선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 본 연구에서 황산화미생물을 이용하여 생태독성을 탐지할 수 있는지 가능성을 파악하기 위하여 황산화미생물(mixed culture)의 배양, 연속운전에서 모델 독성물질로 아질산성질소를 연속으로 주입하여 전기전도도 측정을 통해 독성 탐지 가능성을 파악하였으며, 최적의 반응조 체류시간을 결정하기 위하여 HRT에 따른 pH, 전기전도도(EC), 황산염이온의 변화를 파악하였다.
제안 방법
- 액체배지는 NaH2PO4 4.33 g/L, NaH2PO4 · H2O 2.69 g/L, NH4Cl 0.31 g/L, Minerals 12.5 mL/L를 증류수에 넣어 조제하였으며 미네랄의 조성은 증류수에 MgSO4 3g/L, NTA 1.5, NaCl 1 g/L, MnSO4 · H2O 0.5 g/L, ZnCl2 0.13 g/L, CaCl2 · 2H2O 0.1 g/L, CoCl2 · 6H2O 0.1 g/L, FeSO4 · 7H2O 0.1 g/L, AlK(SO4)2 · 12H2O 0.01 g/L, CuSO4 · 5H2O 0.01 g/L, H3BO3 0.01 g/L, Na2MoO4 0.025 g/L, Na2WO4 · 2H2O 0.025 g/L, NiCl2 · 6H2O 0.024 g/L로 조제하였다.
- 산소 공급을 위하여 에어펌프를 이용하여 연속적으로 폭기하였고 운전온도는 반응조에서 30℃를 유지하였다. 반응조 배지의 pH 감소, EC 증가 및 황산 생성이 확인 된 후부터는 7일에 한번씩 황입자 이외의 용액을 모두 버리고 다시 인공하천수를 넣어주는 반연속식 운전을 하였다. 반응조 내 황산화미생물의 활성 분석은 EC와 pH 변화로 활성을 분석하였다.
- 반응조 배지의 pH 감소, EC 증가 및 황산 생성이 확인 된 후부터는 7일에 한번씩 황입자 이외의 용액을 모두 버리고 다시 인공하천수를 넣어주는 반연속식 운전을 하였다. 반응조 내 황산화미생물의 활성 분석은 EC와 pH 변화로 활성을 분석하였다.
- 100 mL 크기의 아크릴 반응조 내에 MCR로부터 취한 황입자 50 mL를 충진하였다. 반응조 상단에는 pH와 EC 전극을 설치하여 유출 pH와 EC를 측정하였으며 pH와 전기전도도 값은 PLC (programmable logic controller) 및 RS232를 통해 컴퓨터에 실시간으로 저장이 되고 컴퓨터 모니터에 나타나도록 하였다. 측정 주기는 인위적으로 조절이 가능하도록 하였으며 본 실험에서는 10분으로 맞추어 실험하였다.
- 반응조 상단에는 pH와 EC 전극을 설치하여 유출 pH와 EC를 측정하였으며 pH와 전기전도도 값은 PLC (programmable logic controller) 및 RS232를 통해 컴퓨터에 실시간으로 저장이 되고 컴퓨터 모니터에 나타나도록 하였다. 측정 주기는 인위적으로 조절이 가능하도록 하였으며 본 실험에서는 10분으로 맞추어 실험하였다. 반응조 하단으로부터 폭기하여 공기를 연속으로 공급 하였으며, 공기유량은 150 - 250 mL/min이었다.
- 30℃에서 2일간 회분식으로 배양하였고 이후 연속식 운전을 위해 인공하천수를 Up-flow 방식으로 유입되도록 하였다. 연속운전 초기 HRT는 2~3일간 10시간으로 하였고 반응조가 안정화된 이후, 즉 pH와 EC가 안정화된 이후, HRT 영향 및 독성물질을 함유한 인공하천수를 넣어 생태독성평가를 수행하였다. 독성물질로는 아질산성질소(NaNO2)를 이용하였으며 인공하천수에 2, 10 mg/L가 되도록 조제하여 유입수로 주입하였다.
