납석/슬래그/제올라이트를 이용한 가축매몰지 침출수 제거

박정안 ( Jeong-ann Park ),김재현 ( Jae-hyun Kim ),강진규 ( Jin-kyu Kang ),윤서영 ( Seo-young Yoon ),손정우 ( Jeong-woo Son ),김성배 ( Song-bae Kim ) 한국농공학회 2013 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2013 No.-

본 연구는 가축매몰지로부터 유출되는 침출수의 주 오염원인 NH₄⁺, Cl^-, PO₄^2-을 납석/슬래그/제올라이트를 각각 이용하여 제거하고자 하였다. 입경을 투수성을 고려하여 0.60-0.85 mm의 크기만을 선별하여 칼럼실험에 사용하였으며, 사용된 칼럼은 내경 2.5 cm, 높이 10 cm이다. 가축 매몰지 침출수는 문헌의 평균 침출수의 농도(약 NH₄⁺12,000 mg/L, Cl- 2,500 mg/L, PO₄^2- 4,300 mg/L)로 맞추어 실험실에서 제조하여 동일한 농도의 오염원을 주입하였다. 유입유량은 0,3 ml/min으로 50 시간동안 주입하였으며, 유출수는 오토샘플러를 통해 10분 간격으로 받아 이온크로마토그래프(IC)로 각 이온의 농도를 분석하였다. 슬래그의 경우 흡착제 단위 g당 오염물질 흡착량을 살펴보면, NH₄⁺5,689 mg/g, Cl-1,224 mg/g, PO₄^2- 3,409 mg/g으로 나타났으며, 제올라이트는 특히 NH₄⁺에 대한 흡착량이 32,608 mg/g으로 가장 높게 나타났으며 제거율은 50.28 %이며, PO₄^2- 9,090 mg/g, Cl- 1,797 mg/g으로 나타났다. 납석의 경우 세 이온모두 12-18 %로 슬래그나 제올라이트에 비해 제거 효율이 전반적으로 낮게 측정되었다. 결론적으로 암모니아성 질소의 경우 제올라이트 (50.28 %), 납석(18.82 %), 슬래그 (18.18 %)순으로 제거효율이 높았으며, 인산염의 경우 제올라이트 (39,3 %), 슬래그 (30.55 %), 납석 (13.26 %) 순으로 나타났고, 염소이온의 경우 흡착제별 영향이 거의 없고 12 % 미만으로 제거되는는 것으로 조사되었다.

점토광물에 의한 박테리오파지 흡착

박정안 ( Jeong-ann Park ),김재현 ( Jae-hyun Kim ),이인 ( In Lee ),김성배 ( Song-bae Kim ) 한국농공학회 2012 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2012 No.-

바이러스는 박테리아나 원생동물보다 크기가 훨씬 작기 때문에 토양을 통과하는 과정에서 잘 제거되지 않고, 생존력도 강하여 지하수나 토양이 오염될 경우 바이러스로 인한 수인성질병의 전파가 매우 빠르게 일어난다. 바이러스의 전파는 토양의 구성성분에 따라 영향을 받는데, 대체로 점토광물이 많이 함유된 토양일수록 바이러스의 이동이 제한된다. 점토광물은 높은 양이온 교환능을 가지고 있고, 점토광물 표면의 양전하와 음전하 지점(site) 모두 바이러스 흡착에 관여할 수 있으며, 비표면적이 넓어 바이러스의 확산 및 이동을 방지할 수 있다. 또한 다른 흡착제와 다르게 자연유래광물로서 보다 친환경적으로 바이러스를 제거 할 수 있다. 본 연구에서는 대표적인 규산염 점토광물인 카올리나이트(kaolinite), 몬트모릴로나이트(Montmorillonite), 벤토나이트(Bentonite)를 이용하여 박테리오파지 MS2의 제거능을 평가해보았다. 비교 실험을 위해 각각 0.2μm - 2μm 크기의 점토 입자를 선별하여 사용하였다. 배치실험 결과 카올리나이트에서 가장 높은 흡착능(3.8 x 107 pfu/g)을 보였으며, 용량-반응 실험에서 카올리나이트의 경우 고액비 1:20에서 99.33%의 MS2가 제거되었으며, 몬트모릴로나이트와 벤토나이트는 각각 59.75%, 74.07%의 제거율을 나타내었다.

