[표지] 1
제출문 2
최종보고서 3
요약문 4
목차 6
1. 연구개발과제의 개요 14
가. 국내 기술의 실시간 생태독성 모니터링 장치 개발의 필요성 14
나. 연구개발 대상 및 기술·제품의 특성 16
(1) 연구개발 대상기술의 개요 16
(2) 연구개발 대상기술의 보완 17
다. 연구개발 대상의 국내·외 현황 20
(1) 국내·외 기술 수준 20
(2) 국내·외 시장 현황 21
(3) 국내·외 특허 현황 23
라. 기술개발의 차별성 26
(1) 선행연구 차별성 및 후속연구의 필요성 26
(2) 기존 기술의 차별성 및 혁신성 26
2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 27
가. 1차년도 27
(1) 생태독성 모니터링 우선 독성물질 검토 27
(2) 조류 생태독성 센서모듈 개발을 위한 시제품 제작 30
나. 2차년도 31
(1) 모니터링 우선 독성물질 선정 및 독성시험 수행 31
(2) TU 및 TI 지표의 상관성 분석 34
(3) 사업장 현장 테스트베드 적용 34
(4) 운전 및 유지관리 매뉴얼 작성 37
3. 연구개발과제의 수행 결과 38
가. 생태독성 모니터링을 위한 우선 독성물질 선정 38
(1) 생태독성 모니터링 우선 독성물질 검토결과 38
(2) 모니터링 우선 독성물질 선정 67
나. 조류 생태독성 센서모듈 개발을 위한 시제품 제작 69
(1) 조류 생태독성 센서모듈 시제품 설계 69
(2) 하드웨어 및 제어프로그램 제작 73
(3) 미세조류 배양장치 추가 제작 76
다. 독성물질에 대한 물벼룩 급성독성시험결과 및 조류 독성시험결과 78
(1) 우선 모니터링 대상 독성물질 5종에 대한 lab-scale 물벼룩 급성독성시험결과 78
(2) 독성물질 5종에 대한 조류생물감시장치 적용성 평가 결과 90
라. TI-TU 상관성 분석 94
(1) 페놀(Phenol)(VOCs류) 94
(2) 구리(중금속류) 96
(3) 크롬(중금속류) 98
(4) Butachlor(농약류) 100
(5) Diuron(농약류) 102
마. 사업장 현장 테스트베드 적용 104
(1) 현장 테스트베드 선정에 따른 방류수 TI 분석 결과 104
(2) 현장시료 TU-TI 측정 113
(3) 추가 실험 114
4. 연구개발과제의 목표 달성 정도 118
가. 세부 정량적 연구개발 성과 118
나. 연구목표 및 달성도 평가 119
5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 123
가. 연구개발결과의 활용방안 123
나. 기대효과 123
6. 참고문헌 124
7. 부록 125
가. 부록1) SK하이닉스 방류수의 TI측정결과 125
나. 부록2) 공공하수처리시설 방류수 TI측정결과 185
다. 장치 매뉴얼 256
(1) 미세조류 생물감시장치 매뉴얼 256
(2) 미세조류 배양장치 매뉴얼 272
[뒷표지] 280
표 1. 엽록소 형광 파라미터 관련 용어 해설 19
표 2. 국내·외 수질 독성 모니터링 장치의 예 21
표 3. 국내 생태독성 감시장치 관련 특허 현황 24
표 4. The composition of Bold's basel medium 33
표 5. 테스트베드 후보지 시설 정보 35
표 6. 채수된 현장시료의 사업장 개요 36
표 7. 2016년 화학물질 배출량 물질별 합산 결과 38
표 8. 2016년 화학물질 배출량 중 위탁처리 물질별 합산 결과 39
표 9. 화학물질 유통량 조사를 위한 업종분류 기준 43
표 10. 업종별 화학물질 배출량(2016 기준) 45
표 11. 업종별 화학물질 위탁처리량(2016년 기준) 49
표 12. 한강수계의 중금속, 휘발성유기화합물 및 유기물질 검출 빈도(2016~2019) 62
표 13. 낙동강수계의 중금속, 휘발성유기화합물 및 유기물질 검출 빈도(2016~2019) 63
표 14. 영산강수계의 중금속, 휘발성유기화합물 검출 빈도(2016~2019) 64
