도시화는 불투수면의 증가를 초래하여 자연적인 물순환 시스템의 왜곡, 비점오염물질 유출 증가, 하천의 수질악화 및 수생태계 훼손 등의 문제를 발생시킨다. 불투수면 증가로 인한 수리수문학적, 생태학적 및 환경적 영향을 저감하기 위하여 선진국에서는 저영향개발(Low Impact Development, LID)기법을 주요한 대안으로 적용하고 있다. 국내에서도 2012년에 비점오염원관리종합대책을 통하여 LID 기법을 비점오염 관리의 주요 방안으로 추진하고 있다. LID 시설은 물순환 구축을 통한 강우유출수의 유출저감과 함께 식물, 미생물, 여재에서의 다양한 물리화학적 및 생물학적 기작을 이용하여 오염물질을 제거하는 기술이다. 이러한 LID 시설에는 다양한 여재가 사용되고 있으나 여재의 오염물질 저감능력 평가를 위한 흡착과 탈착 특성 등에 대한 종합적인 비교평가가 수행되지 못하고 있다. 따라서, 본 연구에서는 LID 시설에 사용되는 다양한 여재 중에서 모래, 자갈, 바이오세라믹, 우드칩 및 바텀애쉬에 대하여 중금속(Pb, Cu)에 대한 흡착 및 탈착 특성 분석을 통해 여재의 환경성 평가를 수행하였다. 분석결과, 연구에 사용된 모든 여재에서 Pb에 대한 흡착 선호도가 Cu에 비하여 높게 나타났으며 흡착 kinetic 모델에서는 Pseudo second order equation의 적용성이 높게 평가되었고, 흡착등온식 모델에서는 Langmuir-3 isotherm이 높은 적용성을 보였다. 특히 여재 중에서 바이오 세라믹과 우드칩의 경우 Pb에 대한 뛰어난 흡착능을 보이는 것으로 평가되었다. 여재의 탈착 실험 결과 모든 여재에서 환경부 유해물질 기준에 초과하지 않아 LID시설에 다양하게 적용 가능한 것으로 나타났다.
피혁 제조 공정에서 계면활성제는 세정목적, 분산성 그리고 고착성 등을 부여하기 위해 사용되고 있다. 그러나 기존의 피혁 공정에서 사용되고 있는 계면활성제는 친수성기가 다량 포함되어 있어 향후 피혁 시장에서 요구될 것으로 기대되는 내오염성, 내수성, 내구성 통의 고기능성 특성을 재현하는데 문제점이 있다. 본 연구에서는 기존의 탄화수소 계열의 계면활성제의 문제점을 보완하기 위해서, 탄소-불소의 강한 결합에너지로 인한 표면장력 감소, 분산력 증대, 세정효과, 크롬 흡착력 증대 등의 특성을 나타내는 불소계 계면활성제를 제조하였다. 불소계 계면활성제의 사용으로 피혁 제조 공정의 분산성 증대, 침투력 상승 및 결합력을 향상시켜 크롬 흡착률 증가, 탄닝 폐수 배액의 크롬 함량 감소, 생물학적 산소 요구량, 화학적 산소 요구량의 함량 감소 및 물리적 특성이 향상되는 것을 확인하였다.
본 연구는 소수성 막 재질에 대한 막오염도를 평가하고자 수동흡착의 개념을 도입하여 정상운전을 위한 막 모듈 이외에 수동흡착 시험용 막 모듈을 설치하여 유출을 시키지 않은 상태에서 막 표면에 부착되는 미생물에 의한 막오염 정도를 분석함으로써 소수성 막오염 잠재성을 평가하고자 하였으며, 이때 운전조건으로 유기물 유입부하를 변화시켜 평가하였다. 이와 더불어 오염된 멤브레인을 세 가지 세정방법(두가지 물리적 세정과 화학적 세정)을 통해 막 세정 전후의 막오염 회복률을 평가하였다. 막오염 평가인자로는 반응조 내 MLSS 농도와 EPS 농도를 조사하였으며, 여과저항 값을 산정하여 막오염 전과 후, 세정 3단계 전과 후를 비교 평가하였다. 실험 결과로서, COD 농도가 750 mg/L인 가장 높은 부하량 조건에서 반응조 내 EPS 농도와 수동흡착 시험용 멤브레인의 여과저항 값이 가장 높게 나타났다. 또한 여과저항 값이 초기 운전 시작 후 차이를 보였지만 60일 이후의 최종 여과저항은 거의 일정하게 나타났는데, 이는 막 표면에 부착된 미생물량이 임계점에 이르러 수동흡착만으로는 더 이상의 막오염은 진행되지 않은 것으로 판단된다. PAds 상태에서 유기물 유입부하에 따른 오염된 막의 세정 전후의 여과저항 측정 결과에서는 3단계 세정 후 평균 회복률이 각각 Run 1이 78%, Run 2가 72%, Run 2가 69%로 유기물 부하가 높을수록 회복률이 떨어지는 것으로 나타났으며, 반면에 물리적 세정에 의한 복원률이 40일 경부터 Run 2와 Run 3의 물리적 세정에 의한 회복률이 낮아지는 것으로 보아 높은 유기물 부하로 인한 막표면의 케이크 형성으로 막오염이 심화된 것으로 판단된다.
