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제출문

보고서 초록

요약문

목차

제1장 서론 20

가. 연구개발의 중요성 및 필요성 20

나. 연구개발의 국내외 현황 25

(1) 세계적 수준 25

(2) 국내수준 25

(3) 국내·외의 연구현황 26

다. 연구개발대상 기술의 차별성 29

제2장 연구개발의 목표 및 내용 32

가. 연구의 최종목표 32

나. 연도별 연구개발의 목표 및 평가방법 34

다. 연도별 추진체계 35

제3장 연구개발 결과 및 활용계획 36

가. 연구개발 결과 및 토의 36

제1절 자성나노입자 합성 및 이를 이용한 녹조제거 36

제2절 본 연구에서 제조된 마그네타이트를 이용한 녹조제거 56

제3절 자성나노입자의 표면개질화 및 특성 60

제4절 자성복합체를 이용한 수중의 황토수의 부유물질 고속제거 75

제5절 자성복합체를 이용한 실험조건에 따른 수중의 녹조 고속제거 99

제6절 정지실험에 의한 키토산(chitosan) 표면개질제 활용에 관한 연구 177

제7절 연속녹조제거 시스템(2차년도 시스템) 설계, 제작 및 가동 194

제8절 연속녹조제거 시스템을 이용한 부유물질 및 녹조수 처리에 관한 연구 207

제9절 처리수의 어독성 실험 223

제10절 3차년도 연속시스템에 의한 녹조제거에 관한 연구(시스템 설계, 제작 포함) 226

제11절 보완된 자력분리기(magnetic separator)의 연속시스템에 의한 녹조제거(1) 255

제12절 보완된 자력분리기(magnetic separator)의 연속시스템을 이용한 녹조제거(2) 266

제13절 보완된 자력분리기(magnetic separator)의 연속시스템을 이용한 녹조분리(액비화) 277

나. 연구개발 결과 요약 294

다. 연도별 연구개발목표의 달성도 298

라. 연도별 연구성과(논문·특허 등) 299

마. 관련분야의 기술발전 기여도 300

바. 연구개발 결과의 활용계획 301

제4장 참고문헌 304

부록 316

분석방법 318

제1항 수소이온농도(pH) 318

제2항 부유물질(SS: Suspended solid) 320

제3항 클로로필-a(클로로필 a(ChlorophyII-a)) 322

제4항 총질소(Total nitrogen) 323

제5항 총인(Total phosphorous) 328

【표 1】 현재 국내에 개발되어있는 녹조 처리방법 27

【표 2】 해외 연구현황 29

【표 3】 녹조를 수면위로 고·액 분리방법 29

【표 4】 자성복합체의 수율(Yield %) 41

【표 5】 유·무기 개질제를 이용한 자성복합체 제조 60

【표 6】 개질제에 따른 분석항목 61

【표 7】 EA results of magnetic powder modified with polymer 73

【표 8】 NdFeB 자석의 물리적 성질 79

【표 9】 pH변화에 따른 분석결과 84

【표 10】 자성복합체 첨가량에 따른 분석결과 88

【표 11】 무기양전하 물질 첨가량에 따른 분석결과 89

【표 12】 유기양전하 물질 첨가량에 따른 분석결과 91

【표 13】 황토첨가량에 따른 분석결과 93

【표 14】 양전하 물질 첨가량에 따른 탁도 분석결과 96

【표 15】 녹조배지에 첨가되는 시료 101

【표 16】 개질화량 변화에 따른 양전하 물질 및 자성복합체의 함량변화 128

【표 17】 자성복합체의 첨가량 144

【표 18】 녹조원수 첨가량과 물 첨가량 162

【표 19】 수중의 pH 변화에 따른 수처리 결과 179

【표 20】 pH변화에 따른 수처리 결과 183

【표 21】 키토산의 농도 변화에 따른 탁도 분석결과 185

