생시킨다. 이러한 독성 금속의 축적은 식물의 성장억제 및 인체의 발달이상, 발암과 같은 다양한 질병의 원인이 된다. 오염된 토양에서 중금속을 정화하는 방법으로는 고형화/안정화, 토양세척, 토양경작법 등과 같이 다양한 방법이 있다. 하지만 부지 및 오염특성에 따라 적절한 방법을 사용해야 한다. 적절한 방법 중 하나는 오염된 토양의 고형화/안정화이다. 본 연구의 목적은 오염된 토양 및 광미 내 존재하고 있는 중금속을 고형화/안정화 공법을 적용하여 정화하는 방법을 제안하는데 있다. 본 연구에서는 오염토양 내 중금속을 고형화/안정화 시키고 강도 증진을 위해 MICP 토착미생물과 산업폐기물인 굴패각, 폐석고를 배합하여 고화제로 사용하였다. 국내의 중금속 오염토양과 광미에서 MICP 토착미생물을 분리하였고 균체 지방산 분석을 통하여 동정을 진행하였다. 각각의 시료에서 분리한 균주를 동정한 결과 가장 많이 유사성을 보이는 균주는 Brevibacillus centrosporus 와 Bacillus megaterium 이었다. 또한 MICP 토착미생물의 최적 성장 조건을 도출하였으며, 산업폐기물과 MICP 토착미생물의 최적 배합비를 적용한 공시체의 일축압축강도 분석을 진행하였다. 그 결과 28일 경과 후 일축압축강도는 미국 EPA 폐기물처리 표준 기준을 만족하였으며, 위해성 평가를 위한 TCLP, SPLP 분석 결과 미국 EPA 기준을 만족하였다.

MICP 토착미생물과 산업폐기물을 이용한 고화제가 오염토양 정화시 중금속에 미치는 영향에 관한 연구

안현규 ( Hyeon Kyu An ),김준하 ( Joon-ha Kim ),윤성열 ( Seong Yeol Yun ),안정원 ( Jeong Won An ),이재영 ( Jai-young Lee ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2017 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2017 No.-

중금속으로 오염된 토양과 광미는 지하수 및 생태계에 추가적으로 피해를 발생시킨다. 이러한 독성 금속의 축적은 식물의 성장억제 및 인체의 발달이상, 발암과 같은 다양한 질병의 원인이 된다. 오염된 토양에서 중금속을 정화하는 방법으로는 고형화/안정화, 토양세척, 토양경작법 등과 같이 다양한 방법이 있다. 하지만 부지 및 오염특성에 따라 적절한 방법을 사용해야 한다. 적절한 방법 중 하나는 오염된 토양의 고형화/안정화이다. 본 연구의 목적은 오염된 토양 및 광미 내 존재하고 있는 중금속을 고형화/안정화 공법을 적용하여 정화하는 방법을 제안하는데 있다. 본 연구에서는 오염토양 내 중금속을 고형화/안정화 시키고 강도 증진을 위해 MICP 토착미생물과 산업폐기물인 굴패각, 폐석고를 배합하여 고화제로 사용하였다. 국내의 중금속 오염토양과 광미에서 MICP 토착미생물을 분리하였고 균체 지방산 분석을 통하여 동정을 진행하였다. 각각의 시료에서 분리한 균주를 동정한 결과 가장 많이 유사성을 보이는 균주는 Brevibacillus centrosporus 와 Bacillus megaterium 이었다. 또한 MICP 토착미생물의 최적 성장 조건을 도출하였으며, 산업폐기물과 MICP 토착미생물의 최적 배합비를 적용한 공시체의 일축압축강도 분석을 진행하였다. 그 결과 28일 경과 후 일축압축강도는 미국 EPA 폐기물처리 표준 기준을 만족하였으며, 위해성 평가를 위한 TCLP, SPLP 분석 결과 미국 EPA 기준을 만족하였다.

