무당벌레 소화기관으로부터 장내세균의 분리 및 계통학적 다양성

김기광,한송이,문청원,유용만,황경숙,Kim, Ki-Kwang,Han, Song-Ih,Moon, Chung-Won,Yu, Yong-Man,Whang, Kyung-Sook 한국미생물학회 2011 미생물학회지 Vol.47 No.1

각 지역에서 수집한 무당벌레(JK, CK, CJ)의 소화기관을 채취하여 장내세균의 밀도를 조사한 결과, 호기배양의 경우 $6.0{\times}10^4$ CFU/gut, 혐기배양 결과 $8.0{\times}10^6$ CFU/gut로 계수되었다. 호기적 조건에서 배양된 세균 집락은 총 7가지 형태로 분류되었으며, 혐기적 조건에서 배양된 집락은 총 3가지 형태로 유사한 특징을 나타내었다. 무당벌레 각 소화기관으로부터 호기성세균 34균주와 혐기성세균 82균주, 총 116균주의 장내세균을 순수분리하였다. 호기성 세균 34균주를 대상으로 16S rRNA 유전자 염기서열을 해석한 결과, ${\alpha}$-Proteobacteria (3균주), ${\gamma}$-Proteobacteria (2 균주), Firmicutes (24 균주), Actinobacteria (4 균주) 그리고 Deinococcus-Thermus (1균주) 계통군으로 분류되었다. Firmicutes 계통군의 Bacillus thuringiensis와 Staphylococcus 속의 다양한 종은 JK, CK 및 CI 무당벌레 소화기관에서 모두 공통적으로 분리되었다. 형태적으로 유사한 혐기세균의 16S rRNA-ARDRA 패턴양상을 분석하여 유사도 70%에서 비교한 결과, 17개 ARDRA group으로 분류되었다. 각 ARDRA group에 속하는 대표 혐기성세균의 16S rRNA 유전자 염기서열을 해석한 결과, 무당벌레 소화기관에서 분리된 모든 혐기성 장내세균은 ${\gamma}$-Proteobacteria 계통군에 속하는 것으로 나타났으며 Hafnia alvei, Enterobacter ludwigii, Enterobacter kobei, Pseudomonas oryzihabitans 그리고 Pseudomonas koreensis와 높은 유연관계를 갖는 것으로 확인되었다. 무당벌레 소화기관으로부터 분리된 전체 장내세균의 약 70%가 ${\gamma}$-Proteobacteria 계통군에 속하였으며, 23%가 Firmicutes 계통군으로 무당벌레 소화기관 내 주요 계통군임이 확인되었다. Bacterial density distributions of gut microbes in the digestive organs of Harmonia axyridis collected from three different sources (JK, CK, and CJ) were $6.0{\times}10^4$ CFU/gut under aerobic culture condition and $8.0{\times}10^6$ CFU/gut under anaerobic culture condition. Seven colony types were observed under aerobic condition and three types of similarity were detected under anaerobic condition. In total, 116 strains, including 34 strains under aerobic condition, were isolated from the digestive organs of H. axyridis. Based on the analysis of the 16S rRNA gene sequence, aerobic gut microbes were assigned to the Proteobacteria, Actinobacteria, Firmicutes, and Deinococcus-Thermus. A large number of isolates belonged to the genus Bacillus and Staphylococcus of the Firmicutes commonly found in H. axyridis from different sites. Anaerobic gut microbes were found to be similar according to colony morphological, phylogenetic analysis using ARDRA. Eighty-two anaerobic gut microbes were clustered into 17 different ARDRA types according to HaeIII. Representative anaerobic gut microbes in each ARDRA group were divided into five species of ${\gamma}$-Proteobacteria based on 16S rRNA gene sequence analysis; Hafnia alvei, Enterobacter ludwigii, Enterobacter kobei, Pseudomonas oryzihabitans and Pseudomonas koreensis. Phylogenetic analysis indicated that about 70% of the isolates belonged to ${\gamma}$-Proteobacteria, suggesting predominance of gut microbes.

