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 연구는 유기물이 없는 시료(흙)를 호기상태인 대조실험(blank test)과 인이 없는 D-(+)-포도당과 대장균(ATCC25923)을 첨가해 혐기상태인 혐기실험(anaerobic test)하여 탁도(turbidity), pH, T-P, PO4-P, DO를 측정하고 분석해 호소바닥에 있는 인의 용출 메카니즘을 규명하고 부영양화를 감소시킬 수 있는 기초 자료로 활용코자 하였다.
제안 방법
- 본 연구는 호수 바닥에서 조류 성장 제한 인자인 인의 용출 원인이 유기물을 미생물이 분해하여 생성하는 인 이외의 다른 형태도 존재하는지를 파악코자 대조시료와 혐기시료에서 DO, T-P, pH, 탁도, PO4-P를 비교 시험해 다음과 같은 사실을 확인할 수 있었다. 우선 대조시료와 혐기시료 PO4-P의 초기농도는 각각 1.
- 45 µm (nylon재질, Fisherbrand, Houston, TX) 여지로 여과해 수질오염공정시험기준 총인 아스코르빈산 환원법에 의거해 880 nm 파장에서 분광광도계(Cary 300 conc, Varian, Palo Alto, CA)를 이용하여 인산염 인의 농도를 측정했으며, 시험용액 50 mL를 취해 4% 과황산칼륨으로 121℃에서 과황산칼륨 분해해 모든 인을 인산염(PO4) 형태로 변화시킨 다음 수질 오염 공정 시험 기준 총인 아스코르빈산 환원법에 의거해 880 nm 파장에서 분광광도계(Cary 300 conc)를 이용하여 T-P 농도를 측정했다. 시험용액 50 mL를 취해 pH 미터(HM-30R, DKK-TOA Co., Tokyo, Japan)를 이용하여 pH 측정 했고, 나머지 시험용액 50 mL는 탁도계(2199AN Turbidimeter, HACH Co., Loveland, CO)로 탁도를 측정했다(수질 오염 공정 시험 기준, 2010.04.29; 먹는물 수질 공정 시험 기준, 2010.07.14; Standard methods for the examination of water and wastewater, 16th ed., 1988, American Public Health Association, Washington DC, USA).
- 실온 25℃에서 분석용 시료를 40 g씩 1 L 유리용기 20개에 넣고 증류수를 1 L 가한 다음 0.01 N NaOH를 이용하여 약 pH 7.5 정도로 만들었고, 혐기실험용(anaerobic)으로 유리용기 10개에 대장균(ATCC25923)을 접종했으며, 나머지 10개는 대조실험용(blank)으로 대장균을 접종하지 않고, 35.5±5℃ 인큐베이터에서 20개 시료를 10일간 배양했다.
- 실험변수의 측정 방법. 인큐베이터 배양 후 2, 24, 48, 72, 96, 120, 144, 168, 192, 240시간 마다 혐기실험용과 대조실험용에 각 1개씩 취해 각기 약 500 mL 시험용액을 채취 후 DO, NTU (Nephelometric Turbidity Units), T-P, PO4-P(인산염인), 그리고 pH를 측정했다. 채취한 시험용액 500 mL 중 약 300 mL로 윙클러-아지드화나트륨 변법으로 DO를 측정했고, 시험용액 50 mL를 취하여 원심분리기(Z513K, Hermle, Wehingen, Germany)로 2000 rpm (3000 rcf)에서 2시간 원심 분리 후 0.
- 채취한 시험용액 500 mL 중 약 300 mL로 윙클러-아지드화나트륨 변법으로 DO를 측정했고, 시험용액 50 mL를 취하여 원심분리기(Z513K, Hermle, Wehingen, Germany)로 2000 rpm (3000 rcf)에서 2시간 원심 분리 후 0.45 µm (nylon재질, Fisherbrand, Houston, TX) 여지로 여과해 수질오염공정시험기준 총인 아스코르빈산 환원법에 의거해 880 nm 파장에서 분광광도계(Cary 300 conc, Varian, Palo Alto, CA)를 이용하여 인산염 인의 농도를 측정했으며, 시험용액 50 mL를 취해 4% 과황산칼륨으로 121℃에서 과황산칼륨 분해해 모든 인을 인산염(PO4) 형태로 변화시킨 다음 수질 오염 공정 시험 기준 총인 아스코르빈산 환원법에 의거해 880 nm 파장에서 분광광도계(Cary 300 conc)를 이용하여 T-P 농도를 측정했다.
- 29). 혐기실험용에는 대장균 성장과 시료 혐기화를 위하여 D-(+)-포도당(Sigma-Aldrich Co., St. Louis, MO)를 2, 24, 48, 72시간 마다 5g씩 넣었다.
