미생물과 마그네슘 및 알루미늄으로 만든 인공점토를 섞은 복합제제로 흙(토양)속에 있는 맹독성 비소(3가 비소)를 제거할 수 있는 길이 열렸다.

중금속 독성물질인 비소는 자연계에서 3가 비소(아비산염)와 5가 비소(비산염)의 형태로 존재하며, 일반적으로 3가 비소는 5가 비소에 비해 독성이 60배 이상 강하고 전하를 띄지 않아 처리하기가 어려웠다.

환경부 산하 국립낙동강생물자원관(관장 서민환)은 최근 독성이 강한 3가 비소를 상대적으로 독성이 약한 5가 비소로 바꿔서 제거하는 미생물 및 인공점토 복합제제를 개발하는데 성공했다고 밝혔다.

낙동강생물자원관 연구진은 2018년 2월부터 미생물 및 인공점토 복합제제로 3가 비소를 제거할 수 있는 연구에 착수하여 그해 12월 관련 특허 출원을 마친 후 2022년 상반기를 목표로 상용화 연구를 추진하고 있다.

※ 특허명(특허번호): 아크로모박터 속 JHR-B2 균주 및 금속 이중층산화물을 이용한 아비산염 및 비산염 제거 방법(10-2018-0168894) 

그간 비소 제거 연구는 미생물을 이용해 3가 비소를 5가 비소로 산화시켜 독성을 낮추거나 인공점토를 이용하여 흡착하는 연구가 따로 진행되었다.

※ 미생물을 이용해 3가 비소를 5가 비소로 산화시키는 연구는 1954년 호주 생물과학 학술지(Austrian Journal of Biological Sciences)에서 처음 선보였으며, 마그네슘 및 알루미늄으로 만든 인공점토로 비소를 흡착하는 연구는 2000년 인도(Indian Journal of Environmental Health)에서 처음 선보임

※ 미국 환경청에서는 비소 처리 기술을 침전, 멤브레인, 이온교환 및 흡착의 4가지 기술로 나누고 있으며, 이중 흡착에 의한 비소 처리는 3가 비소가 수소이온농도(pH) 9 이하에서 중성 이온으로 존재하기 때문에 5가에 비해 처리가 어렵고 많은 에너지가 소모되는 것으로 알려져 있음

낙동강생물자원관 연구진은 앞의 두 연구 방식을 융합하여 비소를 제거할 수 있는 새로운 연구를 시작했다.

2018년 2월에 충남 서천군 장항읍의 옛 장항제련소 인근의 토양에서 3가 비소를 5가 비소로 산화시켜 비소의 독성을 낮추는 미생물을 분리했다.

※ 옛(구) 장항제련소: 일제강점기인 1936년부터 설립된 제련공장으로 1989년까지 운영하였으며, 조사 결과 공장 인근 지역의 비소, 납 등 중금속 오염이 심각하여 정부는 2009년부터 2023년까지 토양 정화 작업을 하고 있음

연구진은 3가 비소를 5가 비소로 산화시키는 능력이 뛰어난 6종의 미생물을 선별하고 마그네슘 및 알루미늄으로 만든 인공점토와 혼합하여 비소의 처리 효율이 가장 우수한 아크로모박터속 균주 1종(JHR-B2)과의 혼합조건을 찾아냈다.

3가 비소를 5가 비소로 전환시키는 능력은 리조비움속 균주 1종(JHR-04)이 가장 우수(처리 3시간 후 99% 전환)했으나, 인공점토와 혼합해 비소의 제거 효율을 측정한 결과, 아크로모박터 균주 1종(JHR-B2)과 인공점토 복합제제가 가장 뛰어난(처리 4시간 후 88.5% 감소) 것으로 나타났다.

비소가 제거되는 원리는 미생물의 대사과정에서 3가 비소(아비산염) 산화효소를 통해 3가 비소가 5가 비소로 산화되고, 산화된 5가 비소를 인공점토가 흡착하는 과정을 거치면서 제거된다.

인공점토는 마그네슘과 알루미늄으로 만든 2중 층상구조로 넓은 표면적을 가지고 있어 효율적으로 음이온을 포획할 수 있다.

서민환 국립낙동강생물자원관장은 “미생물과 인공점토의 복합제제를 활용하는 이번 연구 결과로 생태계를 보존하면서 환경을 복원할 수 있는 가능성을 제시했다”라며, “앞으로 오염된 환경에 적용하여 미생물 실용화 제제로 발전시키겠다”라고 말했다.