무당벌레(Harmonia axyridis ) 장내세균의 특성 및 Staphylococcus spp. 장내세균이 무당벌레의 발육에 미치는 영향

문청원,김기광,황경숙,서미자,윤영남,유용만,Moon, Chung-Woun,Kim, Ki-Kwang,Whang, Kyung-Sook,Seo, Mi-Ja,Youn, Young-Nam,Yu, Yong-Man 한국응용곤충학회 2011 한국응용곤충학회지 Vol.50 No.2

포식성 곤충인 무당벌레(Harmonia axyridis)의 소화기관 내에 서식하고 있는 장내세균을 순수 분리하여 계통학적 특성을 밝히고 이들 장내세균이 무당벌레의 발육에 미치는 영향을 검토하였다. 시험곤충은 전북 김제(JK), 충남 금산(CK) 그리고 충남대학교 곤충생리실험실(CI)의 무당벌레 개체군을 사용하였다. 무당벌레의 소화기관에서 장내세균 34균주를 순수분리하고 16S rRNA 유전자 염기서열을 분석하여 총 4개의 계통군으로 분류하였다. 무당벌레 소화기관에서 분리된 전체 분리균주의 약 70%가 Bacillus속과 Staphylococcus속을 포함하는 계통군이었으며, 시험 무당벌레 소화기관으로부터 공통적으로 분리되는 특징을 보였다. 분리된 장내세균 중 대표세균 18균주를 대상으로 항생제에 대한 감수성 조사를 수행한 결과, ofloxacin과 penicillin이 장내세균의 모두에게 증식을 저해하는 항생제 내성을 나타내어 시험약제로 선택하였다. 무당벌레의 먹이인 복숭아혹진딧물(Myzus persicae)과 무테두리진딧물(Lipaphis eryimi)에 ofloxacin 과 penicillin을 직접 처리하여 무당벌레를 사육하면서 번데기무게, 유충기간, 성충의 산란력, 부화율 등 생리적 특성을 항생제 무처리구와 비교한 결과 낮게 나타났다. 각 무당벌레 소화기관으로부터 공통적으로 분리된 대표 장내세균 Staphylococcus saprophyticus 가 무당벌레의 발육에 미치는 영향을 조사한 결과 S. saprophyticus의 부재 시 유충기간이 길어졌으며 번데기의 무게 그리고 성충의 산란력은 감소하였다. Enterobacteria were isolated in the gut of the predacious multicolored Asian ladybird beetle, Harmonia axyridis, and their effects to the development of H. axyridis were examined. Populations of H. axyridis in this experiment were collected from Kimjae at Cheonbuk province (JK population), Geumsan at Chungnam province (CK population) and laboratory population at Laboratory of Insect Physiology in Chungnam National University, Daejeon. Thirty-four enterobacteria isolates were purified and isolated from the digestive tract of H. axyridis, and a total of 4 strains were classified into group by analysis of 16S rRNA gene sequences. About 70% of total isolates were phylogenetic groups of Bacillus genus and Staphylococcus genus, and they were commonly separated from the digestive tract of H. axyridis. After investigating their susceptibility against antibiotics with 18 representative enterobacteria isolates, ofloxacin and penicillin were selected for examination in this study of their ability to inhibit the growth of all of isolates. In order to remove the enterobacteria from the aphids, ofloxacin and penicillin were given to the green peach aphid, Myzus persicae, and the turnip aphid, Lipaphis erysimi. These aphids were provided to H. axyridis as prey. The weight of pupa, developmental periods of each larval instar, the number of eggs and their hatching ratio of H. axyridis with treatment aphids were lower compared with non-treatment aphids. Staphylococcus saprophyticus is a representative enterobacteria and commonly isolated from the digestive tract of H. axyridis. In the absence of S. saprophyticus, the developmental periods of each larval instar increased; however, the weights of pupa, the number of eggs, and their hatching ratio decreased.

