급격한 산업화와 인구증가로 인한 화학물질 사용량의 증가는 기존의 수 처리 방식의 대부분을 차지하는 생물학적 공정의 한계를 불러온다. 이와 같은 문제를 해결하기 위한 방법으로 고급산화공정의 하나인 오존 마이크로버블 기술이 최근 주목을 받고 있다. 본 논문에서는 마이크로버블의 물리학적 및 화학적 특성에 대해 논하고, 다양한 독성 오염물질의 제거를 중심으로 마이크로버블 오존산화공정을 분석하였다. 또한 다른 처리 기술과 결합한 오존 마이크로버블 기술의 용수 및 폐수처리 전망을 논하였다.
광물 구조에 분포하는 철의 산화수 정보는 유 무기적 퇴적광물형성 시 산화환원 조건 등 과거 퇴적 환경에 대한 정보를 제공한다. 특히, 생광물화작용에서 미생물의 역할을 규명하기 위해서는 고분해능 투과 전자현미경(HRTEM) 및 전자에너지 손실 분광기(EELS)를 활용한 나노스케일 분석이 필요하다. HRTEM-EELS를 이용한 광물구조 내 철의 산화수 및 탄소 결합 구조 분석, Fe(II)/Fe(III) 및 탄소 기원 분포영상으로부터 광물생성의 생물학적 요소를 판별할 수 있다. 이와 같은 나노스케일 분석을 통하여 지질미생물학자들은 미생물-광물작용의 증거를 직접적으로 얻을 수 있다.
본 연구에서는 비소로 오염된 지역의 토양 및 지하수에 동전기적 기술을 사용하고 배양된 토양 미생물과 배양액을 주입하여 토양 내의 토착 미생물을 활성화하여 비소의 이동도를 상승시키는 것이 주요목표이다. 생물학적 동전기법은 미생물의 전기적 이동을 이용하여 기존의 생물학적 복원에서 문제시 되어온 늦은 분해속도와 낮은 제거효율의 단점을 극복할 수 있었다. 이는 전극의 전해액 대신 토양 미생물과 배양액을 혼합 주입하여 유기물질을 전자 공여체로 이용하는 다양한 토양 미생물이 Fe, Mn 등을 환원하게 된다. 이에 따라 주변의 금속 산화 미생물이 As(III)를 As(V)로 변환시킴으로써 As(III)의 이동도가 증가하게 되고, 이로 인해 As의 이동도가 기존 동전기법의 약 30%에 비해 60 ~ 70%정도로 상승함을 확인하였다.
난분해성 및 독성 폐수 처리는 고급산화 기술과 생물학적 처리가 친화결합(intimate coupling) 을 이룰 때 최적의 효과를 거둘 수 있다. 본 연구에서는 광촉매 산화와 생물학적 처리를 친화결합하도록 고안된 다공성 $TiO_2$ 코팅 담체를 제조하여 광촉매 반응에 관한 동력학 연구를 수행하였다. 저온 sol-gel 코팅법으로 제조된 PVA 재질의 다공성 $TiO_2$ 담체는 UV 조사하에서 methylene blue (MB)를 효율적으로 분해하였다. 시험 농도(최대 100 ${\mu}M$)에서 MB의 흡착속도는 1차반응 (first-order reaction)의 성질을 보였으며, 흡착과 산화를 포함한 총반응속도는 유사 Langmuir 모델로 예측 가능하였다. 이러한 원인은 담체 표면에 MB가 흡착됨에 따라 UV 조사에 의하여 광촉매 반응이 일어날 표면이 줄어들었기 때문인 것으로 판단된다. 다공성 $TiO_2$ 담체의 단위 $TiO_2$ 량당 최대 MB 제거속도는 슬러리 $TiO_2$ 반응기에서 얻은 MB 제거속도보다 4배 더 빨랐다. 본 연구로 인하여 저온 sol-gel 코팅법으로 제조한 PVA 재질 다공성 $TiO_2$ 담체가 성공적인 광분해 반응을 나타내는 것이 확인되었으며, 동 담체에 대한 광촉매 반응의 동력학적 성질이 구명되어, 향후 생물처리를 친화결합 시킬 수 있는 연구 바탕을 확보하였다.
