화공생명공학실험 결과 레포트관 내 마찰계수 측정실험 일자 : 2009년 9월 28일 화요일3조조원조장AbstractReynolds number is a parameter used to determine that flow is turbulent or laminar. These two flows have different flow character. Fraction factor is a ratio between shear stress and density by square of flow rate. Reynolds number and fraction factor are used to determine variables of flow.In this experiment, we got laminar flow parameters with 1/4 inch tube and turbulent flow parameters with 3/8 inch tube. We measured pressure change and volumetric flow rate of water. With data obtained from this experiment, We compared reynolds number and fraction factor with values in textbook which are defined theoretical and empirical, also made an analysis cause of error. One of the most important cause of error is roughness.차 례1. 서론 ····································································································1p2. 이론적 배경 ·························································································1p················16pReference ······························································································17p그 림 차 례그림 1 ··································································································· 4p그림 2 ··································································································· 6p그림 3 ··································································································· 7p그림 4 ·································································································· 13p표 차 례표 1 ······································································································ 9p표 2 ····································································································· 10p표 3 ····································································································· 10p표 4 ····································································································· 1 분자운동에 의한 완만한 확산작용만 발생할 뿐이며 유체층 사이의 거시적 혼합은 일어나지 않는다. 반면에 유동속도가 커지면 염료는 삽시간에 유동장 전체로 퍼지면서 엉클어진 현상을 나타낸다. 