$TiO_2$의 흡착에 의한 폐수처리는 거의 없으며, 본 실험의 T 산업 폐수에 평균 65mg/L 포함된 다량의 Cl ̄ 이온은 광산화 반응의 억제제(inhibitor)로서 작용하는 것으로 사료되었다. 암모니아성 질소가 초기 40 mg/L에서 운전시간 24 시간 후에는 60 mg/L까지 증가함을 알 수 있었으며, 질산성 질소의 농도는 15 mg/L 까지 증가하였다. ${PO_4}^{3-}$ 의 농도 변화는 거의 없었으며 1 mg/L 이하의 낮은 농도로 존재하였으며, 무기탄소 양은 매우 소량으로 거의 변화가 없었다. 운전기간 동안 pH 2.4 ~ 2.6으로 수렴하였고 반응속도의 변화는 거의 없었으며, CODcr에 대한 $BOD_{5}$의 분율은 반응이 진행될수록 증가하는 것으로 보아 난분해성의 폐수가 광촉매 반응 후 생물학적 처리가 가능한 폐수로 변화되었음을 알 수 있었다.
육류중에 잔류하는 항생물질 및 항균제를 검출하기 위해 본 실험에서는 3종의 균주 Bacillus subtilis ATCC 6633, Micrococcus luteus ATCC 9341, BAcillus cereus var. mycoides ATCC 11778을 사용하여 실험하였다. 시료의 clean-up은 항생·항균제의 물리화학적 성질을 고려하여 우선 McIlvaine buffer를 가하여 homogenize하고 hexane으로 defatting 시킨 후, chloroform으로 추출한 액과 Sep-Pak C18과 Bakerbond SPE carboxylic acid column에 흡착시킨 후 추출한 액을 각각 시험용액 A, B, C,로 하였다. 각 test solution을 paper disk를 사용하여 함균 배지에 올려놓고 overnight culture 후 inhibition pattern을 통해 여러 종류의 항생·항균제를 계통적으로 검출하였다. 본 실험에서 macrolide계와 tetracycline계 등은 0.1ppm 이하의 detection limit을 보였으며, penicillinrP는 0.001ppm이하의 높은 detection limit을 나타내므로서 시료중에 잔류하는 극미량까지도 검출할 수 있었다. 본 방법은 식육중의 잔류 항생·항균제를 동시에 간단하게 계통적으로 분류하는데 있어 좋은 방법이라고 생각되며 항생·항균제의 체계적인 1차 screening 수단으로서 유용한 방법이라 사료된다.
마산만을 대상으로 하여 연안환경 중의 PAHs의 거동을 STELLA프로그램을 이용하여 파악하였다. 상태변수로는 용존 PAHs, 부유입자물질 중의 PAHs, 식물플랑크톤 내의 PAHs, 저질중의 PAHs 둥을 고려하였다. 화학적, 생물학적 과정으로는 용존 PAHs에서 광분해, 부유입자물질에서 흡착과 탈착, 식물플랑크톤에 의한 흡수 및 분비와 퇴적물로의 침강을 고려하였다. STELLA 프로그램을 이용하여 모델을 재현하였으며, 민감도 분석을 시행하였다. 또한 하천 및 대기로부터의 유입부하변동에 따른 현상황을 시나리오를 구성하여 시행하였다.
