[논문]박테리아 흡착 팽창질석 기반 친생태 잔디블록의 개발

윤현섭; 정승배; 양근혁; 이상섭; 이재영

doi:10.14190/jrcr.2016.4.3.316

초록
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본 연구에서는 박테리아를 흡착한 팽창질석 기반의 친생태 잔디블록의 압축강도 발현과 흡수율 및 생태환경영향 평가를 실시하였다. 경화된 콘크리트의 극건조 환경 및 강알칼리성 환경에서 생장이 가능하며, 식물생장성 증대 효과를 갖는 Bacillus alcalophilus와 Rhodoblastus acidophilus를 $10^9cell/mL$로 배양하여 혼합 사용하였다. 배양이 완료된 박테리아는 생장처 제공을 위한 재료로서 팽창질석에 흡착하였으며, 이를 잔디블록 제조 시 골재의 체적 대비 7.5%와 10% 혼입하였다. 개발된 친생태 잔디블록은 압축강도와 흡수율은 KS 규격을 만족하면서, 수질의 COD 저감, 어류생장 및 식물생장증대에 효과를 보였다.

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This study developed an eco-block for grass growth using the expanded vermiculites that absorb bacteria selected considering for the high pH and dry environments and plant growth. For the developed eco-block, a fundamental properties including compressive strength gain and water absorption and ecolo...

This study developed an eco-block for grass growth using the expanded vermiculites that absorb bacteria selected considering for the high pH and dry environments and plant growth. For the developed eco-block, a fundamental properties including compressive strength gain and water absorption and ecology characteristics were tested. The selected bacteria was Bacillus alcalophilus a nd Rhodoblastus acidophilus and had high concentration of $10^9cell/mL$. The expanded vermiculite that was used for shelter of bacteria was added by 7.5% and 10% replacement of the natural aggregates by volume. The developed eco-block achieved the minimum requirements specified in SPS provision and significantly effective in reducing chemical Chemical Oxygen Demand(COD) concentration and enhancing the growth of fish and plant.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 Yoon et al.(2016)의 연구에서 제시된 박테리아 생장처(shelter) 조성 기술 및 이를 활용한 친생태 콘크리트 배합기술의 활용성을 콘크리트 잔디블록 제조로 확장하였다. 공장 배합을 통해 제작된 잔디블록에서 기본 요구성능인 압축강도와 흡수율을 평가하였으며, 박테리아의 효과를 평가하기 위하여 잔디 생장성 및 어류 급성 독성시험을 포함한 수질정화능력을 실험하였다.

제안 방법

(2016)의 연구에서 제시된 박테리아 생장처(shelter) 조성 기술 및 이를 활용한 친생태 콘크리트 배합기술의 활용성을 콘크리트 잔디블록 제조로 확장하였다. 공장 배합을 통해 제작된 잔디블록에서 기본 요구성능인 압축강도와 흡수율을 평가하였으며, 박테리아의 효과를 평가하기 위하여 잔디 생장성 및 어류 급성 독성시험을 포함한 수질정화능력을 실험하였다. ;

대상 데이터

사전연구(Yoon et al. 2016)에서 제시한 잔디블록에 특성화된 Bacillus alcalophilus 및 Rhodoblastus acidophilus 박테리아를 선별하였다. 두 균주 모두 고온의 양생환경 및 강알칼리성(pH 11 이상)의 잔디블록 제작 환경에서 생장이 가능한 특징을 가지고 있다.
잔디블록의 식물 생장성 증대 평가를 위해 조경의 목적으로 사용되는 100 x 100mm 크기의 들잔디를 사용하였으며, 실험 시작 전 모든 실험군의 길이를 10cm로 일정하게 맞춘 후 재령별 잔디의 길이를 측정하여 식물생장성 증대 효과를 평가하였다. 친생태 잔디블록의 수질정화 특성 평가를 위해 COD, T-N 및 T-P를 각각 48ppm, 7ppm 및 0.8ppm의 농도로 조절한 오염수 시료를 사용하였다. 재령 28일 이후 경화된 친생태 잔디블록 시험체를 오염수 시료에 침지하였으며, 침지 재령 14일 이후 수질오염공정시험법에 따라 COD, T-N 및 T-P를 측정하였다.

이론/모형

박테리아 흡착재 기반 친생태 잔디블록의 물리적 특성평가를 위해 SPS-KCIC0001-0703: 2015 방법에 따라 재령 28일 압축강도 및 흡수율을 측정하였다. 경화된 잔디블록에서 박테리아의 지속생장성 평가를 위해 재령 28일 경화된 잔디블록의 표면 및 내부 시료를 채취하여 분말화 하였으며, 이를 Bacillus alcalophilus 및 Rhodoblastus acidophilus가 생장과 증식이 가능한 한천 배지에 접종하여 재 증식성을 확인하였다.