이러한 거동은 속도의 변동(變動, fluctuation) 성분이 존재하며, 와류현상으로 인한 인접한 유동층 사이에 거시적 혼합이 발생되기 때문이다. 이러한 유동을 난류라고 부른다. Reynolds는 실험결과를 정량적으로 분석하기 위해 다음과 같이 레이놀즈수를 정의하였다.(2.1)여기서 ρ는 유체의 밀도,는 평균속도, D는 유리관의 직경 그리고 μ는 유체의 점도이다. 레이놀즈수는 유동장에서 점성의 영향이 얼마나 중요한가를 나타내 주는 변수이며 층류와 난류를 구분하는 기준이 되기도 한다.2.2 파이프 마찰력의 무차원 변수대단히 긴 파이프 속으로 유체가 흘러갈 때 길이방향으로 압력을 축정해 보면 파이프의 길이당 압력강하를 결정할 수 있다. 입구 부분에서는 길이방향으로 각 단면의 속도형상이 다르게 나타나지만 어느 정도의 길이를 지나가면 각 단면의 속도형상은 변하지 않고 동일한 현상을 나타낸다. 단면의 속도 형상이 변하는 지점까지의 길이를 입구길이(entrance length)라고 부르며, 입구길이를 지나 단면의 속도형상이 변하지 않는 구역의 유동을 완전히 발달된 유동(fully developed flow)이라고 부른다. 파이프의 길이방향으로 압력을 측정해 보면 입구 길이 구간에서 단위길이당 압력강하가 완전히 발달된 구역에 비해서 약간 크게 나타난다. 이것은 입구 부분의 속도형상과 관련된 현상이며 집중해석법의 입장에서 보면 이 현상은 관의 입구손실에 해당된다. 입구길이를 지나서 완전히 발달된 구역에서는 단위길이당 압력강하가 동일해진다.파이프 속의 완전히 발달된 유동은 층류, 천이유동 그리고 난류로 구분하며 레이놀즈수를 이용하여 구분한다. 식 (2.1)으로 정의된 레이놀즈수(Re)가 2100보다 작을 때를 층류, 레이놀즈수가 2,100에서 4,000인 구간을 천이유동, 레이놀즈수가 4,알면 마찰계수 f를 직접 계산할 수 있는 편리한 식이다. 마찰계수 f를 알면 식 (2.8)에 대입하여 압력강하를 구할 수 있다.3. 실험장치 및 방법3.1 실험장치 마찰계수측정 시스템 개략도장치는 크게 튜브로 물을 흘러 보내는 Reservoir와 Gear pump 부분, 물이 흐르는 튜브부분, 마지막으로 관의 차압을 측정하는 차압계와 온도계, 측정된 data를 분석하는 Data Acquisition System의 세 부분으로 나눌 수 있다. Gear pump 앞에 있는 3-way 밸브를 이용해서 유체를 어느 튜브로 흐르게 할 것인지 결정할 수 있다. 튜브는 스테인리스 스틸관으로 이루어져 있다. 스틸관은 1/4인치와 3/8인치의 다른 두 tube로 되어있다. 1/4인치 튜브는 외경이 6.35mm, 내경이 4.4mm, 두께가 0.8mm이다. 3/8인치 튜브는 외경이 9.5mm, 내경이 7.864mm, 두께가 1.24mm이다. 1/4인치 튜브에서는 층류의 변수를 측정했고, 3/8인치 튜브에서는 난류의 변수를 측정했다. 차압을 측정하는 구간은 0.75m이고 차압계는 최대 2,500mm Water(2,4516.62 Pa)의 차압을 측정할 수 있다.3.2 실험 방법3.2.1 실험 전 가정이 실험의 목적은 기존의 레이놀즈수와 마찰계수의 관계와 실제로 측정한 레이놀즈수와 마찰계수의 관계를 비교하는데 있었다. 따라서 실험을 실시하기 전에 레이놀즈수와 마찰계수간의 관계를 이론적으로 정리할 필요가 있었다.먼저 수학적으로 레이놀즈수를 계산하였다. 물의 온도를 20℃라 가정하면, 물의 점도와 밀도는 각각 1.0087mPa?s, 0.99823g/cm3 이다. 식 (2.1)을 참조하면, 레이놀즈수를 속도에 관한 함수로 표현할 수 있다. 1/4인치 관의 경우,Re =(3.1)3/8인치 관의 경우,Re =(3.2)과 같은 관계를 보인다.그리고 마찰계수의 경우, (식 2.8)을 이용하면 유체의 속도와 차압에 관한 함수로 나타낼 수 있다. 1/4인치 관의 경우,(3.3)로 나타낼 수 있고,3/020.012.5922.572524.93.1122.513029.13.5222.523332.93.9122.523534.574.0022.5337.537.194.2522.554039.74.4922.324847.735.1322.265249.795.2922.10표 1 층류에서 차압 변화에 따른 유량의 변화유량은 유속과 유체의 단면적의 곱이므로, 유량을 튜브의 단면적인 1.52×10-5 ㎡으로 나눈 값과 식 (3.1)을 통해 구한 레이놀즈수의 값은 다음과 같다.