2, 4, 6-Trinitrotoluene의 생물학적 분해 및 생물학적 전환

배범한 한국산업미생물학회 2001 생물산업 Vol.14 No.4

토양 내 호기성 생물벽체(Biobarrier)의 형성에 의한 투수계수의 제어

배범한,오재일,Bae, Bum-Han,Oh, Je-Ill 한국지하수토양환경학회 2007 지하수토양환경 Vol.12 No.2

토양 및 지하수의 오염 확산을 방지하면서 오염물을 처리할 수 있는 생물벽체(Biobarrier)에 적용하기 위해 회분식실험과 칼럼 실험을 실시하였다. 회분식 실험에서는 순수 호기성 미생물 Pseudomonas fluorescens의 글루코즈와 당밀에 대한 동역학 상수를 산정하였다. P. fluorescens의 최대비성장속도(Vmax)는 글루코즈와 당밀을 사용하였을 때 $23^{\circ}C$에서 각각 $0.246\;hr^{-1}$, $0.073\;hr{-1}$로 글루코즈의 비성장속도가 빠르지만, P. fluorescence 성장 시 당밀에 대한 지체기가 없으며, 경제성을 고려하여 당밀을 칼럼실험의 탄소원으로 사용하였다. 일정수두 칼럼실험에서 P. fluorescence를 접종하고 영양원을 주입하면서 칼럼 내 토양의 투수계수 감소를 측정한 결과 영양원 주입 6일 만에 투수계수는 $4.1{\times}10^{-2}\;cm/sec$에서 $2.8{\tims}10^{-4}\;cm/sec$로 $6.8{\times}10^{-3}$배 감소하였고, 미생물량은 유입부에서 최대값을 나타냈다. 그러나 투수계수의 감소를 야기하는 미생물의 성장은 탄소원이 아닌 전자수용체(용존산소)의 농도에 의하여 제한되었다. A series of batch and column experiments were conducted for the development of biobarrier technology which can be applied to containment and reduction of contaminants in soil and ground waters. The growth kinetic constants of Pseudomonas fluorescens on glucose or molasses were determined using batch experiments. The maximum specific growth rate (Vmax) of P. fluorescens at $23^{\circ}C$ on glucose or molasses were $0.246\;hr^{-1}$ and $0.073\;hr^{-1}$, respectively. However, molasses was selected as carbon source due largely to the absence of lag phase of P. fluorescens growth on molasses and economic reason. In constant head column experiments, the hydraulic conductivity of the column soil reduced by $6.8{\times}10^{-3}$ times from $4.1{\times}10^{-2}cm/sec$ to $2.8{\times}10^{-4}cm/sec$ after the inoculation of P. fluorescens and administration of carbon source and nutrients. The biomass concentration was observed highest in the column inlet. Measurements of carbon source and electron accepter (dissolved oxygen) concentration showed that the growth of P. fluorescence, which is the main reason for hydraulic conductivity reduction, was limited not by the concentration of carbon source but by the concentration of electron acceptor.

금속 철을 이용한 TNT 환원시의 동역학 산정,4,6-Trinitrotoluene reduction by zero valent iron

배범한 한국지하수토양환경학회 1999 지하수토양환경 Vol.4 No.1

금속 철(Fe^0)에 의한 TNT의 환원실험을 회분식 반응조를 사용하여 환원 상태에서 연구하였다. 실험결과, 환원에 의한 TNT의 농도감소는 유사 1차 반응으로 나타났고 반응상수는 반응조에 첨가한 철의 표면적에 선형적으로 비례하였으며, 교반 속도 60 rpm에서의 반응상수는 0.0981min^-1m^-2L로 측정되었다. Triaminotoluene로 추정되는 최종산물이 용액내에 축적되었다. 철 표면에 흡착된 물질을 용출하기 위하여 acetonitrile 혹은 물(인산염 완충액, pH=7.0)로 추출을 시도하였으나 용출되는 물질은 극히 미량이었다. 또한, 용액 내에서 생물학적 분해에서의 주요 중간산물인 aminodinitrotoluenes은 검출되지 않았다. 그러므로, 철에 의한 TNT의 환원시 니트로기의 환원이 순차적으로 발생하여 아미노기를 형성하지 않고, 3개의 니티로기에 대하여 동시에 발생하는 것으로 사료된다. 이에, TNT의 환원모델을 제시하였다. Reduction 2,4,6-trinitrotoluene by zero valent iron was studied in a batch reactor under anoxic conditions. Results showed that the removal of trinitrotaluene (TNT)followed a pseudo-first order reaction and the rate was linearly dependent on the available reactive surfau area of the zero valent iron surface area, resultion a rate constant of 0.0981min^-1m^-2L. High concentrations of the final product, presumably triaminotoluene which needs to be treated by other means, accumulated in the solution. However, little amount of TAT was extracted from the metal surface by using acetonitrile or phosphate buffered water (pH=7.0). Other common major intermediate in biological TNT degradation, a group of aminodinitrotoluenes, was not detected in the solution. Therefore, it is postulated that the reduction of nitro group by Fe^0 occurs simultaneously in all three positions and a TNT reduction model by zero valent iron was suggested.

