Decomposition Characteristics of Fungicides(Benomyl) using a Design of Experiment(DOE) in an E-beam Process and Acute Toxicity Assessment

We investigated and estimated at the characteristics of decomposition and mineralization of benomyl using a design of experiment(DOE) based on the general factorial design in an E-beam process, and also the main factors(variables) with benomyl concentration(X$_1$) and E-beam irradiation(X$_2$) which consisted of 5 levels in each factor was set up to estimate the prediction model and the optimization conditions. At frist, the benomyl in all treatment combinations except 17 and 18 trials was almost degraded and the difference in the decomposition of benomyl in the 3 blocks was not significant(p > 0.05, one-way ANOVA). However, the % of benomyl mineralization was 46%(block 1), 36.7%(block 2) and 22%(block 3) and showed the significant difference of the % that between each block(p < 0.05). The linear regression equations of benomyl mineralization in each block were also estimated as followed; block 1(Y$_1$ = 0.024X$_1$ + 34.1(R$^2$ = 0.929)), block 2(Y$_2$ = 0.026X$_2$ + 23.1(R$^2$ = 0.976)) and block 3(Y$_3$ = 0.034X$_3$ + 6.2(R$^2$ = 0.98)). The normality of benomyl mineralization obtained from Anderson-Darling test in all treatment conditions was satisfied(p > 0.05). The results of prediction model and optimization point using the canonical analysis in order to obtain the optimal operation conditions were Y = 39.96 - 9.36X$_1$ + 0.03X$_2$ - 10.67X$_1{^2}$ - 0.001X$_2{^2}$ + 0.011X$_1$X$_2$(R$^2$ = 96.3%, Adjusted R$^2$ = 94.8%) and 57.3% at 0.55 mg/L and 950 Gy, respectively. A Microtox test using V. fischeri showed that the toxicity, expressed as the inhibition(%), was reduced almost completely after an E-beam irradiation, whereas the inhibition(%) for 0.5 mg/L, 1 mg/L and 1.5 mg/L was 10.25%, 20.14% and 26.2% in the initial reactions in the absence of an E-beam illumination.

전자빔 공정에서 실험계획법을 이용한 살균제 Benomyl의 제거특성 및 독성평가

본 연구는 전자빔 공정에서 실험계획법(design of experiment: DOE) 중 일반요인배치법(general factorial design)을 이용하여 2개 인자(X$_1$: benomyl concentration(mg/L), X$_2$: E-beam irradiation(Gy))를 토대로 요인(X$_1$: benomyl concentration) 1에서 3개 수준(3 level: 0.5, 1 및 1.5 mg/L)와 요인(X$_2$: E-beam irradiation) 2에서 6개 수준(6 level: 100, 800, 600, 400, 200 및 100 Gy)으로 구성된 3블록(block) 실험조합에 따라 Benomyl의 분해(Y$_1$: the % of decomposition), 무기화(Y$_2$: the % of materialization) 및 독성평가(acute toxicity assessment)를 수행하였다. 우선 HPCL 분석에 의한 Benomyl에 분해특성은 처리조합(treatment combination) 3 블록(block)의 17 및 18번을 제외한 모든 실험조건에서 100% 분해되었고 등분산(equal variance) 조건에서 일원분산분석(one-way ANOVA)결과 수준 간 유의한 차이가 없었다(p > 0.05). 전자빔 조사에 의한 Benomyl에 무기화(materialization) 특성은 각 3개의 처리조합에서 평균 46%, 36.7% 및 22%의 제거효율을 나타났고 각 조합에서 처리수준 간 예측식은 block 1(Y$_1$ = 0.024X$_1$ + 34.1(R$^2$ = 0.929)), block 2(Y$_2$ = 0.026X$_2$ + 23.1(R$^2$ = 0.976)) 및 block 3(Y$_3$ = 0.034X$_3$ + 6.2(R$^2$ = 0.98)) 등의 1차 선형 회귀식을 만족하였다. 또한 Benomyl에 무기화(materialization)에 대한 Anderson-Darling 검정을 이용한 정규성(normality)을 만족하였다(p > 0.05). 또한 무기화에 대한 반응에 대한 선형 및 비선형을 포함한 다중회귀분석(multi regression analysis)을 도출한 결과 다음과 같은 예측식 Y = 39.96 - 9.36X$_1$ + 0.03X$_2$ - 10.67X$_1{^2}$ - 0.001X$_2{^2}$ + 0.011X$_1$X$_2$(R$^2$ = 96.3%, Adjusted R$^2$ = 94.8%)을 도출하였다. 2가지 반응변수(X$_1$: benomyl concentration(mg/L), X$_2$: E-beam irradiation(Gy))에 의한 2차 반응표면 모형식 추정으로부터 정준분석을 통해 최적조건을 도출한 결과 Benomyl 초기농도(X$_1$) 0.55 mg/L, 전자빔 조사량 950 Gy에서 TOC 제거율 57.3%으로 나타났다. 마지막으로 V. fischeri를 이용한 MicrotoxTM modified 81.9% test을 이용하여 전자빔에 의한 Benomyl에 대한 급성 독성을 평가한 결과 전자빔 조사전 block 1의 0.5 mg/L에서 10.25%, block 2의 1 mg/L에서 20.14% 및 block 3의 1.5 mg/L에서 26.2%의 생물학적 방해(inhibition)작용이 발생하였으나 전자빔 조사 후 모든 조건에서 생물학적 방해영향을 나타나지 않았다.