• 대한환경공학회지
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• 제34권4호
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• pp.288-294
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• 2012

나노산업의 발달로 인해 나노제품의 제조, 소비, 폐기 과정에서 나노물질이 직 간접적인 경로를 통해 수생태 및 토양생태계로 유입되고 있다. 나노물질은 벌크물질과는 다른 특성을 가지고 있으며 나노물질의 다양한 물리화학적 변화는 환경내 나노물질의 거동 및 무생물적 생물적 상호작용에 영향을 미친다. 나노물질의 생태 독성 연구는 꾸준하게 증가하는 추세이며 특히 나노물질의 마이크로코즘 연구가 최근 보고되고 있다. 마이크로코즘(Microcosm)은 통제된 실험 조건 하에서 생태계의 일부분을 모사하여 자연 현상을 연구하기 위한 기법으로서, 마이크로코즘 연구는 생태계 내 나노물질의 거동과 통합적인 독성영향 평가를 가능하게 한다. 본 연구는 수생태 및 토양생태계에서 나노물질을 이용한 마이크로코즘 및 메조코즘(Mesocosm) 선행연구를 국제 학술 논문을 중심으로 조사하였다. 현재까지 마이크로코즘 연구는 총 12건의 논문이 발표되었고 단 1건의 메조코즘 연구가 보고되었는데, 대부분의 연구들이 미생물 군집 수준에서 나노물질의 영향을 제한적으로 평가하였다. 나노물질의 통합적 독성 영향을 평가하기 위해서 좀 더 다양한 생물종을 대상으로 그들의 상호작용을 연구할 필요가 있다. 본 연구에서는 수생태 및 토양생태계에서 나노물질의 마이크로코즘 연구동향을 분석하고 중금속, 유기물질과 같은 일반 화학물질 이용한 마이크로코즘 독성 연구를 바탕으로 향후 나노물질의 마이크로코즘 연구방향을 제시하였다.

• 한국지하수토양환경학회지:지하수토양환경
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• 제10권2호
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• pp.52-58
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• 2005

본 연구는 사염화에틸렌(Perchloroethylene) 또는 트리클로로에틸렌(Trichloroethylene)으로 오염된 국내 지하수 내에 국외에서 보고된 환원성 탈염소화 미생물의 존재 유무와 사염화에틸렌의 생물학적 탈염소화 활성도를 평가하였다. 마이크로코즘 테스트(microcosm tests)는 4개의 오염지역(창원 A, 창원 B, 부천 및 양산) 지하수와 다양한 전자공여체 (sodium lactate, sodium propionate, sodium butyrate, sodium fumarate)를 이용하여 수행하였다. 단일 전자공여체 와 창원 A 혹은 창원 B 지하수를 주입한 전 마이크로코즘에서 사염화에틸렌 완전 탈염소화 분해 시 발생하는 최종 산물인 에틸렌이 배양 90일 후에 검출되었고, 부천 혹은 양산 지역의 지하수를 주입한 마이크로코즘에서는 배양 90 일 후 시스-1,2-디클로로에틸렌(cis-1 ,2-Dichloroethylene)만이 검출되었고, 염화비닐(Vinyl chloride) 과 에틸렌은 검출되지 않았다. 완전 탈염소화 생분해가 확인된 창원 B 지역 지하수와 불완전 탈염소화 생분해가 확인된 양산 지역 지하수 내 미생물 군집을 비교하기 위해 분자생물학적 방법을 이용한 실험을 수행하였다. 창원 B 지역 지하수의 클론 라이브러리(Clone library)에서 사염화에틸렌 완전 탈염소화 미생물, uncultured bacterium clone DCE47과 매우 유사한 염기서열 클론이 확인되었다. 그러나 양산 지역의 클론 라이브러리에서는 기존의 염화에틸렌 탈염소화 미생물과 유사한 염기서열 클론이 확인되지 않았다. 본 연구 결과를 통하여 국내 일부 지역의 지하수 내에 사염화에틸렌을 완전 탈염소화하여 무해한 에틸렌으로 분해하는 미생물이 존재함을 확인하였고, 적절한 전자공여체를 공급하는 경우 그 분해 활성도가 증가함을 확인하였다. 이 결과는 사염화에틸렌 혹은 트리클로로에틸렌으로 오염된 국내 지하수를 경제적인 공법인 환원성 탈염소화 생물학적 공정으로 복원할 수 있는 기능성을 보여주는 중요한 지표라고 사료된다.

