• 생명과학회지
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• 제26권1호
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• pp.68-74
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• 2016

퍼클로레이트(ClO₄⁻)는 지표수 및 토양/지하수에서 검출되는 신규 오염물이다. 이전 연구에서 저렴한 원소 황(elemental sulfur, S⁰) 입자와 쉽게 구할 수 있는 활성슬러지를 이용하여 독립영양방식으로 ClO₄⁻를 제거할 수 있다는 실험적 증거가 제시되었다. 또한 식종균으로서 농화배양 미생물을 사용했을 때 활성슬러지보다 제거효율과 시간면에서 우수한 결과를 나타내었다. 그래서 본 연구에서는 황을 산화하여 독립영양방식으로 ClO₄⁻를 분해하는 농화배양 미생물 군집을 PCR-DGGE로 분석하였다. 이 농화배양 미생물은 초기농도가 약 120 mg ClO₄⁻/l 일 때 7일 후 99.71% 이상의 ClO₄^- 제거 효율을 나타내었다. 농화배양 미생물과 그것의 식종균으로 부터 genomic DNA를 추출하여 16S rRNA 유전자의 PCR-DGGE 분석에 사용하였다. PCR-DGGE 분석결과 농화배양 미생물과 식종균 시료들이 다른 밴드패턴을 나타냄에 따라 이 두 시료의 군집조성이 다름을 확인하였다. 이는 농화배양되는 동안 식종된 미생물이 그 환경에 잘 생장하는 미생물로 군집조성이 변화한 것으로 여겨진다. 농화배양 미생물군집에는 β-Proteobacteria, Bacteroidetes, 그리고 Spirochaetes 강에 속하는 개체군들이 우점하는 것으로 나타났다. 향후 이 우점 개체군들의 순수분리와 더불어 황 산화를 통한 ClO₄⁻ 분해 환경에서 이들의 대사적 역할을 규명할 필요가 있다.

• 대한환경공학회지
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• 제34권7호
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• pp.495-503
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• 2012

본 연구의 대상지인 굴포천은 산업화와 도시화로 인한 생활하수 및 공장폐수의 유입, 느린 유속과 하천 복개 등과 같은 유입오염원과 하천 구조적 문제로 인하여 수질이 악화되어 왔다. 특히 하천변의 소규모 영세 공장, 중 상류에 형성된 대규모 공업단지, 지역개발에 따른 인구증가로 인한 생활하수 등은 굴포천의 주오염원이다. 따라서 본 연구에서는 굴포천에 영향을 주는 다양한 수질 및 퇴적물의 오염원에 대하여 조사하고, 수체내에서의 오염현황을 모니터링하며, 퇴적물의 용출량을 평가하고 하천의 수질 및 퇴적물의 문제점 파악을 통한 합리적인 개선방향을 제시하고자 한다. 본 연구에서 오염부하량 조사결과, 굴포천 상류에서 하류로 향할수록 유량은 평균 72.8배 증가하였으며, 오염부하량은 평균 SS 111배, BOD 150배, COD 145배, T-N 222배, T-P 312배의 오염부하가 증가함을 알 수 있었다. 퇴적물의 오염 농도 범위는 강열감량의 경우 1.29~12.43%, COD는 4,015~37,547 kg/day의 범위로 나타냈다. 영양물질인 T-N, T-P는 각각 94.8~352.5 kg/day, 81.8~372.3 kg/day의 범위를 나타냈다. 퇴적물의 용출속도의 경우, T-N은 -14.46~$156.61mg/m^2/day$의 용출속도를 보였으며, T-P의 경우 -11.53~$26.10mg/m^2/day$의 용출속도를 보임으로서 퇴적물 용출에 의한 내부오염의 가능성이 있음이 나타났다. 본 연구의 결과를 통해 굴포천 유역을 효율적으로 관리하는데 기초자료로 활용할 수 있을 것으로 사료된다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제51권3호
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• pp.313-318
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• 2013

