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.

바이오필터는 미생물의 대사작용을 통해 가스상 오염물질을 제거하는 생물학적 공정이다. 생물학적 공정은 친환경적이며, 2차 오염물질이 생기지 않기 때문에 악취가 발생하는 시설에 많이 적용되고 있다. 바이오필터의 운전성능 측면에서 충전담체는 매우 중요한 인자이다. 본 연구는 세라믹 재질의 담체를 Biofilter와 TBAB(Trickle Bed Air Biofilter)에 적용하여 암모니아를 대상으로 제거 특성을 확인하였다. 본 실험의 Biofilter와 TBAB는 995mL의 아크릴 소재로 제작된 반응기를 이용하였다. 세라믹 재질의 담체는 하수슬러지로 접종시킨 후 500mL를 반응기에 충전하여 실험을 실시하였다. 반응기에 유입되는 공기의 유량은 0.8L/min로 주입되었으며, 영양분은 7mL/day와 80mL/day로 Biofilter와 TBAB에 각각 하였다. 암모니아의 초기 농도는 142ppm(9.6g/m³･hr)으로 주입하였으며, 최대 320ppm(21.5g/m³･hr)까지 단계적으로 농도를 상승시켜 임계부하량 및 최대제거성능을 파악하였다. 유입 및 유출되는 암모니아는 인도페놀법을 이용하여 분석을 실시하였다. 바이오필터는 총 70일 동안 운전되었으며, 운전 후 세라믹 담체의 표면 변화를 확인하기 위하여 사용전의 세라믹 담체와 함께 SEM(Scanning electron microscope) 및 EDS(Energy Dispersive X-ray Spectroscopy)를 분석하였다. 본 연구의 실험결과 TBAB와 Biofilter는 운전초기에 불안정한 제거성능을 보였지만 TBAB의 경우 순응기간(15일)을 지난 후 99% 이상의 처리효율을 보여주었으며, Biofilter의 경우 93%의 처리효율이 확인되었다. 단계적으로 암모니아의 유입 농도를 상승시켜 주입한 결과 TBAB는 270ppm(18.1g/m³･hr)까지 98% 이상의 효율이 확인되었으며, 암모니아 농도를 320ppm(21.5g/m³･hr)으로 주입한 결과 처리효율이 94% 수준으로 낮아졌다. Biofilter의 경우 암모니아 농도 270ppm에서 82%의 처리효율이 확인되었으며, 암모니아 농도를 320ppm으로 상승시켜 주입한 결과 처리효율이 71%로 낮아졌다. 단계적인 농도 상승을 통해 세라믹이 충전된 TBAB와 Biofilter의 임계부하량(Critical load) 결과는 각각 13g/m³･hr와 6g/m³･hr이며, 최대제거성능(Elimination capacity)은 21g/m³･hr와 15g/m³･hr로 나타났다. 세라믹 표면을 SEM으로 관찰한 결과 TBAB와 Biofilter에 사용된 세라믹의 표면은 사용 전의 세라믹과 보다 상대적으로 거친 표면이 관찰되었으며, 표면의 성분 변화를 EDS로 확인한 결과 사용 전의 세라믹에서 확인되지 않은 성분인 인(P)이 확인되었다. 인은 미생물이 포함하고 있는 원소로 생물학적 반응기에 사용된 담체 표면에 생물막(Biofilm)이 형성되었기 때문에 세라믹 표면에 인의 성분이 확인되었다고 사료된다.

