자생하는 미생물의 활성을 촉진시킴으로써 오염된 연안퇴적물을 현장생물정화하기 위하여 사용하는 미생물활성촉진제의 용출특성에 대한 연구를 수행하였다. 미생물의 생리활성을 촉진하는 황산염, 질산염을 오염되지 않은 연안퇴적물과 혼합하였으며, 혼합물을 볼 형태로 만 든 뒤 셀룰로스 아세테이트 및 폴리설펀으로 각각 표면을 코팅하여 볼 형태의 미생물활성촉진제 2종을 제작하였다. 또한, 황산염과 질산염이 용해된 생리활성물질 용액에 입상활성탄을 침지시켜 입자상 미생물활성촉진제를 별도로 준비하였다. 셀룰로스 아세테이트로 코팅한 미생물활 성촉진제를 전자현미경으로 관찰한 결과 코팅층 내부는 다소 큰 공극이 불규칙적으로 존재하였으나 코팅층 외부는 촘촘한 벌집모양의 공극들 이 분포되어있었다. 폴리설펀으로 코팅한 미생물활성촉진제의 경우는 코팅층의 내부와 외부 모두 공극이 없는 치밀한 구조를 보였다. 셀룰로스 아세테이트로 코팅한 미생물활성촉진제의 생리활성물질 용출율은 폴리설펀으로 코팅한 미생물활성촉진제에 비해 증류수와 해수에서 모두 높 았으며, 입자상 미생물활성촉진제로부터의 생리활성물질의 용출율은 폴리설펀으로 코팅한 미생물활성촉진제에 비해 약 9배 이상 높았다. 미생 물활성촉진제로부터 생리활성물질들의 용출속도는 정체조건에 비해 난류조건에서 약 3배 이상 빠른 것으로 평가되었으며, 생리활성물질들 중 에서 질산염은 황산염에 비해 빠르게 용출되는 특성을 보였다.

For the field application of dielectric barrier discharge plasma reactor, a multi-plasma reactor was investigated for the inactivation of microorganisms in sewage. We also considered the possibility of degradation of non-biodegradable matter (UV254) and total organic carbon (TOC) in sewage. The multi-plasma reactor in this study was divided into high voltage neon transformers, gas supply unit and three plasma modules (consist of discharge, ground electrode and quartz dielectric tube). The experimental results showed that the inactivation of microorganisms with treated water type ranked in the following order: distilled water > synthetic sewage effluent >> real sewage effluent. The dissolved various components in the real sewage effluent highly influenced the performance of the inactivation of microorganisms. After continuous plasma treatment for 10 min at 180 V, residual microorganisms appeared below 2 log and UV254 absorbance (showing a non-biodegradable substance in water) and TOC removal rate were 27.5% and 8.5%, respectively. Therefore, when the sewage effluent is treated with plasma, it can be expected the inactivation of microorganisms and additional improvement of water quality. It was observed that the NH4 +-N and PO4 3--P concentrations of sewage was kept at the constant plasma discharging for 30 min. On the other hand, NO3 --N concentration was increased with proceeding of the plasma discharge.

In a pilot-scale dyeing wastewater treatment using two-type fluidizing media, each thickness of biofilm was 15 and 30 μm, respectively. The numbers of protozoa inhabited in small-size (PEMT A) and big-size (PEMT B) media were 7.5 x 104 and 1.25 x 105 cells/ml, respectively, and dominant species were Entosiphon sulcatus var sulcatus in PEMT A and Chlamydomonas reinhardtii in PEMT B, respectively. Flask experiments using the two media revealed that the percentages of color removal were 25.8% in PEMT A and 27.1% in PEMT B after 72-h cultivation, indicating the necessity of bioaugmentation. Experiments for bioaugmentation effect on color removal were carried out in the pilot-scale treatment for 75 d by three-step operation under the control of wastewater loading rate and microbial input rate. Dye degradation occurred mainly in the second reaction tank, and the attachment of augmented dye-degrading microorganisms to media took at least 35 d. Final value of chromaticity in effluent was 227, meeting the required standard. Therefore bioaugmentation onto media was good for color treatment. In summary, thickness of biofilm formed on the media depended upon the size of media, resulting in different ecosystem inside the media. Hence, this affected microbial community and color treatment further. Accordingly, the reduction of operation cost is expected by efficient color-treatment process using bioaugmented media.

