천연 유기물 화합물 중의 독성물질
천연 유기물은 주로 2가지 종류의 원인에 기인한다.
1 비극성 : 비극성의 유기화합물은 세포막 계통에 손상을 준다.
2 수소결합 : 아래 예와 같은 타닌이 단백질에 의하여 수소결합으로 흡착될 때, 만 약 아래 종류의 흡착 작용이 매우 강하다면, 사용 효소(단백질이면)가 실황 된다. 화합물의 분자 대소가 그 독성의 중요 요소로 영향을 미친다. 만약 화합물의 분자가 매우 커서, 그들이 미생물의 세포벽과 세포막을 통과할 수 없지만 하지 않는다.
통상 상대 분자량이 3,000보다 큰 유기화합물이 미생물의 억제를 일으키지는 않는다. 매우 큰 유기 독물도 생물에 의하여 분해되고, 따라서 미생물은 종종 순화로 적응할 수 있다. 협기 처리 중에서 혐기 오니가 먼저 비교적 낮은 농도의 폐수에서 순화할 수 있고, 순화 완성 후의 반응기 계통은 비교적 높은 유기 독성의 폐수에 허용할 수 있다.
(1) 비극성 유기화합물
1. 휘발성 지방산 (VFA)
폐수 협기처리의 미생물학과 생물화학 원리 부분에서 우리는 이미 VFA를 소개했다. VFA의 독성은 pH에 의존한다. 그러므로 비 이온화(즉 유리된 것) VFA가 유독하다. 보고에 의하면, 비이온 화의 초산과 프로피온산의 50% IC는 16mg COD/ l와 6mg COD/ 노 나눈다 그림 4.22에서 비 이온화 VFA는 pH에 비례하여 영향 준다. 만약 혐기 반응기 중에서 pH가 낮으면 비 이온화 VFA가 높은 것은 메탄 균이 생장할 수 없는 상태를 초래한다. 상반하여 pH7에서 혹은 pH7보다 약간 높을 시, VFA는 상대적으로 무독하다. 따라서 이때 그들은 주로 이온 형식으로 존재한다.
순화된 입상 오염된 진흙에 대하여 pH7.4에서 VFA 농도가 높은 15,000mg/l에서도 현저한 독성이 나타나지 않았다. 이 VFA는 비교적 낮은 pH에서 메탄 균의 독성에 대하여 가역적이다. pH=7에서 메탄 균이 VFA를 함유한 폐수 중에 2개월에 달하는 장기 체류하여도 여전히 생존한다. 그러나 일반적으로 말하는, 그 흑소가 pH 회복에서 정상 후 며칠에서 몇 주까지 되어서야 회복할 수 있다.
2. 고급지방산
고급지방산 (LCFA)의 독성은 휘발성 지방산보다 더군다나 치명적이다, 그 50% 억제 농도는 표 4.18에 열거했다.
고급지방산의 독성은 협기 분해과정에 매우 큰 영향을 받는다. 일반적으로 말하면, LCFA 분해 시 오염된 진흙의 메탄 발생 활성은 즉시 회복할 수 있다. 그림 4.23은 전형적인 LC FA의 독성 측정실험 결과이다. 그림 중에서 오염된 진흙의 메탄 발생 활성은 실험측정 시작 시 LCFA에 의하여 몇 주간 오래되면 억제되나, LCFA가 오염된 진흙에 의하여 분해 개시될 때 흑우가 완전히 회복한다. Hanafi 등 12는 초산의 존재가 고급 지방산의 독성의 증가 시 키는 것을 실증했다. (그림 4.24) 이것은 VFA의 존재는 LCFA의 분해를 억제했다는 것이다.
고급 지방산이 협기 과정에서 전체적으로 완전히 분해할 수 없고, 저 pH와 Ca2+는 침전 반응을 일으킬 수 있다. 이외에 고급 지방산은 혐기 오니의 표면에 흡착되어진다.
3. 비극성 페놀 화합물
모노머 페놀 화합물은 일반적으로 그 독성 진행에 대하여 그들의 비극성 특징을 근거하여 예측할 수 있다. 구조와 관능 기가 유사한 페놀 화합물의 비극성 정도가 높을수록 그 독성은 크다. Sierra와 Lettings (36은 염화 벤젠과 염화 페놀의 50% IC 수와 그 비극성 (octanol과 수중의 분배 계수 P로 표시)의 수에 대하여 나타나는 직선 관계를 발견했다. (그림 4.26)
리그닌의 비극성 성질에 기인하여 우리는 어렵지 않은 추단으로 리그닌의 상대적으로 낮은 분자량 페놀 화합물이 더 유독하다. 리그닌의 모노머는 아래 표 4.20에 표시와 같이 생물에 독성이 많고, 그중 비극성 정도는 최고의 isoeugenol의 독성이 최대의 것이다. 비극성 모노머 리그닌 화합물에서 아래 예의 isoeugenol은 세포의 손상을 일으킬 수 있다. 따라서 이러한 화합물을 제거 후에도 미생물의 활성은 회복할 수 없다.
4. 수지 화합물
목재 중에서 비극성의 추출물은 수지 화합물이라 칭한다. 소나무와 가문비나무에서 약을 지은 수지의 50% IC는 50g/l이다. [39] 맹독성을 일으키는 수지 화합물은 표 4.21 에 열거하였다. 그림 4.27에 의하여 수지가 일으키는 흑우는 수지 제거 후에 회복하지 않고, 소나무 수지 농도에서 280mg/l보다 높을 때 미생물 기본적으로 이미 죽는다.