국내 일부 오염 토양 및 퇴적물 내 토착 미생물에 의한 중금속의 지구화학적 거동 연구

송대성,이종운,고일원,김경웅,Song, Dae-Sung,Lee, Jong-Un,Ko, Il-Won,Kim, Kyoung-Woong 대한자원환경지질학회 2007 자원환경지질 Vol.40 No.5

지하 심부 토양 및 퇴적물 내 토착 미생물의 활성화에 따른 중금속 거동을 이해하기 위하여, 독성 중금속으로 오염된 국내 일부 지역의 시료를 대상으로 혐기적 환경에서 유산염(lactate)을 탄소원으로 투입한 후 약 25일간에 걸친 비소 및 중금속(카드뮴, 구리, 납, 아연) 함량 변화를 관찰하였다. 실험 결과, 미생물이 투입된 시료의 경우 미생물이 투입되지 않은 비교시료에 비하여 용존 카드뮴, 납, 아연이 효과적으로 제거되었으며, 이는 토착 황산염 환원(sulfate-reducing) 박테리아의 활성화로 인해 생성된 환원상태의 황이 이들 중금속과 황화물을 형성하며 침전시켰기 때문으로 여겨진다. 비소의 경우, 미생물을 투입한 시료 중 황산염의 함량이 높은 덕음 토양에서는 제거율이 높은 반면 황산염의 함량이 상대적으로 낮은 화북 토양, 동두천 퇴적물에서는 지속적으로 그 함량이 증가하였다. 적절한 탄소원 및 황산염을 투입해 독성 중금속으로 오염된 지질 매체 내의 토착 미생물을 활성화시킨다면 이들 중금속의 원위치(in situ) 고정화를 통한 이동도 감소의 효과를 볼 수 있을 것으로 여겨지나, 비소로 동시에 오염된 경우 발생할 수 있는 비소 용출 가능성에 대한 고려가 필요하다. Microbial control of the geochemical behavior of heavy metals (Cd, Cu, Pb, and Zn) and As in contaminated subsurface soil and sediment was investigated through activation of indigenous bacteria with lactate under anaerobic condition for 25 days. The results indicated that dissolved Cd, Pb and Zn were microbially removed from solutions, which was likely due to the formation of metal sulfides after reduction of sulfate by indigenous sulfate-reducing bacteria. Soils from the Dukeum mine containing a large amount of sulfate resulted in complete removal of dissolved As after 25 days by microbial activities, while there were gradual increases in dissolved As concentration in soils from the Hwabuk mine and sediments from the Dongducheon industrial area which showed low $SO_4{^2-}$ concentrations. Addition of appropriate carbon sources and sulfate to contaminated geological media may lead to activation of indigenous bacteria and thus in situ stabilization of the heavy metals; however, potential of As release into solution after the amendment should be preferentially investigated.

미생물학적 원유회수증진을 위한 미얀마 저류층에서 분리한 토착미생물에 의한 표면장력 감소특성 연구

조정희,이종운,김현태 한국자원공학회 2015 한국자원공학회지 Vol.52 No.1

미얀마 저류층에서 분리한 토착미생물이 생성하는 생물계면활성제의 표면장력 감소 능력을 조사함으로써 미생물학적 원유회수증진 기술에 대한 적용 가능성을 살펴 보았다. 탄소원의 종류에 따른 미생물의 생장과표면장력 변화를 측정한 결과, 포도당을 탄소원으로 공급하였을 떄 Bacillus spp.인 BS1과 BS2가 높은 성장률을보였으며 표면장력을 감소시키는 것으로 관찰되었다. 고온과 pH 요인이 표면장력 변화에 미치는 영향을 평가하기 위하여 배양액에서 미생물을 제거한 후 100°C의 온도 및 다양한 pH 조건에 노출시킨 결과, BS1의 생물계면활성제가 전반적으로 높은 희석비율에도 안정적인 표면장력 변화를 보여 상대적으로 외부요인의 영향을 적게받는 것으로 나타났다. BS1과 BS2가 생성한 생물계면활성제를 추출, 정제한 결과 각각 0.51 g/L, 0.26 g/L이얻어졌고 CMC 값은 각각 2.0 g/L, 0.5 g/L로 나타났다. For application to MEOR (microbial enhanced oil recovery) technology, the ability of biosurfactants,which were produced by indigenous bacteria isolated from a crude oil reservoir in Myanmar, to decrease surfacetension was investigated. When various carbon sources were supplied to the bacterial isolates, Bacillus spp.,designated as BS1 and BS2, showed high biomass growth and decrease in surface tension under glucose supply. Effect of pH and temperature on variation of surface tension was examined under the conditions of 100°C andpH 2, 4, 7, and 11. As a result, the biosurfactant produced by BS1 exhibited stable variation of surface tension,showing relatively low effect under various conditions. The biosurfactants produced by each bacterial isolate wereseparated and purified, and BS1 and BS2 produced the yield of biosurfactant of 0.51 g/L and 0.26 g/L. CMCvalue of biosurfactants produced by BS1 and BS2 were 2.0 g/L and 0.5 g/L, respectively.