【표 22】 녹조수의 마그네타이트 농도변화에 따른 탁도 분석결과 188

【표 23】 반응시간에 따른 pH 변화와 탁도분석결과 191

【표 24】 키토산 농도 5ppm의 자성복합체 슬러리 제조 방법 197

【표 25】 키토산 농도 10ppm의 자성복합체 슬러리 제조 방법 197

【표 26】 키토산 농도 15ppm의 자성복합체 슬러리 제조 방법 197

【표 27】 키토산 농도 20ppm의 자성복합체 슬러리 제조 방법 198

【표 28】 키토산 농도 30ppm의 자성복합체 슬러리 제조 방법 198

【표 29】 키토산 농도에 따른 녹조 처리수 분석결과 202

【표 30】 연속시스템 반응을 위한 슬러리 제조방법 208

【표 31】 pH 변화에 따른 녹조 및 부유물질 처리수 분석결과 210

【표 32】 연속시스템의 반응기로 유입되는 슬러리량 변화에 따른 키토산과 마그네타이트의 농도 213

【표 33】 슬러리 유입량에 따른 녹조처리수의 분석결과 214

【표 34】 녹조수 유입량에 따른 슬러리 공급량 217

【표 35】 녹조수 유입량과 슬러리 공급량에 따른 처리수의 분석결과 219

【표 36】 Allen's media에 따른 녹조배지를 위한 시료의 함량 227

【표 37】 녹조연속제거시스템의 슬러리 공급량 234

【표 38】 녹조수 pH 변화에 따른 처리수의 분석결과 235

【표 39】 수중의 마그네타이트 농도가 0.05 %용 슬러리 236

【표 40】 수중의 마그네타이트 농도가 0.075 %용 슬러리 237

【표 41】 수중의 마그네타이트 농도가 0.10 %용 슬러리 237

【표 42】 수중의 마그네타이트 농도가 0.25 %용 슬러리 237

【표 43】 수중의 마그네타이트 농도가 0.50 %용 슬러리 237

【표 44】 수중의 마그네타이트 농도가 0.75 %용 슬러리 238

【표 45】 마그네타이트 농도 변화에 따른 녹조처리수의 분석결과 239

【표 46】 수중의 마그네타이트 농도가 0.005 %용 슬러리 241

【표 47】 수중의 마그네타이트 농도가 0.01 %용 슬러리 241

【표 48】 수중의 마그네타이트 농도가 0.020 %용 슬러리 241

【표 49】 수중의 마그네타이트 농도가 0.025 %용 슬러리 242

【표 50】 수중의 마그네타이트 농도가 0.050 %용 슬러리 242

【표 51】 수중의 마그네타이트 농도가 0.10 %용 슬러리 242

【표 52】 마그네타이트 농도 변화에 따른 녹조처리수의 분석결과 244

【표 53】 키토산 양전하물질이 포함된 슬러리(slurry) 제조방법 247

【표 54】 Alum의 양전하물질이 포함된 슬러리(slurry) 제조방법 247

【표 55】 PAC의 양전하물질이 포함된 슬러리(slurry) 제조방법 247

【표 56】 Ferric sulfate의 양전하물질이 포함된 슬러리(slurry) 제조방법 248

【표 57】 양전하물질 종류에 따른 녹조처리수의 분석결과 249

【표 58】 슬러리 제조에 첨가되는 함량 252

【표 59】 녹조수 유입량에 따른 슬러리 공급량 252

【표 60】 녹조수 유입량에 따른 녹조처리수의 분석결과 253

【표 61】 수중의 마그네타이트 농도가 0.005 %용 슬러리 260

【표 62】 수중의 마그네타이트 농도가 0.05%용 슬러리 260

【표 63】 수중의 마그네타이트 농도가 0.10 %용 슬러리 261

【표 64】 마그네타이트 농도변화 및 고분자양전하 물질 첨가에 따른 녹조처리수 분석결과 263

【표 65】 수중의 마그네타이트 농도가 0 %용 슬러리 269

【표 66】 수중의 마그네타이트 농도가 0.0005 %용 슬러리 269

【표 67】 수중의 마그네타이트 농도가 0.001 %용 슬러리 269