유속(m/s)레이놀즈수0.124540.900.170742.020.204889.340.2311008.380.2571120.080.2631144.170.2801217.690.2951285.600.3371468.760.3481514.48표 2 유속 변화에 다른 레이놀즈수의 변화식 3.3을 이용하여 유속과 차압의 변화에 따른 마찰계수의 변화를 구하면 다음과 같다.유속(m/s)차압(Pa)마찰계수(×10-2)0.124138.772.650.170196.242.000.204244.191.720.231285.381.570.257322.651.440.263339.031.440.280364.721.370.295389.341.310.337468.091.210.348488.291.19표 3 유속과 차압의 변화에 따른 마찰계수의 변화4.2 난류3/8 인치 튜브를 이용하여 구한 난류의 차압별 유량은 다음과 같다.층류(Laminar flow)(mm Water)목표치(mm Water)실측치)유량(10-5㎥/sec)온도(℃)5049.082.0522.218079.332.5522.16100100.742.9222.14130133.993.4522.14160158.113.8022.14220226.64.6322.15370371.976.1022.22550544.317.5222.35670662.338.3722.51800791.839.2222.73표 4 난류에서 차압 변화에 따른 유량의 변화유량은 유속과 유체의 단면적의 곱이므로, 유량을 튜브의 단면적인 4.85있다.
예비 레포트? 실험 제목Gram Staining? 실험 일시2009년 10월 6일? 실험 목적Gram Staining은 세균학에서 가장 널리 사용되고 있는 염색법이다. Gram Staining은 염색된 결과에 따라 Gram positive bacteria와 Gram negative bacteria로 구별할 수 있다. 이 실험을 통해 Gram Staining을 연습하고 미생물을 분류해 보고자 한다.? 기본 이론1. 그람 양성균(Gram positive bacteria)과 그람 음성균(Gram negative bacteria)염색 결과에 따라 첫 번째 염료인 crystal violet에 염색되는 경우를 그람 양성균, 두 번 째 염료인 safranin O에 염색되는 경우를 그람 음성균으로 나눈다. 그람양성 미생물은 보 라색으로 염색되는 peptidoglycan (세포벽의 50-90%)으로 만들어진 두꺼운 그물눈 모양 의 세포벽을 가지고 있다. 반면 그람음성 미생물은 분홍색으로 염색되는 더 얇은 층(세포 벽의 10%)을 가지고 있다. 그람음성 미생물은 또한 지질을 함유한 추가적인 외부 막을 가 지도 있다. 또한 그 막은 세포벽과 분리되어 있는데, 그 공간을 periplasmic space라고 한 다. 그람 양성균의 종류로는 폐렴균, 포도상구균, 연쇄상구균, 탄저균, 나병균, 디프테리아 균, 파상풍균 등이 있다. 그람 음성균으로는 콜레라균, 페스트균, 티푸스균, 이질균, 대장 균, 임균, 스포로헤타 등이 있다.2. 그람염색의 원리그람 양성균을 염색시키는 crystal violet(CV)은 수용액 상태에서 CV+와 염소이온(Cl?)으로 해리된다. 이 이온들은 그람 양성균과 그람 음성균 모두의 세포벽과 세포막을 투과한다. 그리고 CV+는 세포벽의 음전하로 대전된 물질과 반응해서 세포를 보라색으로 물들인다. 요오드(I? 혹은 I3?)는 CV+와 반응하여 세포의 내부와 외부 층에 커다란 crystal violet and iodine (CV?I)을 생성한다. 요오드는 부식성이 있지만, trapping agent가 CV-I가 사라지는 것을 방지하여 염색된 상태를 유지시킨다.알코올과 아세톤과 같은 탈색제가 첨가되면, 그것은 세포막의 지질과 반응한다. 그 결과 그람 음성균은 외부 세포막을 잃고 peptidoglycan층이 노출된다. 그람 음성균 외부막에 위치한 CV?I는 씻겨나가게 된다. 이와 반대로 그람 양성균은 그것의 peptidoglycan 이중층에 의해, 에탄올 처리에 의해 탈수화된다. 그리고 탈색된 그람 음성균을 염색하기 위해 safranin이나 fuchsin과 같은 항상 양이온으로 대전된 대비염색제가 사용된다.그림 그람 양성균과 그람 음성균의 세포막 구조? 