지하수위 상승 자동 이벤트 감지 알고리즘 개발

박정안 ( Jeong Ann Park ),김성배 ( Song Bae Kim ),김민선 ( Min Sun Kim ),권구흥 ( Ku Hung Kwon ),최낙철 ( Nag Choul Choi ) 한국물환경학회 2010 한국물환경학회지 Vol.26 No.6

The objective of this study was to develop automatic event detection algorithm for groundwater level rise. The groundwater level data and rainfall data in July and August at 37 locations nationwide were analyzed to develop the algorithm for groundwater level rise due to rainfall. In addition, the algorithm for groundwater level rise by ice melting and ground freezing was developed through the analysis of groundwater level data in January. The algorithm for groundwater level rise by rainfall was composed of three parts, including correlation between previous rainfall and groundwater level, simple linear regression analysis between previous rainfall and groundwater level, and diagnosis of groundwater level rise due to new rainfall. About 49% of the analyzed data was successfully simulated for groundwater level rise by rainfall. The algorithm for groundwater level rise due to ice melting and ground freezing included graphic analysis for groundwater level versus time (day), simple linear regression analysis for groundwater level versus time, and diagnosis of groundwater level rise by new ice melting and ground freezing. Around 37% of the analyzed data was successfully simulated for groundwater level rise due to ice melting and ground freezing. The algorithms from this study would help develop strategies for sustainable development and conservation of groundwater resources.

토양 서식 미생물을 이용한 가축사체 매몰지 토양유래 용존 유기물 분해

박정안(Jeong Ann Park),강진규(Jin Kyu Kang),김재현(Jae Hyun Kim),김성배(Song Bae Kim) 大韓環境工學會 2013 대한환경공학회지 Vol.35 No.12

본 연구의 목적은 가축사체 매몰지 토양에서 추출된 미생물을 이용하여, 가축사체 매몰지 오염 토양 유래 유기탄소의 분해 효과를 분석하고, 분해에 관여하는 미생물의 종을 규명하는 것이다. 경기도 안성에 위치한 가축 매몰지 토양 유래 용존 유기탄소를 대상으로 토양 서식 미생물의 생분해율을 평가한 결과(56일 동안), 1번 용액(초기 용존 유기탄소 농도 = 19.88 mg C/L)에서는 13일 이내에 48%의 용존 유기탄소가 감소하였으며, 56일째 용존 유기탄소는 8.8 ± 0.4 mg C/L로 56% 분해되었다. 2번 용액(초기 용존 유기탄소 농도 = 19.80 mg C/L)에서도 초기 13일 이내에 용존 유기탄소 농도가 급격히 감소하였으며, 56 일째 용존 유기탄소는 6.0 ± 1.6 mg C/L로 70%가 분해되었다. 생분해 실험과정에서, 전체 유기탄소 물질에서 방향족 탄소구 조의 비율을 나타낸 지표인 SUVA₂54값은 용존 유기탄소와는 다르게, 일정기간(21일) 동안 증가하다가 감소하는 경향을 나타 냈다. SUVA₂54값은 1번 용액과 2번 용액 모두, 21일째 가장 높은 값을 나타내었다. 생분해 실험 14일째 미생물 분석 결과, 토양 에서 쉽게 발견되는 Pseudomonas fluorescens, Achromobacter xylosoxidans, Nocardioides simplex, Pseudomonas mandelii, Bosea sp. 등 미생물이 검출되었다. 그리고, 56일째 미생물 분석 결과, Pseudomonas veronii가 우점종으로 나타났다. The aim of this study was to investigate the biodegradation of dissolved organic matter derived from animal carcass disposal soil using soil inhabited bacteria and to identify the bacteria involved in the biodegradation. The two soils were obtained from the animal carcass burial sites located in Anseong, Gyeonggi-do, Korea. The results indicated that during the biodegradation experiments (56 days), 48% of dissolved organic carbon (DOC) was mineralized within 13 days in soil-derived solution 1 (initial DOC = 19.88 mgC/L), and the DOC concentration at 56 days was 8.8 ± 0.4 mg C/L, indicating 56% mineralization of DOC. In soil-derived solution 2 (initial DOC = 19.80 mgC/L), DOC was mineralized drastically within 13 days, and the DOC concentration was decreased to 6.0 ± 0.4 mg C/L at 56 days (76% mineralization of DOC). Unlike DOC value, the specific UV absorbance (SUVA₂54) value, an indicator of proportion of aromatic structures in total organic carbon, tended to increase until 21 days and then decreased thereafter. The SUVA₂54 values in soil-derived solutions 1 and 2 were the highest at 21 days. The microbial analysis demonstrated that Pseudomonas fluorescens, Achromobacter xylosoxidans, Nocardioides simplex, Pseudomonas mandelii, Bosea sp. were detected at 14 days of incubation, whereas Pseudomonas veronii appeared as a dominant species at 56 days.

