기질로서 초기 1,4-dioxane 농도에 따른 미생물컨소시엄 CDIK-3의 생장과 1,4-dioxane 분해에 미치는 영향을 관찰하였다(Fig. 3). 접종한 후 48시간이 경과하면서 뚜렷한 생장이 관찰되었으며, 1,250 mg/L와 1,500 mg/L의 1,4-dioxane이 첨가된 배지에서 가장 높은 생장률을 나타내었다. 1,4-Dioxane 분해는 접종 후 36시간부터 1,4-dioxane 농도가 서서히 감소하였으며, 250 mg/L, 500 mg/L, 750 mg/L, 1,000 mg/L의 1,4-dioxane은 각각 72시간, 96시간, 120시간, 168시간 이내에 완전히 분해되었다. 그러나 1,4-dioxane의 농도가 1,250 mg/L와 1,500 mg/L로 증가함에 따라, 주어진 배양기간인 168시간 동안에 각각 80%와 67%의 부분적인 분해가 진행되었다. Kim 등[18]이 분리한 Mycobacterium sp. PH-06은 15일 동안 900 mg/L의 1,4-dioxane을 분해하였으며, Pugazhendi 등[20]은 Rhodanobacter AYS5를 이용하여 10일 동안 950 mg/L의 1,4-dioxane이 제거됨을 발표하였다. 또한, Nakamiya 등[19]은 Cordyceps sp.을 이용한 연구에서 3 mg/L의 1,4-dioxane을 3일 이내에 분해하였으며, Inoue 등[22]이 분리한 Rhodococcus aetherivorans JCM 14343은 20 mg/L 1,4-dioxane을 약 30시간 이내 분해한다고 보고한 바 있다. 이들 결과와 비교하여, 본 연구에서 분리한 CDIK-3은 250 mg/L의 1,4-dioxane을 72시간 이내, 그리고 1,000 mg/L의 1,4-dioxane도 168시간 이내에 완전히 분해하여, 기존에 발표된 미생물들과 비교하여 1,4-dioxane의 분해능이 탁월한 것으로 판단된다.

미생물컨소시엄 CDIK-3을 이용하여 1,4-dioxane의 분해에 있어서 최적 pH를 알아보기 위하여, 초기 pH를 조절하여 분해와 생장에 미치는 영향을 관찰하였다(Fig. 4). 초기 pH를 6.0으로 조정하여 1,4-dioxane의 분해를 관찰한 결과 168시간 동안 약 90%의 분해를 나타내었다. 반면 초기 pH 7.0과 8.0의 경우에는 각각 168시간, 144시간 이내에 완전 분해를 보여주었으며, pH 9.0인 경우에서도 약 97%의 분해를 나타내었다. Inoue 등[22]이 분리한 Rhodococcus aetherivorans JCM 14343은 pH 7.0에서 20 mg/L의 1,4-dioxane을 48시간 이내 분해하였으며, pH 8.0과 pH 9.0에서는 1,4-dioxane 분해능이 약 10% 감소하는 결과를 보고하였다. 그러나 본 연구에서 분리한 CDIK-3은 생장과 1,4-dioxane 분해에 있어서 pH 환경이 비교적 약산성보다는 약알칼리에서 적응 능력이 높았으며, 분해도 효과적인 것으로 분석되었다.

미생물컨소시엄 CDIK-3 배양이 1,4-dioxane 분해와 생장에 미치는 최적 온도를 알아보기 위하여 본 실험을 수행하였다(Fig. 5). 그 결과, 배양 온도가 20℃인 경우에 168시간 동안 배지 내의 1,4-dioxane 중 약 90%가 분해되었으며, 생장에서도 수행된 다른 온도와 비교하여 생장이 다소 저조한 것이 관찰되었다. 25℃와 35℃에서는 각각 168시간 이내에 완전히 제거되는 것으로 나타났으며, 특히 30℃에서 배양하였을 경우 156시간 이내에 완전히 분해되어, CDIK-3의 1,4-dioxane 분해에 있어서 최적 온도는 30℃로 조사되었다. Inoue 등22)이 분리한 Rhodococcus aetherivorans JCM 14343의 경우 28℃에서 20 mg/L의 1,4-dioxane을 48시간 이내 분해하였으며, 20℃와 35℃에서는 분해능이 약 10% 감소하는 결과를 보고한 바 있는데, 이 결과는 본 연구에서 얻어진 결과와 유사하였다.

