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유용 미생물과 제올라이트를 이용한 시멘트 벽돌의 수질 정화 특성에 관한 실험적 연구
An Experimental Study on Water-Purification Properties in Cement Bricks Using Effective Micro-Organisms and Zeolite 원문보기

콘크리트학회논문집 = Journal of the Korea Concrete Institute, v.23 no.3, 2011년, pp.331 - 338  

김화중 (경북대학교 건축토목공학부) ,  최길준 (경북대학교 건축토목공학부) ,  박준석 (경북대학교 건축토목공학부)

초록
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이 연구는 미생물 혹은 생물의 다양한 기능을 이용한 환경의 수복(bioremediation)을 활용한 자연 친화형 수질 정화 시멘트 벽돌로서의 가능성을 검토하고자 하였다. 현재 유용 미생물을 건축 소재에 활용하여 수질을 개선하는 연구들이 제안되어 왔다. 이 연구에서는 이러한 미생물의 수질 정화 능력을 이용하는 것으로서 선행 연구의 낫토균 이외에 된장균, 대구 S환경사업소에서 미생물을 탐색하여 16S rDNA 염기서열 분석법에 의해 동정된 유용 미생물 자원들을 이용하였으며, 이렇게 확보된 수질 정화 능력을 가진 유용 미생물 자원들에 대한 시멘트 벽돌에서의 수질 정화 특성을 검토하였다. 또한 시멘트 벽돌에 미생물을 흡착시키기 위하여 제올라이트를 사용 하였으며, SEM 분석을 통하여 제올라이트에 미생물이 흡착되어 있는 것을 확인 할 수 있었다. 실험 결과 유용 미생물을 이용 하였을 때 우수한 오염물질 제거율이 나타났기 때문에 자연 친화형 건설재료의 유용 미생물 활용이 가능하다고 판단되며, 이 연구에서 소개한 미생물 이외에도 다양한 미생물 자원들을 확보하여 건축 소재에 활용 가능한 수질 개선용 유용 미생물 자원들을 확보할 수 있을 것으로 기대된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The purpose of this study is to use organisms or micro-organism functions for eco-friendly water-purification of cement bricks, utilizing bioremediation. Many researches have been performed in the past to improve water quality by using effective micro-organisms in construction materials. In order to...

주제어

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문제 정의

  • 따라서, 이 연구에서는 건축 소재에 활용 가능하며, 폐수 처리에 대해 분해능이 뛰어난 균주를 분리 및 선별하기 위해 선행 연구에서 언급한 낫토,1,10) 된장, 대구 S 환경사업소로부터 균주를 분리 및 동정한 다종 다양한 생물종을 천연 제올라이트를 함유한 시멘트 벽돌에 적용하여 수질정화용 미생물로서의 가능성을 검토하고자 하였다.
  • 이 연구에서는 유용 미생물과 제올라이트를 이용한 시멘트 벽돌의 수질 정화 특성을 검토하기 위하여 원수, WB, DB, NB, SB의 수질 정화 성능을 실험 분석하였으며, 비교 분석 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
유용 미생물과 제올라이트를 이용한 시멘트 벽돌의 수질 정화 특성을 실험한 결과는? 1) 용존 산소의 변화를 살펴보면 원수, WB, DB, NB, SB 모두 원수에 비해 변화 폭이 크게 나타나지 않았기 때문에 DO에 영향을 미치지 못하는 것을 확인할 수 있었다. 2) pH는 원수의 반응조에서는 별 다른 변화를 나타나지 않았지만, WB, DB, NB, SB는 시멘트의 사용으로 pH값이 증가하였다. 하지만 WB에 비해 미생물을 활용한 반응조에서는 pH가 상승하였기 때문에이 실험에서 활용한 미생물들은 pH의 상승 요인으로 판단된다. 3) 부유 물질의 제거 효율을 살펴보면, DB의 경우 부유 물질의 제거 효율에 영향을 미치지 못하는 것으로 사료되며, NB와 SB의 경우 생물여과막 장치, 미생물을 이용한 제올라이트 담체 등을 활용한 것 보다 부유 물질의 제거 효율이 우수한 것을 확인 할 수 있었다.5,11) 4) 화학적 산소 요구량은 DB의 경우 화학적 산소 요구량에 영향을 미치지 못하는 것으로 사료되며, NB와 SB의 경우 미생물 제재만을 사용하여 폐수를 정화시키는 방법보다도 우수한 것을 확인 할 수 있었다.15) 5) 생물학적 산소 요구량은 DB와 NB, SB 모두 감소하는 경향을 나타내었으며, 유용 미생물을 활용한 콘크리트 블록의 수질 정화 성능과 비교해 보았을 때 DB는 비슷한 효과를 나타내었지만, NB와 SB는 그 이상의 제거율을 확인할 수 있었다.16) 6) 총 질소는 NB와 SB가 우수한 효과를 나타내었으며, DB의 경우는 영향을 미치지 못하는 것으로 사료된다. 7) 총 인은 DB, NB, SB 모두 우수한 제거 효율을 나타내었으며, DB보다는 NB와 SB가 더 우수한 결과를 나타내었다.
생물의 다양성이 상실되는 원인은? 최근 국토 환경의 주요 요소인 하천 환경은 급속히 악화되었고, 그에 따른 사회적 문제는 산림, 임야, 농경지 등 다른 국토 요소의 환경 문제보다 더 심각하게 대두되었다. 특히, 1970년대 이후 우리나라는 급격한 산업화와 도시화의 진전에 따라 물의 사용량은 지속적으로 증가했고, 생활 오수의 발생량 증가는 주변 수계로의 영양염류의 유입을 증가시켜 부영양화를 초래하였으며, 수생 생태계의 자연정화 능력을 초과함으로써 생물의 다양성이 상실되는 원인이 되었다. 또한, 하수도 정비와 고차 폐수처리에 막대한 비용과 시간이 소요되며, 우리나라의 호수 및 하천은 오염물질에 쉽게 노출되어 있어 부영양화가 쉽게 발생할 수 있는 특징을 지니고 있다고 알려져 있다.
미생물을 이용한 수질정화의 장점은? 현재 미생물들은 중간 독성 물질의 발생 없이 많은 환경오염 물질을 분해하는 장점을 활용하여 연속 공극이 형성된 포러스 콘크리트에 적용시켜 부착 생물량을 증가 시키고, 부착 생물에 의해 오염물질을 흡착하여 본래의 자정 능력을 촉진, 증대시킬 수 있다고 보고되어 있다.2,4-6)
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참고문헌 (16)