• 한국습지학회지
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• 제17권2호
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• pp.203-208
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• 2015

벚나무류가 식재된 인공 연못에서 벚나무류의 낙화가 연못생태계의 물질순환에 어떠한 영향을 미치는지 확인하기 위해 벚꽃이 분해되는 기간을 달리하여 마이크로코즘 실험을 수행하였다. 벚나무류의 꽃잎을 넣은 망(mesh)의 크기가 $1mm^2$인 나일론 꽃잎주머니를 제작하였다. 플라스틱 통을 하나의 마이크로코즘 단위로 하여 인공 연못의 유입수를 채우고, 꽃잎주머니를 넣은 처리구와 넣지 않은 대조구를 설정하였다. 처리구에서 꽃잎주머니를 수거하는 시기를 달리한 결과, 실험이 끝난 후 벚꽃잎은 초기 건중량의 32.3%만이 남았으며, 분해율(k)은 $7.06{\times}10^{-2}day^{-1}$로 나타났다. 벚꽃잎이 분해된 물의 $NO_3-N$ 농도는 1.90 mg/L에서 처음 4일 후 급격히 감소하여 0.02 mg/L를 나타낸 반면, $NH_4-N$ 농도는 0.03 mg/L에서 분해가 진행되는 동안 계속적으로 증가하여 2.85 mg/L를 나타냈다. $PO_4-P$ 농도는 0.03 mg/L에서 꽃잎의 분해에 의해 2.39 mg/L까지 증가하여, 인이 질소에 비해 상대적으로 높은 비율이 무기형태로 용탈되고 있음을 알 수 있다. 인공 연못에 쌓이는 벚꽃의 양을 추산하고 용탈되는 가용성 질소와 인의 양을 예상한 결과, 벚꽃잎이 분해되어 물에 녹아나온 가용성 인은(0.02 mg/L 증가) 인공 연못의 부영양화를 유발할 수 있는 것으로 판단된다.

• 대한토목학회논문집
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• 제36권5호
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• pp.839-846
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• 2016

유류오염은 우리나라의 대표적인 토양 비점오염원으로 알려져 있으며, 이를 정화하는 토양의 능력은 토양 자원의 기능적 가치 평가에서 매우 유의하다. 특히 절/성토 설계 등의 친환경 건설기술 측면에서 토양의 유류오염정화능력을 평가하는 것은 중요하다. 그러나 마이크로코즘 실험을 포함한 기존의 토양 유류 오염정화능력 평가기법은 경제적, 시간적인 제약이 많아 광범위한 지역에 적용하기 어렵다. 이에 본 연구에서는 유류 오염물질 중 가솔린의 대표적 오염물질인 톨루엔을 선정하여 쉽고 간편하게 측정할 수 있는 토양의 미생물 다양성 지표를 이용, 토양의 유류오염 정화능력을 평가하는 기법을 제시하였다. 연구를 통해 미생물 군집의 다양성 지표 중 Shannon index가 토양의 정화능력 인자인 Specific Degradation Rate ($V_{max}$)와 상관성 관계가 있음을 보였고, 두 인자 간의 상관식을 도출할 수 있었다. 또한 본 상관식을 Michaelis-Menten kinetics에 적용하여 미생물 다양성 인자만으로 토양의 톨루엔 정화능력을 평가할 수 있는 기법을 제시하였다. 본 기법을 통해 간단히 토양의 톨루엔 정화능력을 평가할 수 있으며, 친환경 건설기술분야와 같은 다양한 공학적 분야에 광범위하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제16권4호
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• pp.2971-2977
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• 2015

본 연구는 마이크로코즘에서 적조생물 Cochlodinium polykrikoides을 살조하기 위해 사용된 화학물질과 황토의 처리 후 미소생물그룹의 단주기 변화를 파악하였다. 황토 4g 과 10g에서 적조생물의 살조효과는 20%이하로 낮게 관찰된 반면, 화학물질(TD49)의 $0.8{\mu}M$ 에서는 대상생물이 85%이상 제어되었다. 미소생물그룹에서 박테리아는 모든 실험군에서 조사 1일 후 현저하게 증가하였고, 2일 후 가장 높게 관찰된 후 점차적으로 감소하는 경향을 관찰하였다. 대조적으로 종속영양편모충은 조사 3-5일 경과 후 현저하게 높게 증가하였다. TD49처리군에서 박테리아가 2일후 점차적으로 감소한 것은 포식자인 HNF의 증가로 기인된 것으로 파악되었다. 또한 피각을 형성하지 않는 섬모충 Uronema sp.,의 증가는 박테리아의 증가 후 2-3일의 시간차를 두고 반응하는 특색을 관찰하였다. 즉 이는 적조생물이 살조된 후 분해되는 과정에서 박테리아의 현저한 증식을 일으켰고, 이와 함께 포식자 HNF와 Uronema sp.는 일정의 시간차를 두고 높은 개체수를 유지 한 것으로 판단되었다. 이와 같은 경향은 살조물질 TD49처리군에서 두드려졌다. 특히. 사이즈가 큰 무각섬모충 Euplotes sp. 개체수는 HNF와 Uronema sp.의 현저한 증가 후 높게 관찰되는 특성을 보였다. 결과적으로 살조제 TD49물질은 미소생물그룹에 긍정적인 효과를 가져왔고, 이는 박테리아, HNFs 섬모충으로 이어지는 먹이망의 에너지 흐름이 효율적으로 작용하고 있다는 것을 시사할 수 있었다.