두둑과 고랑을 재활용한 한국형 무경운 농업에서 유기물 투입과 관수 효과를 구명하고 자 무경운 토양에서 시험을 수행하였다. 1. 토양 미생물상 1회 전량관수 조건에서 대두박 투입 처리구의 토양 세균과 곰팡이 수는 대두박 무 투입 구에 비하여 많았다. 그리고 유기질비료 투입량이 표준시비량 66%까지 증가되면 세균과 곰팡이 수는 증가되었으나, 그 이상에서는 세균과 곰팡이 수가 감소되는 경향이었다. 곰팡 이/세균 비율은 관수 방법과 관계없이 대두박 투입 처리에서 0.6과 1.1로, 무투입 처리의 0.2와 0.5보다 2배 이상 높았다 1회 전량 관수 조건에서 유기질 비료 시비량이 증가되면 대두박을 투입한 처리는 방선균 수는 감소되는 경향이었으나, 대두박 무투입에서는 증가되었다. 2회 분할 관수는 1회 전량 관수에 비하여 대두박 무 투입 조건에서 세균과 곰팡이 수가 증가되었으나, 대두박 투입 조건에서는 방선균 수가 증가되었다. 2. 토양 효소 유기질 비료의 시비량이 증가되면 토양 내 Chitinase 활성은 대두박 투입 토양에서 감소 되고, 대두박 무 투입에서는 증가되는 경향이었다. 그러나 대두박을 투입에 관계없이 2회 분할 관수는 1회 전량관수에 비하여 Chitinase 활성이 증가되었다. 1회 전량관수 조건에서 대두박 투입 처리구의 β-Glucosidase 활성은 무투입에 비하여 높 았으며, 유기질 비료 투입량이 증가되면 표준시비량의 66%까지는 β-Glucosidase 활성이 증 가되었으나, 표준시비량에서는 감소되었다. 대두박 무투입 조건에서 2회 분할관수 토양 내 β-Glucosidase 활성은 1회 전량관수에 비하여 현저하게 증가되었다. 1회 전량관수 조건에서 대두박을 투입한 처리의 N-acetyl-β-D-glucosaminidase의 활성은 무투입구에 비하여 높았다. 대두박 투입 처리에서 유기질 비료 투입량이 표준시비량의 66 %까지 증가되면 N-acetyl-β-D-glucosaminidase의 활성은 증가되었으나, 표준시비량에서는 유의적인 차이가 없었다. 대두박 무투입 조건에서 2회 분할관수는 1회 전량관수에 비하여 N-acetyl-β-D-glucosaminidase의 활성은 증가되었다. 대두박 무투입 조건에서 유기질 비료 시비량이 표준량의 66% 수준에서는 토양 내 산성인 산가수분해효소(Acid phosphatase)의 활성 높았다. 대두박 투입 조건에서는 유기질 비료 시비 량이 증가되면 산성인산가수분해효소(Acid phosphatase)의 활성은 증가되는 경향이었다. 3. 토양 AMF 대두박 무투입 조건에서 유기질 비료의 투입량이 표준시비량의 66%까지 증가되면 토양 의 내생균근균의(AMF) 포자수는 증가되었으나, 유기질 비료 투입량이 표준시비량에서는 근균의 포자수는 감소되었다. 그러나 대두박 투입에서 근균의 포자수는 유기질 비료 투입 량에 따른 유의적인 차이가 없었다. 그리고 내생 근균의 고추 뿌리에 정착률은 대두박 투 입량에 따른 유의적인 차이가 없었으며, 2회 분할 관수도 같은 경향이었다.

피부의 생태계는 미생물에게 다양한 형태의 서식처를 제공하며, 광범위한 미생물들이 살고 있다. 숙주인 사람은 이들과 공생관계를 이루고 있으며, 이들은 숙주에 많은 긍정적인 영향을 미친다. 피부에 분포하는 미생물 들의 다양한 대사물질은 피부세포에 영향을 미치고, 피부장벽 기능, 노화방지 및 항염증에 광범위한 효능을 나타 내는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 사람의 피부에서 신규한 Sporichthyaceae bacterium strain K-07을 분리하였고, 해당 미생물의 16S rRNA 분석결과 Sporichthya속의 미생물과 상동성이 93.4%인 것으로 신규 속(genus)으로 확인되었다. 그리고 신규로 분리된 K-07 배양액을 처리하였을 때, HaCaT cell에 어떤 변화가 나타나는지에 대한 분석을 실시하였다. 분리된 신규 미생물 strain K-07의 16S rRNA sequence 분석결과 상 동성이 93.4% 이하로 확인되었고, 보고되지 않은 새로운 종으로 확인되었다. Filaggrin, cluadin1, claudin4, αSMase, 및 CerS3 / HAS3 및 aquaporin3 / IL-6 및 TNF-α / TSLP 및 TARC를 대상으로 strain K-07 배양액을 처리하여 변화를 관찰하였다. 그 결과 filaggrin, cluadin1, claudin4, αSMase, 및 CerS3 / HAS3 및 aquaporin3에서는 음성 대조군 대비 우수한 증가 효과가 나타남을 확인하였다. 그리고 IL-6 및 TNF-α / TSLP 및 TARC에 대해서도 우수한 억제능을 나타내는 것을 확인하였다. 결론적으로 신규 미생물 strain K-07 배양액은 피부 장벽활성 증진에 매우 효과적인 작용을 하며, 염증 억제에 우수한 효능을 나타내는 것으로 확인되 므로 피부에 효과적인 소재로 사용될 수 있을 것이다.

