The removal of organic carbon and nutrients (i.e. N and P) from wastewater is essential for the protection of the water environment. Especially, nitrogen compounds cause eutrophication in the water environment, resulting in bad water quality. Conventional nitrogen removal systems require high aeration costs and additional organic carbon. Microbial electrochemical system (MES) is a sustainable environmental system that treats wastewater and produces energy or valuable chemicals by using microbial electrochemical reaction. Innovative and cost-effective nitrogen removal is feasible by using MESs and increasing attention has been given to the MES development. In this review, recent trends of MESs for nitrogen removal and their mechanism were conclusively reviewed and future research outlooks were also introduced.

본 연구는 적외선 열 영상 장치를 이용하여 2년생 ‘유미’ 복숭아나무의 토양수분 수준에 따른 엽온 및 CWSI를 분석하여 수분스트레스 측정 가능성을 검토하였다. 엽온은 대기온도와 유사한 일변화를 보이며 낮 시간대에는 대기온도보다 높은 양상을 보였다. 엽온은 전일(24시간) 기준으로 대기온도(r2 = 0.95), 일사량(r2 = 0.74), 상대습도(r2 = -0.88)와 모두 높은 상관계수를 나타났다. 또한 토양수분장력은 낮 시간대(11~16시)에 엽온(r2 = -0.57), 엽-대기온도차(r2 = -0.71), CWSI(r2 = -0.72)와 높은 부의상관을 나타냈다. CWSI와 엽온, 엽-대기온도차의 상관계수는 24시간 기준으로 매우 높았고(r2 = 0.90, r2 = 0.92), CWSI와 토양수분장력의 상관분석에서 24시간 기준으로는 상관관계가 낮았으나(r2 = -0.27), 낮 시간대(11~16시)에는 상관관계가 매우 높았다(r2 = -0.72). CWSI (y)와 토양수분장력(x)의 상관관계 결정계수(r2)는 11~12시간대에 가장 높았으며(r2 = 0.68), 이때 회귀식은 y = -0.0087x + 0.14로 조사되었다. 일반적인 토양수분스트레스 시점인 -50 kPa에 해당되는 CWSI는 0.575로 계산된다. 따라서 적외선 열 영상 장치를 이용한 엽온 및 CWSI는 토양수분장력에 대해 높은 상관계수를 나타낸 것으로 보아 복숭아나무의 수분스트레스 진단에 유용하게 활용할 수 있을 것으로 예상된다.

자동취수 물꼬와 토사유출저감 물꼬의 현장 적용성을 평가하기 위하여 2012년부터 2013년까지 2년 동안 취수량, 배출수량, 수질농도변화 그리고 생육 및 생산성을 조사하여 얻은 결과는 다음과 같다. 1. 관행 물꼬 관리 논과 자동취수 물꼬관리 논의 취수량은 각각 1,634 mm/yr와 922 mm/yr로 관측되었으며, 43.6%의 절약효과가 산정되어 용수량 절약에 효과적인 것으로 나타났다. 2. 자동취수 물꼬를 설치한 논의 배출수량이 관행 물꼬 관리 논에 비하여 38.6% 감소하였다. 3. 토사유출저감 물꼬를 설치한 논에서 SS는 22.8 ~ 75.0%, COD는 9.7 ~ 45.5%, TN은 0 ~ 64.5%, TP는 0 ~ 42.5%의 농도 개선효과가 있는 것으로 나타났다. 4. 개선된 물꼬 관리 논과 관행 물꼬 관리 논의 벼 생육과 생산량은 큰 차이가 없는 것으로 조사되었다. 이러한 연구결과로 볼 때 자동취수 물꼬와 토사유출저감 물꼬를 이용한 논의 물꼬 관리 시스템 개선은 생산량을 유지하며 수자원 및 물 환경을 보전하기 위한 좋은 시설로 판단된다.

산성 용액의 수처리가 폴리아크릴로니트릴계 중공사형 한외여과막에 미치는 영향을 십자흐름 방식의 순환식 막 모듈 여과 장치를 이용하여 연구하였다. 막 모듈 여과장치를 이용하여 pH 2인 강산성 용액의 수처리를 시작한 지 약 80시간이 경과되었을 때 막 투과량(permeate flux)이 급격히 감소하는 것을 관측하였다. 또한, 수처리 시간 별로 막 모듈 여과장치의 공급조에서 채취한 샘플 용액의 자외선/가시광선 흡수 스펙트럼과 기체 크로마토그래피/질량분석(gas chromatography/mass spectrometry, GC/MS) 스펙트럼을 분석한 결과 수처리 시간이 경과함에 따라 막 모듈을 통과한 농축액 속에 새로운 유기 화합물이 생성된다는 사실을 알아내었다. 질량스펙트럼 분석을 통해 이 화합물을 1,6-dioxacyclododecane-7,12-dione이라고 예측하였으며, 각종 플라스틱 특히 폴리우레탄 제조 시 사용되는 첨가제 중 하나라는 사실도 알아내었다. 수처리에 사용된 막에 대한 전자주사 현미경 사진 및 고체 NMR 분석 등의 추가 실험을 통해 산성 용액 수처리 과정에서 발생한 막 투과량의 감소는 산성 용액 하에서 일어나는 UF막의 변형에 의한 것이 아니라 막 모듈 여과장치에 사용된 폴리우레탄 튜브에서 산과의 반응에 의해 용출된 저 분자량의 유기화합물이 막 오염 현상을 일으켰기 때문인 것으로 결론지었다. 이번 연구 결과는 산성 용액의 수처리 공정 시 UF막 자체의 산에 대한 반응성 뿐 아니라 막 모듈을 포함한 수처리 장치 자체의 산에 대한 반응성 역시 산 용액의 수처리 효율은 물론, 산을 이용한 막의 화학 세정 효율 및 수처리 막의 pH 사용 한계를 결정하는 데 매우 중요한 요소 중 하나라는 것을 보여준다.