- 독성물질로는 아질산성질소(NaNO2)를 이용하였으며 인공하천수에 2, 10 mg/L가 되도록 조제하여 유입수로 주입하였다. 여기서 HRT는 공극을 포함한 황입자가 차지하는 부피 50 mL를 유량으로 나누어 계산하였다. 생태독성장치는 30℃ 항온배양기 안에서 운전되었다.
- 시료수의 pH는 시료용액 10 mL를 취한 후 pH 전극(Orion 91-05/06, Thermo, USA)을 이용하여 측정하였고 전기전도도(EC) 측정은 EC 전극(Inlab 737, Mettler Toledo, USA)을 이용하였다. 알칼리도 측정은 수질오염공 정시험법의 측정방법을 이용하였고 황산이온 농도는 이온크로마토그래피 (ICS-900, Dionex, USA)를 이용하여 분석하였다.
- 2). 버퍼능이 없는 초순수에 1,000 mg/L의 황산을 희석하여 0, 5, 10, 30, 50 mg/L가 되도록 조제한 후 전기전도도를 측정하였다. 그 결과 Fig.
- 3). 1 L의 반응조에 500 mL를 황입자로 채우고 500 mL의 액체배지를 넣고 하수종말처리장의 활성슬러지 20 mL를 식종한 후 공기로 폭기를 하면서 시간에 따른 pH와 EC값을 측정하였다. 식종 후 50 시간 동안 pH는 7.
- 즉, 물 시료의 전기전도도를 측정함으로써 황산의 농도를 예측할 수 있고, EC의 감소로 부터 물 시료에 독성물질이 유입되었는지에 대한 여부를 확인할 수 있을 것으로 사료된다. 따라서 다음 실험에서 실제 아질산성질소 2 mg/L를 조제하여 연속으로 주입하는 실험을 실시하였다.
- 연속생태독성탐지 장치에 체류시간 30분으로 독성물질이 없는 인공하천수를 연속으로 주입하다가 5시간에 아질산성질소 2 mg/L이 되도록 조제된 인공하천수를 연속으로 주입하였다(Fig. 6). 그 결과 아질산성질수 함유 인공하천수 주입 1.
- 반응조 체류시간을 짧게 할수록 독성물질 탐지가 빠른 시간 내에 가능하다. 따라서 체류시간에 따른 EC, pH의 변화를 확인하기 위하여 연속식 생태독성장치에서 반응조의 체류시간(HRT)을 60분, 50분, 40분, 30분, 20분, 10분 순으로 변화를 주며 운전 하였다. 각 HRT에서 2-3일 동안 운전하였으며, 유출수의 pH 및 전기전도도, 황산염 이온 값을 측정하였다(Fig.
- 따라서 체류시간에 따른 EC, pH의 변화를 확인하기 위하여 연속식 생태독성장치에서 반응조의 체류시간(HRT)을 60분, 50분, 40분, 30분, 20분, 10분 순으로 변화를 주며 운전 하였다. 각 HRT에서 2-3일 동안 운전하였으며, 유출수의 pH 및 전기전도도, 황산염 이온 값을 측정하였다(Fig. 7). 유입수의 pH와 EC는 7.
- 황산화미생물을 이용한 생태독성 탐지 가능성을 탐색하기 위하여 황산화미생물을 배양하고 연속식 운전을 통하여 실제 독성물질을 넣어 전기전도도 변화로부터 독성을 탐지하였으며 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
대상 데이터
- 18) 초순수의 전기전도도 값은 1 μS/cm이며, 한강 상류 및 하류 하천수의 전기전도도는 60 ~ 1300 μS/cm 이나, 주로 100 ~ 300 μS/cm의 범위를 보인다. 기존 국내 하천의 알칼리도와 EC 데이터를 근거로 액체 배지를 100배 희석하여 인공하천수로 사용하였다. 인공하천수의 pH와 알칼리도는 7.