본 연구는 병원에서 원예치료 프로그램으로 식물을 원예용 상토, 분갈이 용토, 물을 이용한 재배방법으로 식물을 식재한 뒤 병원과 똑같은 환경의 조건 내에서 토양과 수질에 병원성 미생물을 조사하고, 식물 생육의 변화를 알아보기 위해 수행되었다. 토양 유해 미생물을 조사하 기 위하여 원예활동에서 가장 많이 사용되고 있는 헤테라(Hedera helix L.), 테이블 야자(Chamaedorea elegans)를 원예용 상토(팜한농), 분갈이 용토(흥전농산), 수돗물(경산)을 이용한 수경재배로 12cm 플라스틱 화분에 각각 이식하였다. 실험 장소는 병원환경과 비슷한 온도 인 20~23℃, 습도 60~70%, 광도 1000Lux로 설정한 실내공간에서 2017년 2월 27일부터 5월 1일까지 63일간 실시하였으며 4일 간격으로 50mL씩 관수하였다. 이식 전 원예용 상토, 분갈이 용토, 수돗물의 E. coli O157:H7과 Salmonella spp.을 분석하였으며 실험 마지막 날에도 식물 근권에 위치한 토양을 채취하여 유해미생물을 분석하였다. 또한 병원과 비슷한 환경조건에서 10주간 재배하는 동안 일주일 간격으로 초장, 엽장, 엽폭과 엽수, 엽록소 함량을 측정하였다. 연구 결과는 다음과 같다. 첫째 토양 내 병원성 미생물 분석 결과 이식전과 실험 마지막 날 모두 원예용 상토, 분갈이 용토, 수경재배 모두 E. coli O157:H7과 Salmonella spp.은 검출되지 않았다. 이는 오염된 토양이 아닌 한 토양 자체 내에서 유해 미생물이 발생되지 않았고 병원 내 주변 환경보다는 공기 중 미생물 농도에 따라 영향을 미친다(Jaffal et al., 1996)는 연구 결과와 맥을 같이 하고 있다. 둘째 식물 생육 변화를 관찰한 결과 병원과 동일한 환경조건아래에서 아이비와 테이블 야자의 생육변화가 현 저히 차이가 났다. 먼저 아이비의 초장은 수경재배(19.2cm)>원예용 상토(10.6cm)>분갈이 용토(7.2cm) 순으로 증가하였으며 엽수는 원예 용 상토(37.6)>수경재배(30.3)>분갈이 용토(25.0)순으로 증가하였다. 엽록소 함량으로 추정한 결과 아이비는 이식한 뒤 원예용 상토, 분갈 이 용토, 수경 재배 모두 35일이 지난 시점부터 엽록소 함량이 떨어지기 시작하였다. 그중 수경재배에서의 아이비는 원예용 상토의 2배, 분 갈이 용토의 3배만큼 엽록소 함량이 급격히 떨어졌으며 잎이 고사하여 떨어지는 현상도 나타났다. 테이블 야자는 원예용 상토, 분갈이 용 토, 수경재배 모두 초장의 성장률은 극히 적은 변화를 보였지만 그중에서 원예용 상토에서 제일 높은 증감률을 보였다(0.39cm). 엽록소 함 량은 28일 지난 시점부터 낮아지기 시작하였으며 수경재배를 한 테이블 야자의 엽록소 함량이 제일 급격히 떨어지는 것을 알 수 있었다. 원 예활동 시 치료의 목적으로 식물의 빠른 성장을 보기 위해선 아이비, 테이블야자 모두 원예용 상토에 식재하는 것이 효과를 줄 수 있다. 또 한 수경재배를 통한 원예활동 시 어떠한 영양분을 첨가하지 않았기 때문에 35일이 지나면 영양분을 첨가해 주거나 병실 내에서 제거해주 는 것이 좋을 것으로 사료된다

This study aimed to estimate the effects of replacing Mushroom By-Product (MBP) with Tofu By-Product (TBP) on the chemical composition, microbes, and rumen fermentation indices of Fermented Diets (FDs). The basal diet was formulated using MBP, TBP, rice bran, molasses, and inoculants. The MBP in the basal diet was replaced with TBP at 0, 5, and 10% on Dry Matter (DM) basis for the experimental diets. The experimental diets were fermented at 39°C for 144 h. Chemical composition, pH, microbes, and rumen fermentation indices of the FDs were analyzed. With increasing TBP replacement, crude protein content of FDs increased (L, P < 0.001), whereas crude ash content decreased (L, P = 0.002). Lactic acid bacteria and Bacillus subtilis contents in the TBP-replaced FDs were higher than those in the control (P < 0.05), whereas pH level and mold count were lower (P < 0.05). With increasing TBP replacement, in vitro rumen digestibility of DM (L, P = 0.053) and neutral detergent fiber (L, P = 0.024) increased, wheres rumen pH changed (P = 0.026) quadratically. Rumen total volatile fatty acid (L, P = 0.001) and iso-butyrate contents (Q, P = 0.003) increased with increasing TBP replacement. In conclusion, this study indicates that the replacement of MBP with TBP could improve the quality of FD.

