Removal of Natural Organic Matter and Heavy Metals in River Water using Potassium Ferrate(VI)

최근 산업성장에 따른 수질오염이 심각한 문제가 되고 있으며 그 처리를 위한 환경친화적인 방법이 요구되고 있다. 본 연구에서는 강력한 산화제/소독제 및 응집제로 작용하고 부산물로 무독성의 Fe(Ⅲ)를 생성하는 potassium ferrate(K2FeO4)를 합성하여 자연유기물질(humic acid, fulvic acid)과 중금속(Cu, Mn, Zn)으로 오염된 강물을 처리하는 실험을 수행하였다. Ferrate 주입량(2～46mg/l as Fe)에 따른 humic acid(10mg/l)의 제거효율을 UV254로 알아본 결과, 낙동강과 온천천시료에서 각각 21～74%, 26～73%의 제거효율을 얻었다. 하지만 humic acid 제거를 TOC로 분석한 결과는 0～20%로 낮은 효율을 보였다. pH와 반웅온도에 따른 영향을 보면 염기성조건보다 산성조건에서 ferrate에 의한 humic acid 제거효율이 높게 나타났고(pH 3: 90%, pH 7.8: 70%, pH 11: 74%), 온도가 높을수록 humic acid 제거효율이 높아졌다 (10℃: 62%, 20℃: 70%, 30℃: 79%). 응집제로서 ferrate 효과를 기존 응집제들과 비교해 본 실험에서 ferrate(22～76%)는 FeSO4&#8228응집공정을 ferrate로 단일화할 수 있으며, 기존 응집제에 비해 아주 소량이 주입되는 ferrate를 사용함으로써 슬러지 발생량 또한 감소할 수 있을 것으로 보인다.제거되었고, 이어서 제거되지 않고 남은 HA와 중금속을 ferrate로 처리한 결과 높은 제거효율을 얻을 수 있었다. HA(10mg/l)와 Cu(0.1mM)가 혼합된 시료에 ferrate(0.03～0.7mM)를 주입하면 HA는 70～82%, Cu는 93～100%의 제거효율을 보였다. 이는 HA만 따로 처리하였을 때의 21～72%와 Cu만 따로 처리하였을 때의 28～99% 보다 높은 효율이었다. HA와 대상 중금속(Cu, Mn, Zn)이 모두 혼합된 경우에도 HA와 중금속 제거에 ferrate는 효과적이었다 (HA: 33～83%, Cu: 68～100%, Mn: 16～96%, Zn: 9～90%). 또한, fulvic acid(FA)와 각 중금속이 혼합된 시료를 ferrate로 처리한 결과도 위에서 언급한 HA와 중금속 혼합시료를 ferrate로 처리한 결과와 비슷했다. 본 연구를 통해서 수중의 자연유기물질(humic acid, fulvic acid)과 중금속(Cu, Mn, Zn) 제거에 ferrate가 효과적임을 확인하였다. 이로써 실제 정수처리에서 분리되어 있는 산화&#8228침전시킴을 의미한다. 또한, pH가 증가할수록 대상 중금속 모두 제거효율이 향상되는 경향을 보였고 온도는 ferrate와 중금속의 반응에 특별한 영향을 미치지 않았다. 그리고 낙동강원수에 humic acid(HA) 농도가 10mg/l, 각 중금속(Cu, Mn, Zn) 농도가 0.1mM이 되도록 제조하여 ferrate를 주입하는 실험에서, ferrate 주입 전에 HA의 음이온 작용기와 양이온 중금속은 착화합물을 형성하여 일부 침전&#82287H2O(13～55%)와 FeO(OH)(13～16%)보다 더 높은 효율을 보였다. 한편, alum의 경우 2～6mg/l(as Al)의 주입량에서는 ferrate에 비해 더 높은 효과를 보였지만 그 주입량을 초과(10～40mg/l as Al)하면 오히려 효율이 감소하는 결과를 보여 최적 주입량을 선정하는 것이 중요함을 알 수 있었다. 그리고 소량의 ferrate(2, 4mg/l as Fe)를 주입하여 humic acid를 전처리한 후 alum, Fe(II)와 같은 기존 응집제로 처리하였을 때가 ferrate로 전처리를 하지 않았을 때보다 효율이 향상되었다. Ferrate와 humic acid의 반응은 60초 이내에 완결되어 정상상태에 이르렀고 반응시간에 대해 1차 반응을 보였다. Ferrate 주입량(2～46mg/l as Fe), pH(3, 7.8, 11)와 온도(10, 20, 30℃)의 영향에 따른 fulvic acid(10mg/l) 제거실험 결과는 humic acid의 결과와 모두 같은 경향을 보였고 그때의 제거효율(%)들은 humic acid와 비교해서 더 높았다. 0.1mM Cu, Mn, Zn의 세 가지 시료에 ferrate를 주입한 결과, ferrate의 농도가 0.3mM일 때, Cu는 99%, Mn은 73%, 그리고 Zn은 99%의 제거효율을 보였다. 이는 ferrate가 중금속을 효과적으로 응집&#65381ABSTRACT TABLE OF CONTENTS LIST OF FIGURES LIST OF TABLES CHAPTER Ⅰ. INTRODUCTION CHAPTER Ⅱ. LITERATURE REVIEW 2.1 Characteristics of Natural Organic Matter (NOM) 2.2 Characteristics of Heavy Metals 2.3 Characteristics of Ferrate(Ⅵ) 2.4 Review of Previous Water Treatments using Ferrate CHAPTER Ⅲ. MATERIALS AND METHODS 3.1 Experimental Materials 3.1.1 Background 3.1.2 Sample collection, preservation and analysis 3.1.3 Synthesis and Characterization of Potassium Ferrate (K2FeO4) 3.2 Experimental Methods 3.2.1 Removal of NOM using Ferrate 3.2.1.1 Humic Acid (HA) Removal 3,2,1,2 Fulvic Acid (FA) Removal 3.2.2 Removal of Heavy Metals using Ferrate 3.2.3 Simultaneous Removal of NOM and