- 연속운전 초기 HRT는 2~3일간 10시간으로 하였고 반응조가 안정화된 이후, 즉 pH와 EC가 안정화된 이후, HRT 영향 및 독성물질을 함유한 인공하천수를 넣어 생태독성평가를 수행하였다. 독성물질로는 아질산성질소(NaNO2)를 이용하였으며 인공하천수에 2, 10 mg/L가 되도록 조제하여 유입수로 주입하였다. 여기서 HRT는 공극을 포함한 황입자가 차지하는 부피 50 mL를 유량으로 나누어 계산하였다.
이론/모형
- 시료수의 pH는 시료용액 10 mL를 취한 후 pH 전극(Orion 91-05/06, Thermo, USA)을 이용하여 측정하였고 전기전도도(EC) 측정은 EC 전극(Inlab 737, Mettler Toledo, USA)을 이용하였다. 알칼리도 측정은 수질오염공 정시험법의 측정방법을 이용하였고 황산이온 농도는 이온크로마토그래피 (ICS-900, Dionex, USA)를 이용하여 분석하였다.
성능/효과
- 18) 초순수의 전기전도도 값은 1 μS/cm이며, 한강 상류 및 하류 하천수의 전기전도도는 60 ~ 1300 μS/cm 이나, 주로 100 ~ 300 μS/cm의 범위를 보인다.
- 7) 미생물은 물고기, 물벼룩 등 고동물에 비하여 독성물질에 더 민감하며 빠른 시간 안에 반응하므로 독성을 탐지하는 이상적인 생물체이다.8) 미생물을 이용한 생태독성은 미생물의 성장속도, 호흡율9), 발광도10), 전기전도도11) 변화로부터 탐지가 가능하며 생태독성에 이용되어 왔던 미생물로는 호기성미생물12), 발광미생물13), 질산화미생물2,14), 미생물연료전지 내 미생물15), 철산화미생물16)이 있다.
- 전기전도도 값은 증류수에 넣어 준 황산염이온 농도에 비례하여 증가하였고 전기전도도 증가 치로부터 황산염이온의 증가를 간접적으로 예측할 수 있었다(Fig. 2). 버퍼능이 없는 초순수에 1,000 mg/L의 황산을 희석하여 0, 5, 10, 30, 50 mg/L가 되도록 조제한 후 전기전도도를 측정하였다.
- 버퍼능이 없는 초순수에 1,000 mg/L의 황산을 희석하여 0, 5, 10, 30, 50 mg/L가 되도록 조제한 후 전기전도도를 측정하였다. 그 결과 Fig. 2에서와 같이 전기전도도가 황산농도와 비례하여 증가함을 확인할 수 있었다. 황산농도 1 mg/L 당 전기전도도 8.
- 2일간의 회분식 운전 후 연속식으로 독성물질이 없는 인공하천수를 반응조에 HRT 30분으로 7일 가량 연속적으로 유입시킨 결과 pH 2.9, EC 0.76 mS/cm 정도로 일정하게 유지됨을 알 수 있었다(Fig. 5). MCR로부터 황입자를 취하여 연속탐지반응조로 투여시 마다 HRT 30분에서 pH와 EC는 일정하게 안정화 되었으나 안정화 된 pH와 EC 값은 (0.
- 5). MCR로부터 황입자를 취하여 연속탐지반응조로 투여시 마다 HRT 30분에서 pH와 EC는 일정하게 안정화 되었으나 안정화 된 pH와 EC 값은 (0.5~1.2 mS/cm) 달랐으며, 이는 황입자의 크기 및 표면적에 따른 바이오매스의 양의 차이에 기인한 것으로 보인다. 그러나 독성물질을 검출하기 위해서는 독성물질이 없을 때, 시간에 따라 pH와 EC 값이 일정하게 유지되면 되므로 독성 검출에는 문제가 없을 것으로 판단된다.