【표 68】 수중의 마그네타이트 농도가 0.0025 %용 슬러리 270

【표 69】 수중의 마그네타이트 농도가 0.005 %용 슬러리 270

【표 70】 수중의 마그네타이트 농도가 0.075 %용 슬러리 270

【표 71】 마그네타이트 농도변화와 고분자양전하 물질 첨가에 따른 녹조처리수 분석결과 272

【표 72】 시료에 따른 전위차 분석결과 275

【표 73】 배양액 조성시에 소요되는 비료염의 종류와 양 278

【표 74】 실험용 작물들의 Labeling 방법 279

【표 75】 액비 투여 후 경과시간에 따른 고추 작물의 성장 길이 284

【표 76】 액비 투여 후 경과시간에 따른 토마토 작물의 성장 길이 285

【표 77】 고추의 주간 성장 속도 287

【표 78】 토마토의 주간 성장 속도 288

【표 79】 고추의 성장률 289

【표 80】 토마토의 성장률 290

【표 81】 기준시료(Blank)와 비교한 최종 증식률 291

【표 82】 세계 각국의 처리 현황 300

【표 83】 현재 개발되어 있는 방법의 문제점 301

【그림 1】 전위차법에 의한 메카니즘 30

【그림 2】 수열합성법에 의한 마그네타이트 합성과정 42

【그림 3】 수열합성법으로 합성 된 마그네타이트의 X-선 회절 패턴 43

【그림 4】 수열합성법으로 합성된 마그네타이트의 SEM 이미지 44

【그림 5】 수열합성법으로 합성된 마그네타이트의 자화이력곡선 44

【그림 6】 공침법에 의한 마그네타이트 합성과정 46

【그림 7】 공침법으로 합성된 마그네타이트의 X-선 회절 패턴 48

【그림 8】 공침법으로 합성 된 마그네타이트의 M-H 곡선 49

【그림 9】 공침법으로 합성 된 마그네타이트의 ZFC 결과 49

【그림 10】 분산제를 첨가한 공침법에 의한 마그네타이트 합성과정 51

【그림 11】 분산제를 첨가한 공침법에 의한 마그네타이트의 X-선 회절 패턴 52

【그림 12】 분산제를 첨가한 공침법으로 합성 된 마그네타이트의 M-H 곡선 53

【그림 13】 분산제를 첨가한 공침법으로 합성 된 마그네타이트의 ZFC 결과 54

【그림 14】 공침법으로 합성된 마그네타이트를 이용한 녹조 제거 실험 육안 관찰 56

【그림 15】 공침법으로 합성된 마그네타이트를 이용한 녹조제거 재현성 실험 결과 (10 ppm) 57

【그림 16】 분산제를 첨가하지 않은 마그네타이트와 분산제를 첨가한 마그네타이트를 사용한 녹조 제거 육안관찰 결과 58

【그림 17】 마그네타이트(magnetite)와 페라이트(ferrite)의 전자현미경 사진 78

【그림 18】 pH 변화에 따른 탁도 및 침강소요시간 변화 85

【그림 19】 자성복합체의 첨가량에 따른 탁도변화 88

【그림 20】 무기양전하 물질 첨가량에 따른 탁도 변화 90

【그림 21】 고분자 양전하 물질 첨가량에 따른 탁도변화 92

【그림 22】 황토 첨가량에 따른 탁도 변화 94

【그림 23】 황토 첨가량에 따른 플록(floc)수거 후 침전된 플록(floc) 높이 94

【그림 24】 양전하 물질 첨가량에 따른 탁도변화 96

【그림 25】 pH변화에 따른 탁도분석결과 115

【그림 26】 pH변화에 따른 클로로필-a 분석결과 116

【그림 27】 pH변화에 따른 부유물질 분석결과 117

【그림 28】 pH변화에 따른 화학적 산소요구량 분석결과 118

【그림 29】 pH변화에 따른 총질소의 분석결과 119

【그림 30】 pH변화에 따른 총인의 분석결과 120

【그림 31】 pH변화에 따른 자성복합체 회수율 121

【그림 32】 pH 변화에 따른 녹조수 처리 후 pH변화 122

【그림 33】 양전하 물질 비율에 따른 탁도 분석결과 133

【그림 34】 양전하 물질 비율에 따른 클로로필 a 분석결과 134

