[논문]유사 하수환경에서 글라이코 캘릭스 코팅 콘크리트의 효율성 평가

윤현섭; 양근혁

doi:10.14190/jrcr.2020.8.1.97

초록
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이 연구에서는 글라이코 캘릭스 형성 박테리아를 이용한 콘크리트 구조체의 표면 코팅기술의 실제 적용의 중요성과 문제점을파악하기 위하여 유사 하수환경에서 Mock-up 실험을 수행하였다. 황산염 열화의 조건에서 원주형 콘크리트시험체의 압축강도와 질량의 변화를 평가하였다. 박테리아의 생장성 및 글라이코 캘릭스 생성량은 하수관에서 채취한 시료로부터 평가되었다. 이와 함께 유사 하수환경에서 Rhodobacter capsualtus의 적용이 주변 생태환경에 미치는 유해성을 평가하기 위해 차세대 염기서열 분석이 수행되었다. Mock-up 실험결과 개발된 코팅재가 적용된 콘크리트 시험체는 황산염 열화에 의한 콘크리트의 압축강도 저하 및 질량감소는 발생하지 않았으며, 하수 환경에서 우수한 열화저항성능을 갖는 것으로 평가되었다. 재령 91일에서 경화된 코팅재에서 분리된 박테리아의 생균수 및 글라이코 캘릭스 생성량은 각각 1.4×10⁴cell/mL 및 67.5mg/㎤이었다. 더불어 글라이코 캘릭스 코팅 콘크리트 하수관이 설치된 하수에서는 유해균주가 발견되지 않았다. 이는 코팅 재료로서 활용된 Rhodobacter capsulatus가 하수 환경에서 주변 생태환경에 미치는 영향이 없음을 의미한다.

Abstract ▼ AI-Helper

The present study conducted mock-up tests under the simulated sewage environments to examine the practical significance and limitation of coating materials that were previously developed on the basis of the bacterial glycocalix as a protection of concrete structures exposed to microbiological and su...

The present study conducted mock-up tests under the simulated sewage environments to examine the practical significance and limitation of coating materials that were previously developed on the basis of the bacterial glycocalix as a protection of concrete structures exposed to microbiological and sulphate attacks. The variations of the compressive strength and mass of the concrete due to the sulphate attack were measured using cylinder specimens. The bacteria growth and glycocalix formulation were calculated from the samples extracted from the sewage pipes. The next generation sequencing analysis was also conducted for environmental damage assessment due to the use of Rhodobacter capsulatus in the simulated sewage environments. The mock-up tests revealed that the developed coating materials have a good potential in resisting the sulphate attack, indicating no reduction on compressive strength and mass of the coated concrete under the sewage environment. At the age of 91 days, the concentrations of viable bacteria and glycocalix measured from the hardened coating materials were 1.4×104cell/mL and 67.5mg/㎤, respectively. Moreover, harmful strains were not observed in the sewage water including glycocalix-coated concrete pipes. This implies that Rhodobacter capsulatus used in the coating materials does not influence negatively the microorganism cluster in the sewage environments.

주제어

표/그림 (14)

표 Table 1. Media compositions for Rhodobacter capsulatus
그림 Fig. 1. Construction image of glycocalix coating materials by the lining technique
그림 Fig. 2. Simulated mock-up test image
표 Table 2. Mix proportion of glycocalix coating materials
표 Table 3. Mix proportion of concrete for sewage structures
표 Table 4. Simulated sewage environments
그림 Fig. 3. The variation of compressive strength of concrete specimens in mock-up tests at different ages
그림 Fig. 4. The mass variation of concrete specimens in mock-up tests at different ages
그림 Fig. 5. Typical images for bacteria colonies recultured using pellets extracted from concrete pipe in the mock-up tests
그림 Fig. 6. Evaluation results of bacteria activity
그림 Fig. 7. Typical images of glycocalix formed on coating material surfaces in the mock-up tests (× 70)
그림 Fig. 8. Glycocalix concentration formed on coating material surfaces in the mock-up tests
그림 Fig. 9. Results of next generation sequencing analysis
그림 Fig. 10. Variation of water pollution sources

AI 본문요약
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문제 정의

이 연구에서는 박테리아가 형성하는 글라이코 캘릭스 기반의 코팅재로 코팅된 하수관거의 거동을 실제 하수환경에서 평가하기 위한 목업실험을 수행하였다. 실제 규모의 글라이코 캘릭스 코팅 콘크리트 흄관을 제작하였으며, 이를 120ppm의 황산염을 포함하는 유사 하수환경에 투입하여 글라이코 캘릭스의 형성이 콘크리트 하수관의 열화저항성능 향상에 미치는 영향을 평가하였다.

