본 논문에서는 좌굴에 취약한 철도판형교의 전체좌굴 거동특성을 검토하였다. 우선 철도판형교의 전체좌굴에 영향을 미치는 영향인자를 파악하고 좌굴을 유발하는 모멘트를 전체좌굴에 대한 무차원좌굴계수 를 적용하여 이론적으로 산정하였 다. 다음으로는 개단면인 철도판형교의 하부를 브레이싱으로 보강한 단면을 보강단면과 등가인 두께를 가지는 얇은 판으로 치환하여 유사폐합단면을 형성하고 보강 형상별로 국부적인 항복 발생 여부를 검토한 후, 전체좌굴을 유발하는 모멘트를 산정 하고 효율적인 보강상세를 결정하였다. 유한요소 해석을 이용하여 표준열차하중이 재하되었을 때 보강모델별로 철도판형교에 발생하는 횡방향 변위를 비교하여 장대레일의 좌굴에 저항하기 위한 최적의 보강상세를 제안하였다.

본 연구는 해양산업시설에서 배출되는 위험·유해물질(Hazardous and Noxious Substances) 중 아연을 대상으로 국내 서식종을 기반 으로 한 독성시험을 수행하고, 그 결과를 활용하여 국내 실정에 맞는 아연의 해양 수질 준거치(Marine Water Quality Criteria)를 제안하였다. 시험생물은 국내 연근해에 분포하고 산업적으로 유용하며, 표준 시험방법이 존재하는 종을 우선으로 5개의 분류군(Algae, Rotifer, Crustacean, Mollusc, Fish)의 총 10종을 선정하여 독성시험을 수행하였으며, 급·만성비(Acute-Chronic Ratio) 산출을 위하여 무척추동물, 어류 분류군에 대한 만성독성시험을 수행하였다. 국내종 독성시험에서 산출된 독성값을 활용한 수질준거치는 US EPA의 CCC (Criterion Continuous Concentration) 산출 기준으로 9.56 ㎍/L, 호주/뉴질랜드의 산출 기준으로 15.50 ㎍/L 로 나타나 호주/뉴질랜드에서 권고하는 기준인 14.40 ㎍/L 와 유사하였다. US EPA 및 호주/뉴질랜드는 자국의 생태독성 데이터베이스(US EPA Ecotox Database, Australasian Ecotoxicology Database)를 보유하고, 신뢰도 높은 독성값들을 생성하여 수질 기준 및 산출 기준을 갱신하고 있다. 한편, 국내에서는 국내종 기반 급성 독 성값을 적용하고 있지만, 중요한 산출 지표인 급·만성비는 US EPA 또는 유럽의 결과값을 활용하여 해양 수질 준거치를 산출하고 있으며, 국내의 생태독성 자료 또한 제한적인 실정이다. 따라서, 국내 해양 서식종을 기반으로 한 지속적인 독성시험과 준거치 설정 체계를 확보하 여 국내 해양생물과 생태계를 보호할 수 있는 해양 수질 준거치 도출이 필요할 것으로 판단된다.

본 연구에서는 폐기물 배출해역의 퇴적물이 해양생물에 미치는 영향을 평가하기 위해 2016~2019년 3개 배출해역; 동해병, 서해 병, 동해정 해역의 9개 정점에서 채취한 퇴적물 시료들을 대상으로 국내 해양폐기물공정시험기준에 의거하여 저서성단각류(Monocorophium acherusicum)와 발광박테리아(Vibrio fischeri)를 이용한 독성시험을 수행하였다. 시험결과, 상대평균생존율(저서성단각류)과 상대발광저해율 (발광박테리아)이 각각 30 % 이하로서 ‘독성없음’으로 판정되었으나, t검정을 이용한 독성 평가 결과에서는 총 12개(2016년 6개, 2017년 1개, 2018년 1개, 2019년 4개)의 저서성단각류 시료에서 대조구와 유의한 차이를 나타내었다(p<0.05). 저서성단각류의 독성원인 탐색을 위해 퇴 적물 내 8종 중금속 함량(Cr, As, Ni, Cd, Cu, Pb, Zn, Hg)과 저서성단각류 상대평균생존율의 단순선형회귀분석을 수행한 결과, Cr의 저서성 단각류 독성 기여도가 가장 높았다(p=0.000, R2=0.355). 또한, 매년 독성영향이 가장 높은 정점(DB-85)의 시료에서 Cr이 여전히 가장 높은 농 도로 검출되었으며, 해양환경기준을 매년 초과하였다. 해양폐기물공정시험기준의 생태독성판정 기준 적용 시 ‘독성없음’으로 평가되는 퇴 적물 오염도가 대조구와의 통계적 유의성 검정, 독성원인확인 평가를 적용할 경우 독성영향을 수용 가능한 수준으로 판단하기 어려우므로 향후 종민감도분포곡선을 활용한 정량적 위해성 평가를 통한 준거치를 도출하여 생태독성 영향 판단 기준의 재설정을 고려할 필요가 있다.