$V_2O_5-WO_3/TiO_2$ 촉매의 질소산화물 환원반응에 있어서 $V_2O_5$ 함량이 NO 환원 및 $N_2O$ 생성에 미치는 영향을 조사하기 위하여 분말촉매를 사용한 미분반응기에서 실험 연구를 수행하였다. 고정된 비율의 $WO_3$와 $TiO_2$에 $V_2O_5$ 함량을 1에서 8 wt%까지 변화시킨 촉매에서 NO 환원반응과 암모니아 산화반응 특성이 조사되었다. $V_2O_5-WO_3/TiO_2$ 촉매에서 NO 환원 반응은 $200^{\circ}C$ 이하에서도 상당량 진행되지만, $V_2O_5$ 함량을 1 wt% 촉매의 경우 700 ppm의 NO를 99.9%이상 전환시키는 최저 반응온도가 $340^{\circ}C$에서 아주 좁은 활성 온도창으로 일어났다. 그리고 이 활성온도는 촉매의 $V_2O_5$ 함량이 증가됨에 따라 점점 저온 쪽으로 이동하여, 6 wt% 촉매의 경우 $220{\sim}340^{\circ}C$에서 높은 활성을 보였다. $V_2O_5$ 함량이 8 wt% 촉매의 경우 전 온도 구간에서 6 wt% 촉매보다 낮은 NO 환원율을 보였다. 그러나 반응온도 $340^{\circ}C$ 이상에서는 촉매의 $V_2O_5$ 함량이 증가함에 따라 NO 전환율이 감소하였다. 이는 $V_2O_5-WO_3/TiO_2$ 촉매의 NO 환원을 위한 촉매 활성점 상당 크기 이상의 $V_2O_5$ 입자와 관계되는 것으로 판단되며 촉매 입자가 클수록 $320^{\circ}C$ 이상에서 암모니아 산화에 의해 발생되는 $N_2O$ 생성을 고려하여야 한다. $V_2O_5-WO_3/TiO_2$ 촉매는 배기가스 중의 질소산화물 제거를 위하여 현재 통상적으로 $350{\sim}450^{\circ}C$의 영역에서 운전되고 있으나, 고온 영역에선 2차 오염물인 $N_2O$의 발생을 피할 수 없고 에너지 소비량이 많으므로, $250{\sim}320^{\circ}C$의 저온 영역에서 적합한 촉매로써 $V_2O_5$ 함량이 높은 $V_2O_5-WO_3/TiO_2$ 촉매의 사용이 권장되었다.

• 환경생물
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• 제31권4호
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• pp.429-439
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• 2013

축산과 농경배수가 주요 오염원인 소규모 농업용 저수지, 전대저수지에서 2011년 3월부터 2013년 10월까지의 모니터링 결과를 바탕으로 수환경 변화와 조류발생 특성을 분석함으로써, 부영양화된 소형저수지에서의 수환경과 조류발생 (Algal bloom)과의 관계를 규명하고자 하였다. 2013년의 경우 전년에 비해 강우가 적은 사실을 제외하면 기상의 큰 변화는 없었다. 전대저수지의 TN, TP등 영양염류농도는 농업용수 수질기준을 초과하고 있으며 발생원인이 상이하였다. 조류발생과 수환경요인간의 상관관계가 많은 항목에서 중상관($r{\geq}0.25$)의 관계를 보여주어 부영양 호소에서 COD 발생과 조류발생이 매우 복합적으로 이루어짐을 짐작케 했다. 전대저수지에서 출현한 식물플랑크톤은 총 6과 40속 62종이었으며, 현존량은 $1.3{\times}10^4{\sim}2.8{\times}10^6$ cells $mL^{-1}$로 TN, TP의 농도 감소와 함께 식물플랑크톤의 현존량도 연차별로 점차 감소하였다. 주요 우점종은 남조류인 Anabaena sp., Oscillatoria sp., Microcystis sp. 등이었으며, Oscillatoria sp.의 우점빈도가 가장 높았다. 수온이 증가하면서 Anabaena sp., Microcystis sp., Oscillatoria sp. 순으로 우점종이 변화하였으며, TN이 높은 경우 Anabaena sp., TP가 높은 경우 Microcystis sp.가, TN과 TP가 낮은 경우 Oscillatoria sp.가 우점하였다. N/P ratio는 Anabaena sp. 우점시 가장 높았고, Oscillatoria sp. 우점시 가장 낮았다. Chl-a 농도는 Oscillatoria sp. 우점시 높게 나타나고, 식물플랑크톤 현존량은 Anabaena sp. 우점시 높게 나타났으며, Microcystis sp. 우점시에는 Chl-a와 현존량 모두 낮았다. 이를 통해, 오염이 심각한 소형저수지에서는 Microcystis sp.보다 Anabaena sp.와 Oscillatoria sp.에 의한 대발생이 주로 문제가 됨을 알 수 있었다. Anabaena sp.가 우점할 때는 수환경 요인간의 상관계수가 높아 예측과 관리에 활용이 가능한 반면 Oscillatoria sp. 우점시에는 Chl-a 상관성이 낮게 나타나는 등, 조류대발생을 신속하게 예측하고, 예방, 관리하기 위해서는 조류발생 환경과 원인종의 관계를 규명하고 이를 활용하는 방안이 필요할 것으로 사료된다.

