본 연구는 미세기포를 이용하여 하천 및 호수의 퇴적물 내 영양염류 제어 가능성을 살펴보고자 하였다. 이를 위해 실제 호수에서 퇴적물을 채취하여 용출 특성 실험 및 기포를 이용한 퇴적물 및 영양염류 제거 실험을 수행하였다. 연구에 사용된 퇴적물의 입도분석 결과, 점토와 실트(<0.075 mm)비율은 약 7.7%, 모래(0.075~4.75 mm)는 약 67.8%, 자갈은(${\geq}4.75mm$) 약 24.5%로 나타났다. 총질소(T-N), 총인 (T-P), 강열감량은 각각 2,790~3,260 mg/kg, 261~311 mg/kg, 4.1~9.6%로 나타났다. 퇴적물의 입도별 T-N과 T-P을 분석한 결과, 입도가 클수록 퇴적물의 T-N와 T-P 함량은 감소하는 경향을 나타냈다. 이는 입도가 클수록 비표면적이 작아져 흡착되는 오염물질량이 줄어들기 때문으로 판단된다. 기포의 특성에 따른 퇴적물의 제거효율을 분석한 결과, 압력 6기압, 순환률 30%, 응집제 주입량 15 ppm의 조건으로 실험을 수행하였을 때 퇴적물의 제거율이 19.9%로 가장 높게 나타났다. 이 때의 T-N, T-P의 제거효율도 21.4, 22.6%로 가장 높게 나타났다. 운전조건을 고정시키고 기포 주입횟수를 증가시키면서 T-N과 T-P의 제거효율을 살펴본 결과, 주입횟수 2회까지 T-N과 T-P의 제거효율은 높았으나, 3회부터는 제거효율이 낮아짐에 따라 주입횟수가 증가하더라도 제거효율에는 큰 변화를 보이지 않았다. 그리고 미세입자가 제거된 퇴적물의 영양염류 용출량은 미세입자를 제거하지 않은 퇴적물의 용출량보다 약 20.1~64.3% 정도 감소함을 알 수 있었다. 이를 통해 미세기포를 퇴적물에 반복적으로 주입하는 방안은 퇴적물 및 퇴적물에서의 영양염류 용출을 제어하는 효과적인 방안으로써 가능성이 있음을 확인할 수 있었다.
최근 발생한 경북 구미의 불산 누출 및 경남 울산의 염산 누출사고의 예와 같이 화학공장에서 발생되는 사고중대 부분은 저장탱크나 운송배관 및 플랜지호스 등의 손상에 의한 휘발성 유독성물질의 대량누출이며, 이 경우 누출된 지역의 자연환경과 대기 조건에 따른 유독성물질의 확산 거동이 인적, 물적 피해의 중요한 변수가 되기 때문에 위험성평가는 가장 중요한 관심 대상이 된다. 따라서 본 연구에서는 누출물질에 대한 대기 중 확산을 모사하기 위하여 불산 저장탱크에서 누출된 경우를 예제로 선택하여, 수치해석과 ALOHA(Areal Location of Hazardous Atmospheres)의 확산 시뮬레이션을 이용한 결과해석을 수행하였다. 먼저 공정위험분석으로 정성적 평가인 HAZOP(Hazard Operability) 결과를 살펴보면 첫째 공정흐름상(flow) 위험 요소로서 플렌지, 밸브와 호스의 균열 등 손상으로 인한 누출에 의한 운전지연 또는 독성가스누출 등이 발생할 수 있고, 둘째 온도, 압력, 부식으로부터는 화재, 질소공급과 압 그리고 탱크나 파이프 이음관의 내부 부식으로 인한 독성누출의 가능성이 높은 것으로 분석되었다. 