D시 내에서 발생하는 바이오매스 및 폐플라스틱 혼합 폐기물의 SRF 전환 포텐셜 분석

양한솔(Han-Sol Yang),김기광(Ki-Kwang Kim),임채욱(Chae-Wook Lim),현재혁(Jae-Hyuk Hyun) 유기성자원학회 2018 유기물자원화 Vol.26 No.3

This study evaluated if the selected samples meets the Solid Refuse Fuel quality criteria in Korea. Biomass and plastic wastes generated in D City were mixed in diverse ratio. When the biomass content was about 40%, the moisture content was close to the SRF criteria and was measured to be 9.8%. The ash contents were analyzed up to 4.19%, and the lower calorific values based on Steuer, Dulong Equation and Bomb Calorimeter were at least 4,851, 4,181 and 3,847 kcal/kg, respectively. As a result of the elemental analysis, sulfur and chloride content were measured up to 0.05%. Those values satisfied the SRF criteria. Also, heavy metals(Hg, Cd, Pb, As) were analyzed to be below the SRF criteria. This makes it possible to use efficiently the wood byproducts abandoned in the woods, and the physical properties of wood being weak to moisture can be supplemented with plastics. Consequently, if plastic and biomass were well mixed and made into SRF, it would overcome the problem of shortening the life span of incineration facilities due to the high temperature of plastic wastes in the incinerator. 본 연구에서는 D시 내의 바이오매스와 폐플라스틱을 적정 비율로 혼합하여 고형연료제품(SRF) 품질기준을 만족하는지 분석하기로 하였다. 수분함량의 경우 바이오매스 구성비가 약 40% 이하일 때부터 9.81% 이하로 분석되었다. 회분함량의 경우 최대 4.19%로 분석되었고, 원소분석 추정식(Steuer, Dulong) 및 발열량계에 근거한 저위발열량은 최소 4,851, 4,181 및 3,847kcal/kg로 나타났다. 원소분석 결과 황(S)과 염소(Cl)는 0.05% 이하로 측정되었고 중금속(Hg, Cd, Pb, As) 함량 또한 기준치 이하를 나타냄으로써 SRF 품질기준치를 만족하였다. 이러한 결과를 바탕으로, 현재 적절하게 활용되지 못하고 산림에 버려져 있는 임목부산물을 효율적으로 사용할수 있을 뿐만 아니라 수분에 약한 목재의 물리적 특성을 플라스틱으로 보완할 수 있을 것으로 사료된다. 또한 플라스틱 소각 시 고온으로 인한 소각로의 수명문제도 비교적 완화시킬 수 있을 것으로 판단하였다.

D시 내에서 발생하는 바이오매스 및 폐플라스틱 혼합 폐기물의 SRF 전환 포텐셜 분석

양한솔 ( Han-sol Yang ),김기광 ( Ki-kwang Kim ),임채욱 ( Chae-wook Lim ),현재혁 ( Jae-hyuk Hyun ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2018 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2018 No.-

오늘날 신재생 에너지 공급의무화제도(RPS) 도입으로 인한 신재생에너지 의무사용으로 인하여 민간 또는 기업에 신재생에너지 보급 및 장려정책을 시행하여 국내기술로 인한 신재생에너지 자급률을 높이고자 하는 움직임이 활발하다. 하지만 폐플라스틱은 연소 시에 높은 발열량으로 인해 소각로의 수명이 크게 단축될 수 있기 때문에 운영 시 관리 측면에서 많은 문제점을 나타내고 있으며, 바이오매스의 경우 수입의존율이 높아 국산바이오매스의 자급률이 저조하고 연간 벌채되는 임목재적이 임지에 방치되어 그대로 버려지고 있는 실정이다. 따라서, 본 연구에서는 D시 내에서 발생하는 바이오매스와 폐플라스틱 시료를 적정 비율로 혼합하였을 때 고형연료제품(SRF) 품질기준을 만족하는지 분석하기로 하였다. 해당 시료는 다양한 구성비로 혼합하여 물리 화학적 변화를 살펴보았으며, 수분함량의 경우 바이오매스 구성비가 약 40% 이하일 때부터 9.81% 이하로 분석되었다. 회분함량의 경우 최대 4.19%로 분석되어 SRF 품질기준을 만족하는 것으로 나타났다. 저위발열량의 경우, 원소 분석 후 Steuer 및 Dulong 식을 이용한 추정값은 최소 4,851, 4,181 kcal/kg로 분석되었고 발열량계에 근거한 실측값은 최소 3,847 kcal/kg로 나타났으며, 해당 값 모두 수입/제조 SRF의 품질기준치인 3,650/3,500 kcal/kg를 만족시켰다. 원소분석의 경우, 황(S)과 염소(Cl)는 모두 0.05% 이하로 측정되어 SRF 품질 기준치인 0.6%와 20% 이하를 모두 충족하였으며 중금속(Hg, Cd, Pb, As) 함량은 각각 품질기준치인 1.0, 5.0, 150, 13.0 mg/kg 이하로 분석되었다. 이러한 결과를 바탕으로, 바이오매스와 폐플라스틱 시료를 적절한 구성비(약 4:6)로 혼합하였을 시 SRF 품질기준을 모두 충족하는 것으로 확인되었다. 이는 현재 적절하게 활용되지 못하고 산림에 버려져 있는 임목부산물을 효율적으로 사용할 수 있을 뿐만 아니라 수분에 약한 목재의 물리적 특성을 플라스틱으로 보완할 수 있을 것으로 사료되며, 플라스틱 소각 시 고온으로 인한 소각로의 수명 문제도 비교적 완화시킬 수 있을 것으로 판단하였다. 사사: 이 논문은 환경부의 “지식기반 환경서비스(폐자원에너지화) 전문인력양성사업” 및 “폐자원에너지화 기술개발사업”에서 지원받았으며 이에 감사드립니다.

