대형선박에서 적절한 처리없이 배출되는 발라스트수에 의한 해양 생태계의 파괴가 최근 전세계적으로 환경오염 문제로 대두되고 있다. 그 결과, 국제해사기구(IMO)는 공해로 배출되기 전 발라스트수의 적절한 처리를 강제하는 국제협약을 시행할 예정이다. IMO의 발라스트수 처리 기준을 준수하기 위해, 여과, UV 자외선, 오존 처리 등과 같은 몇몇 공정들이 연구되고 있다. 발라스트수의 살균은 매우 짧은 수리학적 체류시간 내에 처리되어야 하기 때문에, 전기화학적 처리 공정은 우수한 공정이 된다. 불용성 전극을 이용한 전기화학적 처리 공정에서 미생물의 살균능은 낮은 pH조건하에 전류밀도와 체류시간이 증가함에 따라 증가하였다. 살균처리 후 미생물의 형상을 전자현미경과 광학현미경으로 관찰하여 전기화학적으로 미생물이 살균된 형태를 확인하였다.
대형선박에서 적절한 처리없이 배출되는 발라스트수에 의한 해양 생태계의 파괴가 최근 전세계적으로 환경오염 문제로 대두되고 있다. 그 결과, 국제해사기구(IMO)는 공해로 배출되기 전 발라스트수의 적절한 처리를 강제하는 국제협약을 시행할 예정이다. IMO의 발라스트수 처리 기준을 준수하기 위해, 여과, UV 자외선, 오존 처리 등과 같은 몇몇 공정들이 연구되고 있다. 발라스트수의 살균은 매우 짧은 수리학적 체류시간 내에 처리되어야 하기 때문에, 전기화학적 처리 공정은 우수한 공정이 된다. 불용성 전극을 이용한 전기화학적 처리 공정에서 미생물의 살균능은 낮은 pH조건하에 전류밀도와 체류시간이 증가함에 따라 증가하였다. 살균처리 후 미생물의 형상을 전자현미경과 광학현미경으로 관찰하여 전기화학적으로 미생물이 살균된 형태를 확인하였다.
The discharge of ballast water from the marine vessel without proper treatment causes the ecological disruption. Therefore, International Marine Organization(IMO) has the plan to force the proper treatment of ballast water before its discharge to open sea. To satisfy the IMO's criteria, several proc...
The discharge of ballast water from the marine vessel without proper treatment causes the ecological disruption. Therefore, International Marine Organization(IMO) has the plan to force the proper treatment of ballast water before its discharge to open sea. To satisfy the IMO's criteria, several processes such as filtration, UV irradiation, and ozonation etc., were introduced. Since the disinfection of ballast water should be conducted within very short hydrolic retention time, electrochemical treatment can be a promissing process. The DSA(dimensional stable anode) electrode for the electrochemical treatment was prepared by thermal deposition method. The disinfection rate of microorganisms increased with the increasing current density and reaction time under low pH condition. The morphology of sterilized microorganisms was shown by SEM and Microscopy.
The discharge of ballast water from the marine vessel without proper treatment causes the ecological disruption. Therefore, International Marine Organization(IMO) has the plan to force the proper treatment of ballast water before its discharge to open sea. To satisfy the IMO's criteria, several processes such as filtration, UV irradiation, and ozonation etc., were introduced. Since the disinfection of ballast water should be conducted within very short hydrolic retention time, electrochemical treatment can be a promissing process. The DSA(dimensional stable anode) electrode for the electrochemical treatment was prepared by thermal deposition method. The disinfection rate of microorganisms increased with the increasing current density and reaction time under low pH condition. The morphology of sterilized microorganisms was shown by SEM and Microscopy.
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문제 정의
본 연구에서는 전기화학적 살균 시, 미생물의 살균 특성을 통해 해수 내에 존재하는 해양 미생물의 살균력을 극대화할 수 있는 전극소재와 짧은 체류시간 내에 효과적으로 해양 미 생물을 살균하는 전기화학적 살균 장치를 제안하고 최적의 운전 조건을 탐색하였다.
전기분해 실험 전 algae는 선 명한 원형으로 존재하는 반면에, 전기분해 후 살균된 algae 는 반응 전과 비교하여 형태를 유지하지 못하고 세포가 파괴 되어 있음을 확인할 수 있었다. 이러한 관찰 결과는 해수중 의 dgae가 전기분해 반응을 통하여 효과적으로 살균될 수 있음을 재 확인시켜 주는 것이다.
