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문제 정의
- 정상상태의 반응조에 하천수에서 존재 가능한 독성물질인 NO2-을넣어 독성물질의 탐지 가능성을 파악하였다. 또한 반연속식 운전에서 반응시간을 달리하여 반연속식 운전에서의 반응시간을 결정하고자 하였다.
- 반연속 운전에서 미생물 반응시간이 변화할 때의 EC의 변화를 관찰하고자 하였다. CIMON 프로그램에서 유입수 펌프의 작동시간을 변경하여 실험을 진행하였다.
- 본 연구는 황산화미생물을 이용한 독성모니터링 방법을 구현하기 위해 실시되었다. 황산화미생물은 호기적 조건에서 산소를 최종전자수용체로 이용하여 황을 산화시키고 황산염이온을 생성한다.
- 본 연구는 황산화미생물을 이용한 독성모니터링 방법의 이용가능성을 평가하기 위하여 실제하천수의 EC와 pH변화를 측정하고 인공하천수를 유입수로 일정 운전조건에서 연속식과 반연속식으로 운전하여 정상상태를 확인하였다. 정상상태의 반응조에 하천수에서 존재 가능한 독성물질인 NO2-을넣어 독성물질의 탐지 가능성을 파악하였다.
제안 방법
- 반연속 운전에서 미생물 반응시간이 변화할 때의 EC의 변화를 관찰하고자 하였다. CIMON 프로그램에서 유입수 펌프의 작동시간을 변경하여 실험을 진행하였다. 미생물 반응시간은 15분, 30분, 60분으로 설정하였고 60분의 미생물 반응 시간 실험 이후 미생물 반응시간을 기본조건인 30분으로 변경하여 정상적으로 EC 값이 다시 회복되는지 알아보았다.
- K강하류 L하천 수계측정소에서 실제하천수의 pH 및 EC를 측정하였다. 측정주기는 30분으로 3일 연속 측정하였다.
- 독성여부를 쉽게 파악하기 위하여 하천수에서 일반적으로 검출되는 농도보다 고농도인 5 mg/L NO2--N 주입하였다. NO2--N 독성에 대한 변화를 파악하기 위해 NO2--N 5 mg/L를 각각 1회(1 cycle), 2회(2 cycle) 주입하였고 주입 후 바로 독성이 없는 유입수가 유입되도록 하여 황산화미생물이 회복하는데 소요되는 시간을 알아보고자 하였다.
- 황입자는 2∼4 mm 체를 이용하여 선별하였고 황입자 500 g과 공기로 탈염소한 수돗물을 이용하여 MFC 메디아를 200배 희석되도록 한 희석수 500 mL를 1 L 비커에 넣었다. 공기폭기기를 설치하여 공기가 계속적으로 폭기되도록 하였고 35℃가 유지되는 항온조 안에 보관하였으며 EC와 pH를 2분 간격으로 측정하여 Data logger를 통해 컴퓨터에 기록, 저장되도록 구성하였다.
- 독성모니터링 반응조는 반응부(4.0 cm ɸ ×7.1 cm H, 89.18 mL)와 측정부(4.0 cm ɸ × 4.3 cm H, 54.01 mL)로 설계되었으며 황입자는 2∼4 mm 크기를 사용하였으며 충진된 황입자의 양은 50 g 이다.
- CIMON 프로그램에서 유입수 펌프의 작동시간을 변경하여 실험을 진행하였다. 미생물 반응시간은 15분, 30분, 60분으로 설정하였고 60분의 미생물 반응 시간 실험 이후 미생물 반응시간을 기본조건인 30분으로 변경하여 정상적으로 EC 값이 다시 회복되는지 알아보았다.
- 반연속식 독성모니터링 실험조건에서 유입수 주입 시간을 1분(70 mL/min)으로 하고 미생물 반응시간을 변화시켰을 때 EC의 변화를 관찰하였다. 미생물반응시간(batch mode)은 15분, 30분, 60분으로 설정하여 실험을 진행하였다. 반응시간 15분 조건의 경우 미생물 반응에 의해 황산염이온이 생성되어 0.
- 반연속식 독성모니터링 실험조건에서 유입수 주입 시간을 1분(70 mL/min)으로 하고 미생물 반응시간을 변화시켰을 때 EC의 변화를 관찰하였다. 미생물반응시간(batch mode)은 15분, 30분, 60분으로 설정하여 실험을 진행하였다.