실험 내용1. 실험 과정⑴ 깨끗한 micro cope slide에 물 한 방울을 떨어트린다.⑵ 루프와 와이어를 버너 불꽃으로 빨갛게 달군 후 식힌다.(소독 목적)⑶ 배양튜브의 뚜껑을 제거하고 루프로 배양물을 약간 긁어내고 배양튜브의 뚜껑을 다시닫는다.⑷ 긁어낸 배양물과 물을 micro cope slide 위에서 섞은 후 문질러서 잘 퍼트린다. 이것을 smear라 칭한다.⑸ 루프를 재소독 한다.(⑵과정 반복)⑹ 물이 완전히 마르기를 기다린다.⑺ 버너의 불꽃으로 smear의 끝부분을 약간 가열하여 smear를 고정시킨다.⑴ smear에 1분간 crystal violet을 흘려보낸 후, 물로 헹구어낸다.⑵ smear에 1분간 Gram's iodine을 흘려보낸 후, 물로 헹구어낸다.⑶ 알코올로 소독하고 즉시 smear를 기울여 알코올을 제거하고 물로 헹구어낸다.
Ⅰ. 커피의 역사와 종류1. 커피의 역사고대 설화에 의하면 커피는 에티오피아에서 9 세기 경, 젊은 양치기에 의해 처음 발견되었다. 그의 양들은 빨간 앵두 같은 열매를 먹고 난 뒤 흥분했었고, 그는 그것이 어떤 마법의 속성이 아닐까 생각했다. 그래서 그는 그 열매 몇 개를 마을의 어른들에게 가지고 갔다. 그들은 물에 그것을 삶았고, 곧 음료의 잠재적인 자극성을 깨달았다. 그때부터 커피는 그들의 귀중한 농작물로써 재배되었다. 그 다음 커피 재배는 동쪽으로 확산되었다.오늘 커피는 5개 대륙에 자라고 전 세계적으로 소모된다. 브라질은 세계 최고의 커피 생산 국가이다. 브라질의 기후는 커피 원두 생산을 위해 이상적이다. 그래서 커피 원두 생산량의 3분의 1이 브라질에서 생산된다.2. 커피의 종류커피는 크게 인스턴트커피와 원두커피로 분류할 수 있다.2.1 인스턴트 커피인스턴트커피를 만들기 위해, 일반적으로 원두가 동결 건조되어 수용성 분말 또는 과립 상태의 커피화 되는 방법을 사용한다. 인스턴트커피는 1901년 일본계 미국인 화학자 사토리 가토에 의해 시카고에서 최초로 발명됐다. 그것은 1938년에 Nescafe를 통해 최초로 상업화되기 시작했다. 인스턴트커피의 품질과 다양성 수 년 동안 극적으로 성장했고, 우리는 오늘날 어디서나 손쉽게 좋은 품질의 커피를 한 잔 할 수 있다. 인스턴트커피는 원두커피에 비해 간편하고 편리하다. 또한 그것은 풍미와 신선도가 더욱 오래 유지된다. 인스턴트커피도 다른 커피와 마찬가지로, 커피콩에서 제조된다. 인스턴트커피를 제조하기 위해서 원두에서 수분을 제거하는 것이 중요하다. 이를 위해, 가열, 스프레이법, 건조 또는 동결 방법이 사용된다. 탈수의 과정 동안, 커피 원액이 손실될 수 있다 그러나 이것들은 재처리 과정을 통해 커피 공정으로 환원된다.2.2 원두커피이것은 로스팅되고 갈아진 원두를 이용해서 만들어진다. 커피를 제조하기 위해 195~200℃의 뜨거운 물을 원두에 부어서, 향과 방향족 물질들을 추출한다. 인스턴트커피와 비교해서, 원두커피는 향과 맛이 더욱 풍부하다. 원두커피가 맛과 향이 더욱 풍부하다고 이야기 되는 이유는 커피를 추출하는데 있어 더 오랜 시간이 걸리기 때문이다. 많은 사람들이 오랜 시간이 걸리더라도 더욱 풍부한 맛과 향을 즐기기 위해 원두커피를 마신다.Ⅱ.Roasting (로스팅)로스팅이란 커피 생두에 열을 가해, 원두 내부조직에 물리적 화학적 변화를 일으킴으로써 커피 특유의 맛과 향을 생성시키는 것이다.1.로스팅 단계1) Drying phase : 열을 커피콩에 주입해 커피콩을 말리는 단계이다. 이 단계에서 커피콩의 색깔이 녹색에서 노란색으로 변한다.2) Roasting phase : 크랙이 발생하고 부피가 커지며 무게가 감소하고 색깔이 점점 어두워진다.3) Cooling phase : 더 이상 반응이 일어나지 않게 하기 위해 커피콩 내부 온도를 100도 이하로 만드는 작업이다.2. 로스팅 기계가열방식에 따른 분류이다.1)직화식 로스터 : 드럼 전체에 뚫려 있는 내부의 구멍(펀치)을 통하여 열이 바로 전달됨로서 드럼 속의 생두를 열로 직접 가열하여 로스팅하는 방식이다.2)반열풍식 로스터 : 연료의 연소로 가열된 공기가 드럼 뒷쪽에만 뚫려 있는 구멍을 통하여 드럼으로 들어가게 되고, 데워진 온도에 의해서 로스팅하는 방식이다.3)열풍식 로스터 : 반열풍식과 같이 드럼의 뒤쪽에만 뚫려 있는 구멍을 통하여 약 250℃의 고온 열풍으로 로스팅하는 방식이다.3. 