침지형 막/생물반응기에 암모니움 합성폐수를 공급하여 약 350일 동안 운전하면서 질산화 특성 및 미생물의 분포 변화를 살펴보았다. 원수의 암모니움 농도는 500-1000 $mgNH_4-N/L$, 질소 부하는 $1-2\;kgN/m^3{\cdot}d$로 공급하였고, 용존산소(DO)농도, 슬러지 체류시간(SRT), 온도 변화에 따른 질산화 효율, 아질산성 질소의 비율, 슬러지 농도, sludge volume index(SVI)변화를 모니터링 하였다. DO 농도, 온도, SRT 증가에 따라 암모니움 산화율은 증가하였으며, 이와 같은 암모니움 산화율의 감소로 MBR 내에서 free ammonia($NH_3-N$)농도가 증가할 경우 처리수에서 아질산성 질소의 비율이 높아졌다. 운전 기간 중 원인이 뚜렷하지 않은 질산화 효율의 급격한 감소가 관찰되었는데, 이때 슬러지 벌킹 및 SVI 값의 증가가 동시에 수반되었다. 운전 후반부에 질산화균이 우점된 MBR에 추가로 유기물을 공급하면, SVI 값이 2배로 증가하였고 암모니움 산화율은 감소하였다. FISH 분석에서 나타난 MBR내의 미생물 분포는 암모니아 산화균의 경우 Nitrosomonas가 우점하였으나 운전 후반부로 갈수록 Nitrosospira의 비율이 Nitrosomonas와 비슷할 정도로 증가하였다. 아질산 산화균은 Nitrospira가 우점하였지만 Nitrobacter 역시 운전기간 내내 관찰되었는데, 이는 MBR 내에서 높게 유지된 아질산성 질소가 Nitrobacter의 성장에 도움을 준 것으로 보인다.
미사일 추력기 체계에 적용되는 하이드라진[$N_2H_4$]추진제는 MSDS-OHS 유해성 분류상 급성독성 물질로서 사용이 제한되고 있는 바, 다양한 대체물질이 개발 중이다. 최근 해외에서 안전성과 취급이 우수한 질산 히드록실암모늄[$NH_3OHNO_3$]과 암모늄 디나이트라마이드[$NH_4N(NO_2)_2$] 기반 단일계 액상추진제가 개발중이며, 이 물질들을 이용한 추력기 시스템 적용 시험이 진행되고 있다. 그러나 저온에서의 연로물질 산성화 반응으로 인한 디나이트라마이드[$N(NO_2)_2{^-}$] 물질의 분해는 나이트레이트[$NO_3{^-}$] 이온 생성을 촉진시키며, 부수적으로 발생하는 침전물은 촉매 및 노즐의 막힘 현상을 유발하므로 추력기 성능의 저해요인으로 작용한다. 그러므로 저온분해 방지를 위한 첨가제 조성 개발 및 열분해 특성 연구가 최근의 관심사이다. 본 연구는 합성/정제/추출한 암모늄 디나이트라마이드 산화제를 주요 조성물로 적용하였으며, 염기성 안정화제를 질량비율 4~5% 첨가하여 산성화 반응을 억제시킨 단일계 액상추진제(KMP) 형태로 제조하였다. 합성한 추진제는 시차주사열량계(DSC)를 이용하여 분해온도를 측정하여 열안정성을 평가해보았다.
오수유입수 관개답에서 작물 및 토양에 미치는 영향을 평가하기 위하여 익산천 하천부지논에서 2002년부터 2003년까지 벼를 대상으로 농가관행시비량과 50%감비량구 및 무비구를 두어 재배한 후 오수유입수 관개답에 대한 환경영향평가를 실시한 결과는 다음과 같다. 오수 유입답 담수일수별 논물 중 $NH_4-N$ 함량을 분얼기와 유수형성기에 비교한 결과 1일 담수는 $40{\sim}52%$, 4일 담수는 $88{\sim}98%$까지 각각 감소되었고 유수형성기가 분얼기보다 크게 감소되었다. 시비수준별 논물유출수의 성분함량변화는 농가관행시비보다 50% 감비시용이 $NH_4-N$는 17%, $NO_3-N$는 40%정도 감소되는 것으로 나타났고 지하수 침투수중 양분함량은 벼 재배기간 중 50% 감비가 관행시비보다 K는 18% 정도, $NO_3-N$는 4% 정도 감소되었다. 오수유입수 관개답에서 벼 재배 후 토양 층위별 질소 및 유효인산 증감정도는 농가관행시비시 작토층에 유효인산성분이 가장 많게 축적되었고, 50% 감비에서는 유효인산 집적량이 현저히 감소되었다. 토층 $50cm{\sim}100cm$에서도 농가관행 시비구에서 인산 및 질소가 집적되는 경향이었다. 토양 중 중금속 집적량은 대부분 성분이 자연 함유량 이하였으나 Cu와 Pb함량이 약간 증가되었다. 시비수준별 백미수량은 50%감비 시용구에서 농가 관행시용대비 98%가 생산되었고 완전미 비율은 증가되었다.