유류와 중금속으로 오염된 토양에서 분리한 미생물의 Pb와 Cd 생물흡착 특성

김상호,전효택,이종운,Kim, Sang-Ho,Chon, Hyo-Taek,Lee, Jong-Un 대한자원환경지질학회 2009 자원환경지질 Vol.42 No.5

유류 및 중금속으로 오염된 토양에서 Pb 및 Cd에 내성을 갖는 미생물을 분리하여 미생물 내 중금속 흡착 특성을 조사하였다. 분리한 토착미생물의 Pb 및 Cd의 흡착특성과 흡착에 영향을 미치는 요인 중에 생장단계, 중금속 농도, 생물량, pH, 온도에 따른 영향을 비교하였다. 또한 흡착등온식을 적용하여 중금속의 흡착용량과 흡착강도를 알아보았다. 낮은 중금속 초기 농도와 높은 생물량에서 높은 중금속 제거 효율을 가지며 중금속 마다 다른 흡착 효율을 보여 주었다. 흡착 효율은 미생물 생장 말기, pH 5~9 조건에서 최적의 효율을 나타내었으나, 25~$35^{\circ}C$에서 온도 변화에 따른 영향은 미미하였다. 생물흡착 과정을 Langmuir 등온 흡착식에 적용하면, 이론적 최대 흡착량은 Pb와 Cd에 대해서 각각 62.11과 192.31 mg/g로 나타났고, $R^2$가 0.71과 0.98로 계산되었다. Cd는 세포 표면의 단일 층에 단분자 흡착에 의한 생물흡착이 진행되었으나, Pb는 미생물 대사 작용을 통한 세포 내로의 축적 작용과 미생물 내 음이온과의 반응에 의한 침전물 형성작용 둥을 통하여 생물흡착이 진행된 것으로 판단된다. Indigenous bacterium which shows a tolerance to high metal toxicity was isolated from soil concomitantly contaminated with oil and heavy metals. The characteristics of the bacterium for Pb and Cd biosorption was investigated under the various experimental conditions such as bacterial growth phase, the initial metal concentration, the input biomass amount, temperature and pH. The Langmuir adsorption isotherm modeling was described to know the capacity and intensity of biosorption. The low initial concentration of heavy metals and high biomass has a maximum heavy metal removal efficiency, but biosorption capacity of Pb and Cd has different values. Biosorption efficiency was highest in the end of the microbial growth stage and under pH 5~9 condition, but was less affected by temperature variation of 25~$35^{\circ}C$. The maximum biosorption capacity for Pb and Cd was 62.11 and 192.31 mg/g, respectively and each $R^2$ was calculated as 0.71 and 0.98 by applying Langmuir isothermal adsorption equation. Biosorption for Cd was considered as monomolecular adsorption to single layer on the surface of cells, whereas biosorption for Pb was considered as accumulation process into the cell by the microbial metabolism and precipitation reaction with anion of bacteria.

토양 중 옥시테트라사이클린과 발리다마이신 분해를 위한 토착미생물 활용 가능성

김재경 ( Jae Gyeong Kim ),박소윤 ( So Yun Park ),김선희 ( Seon Hui Kim ),조은혜 ( Eun Hea Jho ) 한국환경농학회 2023 한국환경농학회 학술대회집 Vol.2023 No.0

농가에서 병해충을 억제하는 데에 많이 사용되는 농업용 항생제의 오남용에 의해 항생물질이 토양에 잔류하게 될 수 있다. 이렇게 토양에 잔류하게 된 항생제는 토양 중 미생물의 군집과 다양성에 영향을 미칠 수 있다. 따라서 잔류 항생제를 분해하기 위해 여러 가지 방안이 제시되고 있다. 그중에서 항생물질을 분해할 수 있는 미생물을 이용하여 잔류한 항생물질을 분해하는 방법이 있다. 하지만 그에 관한 연구는 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 농업용 항생제를 분해할 수 있는 토양 중 토착 박테리아를 탐색하기 위해 수행되었다. 먼저 박테리아를 분리하기 위해서 대표적으로 사용되는 물질인 2가지 농업용 항생제(oxytetracycline (OTC), validamycin (VA))를 탄소원으로 사용하였다. OTC를 처리한 토양에서 분리한 박테리아를 A, VA를 처리한 토양에서 분리한 박테리아를 B라고 명명하였다. 분리한 각 토양 미생물을 이용해 OTC와 VA로 오염시킨 토양을 사용하여 30°C에서 20일 동안 항생제 분해 실험을 수행하였다. 20일 후 OTC는 97%, VA는 98%가 분해되었다. 각 항생제가 분해되는 동안 각 토양 박테리아의 성장 또한 관찰되었다. 이러한 결과는 토양 중 토착 박테리아가 농업 토양의 잔류 항생제를 제거하는 데 효과적으로 사용될 수 있다는 것을 보여준다. 따라서 경지 토양 환경의 잔류 항생물질을 줄이기 위해, 미생물을 이용한 생분해 연구가 더 필요하다.