Background : The fungus Cylindrocarpon destructans (Zins) Scholten is the cause of root rot in many ginseng production areas. Root exudate composition and quantity vary in relation to plant nutritional status, but the impact of the differences on rhizosphere microbial communities is not known. Methods and Results : Five kinds of rotation crops, sudan grass soybean peanut sweet potato, perilla were grown for one year in ginseng garden harvested 6-year-old ginseng. The ratio of gram-negative bacteria, fungi, bacteria, total microbial biomass, aerobic/anaerobic microbes were increased by rotational crop cultivation, while the ratio of actinomycetes and the ratio of saturated to unsaturated fatty acids were decreased. The increase in the fungal density or the increase in the proportion of fungi to the bacteria tended to increase the incidence of root rot, but there was no significant difference. The yield of ginseng root showed a highly significant negative correlation with actinomycetes. The correlation between the soil chemical properties and the incidence of root rot was analyzed by cultivating 23 kinds of green manure crops for one year in field where cultivated ginseng continuously. The survival rate of ginseng showed a highly significant positive correlation with soil acidity and a highly significant negative correlation with nitrate nitrogen, and a significant negative correlation with soil salt concentration. Conclusion : Rotation crops improved soil microbial communities, lowered the rate of fungi and increased the proportion of bacteria, the survival rate of ginseng was significantly correlated with soil acidity, nitrate nitrogen and soil salinity.

Background : The study about cultured wild ginseng root (Panax ginseng C. A. Meyer) have been reported mainly ginsenosides in saponins family. However metabolites of fermented wild ginseng roots by microorganisms was not reported yet. Methods and Results : Cultured wild ginseng roots were used for fermentation of ginseng roots using Pediococcus pentosaceus and other bacterial strains. We analyzed different types of ginsenoside contents, metabolite and enzyme contents, and gene expression by using microorganisms. Results showed considerable differences in ginseonoside contents specially Rk1 and Rg5. The highest enzyme activity level was by Glutathione reductase (GR) and Glutathione S transferase (GST) in fermented ginseng roots than control (non-fermented), whereas Glutathione peroxidase (GPX) and Peroxidase (POD) contents were reduced. Score plots and loading plots of principal components 1 of the PCA result obtained from the data on 43 metabolites in fermented wild ginseng root of five conditions. The concentration of metabolite such as β-alanin and 4-aminobutyric acid (GABA), which is used to improve memory were increased in fermented ginseng roots than control. We found functional gene in wild ginseng root related with metabolic process. The APX gene expression gradually increased in fermented ginseng root with respect to fermentation times. Conclusion : In this study, accumulation of functional metabolite in cultured ginseng r

음식물류 폐기물은 높은 수분 및 유기물 함량으로 인해 쉽게 부패되며, 그 과정에서 TVOC 및 황화수소 등 많은 종류의 악취와 다양한 미생물들이 발생한다. 황계열 및 TVOC 와 같은 악취물질은 수거용기 내부에서 발생하여 생활악취 민원의 주요 원인이 되고 있다. 또한 음식물류 폐기물을 버리고 부패되는 과정에서 부유미생물이 발생하여 병원성 세균감염 및 알레르기를 일으킬 가능성이 있다. 따라서 음식물류 폐기물의 악취 및 부유미생물에 대한 대책이 시급한 상황이나 이에 대한 연구는 미흡한 실정이다. 음식물류 폐기물에서 발생하는 악취 및 부유미생물은 계절, 기온, 재료에 따라 많은 차이가 생겨 처리장치의 설계인자를 도출하거나 성능을 정량적으로 평가하기에 어려움이 있다. 따라서 처리장치의 설계 및 성능평가를 위해 성상이 비교적 일정한 표준화 된 음식물류 폐기물의 제조가 필요하며 본 연구에서는 서울시에서 규정한 ‘음식물쓰레기 감량기기, 종량기기 가이드라인(2014)’의 중량비율을 참고하여 채소류, 과일류, 곡물류, 어육류 및 함수율을 조정하여 표준화 된 음식물류 폐기물을 제조하였다. 제조한 음식물류 폐기물의 부패기간에 따른 TVOC 및 복합악취, 부유미생물의 발생 경향을 파악함으로써 처리장치의 기초설계 인자를 도출하고자 하였다. 실험실에서 제조한 음식물류 폐기물의 부패기간에 따른 악취 및 부유미생물의 농도 변화를 측정하기 위하여 12시간 간격으로 TVOC, 복합악취, 부유미생물의 농도변화를 관찰하였다. 실험결과 TVOC, 복합악취, 부유미생물 농도가 60시간까지 지속적으로 증가하였으며 최대농도는 TVOC 86 ppm, 복합악취 3000배, 부유미생물 2517 CFU/m³로 측정되었다. 그리고 72시간 부패 후 TVOC 농도는 84 ppm이 측정되어 소량 감소되었지만 복합악취와 부유미생물의 농도는 복합악취 1000배, 부유미생물 1700 CFU/m³로 측정되었으며 확연히 감소되는 경향을 볼 수 있었다.