- 6). 그 결과 아질산성질수 함유 인공하천수 주입 1.5시간 경과 후 EC 값이 급격하게 감소함을 알 수 있었으며 동시에 pH 값이 상승하였다. 이는 황산화미생물이 아질산성질소에 의해 저해를 받아 생성되는 황산의 생성이 줄어들었기 때문이다.
- 3 mS/cm로 감소하였다. 체류시간을 60분으로 하였을 때 유출수의 EC값은 5.3 mS/cm로 유입수에 비하여 아주 높았으며(유입 EC=0.13 mS/cm) 40시간 가량 동안 큰 변화없이 안정적인 EC 값을 나타내었다. Fig.
- 각 체류시간에서 황산염이온과 EC 값은 비례적인 관계를 보였으며 pH와 EC 값은 매우 안정적으로 측정이 되었다(Fig. 8). 황산염 이온 농도의 경우는 HRT를 60분으로 하였을 때 아주 높은 황산염 이온농도(10,000 mg/L)를 보였다.
- 황산염 이온 농도의 경우는 HRT를 60분으로 하였을 때 아주 높은 황산염 이온농도(10,000 mg/L)를 보였다. 각 HRT에서 안정적으로 황산염이온농도의 변화는 없었으며 HRT 값을 줄임에 따라 황산염이온 농도는 감소하였다.
- 1) 전기전도도가 황산농도와 비례하여 증가함을 확인할 수 있었다. 황산농도 1 mg/L 당 전기전도도 8.
- 2) 연속 운전을 통하여 매우 안정적인 EC, pH baseline을 나타내었다.
- 3) 연속탐지 장치에 아질산성질소 2 mg/L를 함유한 인공하천수를 넣은 결과 인공하천수 주입 후 1.5시간 경과 후 EC 값이 급격하게 감소하고 pH 값은 상승하여 독성을 쉽게 탐지 가능하였다.
- 4) 최적의 체류시간은 30분이었으며 이는 황입자의 크기를 줄임으로써 더 짧은 체류시간에서 운전이 가능할 것으로 판단되며 이에 따라 독성의 탐지 시간 또한 짧아질 것이다.
후속연구
- 3) 이러한 시도는 유해화학물질의 양적팽창과 화학물질 간 상호작용(예: 상승효과, 타감효과 등), 그리고 먹이 연쇄에 따른 생물 축적의 잠재적 위험성 등을 파악함으로써 기존 이화학적 분석기법의 한계를 극복할 수 있을 것으로 예상된다.4) Hernando에 따르면 환경위해성을 평가하기 위하여 기기 분석 자료만을 이용하는 것은 불충분하며 생물체를 이용한 생태독성 평가가 이루어져야 하며 독성물질들의 상승 효과가 예상될 수 있으므로 개별 독성물질의 분석보다는 생물체를 이용한 생태독성이 필요하다고 보고하고 있다.
- 반응조 내에 유입되는 물 시료에 독성물질이 있을 시, 독성물질에 의해 황산화미생물은 활성이 떨어져 생성되는 황산의 농도는 낮아지게 되고, 이에 따라 전기전도도 값 또한 일정하게 유지되던 EC값 보다 감소하게 된다. 즉, 물 시료의 전기전도도를 측정함으로써 황산의 농도를 예측할 수 있고, EC의 감소로 부터 물 시료에 독성물질이 유입되었는지에 대한 여부를 확인할 수 있을 것으로 사료된다. 따라서 다음 실험에서 실제 아질산성질소 2 mg/L를 조제하여 연속으로 주입하는 실험을 실시하였다.
- 13 mS/cm) 40시간 가량 동안 큰 변화없이 안정적인 EC 값을 나타내었다. Fig. 7에 의하면 체류시간 30분만으로도 충분히 유입수와 유출수의 EC 값의 변화를 뚜렸하게 확인이 가능할 것으로 사료된다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.