전 세계적으로 이산화탄소를 저감하기 위한 연구활동이 활발히 진행중이나 현재까지는 산업생산성에 영향을 미치지 않을 정도로 경제적인 이산화탄소 저감법은 개발이 되지 않은 실정이다. 미국, 일본 등 선진국을 중심으로 각국별 사정에 맞는 이산화탄소 저감법을 연구중인데, 대표적인 기술로는 흡수법, 흡착법, 생물학적 고정화, 막분리법, 심냉법, 산소연소법 등이 있다. 각 기술별로 장·단점이 있지만 배출되는 이산화탄소 중 보다 많은 양을 줄이기 위해서는 발전소, 철강업 그리고 시멘트업 등과 같은 대규모 발생원에서 발생되는 배기가스 중 함유된 이산화탄소를 저감하는 것이 효율적이다.(중략)
암환자의 생명을 가장 위협하는 암세포의 전이는 숙주와 암세포의 상호작용을 포함하는 여러단계의 연쇄적인 과정이다. 전이의 발생은 하나의 세포나 집단의 암세포가 첫번째 암발생 부위에서 분리되어 국소적으로 침투하고 순환기계에 들어가 다른곳에 흡착 후 다른 장기의 interstitium과 parcnchyma에 입출(extravasate)하게 되며 2차적 colony로서 자라나 stroma나 basement membrine과 같은 생물학적 울타리를 파괴한다. 전이의 각단계에서 암세포는 면역세포의 공격을 피하여야만 한다. 세포의 이동은 태아의 생성(embryonic events), 성장세포의 재조함(remodeling), 상처 치유(wound healing), 맥관형성 (angiogenesis), 면역 방어 (immune defence)의 경우에 아주 중요한 역활을 한다. 정상적인 경우에 세포의 이동은 잘 통제가 되지만 암세포의 이동은 비정상적으로 통제가 되거나 자체내에서 통제가 된다. 암세포는 숙주에서 생산되는 scatter factors, growth factor, extracellular matrix components, 그리고 암세포에서 발생되는 autocrine utility factors를 포함한 여러가지 인자에 의해 영향을 받는다.
토양에 존재하는 다핵방향족탄화수소(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons, PAHs)의 처리를 위하여 자연계로부터 분리된 균주는 Pseudomonas sp.로 동정되었으며, 이 균주를 KM1으로 명명하였다. 균주의 최적 성장조건은 회분식 배양에서 $35^{\circ}C$, pH 7로 나타났다. 분리균주 Pseudomonas sp. KM1에 의한 7-PAHs(naphthalene, acenaphthylene, acenaphthene, fluorene, phenanthrene, fluoranthene and pyrene)의 분해실험결과 배양 1일 만에 fluoranthene을 제외한 naphthalene, acenaphthylene, acenaphthene, fluorene, phenanthrene and pyrene 이 분해됨을 확인할 수 있었다. 그리고 토양유무에 따른 PAHs 분해실험 결과, 흡착분배계수와 유기물함량(%)이 큰 신동방이 경방이나 봉동보다 분리균주에 의한 생분해율(%)이 낮았다. 토양에 오염된 유기화합물의 분배특성과 토양 내 유기물함량(%)이 오염된 토양의 생물학적 처리효과에 영향을 미치는 중요한 인자인 것으로 나타났다.
수계에 오염된 색도 물질을 더욱 효율적으로 처리하고자 버려지는 폐자원을 이용하여 흡착제인 바이오차를 제조하고 적용하는 방안을 모색하고자 하였다. 이에 가로수 전정부산물이나 폐목재를 활용하여 넓은 비표면적을 가지고 있는 바이오차를 제조하고 이를 이용하여 색도물질 제거에 적용하였다. 대표적인 가로수 전정부산물(플라타너스, 은행나무, 참나무)과 폐목재를 산소가 없는 조건에서 열분해하여 바이오차를 제조하였으며, 제거대상 물질로는 방향족 고리를 가지고 있어서 생물학적 분해가 어렵고, 물리적 처리와 화학적 처리시 제거효율이 떨어지는 것으로 알려져 있는 녹청색의 유기염료로 주로 인피섬유에 사용되며, 종이, 가죽과 면의 매염에 사용되기도 하는 메틸렌블루(MB)를 선정하였다. 실험결과 플라타너스 기반 바이오차가 제일 높은 흡착능을 보였으며, Langmuir 모델식을 이용하여 구한 qmax 값은 78.47 mg/g으로 나타났다. 또한 물리적 흡착과 화학적 흡착을 구별하는데 사용되는 Dubinin-Radushkevich(D-R) 모델식을 이용하여 흡착에너지(E) (kJ/mol)를 구한 결과 MB에 대한 흡착에너지(E) 값은 4.891 kJ/mol로 8 kJ/mol(물리흡착과 화학흡착의 기준 값) 보다 작았으며, 이는 바이오차와 MB 염료 사이에 van der Waals와 같은 약한 결합이 존재하는 물리흡착임을 알 수 있었다. 반응온도 변화에 따른 흡착실험을 통해 얻은 ∆G의 값은 -3.67~7.68 kJ/mol으로서 물리적 흡착반응 영역에 해당함을 확인하여, 본 연구에서 제조된 플라타너스 기반 바이오차의 MB 흡착메커니즘은 넓은 비표면적을 이용한 물리적 흡착임을 제시할 수 있었다. 또한 타 연구에서 제시된 상업용 활성탄과 비교하여도 동등 이상의 흡착능력을 보였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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