지난 수십 년 동안 건축 분야에서 발생하는 이산화탄소 배출을 줄이기 위한 방법으로 다른 산업계의 폐기물 및 부산물을 시멘트의 대체재로 접목하기 위해 많은 노력이 있었다. 양식 산업에서 발생하는 굴 패각 폐기물은 특정 지역에서 대량으로 발생하며, 적절한 처리 방법의 부재로 인하여 일반적으로 매립되어지고 있다. 본 연구에서는 시멘트 대체재로 사용되어지고 있는 석회석 소성 점토 시멘트(LC3)의 주원료인 석회석의 대체재로써 굴 패각의 재활용 가능성을 평가하였다. 굴 패각 소성 점토 시멘트(OC3) 페이스트의 화학적·기계적 특성을 규명하기 위해 X-선 회절 분석, 등온 열량 측정, 압축강도 시험 및 열 중량 분석을 실시하였다. 결과적으로, OC3 페이스트는 LC3와 동일한 포졸란 반응에 의해 유사한 강도 발현 및 반응성을 보여주었으며, 이를 통해 굴 패각이 LC3의 주 원료인 석회석의 대체재로써 사용할 수 있다는 것을 확인할 수 있었다.
벗굴의 종묘확보 방안을 모색하기 위하여 유생의 대량사육에 의한 인공채묘와 자연채묘율을 조사한 결과는 다음과 같다. 모패에서 방출된 D형 유생 (각장 153.4 $\mu\textrm{m}$, 각고 137.2 $\mu\textrm{m}$)을 3 톤짜리 F.R.R 수조에 5.8 개체/ml의 밀도로 대량 사육한 결과 유생사육 16일 째에 벗굴 유생의 성장률은 각장과 각고가 202.6%, 212.9%로 성장하여 310.9 $\pm$ 9.8 $\mu\textrm{m}$ ,292.2 $\pm$ 9.1 $\mu\textrm{m}$이었으며, 부착시기인 사육 20일 째는227.1%, 241.8%가 성장하여 348.4 $\pm$ 9.1 $\mu\textrm{m}$, 331.7 $\pm$ 9.4 $\mu\textrm{m}$였다. 그리고 16일 째에는 사육 기간 중 일간 사망률이 가장 높은 0.160, 일간생존율은 0.840을 보이면서 생존율은 54.8%였으며, 사육 20일 째의 최종 생존율은 43.2%였다. 굴 패각, 가리비 패각, 피조개 패각 그리고 PVC 조각을 이용한 부착기질별의 인공 채묘율은 32.9%, 24.1%, 16.8%,10.0%로 굴 패각이 32.9% (131.9 개체/패각) 로 가장 높았으며, 단위면적당 부착율도 굴 패각이 2.69 $\pm$ 0.31 개체/$\textrm{cm}^2$로 가장 높게 나타났다. 채묘방법에 따른 치패 부착율은 채묘기질을 수중에 시설한 수하식방법에서 54.2 개체/패각 (1.00 개체/$\textrm{cm}^2$) 보다 패각을 수조저면에 배열하는 바닥식이 83.8 개체/패각 (평균 1.69 개체/$\textrm{cm}^2$) 으로 높은 부착율을 보였다. 자연채묘는 노출보다는 비노출이, 채묘기질은 그물 등 부드러운 기질보다는 견고한 조개 패각을 이용하여 채묘 하는 경우가 높게 나타났으며, 수층별의 자연채묘는 표층보다는 저층에서 부착율이 높게 나타났다. 벗굴의 인공치 패는 부착 후 26일경에 각장 2.38 $\pm$ 0.97 mm, 각고 2.16 $\pm$ 0.86 mm로 성장하였고, 일간 성장률은 각장 3.75-7.69%, 각고 3.23-7.97%로 나타났으며 3개월 후 각각 28.58 $\pm$ 2.39 mm, 31.65 $\pm$ 2.03 mm로 성장하였다. 채표기질에 따른 부착율은 굴 패각, 가리비패각, 피조개패각 그리고 PVC조각에서 각각 10.3, 5.8, 4.0, 1.5개체로 굴 패각에서 가장 높게 나타났다.
본 연구에서는 인천북항 인근 Pb, Zn 및 Cu로 오염된 해양퇴적물에 대하여 산업부산물인 적니와 굴패각을 안정화제로 선정하여 안정화 처리를 수해하였다. 안정화제는 적니와 굴패각으로 오염토 함량대비 각각 5%, 10%, 15%를 사용하여 15일간 습윤양생 하였다. 연속추출 실험결과를 통해 미처리오염퇴적물에서 큰 비중을 차지하고 있었던 산화물 형태와 유기물 형태 중금속이 안정화제에 의해 유기물 형태 및 잔류물 형태로 안정화되고 있음을 알 수 있었다. 또한, 안정화효율 평가를 위해 TCLP를 수행한 결과, 대조군과 비교해서 안정화 처리 퇴적물인 경우 중금속의 용출량이 확연하게 감소한 것을 확인할 수 있었다. 이러한 결과로부터, 산업부산물을 이용한 안정화제가 오염퇴적물처리에 활용 가능함을 나타내고 있다.