미생물연료전지(MFC)는 폐기물 속에 포함된 유기물을 전기로 전환하는 시스템으로 스케일업(scale-up)과 전압 및 전류 향상을 위해서는 미생물연료전지의 스택(stack)이 필요하다. 미생물연료전지의 전압을 향상시키기 위해서는 직렬연결, 전류를 증가시키기 위해서는 병렬연결이 필요하며 각 연결방법에 따른 유기물 제거와 전력생산의 관계는 폐기물 처리와 에너지 전환 효율적인 측면에서 중요한 인자이며 이에 대한 연구는 미비한 실정이다. 본 연구는 2개의 미생물연료전지(MFC 1, 2) 셀을 미연결, 직렬 연결, 병렬 연결하였을 때 유기물 변화와 전류 발생량을 모니터링한 후 이에 따른 쿨롱효율을 분석하여 각 연결에 따른 유기물 변화와 에너지 전환 효율에 따른 효과적인 스택 방법을 제시하고자 한다. 미연결된 미생물연료전지(MFC unit 1, 2), 직렬 연결된 미생물 연료전지(MFC 1-2), 병렬연결된 미생물연료전지(MFC 1//2)의 하루 동안 변화된 화학적 산소 요구량(COD)는 각각 163mg, 213mg, 194mg으로 직렬 연결된 미생물연료전지에서 가장 높은 유기물 제거율을 보였다. 이 때 발생된 평균 전류는 각각 2.13mA, 2.83mA, 4.14mA로 병렬 연결된 미생물연료전지에서 가장 높은 전류 값을 보였으나 유기물 제거량과 전류 발생량으로부터 계산된 쿨롱효율은 각각 19.8%, 10.5%, 15.2%로 미연결된 미생물연료전지에서 가장 높은 쿨롱효율 값을 나타났다. 비록 각기 다른 유기물 변화, 전류 생산, 쿨롱효율 값을 보였지만 각 연결에 따른 미생물연료전지의 성능을 측정하였을 때 비슷한 전력 값이 생산된 것을 확인할 수 있었으며 이는 각 연결 방법에 따른 에너지 손실이 다르다는 것으로 추측할 수 있다. 이러한 결과를 바탕으로 미생물연료전지 스택시 병렬연결 방법이 폐기물 내에 유기물 처리와 에너지 전환 효율 적인 측면에서는 가장 효과적인 방법이라고 판단된다.

우리나라 유기성 폐기물처리의 가장 큰 비중을 차지하던 해양투기 방법이 폐기물 해양배출을 금지하는 런던협약으로 인해 2012년부터 해양투기가 전면 금지됨에 따라 안정적이고 지속적인 육상처리 시설이 요구되고 있다. 환경부는 폐기물 관리법으로 온실가스 발생 억제 및 재활용 촉진을 위하여 유기성 슬러지의 직매립을 금지하였다. 그동안 유기성 폐기물을 자원화하기 위한 방법으로 퇴비화 기술이 많이 연구되어 왔으나 여러 가지 문제점들이 야기되고 있다. 소각방법은 다이옥신과 같은 2차 오염의 우려가 있으며, 퇴비화 과정에서는 발생되는 악취로 인하여 민원이 잦아지고 결국 퇴비화 시설이 폐쇄되는 경우가 많았다. 우리나라에서 쓰이고 있는 퇴비화는 비 연속식 처리로 퇴비 원료(유기성 폐기물)의 제한적 처리와 퇴비화 활성에 요구되는 시간이 길어 부지요구도가 높은 문제, 불안정한 최종 생성물, 감량화 실패, 장시간 온도조절 및 공기주입으로 인한 에너지 소비증가로 상용화에 어려움이 많다. 본 연구에서는 강릉시 하수종말처리장에서 배출되는 하수슬러지를 대상으로, 초고온 호기성 발효과정을 통해 하수슬러지의 퇴비화 진행에 따른 온도변화, 발효가스 분석, pH, C/N비, 수분함량, 고형물 유기물 변화, 부피 및 무게변화, 중금속 분석, 혼합 및 교반과 같은 반응인자들을 도출하여 운전 변수를 알아보았다. 한편 하수슬러지의 퇴비화 진행에 따른 시료와 발효 종료된 퇴비의 중금속 및 유해인자 분석을 통하여 퇴비의 발효 메커니즘 및 안정성을 검증하였다. 초고온 퇴비화 기술의 새로운 정립과 국내 연구가 전무한 초고온 발효공정의 data base 확보를 목적으로 하였다. 또한 퇴비화 과정에서 발생되는 악취도와 악취를 발생시키는 원인물질을 밝히고자 하였다.

국내 대표적인 유기성 폐기물은 음식물류 페기물이며, 음식물쓰레기는 환경적, 경제적, 사회적으로 많은 문제를 나타내고 있다. 음식물쓰레기는 파쇄-탈수-선별 전처리를 통해 고형물과 수분을 분리하여, 고형물은 재활용하고 수분은 음폐수로 배출되어 별도처리하며, 부형제(톱밥, 왕겨 등) 등을 섞어 처리하고 있다. 또한 매립, 소각, 바이오가스화 공법은 각각 2차적으로 대기, 수질, 토양에 오염을 일으킬 수 있다는 점과 최종 부산물(BGP,바이오가스부산물)의 처리가 어려움을 겪고 있다. 그동안 유기성 폐기물을 자원화하기 위한 방법으로 퇴비화 기술이 많이 연구되어 왔으나, 이 역시 퇴비화 과정에서 발생되는 악취로 인하여 민원이 잦아지고 결국 퇴비화 시설이 폐쇄되는 경우가 많았다. 그러나 초고온 호기성 발효공법(발효온도 95℃ 이상)은 수분조절제가 불필요하고, 음폐수가 발생하지 않으며, 악취저감 효과 및 폐기물 감량효과가 기존의 공법과 비교해 탁월하다. 본 연구에서는 강릉시 하수종말처리장에 초고온 호기성 발효 Pilot Plant를 설치하여, 강릉시에서 배출되는 음식물 쓰레기를 대상으로 초고온 호기성 발효공정을 통해 음식물쓰레기의 퇴비화 진행에 따른 온도변화, 발효가스 분석, pH, C/N비, 수분함량, 고형물 유기물 변화, 부피 및 무게변화, 중금속 분석, 혼합 및 교반과 같은 반응인자들을 도출하여 운전변수를 분석하였다. 음식물쓰레기의 퇴비화 진행에 따른 시료와 발효 종료된 퇴비의 중금속 및 유해인자 분석을 통하여 퇴비의 발효 메커니즘 및 안정성을 검증하고, 초고온 호기성 퇴비화 기술의 정립과 데이터베이스 확보를 목적으로 하였다. 또한 퇴비화 과정에서 발생되는 악취물질 및 악취도를 알아보기 위하여 악취방지법에 지정되어있는 복합악취와 지정악취물질 12개 항목을 알아보고자 하였다.

