에 의해 처음 연구된 이후 많은 적용성 검토가 이루어져왔지만 지하수 및 토양에서의 적용성 검토는 전무한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 포화 다공성 매질에서 HRP를 이용한 페놀의 고분자화 반응을 적용할 때 pH, HRP 주입량, 이온세기가 반응에 미치는 영향을 평가하였다. 또한 반응부산물의 충적으로 인해 발생한 다공성 매질의 물리적 특성변화에 대해 조사하였다.

따라서 본 연구에서는 포화 다공성 매질에서 HRP를 이용한 페놀의 고분자화 반응을 적용할 때 pH, HRP 주입량, 이온세기가 반응에 미치는 영향을 평가하였다. 또한 반응부산물의 충적으로 인해 발생한 다공성 매질의 물리적 특성변화에 대해 조사하였다.

본 연구는 연속흐름 포화 담체내의 고분자화 반응 조건의 영향을 조사하였다. 이들 실험에 대한 결과들은 지하수 조건들을 토대로 모의실험한 충진 칼럼에 주입된 페놀이 유체 흐름속으로 HRP와 H2O2를 주입함에 의해서 액상의 페놀을 제거할 수 있음을 보여준다.

12) 페놀의 고분자 반응 부산물들은 일반적으로 쉽게 침전되는 경향이 있다. 고분자의 이런 특성은 페놀 오염물질들을 포함하는 폐수를 재래식 생물학적 처리공정들을 통해 도달하기 어려운 수준까지 처리 가능하게 한다.

HRP는 208개의 아미노산, 보결분자단(prosthetic group), 분자당 2개의 칼슘과 하나의 ferric heme을 가지고 있다. ⁸⁾ Ferric heme은 기질분자를 산화시키는 활성점을 구성한다. HRP는 pH 5.

추적자 시험은 충진 칼럼의 수리학적 특성들을 조사하기위해 KCl을 무반응성 추적자로 사용하였다. 1 공극 부피(pore volume)는 칼럼내 총 공극 부피(칼럼부피 × 공극률)를 나타내는 것으로 추적자 시험은 2 공극 부피의 탈이온 증류수로 칼럼을 세척한 후 1.5 공극 부피의 KCl과 탈이온 증류수를 사용하여 주입 및 세척하였다. 모든 실험은 실온(20±2℃)에서 수행되었으며 보다 정확한 실시간 측정을 위해 in-line 전도도 측정기(Accument, Model AR20)를 사용하여 분석하였다.

Gradient pump(Varian, Model ProStar 220 Solvent Delivery Module), 역상 칼럼(varian RES ELUT 5 u C18, 150 mm × 4.6 mm), ProStar 410 AutoSampler 그리고 photodiode array(PDA) detector(Varian, Model ProStar 335)로 구성된 HPLC(High Performance Liquid Chromatography)를 사용하여 시료내의 페놀 농도를 정량하였다. 페놀농도는 각 시험관으로부터 1 mL을 분취하여 2 mL의 HPLC vial에 옮긴 후 분석하였다.

5 공극 부피의 KCl과 탈이온 증류수를 사용하여 주입 및 세척하였다. 모든 실험은 실온(20±2℃)에서 수행되었으며 보다 정확한 실시간 측정을 위해 in-line 전도도 측정기(Accument, Model AR20)를 사용하여 분석하였다. 실험결과는 공극 부피와 상대농도로써 도시되었다.

칼럼실험동안 매 5분마다 10 mL의 유리 시험관이 내재된 분획 포집기를 사용하여 유출구로부터 시료를 채취하였다. 용해성 고분자를 정량하기위해 5 mL의 액체 섬광 칵테일을 담은 7 mL의 시험관에 250 uL의 시료를 옮겨 액체 섬광 검출기(Beckman, Model 6500)를 이용하여 14 Cphenol의 활동도를 분석하였다.

1에 나타낸 것처럼 원통형으로 상부와 하부에 Teflon 마개로 되어있으며 하부에는 두 개의 유입구와 상부에는 하나의 유출부를 가지고 있다. 유리칼럼의 EBRT (empty bed retention time)은 290.1 min이며 215 g의 오타와(Ottawa) 모래(#20-30 mesh)를 균일하게 충진시킨 후(충진높이: 12 cm) 튜브연동식 펌프(Bulcher, Model 426-2000)를 사용하여 탈이온 증류수로 세척(20 pore volume) 및 포화시킨 후 상향 모드로 작동하였다(Fig. 2). 다공성 매질의 물리적 특성은 메스실린더를 이용하여 단위부피당 질량 및 공극률을 산출하여 Table 1에 나타내었다.

