An anaerobic PCE(tetrachloroethylene) dechlorinating bacterial culture from a landfill soil was enriched and characterized. The enrichment culture could dechlorinate 60$\mu$mol/$m\ell$ of PCE during a month of incubation and cis-DCE(cis-dichloroethylene) was observed as a main product of PCE dechlorination. Microbial analysis of the dechlorinating enrichment culture by rising PCR-DGGE (Polymerase chain reaction-Denaturing gradient gel electrophoresis) method showed that at least three microorganisms were related to the anaerobic PCE dechlorination.
The tetrachloroethylene (PCE) dehalogenase of Clostridium bifermentans DPH-1 (a halorespiring organism) was purified, cloned, and sequenced. This enzyme is a homodimer with a molecular mass of ca. 70 kDa and exhibits dehalogenation of dichloroethylene isomers along with PCE and trichloroethylene (TCE). Broad range of substrate specificity for chlorinated aliphatic compounds (PCE, TCE, cis-1,2-dichloroethylene, trans-1,2-dichloroethylene, 1,1-dichloroethylene, 1,2-dichloropropene, and 1,1,2-trichloroethane) for this enzyme was also observed. A mixture of propyl iodide and titanium citrate caused a light-reversible inhibition of enzymatic activity suggesting the involvement of a corrinoid cofactor. A partial sequence (81 bp) of the encoding gene for PCE dehalogenase was amplified and sequenced with degenerateprimers designed from the N-terminal sequence (27 amino acid residues). Southern analysis of C. bifermentans genomic DNA using the polymerase chain reaction product as a probe revealed restriction fragment bands. A 5.0 kb ClaI fragment, harboring the relevant gene (designated pceC) was cloned (pDEHAL5) and the complete nucleotide sequence of pceC was determined. The gene showed homology mainly with microbial membrane proteins and no homology with any known dehalogenase, suggesting a distinct PCE dehalogenase. So, C. bifermentans could play some important role in the initial breakdown of PCE and other chlorinated aliphatic compounds in sites contaminated with mixtures of halogenated substances.
PCE(tetrachloroethylene) 분해능을 보유한 그람 양성, 내생포자 형성의 혐기성균이 일본 기후현의 한 전자제품공장으로부터 분리되었다. 이 균은 생화학적 특성 및 16S rRNA 분석결과에 의하여 C. bifermentans인 것을 거쳐 cDCE(cis-1,2-dichloroethylene)로 전환되었다. 전자공여체로서 효모엑기스는 PCE 분해에 있어 가장 효과적이었으며 효모엑기스를 공급한 조건에서의 PCE 탈염소화 속도는 0.41 $\mu$mol/h.mg protein 이었다. 한편 본 균주는 PCE 뿐만 아니라 각종 유기염소화합물에 대해서도 분해능을 보유하고 있는 신종의 PCE 분해균으로서 각종 유기염소화합물에 오염된 지하수 및 토양에서의 In situ bioremediation 적용에 있어 유용할 것으로 기대된다.
Gas phase photocatalytic oxidation of tetrachloroethylene (PCE) under 370 nm ultra-violet irradiation was investigated with TiO$_2$ catalyst. During the photocatalytic oxidation of PCE vapor several kinds of intermediate were produced, and the reaction pathways were proposed on the basis of the production sequency of the intermediates. The intermediates in the pathways of PCE oxidation were hexachloroethane, pentachlotoethane, 1, 1, 2-trichloroethane, carbon tetrachl-oride, dichloroacetylchloride, chloroform, 1,1-dichloroethane, phosgene, CO, $CO_2$, HCl, Cl$_2$.
We evaluated the properties of a fixed-bed column reactor for high-concentration tetrachloroethylene (PCE) removal. The anaerobic bacterium Clostridium bifermentans DPH-1 was able to dechlorinate PCE to cis-1,2-dichloroethylene (cDCE) via trichloroethylene (TCE) at high rates in the monoculture biofilm of an upflow fixed-bed column reactor. The first-order reaction rate of C. bifermentans DPH-1 was relatively high at $0.006\;mg\;protein^{-1}{\cdot}l{\cdot}h^{-1}$, and comparable to rates obtained by others. When we gradually raised the influent PCE concentration from $30\;{\mu}M$ to $905\;{\mu}M$, the degree of PCE dechlorination rose to over 99% during the operation period of 2,000 h. In order to maintain efficiency of transformation of PCE in this reactor system, more than 6 h hydraulic retention time (HRT) is required. The maximum volumetric dechlorination rate of PCE was determined to be $1,100\;{\mu}mol{\cdot}d^{-1}l$ of reactor $volume^{-1}$, which is relatively high compared to rates reported previously. The results of this study indicate that the PCE removal performance of this fixed-bed reactor immobilized mono-culture is comparable to that of a fixed-bed reactor mixture culture system. Furthermore, our system has the major advantage of a rapid (5 days) start-up time for the reactor. The flow characteristics of this reactor are intermediate between those of the plug-flow and complete-mix systems. Biotransformation of PCE into innocuous compounds is desirable; however, unfortunately cDCE, which is itself toxic, was the main product of PCE dechlorination in this reactor system. In order to establish a system for complete detoxification of PCE, co-immobilization of C. bifermentans DPH-1 with other bacteria that degrade cDCE aerobically or anaerobically to ethene or ethane may be effective.