이를 통해, 불용성 전극을 이용하여 전기분해 시, 살균력 주인자의 활성 촉진과 함께 낮은 전류밀도, 짧은 체류시간을 통한 최적의 해양미생물 제거장치 개발 연구에 영향을 미칠 수 있는 가능성을 평가하였다.
제안 방법
DSA 전극의 미생물 살균능을 평가하기 전에 해수의 높은 염분농도에 의한 삼투압의 작용으로 인해 사멸되는지를 확인 하였다. Fig.
015 A/cn?의 범위에서 실시하였다. 멸균된 해수와 배양된 대장 균(E. c湖)과 조류(aZgae)종을 운전 유효 용적에 대해 10%(v/v) 의 부피비로 하여 희석하여 운전하였으며, 샘플링은 반응기 내부의 양쪽 전극 가운데에서 채취하였다.
실험장치는 회분식 반응기를 제작하여 사용하였다. 회분식 실험장치는 Fig.
앞서 언급한 방법에 의한 제조된 DSA 전극의 살균능을 평 가하기 위해 일정한 전류를 공급하면서 DSA 전극에 의해 발생되는 해수 내 이온의 조성 변화를 관찰하였다. Fig.
티타늄 지지체를 sand blaster로 연마하고, 10% 옥살산 용액에서 티타늄 지지체를 가열하여 산화막을 제거한다. 이후 금속산화물인 SnCl3(6% w/v), IrCI3(6% w/v)을 이소프로필알콜에 용해하여 1 : 1로 혼합하여 제조한 촉매 용액을 지지체에 도포하여 120℃ 건 조, 450℃에 열처리를 과정을 여러 번 반복 실시하였다.
전기분해에 의한 E c#의 살균시 E. coH형상 변화를 전 자현미경을 통하여 관찰하였다. Fig.
전류밀도가 살균능에 미치는 영향을 알아보기 위하여 0.001, 0.002, 0.010 A/crf로 전류밀도를 증가시키면서 시간에 따른 E. c#의 살균능을 살펴보았다(Fig. 5(b)).
해수 내 algae#살균을 위해 전류밀도 값의 변화에 따른 algae가 들어있는 해수의 pH의 변화를 살펴보았다. 전류밀 도가 증가함에 따라 pH는 감소하였으며, 대략 6분 이후에 는 일정한 값을 유지하는 경향을 보였다.
실험장치는 회분식 반응기를 제작하여 사용하였다. 회분식 실험장치는 Fig. 2와 같이 반응조, 전원 공급 장치, 교반기 전 극, pH 측정기로 구성하였다. 반응조의 전체 용적은 W65 mm X L75 mm x H2300 mm로 약 1.
또한 전기분해에 의한 처리 전 . 후 의 미생물종의 형상은 전자현미경(Scanning Electron Micro scopy, ESEM XL-30 FEG)과 광학현미경(Axio 40 FL)으로 측정하였다
대상 데이터
본 연구에서 사용한 DSA는 전해 산화에 사용되는 것으로 산화금속 물질을 지지체에 도포하여 제조하였다.Fig.
해수내에 존재하는 해양미생물의 살균능 평가를 위해 본 연구에서 서해안 근해 해수면에서 해수를 주기적으로 채수 하여 이물질이나 부유물질을 제거한 후 실험에 사용하였다. 채수한 해수의 성상은 pH 8.
해양 미생물의 살균 처리를 위해 사용한 균주는 E. coli KCTC \6^1(Escherichia co#)와 algae KCTC AG10061 (Chla- mydomonas sp.)로 유전자 은행 (KCTC)으로부터 분양받았다. E.