- 반응조 내의 미생물이 충분히 안정되었다고 판단된 이후 독성물질 주입 및 회복 실험을 실시하였다. 독성물질로는 NO2--N을 선정하여 주입하였으며 황산화미생물을 이용하여 독성물질을 탐지할 수 있는지 가능성을 파악하고자 하였다.
- 새 황입자 50 g에 MCR로부터 활성이 있는 미생물이 붙어있는 황입자 0.5 g을 넣어 회분식 형태로 EC 변화를 관찰하였다. MCR에서 공급된 황입자에 붙어있는 미생물들의 활성은 매우 좋으며 이에 따라 lag phase가 약 10시간 정도 관찰되었고 그 후 EC는 증가하다가 약 20시간에서 보다 급격하게 EC가 증가되었다.
- 황을 이용한 독성모니터링 장치는 연속식 운전과 반연속식 운전으로 작동하도록 실험하였다. 연속식 운전은 HRT 30분으로 설정하였고 독성물질을 함유하고 있지 않은 유입수를 10일 이상 주입하였다. 연속식 운전의 경우 유입 EC는 0.
- 독성모니터링장치의 운전은 연속(continuous mode)과 반연속(semi-continuous mode)으로 진행이 되었다. 연속운전의 경우 HRT 30분으로 설정하고 실험을 진행하였으며 반연속식운전은 유입수가 1분 동안 70 mL 유입되고 30분 동안 미생물에 의한 반응이 일어나도록 설정하였다. 유입수의 온도는 제조 후 30℃가 되도록 맞추어 항온조(35℃) 안에 두고 유입시켰으며 공기유량은 60 mL/min으로 일정하게 유지하였다.
- 본 연구는 황산화미생물을 이용한 독성모니터링 방법의 이용가능성을 평가하기 위하여 실제하천수의 EC와 pH변화를 측정하고 인공하천수를 유입수로 일정 운전조건에서 연속식과 반연속식으로 운전하여 정상상태를 확인하였다. 정상상태의 반응조에 하천수에서 존재 가능한 독성물질인 NO2-을넣어 독성물질의 탐지 가능성을 파악하였다. 또한 반연속식 운전에서 반응시간을 달리하여 반연속식 운전에서의 반응시간을 결정하고자 하였다.
- 황을 이용한 독성모니터링 장치는 연속식 운전과 반연속식 운전으로 작동하도록 실험하였다. 연속식 운전은 HRT 30분으로 설정하였고 독성물질을 함유하고 있지 않은 유입수를 10일 이상 주입하였다.
- 황입자는 2∼4 mm 체를 이용하여 선별하였고 황입자 500 g과 공기로 탈염소한 수돗물을 이용하여 MFC 메디아를 200배 희석되도록 한 희석수 500 mL를 1 L 비커에 넣었다.
대상 데이터
- , 2010). 유입수는 인공하천수로 수돗물에 MFC 메디아를 200배 희석하여 제조하였다. MFC 메디아의 구성은 다음과 같다: Na2HPO4 4.
성능/효과
- 5 mg/L NO2--N이 1회, 즉 1 cycle 동안만 주입된 경우 NO2--N에 의한 미생물 생장 저해로 인해 EC값은 0.15 dS/m에서 0.2 dS/m로 독성물질이 없는 경우에 비해 90%감소하였다. 그 후 Fig.
- 5 g을 넣어 회분식 형태로 EC 변화를 관찰하였다. MCR에서 공급된 황입자에 붙어있는 미생물들의 활성은 매우 좋으며 이에 따라 lag phase가 약 10시간 정도 관찰되었고 그 후 EC는 증가하다가 약 20시간에서 보다 급격하게 EC가 증가되었다. 실험시작 10시간 뒤 EC는 약 0.
- 3). MCR의 활성여부 및 접종량은 lag phase에 영향을 주며 빠른 시간 내에 새 황입자를 활성이 있는 황산화미생물을 가지는 황입자로 배양할 수 있음을 확인하였다.
- 6 dS/m로 측정되었고 장시간 운전하여도 일정한 트랜드의 안정적인 값이 측정되었다. NO2--N가 주입되면서 미생물이 저해를 받아 EC가 감소하는 경향을 보였으며 이를 통해 독성물질 주입여부를 판별할 수 있었다. 독성이 없는 유입수를 다시 유입시켰을 경우 약 4∼5시간 후 반응조 내의 미생물이 원상태를 회복하여 유입 전 EC의 값이 다시 측정되었다.