로스팅 정도로스팅 정도에 따라 커피 고유의 맛과 향이 다양하게 변한다. 약하게 로스팅할수록 신맛이 강하고 강하게 로스팅 할수록 쓴맛이 나게 된다. 게다가 로스팅 강도가 강해질수록 커피콩 색깔도 어두워진다.4. 로스팅에 따른 물리적 화학적 변화4.1 물리적 변화1) 색상 : 커피통은 열을 받을수록 어두운 색으로 변한다. 색상변화를 통해 로스팅 정도를 파악할 수 있다.2) 부피 : 로스팅 중반 이후 열 반응을 통해 이산화탄소가 다량 생성되는 관계로 커피콩은 커지게 된다.3) 무게 : 수분이 증발해 무게가 감소한다.4) 밀도 : 무게 감소와 부피 증가로 밀도는 감소하게 된다.4.2 화학적 변화1) 트리고넬린 : 트릴고넬린의 손실은 로스팅 정도에 비례한다. 트리고넬린의 열분해로 인해 나오는 피리딘과 같은 분해물질은 커피의 향미에 기여한다.2) 단백질과 아미노산 : 생두의 모든 단백질은 로스팅중에 변성되고, 아미노산의 구성 또한 대부분 줄어들거나 완전히 파괴된다.3) 탄수화물 : 단당류와 이당류는 로스팅 이후 자유당만이 흔적정도로 남고, 자당은 부분적으로 가수분해되고 나머지는 열분해된다. 다당류는 보다 안정적이며 로스팅 후에도 남아있게 된다.4) 클로로겐산 : 이 산성물질은 로스팅 중 대부분 분해되며 일부 잔존하는 클로로겐산은 멜라노이딘과 결합하며 대다수 가수분해된다.Ⅳ. 인스턴트커피 제조 공정(Instant Coffee Process)1. 개요크게 SD(Spray Dried) Process, FD(Freeze Dried) Process로 구분할 수 있는 인스턴트 커피 제조 공정에 대하여 비교 분석해본다.2. 인스턴트커피의 특징인스턴트커피는 볶은 분쇄커피를 고온 및 고압에서 추출하여 커피 추출액을 얻은 다음 이를 농축시켜 건조한 제품이다. 인스턴트커피는 일반적으로 볶은 원두커피처럼 좋은 향미를 갖기는 어렵지만 장기간 보존이 가능하고, 실내 및 실외에서도 손쉽게 준비하여 마실 수 있다는 장점이 있어 폭넓은 소비자층을 확보하고 있다. 근래에는 인스턴트커피를 제조하는 기술이 고도로 발달하여 원두커피의 혼합, 볶음 정도의 조절, 추출 시 향기성분의 회수 기술 등을 적용하여 과거에 생산하던 인스턴트커피보다는 훨씬 품질이 향상된 제품을 생산하고 있다. 그리고 다양한 소비자층의 욕구를 충족시키기 위하여 여러 가지 향미특성을 갖는 인스턴트커피를 개발하여 제품화하는 경향이 있다.3. 인스턴트커피 제조 공정3.1 SD(Spray dried) Process - 가열농축방법그림 SD Process(출처 : http://www.codelly.com)생두선별 (이물질 제거 및 석발기과정) → Screen 분리 (각 사이즈별 원두 분리) → 싸이로 이송(저장탱크) → 배합 → 배전 → 분쇄 → Coffee Oil 추출 → 추출 → 냉각 → 분무건조 → 포장3.2 FD(Freeze dried) Process - 냉동농축방법그림 FD Process(출처 : http://www.codelly.com)생두선별 (이물질 제거 및 석발기과정) → Screen 분리 (각 사이즈별 원두 분리) → 싸이로 이송(저장탱크) → 배합 → 배전 → 분쇄 → Coffee Oil 추출 → 추출 → 농축액 투입 → 냉각 →냉동 → 개스 압력 → ~5도씨 이하 쿨링 (3단계로 단계별 진행) → 고체상태 → 분쇄(가루) → Screen 분리 →완제품3.3. SD Process(가역농축방법), FD Process(냉동농축방법)의 특정기술적인 면에서 보면, 농축방법으로 가열농축방법과 냉동농축방법이 있는데 전자는 진공상태에서 가열하므로 열에 의한 향미성분의 손실이 생겨 우수한 향미를 갖는 커피 농축액을 만드는데 어려움이 있고, 후자는 냉동온도에서 물을 얼음으로 얼려서 제거해 농축하므로 가열에 의한 풍미의 손실이 적다. 그러나 냉동설비가 필요하므로 값이 비싸지는 단점도 있다.가열농축커피 추출액은 주로 분무건조 커피를 생산하는데 사용된다. 분무건조 커피는 물에 잘 용해가 되지 않는 단점이 있으므로 이를 해결하기 위하여 과립화 공정을 거쳐 과립커피로 제품화하는 경향이 있다. 냉동농축커피 추출액은 일반적으로 우수한 향을 유지할 수 있는 제품을 만들기 위해 냉동 후 진공건조 공정을 거쳐 냉동건조 커피를 생산하는데 사용된다.Ⅳ. 