대상 데이터
- 본 연구에 사용된 토양은 대전광역시 중구 산성동 인근 보문산에서 유기물에 오염이 없고, 시료 대표성이 있다고 판단되는 5개 지점(±15 cm)에서 토양 오염 공정 시험 기준에 따라 채취한 토양을 직사광선이 닿지 않는 장소에서 균일한 두께로 펼친 다음, 통풍이 잘 되도록 풍건시키고 분쇄해 눈금간격 0.15 mm 표준체(100 메쉬)로 체걸음 하여, 시료를 각각 균등량(약 500 g)씩 취하고 균일하게 혼합 후 2.5 kg씩 3개(총 7.5 kg) 정도를 만들어 분석용 시료로 사용했다(토양 오염 공정 시험 기준, 2009.10.29).
이론/모형
- , 정인산, 오르토인산, dissolved phosphorus (DP)로 표기하기도 했다[Min 등, 2011]. 본 논문은 수질 오염 공정 시험 기준의 인산염인(PO4-P)표기를 따른다. 인산은 산성에서 H3PO4 형태이고, 알카리로 갈수록 H2PO-4, HPO2-4, PO3-4로 변한다.
성능/효과
- DO 감소는 대장균이 포도당을 분해하면서 생기는 현상이며, pH의 감소는 부족한 DO로 인해 포도당이 유기산으로 변함을 뜻했다. 72시간부터 대조시료와 혐기시료에서 DO와 pH가 큰 차이가 생겼고, 혐기시료에서 pH 5 정도 그리고 DO 0.3 mg/L 정도일 때부터 혐기화가 시작된 것으로 보였기 때문에, 72시간에 탁도와 T-P의 급격한 감소 현상은 pH와 관련 있음을 알 수 있었다.
- 3 mg/L을 나타냈다. 96시간이 되면서 pH 4 정도를 나타냈으며, DO는 0.2 mg/L을 나타내 혐기화가 진행됨을 알 수 있었다. DO 감소는 대장균이 포도당을 분해하면서 생기는 현상이며, pH의 감소는 부족한 DO로 인해 포도당이 유기산으로 변함을 뜻했다.
- 3 mg O/L로 감소되어 혐기화가 지속되는 시점으로 보여지며, 시간이 지날수록 유사성은 없어지면서 120시간부터는 거의 DO가 존재하지 않았다. T-P는 96시간대에 급격히 감소 후 144시간에서 최저 농도 2.26 ppm 도달 후 점진적으로 증가했고, PO4-P는 시간이 갈수록 약간의 진폭은 있었지만 점진적으로 증가했다. 혐기시료와 대조시료 PO4-P는 DO의 변화에 관계없이 시간이 지나면서 점진적 증가를 나타냈다.
- 88 mg/L로 포화량보다 약간 적었고, 따라서 대조시료와 혐기시료 용존산소 농도는 유사했다. 대조시료 48시간 용존산소농도는 포화량보다 약간 높은 7.36 mg/L이었고, 72시간에는 7.32 mg/L로, 포화량보다 높은 이유는 시료(흙) 속 공기에 의해 용존산소가 증가한 것으로 사료된다. 이 후 용존산소 농도가 큰 변화 없이 240시간까지 약 6.
- 2 mg/L 이하로 감소되어 240시간 이상 유지됨은 혐기실험도 적절하게 진행되었음을 뜻했다. 대조시료 DO 농도변화는 폭기 없이도 호기상태가 적절히 유지됐고, 포도당과 대장균을 이용한 혐기상태도 적절히 유지되어 호기 및 혐기실험이 잘 진행되었음을 확인했다.
- 6에서 대조시료 T-P와 PO4-P 농도 차가 매우 큰 것은 PO4-P는 물속에 용존하는 PO4-P만을 측정했고, T-P는 탁도물질에 존재하는 다양한 형태의 인을 과황산 칼륨 분해로 PO4-P화 한 것과 물속에 용존하는 PO4-P를 포함한 것이기 때문이다. 대조시료(aerobic, blank)에서 PO4-P 초기 농도에서 240시간대에 농도 차는 1.6 ppm이고, T-P는 1.5 ppm으로 T-P의 증가 대부분은 PO4-P의 증가에서 기인되는 것으로 나타났다. 그리고 PO4-P의 증가량이 T-P의 증가량보다 적어야 되지만 큰 것은 실험오차로 사료된다.
- T-P는 24시간대에 급격한 증가 후 48시간대에 급격한 감소를 나타낸 후 점진적인 증가를 나타냈다. 대조시료와 혐기시료는 72시간까지 T-P의 변화 양상이 유사했지만, 이 후 혐기시료는 pH 5 정도를 나타냈고 DO도 0.3 mg O/L로 감소되어 혐기화가 지속되는 시점으로 보여지며, 시간이 지날수록 유사성은 없어지면서 120시간부터는 거의 DO가 존재하지 않았다. T-P는 96시간대에 급격히 감소 후 144시간에서 최저 농도 2.