Heavy Metals 3.2.3.1 Simultaneous Removal of HA and Heavy Metals 3.2.3.2 Simultaneous Removal of FA and Heavy Metals CHAPTER Ⅳ. RESULTS AND DISCUSSIONS 4.1 Synthesis and Characterization of Potassium Ferrate 4.2 Removal of NOM using Ferrate 4.2.1 HA Removal 4.2.1.1 Removal Efficiency of HA depending on Ferrate Dose 4.2.1.2 Effect of pH and Temperature on the Reaction between Ferrate and HA 4.2.1.3 Removal Efficiency of HA depending on Reaction Time 4.2.1.4 Comparative Removal Efficiency of HA by Ferrate with Traditional Coagulants 4.2.1.5 Effect of Ferrate Preoxidation on HA Removal by Traditional Coagulants 4.2.2 FA Removal 4.2.2.1 Removal Efficiency of FA depending on Ferrate Dose 4.2.2.2 Effect of pH and Temperature on the Reaction between Ferrate and FA 4.3 Removal of Heavy Metals using Ferrate 4.3.1 Removal Efficiency of Heavy Metals depending on Ferrate Dose 4.3.2 Effect of pH and Temperature on the Reaction between Ferrate and Heavy Metals 4.4 Simultaneous Removal of NOM and Heavy Metals 4.4.1 Simultaneous Removal of HA and Heavy Metals 4.4.2 Simultaneous Removal of FA and Heavy Metals CHAPTER Ⅴ. CONCLUSIONS REFERENCE

Path Analysis of the Relationship between Diabetes and Periodontal Disease among Korean Adults

본 연구는 대한민국 전체를 대표할 수 있는 국민건강영양조사 제 6 기 2차년도 자료를 이용하여 그간의 당뇨병과 치주질환에 미치는 요인을 알고자 하였던 것과 다르게 경로분석을 통한 당뇨병이 치주질환에 미치는 요인과 영향력을 분석함으로써 당뇨병과 치주질환의 유병률을 낮추고 건강증진과 구강건강을 동시에 증진 시킬 수 있는 맞춤형 중재프로그램 개발을 위한 기초자료를 제공하고자 하였다. 1. 당뇨병이 치주질환에 미치는 직접효과와 건강행태를 통해 치주질환에 미치는 간접효과를 이용하여 총효과를 분석한 결과, 과거흡연이나 흡연을 하였을 경우, 치주질환에 미치는 총효과는 유의하게 증가하였다. 2. 당뇨병이 치주질환에 미치는 직접효과와 구강건강행태, 우울증을 통해 치주질환에 미치는 간접효과를 이용하여 총효과를 분석한 결과 저작불편을 느꼈을 경우에는 치주질환에 미치는 총효과는 유의하게 증가하였다. 3. 경로분석을 통해 당뇨병과 치주질환과의 관련성을 분석한 결과 흡연과 저작불편 등의 위험요인은 직접효과와 간접효과가 더해져 치주질환의 위험성을 더욱 증가시켰고, 구강검진, 구강관리용품 사용, 하루 칫솔질 횟수 등의 예방요인은 치주질환의 위험성을 낮추는 직접효과는 있었지만 간접효과에 의해 효과가 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 요약하면 당뇨병의 유병여부에 따라 치주질환에 영향을 미치는 것으로 알려진 요인들의 치주질환과의 관련성이 달라지는 것들이 많았다. 예를 들어 하루 칫솔질 횟수 3회 이상 (OR=0.33, 95%CI. 0.16-0.69)과 구강관리용품 사용(OR=0.72, 95%CI. 0.60-0.86)은 단변수 분석에서 치주질환의 발생과 유의한 음의 관계를 보였으나 당뇨병 유병여부를 고려한 경로분석에서는 당뇨병 유병 시 간접효과에 의하여 모두 유의하지 않게 바뀌어 당뇨병이 없는 경우에만 치주질환의 발생과 음의 관계를 보인 반면 흡연과 저작불편은 당뇨병 유병여부를 고려하더라도 치주질환의 발생과 유의한 상관관계를 보여주어 상대적으로 더 치주질환의 발생과 밀접한 관계가 있는 것으로 보인다. 이와 같은 결과에 따라 당뇨병과 치주질환을 동시에 가진 환자를 치료할 때 의사와 치과의사는 긴밀한 협조가 이루어져야 하며, 치과계와 의료계 전문가 모두가 당뇨병의 구강 내 증상과 구강 내 합병증 등을 교육하기 위한 프로그램 개발과 더 나아가 환자 상태에 따른 맞춤형 중재프로그램 개발을 통해 보다 적극적으로 당뇨병과 치주질환을 동시에 관리할 수 있도록 하는 것이 필요하리라 사료된다.;The purpose of this study is to analyze and identify the effects and influence of diabetes on periodontal disease, reduce the presence of diabetes and periodontal disease and to provide the basic data for the development of a customized intervention program that can promote the health, including oral health, unlike preceding attempts to identify the factors that cause diabetes and periodontal disease using the second-year data of the national health and nutrition survey that represents the entire country of Korea. 