생물학적 슬러지를 대상으로 간헐포기 소화와 호기성 소화의 회분실험을 실시하였다. 생물학적 슬러지의 간헐포기 및 호기성 소화 초기단계에서 미생물의 감량은 주로 내생 호흡에 의해 이루어졌다. 이 단계에서 질소는 곧바로 용출되지 않고 슬러지내에 잔존함으로서 슬러지의 질소함량은 일시적으로 증가한다. 그러나 소화후반에서는 최초의 질소함량수준으로 다시 감소하였다. 34일간의 회분식 소화에서 호기성 소화의 총질소 제거효율은 0.1%로서 거의 제거가 안된 반면, 포기 비율 0.25, 05 및 0.75인 간헐포기 소화에서는 각각 42.7%, 42.5% 및 17.6%로 나타나 간헐포기 소화가 호기성 소화보다 질소 제거측면에서 우수하였다. VSS의 감소에 따라 슬러지내의 인도 수중으로 용출하였으나, 인 용출율은 VSS 감소율 보다 훨씬 낮았고 그 결과 소화슬러지의 인 함량은 지속적으로 증가하였다. 호기성 소화와 간헐포기 소화는 소화슬러지의 인 함량이 증가하는 공정이므로 반송수의 인 부하는 상대적으로 낮아지게 되고 이는 하수의 영양염류 제거측면에서 긍정적인 효과를 미칠 것으로 기대된다.
백미삼을 원료로 엑기스를 조제할 때 추출조건으로 추출용매와 농도, 추출온도와 추출시간 등이 엑기스의 당류와 유리당 그리고 질소화합물 조성에 미치는 환경을 조사한 결과를 요약하면 다음과 같다. 당류로서 전당, 환원당 및 전당은 추출용매 ethanol의 농도가 증가됨에 따라 감소되었고 온도 상승에 따라서는 증가되는 경향이었으나 상대적으로 유리당은 증가되었으며, 추출시간에서는 0% 및 70% ethanol구 모두 초기 용출이 컸으나 회수별 당류간의 구성비율에서는 큰 차이가 없었다. 3~4회 추출로 가용성 당류의 94.14~99.95%가 용출되었다. 유리당은 fructose, glucose, sucrose, maltose로 구성되어 있으며 sucrose가 90% 이상 대부분을 차지하는 특징적 구성을 가지고 있다. Ethanol 농도 증가에 따라 단당류는 감소되는 반면 이당류는 증가되었다. 용출온도 상승에 따라서는 반대의 경향을 보였다. 4회 추출로 가용성 유리당의 98% 이상이 용출되어 당류및 유리당의 용출율로만본다면 3~4회 추출이 적합하였다. 질소화합물을 전당류, 수용성비단백태질소, 불용성단백태질소, 수용성단백태질소로 분별하여 조사한 결과 질소화합물 총량의 84% 이상을 수용성비단백태질소가 점유하는 특징적인 구성을 가지고 있으며 일반적으로 추출용매 ethanol의 농도가 증가될수록 전질소와 수용성비단백태질소의 용출은 감소되었고, 특히 90%구에서 현저하였으며 추출온도 상승에 따라서는 커다란 차이가 없었으나 $100^{\circ}C$구에서 수용성단백태질소가 현저하게 증가되었고 3회 추출로 가용성질소화합물의 80% 이상이 용출되었다.
충북 단양에 위치한 조일 광산에서 채취한 구리와 아연으로 오염된 광미 (광산 폐기물로서 금속 추출 후 남은 찌꺼기)를 효율적으로 처리하기 위하여 생물학적 용출기법(bioleaching)의 효율 증진에 관한 연구를 수행하였다. 기본 배지 조성(9K medium) 중 미생물의 성장 및 증식, 용출 효율에 영향을 미치는 인자인 에너지원, 인, 질소원의 농도를 변화시키며 배지 조성에 따른 중금속의 용출 효율을 관찰하였다. 그 결과 인 농도 변화는 인을 첨가하지 않았을 때, 아연과 구리의 용출 효율이 각각 98.8%와 47.5%로 나타났고, 질소원은 45mM 농도로 주입하였을 때 아연, 구리 각각 85%와 46.4%의 용출 효율을 보였다. 에너지원 변화에 서는 아연의 경우 에너지원을 첨가하지 않았을 때 93%의 용출 효율을 나타냈고, 구리의 경우는 160mM 첨가했을 때 46.4%로 가장 높은 용출 효율을 나타냈다.