- 가 활성이 높은 황입자 함유 반응조에 유입됨에 따라 lag phase가 관찰되지 않고 EC가 증가하는 것이 관찰되었다. 미생물 반응시간 30분(반응 전 EC 0.
- 2 dS/m로 독성물질이 없는 경우에 비해 90%감소하였다. 그 후 Fig. 6에서 보는 바와 같이 독성물질이 없는 물을 유입시키면 점차 황산화미생물이 회복되면서 EC도 또한 점차 증가하기 시작하였고 독성물질이 없는 물이 유입된 시점으로부터 약 4시간 후 EC는 약 0.45 dS/m로 회복됨을 알 수 있었다. NO2--N이 2회 주입된 경우 또한 EC는 약 0.
- 황산화미생물은 호기적 조건에서 산소를 최종전자수용체로 이용하여 황을 산화시키고 황산염이온을 생성한다. 따라서 황산화미생물의 활성이 좋은 경우 생성되는 황산염이온의 양은 증가하며 독성물질의 유입에 의해 황산화미생물의 활성이 감소한 경우 생성되는 황산염이온의 양은 감소한다. 황산염이온의 농도는 일반적으로 이온크로 마토그래피 등을 이용해 측정하나 존재유무 및 농도를 알기 위해 추가적으로 샘플을 채취하여야 하고 분석에 어느 정도의 시간이 소요되므로 빠른 탐색을 위한 독성모니터링개발에는 사용하기 어렵다.
- 가 활성이 높은 황입자 함유 반응조에 유입됨에 따라 lag phase가 관찰되지 않고 EC가 증가하는 것이 관찰되었다. 미생물 반응시간 30분(반응 전 EC 0.12 dS/m에서 반응 후 30분) 후 EC는 약 0.6 dS/m의 값이 측정되었으며 12시간 이상 운전에도 반응 전 EC값들과 반응 후 EC 값들은 각각 거의 유사한 EC값이 측정되었다(Fig. 4).
- 미생물반응시간(batch mode)은 15분, 30분, 60분으로 설정하여 실험을 진행하였다. 반응시간 15분 조건의 경우 미생물 반응에 의해 황산염이온이 생성되어 0.1 dS/m에서 0.5 dS/m 까지 EC의 값이 증가하는 것을 확인하였다. 반응시간이 30분일 때는 반응시간 15분 보다 미생물이 반응할 수 있는 시간이 2배 정도 더 주어지므로 EC는 약 0.
- 연속식 운전은 HRT 30분으로 설정하였고 독성물질을 함유하고 있지 않은 유입수를 10일 이상 주입하였다. 연속식 운전의 경우 유입 EC는 0.5 dS/m이나 유출 EC는 약 1.7 dS/m로 10일 이상 운전에도 안정적으로 측정되었다. 반연속식 운전은 독성이 없는 유입수
- 일반적으로 실제 하천의 EC 값은 일정하게 유지가 된다. 연속식, 반연속식 운전으로 실험한 결과 정상상태(steady state)를 보였다. 연속운전의 경우 유출수의 EC 값은 1.
- 연속식, 반연속식 운전으로 실험한 결과 정상상태(steady state)를 보였다. 연속운전의 경우 유출수의 EC 값은 1.7 dS/m로 일정하게 유지되었으며(유입 EC = 0.1 dS/m) 반연속식운전의 경우 새로운 유입수가 유입됨으로 인해 초기 EC는 약 0.1 dS/m이고 미생물이 황을 산화함에 따라 황산염 이온이 생성되고 EC가 증가하여 30분 후 EC는 약 0.6 dS/m로 측정되었고 장시간 운전하여도 일정한 트랜드의 안정적인 값이 측정되었다. NO2--N가 주입되면서 미생물이 저해를 받아 EC가 감소하는 경향을 보였으며 이를 통해 독성물질 주입여부를 판별할 수 있었다.
후속연구
- 독성이 없는 유입수를 다시 유입시켰을 경우 약 4∼5시간 후 반응조 내의 미생물이 원상태를 회복하여 유입 전 EC의 값이 다시 측정되었다. 황을 이용한 독성모니터링방법은 다른 여러 조건의 실험을 통해 문제점 파악 및 보완이 필요하지만 연속식 운전, 반연속식 운전 2가지 방법을 통해 독성물질을 신속하게 탐지할 수 있을 것으로 판단된다.
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