초록 ▼

1) 기능화된 탄소나노튜브를 이용, 역삼투용 초박형 나노강화 분리막 및 정삼투용 나노강화 분리막 제조에 적용하였다. 제조한 나노강화분리막은 탄소나노튜브 적용 전후 유사한 분리막 구조를 갖고 있는 것이 확인되었으며, 해당 분리막의 친수화, 표면음전하 증가를 유발하여 물투과도를 향상시켰으며, alginate 막오염을 억제시킨 것이 확인됨.
2) Rhamnolipid와 바이오파울링 층간의 상호작용을 관찰 하였고, rhamnolipid 외부주입에 의해 미생물 신호전달체계 관련 유전자 발현이 억제됨을 확인하였음. 본 연구를 바탕으로,

1) 기능화된 탄소나노튜브를 이용, 역삼투용 초박형 나노강화 분리막 및 정삼투용 나노강화 분리막 제조에 적용하였다. 제조한 나노강화분리막은 탄소나노튜브 적용 전후 유사한 분리막 구조를 갖고 있는 것이 확인되었으며, 해당 분리막의 친수화, 표면음전하 증가를 유발하여 물투과도를 향상시켰으며, alginate 막오염을 억제시킨 것이 확인됨.
2) Rhamnolipid와 바이오파울링 층간의 상호작용을 관찰 하였고, rhamnolipid 외부주입에 의해 미생물 신호전달체계 관련 유전자 발현이 억제됨을 확인하였음. 본 연구를 바탕으로, rhamnolipid에 의한 바이오파울링 저감기작을 이해하여 막 기반 수처리 공정에 적용 시 기초 자료로써 활용될 것으로 기대됨.
3) 역삼투 해수담수화 공정에 널리 적용되는 폴리아미드 분리막에 대해 분자동역학적 접근을 통해 합성하고 성능 분석을 통해 분리막에 대한 분리공정 및 제거 공정에 대한 이해를 제고할 수 있었음. 향후, 공정에서 이동 현상 이해를 위한 기초 자료 및 새로운 소재의 분리막 개발의 기초 자료로써 활용할 것으로 기대됨.
4) 산화/광화학 반응에 따른 항생제와 항생제 내성 유전자의 독성효과 제거에 대해서 중점적으로 이루어졌으며, 독성효과 제거를 정량적으로 측정하기 위해 요구되었던 분석기술을 확립. 다양한 수처리공정을 통해서 항생제 내성 유전자/ 박테리아가 환경내로 확산되는 것을 방지함으로써 공중보건 향상에 기여할 것으로 보임.
5) 수계 내 의약품의 비 대상 생물에 대한 독성을 다세대의 노출 기간과 환경수계 농도를 적용하여 실제적으로 측정할 수 있는 기법을 실행한 결과 물벼룩 실험생물의 가슴필터조절과 유영행동에 영향을 끼친 것이 확인, 또한, 다세대 독성 연구 기간 중 물벼룩 체내에 축적된 의약물질 농도 평가를 수행하여 실제적인 자연수계에서 5세대 이상 노출이 지속될 경우 의약물질이 축적될 수 있음을 규명 및 그 기법을 확립.

Abstract ▼

[Section 1]
It will be conducted to study on evaluation an applicability of nano-enhanced membrane for forward osmosis-reverse osmosis hybrid desalination. This study includes 1) fabrication of nano-enhanced membrane for forward osmosis, 2) characterization of the nano-enhanced membrane, 3) opera