• 한국지구과학회지
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• 제42권3호
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• pp.278-295
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• 2021

2020년 중국의 COVID-19 폐쇄는 한국의 풍상측에 위치한 중국의 대기오염 배출량을 감소시켰다. 몽골 북부로부터 중국 동부를 거쳐 한반도에 이르는 지역에서는 2020년 1~2월에 기온 아노말리가 양(+)으로 온난하였고, 2020년 1월에는 동서류 아노말리가 음(-)으로 정체적인 특징을 보였다. 2019년 12월~2020년 3월에 한국 중부 서쪽의 석모리와 파도리에서 중국 배출량 감소의 영향에 따라 PM10, NO₂, O₃ 농도 변동이 나타났다. 파도리에서 PM10, O₃ 월평균 농도와 최근 4년의 월평균 농도의 비는 2019년 12월과 비교하여 중국의 COVID-19 폐쇄 이후인 2020년 1~3월에 각각 0.7~4.7%, 9.2~22.8%로 감소하였다. 2020년 1월 중국의 춘절 기간에는 석모리와 파도리에서 PM10, NO₂, O₃ 농도가 최근 4년의 춘절 기간과 마찬가지로 감소하였다. 그러나 2020년 1월 평균 농도가 최근 4년 1월과 비교하여 감소한 것은 중국 춘절 전후의 기간에도 배출량이 감소하였던 것과 관련 있다. 2020년 1~3월 석모리의 PM10, NO₂, O₃ 농도의 비(${\bar{O}_s$/M)는 각각 70.8~89.7%, 70.5~87.1%, 72.5~97.1%이었고, 파도리에서도 각각 79.6~93.5%, 67.7~84.9%, 83.7~94.6%로 추정 월평균(M)보다 월평균(${\bar{O}_s$)이 감소하였다. 2020년 1월에 몽골 북부로부터 중국 동부와 한반도에 이르는 지역의 온난화로 인한 광화학 반응으로 최근 4년과 비교하여 AOD가 높게 나타났으나 2020년 3월에는 풍상측인 중국에서 2차 에어로졸을 생성하는 전구물질 배출 감소로 최근 4년과 비교하여 낮은 AOD 분포를 보였던 것으로 분석되었다.

• Ecology and Resilient Infrastructure
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• 제9권1호
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• pp.77-82
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• 2022

본 연구에서는 서울의 세 지점에서 이동 및 고정오염원이 대기질과 도시 공원 토양의 특성에 미치는 영향을 파악하고자 하였다. 조사 대상지로는 도시에서 질소 침적의 주요 발생원인 이동 및 고정오염원의 여부에 따라 서울시 마포구의 하늘공원 (Site_M), 서울시 강남구의 일원에코파크 (Site_G), 서울시 서초구의 양재시민의 숲 (Site_Y)을 선정하였고, 각 사이트별 교통량과 대기질 농도, 토양 분석 결과를 비교하였다. 교통량은 Site_G와 Y에 이어 Site_M에서 가장 많았다; Site_M과 G는 Site_Y보다 자원회수시설과 더 가까웠다. 따라서, 본 연구에서는 PM과 NO₂ 농도가 Site_Y, G에서보다 Site_M에서 많을 것이며, 사이트마다 다른 대기 침적량에 의해 토양 질소 함량도 다를 것으로 예상했다. 예상과 동일하게 PM2.5와 NO₂ 농도는 Site_M과 G에서 높았지만 PM10 농도는 Site_Y에서 약간 높았다. 식물이 주로 흡수하는 무기질소의 형태인 NO₃^-의 함량은 세 사이트에서 유의한 차이가 보이지 않았고, NH₄⁺의 함량은 Site_Y에서 다른 두 지역에 비해 더 높았는데, 이는 대기 침적에 의한 결과라기 보다는 공원 관리 차원에서의 질소 비료 투입에 따른 영향인 것으로 생각된다. Site_Y에서 다른 사이트보다 낮은 pH를 보인 것 또한 과다한 비료 시용으로 인해 산성화가 일어난 것으로 생각된다. 그러나 토양 내 NH₄⁺ 함량이 상대적으로 적은 Site_M과 G를 포함한 모든 조사 대상지에서 식생이 건강하게 보이는 것으로 보아, 공원 관리에 있어서 과도한 비료 투입을 재고할 필요가 있음을 시사한다. 비록 이동 및 고정오염원으로 인해 대기의 PM, NO₂ 등의 농도가 달랐지만 그 영향이 토양의 질소 영양 상태에 직접적 영향을 미치지 않는 수준이었다.

