Application of electric potential and Fe(Ⅲ) to stimulate biodegradation of perfluorooctanoic acid (PFOA) by ANAMMOX granules

Abstract

1940년대에 개발된 과불화화합물은 탄화수소에서 수소를 플루오린으로 치환한 인공적인 화합물이며, 탄소고리와 작용기에 따라 4,700종 이상이 존재한다. 과불화 화합물의 화학적 안정성, 물과 기름에 대한 저항성, 불활성 등의 장점으로 다양한 산업분야에서 사용되고 있다. 하지만, 과불화화합물의 독성이 입증되어 여러 선진 국에서는 단계적인 규제로 생산을 중단하였으나, 여전히 환경에서 검출되고 있다. 특히, 총 8개의 탄소에 플루오린으로 완전히 치환되고, 카르복실산 작용기를 가지 는 과불화옥탄산은 강한 독성과 잔류성으로 스톡홀롬 협약에의한 잔류성 유기오염 물질 (Persistent Organic Pollutants, POPs)로 규제되었다. 과불화옥탄산을 비롯한 과 불화화합물을 제거하기 위해 다양한 방법들이 연구되었으며, 실제 폐수처리시설에 서는 운전과 관리가 용이한 활성탄, 이온교환수지, 나노필터 등을 이용하여 물리 화학적으로 처리하고 있다. 이러한 물리화학적인 방법들은 재생, 교체와 같은 후 처리공정이 필수적으로 요구되기 때문에 낮은 경제성을 보인다. 적절한 운전조건 유지 및 관리가 동반된 생물학적처리는 물리화학적처리보다 경제적이고 환경친화 적이어서 최근 과불화화합물의 생물학적처리에 관한 다양한 연구가 진행중이다. 본 연구에서는 과불화옥탄산의 생물학적처리를 위해 실제 질소제거공정에 사용되 는 혐기성 암모늄 산화 (ANAMMOX) 그래뉼을 이용하여 과불화옥탄산의 생분해 를 관찰하였다. 또한, anammox 박테리아의 세포외전자전달능력이 입증됨에 따라 +0.4 V vs. Ag/AgCl의 전압을 가해 미생물전기화학시스템을 적용하였으며, anammox 박테리아의 전자 전달향상을 위해 3가 철을 주입하였다. 전압과 3가 철 을 적용한 반응조에서 암모늄과 과불화옥탄산의 제거율이 각각 41.98, 50.93%로 전압과 철을 적용하지 않은 반응조 (11.52, 19.20%)에 비해 제거율이 향상되었음을 확인했다. 2가 철, 플루오린 이온 및 단쇄 과불화화합물의 분석과 전기화학적분석 을 통해 과불화옥탄산의 생분해를 확인하였으며, anammox 그래뉼의 대사작용에 의한 생분해로 제거된 과불화옥탄산은 35.03%로 나타났다. 본 연구에서 anammox 그래뉼의 과불화옥탄산 분해능력, 세포외 전자전달능력, 철 환원능력을 입증했으 며, 폐수처리 공정에 적용가능성을 확인했다.