2000 년도 공동춘계 학술발표회 / 수질관리 : 에폭시 수지 용출물질에서의 환경호르몬 Bisphenol-A 의 정량과 용출특성 파악

배범한,최명수,임남웅,정재훈 대한상하수도학회 2000 공동춘계 학술발표회 논문집 Vol.2000 No.-

휘발유 첨가제 MTBE에 의한 지하수 오염의 문제점과 정화방안

배범한,조종수 대한토목학회 1998 대한토목학회지 Vol.46 No.3

수질관리 ( 1 ) - D 발표장 / D - 10 : 에폭시 수지 용출물질에서의 환경호르몬 Bisphenol - A 의 정량과 용출특성 파악

배범한,최명수,임남웅,정재훈 한국물환경학회 ( 구 한국수질보전학회 ) 2000 한국물환경학회·대한상하수도학회 공동 춘계학술발표회 Vol.2000 No.-

2, 4, 6-trinitrotoluene에 대해 내성을 지닌 토착 식물종 선정에 대한 연구

배범한,김선영,이인숙,장윤영 한국지하수토양환경학회 2001 지하수토양환경 Vol.6 No.4

TNT를 제거하기 위한 식물종을 선정하기 위해 8종의 대표적인 야초류를 이용하여 TNT 식물독성 임계점을 측정하였다. 독성 임계점은 TNT 농도변화에 대한 발아율, 유식물의 뿌리와 지상부의 생장율, 생체량 및 수분 흡수 능력 등을 비교하여 결정하였다. TNT가 식물에게 미치는 독성효과는 오염물의 농도와 식물종에 따라 다르게 나타났다. 60-80mgTNT/L 농도는 어저귀, 식용피, 자귀풀 종자의 발아율에 영향을 미치지 못하였다. 발아 후 14일동안 어저귀, 식용피, 자귀풀의 뿌리 생장에 있어 식물 독성 임계점(50%) 농도는 5-40 mgTNT/L이며 지상부 생장은 50-73mgTNT/L, 생체량은 68-99mgTNT/L이다. 뿌리와 지상부의 길이, 생체량은 TNT농도가 증가함에 따라 감소하였으며 수분 흡수량도 감소하였다. 야초류의 서로 다른 독성 임계점을 비교해 보면 뿌리 길이 > 지상부 길이 > 생체량 > 발아율 순으로 TNT에 대해 민감하게 반응하였다. 실험 결과, 8종의 식물 중에서 어저귀와 자귀풀은 TNT에 대해 내성을 지닌 종으로 판명되었다. To select a suitable indigenous plant for the phytoremediation of TNT contaminated soil, eight representative species of native grasses were tested to identify TNT toxicity thresholds. The threshold was determined based on various factors including cumulative seed germination, root and shoot length, fresh biomass, and the amount of water uptake under various TNT concentrations. Phytotoxic effect of TNT on plants was increased with the increase in TNT concentration but the degree was varied between grass species. Concentrations up to 60-80mgTNT/liter did not affect germination of Abutilion avicennae, Echinochioa crusgalli var. frumentacea, and Aeschynomene indica. Phytotoxicity threshold inhibition (50%) of Abutilion avicennae, schinochioa crusgalli var. frumentacea, Aeschynomene indica were 5-40mgTNT/liter for root length, 50-73mg TNT/Liter for shoot length and 68-99mgTNT/Liter for fresh biomass during 14 days of seedling exposure. Root and shoot growth as well as fresh biomass decreased as TNT concentration increased. In addition, the amount of water uptake decreased with increasing TNT concentration in Abutilion avicennae and Aeschynomene indica. Comparison of toxicity thresholds for the tested grass species showed that sensitivity of plants to TNT was in the order of root length > shoot length > fresh biomass > germination rate. From these results, we concluded that Abutilion avicennae and Aeschynomene indica had tolerance to TNT among the species tested.