• 환경영향평가
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• 제32권2호
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• pp.123-133
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• 2023

이차전지 생산공정에서 발생한 폐수에는 리튬과 고농도의 황산염을 포함하고 있으며 최근에는 에너지 밀도가 높은 High Ni 계열의 전구체 수요가 급증하면서 니켈의 배출도 우려되는 상황이다. 리튬과 황산염의 경우 현재 수질오염물질 배출허용기준에 포함되어 있지 않으므로, 이들이 적절하게 처리되지 못하고 배출되었을 경우 향후 환경에 대한 부정적 영향이 클 수 있을 것으로 예상된다. 따라서 본 연구에서는 물벼룩(Daphnia magna)과 발광박테리아(Aliivibrio fischeri)를 이용하여 이차전지 생산공정 배출수에 포함되어 배출될 수 있는 잠재오염물질인 리튬과 니켈 및 황산염의 생태독성을 평가하였다. 생태독성평가 결과, 물벼룩 24시간, 48시간 리튬 EC₅₀ 값은 18.2mg/L, 14.5mg/L, 니켈의 경우 7.2mg/L와 5.4mg/L, 황산염 EC₅₀ 값은 4,605.5mg/L, 4,345.0mg/L로 나타나, 물벼룩의 경우 물질 및 반응시간(24시간, 48시간)에 따른 생태독성 차이가 있음을 알 수 있었다. 리튬, 니켈, 황산염에 대한 물벼룩의 EC₅₀을 비교하면, 니켈의 24h 및 48h EC₅₀은 리튬에 비해 39.6-37.2%, 황산염에 비해서는 0.1-0.2% 수준으로 세 물질 중 가장 독성이 강한 것으로 나타났다. 그 차이는 노출시간과 상관없이 유사한 수준으로 나타났다. 반면, 황산염의 EC₅₀은 리튬과 니켈에 비해 각각 253.0-299.7%, 639.5-804.6% 수준으로 세물질 중 독성이 가장 약한 것으로 나타났다. 발광박테리아의 리튬에 대한 30분 EC₅₀ 값은 2,755.8mg/L, 니켈은 7.4mg/L, 황산염 EC₅₀ 값은 66,047.3mg/L로 니켈과는 달리 리튬과 황산염에 대한 물벼룩과 발광박테리아 생물 종별 민감도 차이도 있음을 확인하였다. 이차전지 배출수 관리를 위해 향후 이들 물질에 대한 복합 독성에 관한 연구가 필요할 것으로 판단된다.

• 생명과학회지
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• 제34권7호
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• pp.500-508
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• 2024

최근 현대인들의 다중이용시설 사용 빈도가 증가하면서 실내 공기 질, 특히 실내공기 오염원인 공기매개 전염성 세균 및 바이러스 불안에 대한 관심이 높아져 다양한 형태의 공기청정기와 공기살균기의 보급이 확산되고 있다. 따라서 공기 내 미생물을 살균할 수 있는 기술에 대한 연구 필요성이 대두되고 있다. 본 연구에서는 염촉매 전기분해 공기살균기를 개발하여 공기살균기의 항균활성과 인간 세포주(HaCaT, BEAS-2B, THP-1)에 대한 세포독성을 통한 안전성을 조사하였다. 공기살균기에서 분무되는 증기를 각각 1, 3시간 동안 분무한 결과, Staphylococcus aureus는 각각 24.01, 57.34%, Bacillus subtilis는 10.89, 57.76%, Escherichia coli는 30.79, 36.59%, Pseudomonas aeruginosa는 34.80, 49.51%, Salmonella typhimurium는 39.40, 73.98%, 진균인 Candida albicans는 36.59, 53.05%의 높은 항균활성을 보여 염촉매 전기분해 공기살균기의 살균효능이 모든 종류의 시험균주에서 시간 의존적인 항균활성을 보였다. 공기살균기의 분무액을 0.1, 0.3, 1.0%의 농도로 처리하고 세포 생존율을 측정한 결과, 1.0%의 농도에서도 BEAS-2B 세포는 93.88%, HaCaT 세포는 97.01%, THP-1 세포는 86.56%로 관찰되어 인체 정상 세포주에서는 유의적인 세포독성을 나타내지 않았다. 또한 분무액을 1.0%의 농도로 처리하고 현미경으로 관찰한 세포주의 형태학적 변화, PCR을 이용한 세포사멸관련 유전자(Bcl-2, Bax)의 발현 분석, FACS를 이용한 세포 내 ROS의 생성 변화 등에서 분무액을 처리하지 않은 대조군과 비교하였을 때 유의적인 변화가 없었다. 따라서 시험균주에 대한 항균활성, 3가지의 인간 세포주에 대한 세포독성, 세포의 형태적 변화, 유독한 반응성 산소(ROS) 생성, 세포사멸관련 유전자의 발현 등에서 유의미한 변화가 확인되지 않아 공기살균기의 살균 효능과 사용상 안전성을 확인할 수 있었다. 최종적으로 다중이용시설에서의 공기살균기의 효능을 조사하기 위하여 밀폐된 실내에서 공기살균기를 20시간 동안 가동한 후, 공기 중의 낙하균을 포집하여 배양한 결과, 총세균은 89.4%, 대장균과 진균은 100.0% 제거되는 것을 확인하였다. 결론적으로 개발된 염촉매 전기분해 공기살균기는 인체에 대한 독성이 없으면서 실내 오염원인 미생물들을 효과적으로 제거할 수 있음을 확인하였다.