다음 결과 영향분석 기법인 ALOHA를 운용한 결과를 살펴보면 Dense Gas Model에 대한 입력 자료값에 따라 미치는 결과 영향이 다소 차이가 있음을 발견하였으나 기상조건으로서 대기안정도 보다는 풍향 및 풍속이 가장 영향을 미치는 것으로 분석 되었다. 또한 풍속이 빠를수록 누출물질의 확산이 잘 일어났고, 수치해석결과인$LC_{50}$과 ALOHA의 AEGL-3(Acute Exposure Guidline Level)과 결과를 비교했을 때 확산길이는 다소 차이가 있지만 확산농도 측면에서는 액체와 증기누출인 경우에 있어서 거의 비슷한 결과를 보였다. 따라서 ALOHA 모델을 운영한 결과 각 시나리오별 경향은 상당히 일치함을 볼 수 있었다. 따라서 추후 수치해석과 확산모델링에 의한 예측농도를 국제적인 기준치인 IDLH(Immediately Dangerous to Life and Health), ERPG(Emergency Response Planning Guideline), AEGL(Acute Exposure Guidline Level)과 비교 함 으로서 독성 가스의 대한 완충거리를 결정 할 수 있고, 이와 같은 연구방법은 유독성물질 누출에 따른 위험성평가를 보다 효율적으로 수행하는데 도움을 줄 것이며, 지역사회 비상대응체계 수립 시 적절하게 활용할 수 있을 것이다.
본 연구는 다양한 냉동과 해동처리에 따른 계육 가슴살에 natural microflora, 접종된 L. monocytogenes와 C. jejuni 수와 미세구조 변화 구명을 위하여 연구를 수행하였다. $-20^{\circ}C$ 송풍식 냉동처리구의 총 호기성 세균과 C. jejuni 수는 4.06 log CFU/g과 4.09 log CFU/g으로 대조구와 비교하여 각각 약 0.7 log CFU/g과 1.0 log CFU/g의 감소를 보였다. 한편, 계육 가슴살 접종된 L. monocytogenes 수는 냉동방법과 냉동온도에 따라 유의적인 차이를 보이지 않았다. $4^{\circ}C$와 $25^{\circ}C$ 송풍식 해동처리구의 총 호기성 세균수는 3.70 log CFU/g과 4.02 log CFU/g으로 측정되어 대조구와 비교하여 각각 0.72 log CFU/g과 0.40 log CFU/g 감소한 반면 $25^{\circ}C$ 유수식 해동처리구의 총 호기성 세균 수는 해동과정에서 균수가 급격히 증가하여 5.78 log CFU/g으로 관찰되었다. 해동 중 C. jejuni 수 변화는 해동방법보다 해동온도에 영향을 받는 것으로 나타났다. 냉동-해동 반복 5회 후 총 호기성 세균과 효모 및 곰팡이 수는 감소하여 각각 4.15 log CFU/g과 2.30 log CFU/g을 보였다. 계육 가슴살에 접종된 L. monocytogenes 수는 냉동-해동 반복처리에 유의적인 영향이 없었지만 C. jejuni 수는 냉동-해동 반복 횟수가 증가함에 따라 감소하는 경향을 보였다. 냉동-해동 반복이 증가함에 따라 근섬유 조직을 재 손상시켰으며 특히 냉동-해동 반복 5회 후에는 계육 가슴살 시료의 조직세포 외부뿐만 아니라 내부에서도 공간이 발생하였으며 불균일하게 찢어진 세포가 관찰되었다.
