본 논문에서는 반도체용 실리콘 기판 가공 과정에서 발생한 슬러지 재활용을 위해 탄화 반응에 의한 탄화규소(SiC) 분말 합성 공정을 적용한 결과를 제시하고자 한다. 입수한 슬러지는 실리콘 기판을 탄화규소 연마재를 사용하여 가공하는 과정에서 발생하므로 실리콘과 탄화규소가 혼합된 형태였으며 가공 설비로부터 발생한 철 불순물이 포함되어 있었다. 슬러지는 절삭유가 포함되어 있어 점성이 있는 유체 형태였으며 대기 건조를 통해 분말 형태로 변화된 후 산 세정을 통한 철 성분 제거 및 탄화에 의한 탄화규소 분말 합성 과정을 거치게 된다. 슬러지에 포함된 실리콘과 탄화규소의 비율에 따라 탄화 반응에 필요한 탄소량이 달랐으며 탄화규소의 함량이 커질수록 탄소 부족 현상으로 인해 비화학량론적 탄화물(SiCx, x<1) 형성이 촉진되어 순수한 탄화규소 합성이 이루어지지 않는 것을 확인하였다. 이러한 비화학량론적 탄화물은 잉여 탄소 추가와 고에너지 밀링에 의한 탄화 반응성 증가를 통해 제거할 수 있었으며 결과적으로 산 세정과 밀링 과정에 의해 슬러지로부터 순수한 탄화규소 분말 합성이 가능함을 확인할 수 있었다.
본 연구는 젖소폐기물인 우분을 톱밥과 혼합한 후 Formiella flaxinea 균사체를 배양하여 이들 원료가 혼합된 배양물을 반추가축사료로 재활용하기 위하여 실시하였다. 생젖소분을 마른 톱밥과 혼합하여 수분 50%(M50; 우분 57%:톱밥 43%), 수분 55%(M55; 우분 64%:톱밥 36%), 수분 60%($\underline{M60}$; 우분 70%:톱밥 30%), 수분 65%($\underline{M65}$; 우분 76%:톱밥 24%), 수분 70%($\underline{M70}$; 우분 83%:톱밥 17%), 수분75%($\underline{M75}$; 우분 90%:톱밥 10%)그리고 수분 80%($\underline{M80}$; 우분 96%:톱밥 4%) 함유한 혼합물을 제조하였다. 혼합물은 $29^{\circ}C$ 배양기에서 Formiella flaxinea균사에 의하여 2주간 및 4주 배양하였다. 배양물에 대한 화학조성분 및 반추위액을 이용한 in vitro 건물소화율을 측정하여 배양처리하지 않은 혼합물과 비교하였다. 혼합물의 조단백질 함량은 균사발효에 의하여 변화가 나타나지 않았다. 배양 4주에서 배양물 $\underline{M50}$,$\underline{M60}$, $\underline{M70}$ 및 $\underline{M80}$에 대한 중성세제섬유소(NDF)함량은 90.6, 85.3, 80.4 및 76.4%로 비배양혼합물 91.1, 89.9, 84.3 및 79.4%에 비해 낮게 나타났다(P<0.05). 그러나 산성세제섬유소(ADF) 함량은 배양물 75.8, 70.4, 67.6 및 59.0% 는 비배양물 70.2, 67.8, 61.7 및 56.3%보다 높게 나타났다(P<0.05). 반추위액을 이용한 in vitro 건물소화율은 배양물이 49.4, 36.8, 28.6, 및 22.3%로 비배양물의 34.1, 27.5, 20.6 및 15.4%보다 높게 나타났다(P<0.05).