P-178 : 박테리오파지 특성에 따른 매몰지 토양의 흡착능 평가

박정안 ( Jeong Ann Park ),윤서영 ( Seo Young Yoon ),최낙철 ( Nag Choul Choi ),김성배 ( Song Bae Kim ) 한국물환경학회(구 한국수질보전학회) 2013 한국물환경학회·대한상하수도학회 공동 춘계학술발표회 Vol.2013 No.-

철산화물 첨착 유리섬유를 이용한 박테리오파지 MS2제거

박정안 ( Jeong-ann Park ),이창구 ( Chang-gu Lee ),김재현 ( Jae-hyun Kim ),강진규 ( Jin-kyu Kang ),최낙철 ( Nag-choul Choi ),김성배 ( Song-bae Kim ) 한국농공학회 2013 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2013 No.-

본 연구에서는 장 관계 바이러스의 모델바이러스로 많이 사용되고 있는 박테리오파지 MS2를 이용하여, 철산화물이 첨착된 유리섬유 필터의 바이러스 제어 성능을 살펴보았다. 유리섬유는 값이 싸고, 열에 강하며, 인장강도가 커서 플라스틱 소재의 강화제로 두루 쓰인다. 철 산화물 첨착 유리섬유를 전계방출주사현미경(FESEM)으로 관찰ㆍ분석한 결과 표면에 30.85 wt%의 산소, 28.61 wt%의 탄소, 12.58 %의 철이 나타났다. 첨착된 철산화물은 X선 분말 회절 분석기 (XRD)를 통해 분석한 결과 마그헤마이트 (γ-Fe₂O₃)와 괴타이트 (α-FeO(OH))의 구조가 혼재된 양상을 보였다. 유리섬유는 직경 2.5cm, 높이 10 cm의 칼럼에 카트리지 형태로 패킹하였다. 유량 0.5 ml/min으로 24 시간 동안 칼럼실험을 진행한 결과 일반 유리섬유의 경우 MS2의 질량회수율은 (Mass recovery) 93.4 %로 바이러스 제거율이 매우 낮음을 알 수 있었으며, 철 첨착 유리섬유로 실험한 결과 질량회수율이 41.6-47.4 %로 절반 이하로 감소된 것을 발견하였다. 중탄산염의 존재하에서는 질량 회수율이 63.1 %로 증가되었는데 이는 바이러스와 중탄산염의 흡착사이트 경쟁효과가 나타난다는 것을 의미한다. 철산화물 첨착 유리섬유를 제조함으로서 바이러스제거 기능성을 갖춘 필터를 생산할 수 있음을 확인하였고, 이에 대한 추가적인 연구들이 진행되어야 할 것이다.

