[표지] 1
제출문 2
최종보고서 3
요약문 4
목차 6
1. 연구개발과제의 개요 20
가. 연구개발 목표, 내용 및 개념 20
(1) 연구개발의 목표 20
(2) 주요 내용 및 개념 20
나. 연구개발 대상의 국내·외 현황 24
(1) 국내 기술 수준 및 시장 현황 24
(2) 국외 기술 수준 및 시장 현황 30
(3) 기술개발의 차별성 32
2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 41
가. 연구개발의 최종목표 41
(1) 최종목표 41
(2) 상세목표 41
나. 평가의 착안점 및 기준 43
다. 1차 연도 수행 과정 및 수행 내용 44
(1) 물벼룩 센서모듈 시제품 하드웨어 개발 44
(2) 물벼룩 센서모듈 시제품의 소프트웨어 개발 87
(3) 물벼룩 센서모듈 시제품의 행동검출 알고리즘 개발 111
(4) 박테리아 센서모듈 시제품제작 130
라. 2차년도 수행 과정 및 수행 내용 144
(1) 복합 생태독성 모니터링 시스템 시제품 하드웨어 제작 144
(2) 복합 생태독성 모니터링 시스템 시제품 소프트웨어 개발 162
(3) 물벼룩 생태독성 모듈과 TU-TI 상관관계 연구 178
(4) 하·폐수 시료에 대한 물벼룩 센서모듈의 TU - TI 상관관계 테스트 192
(5) 박테리아 생태독성 모듈과 TU-TI 상관관계 연구 199
(6) 박테리아 생태독성 모듈의 현장시료 분석 221
(7) 테스트베드 실시 234
3. 연구개발과제의 수행결과 및 목표 달성 정도 255
4. 목표 미달 시 원인분석 287
5. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도 288
6. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 289
별첨 자료[내용없음] 289
참고문헌 290
부록 293
1. 생태독성 외부 시험 결과서 294
2. 복합생태독성장비 외부 시험성적서 299
3. 정책제안서 및 제출증빙서류 301
4. 복합 생태독성 모니터링 장비 운전 매뉴얼 309
1. 복합생태독성 장치 매뉴얼 소개 314
2. 안전에 관한 사항 314
3. 복합생태독성 장비의 원리 316
4. 복합생태독성 장비의 구성에 관한 사항 321
5. 복합생태독성 장비 설치 329
6. 복합생태독성 장비 측정 332
7. 복합생태독성 프로그램 347
8. 유지관리 373
5. 황산화미생물 배양 및 운전 매뉴얼 380
6. 황산화미생물 장치 운전매뉴얼 391
7. 물벼룩 센서모듈 운전 매뉴얼 394
8. 지표생물관리 매뉴얼 (물벼룩) 427
1. 목적 429
2. 배양 종 특성 및 배양조건 429
3. 분양처 및 분양일자 429
4. 배양관리 430
5. ISO배지 만들기 430
6. 계대 배양 431
7. 배양방법 431
8. 먹이공급 431
9. 기타 일반사항 432
10. 물벼룩 품질관리 (Quality Control, QC) 432
11. 보관기록 432
12. 참고문헌 432
[뒷표지] 439
〈표 1〉 생태독성 관리대상시설 및 기준 25
〈표 2〉 생태독성관리 기준 25
〈표 3〉 TMS 부착 대상 및 부착 기간 26
〈표 4〉 국내의 생물감시장치 개발 현황 29
〈표 5〉 국가별 생태독성 제도 및 생물 종 채택 현황 30
〈표 6〉 주요 국가별 생태독성 관리기준 31
〈표 7〉 해외 업체 및 기관 기술제품 32
〈표 8〉 선행연구와 본 연구의 차이점 요약 36
〈표 9〉 총괄 및 위탁기관의 관련 기술 보유현황 39
〈표 10〉 평가의 착안점 및 기준 43
〈표 11〉 카메라 사양 45
〈표 12〉 카메라 관찰용 파장별 LED 광원의 장점 및 단점 48
〈표 13〉 IR LED 사양 (I) 48
〈표 14〉 IR LED 사양 (II) 49
〈표 15〉 RGB LED 사양 50
〈표 16〉 열전도 소자 규격 61
〈표 17〉 온도 센서 측온 저항표 61
〈표 18〉 모터의 종류별 사양의 장단점 검토 결과 64
〈표 19〉 펌프 및 밸브의 동작순서 74
〈표 20〉 동작 변수 정의 75
〈표 21〉 모드 선택 통신 프로토콜 76
〈표 22〉 온도설정 및 보정 통신 프로토콜 76
〈표 23〉 개별제어 통신 프로토콜 77