하수처리장의 증가와 함께 하수슬러지의 발생량 또한 매년 상승하고 있으며, 2025년은 2006년 대비 2배가 더 발생하게 된다. 이러한 하수슬러지는 주로 해양투기와 재활용에 의하여 처리되어 왔으나, 가장 단순하고 저렴한 방식이었던 해양투기가 2012년 01월부터 전면금지가 되었다. 현재 하수슬러지의 처리방법 중 재활용은 약 56% 정도를 차지하고 있다. 이 중 재활용은 매립지의 복토재, 건설자재, 토목자재, 시멘트 원료화 등으로 활용되고 있다. 지금까지 재활용 처리방법 중 매립지의 복토재로 재활용하는 것이 많은 연구가 진행되어 왔으나 친환경적인 처리방법 및 MICP 미생물에 관한 고형화/안정화 연구는 아직 미흡하다고 판단된다. 따라서, 본 연구에서는 MICP를 형성하는 미생물을 이용하여 하수슬러지를 고형화/안정화 한 후 매립지의 복토재로서 가능성을 보고자 한다. 이에 본 연구는 MICP를 형성하는 미생물의 생물학적 및 광물학적 분석을 하였으며 하수슬러지 및 고화제의 물리화학적 분석을 수행하였다. 본 연구를 위하여 하수슬러지의 고형화적 품질기준인 pH, 수분함량, 투수계수, 일축압축 강도, 유해물질 함량 분석을 실시하였다. 또한, MICP를 형성하는 미생물에 의하여 하수슬러지가 고화처리 된 것인지 확인하기 위하여 탄산칼슘의 광물학적 분석을 병행하여 고형화/안정화에 대한 신뢰성을 갖고자 한다.

반도체 소자가 초고집적화 되면서 제조 공정은 다양해지고 더욱 복잡해졌으며, 각 공정 후에는 많은 잔류물과 오염물이 웨이퍼 표면에 남게 된다. 따라서 이 잔류물과 오염물을 제거하는 세정공정은 반도체 공정에서 매우 중요한 과정 중 하나이다. 반도체 제조 공정은 약 400개 단계의 제조공정으로 이루어져 있으며 이들 중 적어도 20% 이상의 공정이 웨이퍼의 오염을 막기 위한 세정공정과 처리공정으로 이루어져 있다. 제조과정에서 발생하는 Water mark를 제거하기 위해 IPA(Iso propyl alcohol)를 사용하여 웨이퍼 표면을 세정 및 건조하는데, 공정 후 배출되는 IPA 폐액의 경우 그 독성으로 인해 미생물이 사멸되어 기존의 처리방법으로는 처리가 어려우며, 이를 폐기물로 위탁 처리하고 있다. IPA 세정공정에서 배출되는 폐액의 IPA농도는 30% 수준으로 기존 증류법을 통한 증발농축으로 IPA를 농축하는데 많은 Utility 비용이 소요된다. 따라서 본 연구에서는 이러한 IPA를 95%이상 고농도로 농축하기 위해 분리막을 이용한 증기투과 공정을 설계하였고, Lab scale 장치에서 다음과 같은 조건(공급 IPA 농도 30%, 조작온도 130℃, 유량 3kg/hr)에서 IPA 농도는 99% 수준으로 나타났다. 이를 토대로 Scale-up화하여 Pilot scale 장치에서 공급 IPA 농도, 온도, 유량 등의 운전인자를 변화시켜 IPA를 95%이상으로 농축하기 위한 최적조건을 도출해 보고자 하였다.