【그림 35】 양전하 물질 비율에 따른 총질소 분석결과 135

【그림 36】 양전하 물질 비율에 따른 총인 분석결과 136

【그림 37】 양전하 물질 비율에 따른 화학적 산소요구량 분석결과 137

【그림 38】 양전하 물질 비율에 따른 부유물질 분석결과 138

【그림 39】 양전하 물질 비율에 따른 자성복합체 회수율 분석결과 139

【그림 40】 양전하 물질 비율에 따른 녹조처리수의 pH변화 140

【그림 41】 자성복합체 첨가량에 따른 탁도 분석결과 149

【그림 42】 자성복합체 첨가량에 따른 클로로필 a 분석결과 150

【그림 43】 자성복합체 첨가량에 따른 총질소 분석결과 151

【그림 44】 자성복합체 첨가량에 따른 총인 분석결과 152

【그림 45】 자성복합체 첨가량에 따른 화학적 산소요구량 분석결과 153

【그림 46】 자성복합체 첨가량에 따른 부유물질 분석결과 154

【그림 47】 자성복합체 첨가량에 따른 자성복합체 회수율 분석결과 155

【그림 48】 자성복합체 첨가량에 따라 반응 후 pH의 변화 156

【그림 49】 녹조수 희석비율에 따른 탁도 분석결과 166

【그림 50】 녹조수 희석비율에 따른 클로로필-a 분석결과 167

【그림 51】 녹조수 희석비율에 따른 총질소 분석결과 168

【그림 52】 녹조수 희석비율에 따른 총인의 분석결과 169

【그림 53】 녹조수 희석비율에 따른 화학적 산소요구량 분석결과 170

【그림 54】 녹조수 희석비율에 따른 부유물질 분석결과 171

【그림 55】 녹조수 희석비율에 따른 자성복합체의 회수율 172

【그림 56】 녹조수 희석비율에 따라 처리수의 pH변화 173

【그림 57】 pH변화에 따른 처리수의 pH분석결과 180

【그림 58】 pH변화에 따른 탁도 분석결과 180

【그림 59】 pH 변화에 따른 클로로필 a 분석결과 181

【그림 60】 pH 변화에 따른 부유물질 분석결과 181

【그림 61】 pH 변화에 따른 수처리 분석결과 184

【그림 62】 키토산의 농도에 따른 pH 분석결과 186

【그림 63】 키토산의 농도에 따른 탁도 분석결과 186

【그림 64】 마그네타이트 농도변화에 따른 pH 분석결과 189

【그림 65】 마그네타이트 농도변화에 따른 탁도 분석결과 189

【그림 66】 반응시간에 따른 pH 분석결과 192

【그림 67】 반응시간에 따른 탁도 분석결과 192

【그림 68】 2차년도 녹조 연속제거 시스템 설계도 195

【그림 69】 2차년도 녹조 연속제거 시스템 195

【그림 70】 2차년도 Roll type의 자력분리기(magnetic separator) 196

【그림 71】 한국화학연구원에서 배양된 녹조수 원액 199

【그림 72】 한국화학연구원 연못수 199

【그림 73】 연못수와 녹조수 원액을 혼합한 혼합수 199

【그림 74】 키토산 농도에 따른 녹조 처리수의 탁도 분석결과 203

【그림 75】 키토산 농도에 따른 녹조 처리수의 클로로필 a 분석결과 203

【그림 76】 키토산 농도에 따른 녹조 처리수의 부유물질 분석결과 204

【그림 77】 키토산 농도에 따른 녹조 처리수의 화학적 산소요구량 분석결과 204

【그림 78】 키토산 농도에 따른 녹조 처리수의 총질소 분석결과 205

【그림 79】 키토산 농도에 따른 녹조 처리수의 총인 분석결과 205

【그림 80】 pH 변화에 따른 녹조처리수 육안관찰 210

【그림 81】 pH 변화에 따른 녹조 처리수의 탁도 분석결과 211

【그림 82】 pH 변화에 따른 녹조 처리수의 클로로필 a 분석결과 211

【그림 83】 pH 변화에 따른 녹조 처리수의 부유물질 분석결과 212

【그림 84】 pH 변화에 따른 녹조 처리수의 분석결과 212