부가탄소원으로서 glucose를 첨가하여 미생물컨소시엄 CDIK-3의 생장과 1,4-dioxane 분해에 미치는 영향을 조사하였다(Fig. 6). Glucose가 첨가된 배지에서 생장은 증가하였으며, 첨가된 glucose의 농도가 증가할수록 높은 생장률을 나타내었다. 10 mg/L의 glucose가 첨가된 경우에, glucose를 첨가하지 않은 경우와 마찬가지로 1,4-dioxane은 144시간 이내에 완전 분해되는 동일한 결과가 나타났다. 20-50 mg/L의 glucose를 첨가한 경우에서도 완전 분해 기간은 각각 132시간 이내로, 첨가하지 않은 것과 비교하여 분해능은 다소 향상되었으나, 궁극적으로 첨가된 glucose의 농도에 따른 1,4-dioxane의 분해의 차이는 미미한 것으로 조사되었다. 일부 과학자들은 부가탄소원으로서 glucose의 첨가가 1,4-dioxane의 분해를 저해시키는 결과를 가져오는 것으로 보고하였다. Pugazhendi 등[20]이 분리한 Rhodococcus aetherivorans JCM 14343은 pH 7.0에서 20 mg/L의 1,4-dioxane을 48시간 이내 분해하였으며, pH 8.0과 pH 9.0에서는 1,4-dio은 Rhodanobacter AYS5를 이용한 연구에서 100 mg/L의 1,4-dioxane에 glucose를 첨가한 경우, 분해능이 약 40% 감소하였으며, Kelley 등[23]이 분리한 Rhodococcus aetherivorans JCM 14343은 pH 7.0에서 20 mg/L의 1,4-dioxane을 48시간 이내 분해하였으며, pH 8.0과 pH 9.0에서는 1,4-dio의 연구에서도 glucose를 첨가함으로 25 mg/L의 1,4-dioxane이 완전 분해되는데 소요되는 기간이 약 17일에서 21일로 지연되면서 1,4-dioxane 분해능이 감소함을 보고한 바 있다. 그러나 CDIK-3의 경우 glucose 첨가함으로써 1,4-dioxane 분해능이 약 10% 향상되었는데, 이는 CDIK-3 배양에 존재하는 1,4-dioxane을 분해하는 미생물들이 먼저 glucose를 소비하여 짧은 시간 내에 급격하게 생장하고 결국 이들에 의한 1,4-dioxane의 분해가 향상된 것으로 판단된다.

미생물컨소시엄 CDIK-3 배양에 다른 농도의 yeast extract를 첨가한 후, 생장과 1,4-dioxane 분해에 미치는 영향을 관찰하였다(Fig. 7). Yeast extract를 첨가한 경우는 첨가하지 않은 것과 비교하여 생장률이 급격히 증가하였으며, yeast extract의 농도가 증가할수록 높은 생장률을 나타내었다. 10-40 mg/L의 yeast extract가 첨가된 경우에 완전히 분해되는데 소요되는 시간은 모두 132시간 이내로 동일한 것으로 나타났으며, 50 mg/L가 첨가된 경우는 120시간 이내에 완전 분해됨으로써 yeast extract를 첨가하지 않은 것 보다 1,4-dioxane 분해능이 크게 향상되었다. Pugazhendi 등[20]은 Rhodanobacter AYS5 배양에 포함된 1,000 mg/L의 1,4-dioxane이 10일 동안 약 95%를 분해되었으나, yeast extract가 첨가된 상태에서 배양 9일 만에 완전히 분해되었음을 보고하였다. Yeast extract에는 다양한 아미노산과 펩타이드, 수용성 비타민, 탄수화물 등이 포함되어 있어 많은 미생물에서 우수한 기질로 사용되는데, 본 연구에서 얻어진 결과는 CDIK-3이 이들 성분들을 생장인자로 이용할 뿐만 아니라, 포함된 질소원으로 인해 탄소-질소 비율(C/N ratio)을 변화시켜 대사활성을 증진시킴으로써 궁극적으로 생장과 1,4-dioxane 분해를 향상시키는 것으로 판단된다.