본 연구에서는 생물학적 정화기술의 효율향상을 목적으로 유류분해 유용미생물에 의한 TPH 농도 저감효과를 알아보았다. 하절기와 동절기 각 13주간 실제 정화현장의 각 섹터별 유류오염토양에 유용미생물들을 수분, 영양염류 등과 함께 투입하여 주 2회 정기적으로 뒤집기를 실시하였다. 하절기의 경우 유용미생물을 투입한 조건의 경우 평균 60%의 TPH 제거율을 보인 반면에 유용미생물을 투입하지 않은 대조군의 경우 평균 41%의 TPH 제거율을 나타내었다. 동절기의 경우에 유용미생물을 투입한 조건의 경우 평균 41%의 TPH 제거율을 보인 반면에 유용미생물을 투입하지 않은 대조군의 경우 평균 13%의 낮은 TPH 제거율을 나타내었다.결론적으로 하절기와 동절기 모두 유용미생물을 투입하여 TPH의 제거효율의 향상 효과를 얻을 수 있었으며, 하절기에 비하여 동절기의 TPH 제거효과가 낮은 이유는 초기 높은 오염농도와 상대적으로 낮은 기온의 영향인 것으로 판단된다.

오미자의 위생과 저장성에 관여하는 미생물(총 호기성 세균, 효모 및 곰팡이균)의 저감을 위해서 세척수 종류(물, ClO2, H2O2) 및 농도별 이산화염소수(ClO2 10 ppm, ClO2 15 ppm, ClO2 20 ppm, ClO2 25 ppm, ClO2 30 ppm)처리에 따른 세척시간(30~90초) 및 세척배수(×1~×4)을 달리 처리 하여 오미자 표면에 존재하는 총 호기성 세균수, 효모 및 곰팡이균수를 측정하였다. 오미자의 세척수 종류에 따른 미생물 균수 측정 결과, 세척하지 않은 구(control) 및 물세 척 처리구보다 이산화염소수 처리구 및 과산화수고 처리구 가 총세균, 효모 및 곰팡이 균수가 감소하였음을 확인하였 다. 이산화염소(ClO2)수를 이용한 오미자의 세척시간에 따 른 미생물 균수 측정 결과 총 세균과 효모 및 곰팡이는 이산화염소 농도 30 ppm 에서는 30초, 15 ppm에서는 60초, 10 ppm에서는 90초 처리시 검출되지 않았다. 또한 세척 배수에 따른 미생물 사멸 효과는 이산화염소 농도 30 ppm 에서는 ×1, 20 ppm에서는 ×2, 15 ppm에서는 ×4로 처리시 총 세균과 효모 및 곰팡이가 측정되지 않았다. 이런 결과로 미루어 보아 이산화염소수 처리구는 이산화염소수의 농도 가 증가하고 세척 배수가 증가함에 따라 미생물 저감화 효과를 확인할 수 있었다.

미생물제제 및 화학비료 시비에 따른 무와 배추의 생육 변화를 조사하기 위해 지상부와 지하부의 길이, 엽면적, 그리고 중량을 측정하였다. 시비 종류에 따른 무의 지하부 생체중은 미생물제제와 화학비료의 혼합 시비에서 148.9g으로 가장 높아 화학비료 처리구(112.8g)와 비교하여 약 1.3배 증가하였으며, 지상부의 생체중 역시 미생물제제와 화학비료의 혼합 시비 처리구(160.3g)에서 화학비료 처리구(111.1g)와 비교해 약 1.4배 증가하였다. 미생물제제와 화학비료를 혼합하여 처리하였을 때 생육이 가장 왕성하였으나 미생물제제 처리구도 화학비료 단독시비 처리구의 생육과 비교하여 지상부, 지하부 모두 생체중이 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 배추의 지상부 생체중은 미생물제제와 화학비료의 혼합시비 처리구에서 316.6g으로 가장 높아 화학비료 처리구(225.7g)와 비교하여 1.4배 증가하였으며, 또한 지하부의 생체중도 미생물제제와 화학비료의 혼합시비 처리구(4.4g)에서 화학비료 처리구(3.1g)와 비교하여 1.4배 증가하였다. 배추의 엽면적은 미생물제제와 화학비료의 혼합시비 처리구, 화학비료 처리구, 미생물제제 처리구에서 각각 3567.7, 2387.5, 2735.9cm2로 미생물제제의 처리로 배추의 엽면적이 증가함을 확인할 수 있었다. 실험의 결과를 통해 미생물제제가 관행의 농법에서 사용되는 화학비료를 대체하여 친환경비료로 사용될 수 있을 것으로 판단된다. 또한 화학비료에 토양미생물제제를 혼용 처리하여 무와 배추의 생육을 크게 향상시킬 수 있을 뿐 아니라 건전한 육종재료를 육성하기 위한 시비 방법으로 이용될 수 있을 것으로 판단된다.