【그림 85】 슬러리의 유입량에 따른 녹조처리수 육안관찰 결과 214

【그림 86】 슬러리 유입량에 따른 녹조처리수의 탁도 분석결과 215

【그림 87】 슬러리 유입량에 따른 녹조처리수의 클로로필 a 분석결과 215

【그림 88】 슬러리 유입량에 따른 녹조처리수의 부유물질 분석결과 216

【그림 89】 슬러리 유입량에 따른 녹조처리수의 분석결과 216

【그림 90】 녹조수 유입량과 슬러리 공급량에 따른 처리수의 육안관찰 결과 218

【그림 91】 녹조수 유입량에 따른 처리수의 탁도 분석결과 220

【그림 92】 녹조수 유입량에 따른 처리수의 클로로필 a 분석결과 220

【그림 93】 녹조수 유입량에 따른 처리수의 부유물질 분석결과 221

【그림 94】 녹조수 유입량에 따른 처리수의 분석결과 221

【그림 95】 처리수의 어독성 실험결과(14일간) 224

【그림 96】 충북 옥천군 회남면 어부동 선착장의 대청댐 상류의 녹조수를 채취 227

【그림 97】 Allen's media 방법에 따라 제조된 녹조원액 228

【그림 98】 대청댐 상수원 녹조수의 수질 상태 228

【그림 99】 제조된 Microcystis의 사진 228

【그림 100】 녹조연속제거 시스템 사진(1) 230

【그림 101】 녹조연속제거 시스템 사진(2) 230

【그림 102】 녹조연속제거시스템의 전체 설계도 232

【그림 103】 녹조연속제거시스템의 자력분리기 설계도 233

【그림 104】 녹조수의 pH 변화에 따른 처리수의 육안관찰 결과 234

【그림 105】 녹조수 pH 변화에 따른 처리수의 분석결과 235

【그림 106】 마그네타이트 농도 변화에 따른 육안관찰결과 238

【그림 107】 마그네타이트 농도 변화에 따른 녹조처리수의 육안관찰결과 243

【그림 108】 마그네타이트 농도 변화에 따른 녹조처리수의 분석결과 245

【그림 109】 마그네타이트 농도별 고분자양전하 물질 첨가에 따른 녹조처리수의 분석결과 245

【그림 110】 양전하물질 종류에 따른 녹조처리수의 육안관찰 결과 248

【그림 111】 양전하물질 종류에 따른 녹조처리수의 분석결과 250

【그림 112】 양전하물질 종류변화와 고분자응집체 첨가에 따른 녹조처리수의 분석결과 250

【그림 113】 녹조수 유입량에 따른 녹조처리수의 육안관찰 결과 252

【그림 114】 녹조수 유입량에 따른 녹조처리수의 분석결과 253

【그림 115】 보완된 녹조연속제거시스템 전체 설계도 257

【그림 116】 보완된 녹조연속제거시스템의 자력분리기 설계도 258

【그림 117】 보완된 녹조연속제거시스템의 자력분리기 사진 259

【그림 118】 마그네타이트 농도변화에 따른 녹조처리수의 육안관찰 결과 261

【그림 119】 마그네타이트 농도변화와 고분자양전하 물질첨가에 따른 육안관찰 결과 262

【그림 120】 마그네타이트 농도변화에 따른 녹조처리수의 분석결과 264

【그림 121】 마그네타이트 농도변화와 고분자양전하 물질 첨가에 따른 녹조처리수의 분석결과 264

【그림 122】 보완된 자력분리기 사진 267

【그림 123】 마그네타이트 농도 변화에 따른 녹조처리수의 육안관찰 결과 271

【그림 124】 마그네타이트 농도 변화와 고분자양전하 물질 첨가에 따른 녹조처리수의 육안관찰 결과 271

【그림 125】 마그네타이트 농도변화에 따른 녹조처리수의 분석결과 273

【그림 126】 마그네타이트 농도변화와 고분자양전하 물질 첨가에 따른 녹조처리수의 분석결과 274

【그림 127】 고·액분리된 녹조를 이용하여 제조된 액비시료 277

【그림 128】 제조된 각각의 액비 시료 280

【그림 129】 고추 및 토마토 배치 280