미생물컨소시엄 CDIK-3 배양에서 ethylene glycol의 첨가에 따른 생장과 1,4-dioxane 분해를 조사하였다(Fig. 8). Ethylene glycol을 첨가한 경우, 생장은 급격히 증가하였으며, ethylene glycol의 농도가 증가할수록 높은 생장률을 나타내었다. 1,4-Dioxane 분해는 100 mg/L, 200 mg/L, 300 mg/L의 ethylene glycol을 첨가하였을 때, 배양 후 각각 120시간, 156시간, 168시간 이내에 완전히 분해되었으나, 그 농도가 증가함에 따라 완전분해에 도달하는데 걸리는 시간은 점차 늘어났다. Inoue 등[22]은 ethylene glycol를 첨가함으로 1,4-dioxane 분해능은 첨가하지 않은 것과 비교하여 약 30%가 감소하였으며, Nakamiya 등[19]도 ethylene glycol이 1,4-dioxane 분해를 억제하는 것으로 보고하였다. 그러나 본 연구에서 CDIK-3 배양의 1,4-dioxane 분해는 저농도(≤100 mg/L)의 ethylene glycol를 첨가한 경우, 1,4-dioxane보다 이용이 용이한 ethylene glycol을 먼저 소비하여 짧은 시간 내에 급격하게 생장 및 분해가 진행되었으며, ethylene glycol 농도(≥200 mg/L)가 증가함에 따라 1,4-dioxane 분해는 점차 억제되는 것으로 나타났다. 배양에서 ethylene glycol 첨가에 따른 미생물의 생장과 1,4-dioxane의 분해와의 상관관계는 연구가 필요할 것으로 사료된다.

미생물컨소시엄 CDIK-3 배양에서 tetrahydrofuran의 첨가에 따른 생장과 1,4-dioxane 분해에 미치는 영향을 조사하였다(Fig. 9). Tetrahydrofuran이 첨가된 것과 첨가되지 않은 것에 비교하여 뚜렷한 차이를 나타내었다. CDIK-3의 생장은 첨가된 tetrahydrofuran 농도가 증가할수록 높은 생장률을 나타내었다. 1,4-Dioxane 분해는 50 mg/L tetrahydrofuran의 경우, 120시간 이내에 완전히 분해되어, 첨가하지 않은 것보다 분해능이 크게 향상되었다. 100-200 mg/L tetrahydrofuran 첨가에서도 각각 132시간 이내 완전 분해되면서 미첨가된 것과 비교하여 분해능이 향상되었지만, 농도에 따른 1,4-dioxane 분해는 거의 유사하였다. 몇몇 연구에서 미생물 배양에 부가탄소원으로 tetrahydrofuran의 첨가가 1,4-dioxane의 분해에 미치는 영향에 대하여 발표된 바 있는데, 미첨가된 경우와 비교하여 Rhodanobacter AYS5에서 약 30% [20], 그리고 Amycolata sp. CB1190에서 약 40%23)의 1,4-dioxane의 분해가 각각 향상되었다는 결과가 보고되었다. Masuda 등[29]은 Pseudonocardia sp. strain ENV478에서 tetrahydrofuran monooxygenase (thm)를 확인하였으며, 배양에서 tetrahydrofuran의 농도가 증가함에 따라 thm 유전자가 유도됨을 보고하였다. Tetrahydrofuran은 세균을 빠르게 생장시키며 공동대사(co-metabolism) 방식으로 1,4-dioxane을 분해할 수 있는 것으로 알려져 있다[30], Zenker 등[24]은 tetrahydrofuran의 존재 하에서 혼합배양의 공동대사에 의해 200 mg/L의 1,4-dioxane을 약 12일 이내 완전 분해한 결과를 보고하였다. 이들 연구와 비교하였을 때, 본 연구에서 이용한 미생물컨소시엄 CDIK-3에서도 유사한 결과를 보여주었는데, 이는 tetrahydrofuran이 1,4-dioxane을 제거하는데 훌륭한 부가탄소원이 될 수 있다고 생각된다.

1,4-Dioxane은 고리형 에테르 화합물로서 다양한 산업에서 널리 사용되며, 이 화합물이 포함된 산업폐수는 하천, 호수, 지하수 등의 수계를 오염시키고 있다. 현재 1,4-dioxane의 처리는 화학적 처리에 의존하고 있지만, 처리 비용 및 2차 오염의 문제가 되고 있어, 이들 문제를 해결하기 위한 방법으로 미생물학적 처리의 가능성을 연구하였다. 본 연구에서 사용된 미생물컨소시엄 CDIK-3에 의한 1,4-dioxane의 농도는 지금까지 보고된 결과들과 비교하여 현저하게 높은 것으로 조사되었으며, 여러 가지 물리화학적 요인의 조절이나 적절한 부가탄소원 및 질소원의 첨가에 의해 1,4-dioxane의 분해가 증진될 수 있음이 확인되었다. 향후 연구는 미생물컨소시엄 CDIK-3을 이용하여 1,4-dioxane이 포함된 산업폐수의 효율적인 처리와 현장 적용, 그리고 분리된 단일 균주들의 특성을 규명으로 방향으로 진행될 것이다.