표 15. 금강수계의 중금속, 휘발성유기화합물 검출 빈도(2016~2019) 64
표 16. 4대강 수계의 농약 잔류물 검출에 관한 문헌조사결과(1996~2014) 65
표 17. 모니터링 우선 독성물질 선정 67
표 18. 기 개발장치 및 시제품 규격 비교 71
표 19. 페놀(Phenol)에 대한 농도별 물벼룩 급성독성시험 결과 79
표 20. 구리에 대한 농도별 물벼룩 급성독성시험 결과 82
표 21. 크롬에 대한 농도별 물벼룩 급성독성시험 결과 84
표 22. Butachlor에 대한 농도별 물벼룩 급성독성시험 결과 87
표 23. Diuron에 대한 농도별 물벼룩 급성독성시험 결과 89
표 24. 페놀(Phenol)의 TI-TU 생물별 측정결과 94
표 25. 구리(Copper, Cu)의 TI-TU 생물별 측정결과 96
표 26. 크롬(Chromium, Cr)의 생물별 TI-TU 측정결과 98
표 27. Butachlor의 생물별 TI-TU 측정결과 100
표 28. Diuron의 생물별 TI-TU 측정결과 102
표 29. SK하이닉스 방류수 TI 측정 결과(일평균) 105
표 30. 파주금촌하수처리시설 수질결과(2019년~2020년) 108
표 31. 파주금촌하수처리시설 수질결과(2021년)(COD→ TOC 전환) 109
표 32. 파주금촌하수처리시설 방류수의 TI 측정결과(일 평균) 111
표 33. 현장시료 TU-TI 측정결과 113
표 34. SPIKE TEST 측정 결과 114
표 35. Color에 따른 광합성 능력 측정 저해율 115
표 36. 연구목표 및 달성도 평가 119
〈그림 1〉 국내 생태독성 관리제도 추진경과 14
〈그림 2〉 연구개발 대상기술 16
〈그림 3〉 모듈 내 세부장치의 운영 및 전 자동화 제어방식 18
〈그림 4〉 Kausky effect에 의한 엽록소 형광 유도 곡선 18
〈그림 5〉 20분 암적응 후 엽록소 형광의 변화 19
〈그림 6〉 연차별 연구내용 27
〈그림 7〉 화학물질안전원의 화학물질 통계·배출량 자료검색 화면 28
〈그림 8〉 물환경정보시스템의 수질측정망 자료검색 화면 29
〈그림 9〉 급성독성 시험 후 물벼룩 32
〈그림 10〉 물벼룩 급성독성시험방법 32
〈그림 11〉 테스트베드 후보지 위성지도(산양 하수처리시설, 판교 수질복원센터, 금촌하수처리시설) 35
〈그림 12〉 모니터링 우선 독성물질 선정 절차 67
〈그림 13〉 조류를 이용한 생태독성 센서 모듈 개발 69
〈그림 14〉 기 개발장치 외형설계도 및 side section 설계도 70
〈그림 15〉 시제품 외형 설계도 및 side section 설계도 71
〈그림 16〉 기 개발장치 내부 설계도 및 주요 부품 배치 72
〈그림 17〉 시제품 내부 설계도 및 주요 부품 배치 73
〈그림 18〉 스텝 모터 드라이버 다이아그램(diagram) 74
〈그림 19〉 스텝모터 드라이버 작동 테스트 74
〈그림 20〉 스텝모터 제어 프로그램 75
〈그림 21〉 PLC 기반 제어프로그램 75
〈그림 22〉 PLC 스텝모터 결선 및 구동 테스트 76
〈그림 23〉 추가 제작한 미세조류 배양장치 76
〈그림 24〉 물벼룩 표준독성시험의 결과 판독 방법 78
〈그림 25〉 물벼룩 표준독성물질 분석결과(2020년 5월~2021년 4월) 78
〈그림 26〉 페놀(Phenol)에 대한 물벼룩 급성독성시험 결과 81
〈그림 27〉 구리에 대한 물벼룩 급성독성시험 결과 84
〈그림 28〉 크롬에 대한 물벼룩 급성독성시험 결과 86
〈그림 29〉 Butachlor에 대한 물벼룩 급성독성시험 결과 88
〈그림 30〉 Diuron에 대한 물벼룩 급성독성시험 결과 90
〈그림 31〉 페놀(Phenol) 농도에 따른 저해도 91
〈그림 32〉 구리(Copper, Cu) 농도에 따른 저해도 91
〈그림 33〉 크롬(Chromium, Cr) 농도에 따른 저해도 92