1. The analysis on the total effect of diabetes on periodontal disease using the direct and indirect effects of diabetes on periodontal disease through health behavior has revealed that the total effect on periodontal disease has significantly increased if the patient smoked in the past. 2. The analysis on the total effect of diabetes on periodontal disease using the indirect effect of diabetes on periodontal disease, oral health behavior, and depression has demonstrated that the total effect on periodontal disease has significantly increased if the patient suffers chewing difficulty. 3. The analysis on a possible relationship between diabetes and periodontal disease using the path analysis has disclosed that various risk factors, including smoking and chewing difficulty along with direct and indirect effects have further increased the risk of periodontal disease while preventive factors such as the number of daily brushings showed a direct effect of lowering the risk of periodontal disease but reduction of effects by indirect effect has also been identified. In summary, many of the factors known to affect periodontal disease change their relationship with periodontal disease depending on the presence of diabetes. For example, three or more brushings daily (OR = 0.33, 95% CI. 0.16-0.69) and the use of oral care products (OR = 0.72, 95% CI. 0.60-0.86) have shown a significant negative correlation with the development of periodontal disease in an univariable analysis, but the path analysis in consideration of the presence of diabetes has found that all of them have not significantly changed as a result of the indirect effect incurred by the development of diabetes, leading to a negative relationship with the development of periodontal disease while smoking and chewing difficulty have shown a significant correlation with the development of periodontal disease even in consideration of the development of periodontal disease, indicating a relatively closer relationship with the development of periodontal. These findings suggest that a physician and a dentist need to closely cooperate and collaborate in treating a patient with both diabetes and periodontal disease at the same time and that both the dental and medical practitioners should develop an education program that covers the oral symptoms and complications associated with diabetes and further come up with an intervention program customized to meet specific needs of individual patients to be able to properly and proactively take care of diabetes and periodontal disease at the same time.Ⅰ. 서론 1 A. 연구의 필요성 1 B. 연구의 목적 4 C. 용어의 정의 5 Ⅱ. 이론적 배경 7 A. 치주질환 7 B. 당뇨병 9 C. 당뇨병과 치주질환 10 Ⅲ. 연구방법 12 A. 연구대상자 선정 12 B. 변수의 선정 14 C. 연구분석방법 18 D. 경로분석방법 21 Ⅳ. 연구결과 23 A. 조사대상자의 특성에 따른 질병 비교 23 1. 치주질환과의 관계 23 2. 당뇨병과의 관계 32 B. 조사대상자의 특성에 따른 질병과의 관련성 41 1. 치주질환과의 관계 41 2. 당뇨병과의 관계 47 C. 매개 변수을 통한 치주질환에 대한 경로분석 53 1. 건강행태로부터의 간접효과 및 총효과 53 2. 구강건강행태 및 우울증으로부터의 간접효과 및 총효과 57 Ⅴ. 고찰 61 Ⅵ. 결론 67 참고문헌 6