지구온난화와 화석원료 고갈의 문제에 대한 해결책으로 다양한 바이오매스를 이용한 바이오에탄올 생산에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 일반적으로 바이오에탄올 생산에 사용되는 원료들은 크게 당질계, 전분질계, 목질계 기반의 원료로 분류된다. 먼저 당질계와 전분질계 원료는 사탕수수, 옥수수, 고구마와 같은 식량자원 들이 대부분으로서 원료의 재배를 위한 부지확보에 있어 식량 작물과 바이오연료용 작물의 토지 이용 경쟁에 따른 윤리적인 문제가 제기된다. 또한 목질계 원료의 경우 비식용작물로서 비교적 높은 에탄올 생산 효율을 보이지만, 이용 가능한 자원이 한정됨에 따라 최근 바이오에탄올 생산을 위한 열대우림 훼손이 일어나고 있어 화석연료 사용량을 줄이기 위한 대체에너지 생산임에도 불구하고 지구온난화의 원인으로 지목되고 있다. 이러한 기존 바이오에탄올 생산 원료들의 단점을 극복하기 위한 수단으로서 미세조류는 최근 많은 연구자들에 의해 관심을 받고 있다. 생물학적 공정 기반의 미세조류 바이오에탄올 전환은 원료로 사용되는 미세조류에 따른 당 용액의 조성이 다르기 때문에 이를 이용하는 미생물의 종에 따라 전체 공정의 효율이 영향을 받는 것으로 알려져 있다. 따라서 미세조류부터의 당 발효 시 보다 높은 바이오에탄올 생산 효율을 위해서는 적합한 미생물 종의 선정이 반드시 수반되어야 한다. 따라서 본 연구에서는 바이오에탄올 생산에 널리 사용되는 미생물 균주들을 적용하여 미세조류 당 용액으로부터 바이오에탄올 생산에 가장 적합한 균주를 선정하고자 하였다. 바이오에탄올의 원료로 사용될 미세조류는 HR (Hydrodictyon Reticulatum )을 선정하고 한국화학연구원으로부터 분양 받아 실험에 사용하였다. HR은 글루코스를 다량 함유하고 효소 당화율이 매우 높아 바이오에탄올 생산에 적합한 것으로 알려져 있다. 연구결과 본 연구에 사용된 총 3가지 균주 중 Saccharomyces cerevisiae KCTC7017 (SC7017)가 가장 많은 에탄올을 생산하였으며, HR의 바이오에탄올 생산에 적합한 것으로 확인되었다. 하지만 당 용액의 환원당 농도가 높아질수록 발효 효율이 저하되는 현상이 관찰됨에 따라 고농도 당 용액에서 발효가 가능한 정제 농축방안의 개발이 수반되어야 할 것으로 판단된다.

수분함량과 유기물 함량이 80% 이상으로 매우 높고, 염도가 높은 국내 음식물쓰레기는 저장 및 운송과정에서 쉽게 부패하는 문제가 있어 적정 처리에 대한 효과적 기술 개발 필요성이 증대되고 있다. 유기물질을 분해하는 미생물이 산소를 이용하는 호기성 퇴비화방법은 유기물을 안정화시키는 것으로 미생물이 음식물 쓰레기를 분해하여 부식질인 퇴비물질, 물과 이산화탄소로 전환시킨다. 본 연구에서는 음식물쓰레기 발효 소멸 시스템을 이용 음식물쓰레기를 처리 하여 음식물 쓰레기의 발효특성을 알아보았다. 이를 통해 운전 안정화를 위한 미생물 활성기반 제어인자를 도출 하고자 하였다. 수분 조절을 위한 통기 개량제는 우드칩이 사용되었고 교반기의 혼합은 3rpm으로 진행되었다. 반응온도는 가온없이 자체발열로 운전 하고 흡인송풍으로 공기가 공급되었다. 운전인자 도출을 위한 발효물질 분석은 공업분석, 원소분석 등이 수행되었고 pH, 함수율, 염도 등이 측정되었다.

산업장에서 사용되는 산업용 세척제는 대부분 합성계면활성제를 사용하기 때문에 사람에게 장기간 노출될 경우 피부 갑작자극 면역기 저하를 통해서 비염, 천식, 아토피 등을 유발할 수 있으며, 기계에는 부식성에 의해 기계의 이상을 가져올 수 있다. 가정이나 제조업체에서 대량으로 방출되는 폐식용유를 이용하여 산업용 세척제를 만들 경우 폐자원의 재활용과 수계유입시 발생하는 환경오염을 차단할 수 있다. 또한, 폐식용유는 식물성유지가 대부분의 성분으로 유해화학물질이 거의 없으며 pH가 약알칼리성이기 때문에 산업용 계면활성제로 제조할 경우 인체에 무해하고 기계에 대한 부식성도 없는 특징을 가질 수 있다. 따라서, 본 연구의 목적은 산업용 세척제의 재료로 폐식용유를 사용하여 에스테르의 가수 분해에 의해 카르복실산과 알코올을 생성하는 비누화 반응을 촉진하고 유용성 미생물과 발효기술 등을 접목하여 산업용 세척제를 개발하는 것이다. 이렇게 개발된 세척제는 평가 항목으로 표면장력, pH, 수분 및 휘발성 물질, 메틸알콜, 형광증백제, 석유 에테르 가용성분, 생분해성, TOC, 중금속(As, Pb 등), 부식성 등에 대한 성능을 분석 및 평가하고 생산된 시제품을 산업현장에서 사용하여 제품의 현장 적용성을 확인함으로써 성능의 우수성과 단점을 보완하여 제품에 반영하고자 하였다.