〈그림 34〉 Butachlor 농도에 따른 저해도 93
〈그림 35〉 Diuron 농도에 따른 저해도 93
〈그림 36〉 페놀(Phenol)의 생물종별 TI-TU 상관관계 95
〈그림 37〉 구리(Copper, Cu)의 생물종별 TI-TU 상관관계 97
〈그림 38〉 크롬(Chrominum, Cr)의 생물종별 TI-TU 상관관계 99
〈그림 39〉 Butachlor의 생물종별 TI-TU 상관관계 101
〈그림 40〉 Diuron의 생물종별 TI-TU 상관관계 103
〈그림 41〉 SK하이닉스 방류수 TI 측정결과(일 평균) 106
〈그림 42〉 SK하이닉스 방류수 TI 측정결과(30분 간격, 1개월 간) 106
〈그림 43〉 경기도 파주시 금촌 하수처리시설 전경 107
〈그림 44〉 최종 방류수 채수 지점 107
〈그림 45〉 파주금촌하수처리시설 방류수의 TI 측정결과(일 평균) 112
〈그림 46〉 파주금촌하수처리시설 방류수의 TI 측정결과(30분 간격, 1개월간) 112
〈그림 47〉 SPIKE TEST 수행사진 115
〈그림 48〉 Color 시험에 사용된 원시료를 10배 및 100배 희석한 시료 116
〈그림 49〉 성능시험 시험성적서 사본(한국산업기술시험원) 117
〈그림 50〉 외부기관 시험성적서(TU 1.1) 117
〈그림 51〉 연구개발 성과_국내 및 국제 학술회의 발표 120
〈그림 52〉 연구개발 성과_지식재산권 120
〈그림 53〉 연구성과_특허평가 보고서 121
〈그림 54〉 연구개발 성과_저작권 121
〈그림 55〉 연구개발 성과_기술 및 제품인증 122
〈그림 56〉 ISO 전면부(좌) ISO 뒷면부(우) 257
〈그림 57〉 상면부 258
〈그림 58〉 전면부 258
〈그림 59〉 좌면부 259
〈그림 60〉 조류생물감시장치 작동 순서 259
〈그림 61〉 프로그램 화면 구성 260
〈그림 62〉 스탭모터 위치제어 화면 260
〈그림 63〉 동작시간, 컴퓨터제어 등 제어 화면 261
〈그림 64〉 수동조작 화면 261
〈그림 65〉 장비 전면부(화살표: 전원) 261
〈그림 66〉 센서 전원장치 262
〈그림 67〉 장치 후면의 PC 전원 262
〈그림 68〉 FlourCam7 실행 아이콘 263
〈그림 69〉 FlourCam7 프로그램 화면 263
〈그림 70〉 FlourCam7 센서의 연결 확인 263
〈그림 71〉 매크로 실행 아이콘 264
〈그림 72〉 [켐토피아 최종버전] 매크로 실행 화면 264
〈그림 73〉 초기 가동시 화면 264
〈그림 74〉 분석횟수 및 총 분석시간 확인 265
〈그림 75〉 장치 초기 셋팅 후 초기화 265
〈그림 76〉 장치 운전조건 설정 265
〈그림 77〉 장치 운전조건 설정 화면 266
〈그림 78〉 실린지 눈금 1mL에 대한 설정값 266
〈그림 79〉 1스텝 반응 동작시간 및 클릭동작시간 267
〈그림 80〉 셀 세척시간 설정 267
〈그림 81〉 캡션 수동작동 268
〈그림 82〉 분석현황 확인 화면 268
〈그림 83〉 자동시작 화면 269
〈그림 84〉 1스텝 반응시간 및 클릭동작시간 269
〈그림 85〉 장치의 일시정지 및 비상정지 기능 269
〈그림 86〉 미세조류 생물감시장치 체크리스트 270
〈그림 87〉 미세조류 생물감시장치 이상 발생 시 조치사항 271
〈그림 88〉 미세조류 배양장치 273
〈그림 89〉 장치 전원 273
〈그림 90〉 배양포트 및 확산판 274
〈그림 91〉 LED 광원 274
〈그림 92〉 LED 정상작동 여부 확인 275
〈그림 93〉 CO₂ 가스 레귤레이터 275
〈그림 94〉 이산화탄소 배관 연결 276
〈그림 95〉 역류방지 밸브 276
〈그림 96〉 역류방지밸브 연결 277
〈그림 97〉 조류 공급용 배관 연결 277
〈그림 98〉 조류시료 공급용 배관 연결 277
〈그림 99〉 교반용 배관 외 장치 설치 278
〈그림 100〉 장치를 이용한 조류 배양 279