본 연구는 인공광을 이용한 순환식 수경재배시 배양액농도가 적축면 상추 생육과 배양액내 다량 원소 농도의 변화에 미치는 영향을 구명하고자 수행되었다. 형광등과 LED의 광도는 100μmol m-2·s-1±20 수준이었으며, 배양액 농도는 일본 야채다업시험장 표준배양액의 1/2배액, 1배액 및 2배액 수준이었다. 일주일마다 줄어든 배양액 양만큼 보충하면서 재배되는 수경재배시스템에서 적축면 상추('뚝섬' 동부하이텍, 품종)를 재배하였다. 적축면 상추의 생육은 농도가 진한 2배액에서 가장 좋은 것으로 나타났다. 재배기간 중 배양액의 EC는 1배액에서는 2dS.m-1 내외에서 비교적 안정적으로 유지된 반면 2배액에서는 상승하는 경향을 보였다. 배양액의 무기성분 함량은 2배액, 1배액, 1/2배액 순으로 높았다. 재배기간 중 배양액 내 NO3-N, Ca2+, Mg2+ 농도는 1배액, 2배액에서 지속적으로 증가한 반면, NH4-N 농도는 1배액, 1/2배액에서 지속적으로 감소하는 결과를 나타내었다. 적축면 상추 엽내 K, Ca, Mg 함량은 정상 범위를 유지한 반면, P 함량은 1.3~1.6%로 적정 성분함량 범위 보다 높게 나타났다. 적축면 상추재배 시 재배기간이 경과함에 따라 NH4-N 함량이 감소하는 경향을 보여 NH4-N 비율을 높이거나 더 첨가해 줄 필요가 있는 것으로 나타났다.
혐기성 암모늄 산화공정 전처리로써 적절한 $NO_2{^-}-N/NH_4{^+}-N$ 반응비율에 맞는 유출수를 생성하기 위한 연구실 규모의 연속 회분식 반응기 시스템을 적용하였다. 부분아질산화 적용에 있어서 운전인자들을 이용하여 AOB를 활성화하고, 동시에 NOB를 억제하는 다양한 전략이 있다. 하지만 적용된 인자들은 명확히 정의되지 않고 아질산 축적에 있어서 극복할 점이 있다. 본 연구의 목적은 부분아질산화의 주 인자를 조사하여 안정적인 공정을 구축하는데 있다. 부분아질산화 시스템을 구축하기 위하여 우세적인 인자인 온도, 중탄산알칼리도, pH를 평가하고자 한다. 실험의 결과로써 알맞은 알칼리도 비가 $35^{\circ}C$와 상온 두가지 온도범위에 안정적인 50% 부분아질산화가 이루어졌다. 이는 질산화시 필요한 알칼리도를 50% 아질산화에 맞추어 주입하여 질산화과정을 억제하는 것이다. 알칼리도 비는 pH 조절없이 50% 부분아질산화의 전략으로 제안한다. 유출수의 $NO_2{^-}-N/NH_4{^+}-N$ 비가 거의 100%에 다다랐을 때 중탄산알칼리도는 각각 6.8, 6.7이 되었다. PCR-DGGE의 미생물 분석 결과 암모늄산화균이 지배적인 질산화균임을 알 수 있었으며 NOB는 억제되어 활성을 잃은 것으로 사료된다.
규회석분말, 염화칼륨, 황산칼륨이 요소의 암모니아화 및 질산화에 주는 영향을 밝히고자 흙 500g씩을 플라스틱 포트에 담아 비닐하우스내($30{\sim}35^{\circ}C$)에서 17일간 밭상태로 보존하며 얻은 시험 결과는 다음과 같다. 1. 황산칼리는 염화칼리보다 규회석분말의 토양산성중화를 용이하게 하였으며 이 효과가 요소질소의 암모니아화 및 질산화를 촉진하였다. 2. pH 6.0이하에서는 $(NH_4+NO_3)-N$에 대한 $NO_3-N$의 비율이 20%이다. 3. 토양의 pH 5.2~6.0은 암모니아의 질산화를 억제하는 임계범위가 되거나, 질산화를 억제하는 농도까지 암모니아를 집적시키기 쉬운 범위인 것 같다. 4. 암모니아의 질산화는 저수분의 풍건토양에서도 일어나는 것 같다.