수도권매립지 하수슬러지 반입비용 상승과 2018년도부터 시행되는 폐기물처분부담금제 도입으로 경제적인 하수슬러지 재활용 방안 모색이 필요하다. 하수슬러지를 생물학적 건조하여 연료로 사용하거나 퇴비화하여 퇴비로 사용하는 방식은 처리 비용이 저렴하다. 본 연구에서는 하수슬러지 생물학적 건조 파일럿 및 실증 실험결과를 분석하였다. 하수슬러지 169 kg(50% 중량비)에 음식물 잔재물 84 kg, 미생물활성유도제 55 kg, 코코피트 27kg를 혼합하여 초기 함수율을 55%로 낮추고 반응 1일 후부터 최소 유량으로 공기를 송풍하였다. 반응 1일 후부터 일 3회 교반을 실시하였다. 혼합물 온도가 반응 1일만에 76℃까지 높게 올라가 반응 4일째까지 50℃ 이상 유지되었다. 혼합물 함수율은 초기 56%에서 반응 4일 후 45% 정도로 10% 정도 감소되었다. 하수슬러지 건조물 반송 실험에서는 건조슬러지(173 kg, 51%)를 하수슬러지(150 kg, 44%), 미생물활성유도제(15 kg, 4%)와 혼합하여 건조하였다. 반응 1일 후부터 지속적으로 공기를 송풍하고 교반하였다. 하수슬러지 혼합물 온도가 반응 1일만에 71℃까지 높게 올라갔으나 반응 2일째 대기온도로 낮아졌다. 이는 공기 송풍량을 높인 결과이다. 혼합물의 함수율은 초기 60%에서 반응 2일 후 약 51% 정도로 10% 정도 감소되었다. 미생물의 분해열을 유지하기 위해서는 적정 송풍량에서 공기 공급이 중요하다. 하수슬러지 10톤(53%)에 미생물활성유도제 2톤, 수피 3톤, 1차 발효퇴비 3.7톤을 포크레인으로 1차 혼합하고 혼합기에서 2차 혼합 후 반응로에 투입하였다. 송풍기 연속가동으로 공기 송풍하고 일 1-2회 포크레인으로 뒤집기를 실시하였다. 혼합슬러지 더미 상부 평균 온도는 반응 2일에 70℃까지 높아졌다. 혼합슬러지 함수율은 2일 후 54%로 높아진 후 7일째 44%까지 낮아졌다. 반송 실험으로 하수슬러지 10.2톤에 반송슬러지 5.5톤, 미생물활성유도제, 수피, 1차발효퇴비를 5.4톤을 포크레인으로 1차 혼합하고 혼합기에서 2차 혼합 후 반응로에 투입하였다. 송풍기를 연속으로 가동하고 일 1-2회 포크레인으로 뒤집기를 실시하였다. 혼합슬러지 더미 상부 온도는 반응 5일째 66℃까지 높아졌고 함수율은 반응 10일째 45%까지 낮아졌다. 혼합슬러지 함수율 저감 효율을 높이기 위해 혼합슬러지 더미 위에서 로터리 교반기로 혼합해주고 발생된 수증기를 외부로 배출하여 수증기 증발효과를 높일 필요가 있다.

수도권매립지 자원화시설에서 발생되는 탈수케익은 매립처리하고 있으나 2018년도부터 자원순환기본법에 의한 폐기물처분부담금제 도입으로 매립최소화 및 재활용 극대화 방안 모색이 필요하다. 본 연구에서는 매립되고 있는 자원화시설 탈수케익을 대상으로 물질 특성을 분석하고 안정화 및 생물학적 건조 실험을 수행하고 분석하였다. 침출수 처리장에서 일평균 100톤의 탈수케익과 음폐수 바이오가스화 시설에서 일평균 25톤 정도 탈수케익이 발생된다. 침출수 처리장 탈수케익 함수율은 82%, 음폐수 바이오가스화시설 탈수케익 함수율은 75% 정도이다. 강열감량은 침출수 처리장 탈수케익 11%, 음폐수 바이오가스화시설 탈수케익 20% 정도로 독일 비유해폐기물 매립기준인 강열감량 5% 보다 높다. 침출수처리장 탈수케익 C/N비는 5.4로 낮고 음폐수 바이오가스화 시설 C/N비는 14.8로 약간 높다. 침출수 처리장 탈수케익과 음폐수 바이오가스화 시설 탈수케익에 미생물활성유도제, 코코피트, 음식물 잔재물을 혼합 반응 후 공기 송풍없이 대기 중 자연건조로 주 1회 뒤집기를 실시하였다. 침출수 처리장 탈수케익은 5주간 함수율 변화가 거의 없고 음폐수 바이오가스화 시설 탈수케익 함수율은 약 45%에서 5주 후 약 12%로 낮아졌다. 두 종류 탈수케익의 함수율 저감을 위해서는 코코피트와 미생물활성유도제를 혼합해주는 것이 효과적이었다. 단열반응기(아이스박스)에서 공기 송풍 하에 두 종류 탈수케익의 생물학적 건조 실험을 수행하였다. 침출수 처리장 탈수케익 혼합물 더미 온도 상승은 미미하고 음폐수 바이오가스화 시설 탈수케익 혼합물 온도는 52-71℃까지 높아졌다. 침출수 처리장 탈수케익 함수율 변화는 거의 없으며 음폐수 바이오가스화 시설 탈수케익 함수율은 54%에서 43%로 약 11% 낮아졌다. 음폐수 바이오가스화 시설 탈수케익을 미생물활성유도제 20%와 혼합한 경우 혼합슬러지 감량율은 6일 후 16%이다. 침출수 처리장 탈수케익은 화학적 침전을 위한 응집제 주입으로 인해 유기물 함량이 낮아 생물학적 건조 반응에 적합하지 않고 음폐수 바이오가스화 시설 탈수케익은 유기물 함량이 높아 생물학적 건조로 수분함량을 낮추어 부숙토 등으로 활용가능성이 있음을 알 수 있다.