【그림 130】 액비투여 후 1주 경과 281

【그림 131】 액비투여 후 2주 경과 281

【그림 132】 액비투여 후 3주 경과 282

【그림 133】 액비투여 후 4주 경과 282

【그림 134】 액비투여 후 5주 경과 283

【그림 135】 액비투여 후 6주 경과 283

【그림 136】 시간경과에 따른 고추작물 성장 길이 변화 284

【그림 137】 시간경과에 따른 토마토작물 성장 길이 변화 286

【그림 138】 고추작물의 주간 성장속도 287

【그림 139】 토마토 작물의 주간 성장속도 288

【그림 140】 고추 작물의 성장률 290

【그림 141】 토마토 작물의 성장률 291

【그림 142】 고추 작물의 최종 성장길이 및 증식률 292

【그림 143】 토마토 작물의 최종 성장길이 및 증식률 292

【사진 1】 자성복합체를 0.2 wt% 첨가 후 shaking 후 사진 87

【사진 2】 0.3 %의 황토수에 유·양전하 물질과 자성분말을 투입한 다음 진탕시키고, 외부자력에 의해 명확히 고·액분리된 사진 87

【사진 3】 Allen's media의 방법의해 제조된 녹조원액 100

【사진 4】 제조된 마이크로시스티스(Microcystis)의 형상 100

【사진 5】 pH 변화에 따른 처리수 육안관찰사진 182

【사진 6】 제조된 슬러리를 연속시스템으로 유입시키기 위한 정량펌프 208

I. 연구개발 과제명

자성 나노복합체를 이용한 녹조와 부유물질 고속처리 기술개발

II. 연구개발의 필요성

물은 인간의 삶에 있어 근원적이고 필수적인 요소로서, 인간의 생명과 생태계 유지는 물론 식수공급 및 도시개발, 농업, 기후변화 등과 같은 많은 영역에 막대한 영향을 미친다. 그러나 인구가 증가하고, 산업이 발달함에 따라 점점 더 많은 물이 요구되고 있으며, 현재 가용 가능한 물의 양은 점점 줄어들고 있는 현실이다.

한편 국내에서는 지방자치제 실시 이후 지역의 주민 간, 지방자치 단체 간 물 분쟁이 우려수준에 이를 것으로 예상되고 있으며, 보다 깨끗하고 안정적인 수자원 확보를 위한 종합적이고, 체계적인 수질 및 수자원 관리 방안 수립이 장기적인 측면에서 요구되고 있다. 이에 따라 본 연구를 통하여 자성을 띠고 있는 자성복합체와 전위차방법에 의해 양전하를 제공할 수 있는 물질을 수중에 포함시키고, 수중에 오염된 음전하를 제공하는 부유물질 및 녹조제거의 최적반응조건 확립 및 녹조제거 시스템 개발을 위한 최상의 조건을 확립하고자 한다.

III. 연구개발의 결과

주관연구기관인 한국화학연구원은 본 과제를 수행하기 앞서서 수중에 포함된 녹조 및 부유물질을 수면으로 고속 제거하기 위한 기초 데이터를 확보한 바 있다. 이를 토대로 본 과제성과물은 주관연구기관, 위탁연구기관 및 참여기업과의 상호 연구협력에 의해 얻어졌으며, 그 결과는 다음과 같다.

(1) 자성복합체 제조

(가) 사용된 자성복합체 중 수질환경 및 경제성을 고려할 때 마그네타이트(Fe3O4)가 가장 적합함을 알 수 있었으며, 수열합성법으로 제조된 마그네타이트의 분말시료를 X-선 회절분석기를 통해 분석한 결과 단일상의 마그네타이트가 합성 된 것으로 확인되었다.

(나) 또한 제조된 마그네타이트는 16.5 kOe의 자기장 하에서 포화되는 것으로 나타났고, 잔류자화는 14.2 emu/g이며 보자력은 200.9 Oe이었다.

(다) 공침법으로 합성된 마그네타이트를 사용하여 녹조 제거실험을 수행한 결과, 종래의 화장품용 검정안료로 시판되고 있는 마그네타이트를 이용한 녹조 제거실험에서 최소 50~800 ppm의 마그네타이트를 사용한 반면, 본 연구에서 공침법으로 제조된 마그네타이트를 이용한 실험에서는 10 ppm의 적은 농도로도 녹조 제거가 우수하게 이루어진 것을 확인할 수 있었다.

