생물환경정화

생물환경정화(Bioremediation)은 말 그대로 물리적, 화학적이 아닌 생물학적 환경정화를 의미하며 미생물 및 식물등을 이용하여 유해물질을 생분해(Biodegradation)을 하는 것이다

엄연히 말하자면 옥외 화장실이나, 오수 처리장도 비슷한 예이다

환경이 정화될 대상은 모든 것이 정화될 필요가 있으며 토양, 공기, 물도 영향을 받는다

정화의 기본 원리는 호기적 물질대사(Aerobic metabolism)과 혐기적 물질대사(Anaerobic metabolism)이 된다

이들은 산화(Oxidation)과 환원(Reduction reaction)을 합친 산화 환원반응(Redox reaction)을 하며 철(Fe 3+), 산소(O2), 황산(SO4 2-), 질산(NO3 -)가 관여하기도 한다

생물환경정화로 토착 미생물(Indigenous microbe)를 사용한다

이들은 실험실에서 대량으로 배양 후, 오염된 지역으로 투입하게 된다

이를 생물접종법(Bioaugmentation, seeding)을 통해 투입하며 비옥화(Fertilization) 혹은 영양 증식배양(Nutrient enrichment)로 토착 미생물의 생장을 촉진하게 된다

미생물 뿐만 아니라, 식물을 이용하는 식물 환경복원(Phytoremediation)도 있다

이는 독성 물질을 흡수하는 미루나무(Cottonwood), 포플러나무(Poplar), 노간주나무(Juniper tree)등이 있다

식물을 이용한 사례로는 체르노빌 원자력 발전소 사고의 주변에 해바라기를 심어 세슘(Cesium)과 스트론튬(Strontium)을 제거하는 것이다 (chernobyl sunflower project 참고)

또한 인도와 방글라데시의 하수도에 존재하는 비소(Arsenic)을 제거하기 위해 부레옥잠(Water hyacinth)을 이용하느 것도 있다

토양정화로는 비원위치 생물환경정화와 원위치 생물환경정화가 있다

(이미지 출처 : http://image.slidesharecdn.com/bioremediation2-150101224552-conversion-gate01/95/bioremediation2-2-638.jpg?cb=1420152458)

비원위치 생물환경정화(Ex situ bioremediation)은 오염물을 옮겨 슬러리상 생물환경정화(slurry phase bioremediation)로 대형 생물 반응기 안에서 물, 비료 등 미생물이 생분해할 수 있게 만드는 것이다

위에서 말한 옥외 화장실이 그 예시가 될 수 있다

원위치 생물환경정화(In situ bioremediation)은 오염물질을 오염원에서 그대로 처리하는 것으로 비용이 적게 든다

생물학적 통기법(Bioventing)으로 호기적 분해과정을 사용한다

고체상 생물환경정화(Solid phase bioremediation)으로 장소와 시간이 필요한 퇴비화(Composting)와 토양 농작법(Land farming)으로 물과 침출수(Leachate)가 새어나오게 장판 위에 오염된 토양을 펼쳐 미생물이 분해하게 끔 할 수 도 있으며 바이오파일(Biopile)로 화학 증기를 증발시키게끔 할 수 도 있다

수질정화로는 폐수처리로 정화조 안에서 미생물로 분해후 정화대(Septic bed)에서 토양과 자갈지대로 필터링 하는 것이 있다

이보다 더 큰 폐수(오수)처리장은 정화조로 가라앉히고 입자들을 슬러지(Sludge)상태로 만들어 혐기성 세균이 있는 혐기조로 보내어 메탄연료로도 사용하게끔 한다

슬러지 상태가 아닌 유출수(Effluent)는 호기성 세균이 사는 호기조로 분해하거나 활성오니조에서 여과후 염소 처리를 하게 된다

지하수 정화는 방충망(Screen)과 그물망(Mesh)로 생물막을 형성해 분해해 여과한다

그 아래에 깔려있는 침전물은 유기물을 이산화탄소로 산화시켜 전자를 전극으로 이동시킬 수 있는 전기 미생물을 사용하여 세균 생물 건전지(Bacterial biobattery)로 만들 수 있게 된다

환경정화를 위한 유전자 변형균은 여러가지가 있지만 아직 연구중이다

대표적으로 석유를 먹는 세균 Chakrabarty이 있지만 비효율적이다

중금속 정화로 대장균의 형질 변환하는 것은 연구중이며 독성물질 RDX와 TNT를 분해하는 것으로 Cytochrome P450로 RDX 분해효소와 Arabidopsis thaliana를 연구중이다