HRP(Type II, RZ 2.2, 181 AU/mg), 과산화수소수(30%, w/w) 그리고 페놀(99%) 및 14C-페놀은 Sigma Chemicals에서 구입하였다. 염화칼륨, 염화나트륨, 인산칼륨, 아세트산, 메탄올 그리고 섬광 칵테일(Fisher Scintisafe, 50%)은 Fisher Scientific (Pittsburg, PA)에서 구입하였다.

실험에 사용된 유리칼럼(ID: 4.1 cm, L: 18 cm)은 Fig. 1에 나타낸 것처럼 원통형으로 상부와 하부에 Teflon 마개로 되어있으며 하부에는 두 개의 유입구와 상부에는 하나의 유출부를 가지고 있다. 유리칼럼의 EBRT (empty bed retention time)은 290.

2, 181 AU/mg), 과산화수소수(30%, w/w) 그리고 페놀(99%) 및 14C-페놀은 Sigma Chemicals에서 구입하였다. 염화칼륨, 염화나트륨, 인산칼륨, 아세트산, 메탄올 그리고 섬광 칵테일(Fisher Scintisafe, 50%)은 Fisher Scientific (Pittsburg, PA)에서 구입하였다. 페놀용액은 HRP와 과산화수소의 반응 후에 발생된 고분자의 정량을 위해 14C-phenol (Specific activity 40.

페놀의 거동은 지연효과 없이 추적자의 분산 계수를 사용하여 예측되었다. 추적자의 분산계수는 1차원 대류-확산 모델식을 기초한 CXTFIT 프로그램을 이용하여 0.004389 cm 2 /min(R 2 = 0.998)로 평가되었다. 추적자의 분산 계수는 고분자물질이 축적된 후의 다공성 매질의 수리학적 특성변화를 평가하는데 이용되었다.

2. Schematic diagram of upflow column system used in this study.

0 AU/mL(Fig. 4(b)) 농도의 HRP칼럼 주입은 유출수에 있어서 유입 페놀 농도의 약 70%의제거효율을 보였다. HRP 2.

미국의 경우에 페놀은 미환경부에 의해서 우선제거대상 오염물질로 규정되었다. ¹⁾ 페놀 및 페놀 파생물질들은 석유 및 석탄 정제, 의약, 플라스틱 및 합성수지, 목재 보존처리, 금속 코팅, 염색, 고무직물, 펄프 및 종이 제조, 그리고 페놀 코팅 생산물 등을 포함한 다양한 공정으로부터 배출되는 폐수들 속에서 발견된다. 이들 화학물질들은 또한 사고에 의한 유출 또는 가솔린 구성물질들과 제초제의 분해 과정을 통해 중간 물질들의 축적들을 통해 환경속으로 배출된다.

모래 칼럼에 축적된 고분 자인 불용성 고분자는 초기 유입된 페놀로부터 유출수의 페놀과 용해성 고분자에 해당하는 페놀의 질량의 차이에 의해 계산되었다. 2.0 AU/mL의 HRP 주입의 경우에 있어서는 주입된 페놀의 65.5%가 불용성 고분자로 칼럼내에 축적되었으며, 1.0과 0.5 AU/mL의 HRP 주입량에 있어서는 59.3%와 51.1%의 유입 페놀이 다공성 매질에 축적되었다(Table 3). 높은 효소 주입량을 사용시 유입 페놀의 상대적으로 높은 고분자화로 인한 많은 불용성 고분자가 생산되어 다공성 매질에 축적되었다.

따라서 본 연구의 결과는 HRP를 이용하여 지하수 내에서 페놀화합물의 제거할 때 반응조건들과 반응부산물로 생성된 고분자물질의 축적에 따른 다공성매질의 수리학적 특성 변화들을 고려해야함을 보여준다. 또한 페놀화합물의 고분자 반응의 적용시 불용성 고분자화합물의 다공성 매질내 충적을 이용하여 불투수성 차단막 생성 및 흡착기작으로 인한 오염물질의 확산 방지 및 이동성을 저감할 수 있는 방안에 대한 연구가 필요할 것이다.

따라서 본 연구의 결과는 HRP를 이용하여 지하수 내에서 페놀화합물의 제거할 때 반응조건들과 반응부산물로 생성된 고분자물질의 축적에 따른 다공성매질의 수리학적 특성 변화들을 고려해야함을 보여준다. 또한 페놀화합물의 고분자 반응의 적용시 불용성 고분자화합물의 다공성 매질내 충적을 이용하여 불투수성 차단막 생성 및 흡착기작으로 인한 오염물질의 확산 방지 및 이동성을 저감할 수 있는 방안에 대한 연구가 필요할 것이다.