생체모방형 토양개량제를 이용한 산성토양 안정화 적용성 평가

권준욱,백기정,백상현 한국자원공학회 2020 한국자원공학회지 Vol.57 No.6

생체모방형 토양개량제인 생광물화균 Myxococcus xanthus와 토착미생물을 활용하여 국내에 산재되어 있는 휴・폐광산의산성토양에서 중화실험을 수행하였다. 토양에서의 중화능력 확인 실험 결과 M. xanthus와 산성 토양에서 추출한 토착미생물에서 중화능력이 확인되었다. 미생물 투입비와 영양배지의 배합비는 M. xanthus 100 ml + NB배지 120 ml, 토착미생물 80 ml + NB배지 80 ml 로 산정하였다. 미생물을 처리한 토양의 배양온도를 4°C로 조절한 실험에서는 미생물의 생장이 진행되지 못해 토양의 중화가 확인되지 않았다. Neutralization experiments for acid soil near mining area were conducted using indigenous microorganism and biomineralization microorganism named Myxococcus xanthus, M. xanthus and indigenous microorganism extracted from acidic soil showed neutralization ability through the experiment. Optimum microorganism input and nutrient broth ratio was determined as M. xanthus 100 ml + nutrient broth 120 ml, indigenous microorganism 80 ml + nutrient broth 80 ml. The experiment conducted in 4°C showed no neutralization effect which implies that, application of microorganism should be cautious to field temperature.

고온성토착박테리아에 의한 방연석의 충식작용과 용출 향상

박천영,정경훈,김봉주,위환,이윤국 한국자원공학회 2011 한국자원공학회지 Vol.48 No.1

This study was to investigate the viability of indigenous acidophilic bacteria at 42℃ and 52℃, and to enhance the leaching of valuable elements from galena during the oxidation of the indigenous acidophilic bacteria with no addition of sulfuric acid. In the zeta potential results for the galena, the isoelectric point obtained was at a pH value of 2.43. Even through the isoelectric point of the pH environment was higher, the indigenous bacteria were attached to the surface of the galena. In the bioleaching of galena at 42℃ and 52℃, the rod-shaped bacteria ranged from 0.4×1.3 ㎛ to 0.5×1.6 ㎛ and were attached to the galena surface. Corrosion pits were distinctly observed on the surface of the secondary mineral by the direct contact attachment of indigenous bacteria. This is evidence that the direct contact oxidation mechanism of the bacteria were directly attached to oxidize the surface of the sulfide mineral. With the increase of 10℃ from 42℃ to 52℃ in the bioleaching experiment, the content of Cu and Fe ions increased up to 3.7 and 5.2 times, respectively, whereas the content of Pb was decreased by up to 2.6 times. 고온성토착박테리아를 이용하여 방연석으로부터 용출되는 유용금속이온의 향상을 위하여 42℃와 52℃에서 용출실험을 수행하였다. 용출실험은 황산을 첨가하지 않고 수행하였다. 방연석에 대한 제타전위를 측정한 결과 방연석의 등전위는 2.43으로 나타났다. 방연석의 등전위 보다 높은 pH 환경임에도 불구하고 토착박테리아들이 방연석 표면에 부착하였다. 42℃와 52℃로 미생물용출실험을 진행하는 동안 0.4×1.3 ㎛에서부터 0.5×1.6 ㎛ 크기의 토착박테리아들이 방연석 표면에 부착된 것이 관찰되었다. 2차 광물 표면에 토착박테리아에 의하여 형성된 충식자국들이 뚜렷하게 관찰되었다. 이것은 박테리아가 황화광물 표면에 직접 접촉하여 산화작용을 일으키는 직접접촉산화작용의 증거로 생각된다. 미생물 용출온도를 42℃에서 52℃로 증가시켰을 때, Cu는 3.7배 이상으로 용출되었고 그리고 Fe는 5.2배 이상으로 용출되었다. 하지만, Pb는 2.6배 감소하였다.