초임계 유체(Supercritical fluid)임계 압력 및 임계 온도, 즉 그 온도와 압력이 임계점 이상의 조건을 갖는 상태의 물질로 정의된다. 임계점은 물질이 액체와 기체 상태로 평형을 이루며 존재할 수 있는 한계점을 의미한다. 이 초임계 유체는 다음 부분인 카페인 제거 공정에서 사용되는 물질이므로 이에 관해 간략하게 설명하고자 한다.1. 특징1) 기체와 액체의 중간 성질을 가지기 때문에 기체처럼 고체를 통해 확산될 수 있으며, 액체처럼 다른 물질의 용매로 쓰일 수 있다.2) 표면장력을 가지지 않는다. 초임계유체를 만들기 위해 온도나 압력을 증가시켜 임계점에 도달시키게 액체상은 열팽창으로 밀도가 감소하고 기체상은 압력에 의해 밀도가 증가하는 상반된 변화를 계속한다. 임계점을 넘어가게 되면 두 상의 밀도는 동일한 값을 가지게 되고 두 상의 구분은 없어진다.3) 초임계유체의 용해도는 일정 온도에서 밀도의 증가에 따라 증가한다. 밀도는 압력과 온도의 증가에 따라 증가한다. 압력을 증가시키면 초임계유체의 밀도는 증가한다. 온도 역시 같으나, 다만 임계온도 가까이에서 초임계유체의 용해도가 잠시 떨어지는 모습이 관찰되나 온도를 더 높여주면 다시 증가한다.2. 초임계유체, 이산화탄소이산화탄소는 가장 보편적으로 사용되는 초임계유체로써, 디카페인이나 발전(發電) 공정 등에 흔히 사용된다.2.1특징1) 이산화탄소의 임계온도는 304.1K이고 임계압력은 72.8atm으로 다른 물질에 비해 낮은 임계점을 가진다. 온도와 압력을 조절함으로써 쉽게 용해도를 조절할 수 있다.2) 확산계수가 다른 물질에 비해 낮고 초임계유체이기 때문에 표면장력이 없다.2.2 장점1) 이산화탄소는 암모니아 합성, 수소 제조, 에탄올 제조, 전력 생산 공정들에서 발생하는 부산물로 쉽게 구할 수 있다. 또한 독성이 없고 불연성이며 비활성의 특징을 지닌다.
서 론최근 인간의 영향이 닿지 않은 자연환경의 보전이 매우 시급하다. 그러나 이러한 자연환경은 지구상 어디에서도 쉽게 찾을 수 없는 것이 현실이다. 사라진 자연환경을 원래의 상태로 되돌린다는 것은 무척 어려운 일이지만, 생태계 보전과 생물자원의 유지는 미래의 인간생활과 밀접한 관계가 있기 때문에 훼손된 자연을 치유하고 복원하는 사업의 가치를 경제성만으로 판단할 수 없다. 또한 인간의 삶의 질이 높아지면서 인간은 점점 자연 친화적인 삶을 원하고 있고, 그에 따라 자연 친화적인 환경을 조성하는 것은 매우 부가가치가 큰 사업이 되고 있다.그렇다면 이처럼 생태계를 보전하고 생물자원을 유지하며 나아가 그를 통해 새로운 부가가치를 창출하는 방법에는 무엇이 있을까? 그 해답은 바로 생태공학(Ecological Engineering)이다. 생태공학은 ‘스스로 설계될 수 있는 인간과 환경 시스템의 관리 혹은 인간설계와 자연 스스로 설계되는 점을 결합한 가벼운 관리로서, 그들은 서로 공생함’ 으로 정의 내릴 수 있다.이처럼 생태공학은 자연과 생태계의 능력을 최대한으로 이용하는 공학으로써 지금까지의 공학이 가지는 한계점에 대한 새로운 해결방안이 될 수 있다. 지금부터 이러한 생태공학 기술에 대하여 생물상의 복원과 관리, 훼손지역의 복원과 보전, 농업에서의 응용, 이 세 가지 분야로 나누어 각각의 분야에 적용된 생태기술에 대하여 알아보고자 한다.본 론Ⅰ. 생물상의 복원과 관리1. 생물상의 복원과 관리의 필요성자연보호정책이 발전함에 따라 자연을 보호하는 시책뿐 아니라 인위적 영향을 받은 자연, 즉 이차적인 자연의 보전 시책이 전개되고 있다. 어느 정도 인간이 교란하여 만든 이차자연에서도 다양한 생물상이 있어서 귀중한 야생동물 보호에 공헌하고 있다. 그러나 이차자연에서 서식한 야생동물이 농업 기반 정비 및 신도시 개발에 의하여 급속하게 감소하고 있다. 이러한 이차자연에서 생물상을 보전하려면 단순히 자연을 보호하는 시책으로서가 아니라 적극적으로 자연을 재생하고, 나아가 이차자연으로서의 톱은 철도 및 관련 시설지, 주차장, 공한, 도로변 등에 설치가 가능하다.4.3 근자연형 비오톱근자연형 비오톱은 근자연시설과 인공시설의 중간에 있는 지역으로 생태적으로 건전하지만 사회적인 의식에 의해서 버려진 공간이 많으며, 이용하기에 따라 도시에 쾌적성을 증가시킬 수 있다. 근자연형 비오톱 유형에는 조경녹지 비오톱과 경작지 비오톱 등이 있다.