폐기물 자원화시설 및 산업시설에서는 유기성 및 무기성 악취물질이 동시에 발생된다. 악취를 처리하기 위하여 많은 연구가 진행되었지만 기존 연구는 무기성 또는 유기성 악취물질을 단독으로 처리하는 공정 중심으로 개발되었다. 악취를 처리하기 위한 공정에는 물리･화학･생물학적인 공정이 존재한다. 이 중 생물학적 공정인 바이오필터는 경제적이고 2차 오염물질의 발생이 상대적으로 적다. 본 연구에서는 바이오필터를 이용하여 유기성 악취물질인 톨루엔과 무기성 악취물질인 암모니아를 동시에 처리하였으며 시간에 따른 처리특성과 반응기 유입부, 중간, 유출부의 미생물 분포 특성을 파악하고자 하였고 그에 따른 Kinetic 실험도 하였다. 실험에 사용된 바이오필터 반응기의 규격은 내부직경 0.1 m, 높이 1.3 m 이었다. 담체의 재질은 1 cm₃의 폴리우레탄 폼을 이용하였으며 충전된 높이는 0.6 m, 충전된 부피는 0.0047 m₃ 이었다. 톨루엔 가스 유입 농도는 50 ppm(유입부하량 5.63 g/m₃/hr)에서 150 ppm(유입부하량 16.88 g/m₃/hr)까지 순차적으로 증가시킨 후 100 ppm(유입부하량 11.25 g/m₃/hr)으로 유지하였다. 암모니아 가스 유입농도는 591 ppm(유입부하량 12.29 g/m₃/hr)으로 유지하였으며 총 가스유량은 2 L/min, EBRT(Empty bed retention time) 2.35 min으로 설정하였다. 톨루엔 가스는 GC/FID로 분석하였으며, 암모니아 가스는 대기오염공정시험법에 준하여 분석하였다. 미생물 분석은 톨루엔 가스 유입농도 100 ppm에서 처리효율이 안정적으로 유지될 때 담체를 채취한 후 PCR-DGGE를 실시하였다. Kinetic 실험은 반응기 유입부, 중간, 유출부에서의 순차적인 처리효율을 파악하였다. 120 일의 연속실험 결과 암모니아는 99%이상 처리효율을 보였으며, 톨루엔은 100 ppm까지 95% 이상의 효율을 나타냈지만 150 ppm에서 74%의 처리효율을 나타내었다. 반응기의 유입부, 중간, 유출부 담체의 미생물 분포를 파악한 결과, 가스유입부에서 암모니아 분해미생물이 우점종으로 나타났으며 중간, 유출부에서는 톨루엔 분해미생물이 우점종으로 나타났다. Kinetic 실험 결과, 가스유입부에는 암모니아 분해미생물이 우점종으로 나타나 42%의 처리효율을 보였으며 충전된 담체의 중간에서 86%의 처리효율을 나타냈다. 톨루엔의 경우 유입부에서 20%, 중간 54%, 유출부에서 92%의 처리효율을 보였다.