본 실험은 유휴 논토양에 톨페스큐를 재배하였을 때, 액상구비를 물로 희석하거나 희석하지 않고 시기를 다르게 시용하여 계절별 및 연간 건물수량과 사료가치를 조사하고 화학비료 시비에 따른 건물수량과 사료가치도 비교하여 액상구비의 적정 시용 시기와 희석수준을 결정하고자 실시되었으며, 그 결과를 요약하면 다음과 같다. 1. 액상구비를 물로 희석하거나 희석하지 않고 시용하였을 때 연간 건물수량이 ha당 각각 $5.50{\sim}7.71$톤(평균 6.43ton DM/ha)과 $5.84{\sim}7.38$톤(평균 6.56ton DM/ha)으로 무시비구의 ha당 3.82톤 보다 유의하게 높은 건물수량을 나타내었는데(Table 2, p<0.05), 이러한 경향은 봄철에 시용한 구에서 더욱 뚜렷하였다. 2. 인산과 칼리 시용구와 인산과 칼리 및 질소를 시용한 구에서는 각각 연간 건물수량이ha당 6.12톤과 10.13톤으로 무시비구보다 유의하게 높았다(p<0.05). 그러나 인산과 칼리 시용구의 연간 건물수량은 액상구비 시용구의 평균 연간 건물수량보다도 낮았다. 3. 화학비료구에서 무기태 질소의 건물생산효율은 연평균 26.7kg DM/kg N이었으며, 예취 시기별로 보면 2번초>1번초>3번초 순으로 낮아졌지만 액상구비 질소의 연간 건물생산효율은 무 희석구와 희석구가 각각 18.3과 17.4kg DM/kg N를 나타내었고 2번초에서 가장 높았다. 한편 무기태 질소 대비 액상구비 질소의 건물생산효율은 무희석구와 희석구가 각각 68.5와 65.2%에 도달하였다. 4. 톨페스큐의 연간 평균 조단백질 함량은 무시비구가 11.5%로 화학비료구보다도 유의하게 높았으나 액상구비 희석 시용구($12.4{\sim}12.6%$)보다는 유의하게 낮았다(p<.0.05). 한편 톨페스큐의 연 평균 NDF와 ADF 함량은 무시비구(각각 64.1과 37.2%)가 모든 처리구보다 유의하게 낮았지만, 무시비구의 RFV(87.0)는 모든 처리구 보다 유의하게 높았다(p<0.05). 5. 액상구비 시용과 희석시용으로 톨페스큐의 연간 조단백질 수량과 가소화 양분수량은 무시비구 및 인산과 칼리를 시용한 구보다 유의하게 높았는데(p<0.05), 이러한 경향은 이른 봄에 액상구비를 시용한 구에서 더욱 뚜렷하였다.
현재 국내 양돈농가에서 발생하는 돼지분뇨 성상은 수분함량이 97% 정도인 슬러리 형태가 대부분이다. 돈사에서 배출되는 돼지분뇨 슬러리는 돼지의 분뇨와 돈사 내부 청소 물 등이 혼합된 성상의 액상물질이다. 본 연구에서는 공기공급 여부와 저장기간의 경과에 따른 돼지분뇨 액비의 부숙정도와 성상변화를 분석하기 위하여, 국내에서 운용 중인 액비화시설의 후단 공정에서 채취한 돼지분뇨 슬러리를 재료로 하여 120일 동안 실험을 수행하였다. 밀폐형 회분식 반응조를 이용하여 실험을 수행한 결과, 돼지분뇨 슬러리 액비의 부숙도는 공기공급구가 비공급구에 비해 더 양호하였으며 액비 저장기간이 경과 함에 따라서 액비가 부숙완료 상태로 빨리 전환되는 경향이 있었다. 실험개시 시에 97.90% 수준이던 액비의 수분함량 평균값이 실험 완료 시에는 공기공급구의 경우 96.82%, 비 공급구는 97.33% 수준을 나타냄으로써 공기공급구에서의 수분함량 감소가 상대적으로 더 높았다. 실험개시시에 8.82 수준이었던 액비의 pH는 실험완료 시에 공기공급구에서는 7.57, 비 공급구에서는 8.75 수준으로 변화하였다. 액비 중의 질소함량은 실험개시 시에 평균 0.198 mg/L 수준이었으나 실험완료 시에는 공기공급구에서는 0.076 mg/L, 비 공급구에서는 0.121 mg/L 수준으로 낮아졌다. 액비 중의 인산(P2O5)농도는 저장기간의 경과에 따라 비폭기처리구가 폭기처리구에 비해 감소 정도가 상대적으로 더 높았다. 실험결과를 종합해볼 때 돼지분뇨 액비에 공기를 공급하는 경우 그리고 저장기간을 길게 하였을 때 액비품질이 개선되는 것으로 판단된다.