[Section 1]
It will be conducted to study on evaluation an applicability of nano-enhanced membrane for forward osmosis-reverse osmosis hybrid desalination. This study includes 1) fabrication of nano-enhanced membrane for forward osmosis, 2) characterization of the nano-enhanced membrane, 3) operation and evaluation of the nano-enhanced membrane for forward osmosis-reverse osmosis hybrid desalination process. The candidate could be asymmetric polymeric membrane or thin-film composite membrane. Based on bare membrane, nanomaterial would be applied to fabricate nano-enhanced membrane for forward osmosis. The membrane would be characterized and operated in lab-scale forward osmosis process for applicability evaluation. Next, the membrane would be applied to lab-scale forward osmosis-reverse osmosis hybrid process. Concretely critical membrane performances would be measured – water flux, salt rejection, fouling resistance, or flux recovery.
[Section 2]
Rhamnolipid reduced biofouling with the decrease of the surface free energy between the rhamnolipid and biofouling layer, as did the negative surface charge. The concentrations of carbohydrate and protein were reduced. In particular, rhamnolipid interacted with glucosamine of carbohydrate and N source and amide group of protein. As well as the physicochemical interactions, inhibition of quorum sensing (QS) system in Pseudomonas aeruginosa PAO1 by rhamnolipid was investigated. Rhamnolipids were found to inhibit the production of virulence factors and biofilm formation. The present study is the first attempt to find mechanism of rhamnolipid mediated biofouling reduction with the physicochemical and molecular biological approaches.
[Section 3]
Among desalination processes, SWRO is well established and commercialized technology during several decades. However, fouling still remain as a big problem of reduction for process efficiency. To understand of transport phenomena through the membrane, molecular dynamics study is needed. To figure out seawater particles behavior through the polyamide (PA) reverse osmosis membrane, the membrane structure and the transport properties of modeled polyamide membranes apply FT30 commercial membrane properties. . In this study, all MD simulations were performed using LAMMPS. The performance of the modeled PA RO membranes simulated in this study was compared to that of lab-scale SWRO desalination system. Through the simulation, radial distribution, water density and energies has been investigated to understand rejection of RO desalination and particle behavior inside the membrane. Overall, this study demonstrated the usefulness of MD in investigating membrane processes and its potential role in improving desalination performance.
[Section 4]
Recently, antibiotic resistant bacteria (ARB) and antibiotic resistance genes (ARGs) have been identified as emerging contaminants of concern in aquatic environments as they can spread antibiotic resistance through horizontal gene transfer among bacterial population. Oxidation processes have been widely used for water disinfection and can be an important barrier for limiting the spread of ARB and ARGs. This study examined the potential of chlorine, ozone, UV, and UV/H2O2 to damage two ARGs, AmpR and KanR, both in extracellular form and present within a host Escherichia coli. An extended amplicon-length quantitative polymerase chain reaction (qPCR) assay was developed to determine ARG damage events. The required oxidant exposures to achieve 3- log inactivation were as followed: O3 < 1 mg/L min for intra and extra ARGs, HOCl > 120 mg/L min for intra, < 40 mg/L min for extra ARGs, UV < 60mJ/cm2 for intra and extra ARGs, UV/H₂O₂ > 100 mJ/cm2 for intra, <40mJ/cm2 for extra ARGs. This study showed that oxidation processes are effective to prevent proliferation of antibiotic resistance and contribute to improve public health from antibiotic resistance.
[Section 5]
Human drugs are potential toxic agents to aquatic ecosystem due to continuous and large consumption as well as their high biological reactivity. Most drugs have low bioaccumulation and are designed to be well excreted from the body. This property lowers the possibility of side effects to humans; however, some drugs have considerable hydrophobicity and tissue and plasma concentrations which are higher than expected from bioaccumulation research. Propranolol, a widely used β-adrenergic receptor blocker, is one of the compounds containing relatively high log Kow (3.48) and toxicity to invertebrates. Propranolol was found to have a BCF value above 100 ug/L concentration to bivalves and fish. Because long term multi-generation exposure can result in increased body concentrations and also result in differentiated tolerance and effect, whether bioaccumulation of propranolol occurs in non-targeted aquatic organism should be investigated over a long exposure period. This study focuses on studying the potency of toxicity and bioaccumulation of propranolol in multigenerational exposure, including identification of environmentally relevant concentration levels. As a result, consistent significant effects were observed on physiology and behavior and bioaccumulation of proprnaolol in long-term exposure period. This result confirms the previous study’s observation and provides a need for conducting more studies on effect of pharmaceuticals.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 보고서 초록 ... 3
• 요약문 ... 4
• SUMMARY ... 8
• CONTENTS ... 11
• 목차 ... 12
• 제 1 장 연구개발과제의 개요 ... 13
• 1 절. 연구의 필요성 ... 13
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황 ... 26
• 세부 1 물/에너지 생산용 삼투기반 나노강화 멤브레인 개발 ... 26
• 세부 2 Rhamnolipid가 바이오파울링 표면의 물리화학적 특성 및 P seudomonas aeruginosa 세포 내 신호체계에 미치는 영향 연구 ... 27
• 세부 3 역삼투 해수담수화 공정 효율 향상을 위한 분자동역학적 해수 입자거동 및 파울링 현상 연구 ... 29
• 세부 4 지속가능한 수자원 확보를 위한 고기능 수처리 및 수생 독성평가 원천기술 개발 ... 31
• 세부 5 무척추 생물에 대한 의약품의 독성영향 및 생체축적 연구 ... 32
• 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 34
• 세부 1 물/에너지 생산용 삼투기반 나노강화 멤브레인 개발 ... 34
• 세부 2 Rhamnolipid가 바이오파울링 표면의 물리화학적 특성 및 P seudomonas aeruginosa 세포 내 신호체계에 미치는 영향 연구 ... 47
• 세부 3 역삼투 해수담수화 공정 효율 향상을 위한 분자동역학적 해수 입자거동 및 파울링 현상 연구 ... 68
• 세부 4 지속가능한 수자원 확보를 위한 고기능 수처리 및 수생 독성평가 원천기술 개발 ... 73
• 세부 5 무척추 생물에 대한 의약품의 독성영향 및 생체축적 연구 ... 78
• 제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 83
• 1 절. 목표달성도 ... 83
• 제 5 장 연구개발결과의 활용계획 ... 87
• 세부 1 물/에너지 생산용 삼투기반 나노강화 멤브레인 개발 ... 87
• 세부 2 Rhamnolipid가 바이오파울링 표면의 물리화학적 특성 및 P seudomonas aeruginosa 세포 내 신호체계에 미치는 영향 연구 ... 88
• 세부 3 역삼투 해수담수화 공정 효율 향상을 위한 분자동역학적 해수 입자거동 및 파울링 현상 연구 ... 89
• 세부 4 지속가능한 수자원 확보를 위한 고기능 수처리 및 수생 독성평가 원천기술 개발 ... 89
• 세부 5 무척추 생물에 대한 의약품의 독성영향 및 생체축적 연구 ... 89
• 제 6 장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 90
• 제 7 장 참고문헌 ... 91
• 끝페이지 ... 98