본 연구는 기계적 효율이 뛰어난 수층교반장치와 정화력이 뛰어난 광합성세균을 이용하여 호소의 수질을 개선하는 기술을 연구하고자 하였다. 대상기술인 2가지 중 수층교반장치에 대한 성능을 확인하기 위하여 교반으로 인한 수층에서의 용존산소 증가량을 확인하였고, 광합성 세균에 대한 성능을 확인하기 위하여 실험실내에 호소수 및 퇴적물을 이동하여 동일한 수조에 동일한 양을 넣은 후, 비드투입량 및 폭기 여부에 따라 퇴적물의 유기물 함량, 총인, 총질소의 농도변화를 확인하였다. 또한, 호소의 퇴적물 내 비드의 잔존 여부를 확인하기 위하여 DGGE 및 BacLight 분석을 통하여 잔존 여부를 확인하였다. 교반으로 인한 수층의 움직임을 확인하기 위하여 부위 100개를 우선 수층에 띄워 이동방향을 확인하였고, 이를 기준으로 대상 지점별로 0.5m 간격으로 유향, 유속, DO등을 확인하였다. 이를 확인한 결과, 호소 중앙부방향으로 다량의 퇴적물이 발생되어지는 것을 확인하였으며, 교반장치 가동 전에는 호소 전체 저층부(1.5m 이상 수심)에 일관성 없는 일정 유속의 수류가 형성되었고, 가동 후에는 수층(수면층 ~ 2.0 m) 각 4지점으로부터 중심부로의 수류 형성 후 확산에 의한 전체적인 교류, 수류의 가속화와 용존산소 중가로 인해 자정능력이 부여되는 것을 확인하였다. 즉, 모든 측정 지점에서 클로로필-a 및 용존산소 값의 변화가 발생하였으며, 특히, 용존산소는 각 측정지점 별 125 ~ 833% 향상되어지는 것을 확인하였다. 실험실 내 수조시험은 각 수조에 비드를 18, 36, 180, 360 g 투입하여 퇴적물 내 유기물 함량 및 총질소, 총인 농도 변화를 확인하고자 하였으며, 그 결과, 유기물 함량은 비드 투입농도가 증가되어짐에 따라 62.3% 제거되어짐을 확인하였으며, 총질소 농도는 12.5%, 총인 농도는 25.5% 제거되어졌음을 확인하였다. 호소 내 대상 광함성 세균의 잔존 여부를 확인하기 위하여, 호소 내 4개 지점에 대한 수질 및 퇴적물에 대한 BacLight 및 DGGE(Denaturing Greadient Gel Electrophoresis)분석을 실시한 결과, 총세균수(BacLight법)는 수질시료는 2.0×107 ~ 3.9×107 cells/ml로 확인되었고, 퇴적물 시료는 1.4×107 ~ 3.3×107 cells/ml로 조사되어 물시료에서 다소 높게 측정되었지만, 평균적으로 107 cells/m로 조사되었다. 활성세균의 비율의 경우, 물 시료에서는 82 ~ 88%로 지점 2 (W2)에서 가장 높게 확인되었고, 저질시료의 경우, 77 ~ 93%로 확인되어 지점 1 (S1)에서 가장 높은 활성을 보이다가 차츰 지점 번호에 따라 감소하는 경향을 확인할 수 있었다. 시료와 저질시료의 활성세균의 비교시, 최고의 활성 세균비율을 나타낸 지점은 저질 1(S1) 시료였는데, 저질의 경우, 유기물이 물시료보다 많이 분포함에 따라 세균의 활성 및 분해 활동이 활발히 일어났을 것으로 판단된다. 본 연구에서는 총세균수에 대한 활성세균의 비율이 모든 지점에서 77% 이상으로 매우 높게 확인되었다. 활성세균이란 대사적으로 활성을 띄고 있는 살아있는 세균으로써 에너지 생산, 물질 순환 및 유기물 및 영양염의 높은 이용 및 분해 등과 관련하여 총세균수보다 훨씬 정확하고 유용한 정보를 제공한다(Rodriguez et al., 1992). 그러므로 총세균수에 대한 활성세균수의 비율이 매우 높게 조사된 이번 지점에서는 조사 환경에서 영양염류의 순환이나 유기물 분해가 매우 활발히 일어나고 있음을 알 수 있었다. DGGE분석결과는 수질시료와 퇴적물 시료의 군집구조가 확연히 다름을 확인하였고, 우점종으로 확인되어지는 밴드는 각각 유지되고 있음을 확인하였다.

음식물쓰레기의 악취문제는 시민들에게 매스꺼움, 두통, 식욕감퇴 등의 악영향을 끼치며 청소행정담당자들에게 불쾌한 작업환경을 조성하여 점점 심각한사회적 문제로 인식되고 있는 실정이다. 특히 음식물쓰레기를 수거해가는 과정에서 발생하는 악취는 많은 시민들에게 불쾌한 환경을 제공하고 있다. 따라서 이러한 과정에서 발생하는 악취문제에 대한 해결책이 반드시 필요한 실정이다. 본 연구는 미생물을 이용한 음식물쓰레기의 악취저감에 관한 연구로서 음식물쓰레기내에서 발생하는 악취가스들의 종류를 조사하고 개별 악취물질(NH3, H2S 등)과 음식물쓰레기내에서 지속적으로 발생하는 TVOCs(총휘발성유기화합물)에 대하여 미생물배양액을 일정량 분사 후 악취물질이 저감 되는 양과 미생물에의한 발효가스의 발생량을 측정하여 미생물배양액과 악취물질간의 상관관계 및 반응정도를 확인하고 확인된 데이터를 통하여 개별악취 물질 및 TVOCs양에 따른 최적의 미생물을 실험을 통하여 알아보고자 하였다. 실험방법은 음식물쓰레기를 수집한 후 대조군과 실험군을 나눠 실험을 위하여 제작된 실험용 챔버와 혐기성상태를 유지할 수 있는 밀봉된 유리병안에 일정량의 음식물쓰레기를 투입한 후 각종 미생물배양액(Micro blaze fog, EM, BM 등)을 일정량 투입하여 주고 시간이 경과함에 따른 악취가스의 저감량을 가스검지관, 가스측정센서, GC FID등을 이용하여 측정하였다. 이러한 실험은 모두 동일한 조건에서 실험되었으며 완벽한 혐기성 조건에서 실험되었다. 실험결과 음식물쓰레기에서 발생하는 총유기성화합물질(TVOCs)를 가스측정센서인 Graywolf TG501로 측정하여 Micro blaze fog미생물이 약 80%정도의 TVOCs저감 효과가 있는 것으로 판명되었으며 잘 알려진 악취저감 미생물인 EM, BM의 경우 TVOCs저감에 별다른 효과가 없는 것으로 판명되었다. 또한 GC FID를 이용하여 음식물쓰레기에서 발생하는 악취물질의 저감정도를 분석한 결과 몇 가지 악취물질이 분명하게 저감되는 것을 확인 할 수 있었다. 향후 이 실험을 통하여 발견한 악취저감 미생물을 이용하여 음식물쓰레기 수거차량이나 수거함 또는 음식물쓰레기처리업체 등에서 효과적인 악취저감 시스템을 개발할 수 있을 것으로 기대된다.