우리나라의 '해양오염방제 자재·약제의 성능시험기준 및 검정기준 중 ‘생물에 대한 영향시험’(생태독성시험)의 시험방법과 판정 기준의 개정과 관련한 방향을 제시하기 위해 현행 기준의 문제점을 파악하고 국가별 제도 비교를 통한 개선방안을 제시하였다. Skeletonema costatum을 이용한 성장저해시험의 경우, 배양액 색조를 비교하여 판단하는 기준 대신 측정된 성장률을 적절한 통계기법을 이용하여 비교 분석하는 과학적인 기준이 도입되어야 하며 시험기간의 경우, 지수성장기를 고려하여 4일 이내가 합당한 것으로 판단된다. 어류를 이용한 독성시험의 경우, 다양한 물질에 대한 독성시험 및 비교연구를 통해 방제 자재에 대해 일관되고 적절한 민감도를 나타낼 수 있는 보다 적절한 어체크기에 대한 재설정이 필요하고 이에 따른 합리적이고 객관적인 판정기준이 마련되어야 할 것으로 판단된다. 시험종의 경우, Artemia sp. 대신 해양 윤충류인 Rotifer, Brachionus plicatilis가 대안이 될 수 있으며 어류시험의 경우, 굴류(Oyster)와 같은 이매 패류의 분류군을 이용한 독성시험으로의 대체 역시 대안으로 고려될 수 있다. 마지막으로 해양오염방제 자재·약제의 형식승인 시험과 관련하여 생태독성시험 분야의 경우, 업무의 특수성과 결과의 신뢰성을 고려하여 별도의 공인시험기관 지정 또는 관련 유사 법률과 연계한 일원화된 창구가 필요하며 수용가능한 수준의 시험비용 산정과 시험항목 조정을 통한 합리적인 제도개선이 필요할 것으로 판단된다.

해양생태독성시험의 국제표준시험종 중 생산자에 속하는 대표적인 Skeletonema sp.와 Dunaliella tertiolecta의 생태독성학적 차이점을 알아보기 위해 각 표준시험법(규격)을 비교하였고 환경에 대한 종 적합성과 다양한 시험물질에 대한 민감도를 비교 분석하였다. 그 결과, 시험법의 경우 대부분 동일하였으나 시험 유효성의 기준에서 pH 변화 제한과 초기접종밀도에서 차이가 나타났으며 이는 D. tertiolecta 의 낮은 성장률에 기인된 것으로 추정된다. 적합성에서는 두 종 모두 규격에서 요구하는 유효성의 기준을 연속 만족하여 시험수행의 일관성을 보였고 시험한계 염분범위는 Skeletonema sp.와 D. tertiolecta 각각 20 및 10 psu로 나타났다. 마지막으로 민감도의 경우, 시험규격에서 제시하는 참조물질, 실제 오염 배출수(선박평형수) 및 기타 다양한 화학물질에서 모두 Skeletonema sp.가 D. tertiolecta에 비해 독성 민감도가 상대적으로 높음을 확인하였으며 이는 해양생태독성시험 수행에 있어 생산자를 이용한 시험의 경우 최소 2종 이상의 다른 분류군의 미세 조류를 이용하는 것이 시험결과의 신뢰성과 객관성을 높일 수 있는 방법임을 시사한다.

