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.

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.-

Error function을 이용한 나노 철 산화물의 인 흡착 모델 분석

박정안 ( Jeong Ann Park ),이인걸 ( In Geol Yi ),김성배 ( Song Bae Kim ),최재우 ( Jae Woo Choi ),이상협 ( Sang Hyup Lee ) 한국물환경학회(구 한국수질보전학회) 2014 한국물환경학회·대한상하수도학회 공동 춘계학술발표회 Vol.2014 No.-

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.-

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.

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.

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.

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.

확률적 정량모델을 이용한 토양에서의 바이러스 저감 평가

박정안(Jeong Ann Park),김재현(Jae Hyun Kim),이인(In Lee),김성배(Song Bae Kim) 大韓環境工學會 2011 대한환경공학회지 Vol.33 No.7

본 연구의 목적은 미국 환경보호청에서 개발한 확률적 정량모델인 VIRULO 모델의 구성과 특성을 분석하는 것이다. 이 모델은 몬테카를로 방법을 이용하여 수리지질학적 차단벽으로써 토양의 바이러스 저감능을 평가할 수 있는 모델이다. 모델에 사용된 지배방정식은 크게 불포화 지역에서의 물의 흐름식과 바이러스의 이동식으로 구성되어 있다. 사용되는 파라미터들 중, 물의 흐름과 관련된 파라미터는 11종류의 토양에 대하여 UNSODA 데이터베이스로부터 얻어진 것 들이며, 바이러스와 관련된 파라미터 값들은 다섯 종류의 바이러스에 대하여 문헌조사를 통해 정리된 것이다. 모델은 목표로 하는 바이러스 저감 역치값과 특정 조건에서 몬테카를로 모사를 통해 얻어진 토양의 바이러스 저감인자를 비교하여, 목표로 하는 바이러스 저감 역치값에 도달하지 못하는 확률을 결정한다. 그리고, 몬테카를로 모사횟수와 목표 역치값에 도달하지 못한 횟수를 결과물로 제시한다. 11개의 USDA 토양을 대상으로 바이러스 저감을 평가한 결과, 양질사토와 모래의 바이러스 저감능이 점토나 미사 계열의 토양에 비하여 상당히 떨어지는 것으로 평가되었다. 5종의 바이러스를 대상으로 저감을 비교한 결과, 바이러스 간에 저감 정도에 차이가 있는 것으로 나타났으며, 그 중 폴리오바이러스의 저감 정도가 가장 큰 것으로 분석되었다. 그리고, 토양 함수량이 증가함에 따라 토양의 바이러스 저감능이 급격하게 감소하였으며, 토양의 깊이가 증가함에 따라 바이러스 저감능이 비선형적으로 증가하였다. 본 연구에 의하면, VIRULO 모델은 지중환경에서의 바이러스 위해성 평가에 사용될 수 있는 유용한 스크리닝 도구로 판단된다. The objective of this study was to analyze VIRULO model, a probabilistic quantitative model, which had been developed by US Environmental Protection Agency. The model could assess the viral attenuation capacity of soil as hydrogeologic barrier using Monte Carlo simulation. The governing equations used in the model were composed of unsaturated flow equations and viral transport equations. Among the model parameters, those related to water flow for 11 soil types were from UNDODA data, and those related to 5 virus species were from the literatures. The model compared the attenuation factor with threshold of attenuation to determine the probability of failure and presented the exceedances and Monte Carlo runs as output. The analysis indicated that among 11 USDA soil types, the viral attenuation capacity of loamy sand and sand were far lower than those of clay and silt soils. Also, there were differences in the attenuation in soil among 5 viruses with poliovirus showing the highest attenuation. The viral attenuation capacity of soil decreased sharply with increasing soil water content and increased nonlinearly with increasing soil barrier length. This study indicates that VIRULO model could be considered as a useful screening tool for viral risk assessment in subsurface environment.