지난 2012년에 발생한 국내 가축분뇨 46,489천톤의 38.2%에 해당하는 17,748천톤이 양돈분야에서 발생하였다. 돼지분뇨중 슬러리형태의 분뇨는 수분이 약 97 ~ 8% 수준으로 높은 편이어서 액상비료화(액비화) 처리가 용이하다. 국내에서 현재 운영되고 있는 돈분뇨 슬러리 액비화 기술은 액비화시설 내에서 폭기과정과 저장과정을 거쳐서 비료성분이 있는 액상비료로 전환하는 것이다. 그러나 이 기술을 적용하는데 있어 액비저장조 하부에 슬러지가 침적되는 문제로 인해 액비화시설 운영농가 등 일선 산업현장에서 상당한 어려움을 겪고 있는 실정이다. 본 연구에서는 200리터 용량의 사각형 액비화 반응조들을 제작하여 돈분뇨 슬러리를 액비화하는 과정에서의 부숙기간별 액비화 특성을 조사하였다, 각 반응조는 실험실 온도 26±2℃ 조건하에 비치된 상태로 공기를 공급한 시험구와 공급하지 않은 시험구로 구분하여 운영하였다. 또한 동일한 조건하에서 현수식 담체의 적용여부에 따른 액비의 부숙특성을 분석하였다. 각 처리구별 액비온도는 공기공급구에서 약 2℃ 정도 높았다. 암모니아 발생은 비폭기구에서 전반적으로 높게 나타났다. 액비화 개시 7일 후에 액비조 높이별로 측정한 pH는 폭기구에서는 상층, 중층, 하층에서 각각 8.19, 8.20, 8.23 수준으로 상층부로 갈수록 pH가 낮은 경향을 보인 반면에 비폭기구에서는 각각 8.15, 8.14, 8.06 수준을 나타내 상층부로 갈수록 높아지는 상반된 결과를 보였다. SS 농도는 비폭기구가 하층부가 상대적으로 높은 경향을 보인 반면에 폭기구에서는 액비조 높이별 SS농도 차이가 상대적으로 적었다. 담체를 적용한 처리구에서는 액비중의 SS 농도가 약간 낮아지는 경향을 보였다.

TiO2- and SiO2-supported Co3O4, Pt and Co3O4-Pt catalysts have been studied for CO and C3H8 oxidations at temperatures less than 250℃ which is a lower limit of light-off temperatures to oxidize them during emission test cycles of gasoline-fueled automotives with TWCs (three-way catalytic converters) consisting mainly of Pt, Pd and Rh. All the catalysts after appropriate activation such as calcination at 350℃ and reduction at 400℃ exhibited significant dependence on both their preparation techniques and supports upon CO oxidation at chosen temperatures. A Pt/TiO2 catalyst prepared by using an ion-exchange method (IE) has much better activity for such CO oxidation because of smaller Pt nanoparticles, compared to a supported Pt obtained via an incipient wetness (IW). Supported Co3O4-only catalysts are very active for CO oxidation even at 100℃, but the use of TiO2 as a support and the IW technique give the best performances. These effects on supports and preparation methods were indicated for Co3O4-Pt catalysts. Based on activity profiles of CO oxidation at 100℃ over a physical mixture of supported Pt and Co3O4 after activation under different conditions, and typical light-off temperatures of CO and unburned hydrocarbons in common TWCs as tested for C3H8 oxidation at 250℃ with a Pt-exchanged SiO2 catalyst, this study may offer an useful approach to substitute Co3O4 for a part of platinum group metals, particularly Pt, thereby lowering the usage of the precious metals.

We manufactured PVA-derived hydrogels using a foam generation technique that has been widely used to prepare colloidal gas aphrons(CGA). These gels were differentiated to the conventional gels such as for medical or pharmaceutical applications, which have tiny pores and some crystalline structure. Rather these should be used in de-pollution devices or adhesion of cells or biomolecules. The crosslinkers used in this work were amino acid, organic acid, sugars and lipids(vitamins). The structures of the gels were observed in a scanned electron microscope. Amino acids gels showed remarkably higher swelling ratios probably because their typical functional groups help constructing a highly crosslinked network along with hydrogen bonds. Boric acid and starch would catalyze dehydration while structuring to result in much lower water content and accordingly high gel content, leading to less elastic, hard gels. Bulky materials such as ascorbic acid or starch produced, in general, large pores in the matrices and also nicotinamide, having large hydrophobic patches was likely to enlarge pore size of its gels as well since the hydrophobicity would expel water molecules, thus leading to reduced swelling. Hydrophilicity(or hydrophobicity), functional groups which are involved in the reaction or physical linkage, and bulkiness of crosslinkers were found to be more critical to gel's crosslinking structure and its density than molecular weights that seemed to be closely related to pore sizes. Microscopic observation revealed that pores were more or less homogeneous and their average sizes were 20 μm for methionine, 10-15 μm for citric acid, 50-70 μm for L-ascorbic acid, 30-40 μm for nicotinamide, and 70-80 μm for starch. Also a sensory test showed that amino acid and glucose gels were more elastic meanwhile acid and nicotinamide gels turned out to be brittle or non-elastic at their high concentrations. The elasticity of a gel was reasonably correlated with its water content or swelling ratio. In addition, the PVA gel including 20% ascorbic acid showed fair ability of cell adherence as 0.257mg/g-hydrogel and completely degraded phenanthrene(10 mM) in 240 h.