BTEX 분해능을 가진 BJ10세균을 이용하여 호기조건에서 toluene 첨가 시 tetrachloroethylene (PCE) 분해에 관한 연구를 수행하였다. BJ10은 형태학적 특징, 생리 생화학적 특징, 16S rRNA 염기서열 분석 및 지방산 분석 결과에 따라 Pseudomonas putida로 동정되었다. BJ10의 PCE 저농도 5 mg/L에서 PCE 분해 실험 결과(toluene 첨가 기질 농도 50mg/L, 균초기 접종농도 1.0g/L, 온도 $30^{\circ}C$, pH7 그리고 DO $3.0{\sim}4.2\;mg/L$), 10일간 52.8%의 분해 효율을 보였으며, PCE 분해 속도는 5.9 nmol/hr로 나타났다. 또한 BJ10의 PCE 고농도 100 mg/L에서 PCE 분해 실험 결과 (toluene 첨가 기질 농도 50 mg/L, 균 초기 접종 농도 1.0 g/L, 온도 $30^{\circ}C$, pH 7 그리고 DO $3.0{\sim}4.2\;mg/L$), 10일간 20.3%의 분해 효율을 보였으며, PCE 분해 속도는 46.0 nmol/hr로 나타났다. Toluene 첨가 농도에 따른 PCE 분해 효율 증감 효과를 알아보기 위하여, 동일한 배양 조건하에 10 mg/L의 PCE에 toluene ($5{\sim}200\;mg/L$)을 첨가하여 분해 실험을 실시한 결과, toluene 200 mg/L 첨가시 10일간 57.0%의 PCE가 분해되어 가장 높은 제거 효율을 보였다. 또한 PCE 5.5 mg/L(총 7.6 mg/L)를 추가적으로 주입하여 동일조건하에서 PCE 분해를 확인하였으며 결과적으로 8일 동안 63.0%의 PCE가 분해되었다. 이 때의 PCE 분해 속도는 13.5 nmol/hr로 초기의 분해속도(8.1 nmol/hr)보다 증가되었다.
Among the combination of 4 different second metals and 3 different noble metals, Ni 10%-Pd 1%/hematite (Ni(10)-Pd(1)/H) showed best tetrachloroethylene (PCE) removal (75.8%) and production of non-toxic products (39.8%) in closed batch reactors under an anaerobic condition. The effect of environmental factors (pH, contents of Ni and Pd in catalyst, and hydrogen gas concentration) on the reductive dechlorination of PCE by Pd-Ni/hematite catalysts was investigated. PCE was degraded less at the condition of Ni(5)/H (13.7%) than at the same condition with Ni(10)/H (20.6%). Removals of PCE were rarely influenced by the experimental condition of different Pd amounts (Pd(1)/H and Pd(3)/H). Acidic to neutral pH conditions were favorable to the degradation of PCE, compared to the alkaline condition (pH 10). Increasing Ni contents from 1 to 10% increased the PCE removal to 89.8% in 6 hr. However, the removal decreased to 74.2% at Ni content of 20%. Meanwhile, increasing Pd contents to 6% showed no difference in PCE removal at Pd content of more than 1%. Increasing H2 concentration increased the removal of PCE until 4% H2 which was maximumly applied in this study. Chlorinated products such as trichloroethylene, 1,1-dichloroethylene, cis-1,2-dichloroethylene, trans-1,2-dichloroethylene, and vinyl chloride were not observed while PCE was transformed to acetylene (24%), ethylene (5%), and ethane (11%) by Ni(10)-Pd(1)/H catalyst in 6hr.
