Journal of the Korean GEO-environmental Society (한국지반환경공학회 논문집)

Korean Geo-Environmental Society (한국지반환경공학회)
권호 표지

Biodegradation of Potential Diesel-Oxygenate Additive Including DBM(DiButyl Maleate)

DBM(DiButyl Maleate)을 포함한 잠재적 디젤첨가제 생분해특성

  • 장순웅 (경기대학교 환경에너지시스템공학과)
  • Received : 2010.05.11
  • Accepted : 2010.06.09
  • Published : 2010.08.01
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Abstract

In this study, we have evaluated biodegradability of diesel-oxygenates including DBM and gasoline-oxygenates having similar physio-chemical properties using indigenous aerobic microorganisms from a diesel-contaminated soil. Toluene and Ethanol have shown higher biological activity and the first-order degradation rate constants ranged around $0.11{\sim}0.3day^{-1}$. However, MTBE, gasoline-oxygenate has shown as a limited substrate. Moreover, As increased initial concentrations of DBM and TGME, degradation rates of those were decreased relatively. As a strategy to evaluate biodegradability of DBM and TGME, reduction of diesel-oxygenates, $CO_2$ production and toxicity by algae were monitored. This results indicated possible mineralization of diesel-oxygenates, But we could predict that residual byproduct produced even though complete consumption of diesel-oxygenates were observed if algal toxicity variation considered. In conclusion, it is the first report that diesel-oxygenates including DBM could be biodegraded effectively by indigenous soil microorganisms and this result increased the possibility of bioremediation technology to apply into oil-contaminated sites.

본 연구에서는 디젤오염토양에서 활성화된 토착미생물을 이용한 DBM을 포한한 디젤첨가제와 유사한 물리화학적 특성을 갖는 가솔린첨가제를 대상으로 호기성 조건에서의 생분해성 평가를 수행하였다. Toluene, Ethanol 등이 가장 높은 활성도를 보였고, 일차분해상수는 $0.11{\sim}0.3day^{-1}$의 범위를 보여주었다. 반면에, 가솔린첨가제인 MTBE는 낮은 분해 특성을 보여주어 토양미생물에 제한적인 분해기질로 나타났다. 이와 더불어, DBM과 TGME를 대상으로 초기농도의 증가에 따른 분해 특성을 조사한 결과 초기농도 증가에 따라 분해속도는 감소하는 것으로 관찰되었다. 또한 DBM과 TGME의 생분해도를 평가하기 위한 방안으로 디젤첨가제의 저감과 동시에 $CO_2$ 생성 모니터링과 조류에 의한 독성 변화를 조사한 결과, 디젤첨가제의 농도 감소와 더불어 $CO_2$ 생성량의 증가는 DBM과 TGME의 무기화를 간접적으로 보여주고 있으나, DBM과 TGME이 완전히 분해되었음에도 불구하고 조류에 의한 잔류 독성이 남아있는 결과는 완전 무기화가 일어나지 않고 중간 부산물이 생성된 것으로 추정된다. 그럼에도 불구하고, DBM과 TGME를 포한한 디젤첨가제에 대한 생물학적 분해 연구는 국내에서 처음 보여주는 결과로 국내 유류오염지역의 생물학적 자연저감의 원리를 적용한 현장적용 타당성을 좀 더 높여주는 결과라고 판단된다.

Keywords

Acknowledgement

Supported by : 경기대학교

References

  1. 박재상, 장순웅(2007), 고체상미량분석법(SPME-GC/FID)에서 실험계획법을 이용한 디젤첨가제 미량분석의 최적화 연구, 지하수토양환경, Vol. 12, No. 5, pp. 73-85.
  2. 박재상, 이규현, 전성준, 이시진, 장순웅(2005), 유류분해 토착 미생물에 의한 잠재적 디젤첨가제의 호기성 생분해, 2005 추계학술발표회 논문집, 대한상하수도학회와 한국물환경학회, pp. 914-917.
  3. 송원용, 장순웅(2009), 고도산화공정(UV공정)을 이용한 NDMA의 효율적인 처리와 독성 평가, 한국물환경학회지, Vol. 25, No. 1, pp. 90-95.
  4. 심규성(2001), 자동차 연료유 첨가제의 동향, 자동차공학회지, Vol. 23, No. 2, pp. 30-34.
  5. 안상우, 이시진, 박재우, 장순웅(2010), 유류오염토양에서 분리된 MTBE(Methyl Tertialy Butyl Ether)이용 균주의 MTBE 분해특성, 한국지반환경공학회 논문집, Vol. 11, No. 4, pp. 43-50.
  6. 이규현, 이시진, 장순웅(2004), Direct-sampling SPME 분석기법을 이용한 잠재적 디젤첨가제 분석, 한국환경분석학회지, Vol. 7, No. 3, pp. 143-148.
  7. 유승호, 조일형, 장순웅, 이시진, 천석영, 김한래(2008), 전자빔 공정에서 실험계획법을 이용한 Benomyl 제거특성 및 독성평가, 대한환경공학회지, Vol. 30, No. 9, pp. 955-960.
  8. Alfredo, A. M., Mark, G. K., Marina, L. C., Ronald, J. P. and David, W. L.(2003), Biodegradation of Potential Diesel Oxygenates Additives: DiButyl Maleate(DBM) and Tripropylene Glycol Methyl Ether(TGME). Chemosphere, Vol. 52, No. 5, pp. 861-868. https://doi.org/10.1016/S0045-6535(03)00293-5
  9. An, Y. J., Kampbell, D. H. and Sewell, G. W.(2002), Water Quality at Five Marines in Lake Texoma as Related to Methyl Tert-Butyl Ether(MTBE), Environmental Pollution, Vol. 118, No. 3, pp. 331-336. https://doi.org/10.1016/S0269-7491(01)00301-3
  10. Borden, R. C., Daniel, R. A., Lebrun, I. V. and Davis, C. W. (1997), Intrinsic Biodegradation of MTBE and BTEX in a Gasoline-Contaminated Aquifer, Water Resource Research, Vol. 33, No. 5, pp. 1105-1115. https://doi.org/10.1029/97WR00014
  11. Choi, C. Y. and Reitz, R. D.(1999), An Experiment Study on the Effects of Oxygenated Fuel Blends and Multiple Injection Strategies on Diesel Engine Emissions, Fuel, Vol. 78, No. 11, pp. 1303-1317. https://doi.org/10.1016/S0016-2361(99)00058-7
  12. Deeb, R. A., Hu, H. Y., Hanson, J. R., Scow, K. M. and Alverez-Cohen, L.(2001), Substrate Interactions in BTEX and MTBE Mixtures by an MTBE Degrading Isolate, Environmental Science and Technology, Vol. 35, No. 2, pp. 312-317. https://doi.org/10.1021/es001249j
  13. Hyman, M. R., Smith, K. and O'Reilly, K.(2001), Cometabolism of MTBE by an Aromatic Hydrocarbon-Oxidizing Bacterium, Battelle Press, Columbus, OH, pp. 145-152.
  14. Liu, C. Y., Speitel, G. E. and Georgiou, G.(2001), Kinetics of Methyl Tert-Butyl Ether Cometabolism at Low Concentrations by Pure Cultures of Butane-Degrading Bacteria, Applied and Environmental Microbiology, Vol. 67, No. 5, pp. 2197-2201. https://doi.org/10.1128/AEM.67.5.2197-2201.2001
  15. Newman, A.(1995), MTBE Detected in Survey of Urban Groundwater, Environmental Science and Technology, Vol. 29, No. 7, pp. 305A-311A.