대전광역시 바이오 에너지화 시설의 혐기성 소화 효율 분석

임채욱 ( Chae-wook Lim ),현재혁 ( Jae-hyuk Hyun ),김기광 ( Ki-kwang Kim ),양한솔 ( Han-sol Yang ),정구황 ( Goo-hwang Jeong ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2018 한국폐기물자원순환학회 춘계학술발표논문집 Vol.2018 No.-

2005년부터 음식물류폐기물의 직매립이 금지됨에 따라 이에 따른 처리수단으로 자원화(민간 사료화, 공공퇴비화 위주)시설을 많이 설치하여 운영하였다. 하지만 음식물류폐기물을 이용하여 생산된 사료와 퇴비에 대한 사용자들의 부정적인 인식으로, 생산된 부산물이 다시 폐기물로 되는 악순환이 지속되어 왔다. 또한 런던협약에 의해서 2012, 2013, 2014년에 하수슬러지, 음폐수, 축산분뇨 및 하수슬러지 등 유기성폐기물의 해양배출이 금지됨에 따라 고농도의 유기물을 육상에서 처리해야 했기 때문에 부수적으로 바이오가스를 얻을 수 있는 혐기성 소화에 많은 관심을 갖게 되었다. 그러나 많은 지자체에서 혐기성 소화의 이해와 운전기술의 부족으로 시설운영에 실패 또는 어려움을 겪고 있는 실정이다. 이러한 문제를 해결하기 위해서, 음식물류폐기물과 음폐수의 혼합소화 운전을 하고 있는 대전광역시 내 바이오 에너지화 시설의 혐기성 소화 효율을 실험적으로 분석하고 향후 유기성폐기물의 혐기소화를 이용한 처리 가능성을 살펴보았다. 음식물류폐기물과 음폐수의 총 반입량은 평균 353.17 ton/day이며 그 중 296.47 ton/day이 혐기성 소화조에 투입되었으며 나머지 56.7 ton/day는 매립처리하는 것으로 측정되었다. 시설 내 중간 저장조, 혐기성 소화조, 안정화조의 경우 평균 TS 제거 표율은 72.5%, VS는 80.2%로 측정되었으며 평균 바이오 가스 발생량은 26,450 Nm³/day, 이중 CH₄ 함량은 63.83%로 측정되었다. VS당 바이오 가스 및 CH₄ 발생량은 0.77 Nm³-biogas/kg-VS, 0.49 Nm³-CH₄/kg-VS로 측정되었으며, VS/TS 비는 중간 저장조, 혐기성 소화조, 안정화조에서 각각 87.0%, 72.5%, 62.5%로 나타났다. 이와 같은 결과를 기반으로, 바이오 에너지화 시설 내 혐기성 소화조 및 안정화조에서 메탄생성세균이 활발하게 성장하고 있어 소화조 효율이 높은 것으로 판단되었다.