가축 매몰지 토양 특성 분석

박정안 ( Jeong-ann Park ),이창구 ( Chang-gu Lee ),김재현 ( Jae-hyun Kim ),강진규 ( Jin-kyu Kang ),이인 ( In Lee ),김성배 ( Song-bae Kim ) 한국농공학회 2011 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2011 No.-

국내 가축 매몰지 토양의 일반적인 특성을 분석하기 위해 총 4곳 지역(AS, AD1, CHS1, USS1)을 선정하여 함수비, 비중, 유기물 비를 측정하고, KCl용액을 이용한 Tracer test를 통해 토양에서의 흐름 특성을 정량화하였다. 4곳의 시료는 지역과 샘플 채취 시의 환경 조건에 따라 차이가 나타났다. 함수비는 우기시에 샘플을 채취한 곳 (CHS1, USS1)을 제외하고는 10~11%의 함수비를 나타냈으며, 비중은 전반적으로 2.49 ~ 2.67 사이로 비교적 고른 분포를 이루었다. 유기물비의 경우 1.969%에서부터 3.999%까지 지역마다 조금씩 차이가 나는 것을 알 수 있었다. Tracer test를 위해 각각의 토양은 컬럼(직경 2.5cm, 길이 20cm)에 패킹하였으며, KCl 2,000ppm 용액을 15분간 0.5ml/min의 유속으로 주입하였다. 컬럼 실험에서 얻은 보전성 추적자의 유출수 파과곡선 데이터는 이류-분산 모델(Convective-dispersive equation)을 바탕으로 CXTFIT을 이용하여 공극유속 v (cm/min) 와 수리분산계수 D (㎠/min)를 도출하였으며 값은 다음과 같다. AS의 경우 v값은 0.2699 cm/min, D값은 0.3066 ㎠/min, AD1의 경우 v값은 0.2707 cm/min, D값은 0.2343 ㎠/min, CHS1은 v값은 0.2290 cm/min, D값은 0.3560 ㎠/min이고 USS1은 v값은 0.2263 cm/min, D값은 0.3210 ㎠/min으로 각각 분석되었다.

가축사체 매몰지 토양의 미생물 군집 분석

박정안(Jeong Ann Park),최낙철(Nag Choul Choi),김성배(Song Bae Kim) 大韓環境工學會 2013 대한환경공학회지 Vol.35 No.7

본 연구의 목적은 가축사체 매몰지 토양의 침출수 오염에 따른 병원성 미생물에 의한 잠재적 위해성을 평가하기 위하여 미생물 군집을 조사하는 것이다. 경기도 지역에 위치한 가축사체 매몰지 세 군데(A, B, C) 토양을 대상으로 DNA를 추출하여, 16S rRNA 염기서열을 분석을 통해 미생물 군집을 조사하였다. 연구결과를 문(phylum)별로 구분해보면, A 토양은 전체 토양미생물이 Proteobacteria (100%) 1개의 문으로 동정되었으며, B 토양은 Actinobacteria (66.4%) > Proteobacteria (31.1%) >Bacteriodetes (2.1%) > Acidobacteria (0.3%) 순으로, C 토양은 Actinobacteria (63.1%) > Proteobacteria (36.9%) 순으로 분포하였다. 속(genus)별로 구분해보면, A 토양에서는 Pseudomonas가 98% 비율로 나타났고,B와 C 토양의 경우 Arthrobacter이 각각 68, 61%로 우점하였다. 세 군데(A, B, C) 토양 미생물 군집의 종 다양성을 Shannon 지수에 근거하여 분석한 결과, B 토양(3.45)과C 토양(3.43)은 유사한 수준이었으나, A 토양(2.37)은 가장 낮게 계산되었다. 또한, 분석결과 Salmonella, Campylobacter 그리고 Clostridium perfringens과 같은 병원균도 발견되지 않았으나, 세균혈증을 일으키는 Ralstonia pickettii가 높은 농도로 관찰되었다. 본 연구에 사용된 가축 매몰지 토양은 침출수에 의한 미생물학적 오염도가 낮은 것으로 판단되지만, 가축매몰에 따른 병원성 미생물에 의한 토양의 잠재적 위해성을 평가하기 위하여 지속적인 모니터링이 필요하다. The aim of this study was to investigate the microbial communities in animal carcass disposal soils to examine the possible threat of pathogens from leachate. DNA extraction was performed for the soils in three carcass disposal sites located in Gyeonggi-do, Korea, and then 16S rRNA pyrosequencing was conducted to identify the microbial communities. Results indicate that, according to phylum classification, Proteobacteria (100%) was identified in soil A, Actinobacteria (66.4%) > Proteobacteria (31.1%) > Bacteriodetes (2.1%) > Acidobacteria (0.3%) in soil B, and Actinobacteria (63.1%) > Proteobacteria (36.9%) in soil C. According to genus classification, Pseudomonas was dominant in soil A (98%), Arthrobacter in soil B (68%) and C (61%). There were no detections of pathogens such as Salmonella, Campylobacter and Clostridium perfringens. However, high concentration of Ralstonia pickettii causing bacteremia was observed. Although carcass disposal soils examined in this study were not highly contaminated with pathogens, further monitoring is still needed to examine the potential threat of pathogens in leachate derived from carcass disposal sites.