(2) 타닌류 화합물
타닌은 나무껍질 중에서 함량이 비교적 높은 중합 페놀류 화합물이다. 극성의 페놀 화합물 에너지와 미생물의 단백질이 수소결합으로 형성하였다. (그림 4.28) 중합물 형식의 타닌에 의하여 단백질과 다수의 수소 결합을 형성하다. 그러므로 그 수소 결합력은 매우 강하다. 타닌이 만약 세포의 효소와 매우 강한 수소결합을 형성한다면, 사용된 효소가 손상당할 수 있다. 그래서 타닌 모노머는 상대적으로 무독하나 천연의 저 중합물의 타닌 독성은 매우 강하다. 더욱더 큰 분자량의 타닌은 세포막을 통과할 수 없으므로 세포 독성은 크지 않다. 41) 표 4.22는 타닌 화합물의 분자량과 그 메탄 독성의 관계에 대한 것이다.
저 중합물 타닌의 독성은 매우 높다. (표 4.24) 그것은 목재와 제지공업 껍질 벗기기 폐수 중의 주요 독성물질이다. 중합 타닌의 저 중합물은 미순화 혐기 오니에 의하여 분해하는 것은 매우 빠르지 않고, 중합 타닌의 억제를 경험한 미생물은 용액에서 제거한 후 미생물 활성이 여전히 회복할 수 없었다. (그림 4.29) 상반하여 가수분해 가능 타닌의 저 중합물은 혐기 조건에서 매우 빨리 분해된다. 그러나 가수분해 가능 타닌은 폐수 중에서 제거 후에 미생물의 메탄 발생 활성 또한 완전히 회복하지 않았다. (표 4.25)
(3) 방향족 아미노산
어떤 공업폐수, 예로 전분 공업폐수는 유독한 방향족 아미노산을 포함한다. tyrosine, 즉 방향족 아미노산이다. tyrosine 자체는 무독하나, 전분 공업폐수 중 tyrosine은 DIA ydroxyphenylalanine(L-3-2 카르보닐벤젠알라닌산)로 산화된다. 메탄 균에 대하여 dihydroxyphenylalanine는 유독한 것이다(그림 4.30). VFA는 di hydroxy phenylalanine의 분해를 억제하며 또한 독성이 증가한다.
(4) 캐러멜 당 화합물
어떤 공업과정은 비교적 고온에서 진행하고, 이때 용액 중의 당과 아미노기는 열을 받고 갈색으로 변하며, 이것을 캐러멜화라 한다. 당의 캐러멜화의 제1 산물은 당 퓨란류 화합물이다. 캐러멜화 화합물에 의한 푸르푸랄 류 화합물의 독성은 표 4.26에 열거했다. 그들은 생분해할 수 있으므로 이 독성은 오니 순화와 더불어 하락한다.
4. 생체 이형 화합물
생체이형 화합물 (Xeno biotic Compounds)는 인위적으로 제조하는 것이고, 자연환경 중에서는 어렵게 발견되는 유기화합물이다. 표 4.27은 전형적인 생체 이형 화합물의 예이고, 그들은 메탄 발생 과정에서 매우 강한 억제작용이 있다.
(1) 염화 알킬(Chloe-hydrocarbons)
어떤 염화 탄수화물, 예로 클로로폼과 5클로르페놀은 극미량의 농도 상승 시 미생물의 사망을 일으킨다. [25] 그러나 이러한 화합물은 순화된 혐기성균이 분해하여 메탄과 유독하지 않은 염소이온을 생성한다. 따라서 순화 후 그 독성은 가벼워진다. (표 4.27)
(2) 메탄알
메탄알은 항상 점착제의 폐수 중에 함유한다. 대략 농도 100mg/l 시 메탄 균에 대하여 유독하다. 메탄 균은 어느 정도 하에서 메탄 알에 적응한다.
(3) 사이안화물(Cyanide)
사이안화물은사이안화 물은 석유 화합물 폐수 중에 존재하고, 그것은 극미량 농도로 어떤 전분(카사바) 폐수 중에도 존재한다. 사이안화 물은 메탄 균에 독성이 극히 강하고, 메탄 균 또한 시안 화물에 대하여 순화된다.
(4) 석유 화학약품
벤젠과 에틸벤젠은 휘발유 중에 함유하는 전형적인 메탄 발생에 독성물질이고, 이런 한 비극성 방향족 화합물은 그 구조에서 수지 화합물과 비슷하다. Parkin 등은 다 쏠린 의 독성을 시험했고, 그들은 연속적인 휘저음 반응기에서 50%의 억제 농도가 1/l 상하에서 일으키는 것을 발견했다.
(5) 세정제
세정제의 독성연구는 중요하다. 따라서 이 종류의 물질은 공장폐수 중에 존재할 수 있고, 이러한 공장이 있을 시 정기적으로 사용하는 세정 축제는 알코올 세정을 필요로 한다. 비이온 세정제의 50% 억제 농도는 약 50 mg/l이다.
(6) 항생제
만약 양조공장이 원료의 멸균에 항생제를 사용한다면 그 폐수 중에 항생제가 함유된다. 표 2.28은 각각의 항생제가 메탄 균에 대한 50%의 억제농도이다. 통상의 상황에 서 이미 순화된 오염된 진흙에 대하여 항생제는 독성과 함께 매우 심각하지 않다. 그러나 어떤 항생제는 미순화 혐기 오니에 독성이 매우 크다.