혼합 폐플라스틱을 이용한 열분해 공정 시 전처리에 따른 오일 품질 및 부산물의 배출 특성 분석

양한솔 ( Han-sol Yang ),현재혁 ( Jae-hyuk Hyun ),임채욱 ( Chae-wook Lim ),김기광 ( Ki-kwang Kim ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2019 한국폐기물자원순환학회지 Vol.36 No.4

In this study, the qualities of waste plastics pyrolysis oil before and after pre-treatment were compared. In addition, char byproducts and the odor impacts of non-condensable gases were evaluated. In the analysis of domestic pyrolysis oil quality criteria, the Case II oil, which did not undergo the pre-treatment process, was slightly above the criteria in moisture and chlorine content, this was improved in Case III oil, which was pre-treated. Pre-treatment is inevitable before the pyrolysis is processed to improve the quality of the oil. GC-MS analysis confirmed that the oil has characteristics of kerosene and diesel oil. In terms of the recycling possibility of char, the calorific value of char was slightly lower than the criteria of 4,500 kcal/kg, but the heavy metal content satisfied the criteria. Therefore, it should be taken into account that the char has the potential to be recycled in terms of energy recovery when mixed with other fuels. In the combustion of the pyrolysis oil, PM-2.5 exceeded the criteria. Therefore, it is necessary to install air pollution prevention facilities. In the analysis of odor in non-condensable gas, NH3, H2S, and CH3SH exceeded the emission limit. Therefore, a facility to reduce these odors should be installed before the non-condensable gas is discharged into the atmosphere.

D시 SRF 발전시설 운전 최적화를 위한 폐기물 성상조사

임채욱 ( Chae-wook Lim ),현재혁 ( Jae-hyuk Hyun ),김기광 ( Ki-kwang Kim ),양한솔 ( Han-sol Yang ) 한국폐기물자원순환학회 2018 젊은 연구자 학술연구발표회 Vol.16 No.0

Variable Axis Baseplate를 이용한 Non-coplanar 토모테라피의 유용성

하진숙,정윤선,이익재,신동봉,김종대,김세준,전미진,조윤진,김기광,이슬비,Ha, Jin-Sook,Chung, Yoon-Sun,Lee, Ik-Jae,Shin, Dong-Bong,Kim, Jong-Dae,Kim, Sei-Joon,Jeon, Mi-Jin,Cho, Yoon-Jin,Kim, Ki-Kwang,Lee, Seul-Bee 대한방사선치료학회 2011 대한방사선치료학회지 Vol.23 No.1

Purpose: Helical Tomotherapy allows only coplanar beam delivery because it does not allow couch rotation. We investigated a method to introduce non-coplanar beam by tilting a patient's head for Tomotherapy. The aim of this study was to compare intrafractional movement during Tomotherapy between coplanar and non-coplanar patient's setup. Materials and Methods: Helical Tomotherapy was used for treating eight patients with intracranial tumor. The subjects were divided into three groups: one group (coplanar) of 2 patients who lay on S-plate with supine position and wore thermoplastic mask for immobilizing the head, second group (non-coplanar) of 3 patients who lay on S-plate with supine position and whose head was tilted with Variable Axis Baseplate and wore thermoplastic mask, and third group (non-coplanar plus mouthpiece) of 3 patients whose head was tilted and wore a mouthpiece immobilization device and thermoplastic mask. The patients were treated with Tomotherapy after treatment planning with Tomotherapy Planning System. Megavoltage computed tomography (MVCT) was performed before and after treatment, and the intrafractional error was measured with lateral(X), longitudinal(Y), vertical(Z) direction movements and vector ($\sqrt{x^2+y^2+z^2}$) value for assessing overall movement. Results: Intrafractional error was compared among three groups by taking the error of MVCT taken after the treatment. As the correction values (X, Y, Z) between MVCT image taken after treatment and CT-simulation image are close to zero, the patient movement is small. When the mean values of movement of each direction for non-coplanar setup were compared with coplanar setup group, X-axis movement was decreased by 13%, but Y-axis and Z-axis movement were increased by 109% and 88%, respectively. Movements of Y-axis and Z-axis with non-coplanar setup were relatively greater than that of X-axis since a tilted head tended to slip down. The mean of X-axis movement of the group who used a mouthpiece was greater by 9.4% than the group who did not use, but the mean of Y-axis movement was lower by at least 64%, and the mean of Z-axis was lower by at least 67%, and the mean of Z-axis was lower by at least 67%, and the vector was lower by at least 59% with the use of a mouthpiece. Among these 8 patients, one patient whose tumor was located on left frontal lobe and left basal ganglia received reduced radiation dose of 38% in right eye, 23% in left eye, 30% in optic chiasm, 27% in brain stem, and 8% in normal brain with non-coplanar method. Conclusion: Tomotherapy only allows coplanar delivery of IMRT treatment. To complement this shortcoming, Tomotherapy can be used with non-coplanar method by artificially tilting the patient's head and using an oral immobilization instrument to minimize the movement of patient, when intracranial tumor locates near critical organs or has to be treated with high dose radiation.