혼합 매질체를 이용한 매몰지 침출수 오염물질 저감

박정안 ( Jeong Ann Park ),강진규 ( Jin Kyu Kang ),손정우 ( Jeong Woo Son ),신동춘 ( Dong Choon Shin ),김성배 ( Song Bae Kim ) 한국물환경학회(구 한국수질보전학회) 2014 한국물환경학회·대한상하수도학회 공동 춘계학술발표회 Vol.2014 No.-

철산화물에 의한 바이러스 흡착 : XDLVO 이론

박정안 ( Jeong-ann Park ),이창구 ( Chang-gu Lee ),김재현 ( Jae-hyun Kim ),윤서영 ( Seo-young Yoon ),이인걸 ( In-geol Yi ),김성배 ( Song-bae Kim ) 한국농공학회 2013 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2013 No.-

본 연구에서는 다양한 철 산화물(마그헤마이트, 헤마타이트)과 박테리오파지 MS2간의 상호작용을 이론적으로 분석하기 위해 sphere=sphere DLVO (Derjaguin-Landau-Verwey-Overbeek)이론과 소수성 파라미터가 결합된 수정된 DLVO이론인 XDLVO (Extended DLVO)이론을 비교하고자 한다. DLCO이론에 따르면, 철산화물과 MS2의 거리간의 에너지는 반데르발스힘 (Van der waals), 전기 이중층 반발력(electrostatic double layer), 그리고 Born repulsion 에너지의 합으로 나타낼 수 있다. 여기에 XDLVO이론은 Lewis 산-염기 전자공여체-전자수용체 작용 에너지의 합을 추가함으로서 두 다른 구형분자의 소수성 에너지를 고려할 수 있게 해준다. 분석결과 DLVO이론과 XDLVO이론 모두 흡ㆍ탈착의 에너지장벽인 Φ_max (primary maximum)값이 마그헤마이트가 헤마타이트의 값보다 낮게 추정되었으며, 간격이 증가되면서 나타나는 에너지인 Φ_min2 (secondary minimum)값도 마그헤마이트가 헤마타이트의 값보다 낮게 계산되었다. 이는 Lewis 산-염기 반응이 에너지 장벽을 낮춤으로서 바이러스와 철산화물의 흡착을 증진시킨다는 것을 의미한다. 값을 살펴보면 바이러스와 철산화물간에 흡착이 잘 일어날 수 있는 것(favorable adsorption)을 알 수 있으며, 이는 실제 흡착능을 평가한 배치 실험 결과와도 일치되는 결과로서 MS2 초기농도 5.00×10⁷ pfu/ml에서 마그헤마이트의 흡착능은 (1.41±0.12)×10¹⁰ pfu/g, 헤마타이트의 흡착능은 (9.10±1.20)×10⁹pfu/g으로 각각 나타났다.