미생물전해전지(Microbial Electrolysis Cells, MECs)는 산화전극과 환원전극 사이에 적당한 전위차가 유지되도록 외부전원을 이용하여 전압을 인가함으로서 산화전극 표면에 부착 성장하는 전기적으로 활성을 가진 미생물에 의한 유기물 분해를 촉진시키고 수소나 메탄과 같은 유용물질을 생성시키는 장치이다. 따라서, 최근 미생물전해전지를 이용하여 유기성 폐수의 처리 및 에너지회수를 위한 연구들이 활발하게 진행되고 있다. 미생물전해전지의 운전과 성능에서 미치는 가장 중요한 인자 중의 한 가지는 전극이다. 지금까지 미생물전해전지 연구에 사용되어온 전극들은 대부분 전기전도성이 낮거나 부식이 문제가 된 경우가 많아 실용화에 걸림돌이 되고 있다. 여러 가지 전극재료들 중 흑연섬유직물(GFF; Graphite Fiber Fabric)은 내구성이 강하고 비표면적이 넓지만 전기전도성이 낮다는 단점이 있으며, 탄소나노튜브(Carbon Nanotube, CNT)는 전도성이 대단히 우수한 물질이지만 전극으로 성형, 가공하기 위한 제작기술이 없는 상황이다. 본 연구에서는 흑연섬유직물의 표면에 탄소나노튜브를 전기영동전착법(Electrophoretic deposition, EPD)으로 고정함으로서 내구성이 높고 비표면적과 전도성이 우수한 전극을 제작하기 위한 연구를 수행하였다. 탄소나노튜브를 흑연섬유직물의 표면에 전착시키기 위하여 먼저, 탄소나노튜브(1g)와 PEI(Polyethylenimine) 및 nickel pyrite(PEI1000-Ni500ppm, PEI500-Ni250ppm, PEI500- Ni500ppm)를 초순수 1L에 혼합한 다음 초음파를 이용하여 분산시켜 전기영동 용액을 준비하였다. 면적이 동일한 흑연섬유직물(Working Electrode: GFF)과 스텐리스망(Counter Electrode: stainless steel mesh)을 전기영동 용액에 평행하게 고정하고 두 전극 사이에 전압을 인가하여 전착시켰으며, 200℃에서 열처리를 하여 미생물전해전지용 전극을 제작하였으며, 전자현미경(Scanning Electron Microscope, SEM)을 이용하여 흑연섬유직물의 표면에 전착된 탄소나노튜브의 상태를 확인하였다. 준비된 전극들은 1cm² 크기로 잘라 four-point법으로 저항 측정하였다. 흑연직물섬유은 저항이 0.115Ω/cm이었으나, 탄소나노튜브가 표면에 전착된 흑연섬유직물 전극의 저항은 크게 감소하였다. 특히, 탄소나노튜브 및 PEI500-Ni250ppm으로 구성된 전기영동용액으로 탄소나노튜브를 표면에 전착한 흑연섬유직물 전극은 저항이 0.006Ω/cm로서 코팅하지 않은 흑연섬유직물 보다 전기전도성이 약 20배 증가하였다. 탄소나노튜브를 전기영동법으로 흑연섬유직물의 표면에 전착한 전극은 비표면적이 넓고 부식성이 강한 고전도성의 우수한 미생물전해전지용 전극으로 사용 할 수 있을 것으로 판단된다.