TNT 오염토양의 생물학적복원을 위한 TNT의 호기성 분해경로와 환경조건

배범한,R.L. Autenrieth,정연규,고광백 대한토목학회 1996 대한토목학회 학술발표회 논문집 Vol.1996 No.2

화약물질 현장검출시약 EXPRAY$^{(R)}$를 이용한 토양내 화약물질 스크리닝 및 준정량화 가능성

배범한,조정현,Bae, Bum-Han,Cho, Jung-Hyun 한국지하수토양환경학회 2009 지하수토양환경 Vol.14 No.2

A quick and simple detection method of explosive compounds in environmental matrix (soil and water) can provide a screening step which reduces the number of unnecessary samples and the cost of expensive laboratory analysis at a site investigation. A commercially available EXPRAY$^{(R)}$Explosives Field Detection Kit (EXPRAY) was used to determine the minimum detection concentration and to test the possibility of semi-quantitative analysis of 14 explosive compounds using standard solutions. The results showed that EXPRAY could detect 5 explosive compounds, TNT, RDX, HMX, Tetryl, and TNB, out of 14 US EPA designated explosives. The minimum detection limit of the nitramine explosives was 14 ng/$^2$ for HMX and RDX. EXPRAY was more sensitive to nitroaromatics than the nitramines and the minimum detection limits per unit area (mm$^2$) for Tetryl, TNB, and TNT, were 3 ng, 3 ng, and 0.3 ng, respectively. The semi-quantification of 5 explosive compounds in an order ofmagnitude could be achieved by the intensity of developed color only when EXPRAY was applied on the standard solutions under controlled laboratory conditions. With contaminated soil samples, however, only the presence and type of explosive compounds was identified. Therefore, EXPRAY is an economic and sensitive method that can be used in a screening step for the identification of explosives in the field samples. 환경 시료 (토양 및 수질)내 화약물질을 신속하고 간편하게 검출할 수 있다면, 현장조사에서 오염도 조사를 위한 스키리닝 단계로 이용하여 불필요한 시료의 갯수와 고가의 실험실 정량분석비용을 줄일 수 있다. 상용 EXPRAY$^{(R)}$ Explosives Field Detection Kit(EXPRAY)를 이용하여 14종의 화약물질을 대상으로 화약물질 표준용액에 대한 최저검출농도를 결정 하고 및 준정량화 가능성을 확인하기 위한 실험을 실시하였다. 실험결과 EXPRAY는 14종의 화약물질 중에서, TNT, RDX, HMX, Tetryl및 TNB등 5종의 화약물질을 검출할 수 있었다. Nitramine계열인 HMX와 RDX에 대한 최저검출농도는 모두 14ng/mm$^2$이었다 EXPRAY는 nitroaromatic계열에는 더욱 민감하게 반응하여, Tetryl, TNB및 TNT에 대한 단위면적당(mm$^2$)최저 검출량이 각각 3ng, 3ng및 0.3ng이었다. 실험이 통제되는 조건에서 화약물질 표준용액에 EXPRAY를 적용하였을 경우에는 발색 강도의 비교를 통해 10배 단위의 준정량화가 가능하였다. 그러나 오염토양으로 실험한 경우에는 화약물질의 존재여부 및 종류만을 확인할 수 있었다. EXPRAY Explosives Detection Kit$^{(R)}$가 화약물질을 검출할 수 있는 경제적이고 민감한 방법이지만, 현장시료의 스크리닝 단계에만 적용할 수 있는 방법이다.

녹비식물 혼합재배에 휴믹물질 투입이 정화처리토양의 생물학적 토양 건강성 지표에 미치는 영향

배범한,박혜선,강수아,Bae, Bumhan,Park, Hyesun,Kang, Sua 한국지하수토양환경학회 2021 지하수토양환경 Vol.26 No.5

The effects of green manure crops, hairy vetch and sesban, supplemented with HS (humic substance) on biological soil health indicators was studied in a pot containing two kinds of reclaimed soil previously contaminated with petroleum hydrocarbons; a soil remediated by land-farming (DDC) and another soil by low-temperature thermal desorption (YJ). Treatments include no plant (C), plants only (H), and plants+2% HS (PH), which were evaluated in a pot containing respective soil. Biological indicators include microbial community analysis as well as soil enzyme activities of dehydrogenase, 𝛽-glucosidase, N-acetyl-𝛽-D-glucosaminidase (NAG), acid/alkaline phosphatase, arylsulfatase, and urease. Results showed an increase of enzyme activities in pot soils with plants and even greater in soils with plants+HS. The enzyme activities of DDC soil with plants (DDC_P) and with plants+HS (DDC_PH) increased 1.6 and 3.9 times on average, respectively than those in the control. The enzyme activities YJ soil with plants (YJ_P) and with plant+HS (YJ_PH) increased 1.8 and 3.8 times on average, respectively than those in the control. According to microbial community analysis, the relative abundance of nitrogen-fixing bacteria in DDC and YJ soil was increased from 1.5% to 7% and from 0 to 5%, respectively, after planting hairy vetch and sesban. This study showed that mixed planting of green manure crops with a supplement of humic substance is highly effective for the restoration of biological health indicators of reclaimed soils.