〈표 24〉 온도값 요청 및 온도값 데이터 통신 프로토콜 78
〈표 25〉 세팅값 설정 통신 프로토콜 78
〈표 26〉 PCB로부터 정보 통신 프로토콜 79
〈표 27〉 메인 화면에서 나타나는 항목 및 선택 버튼 이름 89
〈표 28〉 하드웨어 테스트 항목 100
〈표 29〉 독성물질 투입 전 후의 속도분포 측정 116
〈표 30〉 독성물질 투입 전 후의 속도분포 측정 118
〈표 31〉 구리, 6가크롬에 대한 EC20, EC50 134
〈표 32〉 흡입펌프를 사용한 배출시험 결과 136
〈표 33〉 연동펌프를 사용한 배출시험 결과 137
〈표 34〉 개선된 프로브를 활용한 EC 측정 장치 성능 시험 결과 139
〈표 35〉 독성 모니터링 장치 부품목록 141
〈표 36〉 모니터 사양 146
〈표 37〉 누전차단기 사양 147
〈표 38〉 DC 팬 148
〈표 39〉 물벼룩 센서모듈 제어용 PC 사양 152
〈표 40〉 구리 시료들에 대한 생태독성 시험 결과 178
〈표 41〉 구리 농도별 TU 및 30, 60, 90분 TI 179
〈표 42〉 30분 측정 시 크롬의 TU-TI 상관관계 185
〈표 43〉 구리 농도에 따른 TU 및 30, 60, 90분 물벼룩 TI 186
〈표 44〉 하 폐수 시료에 대한 TU-TI 상관관계 테스트 (1차) 192
〈표 45〉 TU-DTI 상관관계 테스트 (2차) 197
〈표 46〉 EC50 비교 220
〈표 47〉 각 시료의 pH와 전기전도도 및 시료 유입에 의한 물벼룩 TU와 황산화박테리아 TI 229
〈표 48〉 모반응조 배양액 조성 240
[그림 1] 기관별 주요 연구개발 내용 요약도 20
[그림 2] 연구개발 대상 제품의 개요 21
[그림 3] 통합 생태독성 지표 (TTI) 개념도 21
[그림 4] 기관별 TU-TI 상관관계 도출 분담 22
[그림 5] 생태독성 시험방법 도식 25
[그림 6] TMS 개념도 및 전국의 TMS 운영 현황 26
[그림 7] 4대강 수계별 수질자동측정망 설치현황과 개별측정소 조감도 28
[그림 8] 황산화 미생물 수질 모니터링 장치의 실험실 시운전 33
[그림 9] OO 하수처리장에 설치된 황산화 미생물 기반 수질 모니터링 장치 34
[그림 10] 연구개발 대상 기술 도식 35
[그림 11] 기존 기술과 차별화된 독성지표 (TTI) 산출 개요 37
[그림 12] 통합독성지표와 개별독성지표의 차이점 예시 38
[그림 13] 센서 모듈 케이스 설계 도면 44
[그림 14] 렌즈 규격 및 사양 46
[그림 15] 카메라 하우징 설계 도면 47
[그림 16] RGB LED의 광 특성 그래프 51
[그림 17] PCB에 장착된 IR/RGB LED PCB 사진과 PCB 회로도 52
[그림 18] 주광성 LED PCB 사진 53
[그림 19] 임베디드 컴퓨터 프로세서 사양 53
[그림 20] 임베디드 컴퓨터에 장착되는 그래픽카드 사양 54
[그림 21] 측정 암실의 설계도 및 실제 외형 사진 55
[그림 22] 챔버 인서트 도면 및 실물사진 57
[그림 23] 챔버 도면 및 챔버 실물사진 58
[그림 24] 챔버 하우징 도면 및 챔버 하우징 실물사진 59
[그림 25] 온도조절장치 실물사진 60
[그림 26] 열전도 소자 모형 및 실물사진 60
[그림 27] 펌프 헤드의 성능, 도면, 실물사진 62
[그림 28] 펌프 헤드 사양 및 재질 63
[그림 29] 시료 및 표준수 제어용 솔레노이드 밸브 사양 64
[그림 30] BLDC 모터의 외형 규격과 특징 65
[그림 31] BLDC 모터 상세 사양 66
[그림 32] 개발된 물벼룩 센서모듈 제어용 메인 PCB 실물사진 67
[그림 33] 메인 PCB의 아트웍 68
[그림 34] PCB 회로도 photo coupler, PT100 interface, IR/RGB LED, LED display 69
[그림 35] DC-DC converter, RS232, pump 및 valve control에 대한 회로도 70
[그림 36] 마이컴 어드레스 및 연결도 외 71
[그림 37] 물벼룩 센서 모듈의 유로 다이어그램 72
[그림 38] 시료와 표준수에 대한 유로제어 동작순서 및 설명 73
[그림 39] 메인 화면 구성도 87