• 한국습지학회지
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• 제25권1호
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• pp.35-47
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• 2023

한국 시설원예 농업과 수경(양액)재배 방식은 증가하는 추세로 발생되는 배액(폐양액)의 관리 필요성이 확대되고 있다. 본 연구에서는 배출되는 폐양액의 비료 성분 양을 가격으로 평가하여 수처리비용 절감과 비료성분 재활용이라는 두가지 측면에서 기술개발과 활용 가능성을 알아보았다. 연구는 배출 배액의 수질환경 특성을 분석한 선행연구에서 제시한 분석결과를 바탕으로 비료성분의 유실 경제성을 평가하는 것으로 배출되는 배액의 총 배출량은 연간 259.7L·m2·^-1을 적용하여 분석에 사용하였다. 토마토, 파프리카, 오이, 딸기 등 작물별 배액(폐양액)의 주요 수질 분석 결과를 바탕으로 평가하였으며, 인(P) 성분의 경우 인산(P₂O₅)의 양으로 환산하여 분석되었다. 질소(N)의 양은 토마토 1145.90kg·ha^-1, 파프리카 920.43kg·ha^-1, 오이 804.16kg·ha^-1, 딸기가 405.83kg·ha^-1로 평가되고 P₂O₅의 비료성분은 파프리카 830.65kg·ha^-1, 토마토 622.32kg·ha^-1, 오이 477.67kg·ha^-1, 딸기 240.9·ha^-1의 양만큼 배출하는 것으로 계산할 수 있다. 이 외에도 칼륨(K), 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg)을 비롯해 철(Fe), 망간(Mn) 등 미량원소도 배출되는 것으로 분석되었다. 시중판매 비료가격을 기준으로 평균하여 계산한 항목별 kg당 가격은 질소(N) 860.7원, 인(P) 2,378.2원, 칼륨(K) 2,121.7원, 칼슘(Ca) 981.2원, 마그네슘(Mg) 1,036.3원, 철(Fe) 126,076.9원, 망간(Mn) 6,232.1원, 아연(Zn) 15,825.0원, 구리(Cu) 31,362.0원, 붕소(B) 4,238.0원, 몰리브덴(Mo) 149,041.7원으로 평가할 수 있다. 시중판매 비료가격을 기준으로 평균하여 계산한 항목별 kg당 가격과 앞서 분석한 작물별 폐양액의 농도, 수경재배의 평균적인 연간배출량 등을 종합적으로 고려하여 연간 유실되는 작물별 비료 유실액을 산출하였다. 분석결과 토마토의 경우 6,995,622.3원, 파프리카는 7,384,923.8원, 오이는 5,091,607.9원의, 딸기는 2,429,290.6원으로 평가되어 수경재배 4가지 작물 평균은 1ha 재배면적 기준 5,475,361.1원의 비료성분 유실이 확인되었다. 수경재배 배액을 하천으로 유출시켜 오염원으로 처리하는것 보다 배출 전 자체 처리 또는 타작물 활용을 통해 관리한다면 수처리 비용 절감과 더불어 가치있는 재이용 가능한 비료성분이 될 수 있다고 기대하였다.