본 연구에서는 고구마(Ipomoea batatas L.) 수확 후 버려지는 잔재물의 활용가치를 위해 이들로부터 추출한 발효 추출물과 열수 추출물의 생리활성과 세포독성을 분석 하였다. 추출물의 pH는 모두 산성을 나타내었고, 유기물 함량은 발효 추출물과 열수 추출물에서 각각 0.98%와 0.97%로 비슷하게 나타내었다. 다량원소 중 인산, 칼륨, 칼슘, 마그네슘 성분의 함량은 열수 추출물에서 발효 추출물보다 모두 높게 나왔고, 질소 함량만 두 추출물에서 동일하게 나왔다. 미량원소 함량은 아연을 제외하고 발효 추출물보다 열수 추출물에서 높게 나타내었다. 총 폴리페놀 함량은 열수 추출물에서 60.5±2.7 mg/g로서 발효 추출물의 총 폴리페놀 함량의 22.7±4.2 mg/g 보다 37.8 mg/g 높은 함량을 나타내었다(p<0.05). 총 플라보노이드 함량은 열수 추출물에서 50.7±2.7 mg/g로서 발효 추출물의 함량인 14.0±2.1 mg/g 보다 36.7 mg/g 높은 함량을 나타내어 총 폴리페놀 함량과 마찬가지로 열수 추출물이 발효 추출물보다 높은 함량을 나타내었다(p<0.05). DPPH와 ABTS radical 소거능력은 모두 열수 추출물에서 발효 추출물 보다 높은 항산화력을 보였다(p<0.05). MTT assay를 이용한 추출물의 세포독성 실험에서는 두 추출물의 모든 농도에서 세포독성이 미약한 것으로 확인되었다. 따라서 고구마 수확 후 잔재물의 추출물이 향후 각종 바이오 소재로 이용 시에도 큰 문제가 없을 것이라 판단된다.

본 연구는 실리콘계 소포제가 해양으로 배출되었을 때 소포제 내에 존재하는 주요 성분들이 해양 저서환경에 서식하는 생물에게 미치는 영향을 알아보기 위해 실리콘 및 알코올계 소포제에 대해 저서성단각류(Monocorophium acherusicum)와 발광박테리아(Vibrio fischeri)를 이용하여 해양생태독성실험을 수행하였고 실리콘계 소포제의 주요성분인 디메틸폴리실록산(PDMS)에 대한 수중생물 독성영향을 조사하였다. 실리콘 및 알코올계 소포제에 대한 발광박테리아와 저서성단각류를 이용한 독성실험결과, 실험생물별 독성영향은 발광박테리아가 저서성 단각류에 비해 알코올계 소포제에서 최대 9배까지 민감한 독성영향을 보였으며 소포제 종류별 독성영향은 실리콘계 소포제가 알코올계 소포제에 비해 최대 400배 이상 높은 독성영향이 나타났다. 실리콘계 소포제의 주요성분인 PDMS가 수중생물에 미치는 영향을 조사한 결과, 식물플랑크톤, 무척추동물 및 어류에 대한 반수치사농도(LC50)및 반수영향농도(EC50)값은 10 ~ 44,500 μg/L의 범위로 나타났다. 물질의 정성적인 특성을 나타내는 지표인 PBT(P: persistency, B: bioaccumulation, T: toxicity)특성을 PDMS에 적용한 결과, 지속성(P)과 생물농축성(B)의 특성을 가지는 것으로 나타나 PDMS가 해양으로 배출될 경우 생물농축 및 먹이사슬을 통한 상위 영양단계로 축적될 가능성이 존재하며 저서생물에게 부정적인 영향을 미칠 수 있을 것으로 나타났다. 본 연구결과로 향후 실제 해양으로 배출되는 다양한 소포제가 해양생태계에 미치는 영향조사시 소포제 내 주요성분을 고려한 보다 객관적이고 과학적인 위해성평가에 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