본 연구에서는 달라지는 화재 성상에 대비하기 위한 내화재료 연구의 일환으로 천연 탄산칼슘 재료인 굴 패각과 난각을 각각 잔골재로 치환하여 치환율에 따른 강도 및 내화성능을 평가하여 내화 재료로 사용하기 위한 자료를 제공하고자 하였다. 굴 패각과 난각은 각각 잔골재 대비 10~50 %를 치환하였고, KS 시험방법에 준하여 강도측정 및 간이가열 실험을 진행하였다. OS를 치환한 경우는 ES를 치환한 경우보다 강도가 높게 측정되었지만 이면온도 또한 높게 측정되었다. 이를 통해 폭발성 화재같이 강도성능이 요구되는 곳은 OS를 혼합한 내화보드를 사용하고, 1000 ℃이상의 고온화재 같이 높은 내화성능이 요구되는 곳은 ES를 혼합한 내화보드를 사용하는 등 용도에 맞게 선택할 수 있을 것으로 사료된다.
연구에서는 굴 패각 추출물이 papain으로 유도된 골관절염 동물 모델에 미치는 영향을 살펴보았다. 8주령의 C57BL/6J 마우스 우측 슬관절강에 papain $6{\mu}L$를 투여하여 골관절염을 유발하였다. 실험군은 각 군당 체중이 고르게 8마리씩 배정하여 총 다섯군으로 분류하였다. 정상군은 우측 슬관절강에 생리식염수 $6{\mu}L$ 주사하고 20일간 1일 1회 생리식염수 0.2 mL씩 경구투여 하였다. 대조군, 약물투여군, 굴 패각 추출물 투여군은 골관절염을 유발 후 각각 생리식염수, diclofenac sodium 2 mg/kg/bw, OSE 100, 200 mg/kg/bw를 20일 동안 매일 1회 정해진 시간에 경구투여 하였다. 실험기간 동안 체중을 측정하였으며, 실험 20일에 부검하여 슬관절의 병리조직학적 관찰, 관절연골 내 proteoglycan 함유율, 골관절염 지수의 변화, 혈액내 TNF-${\alpha}$, IL-$1{\beta}$, IL-6 함량을 측정하였다. 체중은 실험기간 동안 모든 개체 간의 유의적 차이가 없었다. 관절연골 내 proteoglycan 함유율은 DS 및 OSE 투여군이 papain 투여 대조군보다 유의성(P<0.05)있게 높았으며, 특히 OSE-200 투여군은 약물 투여군과 유사한 proteoglycan 함유율을 나타냈다. H&E 염색을 통하여 관찰한 결과, 골관절염이 유발된 마우스에 굴 패각추출물을 경구 투여하였을 때 관절연골의 파괴와 골 침식 등 연골의 변성이 약물 처리군과 유사한 것을 보아 굴 패각 추출물이 골관절염 치료에 효과가 있는 것을 확인할 수 있었다. 병리조직학적으로 골관절염 지수는 DS 및 OSE 투여군이 papain 투여 대조군보다 유의성(P<0.05) 있게 낮았으며, OSE-200 투여군이 OSE-100 투여군보다 낮았다. 혈액 내 TNF-${\alpha}$, IL-$1{\beta}$, IL-6 함량은 papain 투여 대조군이 정상군에 비해 유의적(P<0.05)으로 증가하였으며, DS 및 OSE 투여군은 대조군보다 유의성(P<0.05) 있게 낮았다. 특히 TNF-${\alpha}$ 및 IL-6 함량은 OSE-200 투여군이 약물 투여군과 유사한 감소 효과를 나타내었다. 이와 같은 결과는 굴 패각 추출물이 papain으로 유도된 골관절염에서 연골의 변성을 줄이고 염증을 억제함으로써 골관절염 치료에 효과가 있는 것으로 사료된다. 굴 패각은 탄산칼슘이 풍부하기 때문에 골관절염 개선에 효과가 있는 것으로 사료되나, 굴 패각 추출물 중 어떠한 기능성 물질이 골관절염 개선 효과를 나타내었는지에 대해 향후 심도 있는 연구가 필요하다.