[그림 40] 물벼룩 센서모듈의 실제 메인 화면 88
[그림 41] 하드웨어 테스트 화면 99
[그림 42] 하드웨어 주요 작동 설정 화면 103
[그림 43] 속도분포지수 그래프 115
[그림 44] 속도분포 변화 실험 116
[그림 45] Stroke 수 실험결과 (1차) 그래프 120
[그림 46] Stroke 수 실험결과 (2차) 그래프 120
[그림 47] Stroke 수 실험결과 (3차) 그래프 121
[그림 48] 물벼룩 회전수 실험결과 1차 122
[그림 49] 회전수 실험결과 2차 123
[그림 50] 회전수 실험결과 3차 123
[그림 51] 물벼룩 주광성 정도 그래프 124
[그림 52] 주광성 LED가 켜지기 전·후 시점의 물벼룩 위치 (1차) 125
[그림 53] 주광성 LED가 켜지기 전·후 시점의 물벼룩 위치 (2차) 126
[그림 54] 주광성 LED가 켜지기 전·후 시점의 물벼룩 위치 (3차) 127
[그림 55] 물벼룩 주광성 속도 측정 시점 128
[그림 56] 물벼룩 주광성 속도 측정 후 20초 경과 시점 128
[그림 57] 시간 경과에 따른 SOB의 산소 소모량 그래프 130
[그림 58] 황산화박테리아 키트의 구성 131
[그림 59] NaHCO₃ 영향 실험 131
[그림 60] NaHCO₃ 농도에 따른 전기전도도와 pH 변화 132
[그림 61] 실험순서 133
[그림 62] 구리, 6가크롬, 페놀 유입에 따른 전기전도도 변화 및 저해도 134
[그림 63] 흡입펌프를 이용한 시스템 구성. 135
[그림 64] 연동펌프를 이용한 시스템 구성. 135
[그림 65] 연동 펌프를 사용하여 황을 이송하는 사진 137
[그림 66] EC 센서를 활용한 EC 측정 장치. 138
[그림 67] 개선 된 프로브를 활용한 EC 측정 장치. 138
[그림 68] 개발된 EC 프로브 실물 사진 139
[그림 69] 독성 모니터링 장치 3D모델링. 140
[그림 70] 터치스크린에서 운영자 화면 141
[그림 71] 터치스크린에서 시스템제어 화면 142
[그림 72] 부품목록 및 위치 142
[그림 73] 부품목록 및 위치 도면 143
[그림 74] 메인 PCB 배선도 143
[그림 75] 복합생태독성 모니터링 장비 도면과 실물사진 145
[그림 76] 장비의 모니터 하우징 도면 146
[그림 77] 장비의 전원부 하우징 도면 148
[그림 78] 시료 및 배지 유입·유출구 도면 149
[그림 79] 조류 센서 모듈 도면 ISO 전면부(좌) ISO 뒷면부(우) 150
[그림 80] 조류 센서 모듈 상면부 도면 150
[그림 81] 조류 센서모듈 전면부 도면 151
[그림 82] 조류 센서모듈 좌면부 도면 151
[그림 83] 황산화박테리아 센서모듈 다이어그램 153
[그림 84] 장치에 설치된 메인보드 154
[그림 85] 메인보드와 펌프 등의 연결 154
[그림 86] 메인보드의 거버파일 155
[그림 87] 내부저류조 도면... 156
[그림 88] 황반응조 도면... 157
[그림 89] 솔레노이드 밸브 연결 시 시료의 흐름 157
[그림 90] 황산화박테리아 센서모듈 158
[그림 91] 제작된 황산화박테리아 센서모듈 158
[그림 92] 프로그램 화면... 159
[그림 93] 수은 1 mg/L 유입 시 전기전도도 변화 160
[그림 94] 독성도 계산방법 ((A) 기울기 이동평균, (B) 30분 기울기) 160
[그림 95] 독성도 계산방법 ((A) 15분 기울기, (B) 10분 기울기) 161
[그림 96] 메인 화면구성도 162
[그림 97] 복합생태독성 장비의 메인 화면 163
[그림 98] 생물종별 TI 설정 화면 171
[그림 99] 단계별 TI 설정 화면 172
[그림 100] TTI 경보 수준 설정 화면 175
[그림 101] 구리에 대한 TU-TI 상관관계 180
[그림 102] 구리 농도에 따른 속도분포 변화 원시 데이터 180
[그림 103] 구리 농도에 따른 평균속도 변화 원시 데이터 181
[그림 104] 구리 농도에 따른 스트로크 수 변화 원시 데이터 182
[그림 105] 구리 농도에 따른 개체 수 변화 원시 데이터 183
[그림 106] 구리 0.1mg/L에 대한 90분간의 원시 데이터 184