대전광역시 간벌폐기물 발열량 측정을 통한 에너지 가치 평가

이우진 ( Woo Jin Lee ),현재혁 ( Jae-hyuk Hyun ),용상운 ( Sang-woon Yong ),양한솔 ( Han Sol Yang ),김기광 ( Ki Kwang Kim ),임채욱 ( Chae Wook Lim ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2017 한국폐기물자원순환학회 춘계학술발표논문집 Vol.2017 No.-

우리나라 에너지 소비는 지속적으로 증가하는 추세를 보이고 있으며 그동안 사용의 편의성으로 인해 화석에너지에 대한 의존도가 계속 증가하고 있다. 그러나 화석연료의 고갈과 화석에너지 가격 상승으로 인해 신재생에너지원에 대한 관심이 커지고 있다. 이에 정부는 신재생에너지 산업화를 유도하고 2035년까지 전체에너지의 11%를 신재생에너지로 공급하겠다는 계획을 설정하였다. 간벌폐기물은 산림에서 간벌작업 시 발생하는데, 대부분 따로 처리하지 않고 산림에 적재하게 된다. 산림에 적재하면 자연적으로 썩게 되고 거름으로 이용되어 산림에 도움이 된다. 하지만 목재가 높은 발열량을 가지고 있어 에너지원으로 사용될 수 있고, 무분별한 적재 때문에 산사태를 유발할 가능성이 있기 때문에 적절한 처리가 필요한 실정이다. 대전광역시의 임상별 임목축적은 2014년 기준 침엽수 2,152,352m³, 활엽수 924,836m³, 혼효림 662,914m³ 이다. 본 연구에서는 대전광역시 간벌폐기물의 발열량 측정과 기초실험을 통하여 에너지원으로서의 가치를 평가하였다. 삼성분 분석 결과, 수분은 평균 13.6%, 가연분은 78.9%, 회분은 평균 7.5%로 나타났다. 모든 항목이 Bio-SRF의 기준을 만족하였다. 원소분석 결과, C는 평균 53.6%, H는 5.7%, O는 34.8%, S는 0.02%, Cl은 0.2%로 나타났다. 중금속의 경우 Hg, Cd, Pb, As 모두 평균 0.1mg/Kg, Cr은 1.1mg/Kg으로 나타났다. 모든 항목이 Bio-SRF 기준을 만족하였다. 발열량의 경우 발열량계로 측정한 저위발열량은 평균 4,850Kcal/Kg, 위에서 분석한 삼성분 값을 활용하여 Dulong's equation을 통한 저위발열량은 평균 4,411Kcal/Kg으로 측정되었다. 모두 고형연료(Bio-SRF)제품의 저위발열량 품질기준인 3,000Kcal/Kg을 충족하였으므로 에너지원으로써 충분한 가치가 있다고 판단된다.

대전광역시 간벌폐기물 발열량 측정을 통한 에너지 가치 평가

이우진 ( Woo-jin Lee ),현재혁 ( Jae-hyuk Hyun ),용상운 ( Sang-woon Yong ),양한솔 ( Han-sol Yang ),김기광 ( Ki-kwang Kim ),임채욱 ( Chae-wook Lim ) 한국폐기물자원순환학회 2017 젊은 연구자 학술연구발표회 Vol.15 No.0