지금까지 연구된 여러 가지 형상의 미생물연료전지들의 특징들을 조합하여 운전이 용이하고 규모확대가 가능하며 전력생산 성능이 대단히 우수한 3차원 공기환원전극 미생물연료전지를 고안하였으며, 합성폐수를 이용한 성능시험을 수행하였다. 본 연구에 사용된 3차원 공기환원전극 미생물연료전지는 1개의 산화전극부, 4개의 배수구, 그리고 산환전극부 상부에 설치된 1개의 환원전극부로 구성하였다. 미생물연료전지 하단에는 다공판으로 된 유입부를 설치하여 폐수가 산화전극부로 유입되도록 하였으며, 폐수는 산화전극부를 통과한 뒤 환원전극부의 배수구로 이동하도록 설계되었다. 산화전극부에는 EG(Expended Graphite)와 MWCNT(Multi-Wall Carbon Nano Tube)를 스테인리스망에 스크린 프린팅하여 제작된 산화전극을 설치하였고, 환원전극부에는 EG(Expended Graphite)와 MWCNT(Multi-Wall Carbon Nano Tube)에 FePc 및 CuPc를 고정한 촉매를 스테인리스망에 스크린 프린팅하여 제작된 환원전극을 설치하였다. 배수로는 환원전극의 높이의 1cm, 2cm, 3cm, 5cm에 배수구를 각각 설치하여 환원전극 침지깊이에 대한 영향을 평가하였다. 준비된 미생물연료전지는 초기운전을 위하여 혐기성 소화조에서 채취한 슬러지를 식종하였으며, acetate, phosphate buffer solution, minerals, vitamins로 구성된 합성폐수를 연속 주입하였다. 미생물연료전지를 운전하는 동안 DMM(digital multimeter, Keithley 2700)과 컴퓨터를 이용하여 전지에서 발생하는 전압을 관측하였다. 환원전극부의 침지깊이를 변화시킨 뒤 전압이 안정화 되었을 때 외부회로를 개방하여 OCV 값을 측정하였으며, 외부저항을 단계적으로 감소시키는 방법으로 분극실험을 수행하였다. 이때 미생물연료전지에서 얻어진 최대전력수율은 환원전극의 침지깊이에 따라서 1cm < 5cm ≦ 2cm < 3cm 순으로 측정되었다.

미생물연료전지의 전극재료 중 결합제는 전극의 성능, 내구성 및 비용 등을 결정짓는 핵심 물질 중 하나이다. 전극의 결합제는 기본적으로 전극을 구성하는 기본물질들과 결합력이 좋아야 하고, 전극물질들과 집전체간의 전자전달이 가능한 물질이여야 한다. 따라서, 전극 결합제는 미생물연료전지의 성능향상을 위해 필수적인 역할을 담당한다. 좋은 결합제는 전극의 성능을 향상시킬 수 있어야 하고, 전극물질과의 접착력과 전극물질의 본성 등을 유지시킬 수 있어야 한다. 지난 수년 동안 미생물연료전지의 성능향상을 위해 다양한 결합제에 대한 연구가 이루어 졌으며, 결합제를 활용하기 위한 다양한 기술들이 연구되어 왔다. 현재, 많은 연구자들이 여러 장점들을 가지고 있는 탄소나노튜브를 미생물연료전지의 산화 및 환원전극 제조를 위한 기초물질로 이용하고 있는데, 탄소나노튜브는 가공성이 나쁘고, 용해성이 낮은 등 전극제작에 있어서 몇몇 결점들을 가지고 있다. 이러한 탄소나노튜브의 결점을 보완하면서 친수성이고, 전도성이 높은 결합제로 종종 Nafion 용액을 사용해오고 있는데 이는 고가이며, 결합력이 약하여 미생물연료전지의 실용화에 걸림돌이 되고 있다. 실리카겔은 친수성물질로 알려져 있으며, 물을 따라 이동하는 양이온의 전도성이 좋은 물질로 평가된다. 또한, 헤테로 다중산은 양이온 전도성을 향상시킨다는 많은 연구결과들이 보고된 바 있다. 따라서, 본 연구에서는 헤테로 다중산과 실리카겔을 미생물연료전지의 전극 결합제로 사용하여 고가의 전극결합제인 Nafion 용액을 대체하고자 하였다. 헤테로 다중산을 실리카겔에 도핑하여 결합제를 제조하고 이를 환원전극제작에 사용하였다. 제작된 환원전극의 성능은 3차원 공기환원전극 미생물연료전지를 이용하여 평가한 결과 전력밀도 및 내구성이 헤테로 다중산을 실리카겔에 도핑한 결합제를 이용한 환원전극의 성능이 Nafion 용액을 결합제로 사용한 환원전극보다 우수한 것으로 평가되었다. 헤테로 다중산을 실리카겔에 도핑하여 제조한 결합제는 큰 고가의 Nafion 용액을 대체할 수 있을 것으로 평가되었다.