고온 처리된 활성알루미나를 이용한 불소 제거

박성직(Seong Jik Park),김재현(Jae Hyeon Kim),이창구(Chang Gu Lee),박정안(Jeong Ann Park),최낙철(Nag Choul Choi),김성배(Song Bae Kim) 大韓環境工學會 2010 대한환경공학회지 Vol.32 No.10

본 연구에서는 열처리한 활성알루미나의 불소흡착특성을 분석하였다. 이를 위하여 평형 및 동적 흡착실험을 수행하였고, 용액 pH의 영향과 음이온의 존재에 따른 흡착 특성을 살펴보았다. 또한, 열처리한 활성알루미나의 여재특성을 분석하기 위하여, 전계방출주사현미경(field-emission scanning electron microscope), energy-dispersive spectrometry, X선 회절(X-ray Diffractometer, XRD)분석, 그리고 Brunauer-Emmett-Teller (BET) 비표면적 분석을 수행하였다. 다양한 온도(100, 300, 500, 700℃)에서 열처리한 활성알루미나의 흡착능을 비교한 결과, 높은 불소 농도(50, 100, 200 mg/L)에서 열처리 온도가 높아짐에 따라서 활성알루미나의 흡착량이 증가하는 것으로 나타났다. 특히, 불소 초기농도 200 mg/L에서는 700℃에서 고온처리한 활성알루미나(AA700)의 흡착량이 열처리하지 않은 활성알루미나(UAA)보다 3.67배 큰 것으로 나타났다. AA700과 UAA의 BET분석결과, UAA의 단위질량당 비표면적이 AA700의 비표면적보다 약 2배 큼을 알 수 있었다. XRD 분석결과에 의하면, AA700의 결정구조는 Al₂O₃인 반면, UAA는 boehmite (AlOOH)와 bayerite (Al(OH)3)가 혼합된 형태로 구성되어 있었다. 열처리에 의하여 비표면적이 감소하였음에도 불구하고, AA700의 불소 흡착능이 UAA에 비하여 증가한 이유는 결정구조의 변화 때문으로 판단된다. AA700의 동역학적 흡착실험결과, 불소의 흡착은 24 h 경과 후에 평형에 도달하였다. 또한, 평형 흡착실험결과에 의하면, 여재 당 불소의 최대 흡착량은 5.70 mg/g으로 나타났다. 용액 pH의 영향을 분석한 결과, pH 7에서 불소 흡착이 가장 높았으며, 산성과 알칼리성에서는 불소 흡착이 감소하는 것으로 나타났다. 음이온의 영향을 분석한 결과, 인산염, 질산염, 중탄산염은 불소 흡착을 감소시키는 것으로 나타났다. 본 연구에 의하면, 상용화된 활성알루미나를 이용하여 불소를 제거할 경우, 고온처리를 통하여 활성알루미나의 흡착능을 증가시킬 수 있을 것으로 판단된다. In this study, sorption characteristics of thermally treated activated alumina (AA) for fluoride were investigated. Sorption experiments have been conducted in equilibrium and kinetic batch conditions. Also, effects of solution pH and anions on fluoride removal have been observed. The properties of thermally treated (700℃) activated alumina (AA700) and untreated activated alumina (UAA) were compared using field-emission scanning electron microscope, energy-dispersive spectrometry, X-ray diffractometer (XRD) analysis, and Brunauer-Emmett-Teller (BET) analysis. From the experiments using AA thermally treated at different temperatures (100, 300, 500, 700℃), it was found that at high fluoride concentrations (50, 100, 200 mg/L) the sorption capacity of thermally treated AA increased with increasing thermal treatment temperature. At an initial fluoride concentration of 200 mg/L, the sorption capacity of AA700 was 3.67 times greater than that of UAA. The BET analysis showed that the specific surface area of UAA was about 2 times larger than that of AA700. The XRD analysis indicated that UAA was composed of both boehmite (AlOOH) and bayerite (Al(OH)3) while AA700 was Al₂O₃. The reason that fluoride sorption capacity of AA700 increased despite of decrease in specific surface area compared to UAA could be attributed to the change of crystal structure. The kinetic sorption test showed that fluoride sorption to AA700 arrived at equilibrium after 24 h. The equilibrium test demonstrated that the maximum sorption capacity of AA700 was 5.70 mg/g. Additional batch experiments indicated that fluoride sorption to AA700 was the highest at pH 7, decreasing at both acidic and basic solution pHs. Also, fluoride sorption to AA700 decreased in the presence of anions such as phosphate, nitrate, and carbonate. This study demonstrated that thermal treatment of AA at high temperature could increase its sorption capacity for fluoride.