(2) 자성복합체의 수질환경

수중에 포함된 녹조(algae) 및 부유물질을 수면위로 고속제거 시키기 위하여 마그네타이트의 복합체가 사용된다. 처리공정 중 미량의 마그네타이트가 수중에 유출 될 확률이 있음에 따라 본 연구에서 사용되는 마그네타이트가 수중에 유출될 경우 수질환경에 미치는 영향을 살펴보기 위하여, 본 연구의 녹조 및 부유물질을 제거하기 위한 공정을 동일하게 한 후 외부의 자력으로부터 고·액 분리된 처리수를 이용하여 어독성 실험을 하였다.

어독성 테스트 규정기간인 4일보다 10일 이상 오랜 기간(총 14일) 동안 테스트 한 결과 마그네타이트가 전혀 포함되지 않은 원수(Control)는 물론 본 연구에서 녹조 및 부유물질을 처리한 처리수에서 1마리도 전혀 죽지 않았으며, 외부의 충격을 수족관에 가할 때 매우 민첩하게 행동함을 보여주었다.

이에 따라 본 연구에 사용된 자성복합체의 마그네타이트 분말 및 첨가제인 설팜산(sulfamic acid)에 의한 독성은 전혀 없는 것으로 판단됨에 따라 본 연구에서 마그네타이트(Fe₃O₄)의 자성복합체를 사용할 경우 마그네타이트 및 그 밖의 첨가제에 의한 수질환경은 영향을 받지 않음을 확인할 수 있었다.

(3) 녹조 및 부유물질를 제거하기 위한 최적조건

수중에 포함된 녹조(algae) 및 부유물질을 수면위로 고속제거 시키기 위하여 다음과 같은 결과를 얻었다.

(가) 부유물질 및 녹조를 수면위로 고속제거 시키기 위한 여러 가지의 조건 중 수소이온농도(pH)가 가장 중요한 역할을 하는 것으로 확인되었으며, 수처리 과정의 pH는 6.0~7.5의 영역이 가장 효과적인 것으로 확인되었다.

(나) 부유물질 및 녹조가 포함된 물을 처리하기 위하여 대체적으로 마그네타이트의 함량이 높을수록 부유물질 및 녹조의 제거율이 높았으며, 비중이 큰 부유물질보다는 비중이 낮은 녹조인 경우 마그네타이트의 함량이 적게 포함되어도 제거 가능성이 높았다.

(다) 녹조수 처리과정의 경제성 및 제2차 오염이 없는 최적의 수처리 조건을 확립하기 위하여 양전하물질로 천연고분자인 키토산을 이용하는 경우 가장 바람직하며, 마그네타이트의 농도가 최소한 0.0010 %(10 ppm) 이상이 되어야 효율적으로 수중에 포함된 녹조 및 부유물질을 제거할 수 있음을 확인하였으며, 고분자 양전하 물질인 아크릴아마이드의 함량이 1.0 ppm 이하의 농도로 유지될 때 녹조수 처리 효율이 더욱 극대화될 수 있음을 확인하였다.

(라) 본 연구의 최종목표인 95 %이상의 녹조 제거율을 위한 최적조건 확립 및 녹조제거 시스템설계와 운전을 성공리에 마쳤다.

(4) 녹조 및 부유물질을 제거하기 위한 시스템

본 연구에 의해 수중에 공급된 자성복합체를 수면위로 고·액 분리하기 위하여 고자력을 제공할 수 있는 자력이 필요하다 할 수 있다. 고자력을 제공하기 위하여 전자석 또는 네오듐 자석이 필요하나, 영구자석 및 전자석인 경우 무게가 상당히 무겁고, 제작 비용이 매우 고가라는 단점이라는 문제점이 있으며, 반응조건에 따라 제거율이 저조할 수 있다. 따라서 자성복합체의 명확한 분리와 경제성 문제, 그리고 대량생산 등을 고려하기 위해서는 자력분리기(magnetic separator)의 역할이 매우 중요할 것으로 사료된다.

(5) 녹조의 액비화

본 연구의 메카니즘에 의해 수거된 녹조를 액비로 재활용을 하기 위하여 녹조가 포함된 수용액에 종균제를 첨가하고 bubbling에 의해 녹조수를 발효시킨 후 파종된 고추 및 토마토를 대상 작물로 일정량 공급하고, 시간에 따른 작물의 성장속도 및 품질을 확인한 결과 작물의 종류에 따라 다소 다르지만 17~80% 범위로 성장 및 품질이 향상되었다.