  1. Godberg, E. D., Man's Role in Sediment Cycle, the Changing Global Environmental, Edited by S. F. Singer, D. Redial Publishing Co., Dordrecht, Holland, 1975, pp. 12-14. 

  2. 황희주, 김인혜, 최영익, 김인관, 이상현, 하종명, 최배진, 이재화, "다공성 콘크리트 블록을 이용한 수질 정화 효과," 한국수처리학회지, 14권, 4호, 2006, pp. 77-82. 

  3. 생명공학정책연구센터, "환경생명공학(Bioremediation을 중심으로)," BT기술동향 보고서, 68권, 15호, 2008, pp. 23-49. 

  4. 김세원, 오종민, "소하천에서의 투수성 하천 구조물의 수질정화 효율 평가," 한국물환경학회-대한상하수도학회 공동 추계학술발표회 논문집, P-57, 2004, pp. 342-444. 

  5. 안태웅, 최이송, 오종민, "다공성 콘크리트와 식생 콘크 리트에 의한 수질정화기능에 관한 연구," 환경영향평가 연구논문, 17권, 5호, 2008, pp. 271-278. 

  6. Park, S. B. and Tia, M., "An Experimental Study on the Water-Purification Properties of Porous Concrete," Cement and Concrete Research, Vol. 34, 2004, pp. 177-184. 

  7. 김중균, 박경주, 이병헌, 정해윤, 조정섭, "광합성세균 고정화비드를 이용한 수질정화시스템의 특성," 대한환경공학회 춘계학술연구발표회 논문집, 2005, pp. 138-145. 

  8. Lahav, O. and Green, M., "Ammonium Removal Using Ion Exchange and Biological REgeneration," Wat. Res., Vol. 32, No. 7, 1998, pp. 2019-2028. 

  9. US EPA, "Process Design Manual for Nitrogen Control," Office of Wastewater Enforcement and Compliance, Washington, D. C., lst Edn., 1975, 35 pp. 

  10. 松永 信博, et. al., "Capacity of Water Quality Purification by Eco-Block(EBB) in a Closed Water System," Engeering Sciences Reports, Kyushu University, 2006, pp. 247-253. 

  11. 김병채, 홍성호, 김경희, 이제근, "제올라이트를 이용한 미생물 담체 제조 및 이를 활용한 중수처리 시스템 개발," 한국폐기물자원순환학회 추계학술연구발표회 논 문집, 2003, pp. 409-412. 

  12. Benjamin, S. W., Microbes and Society, World Science Publishing, 2009, pp. 120-128. 

  13. Ahn, et al., "A Study on Effects of Hydraulic Structure on River Encironmental(II): Water Quality and Ecological Characteristics," J. Envicro. Sci., Vol. 11, 2002, pp. 309-317. 

  14. 김병흥, 미생물 생리학, 2차 개정안 아카데미서적, 2000, pp. 1-10. 

  15. 서성녀, 김영택, 박철휘, "산소용해수와 미생물 제재를 이용한 호소 및 폐쇄수역의 정화 기술," 한국물환경학회지, 21권, 2호, 2005, pp. 118-124. 

  16. 서대석, 전진용, 김정환, 권혁준, 박승범, "유용 미생물을 이용한 콘크리트의 수질정화 특성에 관한 실험적 연구," 한국콘크리트학회 봄 학술대회 논문집, 20권, 1호, 2008, pp. 757-760. 

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