여름철 팽이버섯 병재배시 톱밥배지에서 발생하는 균사생장 억제증상의 원인을 구명하고 그 경감대책을 확립하기 위하여 톱밥배지 배합시 물온도를 $24^{\circ}C$(상온수)와 $6^{\circ}C$(저온수)로 하고, 배지제조후 살균전 경과시간을 0, 3, 6, 9시간으로 달리하여 팽이버섯의 재배시험을 수행하였다. 배지제조 후 살균전 시간이 경과함에 따라 배지온도가 상승하고, pH는 6.5에서 5.2~5.6으로 낮아지는 경향이었다. 이때 톱밥배지 내에서 세균밀도가 증가하였으며, 물온도 $24^{\circ}C$에서는 $6^{\circ}C$보다 6시간 이후의 세균밀도가 1.9~4.1배 높았다. 톱밥배지에서 분리한 세균과 대치배양시 팽이버섯균의 생장이 억제되었다. 또한 배지제조후 살균전 시간이 경과함에 따라 배지내의 전질소 함량이 감소하였으며 유리당의 함량도 종류에 따라서 증가 또는 감소하였다. 배지배합시 $24^{\circ}C$물 처리구는 $6^{\circ}C$물 처리구에 비하여 팽이버섯 병재배사에서 균배양기간 및 버섯발생기간이 각각 1~2일 지연되는 경향이었으며, 자실체 수량도 저온수 처리구에서 안정적이었다. 그리고 9시간 경과한 배지에서는 균사생장이 정지되었다. 배지제조후 경과시간에 따라 팽이버섯 발생기간은 1~3일이 지연이 되었으며, 자실체 수량은 6시간이 경과된 배지에서 7~12% 감소하는 경향이었다. 본 시험은 여름철 고온기의 팽이버섯 재배시 배지제조에 $6^{\circ}C$이하의 저온수를 사용하여 배지내 미생물 증식을 억제시키고, 입병작업을 마치는 즉시 고압살균 함으로써 배지의 성분을 안정화시켜 버섯의 안정생산에 기여할 것으로 기대된다.
미세먼지 전구체인 질소산화물(NOx)에 대한 대기배출부과금 제도가 2020년부터 국내에 도입 및 시행됨에 따라 이를 저감하기 위한 경제적인 연소기술 개발은 매우 시급한 실정이다. 본 연구에서는 해외 우드펠릿 대체재로서 REC(Renewable Energy Certificates) 확보가 가능한 국내 미이용 산림 바이오매스를 연료로 하여 0.1 MWth급 순환유동층 연소 설비에서 NOx 저감을 위한 air-staging 효과를 고찰하였다. 운전 변수로는 air-staging 적용 유무, 3차 공기 공급 높이(6.4 m, 8.1 m, 9.4 m) 그리고 air-staging 비율(1차 공기:2차 공기:3차 공기=91%:9%:0%, 82%:9%:9%, 73%:9%:18%) 변화이며 운전 변수에 대한 배기가스 내 NO와 CO 농도, 연소로 높이별 온도와 압력 프로파일, 포집된 비산재(fly ash) 내 미연탄소 함량과 연소효율을 분석하였다. 3차 공기를 가장 높은 9.4 m에서 공급한 air-staging 운전 시 NO 농도는 100.7 ppm으로 air-staging을 적용하지 않은 운전 조건(148.8 ppm)보다 32.3% 감소하지만 CO 농도는 오히려 52.2 ppm에서 99.8 ppm으로 91% 증가하였다. 더불어, NO 농도의 저감을 위한 환원영역과 CO 농도의 저감을 위한 산화영역 확보를 위해 3차 공기 공급 높이를 6.4 m로 유지하며 3차 공기 공급량을 늘리고 1차 공기 공급량을 낮춘 air-staging 운전 조건(73%:9%:18%)에서는 NO와 CO 농도가 각각 90.8 ppm과 66.1 ppm으로 air-staging 적용 조건 중 가장 감소되는 것을 확인하였다. 이러한 최적 운전 조건에서 연소효율 역시, air-staging을 적용하지 않은 운전 조건의 연소효율(98.3%) 보다 높은 99.3%임을 확인하였다.