조경녹지 비오톱으로는 조경수목식재지 비오톱, 묘지 비오톱, 골프장 비오톱, 식물원 비오톱, 고궁비오톱, 학교비오톱 등이 있다. 경작지 비오톱으로는 논 비오톱, 밭 비오톱, 방목지 비오톱, 과수원 비오톱, 경작지 비오톱, 묘포장 비오톱, 텃밭 및 주말농장 비오톱, 폐허지 또는 방치된 지역 비오톱 등이 있다. 기타 비오톱으로는 군사시설지 비오톱, 건설공사지 비오톱 등이 있다.4.4 자연형 비오톱자연형 비오톱에는 하천 및 습지 비오톱, 산림 비오톱, 농경지 비오톱 등이 있다. 하천 및 습지 비오톱으로는 수변 비오톱, 건천 비오톱, 습지 비오톱 등이 있으며, 숲 비오톱(산린 비오톱)으로는 자연성에 따른 비오톱, 식물의 성상에 따른 비오톱, 산림의 지형에 따른 비오톱, 산림의 해발고에 따른 비오톱, 식생기후대에 따른 비오톱, 식물종에 따른 비오톱 등이 있다. 농경지 비오톱으로는 초지주연부 비오톱, 초지둑 비오톱, 초지비오톱 등이 있다.5. 비오톱 조성비오톱 조성 방법은 서식환경 보전형과 신규 창출형으로 크게 구분된다. 보전형으로는 현지의 식생, 지형, 수계, 생물군집을 기초로 하고, 식생도입 및 지형 수계구조의 조정에 의하여 다양하고 자연적 수준이 높은 생물의 서식환경을 형성하거나 더욱이 희소종의 서식지에는 그 개체군을 유지하기 위하여 식생천이나 지형을 변화시키는 일정 단계의 서식지 조정을 한다. 여기에서 자연적 수준이 높은 것은 먹이 연쇄상 고차수준의 생물종이 정착하고 있는 것을 의미한다. 즉, 도로와 건축물 등의 구조가 자연 지역에 조성되는 경우 주변에 양호한 생태환경으로의 영향을 최소한 억제해야 할 필요가 있다. 이것에 요구굴하는 과정에서 부수적으로 나오는 많은 폐석들이 산림훼손을 일으키는 주요한 요인이 되어왔다. 더욱이 항(갱)내에서 유출된 폐석이 폐석탄 경석장에 장기간 방치됨으로써 자연환경을 훼손시킬 뿐만 아니라 호우가 내릴 경우 폐석이 유실되거나, 폐석탄 경석장의 사면이 붕괴되어 하천이나 도로의 파손 및 농경지 등이 매몰되어 막대한 경제적 피해를 주고 있다.이러한 광산에 의한 환경오염을 정화하는 방향은 크게 두 가지로 나눌 수 있다. 첫째는 광산으로 인해 훼손된 지역 산림과 식생을 복원하는 것이고, 둘째는 중금속으로 오염된 토양에서 중금속을 제거하는 것이다. 앞으로 이 두 가지 방향을 따라 광산에 의한 훼손지역 복원 방법에 대하여 알아보고자 한다.그림 4 신림광산 광미 침출수(출처 : 에코저널 http://www.ecojournal.co.kr)3. 식생을 이용한 폐광지역의 복원3.1. 고려 사항생태공학적 식생복원과 산림복구를 위한 일반적인 기술단계를 요약하면 다음과 같다.3.1.1 물리화학적 분석을 통한 훼손지의 특성과 폐기물의특성 규정오염도, pH, 토성, 경사도, 경사장, 수분보유력, acid-base accounting(ABA), lime requirement (LR)등의 분석을 통한 폐기물의 규정이 필요함3.1.2 실험과 현장조사를 통해 식생도입을 위한 기본전략 수립복토 필요성, 주변 생태계와 어울리는 식물종류, 발아능력, 지질, 기후, 식생, 수문학적 특성 등 식생도입을 위한 문제점과 가장 적합한 기법을 선발하여야 함. 여기서 중요한 점은 단일 방법으로는 식생도입과 산림복구 불가능하다는 점이다.3.1.3 친환경적이며 지역적 시행 가능한 방법으로 사면 정리 및 안정화식생도입을 최적화하기 위한 물리화학적, 생물학적 안정화 기법도입이 필요하며 관리체계, 식물체계, 구조체계를 고려한 최적 관리방안의 구성 필요하다.3.1.4 식재 방법의 선택초본류와 목본류, 지역 환경의 특성, 접근성, 경제성 등을 고려. 식물종의 선발, 단순 지표 피복을 할 것인지 아니면 경제성을 고려한 을 나타낸다. 이 중 카드뮴은 환경에 존재하는 가장 독성이 강한 중금속 중의 하나로 토양에 축적될 시 이동성이 적어 토양 생물에게 발암물질, 돌연변이 유발, 기형생물을 형성시키는 등의 독성효과를 나타낸다. 또한 납은 이동성이 매우 낮은 중금속으로, 토양에 쌓인 납은 PbCO3나 Pb3(NO4)2의 형태로 불용성 화합물로 존재한다. 이와 같은 화합물은 토양이 산성화 될 때 가용성으로 전환된다. 미량필수원소인 구리도 토양 중 그 함량이 많을 때에는 식물의 광합성 기작 및 생장을 억제하고 노화를 촉진시키는 것으로 보고되고 있다. 