현재 국내 생활폐기물 고형연료화 시설은 SRF 생산에 초점을 맞춰 생물할적 처리공정이 결여된 MT 시설의 형태로 도입되었는데 이로 인해 설계 운전범위보다 높은 함수율의 생활폐기물 반입시에 선별 효율 감소로 폐기물 반입량 대비 30~45%의 비율로 잔재물이 발생하고 있다. 이런 잔재물은 함수율 40% 이상을 보이고 있어 직매립시에서 오염부하를 증가시키고, 또한 매립에 따른 처분비용 발생으로 전체 시설 운영비의 약 20%를 차지하고 있는 실정이다. 매립지 부하 경감 및 고형연료화 시설의 운영비 저감을 위해 발생 잔재물을 재활용 할 필요가 있는데 양 및 질적인 측면을 볼 때, 함수율을 떨어뜨린 후 선별하게 되면 추가적인 SRF를 회수할 수 있다고 판단하여 잔재물의 함수율 저감을 위해 생물학적 처리공정인 Bio-drying을 적용하였다. 이는 폐기물 내 생분해성 유기물질이 미생물에 의해 호기성 분해시 발생하는 열을 이용해 폐기물의 수분을 건조시키는 방법으로 건조과정에서 자연건조 대비 다량의 배가스(악취 포함)를 배출하게 된다. 이에 본 연구에서는 생활폐기물 잔재물(저품위 혼합폐기물)에 대해 Bio-drying으로 건조하는 과정에서 발생하는 악취 특성 분석 및 해당 악취에 대해 약액세정과 활성탄이 적용된 복합 탈취설비의 성능을 확인하고자 하였다.

국내 하폐수 고도처리 공법 중, A2O 계열이 가장 많은 양의 하폐수를 고도처리하고 있으나, A2O 계열의 공법은 강화된 방류수 수질기준에 비하면 여전히 인 제거효율이 낮다고 할 수 있다. 강화된 수질기준을 만족시키기 위해 응집처리와 같은 물리화학적 처리를 추가적으로 실시하는 실정이며, 그 중에서도 인 제거를 위해 주입되는 응집제는 전체 약품 사용량의 35.8%를 차지하고 있으며, 연간 약 180억원이 사용되고 있어(환경부, 2015), 경제적이고 높은 인 제거효율을 갖는 새로운 기술이 절실히 필요한 실정이다. 미세조류는 하천이나 해수에서 부유하며 성장하는 미생물의 일종이며, 광합성 색소를 가지고 있기 때문에 생태계에서 1차 생산자의 역할을 한다. 미세조류는 물속의 질소와 인을 섭취하면서 성장하기 때문에 녹조나 적조 등의 문제를 일으키기도 하지만, 하폐수 고도처리에 미세조류를 적용할 경우 높은 효율로 영양염류를 제거할 수 있고, 광합성 과정에서 발생하는 산소로 인하여 기존 하폐수 고도처리 공정에서의 폭기 비용을 절감할 수 있다. 또한, 고도처리 후 잉여 미세조류를 수확하여 바이오 에너지로의 활용이 가능하기 때문에 차세대 에너지원으로 각광받고 있다. 미세조류의 성장을 이용한 하폐수 처리는 반세기가 넘도록 연구되어 왔다(Woertz et al., 2009). 그러나 자연계에서 인이 부영양화에 제한인자로 알려져 있음에도 불구하고, 미세조류를 적용한 수처리 연구는 대부분 질소제거에만 집중되고 있다. 이에 본 연구에서는 유기물의 존재 하에 mixotrophic 대사가 가능한 미세조류 Chlorella vulgaris를 이용하여, 인에 대한 제거능을 평가하고자 하였으며, 더 나아가 미세조류의 배양에 있어서 매우 중요한 인자 중 하나인 광도에 따른 미세조류의 인 제거능을 평가하고자 하였다. 연구 결과, autotrophic 조건에서는 광 저해점 이하의 광도 범위에서, 광도가 증가할수록 단위 MLSS 당 인 제거속도는 증가하였으나, 유기물을 주입해 준 mixotrophic 조건에서는 광도가 증가하여도 단위 MLSS 당 인 제거속도에는 유의한 차이가 나타나지 않았다.

생활폐기물 및 산업폐기물로부터 고형연료를 제조하는 과정에서 폐기물 반입량 대비 30 ~ 45%의 비율로 잔재물이 발생되어 매립되거나 일부는 소각장으로 반입되어 처리되고 있다. 이러한 잔재물은 함수율 40% 이상을 나타내어 그대로 매립되었을 경우 오염부하를 증가시킬 수 있으며, 매립에 의한 처분비용으로 전체 시설 운영비의 약 20%가 요구되는 실정이다. 이러한 잔재물은 양 및 질적인 측면에서 볼 때 추가 공정을 통하여 충분히 고형연료로 생산이 가능하다. Bio-drying 기술은 폐기물 내에 존재하는 생분해성 유기물질에 대한 미생물의 호기성 분해열을 이용하여 폐기물의 수분을 건조시키는 건조에너지 소모 및 설치/운영비를 최소화 할 수 있는 경제성이 우수한 기술이다. 본 연구에서는 고형연료화 시설에서 발생된 잔재물을 대상으로 Bio-drying 기술을 적용시켜 생산된 비성형 고형연료의 벤치규모 연소실험을 통해 연소 공기비에 따른 바닥재와 비산재의 발생 특성을 고찰하였다. 또한 기존 시중에 판매되고 있는 비성형 고형연료와의 연소특성 비교/분석을 통해서 Bio-dyring 고형연료의 연소특성을 파악하고 연소 조건의 최적화를 진행하였다. Bio-drying 고형연료와 판매용 고형연료의 연소 바닥재의 XRF 분석 결과 CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3가 주성분을 이루며 그 중에서 CaO 성분이 각각 36.6%와 48.6%로 가장 높게 나타났다.