생물계면활성제 생성균주, Pseudomonas aeruginosa F722를 이용하여 다양한 배양조건과 배지조성에서 생물계면활성제 생산성을 검토하였다. 질소원과 탄소원을 검토하기 전에는 P. aeruginosa F722의 생물계면활성제 생산량은 0.78 g/l이었다. 하지만, 질소원과 탄소원을 검토한 후에는 생물계면활성제 생산량이 2배 증가한 1.66g/l이었다. 무기질소원으로 $_NH4$Cl 또는 $NaNO_2$를 첨가하였을 때 생물계면활성제 활성에 효과적이었으며 유기질소원으로는 yeast extract 또는 tryptone을 첨가하였을 때 생물계면활성제 활성이 높았다. 이중 무기 질소원으로 0.05% $NH_4$Cl , 유기 질소원으로 0.1% yeast extract를 질소원으로 첨가하였을 때 가장 최적이었다. 탄소원으로 소수성 기질(n-alkane) 또는 친수성 기질(glucose, glycol)을 첨가하여 생물계면활성제 생산량을 조사하였는데 소수성 기질보다는 친수성 기질인 3.0% glucose를 첨가하였을 때 생물계면활성제 생산량이 높았다. 이때의 탄소원/질소원 비율은 17~20이었다. P. aeruginosa F722는 배양조건 3.0% glucose, 0.05% $NH_4$Cl, 0.1% yeast extract, $35^{\circ}C$, pH 7.0, C/N ratio 20, 5 days에서 생물계면활성제 생산량은 1.66g/l이였다. 질소원이 결핍 후 탄소원을 첨가하여 배양하였을 때가 질소원과 탄소원을 함께 첨가하여 배양했을 때보다 생물계면활성제 생산속도 및 균체 생장속도가 높았다. 최적 배양조건하에서 얻어진 배양액의 표면장력은 30mN/m이었다.
이 연구에서는 우유가공 : 제지 : 분뇨 슬러지의 습무게 비율을 0 : 80 : 20, 25 : 60 : 15, 50 : 40 : 10, 75 : 20 : 5 그리고 100 : 0 : 0의 5가지 비율로 섞은 혼합물을 지렁이에 급이 하여 2주 후 유기물의 분해율과 생산된 분변토의 이 화학적 특성을 조사하였다. 그 결과는 다음과 같다: 분변토를 생산하기 위하여 지렁이에 우유가공 슬러지만을 급이 하였을 때와 우유가공 슬러지 25%, 제지 슬러지 60% 그리고 분뇨 슬러지 15%로 섞어 급이 하였을 때 분해율이 가장 높았으며 각각 19.9와 19.1%로 비슷하였다. 우유가공 슬러지만을 급이 하였을 경우가 우유가공 슬러지와 분뇨 및 제지 슬러지를 혼합 급이 하였을 경우보다 분해율이 높아 오히려 우유가공 슬러지만 지렁이에 급이 하는 것이 다른 슬러지와 혼합하여 급이 하는 것보다 적합하였다. 퇴비화 기간 2주 후 생성된 분변토 중 회분, T-P, $NO_2{^-}-N$, $NO_3{^-}-N$, Mg, K 함량은 증가하였으나 수분, VS, TKN, $NH_4{^+}-N$, Ca 함량은 감소하였다. 분변토의 중금속 함량은 분해율이 가장 높았던 MPS-100의 경우 Hg를 제외하고 모두 증가하였다. 나머지의 경우 As, Cd, Cu 그리고 Ni 함량은 지렁이에 급이 한 후 증가하였다. 반면에 Hg과 Pb는 감소하였다. 그러나 Zn의 함량 차이는 미미하였으며 Cr과 Ni은 뚜렷한 경향을 보이지 않았다. 분변토의 pH는 초기 혼합물의 pH 보다 감소하였다. 우유가공 슬러지만 그리고 우유가공, 제지와 분뇨 슬러지를 다른 비율로 섞은 4가지 혼합물을 지렁이에 급이 하여 생산된 분변토들은 모두 비료공정규격 부산물비료의 기준을 충족하였다.
삼림토양(森林土壤)의 비옥도(肥沃度)를 질소성분(窒素成分)의 면에서 해명하기 위한 하나의 수단으로서 서로 다른 8개(個) 토양형(土壤型)에 대하여 질소(窒素)의 형태(形態)를 검토하였다. 유기물층(有機物層) 및 광질토양층(鑛質土壤層)의 무기능질소(無機態窒素)($NH_4-N+NO_3-N$)는 전질소(全窒素)에 대한 비율이 O층(層), 표층토(表層土) 및 하층토(下層土)에서 각각 약 2%, 3.7% 및 4.1% 이었다. O층(層)에 있어서의 유기능(有機能) 질소(窒素)의 형태(形態)는 분해(分解)가 진행됨에 따라 전반적으로 aminoacid-N의 감소와 amide-N 및 hexosamine-N의 증가(增加)경향이 있었다. 공시(供試)한 O층(層)의 각층위에 있어서 가수분해성질소(可水分解性窒素)는 약 80-90%로 수종간(樹種間) 또는 층위별간(層位別間)의 큰 차이는 없었다. L층(層)에 있어서는 aminoacid-N가 가장 많아 약 40-50%에 달했으며, 가수분해성질소(可水分解性窒素)의 반(半)이상을 점하였다. Amide-N은 적었으며 약 10-23% 이었다. 이들 유기능질소(有機態窒素)의 각(各) 획분조성(劃分助成)에 있어서 수종(樹種)에 따른 영향은 크게 나타나지 않았다. 환경인자(環境因子)의 영향(影響)을 가장 크게 반영하는 O층(層) 및 표층토(表層土)에 있어서 건성형(乾性型) 토양(土壤)과 습성형(濕性型) 토양(土壤)간의 명료한 차이는 없었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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