제안 방법

유사 하수침지재령 변화에 따른 코팅 콘크리트의 압축강도 및 질량변화를 평가하였으며, 해당 환경에서 박테리아의 지속생장성 및 글라이코 캘릭스의 생성량을 평가하였다. 더불어 글라이코 캘릭스 형성 박테리아의 적용이 하수 내 미생물 생태 환경에 미치는 영향을 평가하기 위하여 차세대 염기서열 분석 및 수질 분석을 실시하였다.
이 연구에서는 박테리아가 형성하는 글라이코 캘릭스 기반의 코팅재로 코팅된 하수관거의 거동을 실제 하수환경에서 평가하기 위한 목업실험을 수행하였다. 실제 규모의 글라이코 캘릭스 코팅 콘크리트 흄관을 제작하였으며, 이를 120ppm의 황산염을 포함하는 유사 하수환경에 투입하여 글라이코 캘릭스의 형성이 콘크리트 하수관의 열화저항성능 향상에 미치는 영향을 평가하였다. 유사 하수침지재령 변화에 따른 코팅 콘크리트의 압축강도 및 질량변화를 평가하였으며, 해당 환경에서 박테리아의 지속생장성 및 글라이코 캘릭스의 생성량을 평가하였다.
실제 규모의 글라이코 캘릭스 코팅 콘크리트 흄관을 제작하였으며, 이를 120ppm의 황산염을 포함하는 유사 하수환경에 투입하여 글라이코 캘릭스의 형성이 콘크리트 하수관의 열화저항성능 향상에 미치는 영향을 평가하였다. 유사 하수침지재령 변화에 따른 코팅 콘크리트의 압축강도 및 질량변화를 평가하였으며, 해당 환경에서 박테리아의 지속생장성 및 글라이코 캘릭스의 생성량을 평가하였다. 더불어 글라이코 캘릭스 형성 박테리아의 적용이 하수 내 미생물 생태 환경에 미치는 영향을 평가하기 위하여 차세대 염기서열 분석 및 수질 분석을 실시하였다.

대상 데이터

더불어 글라이코 캘릭스 박테리아의 적용이 주변생태 환경에 미치는 유해성을 평가하기 위하여 차세대 염기서열(next generation sequencing, NGS) 분석을 실시하였다. NGS 분석의 경우 유사 하수환경 침지 재령 91일에서 채취한 1L의 유사 하수시료와 함께 콘크리트 흄관 표면에서 채취한 500g의 페이스트 시료를 이용하였다. 이와 함께 글라이코 캘릭스 박테리아의 적용이 하수의 오염에 미치는 영향을 평가하기 위하여 수질오염공정시험방법에 따라 28일에서 COD, T-N, T-P의 농도 변화를 평가하였다.
이 연구에서는 글라이코 캘릭스(glycocalix) 코팅재의 제작을 위한 박테리아로서 Yang et al.(2018)의 선행 연구를 통해 선별된 Rhodobacter capsulatus 균주를 이용하였다. Rhodobacter capsulatus는 빛이 없고 산소의 공급이 없는 혐기암(anaerobic condition without light source)의 조건에서 붉은색을 띄며 생장하며, 유해 환경에 노출될 경우 세포 스스로를 보호하기 위한 생장기작을 통해 당 복합체(saccharide complex)의 글라이코 캘릭스막(membrane)을 형성한다(Yoon et al.
64g/cm³인 잔골재와 굵은골재가 이용되었다. 하수관거공사 공사 표준시방서(2010)에서 제시하고 있는 바와 같이 물-시멘트비(water to cement ratio, W/C) 및 잔골재율(sand to aggregate ratio, S/a)을 각각 45% 및 47%로 하여, 지름100mm 및 높이 200mm의 원주형 공시체를 제작하였다. 재령 28일까지 항온⋅항습(온도 20±2℃, RH 60±5%)의 환경에서 양생을 완료한 원주형 콘크리트 시험체는 Table 2의 배합으로 제작된 글라이코 캘릭스 코팅재를 일정한 두께를 유지하기 위해 제작된 아크릴몰드를 이용하여 2.