[그림 107] 크롬 농도에 따른 30분 측정 시 TU-TI 상관관계 186
[그림 108] 크롬 농도에 따른 1시간 측정 시 TU-TI 상관관계 187
[그림 109] 크롬 농도에 따른 1시간 반 측정 시 TU-TI 상관관계 188
[그림 110] Butachlor 농도별 생태독성 결과치와 TU-TI 상관관계 189
[그림 111] 물벼룩 센서모듈을 사용하여 Butachlor 각 농도에 대한 TI 측정을 한 결과 189
[그림 112] Diuron 농도별 생태독성 결과치와 TU-TI 상관관계 190
[그림 113] phenol 농도와 TU의 상관관계 191
[그림 114] 물벼룩 센서모듈을 사용하여 Phenol 각 농도에 대한 TI 측정을 한 결과 191
[그림 115] 하·페수 시료에 대한 TU-TI 상관관계 그래프 (1차) 193
[그림 116] 배출수 CTC210817002 TU 12.3 194
[그림 117] 배출수 CTC210830002-TU 1.4 195
[그림 118] 배출수 CTC210830003-TU 0 196
[그림 119] 하·폐수 시료 TU-DTI 상관관계 (2차) 197
[그림 120] 하·폐수 종합 데이터로 산출된 TU-TI 상관관계 198
[그림 121] 수은 0.1 mg/L ((A) R1, (B) R2) 199
[그림 122] 수은 0.5 mg/L ((A) R1, (B) R2) 199
[그림 123] 수은 1 mg/L ((A) R1, (B) R2) 200
[그림 124] 수은 2 mg/L ((A) R1, (B) R2) 200
[그림 125] 수은 농도별 독성도... 201
[그림 126] 수은의 EC50 201
[그림 127] 6가크롬 0.5 mg/L ((A) R1, (B) R2) 202
[그림 128] 6가크롬 1 mg/L ((A) R1, (B) R2) 202
[그림 129] 6가크롬 5 mg/L ((A) R1, (B) R2) 203
[그림 130] 6가크롬 10 mg/L ((A) R1, (B) R2) 203
[그림 131] 6가크롬 농도별 독성도... 204
[그림 132] 6가크롬 EC50 204
[그림 133] 카드뮴 5 mg/L ((A) R1, (B) R2) 205
[그림 134] 카드뮴 10 mg/L ((A) R1, (B) R2) 205
[그림 135] 카드뮴 20 mg/L ((A) R1, (B) R2) 206
[그림 136] 카드뮴 50 mg/L ((A) R1, (B) R2) 206
[그림 137] 카드뮴 농도별 독성도... 207
[그림 138] 카드뮴 EC50 207
[그림 139] 니켈 10 mg/L ((A) R1, (B) R2) 208
[그림 140] 니켈 50 mg/L ((A) R1, (B) R2) 208
[그림 141] 니켈 200 mg/L ((A) R1, (B) R2) 209
[그림 142] 니켈 500 mg/L ((A) R1, (B) R2) 209
[그림 143] 니켈 농도별 독성도... 210
[그림 144] 니켈 EC50 210
[그림 145] 5가비소 50 mg/L ((A) R1, (B) R2) 211
[그림 146] 5가비소 100 mg/L ((A) R1, (B) R2) 212
[그림 147] 5가비소 200 mg/L ((A) R1, (B) R2) 212
[그림 148] 5가비소 500 mg/L ((A) R1, (B) R2) 212
[그림 149] 5가비소 농도별 독성도... 213
[그림 150] 5가비소 EC50 213
[그림 151] 3가비소 50 mg/L ((A) R1, (B) R2) 214
[그림 152] 3가비소 100 mg/L ((A) R1, (B) R2) 214
[그림 153] 3가비소 200 mg/L ((A) R1, (B) R2) 215
[그림 154] 3가비소 500 mg/L ((A) R1, (B) R2) 215
[그림 155] 3가비소 농도별 독성도... 216
[그림 156] 3가비소 EC50 216
[그림 157] 구리 50 mg/L ((A) R1, (B) R2) 217
[그림 158] 구리 100 mg/L ((A) R1, (B) R2) 217
[그림 159] 구리 200 mg/L ((A) R1, (B) R2) 218