성능/효과

1. 잔디블록의 압축강도 발현 및 흡수율을 고려하면 박테리아를 흡착한 팽창질석의 적절한 치환율(모래 부피대비)은 7.5~10% 이하가 적합한 것으로 판단된다.
2. 재령 28일의 잔디블록 시험체에서 채취한 박테리아 균주들의 재접종한 결과 팽창질석 치환율이 7.5%인 경우 1.22 x 10⁷ cell/mL로 나타났으며, 팽창질석의 치환율 10%인 경우 1.12 x 10⁷ cell/mL로 박테리아의 생존성을 확인할 수 있었다. ;
3. 증류수에 침지된 잔디블록 표면에 이식한 들잔디 모종은 박테리아 무혼입의 경우 재령 28일 이후 모두 고사한 반면 박테리아 혼입의 경우에는 박테리아 무혼입 대비 190~220% 이상의 생장율을 보였다.
4. 친생태 잔디블록의 수질정화 평가결과 COD의 경우 초기 원수 시료에 비해 75~78% 낮은 값을 보였지만, T-N과 T-P의 경우 박테리아 대사과정에 따른 배출물로 인해 그 변화 값은 무의미한 것으로 판단된다.
5. 친생태 잔디블록의 어류독성 평가 결과 박테리아 무혼입 시험체의 경우 70%의 어류 생존률을 나타낸 반면, 박테리아가 혼입된 경우 모든 어류가 폐사하지 않아 어독성 영향을 미치지 않는 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	박테리아 최적 생장 조건 확립을 위한 배양액으로 논문의 저자가 사용한 것은?	두 균주 모두 고온의 양생환경 및 강알칼리성(pH 11 이상)의 잔디블록 제작 환경에서 생장이 가능한 특징을 가지고 있다. 박테리아 최적 생장 조건 확립을 위한 배양액은 Nutreint Broth 및 KCTC 967 medium을 사용 하였으며 주요 구성요소로는 1L의 증류수를 기준으로 Beef extract, Yeast extract, Sodium Chloride 및 KH2PO4 등이 사용되었다. 박테리아 배양 농도의 경우 사전연구 결과 식물생장성 및 수질정화 효과가 가장 높게 나타난 109cell/mL 로 하였다.
	기존 박테리아 활용 콘크리트 2차 제품의 한계는 무엇인가?	2013). 기존 박테리아 활용 콘크리트 2차 제품은 배합 시 박테리아를 단독으로 투입하거나, 양생 시 배양액에 침지하여 콘크리트 표면 및 내부로의 박테리아 흡착을 유도 하고 있다. 그러나 콘크리트는 시멘트 수화과정에서 발생되는 수산화칼슘(Ca(OH)2) 및 내부 수분의 감소로 강알칼리성(pH 11 이상) 및 극건조 환경으로 변화되어 박테리아가 지속적으로 생장하기 위한 중성수준의 pH(6~9) 및 영양분(수분 및 유기물)의 확보에 어려움이 따를 수 있다(Shin et al. 2014). 또한 초기 강도 발현의 촉진을 목적으로서 비교적 고온의 환경(400℃·hr 이상)에서 증기 양생을 실시하는 콘크리트 2차 제품의 특성상 상온의 환경(20~30℃)에서 최적의 생장효율을 갖는 박테리아는 생장에 저해를 받을 수 있다.
	콘크리트 제방 또는 콘크리트 2차제품의 사용에 의한 하천 정비 및 보강으로 인해 환경에 부정적 영향을 초래하는 것을 최소화하기 위해 시도되고 있는 연구는 무엇인가?	2011). 이러한 부정적 환경영향의 최소화를 위하여 식물생육 또는 수역환경의 수질 복원 기능을 갖는 박테리아를 활용한 콘크리트 2차 제품 개발 및 실용화 연구가 시도되고 있다(Park et al. 2013).

참고문헌 (6)

Jeong, J.E., Yang, K.H., Yoon, H.S. (2015). Adsorption technology for bacteria-based concrete coating, Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute, 3(2), 140-145 [in Korean].

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KIm, W.J., Choi, K.J., Park, J.S. (2011). An experimental study on water-purification properties in cement bricks using effective micro-organisms and zeolite, Journal of the Korea Concrete Institute, 23(3), 331-338 [in Korean].

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Lee, J.W. (2011). A Study on the stability Assessment Method of Block Revetments, Master's Thesis, University of Honam, Korea.
Park, S.W., Ahn, T.J., Ahn, S.H., Kwon, S.H. (2013). Analysis on dimensional stability of porosity soil block for vegetation reinforcement, Journal of Wetlands Research, 15(1), 91-103 [in Korean].

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Shin, C.L. (2014). Natural Purification Treatment using Non-sintered Soil Brick with Effective Microorganisms, Master's Thesis, University of Seoul, Korea.
Yoon, H.S., Jung, S.B., Yang, K.H., Lee, S.S., Lee, J.Y. (2016). Compressive strength and ecological charateristics of mortars using expanded vermiculite absorbing bacteria, Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute, 4(2), 165-171 [in Korean].

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