성능/효과
') 발라스트수는 세계 각국의 연안에 외래 생물 종 유입의 통로로 작용하며, 그 속에 박테리아 등과 같은 미생 물, 원생동물, 일부 어종 및 콜레라와 같은 병원균까지 포함 되어 있기 때문에 이로 인해 세계 각국의 해양생태계가 파괴 되고 있다.2)또한 선박의 대형화, 고속화로 발라스트수 내의 해양 생물체가 빠른 시간 내에 해양 환경으로 배출되고 있는 추세이며, 외래종을 포함하고 있는 발라스트수가 다른 지역 의 항만에 배출되는 경우 기존 토착 해양 생태계를 파괴할 뿐만 아니라, 병원균 및 독성 미생물의 인체유입으로 인해 인체의 건강을 위협할 수 있다.E
015 A/cn#의 경우에는 단위 시간당 pH 감소폭이 크고, pH도 2까지 감소하였다. aZgae의 살균능 또한 위와 같은 양상으로 전류밀도가 증가 함에 따라 살균율이 증가하였으며, 전기분해 시작 후, 약 8분 정도에는 모든 경우의 전류밀도에서 모두 90%가 넘는 살균 력을 보였다(Fig. 7).
015 A/cnf)가 증가함에 따라서 100%에 가까운 우수한 살균특성을 나타내었다. dgae에 비해 E. c#가 더 짧은 시간 내에 살균되었으며, 이를 통해 E. coli 가 전해반응에 더 민감하게 반응함을 알 수 있었다. 전자현 미경과 광학현미경을 이용한 관찰을 통해 전기분해 시, E.
5 조건하에서 실험을 진행하였다. 반응시작 4분 후에 E. coli 의 농도는 1.5#1 O’ [CFU/mL]로 감소하여 약 99.9%의 높은 살균능을 나타냈으며, pH는 약 3.7로 반응시간 10분까지 일 정한 값을 유지했다. 앞서 언급한 바와 같이 전극에 의한 해 수의 전기분해로 인해 발생된 HOC1 과 OCT가 pH를 변화시 켰고 E.
01 A/cm2 전류 밀도에서의 반응시간에 따른 pH, HOC1, OCT의 변화를 나타낸 것이다. 반응초기 해수의 pH는 8.5 이 었으나, DSA 전극에서 전류에 의한 반응이 진행됨에 따라 pH값이 서서히 감소하여 반응시간 5분 이후 pH의 값이 약 3.8정도의 값을 유지함을 확인할 수 있었다. 해수 내의 미생 물의 살균 활성 요소를 확인하기 위하여 HOC1, OCT의 흡광 도를 측정한 결과, 반응시간에 비례하여 HOC1, OCT의 흡광 도 값이 증가하였다.
산화금속 물질을 지지체에 도포하여 불용성 전극(DSA Elec- trode)을 제조하였고, 전극의 안정화와 높은 살균효율을 얻을 수 있었다.
살균의 주요 인자인 pH, HC1O, ocr의 조성변화를 살펴본 결과, pH가 감소함에 따라 HC1O, ocr의 활성이 증가하였 으며, HC1O이 ocr보다 더 높은 활성을 나타내었다. E.
의 경우 전기분 해 반응 시간 4분 후면 99% 이상이 살균되는 반면, Mgae의 경우는 전기분해 시작 10분 후에도 10% 정도의 #gae가 잔 류되어 있음을 확인 할 수 있었다. 이를 통해 전기화학적 미 생물 살균처리 시 E. coli가 aZgae에 비해 더 민감한 반응을 보임을 알 수 있었다.
8은 전기분해에 의한 살균으로 algae가 사멸하는 것을 광학현미경으로 관찰한 것이다. 전기분해 실험 전 algae는 선 명한 원형으로 존재하는 반면에, 전기분해 후 살균된 algae 는 반응 전과 비교하여 형태를 유지하지 못하고 세포가 파괴 되어 있음을 확인할 수 있었다. 이러한 관찰 결과는 해수중 의 dgae가 전기분해 반응을 통하여 효과적으로 살균될 수 있음을 재 확인시켜 주는 것이다.
coli 가 전해반응에 더 민감하게 반응함을 알 수 있었다. 전자현 미경과 광학현미경을 이용한 관찰을 통해 전기분해 시, E. co〃나 algae 모두 미생물의 형태가 유지되지 못하고 파괴됨 을 확인 할 수 있었다.
8정도의 값을 유지함을 확인할 수 있었다. 해수 내의 미생 물의 살균 활성 요소를 확인하기 위하여 HOC1, OCT의 흡광 도를 측정한 결과, 반응시간에 비례하여 HOC1, OCT의 흡광 도 값이 증가하였다.
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