[그림 160] 구리 500 mg/L ((A) R1, (B) R2) 218
[그림 161] 구리 농도별 독성도... 219
[그림 162] 구리 EC50 219
[그림 163] A 시료 유입에 의한 전기전도도 및 독성도 변화 ((A) 전기전도도, (B) 독성도) 222
[그림 164] B 시료 유입에 의한 전기전도도 및 독성도 변화 ((A) 전기전도도, (B) 독성도) 223
[그림 165] C 시료 유입에 의한 전기전도도 및 독성도 변화 ((A) 전기전도도, (B) 독성도) 223
[그림 166] D 시료 유입에 의한 전기전도도 및 독성도 변화 ((A) 전기전도도, (B) 독성도) 223
[그림 167] E 시료 유입에 의한 전기전도도 및 독성도 변화 ((A) 전기전도도, (B) 독성도) 224
[그림 168] F 시료 유입에 의한 전기전도도 및 독성도 변화 ((A) 전기전도도, (B) 독성도) 224
[그림 169] G 시료 유입에 의한 전기전도도 및 독성도 변화 ((A) 전기전도도, (B) 독성도) 224
[그림 170] H 시료 유입에 의한 전기전도도 및 독성도 변화 ((A) 전기전도도, (B) 독성도) 225
[그림 171] I 시료 유입에 의한 전기전도도 및 독성도 변화 ((A) 전기전도도, (B) 독성도) 225
[그림 172] J 시료 유입에 의한 전기전도도 및 독성도 변화 ((A) 전기전도도, (B) 독성도) 225
[그림 173] K 시료 유입에 의한 전기전도도 및 독성도 변화 ((A) 전기전도도, (B) 독성도) 226
[그림 174] L 시료 유입에 의한 전기전도도 및 독성도 변화 ((A) 전기전도도, (B) 독성도) 226
[그림 175] M 시료 유입에 의한 전기전도도 및 독성도 변화 ((A) 전기전도도, (B) 독성도) 226
[그림 176] N 시료 유입에 의한 전기전도도 및 독성도 변화 ((A) 전기전도도, (B) 독성도) 227
[그림 177] O 시료 유입에 의한 전기전도도 및 독성도 변화 ((A) 전기전도도, (B) 독성도) 227
[그림 178] P 시료 유입에 의한 전기전도도 및 독성도 변화 ((A) 전기전도도, (B) 독성도) 227
[그림 179] Q 시료 유입에 의한 전기전도도 및 독성도 변화 ((A) 전기전도도, (B) 독성도) 228
[그림 180] R 시료 유입에 의한 전기전도도 및 독성도 변화 ((A) 전기전도도, (B) 독성도) 228
[그림 181] 테스트베드 설치 사진 235
[그림 182] 테스트베드에서 담당자의 장비 체크리스트 (물벼룩 센서모듈) 236
[그림 183] 테스트베드에서 담당자의 장비 체크리스트 (박테리아 센서모듈) 237
[그림 184] 테스트베드에서 담당자의 장비 체크리스트 (미세조류 센서모듈) 238
[그림 185] 모반응조 운전 241
[그림 186] 자동 황배양시스템 메인보드의 거버파일 242
[그림 187] 개발된 자동 황배양시스템 242
[그림 188] 자동 황배양시스템을 통해 측정한... 242
[그림 189] A 공장 폐수처리장에 설치된 박테리아 모듈 전기전도도 변화 ((A) R1, (B) R2) 243
[그림 190] A 공장 폐수처리장에 설치된 박테리아... 244
[그림 191] B 하수처리장에 설치된 박테리아 센서모듈의 전기전도도 변화 244
[그림 192] B하수처리시설 설치 모듈에 아질산성 질소 유입 시 EC변화 ((A) R1, (B) R2) 245
[그림 193] 아질산성 질소에 의한 독성도 변화 246
[그림 194] 테스트베드에서 스파이크 테스트 (1차) 246
[그림 195] 하수처리시설 설치 모듈에 DCMU 유입 시 EC 변화 ((A) R1, (B) R2) 247
[그림 196] DCMU에 의한 독성도 변화 247
[그림 197] 테스트베드에서 스파이크 테스트 (2차) 248
[그림 198] 생태독성값 (TU) 250
[그림 199] Threshold level (%)=평균 ± 3 × SD... 251
[그림 200] 배출업소의 TU 기준에 따른 희석의 필요성 252
[그림 201] 생태독성값 (TU) 306
[그림 202] Threshold level (%)=평균 ± 3 × SD (99.7%의 확률) 307
[그림 203] 독성도 테스트 308