생분해성 중합체 코팅 요소는 질소 용출을 제어하면서, 질소이용 효율을 극대화하며 농업생태계의 비점오염원을 줄여주는 역할을 한다. 따라서 본 연구의 목적은 생분해성 중합체 혼합물을 이용한 코팅 요소의 용출 패턴과 온실가스 배출량을 구명하는 것이었다. 처리내용은 속효성 비료인 요소를 대조구, 난분해성 코팅 요소(NBCF), 생분해 완효성 코팅 요소(NB60)와 생분해성 완효성 코팅 요소(MDS)를 토양에 혼합한 4가지 수준으로 구성하였다. 침출수에 대한 최대 총 질소 누적 농도는 NBCF가 NB60보다 33% 높았으며, NB60이 NBCF 보다 최대 용출 기간은 10일 지연되는 것으로 나타났다. 누적 총 질소 및 NO3-N의 용출 패턴에서 NB60과 NBCF는 일차 직선형태로 동일하였지만, 대조구와 MDS는 Sigmoid curves 형태로 누적 용출 농도는 MDS가 대조구보다 높게 나타났다. 생분해성 코팅 요소의 온실가스 발생량을 살펴보면, CH4의 발생량은 대조구 대비 NBCF, NB60, MDS 각각 0.38%, 11.36%, 5.91% 증가하였고, 또한 N2O의 발생량은 대조구 대비 각각 50.5%, 32.4%, 58.8% 증가하는 것으로 나타났다. 따라서 생분해 완효성 코팅 요소는 비료 이용성을 감안하여 포장에 시용할 경우 비료 시용량뿐만 아니라 농업생태계 비점 오염원을 줄일 수 있을 것으로 판단된다.
질소원으로 사용되고 있는 요소비료에 고분자 아크릴을 물리적으로 피복하여 제조된 완효성 요소비료의 피복율에 따른 포장용출율, 수중 및 토양중 용출율을 측정하여 이들간의 상관관계에 토양에서 피복물질의 분해특성을 조사하였다. 공시 피복요소비료의 수중 질소용출율과 토양중 질소용출율은 피복율이 낮을수록 용출율은 높았으며 온도가 높을수록 용출속도는 증가하였다. 질소의 용출패턴은 polymer의 피복율의 낮을수록 초기에 급격하게 용출되었고, 피복율이 높을수록 질소용출은 지연되었다. 그리고 토양중 용출속도는 수중조건에 비하여 전반적으로 빠르게 용출되었으며, 실제 포장에서의 용출특성은 항온 토양매립 조건과 유사한 경향을 나타내었다. 실내 토양 매립 조건과 실제 포장에서의 상관관계는 피복율 8.5%인 N001에서 $Y=-0.0011X^2+2.2931X-50.264(R^2=0.9884)$, 피복율 6.3%인 N003은 $Y=-0.0016X^2+1.1587X+5.5064(R^2=0.9850)$ 그리고 피복율 4.8%인 N005는 $Y=-0.03X^2+6.4999X-243.22(R^2=0.9422)$ (Y:포장용출율, X:시험기간)의 관계식을 나타내었다. 그리고 실내 수중조건과 실제 포장에서의 상관관계는 피복율 8.5%인 N001에서 $Y=-0.0011X^2+2.2601X-25.329(R^2=0.9884)$, 피복율 6.3%인 N003은 $Y=-0.0306X^2+4.4994X-76.307(R^2=0.955)$ 그리고 피복율 4.8%인 N005는 $Y=-0.0164X^2+3.7764X-108.22(R^2=0.9422)$의 관계식을 나타내었다. 피복물질인 고분자 아크릴 피복제의 논토양에 매립 기간에 따른 피막의 중량변화는 토양매립 150일 경과 후 피복율 8.5% 비료에서 약 23%, 피복율 6.3% 비료에서 약 22% 그리고 피복율 4.8% 비료에서 약 15%정도 감소되었다.