The effect of $O_3$, $O_3/pH$, and $O_3/H_2O_2$, $O_3/UV$, and $H_2O_2/UV$ advanced oxidation process(AOP) were investigated for the treatment of tetrachloroethylen(PCE) at various condition. The removal efficiency of 10, 20, and 30ppm PCE by ozonation were almost same, only about 60%. And pseudo first-order rate constants, ko for overall oxidation was about 0.097($min^{-1}$). In the $O_3/pH$ AOP experiment for the 20ppm PCE, the removal rate of PCE increased with the increase of pH. However, mineralization rate of PCE at pH 7 was higher than at pH 10. In the $O_3/H_2O_2$ AOP, the removal rate of PCE was the highest at peroxide-to-ozone dosage ratio of about 0.9, which PCE was removed over 99.95%. Despite 42% of PCE was directly photolyzed by the UV irradiation, the removal efficiency of PCE by $O_3/UV$ AOP was only about 70%. In $H_2O_2/UV$ AOP, the removal efficiency of PCE increased to about 98% in proportion to the $H_2O_2$ injection concentration at constant UV intensity of 5W/l.
실험실 규모의 반연속 흐름 2단 토양컬럼을 이용하여 사염화에틸렌(PCE)에서 에틸렌으로의 혐기성 환원 탈염소화 반응특성을 조사하였다. 국내의 TCE로 오염된 현장에서 토양을 채취하여 컬럼 반응조에 충진하고, lactate(전자공여체 그리고/혹은 탄소원으로서)와 PCE를 함유한 현장 지하수를 컬럼 반응조로 주입하였다. 운전초기 약 50일 경과기간 동안 유입 lactate와 PCE의 질량비는 620:1이었는데, 이때 PCE에서 cis-DCE로의 불완전한 환원성 탈염소화가 관찰되었다. 그러나 유입 lactate와 PCE의 질량비를 5,050:1로 증가시킨 두번째 운전기간동안 PCE에서 ethylene로의 완벽한 탈염소화를 관찰할 수 있었는데, 이는 초기 운전기간 동안의 적절한 전자공여체의 공급의 중요성을 보여 주었다. PCE에서 cis-DCE로의 탈염소화율은 $0.62{\sim}1.94\;{\mu}mol$ PCE/L pore volume/d이었고, cis-DCE에서 ethylene으로의 탈염소화율은 $2.76\;{\mu}mol$ cis-DCE/L pore volume/d으로 나타났다. 전체 시스템에서의 PCE에서 ethylene으로의 전환율은 $1.43\;{\mu}mol$ PCE/L pore volume/d이었다. 본 실험에서 PCE에서 cis-DCE로의 분해단계에서 수소의 농도는 $10{\sim}64\;mM$, 그리고 cis-DCE에서 에틸렌으로의 분해단계에서 수소의 농도는 $22{\sim}29\;mM$이었다. 본 연구에서의 이러한 긍정적인 실험 결과는 본 연구에서 조사된 TCE로 오염된 지하수의 현장 생물학적 복원을 위해 혐기성 환원 탈염소화 공정의 적용 가능성을 보여준다.
Trichloroethylene (TCE)와 tetrachloroethylene (PCE)은 주로 드라이클리닝 및 산업 세척액으로 쓰이는 염소계 화합물이며, 발암성 물질로 알려져 있다. In situ chemical oxidation (ISCO)는 토양 및 지하수를 처리하는 기술로, 지표 아래에 존재하는 오염된 지역까지 산화제를 전달하여 오염물질을 처리하는 기술이다. ISCO에 사용되는 산화제 중 persulfate는 강력한 산화제인 sulfate 라디칼 (${SO_4}^{-{\cdot}}$)을 발생시켜 처리하는 기법으로, 본 연구에서는 TCE와 PCE의 분해에 persulfate 산화공정을 적용하여 초기 pH (3, 6, 9, 12), persulfate의 농도 (0.01, 0.05, 0.1, 0.3, 0.5 M), 초기오염물질농도 (10, 30, 50, 70, 100 mg/L)에 대한 영향을 알아보았다. 초기 pH가 3 일 때, TCE와 PCE는 각각 93.2%와 89.3%로 가장 높은 처리효율을 나타낸 반면, 초기 pH가 12 일 때, TCE 55.0%와 PCE 31.2%로 가장 낮은 효율을 보여 pH가 높아질수록 처리효율이 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 또한 persulfate의 농도가 증가할수록 TCE/PCE의 처리효율이 증가하였으며, 가장 높은 persulfate의 농도 (0.5 M)에서의 처리효율은 96.5% (TCE), 95.7% (PCE) 였다. 반면 초기오염농도가 높아질수록 처리효율은 낮아지는 경향이 나타났다. 본 연구에서 얻어진 가장 빠른 분해속도를 나타내는 조건은 pH 3, persulfate 농도 0.5 M, 그리고 오염물질 (TCE/PCE) 농도 10 mg/L이었고, 이때 구해진 1차 분해속도 상수 ($k_{obs}$)는 1.04 (TCE)와 1.31 (PCE) $h^{-1}$ 였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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