과거에는 폐수를 단지 처리의 개념으로만 인식하였기 때문에 현재의 유기성 폐수에 많은 양의 에너지가 포함되어 있음에도 불구하고 효율적으로 재이용되지 못하였다. 하지만 현재 미생물연료전지라는 분야가 부각됨에 따라 폐수처리를 자원화의 한 방법으로 인식하여 이를 처리하기 위한 다양한 방법이 연구되어 지고 있다. 미생물 연료전지는 미생물의 촉매반응을 통해 유기물의 화학적 에너지를 전기에너지로 전환하는 장치로 최근 하･폐수 처리기술 및 대체에너지기술로 주목받고 있으며, 특히 폐수처리시 에너지를 회수할 수 있다는 점에서 큰 장점이 있는 기술이다. 그러나 현재 사용되는 이온교환막은 고가이며 biofouling에 의한 막힘 현상으로 인하여 이온 전달이 원활하지 않아 성능 저하를 유발 하며 교체하지 않는 이상 세척 등에 의한 방법으로는 성능이 회복되지 않아 미생물 연료전지 분리막으로써의 효율성이 떨어지는 실정이다. 반면, 세라믹막은 세척에 대한 부담 없이 재이용이 가능하며 가격이 저렴하고 고온에서 사용이 가능하며 구입이 용이하다. 본 연구에서는 일반적으로 사용되는 고가의 양이온 교환막을 대체하여 세라믹막을 이용한 미생물연료전지의 가능성을 연구하였다. 산화 전극과 환원 전극은 높은 전기전도성을 가지는 흑연펠트와 탄소천을 사용하여 실험실 규모 단일반응기를 제작하였다. 혐기성슬러지는 합성페수에 식종하여 순응시킨 후 유기물(글루코오스와 아세테이트)을 주입하여 안정화시킨 후 폐수를 주입하였다. 세라믹막을 이용한 미생물연료전지의 폐수처리 및 전기발생 실험 결과는 유기물 제거량(CODcr)은 약 70%, 전기발생은 약 371 mV, 2.5 mA, 최대전력밀도는 약 348 mW/㎡로 나타났으며 기존 이온교환막을 이용한 미생물연료전지와 유사한 것으로 나타났다.

국내 유기성 페자원은 지역적으로 그 발생량과 분포가 다양하며 처리, 처분 및 재활용이 여러 가지 방법으로 시도되고 있다. 이 중에서 유기성폐기물의 효과적인 감량화 뿐만 아니라 자원화를 위한 대안으로 혐기성 소화에 대한 관심이 고조되고 있으며, 유기성폐기물을 이용한 혐기성 소화로 수소생산도 기대할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 혐기성 미생물을 이용한 유기성 페기물의 수소생산 기술에 관한 연구를 진행하였다. 각종 탄수화물로부터 수소생산량을 알아보기 위하여 단당류인 Glucose, 소당류인 Sucrose, 그리고 다당류인 Cellulose를 사용하여 실험하였으며, 최대수소생산율은 Sucrose가 98.18 mL/hr ․ℓ로 가장 좋은 효율을 보였고, Cellulose를 사용하였을 때는 수소가스가 발생되지 않았다. 이러한 결과는 cellulose가 다른 탄소원보다 더 고분자 물질이며, 미생물이 cellulose를 분해하여 수소를 생산하는데 다소 시간이 오래 걸린 것으로 사료된다. 따라서 고분자의 탄수화물로부터 수소를 생산하기 위해서는 미생물에 의한 분해가 쉽게 이루어질 수 있도록 전처리가 필요하다고 사료된다. 하수슬러지를 이용한 수소생산 결과 생물학적 유용성은 복합적 전처리 과정을 통하여 많이 개선되었으며 슬러지를 이용한 수소생산 가능성을 확인할 수 있었다. 단, 하수슬러지를 이용한 수소가스의 생성과 같은 생물학적 반응에 의한 바이오 가스 생산에 가용화된 슬러지를 이용하고자 할 경우 반응 중 pH와 온도 그리고 적정 미생물 군집의 배양과 같은 최적화 과정이 필수적으로 수반되어야 하며 이에 대해 더욱 체계적인 연구가 필요할 것으로 판단하였다. 유기성 페수 중 하나인 제당폐수에 질소와 인을 보충한 상태에서 수소 발생량은 774.59 mL로 증가하였고. 산처리 보다 알칼리처리 시 수소생산량이 약 70%증가됨을 알 수 있었다. 따라서 제당폐수 원액의 양호한 수소생산을 위해서는 질소와 인과 같은 영양염류의 보충이 필수적으로 필요하다는 것을 보여준다. 또한 음식물쓰레기를 이용해 수소생산한 결과 635.10ml로 슬러지를 전처리한 유기성자원으로부터 수소생성율이 0.4-1.65 mg H₂/g COD인 것을 고려할 때 본 실험에서 산출된 음식물쓰레기의 수소생성율은 3.47 mg H₂/g COD은 매우 고무적인 산출량이라고 판단된다. 따라서 본 실험을 통하여 음식물쓰레기가 glucose 또는 sucrose와 같은 탄수화물을 이용한 수소생산 시 산출되는 수소 생산수율에 비해 떨어지지만 유기성폐자원인 음식물쓰레기에서 수소생산 가능성을 확인하였으며 이를 토대로 효과적인 전처리와 같은 수소생성 최적화를 위한 연구가 고려된다면 더 높은 수소생산 효율을 기대해 볼 수 있을 것이다. 복합 전처리를 실시 한 후의 제당폐수와 음식물쓰레기의 DGGE 분석결과를 NCBI BLAST를 이용한 GenBank database와 비교 분석하여 가장 유사도가 높은 종을 검색한 결과 DGGE band로부터 얻은 clone은 Enterobacter 속, Klebsiella 속, Clostridium 속으로 규명되었다. 각각의 유기성폐자원의 취약점을 보완해 수소생산율을 향상시키기 위해 제당폐수에 음식물쓰레기와 활성슬러지를 부피 비 1:1로 혼합해 수소생산율 증대를 도모하였다. 제당폐수에 영양염류를 추가해 주었을 때 수소생산율이 향상되었던 기존실험결과와1) 음식물쓰레기를 이용한 수소생산 시 염소이온의 농도가 약 10g/L이상일때부터 긴 지체시간을 가지거나 강하게 저해 받는다는 기존의 연구결과를2) 바탕으로 영양염류대신 음식물쓰레기를 혼합해 영양염류의 보충과 염분의 희석 효과를 기대하며 실험을 진행하였다. 그와 동시에 질소의 양이 과다할 경우 그 역시 수소생산에 저해를 일으키는 요인이라는 기존의 연구결과를3) 바탕으로 슬러지의 질소농도를 희석시키기 위해 제당폐수와 함께 혼합하여 실험하였다. 그 결과 제당폐수와 음식물쓰레기를 혼합한 폐기물에서 54.13% 수소생산 효율이 향상되었고, 활성슬러지를 혼합한 폐기물에서는 21.24%로 수소생산 효율이 향상됨을 알 수 있었다. 따라서 본 실험을 통해 음식물쓰레기의 염분이 다른 기질과 혼합되어 희석효과를 보였고, 슬러지의 과다한 질소농도도 희석되어져 수소생산 효율을 향상시켰음을 알 수 있었다. 이를 토대로 최적배합조건 도출을 위한 연구가 고려된다면 더 높은 수소생산 효율을 기해 볼 수 있을 것이다.