폐지섬유 내로 요소를 침적시켜 폐지섬유 내에 침투된 요소성분이 토양 중에서 서서히 용출됨으로써 작물의 요구에 알맞게 양분을 서서히 공급함과 동시에 이들 폐지섬유도 분해되도록 개발된 완효성 요소비료(시제품)의 화학적 특성, 미세구조 및 수중 질소용출량을 조사한 바 얻어진 결과를 요약하면 시제품의 화학적 조성은 질소가 26%, 인산, 가리는 각각 0.04. 0.01%였으며, 함유된 유해성분들 중에 크롬, 구리 납 등은 검출되었지만 비료공정규격 이하였으며, 비소와 카드뮴은 검출되지 않았다. 폐지섬유와 시제품의 구조를 주사전자 현미경(SEM)으로 확대해 보면 폐지섬유의 내부에는 빈 공간이 보이지만, 시제품에서는 폐지섬유의 셀룰로오스성 -OH기에 극성의 요소성분이 달라붙어 있었으며, 세포벽에 요소가 침적된 모습이 보인다. 시제품의 수중 질소용출량은 12시간까지는 60.4%로 급격하게 용출량이 많았으나, 그 후 서서히 용출되어 72시간에 75%까지 용출되었다.
Pot당 풍건토양 15㎏에 질소비료를 제외한 인산과 가리비료만 시용한 무질소구(None-N), 질소비료로 요소를 시용한 요소구(urea, control)와 질소비료로 폐지섬유를 이용한 시제품을 사용한 시제품구(SRF)에 배추(평강하보배추)를 공시하여 작물의 생육, 수량 및 수량구성요소, 작물의 양분이용율 및 토양의 화학적 특정변화 등을 조사하여 실용화 가능성을 검토한 결과는 다음과 같다. 시제품의 질소수중용출량은 12시간까지는 60.4%로 급격하게 용출량이 많았으나, 그 후 서서히 용출되어 72시간에 75%까지 용출되었다. 최엽장은 시제품구와 요소구간에 전생육기에 비슷한 경향을 보였다. 정식 후 40일의 엽록소 함량과 광합성능력은 시제품구에서 요소구보다 다소 높았다. 구고, 구폭, 엽수 및 개체당 생체중은 시제품구와 요소구간에 통계적인 유의성은 없었다. 수확기에 식물체중 전질소함량과 질소이용율은 시제품구가 요소구보다 높았으며, 질소흡수량은 시제품구가 요소구보다 11% 높았다. 시험 후 토양중 전질소함량은 시제품구와 요소구간에 비슷한 경향이었다.
호수 퇴적물의 용출로 인한 수질오염을 예측하고 퇴적 위치에 따른 용출 특성을 파악하기 위해 환경 조건에 따른 용출 차이를 분석하였다. 분석 항목으로는 질소계열, 인계열, COD를 분석하였으며, 모든 시료의 분석 방법은 호수 내부수의 염도가$(Cl^-)$ 2,000 ppm 이상이므로 해수 수질공정 시험법에 준하여 실시하였다. COD는 혐기조일 경우 A지점에서 C지점으로 갈수록 용출율이 증가한 반면, 호기조일 경우 증 감의 경향성이 없었다. $NH_3$-N의 호기조일 경우 A지점에서 C지점으로 갈수록 용출율이 감소하였고, 반대로 질산화 작용으로 인해 $NO_3$-N과 T-N은 A지점에서 C지점으로 갈수록 용출율이 증가하였다. $NH_3$-N, $NO_3$-N의 혐기조는 A지점에서 C지점으로 갈수록 용출율이 증가하였으나 탈질화 작용으로 인하여 T-N의 용출율은 감소하는 경향을 보였다. $PO_4$-P, T-P의 경우 호기조에서 B지점의 용출율이 가장 낮았으며, 이는 용존 산소의 함량이 많아 무기물이 산화되면서 인의 용출이 억제된 것으로 판단된다. $PO_4$-P의 혐기조일 경우 A지점부터 C지점의 용출율이 서로 유사하였다. COD와 $NO_3$-N의 경우 혐기조보다 호기조에서 용출율이 높았으며, 그 외의 항목에서는 호기조보다 혐기조에서 용출율이 높았다.