또한 인체 내 축적이 어려우므로 만성중독을 일으키기는 어려우나 간, 신장 손상, 소화기관 장애 등을 유발한다.4.2 Phytoremediation4.2.1 Phytoremediation 종류 및 이용식물상 복원이란 식물을 이용하여 환경오염물질을 제거하거나 유해하지 않도록 하는 기술로, 중금속 제거에 효과적이다. 1990년대 들어서면서 중금속을 비롯한 방사선 물질, 유기화합물 등에 대한 정화식물종의 선발과 정화능의 극대화, 오염현장 적용 가능성에 대한 연구가 활발히 진행되었다. 이러한 식물상 복원에서 중금속으로 오염된 토양에 적용하는 정화방법으로는 phytoextraction, rhizofiltration, phytostabilization 등이 있다.Phytoextraction은 중금속 축적종이 식물 뿌리에 흡수하고 이를 지상부로 이동시켜 토양의 중금속을 제거하는 방법이다. 일반적으로 phytoaccumulation이라고도 불리며 일정기간이 지난 후 성장한 식물들은 오염물질을 포함한 채 수확되어 매립이나 소각, 퇴비화 과정을 거쳐 완전히 처리된다. 또한 퇴비로서 다시 재이용하기도 한다. 이때 오염물질이 식물체의 지상부로 이동되어 축적되는 정도를 상대적으로 나타낸 값을 Phytoextraction 계수라고 한다. 이는 건조시킨 식물체 지상부(shoot)의 단위무게당 중금속 중량과 건조시킨 토양의 단위 무게의 금속 중량비로 나타낸다. Phyto물 종에 따라 달라진다. 토양에 함유되어 있는 중금속은 식물이 뿌리를 통해 흡수되어 이동하게 된다(Baker, 1981). 지상부 내 높은 중금속 함량을 가지는 종을 축적종(Accumulator)이고, 중금속의 지상부로의 운반을 제한해 낮은 중금속 함량을 지니는 종을 차단종(Excluder)으로 구분한다. 또한 지시종(indicator)은 토양의 중금속 농도에 비례하여 지상부의 농도가 비례하는 종을 말한다. 보통 식물체내에 Ni, Cd, Zn 이 각각 1000 mg/kg, 100 mg/kg, 1000 mg/kg 이상 함유하고 있는 식물 종을 중금속 과축적종(Hyperaccumulator)이라 한다. Baker(1981) 는 중금속 농도의 지상부/지하부 비율이 1 이상을 hyperaccumulator 종으로 구분하고, 차단종은 1 이하라고 제시하였다. Hyperaccumulator 종은 금속의 종류에 따라 매우 다양하며 현재까지 보고된 바에 의하면 약 400여 식물이 metal-hyperaccumulator로 밝혀져 있다. 특히 Ni 축적종의 경우 300종 이상이며 Thlaspi 종류와 Alyssum 종류가 지상부에 Ni 등의 중금속을 많이 흡수하는 것으로 나타났다.표 4 Plant species as reported hyperaccumulator and heavy metal contents in tissue. elementCriterion(% in leaf dry matter)Plant speciesConcentration (mg/kg)Cu>0.1Haummaniastrum robertii10,200Cd>0.01Thlaspi caerulenscens1,800Pb>0.1Thlaspi rotundifolium8,200Zn>1.0Thlaspi caerulenscens51,600Ni>0.1Macadamia neurophylla51,800Co>0.1Ipomoea alpina12,300중금속 축적종의 무독화 과정에는 organic acid, phytochelatin, fe이다.
What are xenobiotic organic compounds?Organic compouunds hardly removed or drgradaded by organisms Organochlorines(OCPs)What is a definition of organochlorines?An organic compound containing at least one covalently bonded chlorine atom.What are examples of organochlorines?Dioxins, DDT Why are organochlorines harmful?1. DDT interferes with calcium metabo-lism in birds. Also it accumulate in foodchain.2. Dioxin is one of carcinogens.