직접촉매분해기술은 반도체 및 디스플레이 산업에서 아산화질소(N2O)의 배출을 완화할 수 있는 유망한 기술이다. 본 연구는 7대 온실가스 중에 하나인 N2O 직접촉매분해를 위한 γ-Al2O3 촉매에 관한 것이다. 실험에 사용한 γ-Al2O3 촉매는 뵘석 분말을 사용하여 압출 성형하여 제조하였으며, 반응은 직경 약 5 mm 크기로 분쇄한 촉매를 직경 25.4 mm (1인치) 반응기를 사용하여 수행하였다. N2O 농도는 약 1%가 되도록 공급하였으며, 온도는 550-750 ℃, 압력은 상압, GHSV는 1800-2000 h-1에서 촉매반응 특성을 확인하였다. 분위기 가스로는 질소, 공기 그리고 공기+수분을 공급하여 N2O 분해 특성과 산소의 영향 및 스팀의 영향을 확인하였다. 촉매 내구성은 N2 분위기에서 수행하였는데, 700 ℃에서 350 시간 동안 연속 운전을 통해 확인하였다. 실험결과 불활성 분위기(N2)일 경우 700 ℃에서 N2O 분해율이 100%에 가까운 수준까지 도달함을 확인하였고, 공기와 수분을 공급할 경우 분해율이 낮아짐을 확인하였다. 내구성 실험 결과 350 시간동안 촉매성능저하는 없었다. 따라서 뵘석 분말로 제조한 γ-Al2O3 촉매는 N2O 분해 특성에 우수할 뿐만 아니라 내구성 또한 우수하여 전자 산업을 비롯하여 질산제조공정 등 산소와 수분이 존재하는 경우에도 적용 가능할 것으로 기대한다.
산소안정동위원소는 추적자로서의 뛰어난 특성에도 불구하고 분석상의 어려움으로 해양수괴 연구에 많이 활용되지 못하고 있다. 물시료에 함유된 산소의 안정동위원소비를 측정하기 위해 가장 많이 사용하는 방법은 $H_2O/CO_2$ 평형기를 이용해 시료인 물을 이산화탄소와 동위원소평형을 이루게 한 뒤, 이산화탄소의 동위원소 비율을 측정하는 것이다. 이러한 자동 $H_2O/CO_2$ 평형기를 이용한 물 시료 분석시의 정밀도는 ${\pm}0.1%o$, 해양에서 이를 적용하기 위해서는 정밀도를 보다 높이는 것이 요구된다. 따라서 본 연구에서는 분석상의 오차를 감소시킬 수 요인들을 파악하여 분석장치의 보완 및 분석방법의 개선으로 정밀도 최소 0.05%o 향상시킴으로서 산소동안정동위원소의 변화폭이 작은 해양에서도 추적자로서 활발히 응용될 수 있도록 기여하고자 하였다. $H_2O/CO_2$ 평형기를 이용하는 경우 가장 큰 문제점은 시료가스가 전처리 장치로부터 질량분석기까지 이동해야 하는 거리가 멀고 평형가스가 팽창해야 하는 부피가 크다는 것이다. 그러므로 단순히 압력 차를 이용해서 가스를 이동시킬 경우, 가벼운 동위원소종이 선택적으로 이동되는 동위원소 분별작용이 일어날 수 있고, 분석 장치 전체의 부피가 플라스크에 담긴 시료가스의 부피에 비해 크기 때문에 시료가스가 충분히 혼합되지 않을 수가 있다는 점이다. 이러한 점을 보완하기 위해 액체질소 트랩과 고진공 균일도를 향상시켰다. 동일한 해수시료를 기존방법과 보완방법을 이용하여 각각 14번씩 분석한 결과 평균 측정값은 0.023, 0.024%o 서로 거의 동일한 값을 보였으나 표준편차는 각각 ${\pm}0.081$, ${\pm}0.021%o$ 네 배가량 개선된 결과를 보이고 있다. 그 결과 해양에서의 동위원소 분석시 발생할 수 있는 중요한 오차 요인을 현저하게 감소시킴으로서 동위원소 변화폭이 작은 해양수괴 연구에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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