본 연구에서는 폐 영양 용액(WNS)을 생물전기화학 셀에서 양극액(catholyte)으로 사용하여 과산화수소(hydrogen peroxide, H 2 O 2 )를 직접 생산한 뒤, H 2 O 2 를 함유한 WNS를 하류의 UV 산화 공정에 통합하여 재사용을 위한 품질 기준을 충족시키고자 하였다. 생물전기화학 셀에서 생성된 전류는 음극에서 성공적으로 이용되어 서로 다른 반응 시간에서 2전자 산소 환원 반응을 통해 WNS 내에서 H 2 O 2 를 생성하였다. H 2 O 2 생성량이 가장 높은 음극 반응 시간은 48 h로서 504 ± 5.2 mg l −1 이었으며, 그 다음으로 24 h (368 ± 4.1 mg l −1 ), 12 h (158.8 ± 2.4 mg l −1 ), 6 h (121.1 ± 4.1 mg l −1 )의 반응 시간이 뒤를 이었다. H 2 O 2 생성 동안 WNS에 존재하는 칼슘, 마그네슘 및 인산염은 알칼리 조건에서 침전물의 형태로 회수되었다. H 2 O 2 를 함유한 WNS는 이어서 서로 다른 UV 선량으로 추가 처리하였다. UV/H 2 O 2 처리 후 여기-방출 매트릭스(excitation-emission matrix) 및 분자량 분포 분석 결과, 방향족 화합물이 감소함이 확인되었다. 또한 대조 시료와 비교하여 sul 1 (최대 95.65%), tet G (최대 93.88%), aad A (최대 95.32%)의 유전자 발현이 뚜렷하게 하향 조절되었다. 마지막으로 더 높은 UV 선량에서 높은 소독 효율이 달성되었고, 그 결과 종자 발아가 성공적으로 이루어졌다. 따라서 본 연구 결과는 개발된 방법이 수경재배 시스템에서 WNS를 재사용하기 위한 유망한 공정이 될 수 있음을 시사한다.

본 연구에서는 폐 영양 용액(WNS)을 생물전기화학 셀에서 양극액(catholyte)으로 사용하여 과산화수소(hydrogen peroxide, H 2 O 2 )를 직접 생산한 뒤, H 2 O 2 를 함유한 WNS를 하류의 UV 산화 공정에 통합하여 재사용을 위한 품질 기준을 충족시키고자 하였다. 생물전기화학 셀에서 생성된 전류는 음극에서 성공적으로 이용되어 서로 다른 반응 시간에서 2전자 산소 환원 반응을 통해 WNS 내에서 H 2 O 2 를 생성하였다. H 2 O 2 생성량이 가장 높은 음극 반응 시간은 48 h로서 504 ± 5.2 mg l −1 이었으며, 그 다음으로 24 h (368 ± 4.1 mg l −1 ), 12 h (158.8 ± 2.4 mg l −1 ), 6 h (121.1 ± 4.1 mg l −1 )의 반응 시간이 뒤를 이었다. H 2 O 2 생성 동안 WNS에 존재하는 칼슘, 마그네슘 및 인산염은 알칼리 조건에서 침전물의 형태로 회수되었다. H 2 O 2 를 함유한 WNS는 이어서 서로 다른 UV 선량으로 추가 처리하였다. UV/H 2 O 2 처리 후 여기-방출 매트릭스(excitation-emission matrix) 및 분자량 분포 분석 결과, 방향족 화합물이 감소함이 확인되었다. 또한 대조 시료와 비교하여 sul 1 (최대 95.65%), tet G (최대 93.88%), aad A (최대 95.32%)의 유전자 발현이 뚜렷하게 하향 조절되었다. 마지막으로 더 높은 UV 선량에서 높은 소독 효율이 달성되었고, 그 결과 종자 발아가 성공적으로 이루어졌다. 따라서 본 연구 결과는 개발된 방법이 수경재배 시스템에서 WNS를 재사용하기 위한 유망한 공정이 될 수 있음을 시사한다.

H2O2 생산을 위한 BES는 높은 효율, 에너지 효율 및 환경 친화성 덕분에 미래에 큰 잠재력을 가진다. 이는 어떠한 에너지 투입 없이 폐기물을 유용한 화학물질로 전환하기 때문이다.

다양한 고도 산화 공정(advanced oxidation processes)이 수생 생태계에 용해되는 지속성 유기오염물질인 퍼플루오로옥탄 설폰산(PFOS)을 분해하는 데 사용되어 왔으나, 이러한 공정들은 본질적인 한계를 지닌다. 본 연구는 대안으로서 통기(aeration) 보조 저온 플라즈마(cold plasma, CP) 기술을 제안한다. CP 처리에 의한 PFOS 제거는 1시간 노출 후 62.5%에 도달하였고, 분해 속도 상수는 3.1 h−1이었다. 용액에서 황산염(SO42−)이 검출됨은 PFOS의 효과적인 분해에 대한 근거를 제공한다. 측정된 불소 농도와 추정된 불소 농도 간의 높은 일치는 분해 후 질량수지(mass balance)가 성립함을 추가로 확인한다. 급성 독성 시험 결과는 PFOS 분해가 초기에는 분해 부산물의 생성으로 인해 급성 독성이 증가할 수 있음을 시사한다. 그러나 이러한 독성 증가는 CP가 생성하는 반응성 종(reactive species)에 대한 추가 노출을 통해 완화될 수 있다. 또한 CP의 에너지(energy per order)에 대한 조사와 수산기 라디칼(hydroxyl radicals)의 정량은 그 운전 효율을 뒷받침한다. 본 연구는 통기 보조 CP가 PFOS가 야기하는 환경적 위협을 완화하기 위한 실행 가능한 처리 옵션으로서의 잠재력을 지닌다는 점을 확인한다.

세포 외 전자 수송(Extracellular electron transport, EET)은 미생물이 자신의 세포 내부에서 외부 전자 수용체로 전자를 공여하거나, 외부의 전원 또는 전극으로부터 전자를 받아 전자 수용체의 역할을 수행할 수 있는 생물학적 과정이다. 이러한 과정은 흔히 주변 환경이나 생물막(biofilms) 내에서 일어나며, 에너지 대사에 필수적인 산화환원 반응을 가능하게 한다. 본 검토는 환경 생명공학에서의 전자 전달(EET) 연구에 관한 최신 동향을 평가하고, 미생물 연료전지 및 CO2 업사이클링을 위한 미생물 전기합성(microbial electrosynthesis)을 포함하는 생물전기화학 시스템(BES) 전반에서의 다양한 적용 양상을 제시한다. 또한 BES가 아닌 분야에서의 혐기성 소화(anaerobic digestion)와 유용 자원 회수를 위한 생물침출(bioleaching) 등에도 EET가 활용될 수 있음을 다룬다. 본 검토는 EET 연구의 학제 간 접근을 강조하며, 미생물학, 화학, 환경공학, 재료과학, 시스템 제어 공학을 융합한다. 이 논문은 EET의 성능 최적화에 대한 통찰을 제공하고, 향후 산업 및 상업적 적용에 대한 전망을 제시한다. 아울러 본 검토는 전 지구적 및 환경적 문제를 완화하기 위한 EET의 잠재적 적용 가능성을 탐색하고, 지속가능한 순환 바이오경제로의 길을 여는 혁신적인 생명공학적 해결책을 제공한다.