이염화이소시아뉼산나트륨(NaDCC) 주입 선박평형수처리설비(BWMS, ballast water treatment system)에 의해 처리된 배출수 내에는 브롬 및 염소계열의 활성물질과 소독부산물질(DBPs, disinfection by-products)들이 포함되어 있다. 본 연구에서는 NaDCC로 처리된 선박평형수가 해양환경에 미치는 생태위해성을 파악하기 위하여 생태독성시험(WET test, whole effluent toxicity test)과 생태위해성평가(ERA, ecological risk assessment)를 수행하였다. 배출수독성 시험종은 규조류(Skeletonema costatum, Navicula pelliculosa), 녹조류(Dunaliella tertiolecta, Pseudokirchneriella subcapitata), 로티퍼(Brachionus plicatilis, Brachionus calyciflorus) 및 어류(Cyprinodon variegatus, Pimephales promelas)로 8개의 해양 및 담수종을 이용하였다. 생태독성시험결과, 규조류 및 녹조류를 이용한 성장저해시험에서만 명확한 독성영향이 나타났으며 해수의 시험 조건에서 무영향농도(NOEC, no observed effect concentration), 최저영향농도(LOEC, lowest observable effect concentration) 및 반수영향농도(EC50, effect concentration of 50%)는 각각 25.0 %, 50.0 % 및 > 100.0 %로 가장 민감한 영향을 나타냈다. 하지만 로티퍼 및 어류를 이용한 독성시험의 경우 모든 염분 구간에서 독성영향이 나타나지 않았다. 한편, 배출수에 대한 화학물질분석결과, bromate, isocyanuric acid, formaldehyde, chloropicrin과 trihalomethanes (THMs), halogenated acetonitriles (HANs), halogenated acetic acid (HAAs) 등 총 25개의 소독부산물질들이 검출되었다. ERA결과, 25 개의 소독부산물질들 중, 지속성(P), 생물축척성(B) 및 생물독성(T)의 특성을 모두 보이는 물질은 없었다. 예측환경농도(PEC, predicted environmental concentration) /예측무영향농도(PNEC, predicted no effect concentration) 비율은 일반적인 항구 환경에서는 모든 물질이 1.0을 초과 하지 않았지만 선박 최 인접지역의 경우 Isocyanuric acid, Tribromomethane, Chloropicrin 및 Monochloroacetic acid가 1.0을 초과하여 위해성이 있을 것으로 나타났다. 하지만 실제 배출수를 이용한 생태독성시험결과의 NOEC (25.0%)를 적용한 결과 NaDCC로 처리된 선박평형수가 해양에 배출되었을 때 선박 최 인접지역을 포함한 일반적인 항구 환경에 수용 불가한 생태위해성을 가지지 않는 것으로 판단된다.

Effluent treated by an NaDCC injection method in Ballast water management system (BWMS) contains reactive chlorine species and disinfection by-products (DBPs). In this study, we conducted whole effluent toxicity (WET) testing and ecological risk assessment (ERA) to investigate its ecotoxicological effects on marine environment. WET testing was carried out for four marine pelagic and freshwater organisms, i.e., diatom Skeletonema costatum, Navicula pellicuosa, chlorophyta Dunaliella tertiolecta, Pseudokirchneriella subcapitata, rotifer Brachionus plicatilis, Brachionus calyciflorus and fish Cyprinodon variegatus, Pimephales promelas. The biological toxicity test revealed that algae was the only biota that showed apparent toxicity to the effluent; it showed no observed effect concentration (NOEC), lowest observable effect concentration (LOEC) and effect concentration of 50% (EC50) values of 25-50%, 50-100% and >100%, respectively, at three water condition, but did not show any significant toxicities on other biota. Meanwhile, chemical analysis revealed that the BWMS effluent contained total residual oxidants (TROs) below 0.03 g/L and a total of 25 DBPs such as bromate, volatile halogenated organic μ compounds (VOCs), halogenated acetonitriles (HANs), halogenated acetic acids (HAAs), chloropicrin and Isocyanuric acid. Based on ERA, the 25 DBPs were not considered to have persistency, bioaccumulation and toxicity (PBT) properties. The ratio of predicted environmental concentration (PEC) to predicted no effect concentration (PNEC) of the other DBPs did not exceed 1 for General harbor environment. However, four substances (Isocyanuric acid, Tribromomethane, Chloropicrin and Monochloroacetic acid) were exceed 1 for Nearship environment. But observed toxicity in the test water on algal growth inhibition would be mitigated by normal dilution factor of 5 applied for nearship exposure. Thus, our results of WET testing and ERA showed that the BWMS effluent treated by NaDCC injection method would have no adverse impacts on marine environment.