- -P를 비교 시험해 다음과 같은 사실을 확인할 수 있었다. 우선 대조시료와 혐기시료 PO4-P의 초기농도는 각각 1.10과 1.19 ppm이고, 192시간대 각각 2.935과 2.747 ppm 그리고 240시간대의 농도는 각각 2.74과 3.034 ppm로 차이가 크지 않음은 수중의 PO4-P의 증가가 미생물에 의한 DO 감소로 발생하는 것이 아니라는 것을 나타냄을 알 수 있었다. 한편 대조시료에서 T-P와 탁도는 72시간에서 120시간까지는 어느 정도의 수준을 유지하였고, 120시간에서 168시간대에는 같이 증가해 탁도와 T-P는 관련이 있음을 알 수 있었고, 혐기시료에서 T-P는 24시간부터 96시간까지 비교적 빠르게 감소해 144시간대에 최저점을 나타냈고, 탁도도 144시간대까지 감소 할 때 T-P도 같이 감소했다.
- 034 ppm로 차이가 크지 않음은 수중의 PO4-P의 증가가 미생물에 의한 DO 감소로 발생하는 것이 아니라는 것을 나타냄을 알 수 있었다. 한편 대조시료에서 T-P와 탁도는 72시간에서 120시간까지는 어느 정도의 수준을 유지하였고, 120시간에서 168시간대에는 같이 증가해 탁도와 T-P는 관련이 있음을 알 수 있었고, 혐기시료에서 T-P는 24시간부터 96시간까지 비교적 빠르게 감소해 144시간대에 최저점을 나타냈고, 탁도도 144시간대까지 감소 할 때 T-P도 같이 감소했다. 이 현상들은 DO, T-P, pH 그리고 탁도가 관계있음을 나타냈다.
- 5 mg/L 이상을 유지했음은 시료(흙)에 유기물이 없음을 나타낸 것으로 시료(흙)가 실험에 적합하였음을 뜻했다. 혐기시료에 대장균과 포도당을 투입 후 48시간 DO가 약 1 mg/L까지 감소됐고, 96시간 이후 0.2 mg/L 이하로 감소되어 240시간 이상 유지됨은 혐기실험도 적절하게 진행되었음을 뜻했다. 대조시료 DO 농도변화는 폭기 없이도 호기상태가 적절히 유지됐고, 포도당과 대장균을 이용한 혐기상태도 적절히 유지되어 호기 및 혐기실험이 잘 진행되었음을 확인했다.
- 혐기시료에서 pH는 점점 감소하여 약 pH 4 정도까지 감소했고, 탁도 역시 72시간부터 감소하여 144시간에 40 NTU 이하를 나타냈다. 호기성 호흡으로 수중 DO를 소모 후 혐기화되면서 포도당을 혐기성 분해함으로 유기산이 생성되어 pH가 감소되는 것으로 예상되었다. 실제로 120 시간대부터 혐기시료에서 식초의 냄새가 발생했고, 대조시료는 유기물이 없어 pH가 중성대를 유지하면서 탁도에 감소도 없는 대조적 현상을 보였다.
- 침전된 탁도물질로부터 용출되는 인은 대부분 PO4-P 형태로 나타났다. 호수 바닥에서 유기물이 분해되면 DO가 감소해 혐기화되면 유기산이 형성되어 pH가 감소되기 때문에 탁도물질이 호수 바닥으로 침전 촉진되는 과정과 침전된 탁도물질은 미생물의 분해작용이 없이 호수에 인을 용출하는 새로운 메카니즘이 존재함을 알 수 있었다.
- 034로 차이가 크지 않음은 수중의 PO4-P의 증가가 미생물에 의한 DO 감소로 발생하는 것이 아니라는 것을 나타낸 것이다. 호수에서 미생물이 유기물을 분해해 PO4-P를 생산할 수 있지만, 이 실험에서는 시료 자체에 유기물이 없는 시료를 선택했고, 또한 첨가한 포도당에도 인이 없었으며, pH 역시 인의 용출이 비교적 적은 pH 4-7 영역의 결과로서[Min 등, 2011], 호수바닥에서 용출되는 인은 유기물이 분해되면서 생성하는 것 이외에도 다른 원인에 의하여 용출되는 인이 있음을 나타낸 것이다. 한편 인의 용출은 약 pH 4-7에서 크지 않으나 pH 3이하 또는 pH 8 이상에서는 pH 변화에 따라서 인의 용출은 크게 증가하였다[Min 등, 2011].
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.