소성 굴 패각의 PO4-P 및 NH3-N의 제거성능을 평가하기 위해 100℃(POS100), 600℃(POS600), 800℃(POS800)로 소성시킨 굴 패각을 시료충전층에 채워 인공오수를 통과시키는 실내실험을 통해 PO4-P 및 NH3-N의 제거 성능을 확인하였다. 시료충전층을 통과한 유출수는 굴 패각에서 용출된 CaO의 영향으로 pH가 상승한 것으로 조사되었다. PO4-P 제거량은 최대 약 23.1 mg/kg(POS100), 16.1 mg/kg(POS600), 15.9 mg/kg(POS800)으로, POS100의 PO4-P 제거량이 높게 나타난 것으로 확인되었다. PO4-P 제거 요인으로는 굴 패각의 Ca 및 Dolomite가 PO4-P를 흡착·침전시킨 것으로 판단된다. NH3-N 제거량은 최대 약 3.56 mg/kg(POS100), 5.72 mg/kg(POS600), 3.97 mg/kg(POS800)으로 나타났다. NH3-N의 제거율이 낮은 요인으로는 불안정한 질산화 과정, pH의 상승으로 인해 NH3-N가 NH4+로 변환된 영향 등의 복합적인 원인으로 판단된다. 이상의 결과를 통해 소성 굴 패각은 화학 반응을 통해 PO4-P 및 NH3-N 농도를 감소시킨 것으로 판단되며, 본 연구의 결과는 향후 소성 굴 패각을 활용한 하수처리 기술개발을 위한 기초자료로 활용 될 수 있을 것으로 판단된다.
본 연구는 산업폐기물로 발생되는 굴 패각을 세척, 건조 및 가공하여 3개의 입도범위로 분급하였다. 이를 이용해 일정한 비율로 잔골재를 대체한 모르타르 실험체를 제작하였으며, 28일 재령을 기준으로 $300^{\circ}C$, $600^{\circ}C$, $900^{\circ}C$의 가열조건에 의해 실험체를 가열하였다. 재령 28일에서 Plain 휨 강도는 9.2MPa로 나타났으며, O 0.15에서는 대체율에 따라 7.9~4.4MPa로 나타났다. O 1.2~2.5에서는 대체율에 따라 7.7~4.4MPa으로 나타났으며, 마지막으로 O 2.5~5.0의 경우에는 대체율에 따라 8.8MPa,~6.1MPa로 나타났다. 재령 28일 압축강도의 경우, O 0.15에서는 대체율에 따라 23.6~43.2MPa의 차이를 나타냈으며, O 1.2~2.5에서는 대체율에 따라 20.4~45.1MPa의 차이로 나타났고, 마지막으로 O 2.5~5.0의 경우 17.1~40.4MPa의 차이가 나타났다. 가열을 통해 잔존강도를 측정한 결과 굴 패각 잔골재 O 0.15 이하를 100% 대체한 경우 강도감소율이 가장 낮은 것으로 나타났으며, 이러한 결과를 통해 굴 패각의 가공 및 적정 배합을 통한 내열성능 발휘가 가능할 것으로 예상된다.
본 연구에서는 남해안 일대의 굴 고막, 바지락 패각에 대한 부존환경을 조사하였으며 그리고 부존환경 개선, 환경오염 방지 등을 위한 패각의 재활용 방안을 확립하였다. 패각의 부존환경은 공유수면의 불법매립 또는 연안지역에 야적 .방치된 상태였다. 부존패각의 효율적인 재활용을 위하여 성인 메카니즘 그리고 XRD, TG-DTA분석을 행한 결과, 탄산칼슘으로의 제조가 최적임을 알았다. 본 연구에서는 부존 패각을 탄산칼슘과 과립형의 패화석비료로 재활용하였다.
굴 패각 분말의 입자분포가 채색시의 작업성과 채색도막의 내구성에 미치는 영향을 연구하기 위하여 입도분포와 입자형태(구형, 타원형, 길쭉한 막대형, 부정형)의 분포가 각각 다른 3종의 패각분말을 제조하여 연구에 이용하였다. 채색시의 작업성의 척도로서 발림성과 도막의 균일성을 평가하였으며, 도막내구성의 척도로서 도막의 밀착성과 표면경도를 평가하였다. 그 결과 작업성과 내구성은 입자크기보다는 입자형태에 의해 더 큰 영향을 받으며, 특히 길쭉한 막대형 입자의 구성비율이 높을수록 작업성은 떨어지는 반면 내구성이 향상되는 것으로 확인되었다. 이것은 단청 등 회화문화재 보존에 있어 중요한 고려사항인 내구성에 영향을 주는 중요인자를 확인한 결과로서, 단청문화재 보존 및 복원재료의 선정과 품질기준 마련뿐만 아니라 향후 이러한 특성이 제어된 고품질의 전통재료 생산에 중요한 근거자료가 될 수 있을 것으로 기대된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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