The purpose of this study is to use micro-organism functions for eco-friendly water-purification according to korea basin area of porous concrete using EM, utilizing bioremediation.

Microbiological contamination of 4 vegetables (garlic, red pepper, perilla leaf and lettuce) collected from 10 restaurants around university was examined. The vegetables were evaluated for total plate count, coliforms, psychrophiles, yeast, and Staphylococcus aureus. The results of total plate count showed the highest value as 5.4±0.69 log CFU/g in lettuce, following by 4.8±1.53 log CFU/g in red pepper, 4.5±1.65 log CFU/g in perilla leaf and 3.4±1.27 log CFU/g in garlic. The contamination level of coliforms and psychrophiles were highest in red pepper with maximum as 4.7 log CFU/g and 8.2 log CFU/g, respectively. Red pepper of psychrophiles showed the highest average value as 5.0±1.82 log CFU/g followed by 4.2±1.91 log CFU/g in lettuce, 4.7±1.55 log CFU/g in perilla leaf and 2.4±2.10 log CFU/g in garlic. The average number of yeasts were highest in perilla leaf with 4.4±1.41 log CFU/g and were lowest in garlic with 0.9±1.41 log CFU/g. The contamination level of S. aureus was detected in 27 samples among the total 40 samples with the range of 0.5-5.2 log CFU/g. In conclusion, the microbial quality of the fresh vegetables evaluated in this study was not very good. Therefore, it needs to be enhanced through the good sanitation management and production and distribution methods to improve the safety of fresh vegetables.

고준위방사성폐기물 처분장의 완충재로 고려되고 있는 자연산 벤토나이트에 대해서 기존의 물리·화학적 및 광물학적 성질 외에 생물학적 특성을 살펴보았다. 국내산 ‘경주벤토나이트’를 대상으로 만든 현탁액을 영양배 지 세럼병에서 일주일 이상 숙성시키며 시간에 따른 벤토나이트의 변화를 관찰하였다. 영양배지에서 활성화 된 벤토나이트는 고체 시료뿐만 아니라 용액도 함께 변하였다. 용존황산염 수용액으로부터 검은색의 미립자 황화물이 생성되기 시작하였으며, 시료를 채취하여 배양한 결과 4 종류의 황산염환원박테리아(SRB)가 자체 생존하고 있음이 확인되었다. 이러한 결과는 벤토나이트 분말시료 내에 황산염환원(혹은 금속환원)박테리아 가 고착 및 서식하고 있음을 말해주는 것으로, 이는 지하의 환원환경 조건하에서 완충재 내외부에 장기적으로 생지화학적 영향이 발현될 가능성이 있음을 의미한다.