본 연구는 90-95$^{\circ}C$에서 물과 함께 가열하여 닭뼈 용출액을 만들고 유리아미노산과 아미노태질소 및 Ca, p, Fe의 함량을 측정한 결과 다음과 같은 결과를 얻었다. 1. 닭뼈 용출액에 가장 많이 함유된 아미노산은 glutamic acid로 총 유리아미노산의 약 20%를 차지하였으며 다음으로 Iysine, alanine, cysteine, glycine이 풍부하여 이들이 닭뼈 용출액의 주요 정미성분으로 인식되었다. 2. 닭뼈 용출액 중의 아미노태질소의 함량은 3시간 가열시까지 증가하였으며 4시간이후부터 감소하기 시작하였다. 3. Ca과 P은 3시간 가열시 각각 5.0 mg/100g chicken bone과 42.5 mg/100 g chicken bone이었다가 4시간 가열 이후 감소하기 시작하였으며 Ca/P의 비율은 대체로 1:7.1-8.6정도로 P의 함량이 Ca에 비해 매우 높은 편이었다. Fe은 가열시간 증가에 따라 4시간까지는 증가하였으나 이후 감소하였다. 4. 관능검사 결과 닭뼈 용출액의 색은 5시간 가열시에 유의적으로 색이 진해 졌으며, 풍미는 3-4시간 가열시에 강하게 나타났다. 또한 전체적인 수응도는 3시간이상 가열시에는 유의적인 차이를 보이지 않았다. 이상의 결과 닭뼈에서 Ca, P, Fe같은 무기질의 용출은 매우 낮아서 닭뼈 용출액이 무기질 섭취면에서 별로 효과적이지 않은 것으로 보이나 유리아미노산과 아미노태질소로 인한 정미성분으로서의 이용은 매우 바람직한 것으로 나타났으며, 이들 정미성분의 이용을 위해서는 90-95$^{\circ}C$에서 3-4시간 정도의 가열이 적당할 것으로 사료된다.
농업용 저수지의 수질 개선을 위한 효율적 관리 방안은 본 연구에서 제시되었다. 홍동 저수지는 저수지 유역 내에 농경지, 산림지역, 주거지역, 그리고 축산지역 등을 포함하고 있다. 수질 환경을 복원시키기 위해 우선 저수지 내 퇴적물의 오염도를 조사되었고 저수지내 퇴적토의 잠재적인 영양염류인 분석한 결과 총질소(T-N)은 $1.06g/m^2-d{\sim}3.67g/m^2-d$로 분포를 보이고 총인(T-P)는 $0.52 g/m^2-d{\sim}1.12g/m^2-d$로 측정되었다. 또한 퇴적토 준설 시 용출 특성 분석을 위해 72시간동안 20 혐기성 조건으로 시험을 진행되었다. 총인(T-P)와 (인산염인) $PO_4$-P의 농도는 시간에 따라 비교적 일정하게 용출되는 특성이 나타났으며 총질소(T-P)의 경우에 아질산성 질소($NO_2$-N)와 질산성 질소($NO_3$-N)의 탈질산화로 인하여 그농도가 불규칙적으로 용출되는 특성을 보였다. 특히, 암모니아인 경우는 컬럼 내부의 혐기성 조건으로 형성된 낮은 pH로 인하여 질소($N_2$)와 함께 용출 양은 극히 미량으로 측정되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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