휴 폐 광산으로부터 유출되는 산성광산배수는 낮은 pH와 다량의 중금속 이온을 포함하고 있어 지하수·하천 오염 및 주변 환경 파괴의 원인이 되고 있다. 본 연구는 자연정화시설에서 기질물질의 흡착 특성 평가에 중점을 두었다. 이를 위해 버섯퇴비에 의해 광미로부터 용출된 중금속이 흡착 처리 되는 과정에서 황산염환원균의 영향을 파악하였고, $Cd^{2+}$, $Cu^{2+}$, $Pb^{2+}$, $Zn^{2+}$을 포함한 인공 광산배수와 버섯퇴비를 반응시켜 중금속 흡착 처리 효율 평가 및 등온흡착곡선에 관해 고찰하였다. 연구 결과 광미에서 용출된 Mn은 미생물 혹은 흡착에 의한 안정화가 이루어지지 않은 것으로 나타났으며. Zn의 경우 황산염환원균에 의한 제거 기작이 중요한 역할을 하고 있음을 보여주었다. Fe는 미생물을 제거한 경우보다 미생물이 존재할 경우 다량의 Fe가 용출되었으며 이는 철환원박테리아가 $Fe^{3+}$를 소모함에 따라 Fe를 포함한 광물이 용해되어 용출되었기 때문이라고 추측된다. 버섯퇴비 투여 시 산화환원전위 (Oxidation Reduction Potential) 와 pH 측정을 통해 환원 환경 및 중성 환경이 조성됨을 확인 할 수 있었다. 인공 광산배수를 사용한 흡착실험결과 pH 6 조건에서 버섯퇴비의 중금속 흡착 효율이 90% 이상으로 매우 높게 나타났으며, pH 3 조건에서는 보다 낮은 흡착 효율을 보였다.
Aspergillus sp.와 Rhizopus sp.의 누룩과 효모(Saccharomyces cerevisiae)로 접종한 후, 올방개의 함량을 0, 10, 20, 30, 40, 50%로 담금하여 얻은 술덧의 성분과 향기성분 그리고 관능검사로 비교한 결과는 다음과 같다. 술덧의 주정도는 발효 $3{\sim}5$일 사이에 가장 많은 알코올 발효가 일어나 $15.3{\sim}16.4%$로 나타냈으며 올방개가 10% 함유한 실험구가 16.4%로 가장 높았으며, 올방개의 함량이 증가할수록 주정도가 낮아져 50% 올방개 약주의 주정도는 15.3%였다. 아미노산도는 $0.90{\sim}1.20%$이었으며, 올방개 10%와 20% 첨가구에서 아미노산도가 1.20%로 가장 높았으며, 환원당은 올방개 10%일 때 8.2로 가장 낮았고, 이는 올방개의 함량이 증가할 수록 점점 높아졌다. 올방개를 첨가한 술덧의 유기산은 구연산, 호박산, 사과산, 초산이 검출되었으며 초산 함량이 $160.3{\pm}8.0{\sim}253.3{\pm}20.3mg/100mL$로 가장 많이 검출되었다. 총유기산은 20% 술덧이 $330.9{\pm}28.6mg/100mL$로 가장 높게 확인되었으며 50% 술덧이 $17.14{\pm}9.3mg/100mL$로 가장 낮게 분석되었다. 각 술덧별 주요 아미노산은 알라닌, 프롤린, 히스티딘, 페닐알라닌, 라이신, 글루타믹산 등이었으며 총 17종이 검출되었고 올방개 20% 첨가한 술덧에서 총 아미노산이 $341.1{\pm}30.7mg%$로 가장 많은 양이 검출되었다. 효모 수는 발효종료 7일에 $4.4{\sim}6.2{\times}10^8cells/mL$가 검출되었다. 각 술덧별 향기성분은 흡착법(SPME)으로 분석한 결과 10종이 검출되었으며, 주요 향기성분은 에틸아세테이트, 이소아밀알코올, 이소뷰틸알코올로 올방개 20% 술덧에서 향기성분이 높게 검출되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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