토착호산성박테리아의 황철석 표면 부착과 용출 특성

박천영,조강희 한국자원공학회 2010 한국자원공학회지 Vol.47 No.1

This study is to investigate the bioleaching of pyrite using indigenous acidophilic bacteria from the acid mine drainage. When the indigenous bacteria oxidized the pyrite, the extracellular polymeric substance (EPS) was formed and coated surface of pyrite grains. The formation of the EPS was probably secreted by the indigenous bacteria, and the EPS contributed to the bio-film function. In the EDS analysis, the elements C, O, P, S, K and Fe were detected in the EPS. Numerous indigenous bacteria, of which size range between 1.19 to 1.42 ㎛ were attached along the cracks on the pyrite surface. These bacteria are able to actively select the sites from which is most ease to gain energy through oxidation. On the pyrite-leaching medium, the pH values were higher in the bacterial sample than the control sample, whereas the Eh values were lower in the bacteria sample than in the control sample, because the indigenous acidophilic bacteria were capable of bioleaching the pyrite. The Zn content in the pyrite-leaching medium decreased with an increase in the pulp density. 본 연구는 산성광산배수에 서식하고 있는 토착호산성박테리아를 이용하여 황철석의 용출특성을 조사하고자하였다. 토착호산성 박테리아들이 황철석을 산화시킬 때 세포외중합체물질이 황철석 표면에 그리고 황철석 입자를 둘러쌓고 있는 것이 관찰되었다. 세포외중합체물질은 토착박테리아들에 의하여 형성된 것으로 보여 지며 생물막 기능이 있는 것으로 해석된다, 세포외중합체를 EDS분석한 결과 C, O, P, S, K 및 Fe가 검출되었다. 크기가 1.19~1.42 ㎛인 막대모양의 토착호산성 박테리아들이 황철석 표면의 파단면에 집중적으로 부착하였다. 이는 에너지를 쉽게 얻을 수 있는 장소를 박테리아들이 선택하는 것으로 보인다. 황철석-용출 배양액의 pH와 Eh 변화에서 비교시료에서 보다 박테리아 시료에서 pH 값이 낮게 그리고 Eh는 높게 나타났다. 이는 토착호산성박테리아가 황철석을 용출하였기 때문이다. 황철석-용출 배양액의 광액농도가 증가하면 용출되는 Zn 함량이 감소하였다.

토착호산성 박테리아를 이용한 황동석 정광에 대한 생물학적 용출 특성 - 상온에서의 칼럼 용출 -

한오형,박천영,조강희 한국자원공학회 2010 한국자원공학회지 Vol.47 No.5

계대배양 된 토착박테리아들을 황동석이 충진 된 칼럼에 접종하고 상온에서 그리고 황산을 첨가하지 않고 용출실험을 실시하였다. 비록 이런 조건에도 불구하고, 미생물에 의하여 황동석 정광으로부터 유용금속 이온이 용출될 수 있는지를 확인하고자 하였다. 한국과 일본지역에서 광산산성배수, 광산폐석토양, 폐석탄 및 온천수에 서식하는 토착박테리아들을 성장-배양액에서 32℃로 배양하였다. 성장-배양액에서 토착박테리아가 성장함에 따라 pH가 감소하고 Eh는 증가하였다. 토착박테리아를 황동석 칼럼에 28일 동안 반응시킨 결과 비교시료에서 보다 박테리아 시료에서 Fe 이온은 184 배 이상으로, Zn은 6배 이상으로, Cu는 3.3 배 이상으로 그리고 As는 2.7배 이상으로 용출되었다. 따라서, 상온에서 그리고 황산을 첨가하지 않은 실험 조건에서 heap leaching이나 dump leaching으로부터 유용금속을 용출시킬 수 있을 것으로 기대된다. This study was to investigate the bioleaching for chalcopyrite using subcultured indigenous acidophilic bacteria without addition of sulfuric acid at room temperature. Even through these condition, the possibility of bioleaching was identified to leach the usable metal ions from chalcopyrite concentrate. The indigenous bacteria were collected from the acid mine drainage, mine waste soil, coal waste and hot spring in the Korea and Japan, and cultured in the growth-medium at 32℃. On the indigenous bacteria growing in the growth-medium at 32℃, the pH value was gradually decreased over time and the Eh value increased with time. After 28 days inoculation with chalcopyrite column without sulfuric acid at room temperature, the content of Fe, Zn, Cu and As enriched 184, 6, 3.3 and 2.7 times more in the bacterial sample than the control sample. Accordingly, it is respected that the heap and dump leaching will be possible to leach the usable metal ions from the experiment no addition sulfur acid at room temperature.