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1. 서론
1.1. 환경미생물학의 중요성
환경미생물학은 미생물이 환경 생태계에서 생물학적 다양성, 생태학적 균형, 오염물질 제거 등의 관점에서 매우 중요한 역할을 한다는 것을 보여준다. 환경미생물은 토양, 물, 대기, 폐수 처리 시설, 자연 생태계 및 인간 환경에서 찾을 수 있으며, 환경 관리 및 오염물질 제어에도 핵심적으로 활용된다. 환경미생물은 자연에서 나온 것이기 때문에 생물학적 다양성을 보호하고 복원하는 데 도움이 되며, 이는 생태학적 균형을 유지하고 환경 안정성을 높이는 데 중요한 역할을 한다. 또한 환경미생물은 오염된 물과 토양에서 오염물질을 분해하고 제거하는데 효과적이어서 환경을 정화하고 자연 생태계를 보호하는데 기여한다. 이처럼 환경미생물을 활용하는 것은 환경 문제에 대한 효과적인 전략 중 하나이며, 발전 가능성이 매우 큰 분야이다.
1.2. 환경미생물을 활용한 오염물질 처리 기술
환경미생물은 오염된 물과 토양에서 오염물질을 분해하고 제거하는데 효과적이다. 이를 통해 물과 토양의 오염물질을 제거하여 환경을 정화하고 자연 생태계 보호와 복원을 이룰 수 있다. 또한 환경미생물 기반의 공정은 자연적인 생물학적 기작을 활용하므로 화학적인 처리 과정에 비해 친환경적이며 환경에 미치는 부담을 최소화할 수 있다. 환경미생물에는 다양한 종류가 존재하며 특정 오염물질에 특화된 미생물 종류가 있어 효과적으로 처리할 수 있다. 더불어 환경미생물 활용 공정은 상대적으로 낮은 에너지 소비를 보이기 때문에 에너지 효율성을 높이고 에너지 자원을 절약하는 데에도 도움이 된다.
이러한 장점들로 인해 환경미생물을 활용한 오염물질 처리 방법은 환경 문제에 대한 효과적인 전략이자 발전 가능성이 큰 분야로 인정받고 있다. 환경미생물을 활용한 오염물질 처리 개념은 20세기 중반에 처음 등장했으며, 환경에 대한 관심이 증가하면서 발전해왔다. 이에 따라 생물학적 하수처리 시스템이 등장했고 생물학적 처리가 오염물질 처리의 핵심 방법 중 하나로 자리매김하게 되었다.
생물학적 처리 방법의 원리는 박테리아, 균류, 조류, 원생동물 등 미생물을 이용하여 폐수 내의 오염물질을 분해 또는 해독시키는 것이다. 이러한 미생물 활용 방법은 도시 생활하수의 2차 처리, 유기물을 함유한 산업폐수 처리 공정 등에 널리 이용되고 있다. 생물학적 폐수처리 공정에서 미생물이 생장하는 형태에 따라 부유식 생장과 부착식 생장으로 나눌 수 있으며, 호기성 공정과 혐기성 공정으로도 구분할 수 있다.
부착식 생장을 이용한 공정이자, 호기성 호흡을 이용한 '살수여상 공정'은 오염 물질을 효과적으로 처리할 수 있다. 이 공정은 생물학적 처리방식이므로 화학적 처리에 비해 친환경적이며 독성 물질을 생성하지 않기 때문에 생물 다양성 보호에 긍정적인 역할을 한다. '살수여상 공정'의 주요 원리는 다음과 같다. 1) 살수: 오염된 지하수에 공기 또는 다른 산소 소스를 주입하여 지하수에 산소를 공급한다. 2) 여상: 토양 표면에 배치된 추출 시스템을 사용하여 오염된 기체를 토양에서 추출한다. 3) 처리: 추출된 오염된 기체는 처리 시스템으로 보내어 오염물질을 분리하거나 파괴한다.
하지만 살수여상 공정은 미생물 활동에 따른 시간이 길고 온도, pH 등의 조건에 민감하다는 점, 일부 오염물질에 대한 효율성이 낮을 수 있다는 점, 특정 미생물 균주를 유지하기 위해 유지 보수가 필요하다는 점 등이 한계점으로 볼 수 있다.
반면 '산화지 공정'은 박테리아와 조류의 공생관계를 이용하여 유기물을 분해, 처리하는 방식이다. 유입되는 용존 유기물이 호기성 박테리아에 의해 산화되어 이산화탄소와 질소·인 등의 영양물질을 발생하면, 조류는 광합성 작용에 의해 새로운 세포와 산소를 생산한다. 이렇게 생성된 산소는 다시 호기성 박테리아에 의해 재사용되는 순환과정이 반복된다. 산화지 공정의 장점은 초기 투자 및 시공비, 운영비가 적게 든다는 점과 유지관리가 쉽다는 점이다. 하지만 소요되는 부지면적이 크고 체류 시간이 길다는 점에서 효율성이 낮을 뿐...