이론/모형

배양이 완료된 박테리아는 콘크리트의 극건조 및 강알칼리성 환경에서 생장성 향상을 위하여 Yoon et al.(2018)이 제시한 고정화 기술에따라 다공성의 재료에 고정화되었다. 박테리아의 생장처 제공을 위한 다공성 재료로서는 밀도 0.

성능/효과

1. 황산염 열화에 노출된 유사 하수환경에서 글라이코 캘릭스 코팅 콘크리트의 재령 91일 압축강도비 및 질량감소율은 각각1.01 및 1%로 무코팅 콘크리트(각각 0.95와 5%)에 비해 우수한 열화저항 성능을 보였다.
2. 유사 하수 환경 침지 재령 28일 및 91일에서 코팅재에 적용된 Rhodobacter capsulatus의 생균수는 1.4×10⁴cell/mL 이상수준으로 황산염에 의한 열화 환경인 하수환경에서 지속적으로 생장하는 결과를 보였다.
4. 글라이코 캘릭스 코팅 콘크리트는 Rhodobacter capsulatus 균주를 포함하지만 하수환경 내에서 환경유해균주들은 발견되지 않았다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	Rhodobacter capsulatus박테리아의 특징은 무엇인가?	(2018)의 선행 연구를 통해 선별된 Rhodobacter capsulatus 균주를 이용하였다. Rhodobacter capsulatus는 빛이 없고 산소의 공급이 없는 혐기암(anaerobic condition without light source)의 조건에서 붉은색을 띄며 생장하며, 유해 환경에 노출될 경우 세포 스스로를 보호하기 위한 생장기작을 통해 당 복합체(saccharide complex)의 글라이코 캘릭스막(membrane)을 형성한다(Yoon et al. 2018).
	글라이코 캘릭스 형성 박테리아를 활용한 보수 기술의 활용 가능성의 근거는 무엇인가?	Yang et al.(2016)은 하수 환경에서 콘크리트의 화학적 열화 인자인 황화수소 가스 및 황산의 환원억제 및 물리적 차단의 효과를 갖는 글라이코 캘릭스 형성 박테리아를 활용한 보수 기술의 활용 가능성을 제시하였다. 이 기술은 박테리아의 지속적인 생장과 번식을 통하여 황산열화에 대한 콘크리트의 생태학적 유지관리 개념을 갖는다.
	글라이코 캘릭스 형성 박테리아를 이용한 콘크리트 구조체의 표면 코팅기술을 적용한 Mock-up 실험결과는 어떠한가?	이와 함께 유사 하수환경에서 Rhodobacter capsualtus의 적용이 주변 생태환경에 미치는 유해성을 평가하기 위해 차세대 염기서열 분석이 수행되었다. Mock-up 실험결과 개발된 코팅재가 적용된 콘크리트 시험체는 황산염 열화에 의한 콘크리트의 압축강도 저하 및 질량감소는 발생하지 않았으며, 하수 환경에서 우수한 열화저항성능을 갖는 것으로 평가되었다. 재령 91일에서 경화된 코팅재에서 분리된 박테리아의 생균수 및 글라이코 캘릭스 생성량은 각각 1.

참고문헌 (11)

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Clifton, J.R., Knab, L.I. (1989). Service Life of Concrete. National Brureau of Standards, Washington DC, USA.
Costa, S., Ganzerli, S., Rugiero, I., Pellizzari, S., Pedrini, P., Tamburini, E. (2017). Potential of Rhodobacter capsulatus grown in anaerobic-light or aerobic-dark conditions as bioremediation agent for wastewater treatments, Water, 9(2), 108.

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Lee, S.A., Ahn, K.Y. (2018). Evaluation on sulfate resistance of the high-durability culvert using CAC and GGBS, Journal of the Korea Concrete Institute, 30(5), 465-472 [in Korean].

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Oh, K.J., Ryu, K.J., Bae, T.H., Kim, D.H., Bae, J.J. (2006). Inspection of chemical attacked sewage concrete structures, Magazine of the Korea Concrete Institute, 18(2), 22-26 [in Korean].
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원문보기 상세보기
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Yang, K.H., Yoon, H.S., Lee, S.S. (2018). Feasibility tests toward the development of protective biological coating mortars, Construction and Building Materials, 181, 1-11.

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