O_$3/H_2O_2$를 이용하여 1,4-dioxane의 산화처리에 미치는 $H_2O_2$ 농도의 영향에 대하여 고찰하였다. 또한 1,4-dioxane의 생물학적 분해가능성도 파악하였다. 실험은 bubble column reactor를 이용하여 수행되었으며, 여러 pH 및 $H_2O_2$ 조건에서 수행되었다. $H_2O_2$ 농도가 40 - 120 mg/L 범위에서, 초기 $H_2O_2$ 농도가 높을수록 1,4-dioxane의 제거율 및 생물분해성도 증가하였다.
1. 조사량의 증가는 PVA의 분해를 향상시켰다. 2. PVA의 초기 농도가 50 mg/L일 경우 1 kGy에서 99% 이상의 분해효과를 나타내었으며, 250 mgh일 경우 39.2% 의 분해 효과를 나타내어, PVA의 방사선에 의한 분해는 PVA초기농도에 영향을 받고 있음을 알 수 있다. 2. PVA 자체는 방사선에 의해서 효과적으로 분해 되었지만, TOC의 경우 초기농도50mg/L의 PVA를 제외하고는 아주 미비한 제거 효과를 보였다. 하지만 생분해도가 증가함으로써 방사선 처리후 생물학적 처리의 연계는 PVA를 완전히 산화시키기 위한 효과적인 방안이 될 수 있을 것임을 예측할 수 있었다.
인체의 뼈와 같은 손상된 경조직을 치료 또는 대체하기위한 정형외과용 임플란트를 설계하는데 있어 뼈의 생체역학적 특성과 유사한 성질을 갖는 다공성 지지체에 대한 연구가 최근 관심을 끌고 있다. 다공성 지지체는 조직이 원활히 재생될 수 있어야 하며, 또한 주변 조직과도 생물학적인 고착이 잘 되도록 기공들이 상호 연결된 구조를 가져야 한다. 이와 같은 다공성 지지체용 소재를 제조하기 위하여 본 연구에서는 타이타늄 분말을 사용하여 3차원 적층조형공정으로 다공성 타이타늄 지지체를 제조하였다. 제조된 다공체의 물성 및 기계적 특성을 평가하기 위하여 압축시험과 변형해석을 수행하였으며, 아울러 제조된 지지체의 생체적합성 향상을 위하여 양극산화 공정 등의 표면처리를 수행하여 그에 대한 특성을 평가하였다. 분말야금 공정으로 제조된 지지체는 골조직의 성장에 적합한 약 $300\sim400{\mu}m$의 기공 크기를 갖도록 제어하였고, 기공도는 60~75%로 제어하였다. 아울러 다공성 타이타늄의 생체적합성을 부여하기 위하여 양극산화공정으로 지지체의 표면에 Ca 및 P을 포함하는 산화층을 형성시키는 표면처리를 수행하였다. 양극산화공정에 의하여 표면에 미세기공을 포함하는 산화층을 형성시킬 수 있었으나 이와 같은 표면구조는 조골세포의 부착과 영향에는 큰 영향을 미치지 않는 것으로 확인되었다.
중금속을 처리하는 방법에는 일반적으로 화학적, 물리적 그리고 생물학적 처리방법 등이 있다. 이중 생물학적 처리방법은 미생물들의 자연 생체기작을 이용하는 방법으로, 생체축적 (biosorption & bioaccumulation), 산화환원반응 (oxidation & reduction), 메칠화 및 탈메칠화반응 (methylation & demethylation), 금속 유기물질 복합반응 (metal-organic complexation)과 비용해성 복합체형성 (insoluble complex formation) 등의 기작을 이용한 방법이다. 이런 중금속에 대한 생물학적 기작들은 중금속으로 오염된 환경을 복원시키는 데에 중요한 기술기반을 제공한다. 최근 금속의 종류와 미생물균주의 종류와 조건 그리고 오염환경에 따른 다양한 방법의 중금속 처리들이 제시되었고, 이는 주로 곰팡이, 박테리아, 조류(algae) 등을 이용한 방법들이다. 또한 분자생물학의 발전과 더불어 중금속 제거능력을 배가시킨 균주의 최근 개발시도는 기존의 생물학적 처리방법을 개량 발전시킬 수 있는 가능성을 제시하고 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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