노스 웨스턴대 환경공학자들은 갑상선을 손상시키는 로켓연료의 성분과 음용수 문제의 원인인 과염소산염(perchlorate)을 무해한 성분으로 전환시키는 처리 장치에 대해 특허를 취득했다. 이 대학 응용과학부 환경공학과 교수인 부르스 E. 리트만, 존 에반스 교수는 전자 이동체의 천연 생화학 공정을 통해 속빈 섬유 막 바이오 필름 반응기가 과염소산염을 무해한 염화물(chloride)로 전환시키는 것에 대한 미국 특허(US6,387,262)를 받았다.
비용 효율적이고 환경친화적인 이 시스템은 질산염(nitrate)에도 작용한다. 그리고 브롬산염, 셀렌산염, 중금속, 방사성 핵종, 삼염화 에틸렌을 포함한 다양한 염화 용매류 등 산화 오염물을 성공적으로 처리할 수 있을 것으로 예상된다.
현재 과염소산염에 대한 효과적인 정화 방법은 없다. 그리고 현존하는 방법들은 다른 오염물들과 함께 처리할 때 항상 성공적이 않다. “새로 발견되는 많은 오염물들은 전통적인 방법으로 처리하기 어렵다. 이러한 방법들은 오염물을 없애는 것이 아니라 물에서 고체 수지나 해수로 이동시킬 뿐”이라고 리트만은 지적한다. 자신들이 고안한 방법은 간단하면서도 오염물을 파괴하며 거의 모든 산화 오염물들에 대해 작용할 것이라고 강조했다.
리트만은 고농도의 과염소산염과 질산염으로 오염된 지하수를 처리하기 위해 팀을 구성하여 실험한 결과, 바이오 필름 반응기가 분당 0.3갤론의 물을 효과적으로 처리할 수 있었고 동시에 과염소산염과 질산염을 제거할 수 있음을 확인했다.
이 오염제거 공정은 시스템내의 막 외부 표면에 바이오 필름으로서 살아있는 미생물 군락을 만드는데 이점이 있다. 자연에서 발견되는 미생물은 수소 가스로부터 과염소산염이나 질산염과 같은 산화 오염원들에 이르는 전자의 이동체에 대한 촉매로서 작용한다. 화학적으로 말하면 산화 오염물들은 전자 친화성이 있어 그들을 무해한 생성물로 바꾼다. 수소 가스는 전자를 공급하고 바이오 필름 미생물은 이동체에 대한 중간 매개체이다.
파일롯 크기의 바이오 필름 반응기 중 하나에는 7,000개의 속빈 섬유 막 다발이 있고 컬럼은 거의 5피트 높이에 지름이 18인치이다. 각 막은 지름이 280마이크로 미터인 얇고 긴 스트로와 같다. 수소 가스는 막 섬유 내부로 주입되고 섬유를 지나 흐르는 오염수 내에 있는 막을 통해 확산된다. 이들이 만나는 막의 바깥쪽에서 박테리아가 표면에 달라 붙는다. 왜냐하면 그들이 전자 이동의 과정을 통해 에너지를 얻고 성장하여 자라기 때문이다. 오염물들은 무해한 최종 생성물이 된다.
“우리는 자연을 탐색하고 있다. 생명체는 모두 전자를 이동시킨다. 산화 오염물에게 수소와 수소의 전자가 가져다 준 놀라운 효과의 시스템을 우리는 가졌다.”고 리트만은 말했다.
수소가스는 비독성이고 저렴하여 생물학적인 음용수 처리에 이상적인 전자주게 물질이다. 리트만의 시스템은 안전성을 보여준다. 또 다른 이점은 반응기의 성능이 수소 가스의 압력을 조정함으로써 간단하게 조절될 수 있다는 것이다.
리트만은 그것이 어떻게 작용하는지 알기 위해서 바이오 반응기 시스템에 있는 미생물 생태학에 대한 연구를 수행하고 있다. : 어떤 미생물이 그 일을 하는 것인지? 그러한 작용이 얼마나 빠른지? 전자 이동체의 필수적인 반응을 그들이 어떻게 수행하는지?
“바이오 필름에서 일어나고 있는 상세한 사항을 연구함으로써 우리는 그 시스템을 가장 위험한 오염물류와 음용수와 지하수, 폐수에서 새로이 발견되는 오염물질에 대해 훨씬 더 신뢰 있고 효과적인 처리 장치를 만들 수 있다.”라고 리트만은 말했다.
|
