• 한국농공학회논문집
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• 제51권2호
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• pp.1-6
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• 2009

Acetogen과 같은 일부 혐기성미생물은 소위 acetyl-CoA 경로에 의해 아세트산, 에탄올, 그리고 몇 가지 생화학 물질을 생산한다. 이 경로에서는 일산화탄소를 기질로 이용할 수 있다. 일산화탄소 이외에 수소가 이용될 수 있다. 즉 이들 미생물은 독립영양생물로서 이산화탄소와 태양광에너지를 이용하는 녹색식물과 비유될 수 있으며, 일산화탄소는 탄소원으로서 동시에 에너지원으로서 이용된다. 본 연구에서는 혐기성 소화액 중 아세트산을 생성하는 미생물이 존재한다고 가정하고, 일산화탄소와 수소가 주 가연성분인 합성가스를 공급하면 추가의 메탄이 생성가능성을 평가하였다. 혐기성 소화과정에서 발생되는 메탄은 주로 아세트산으로부터 만들어지므로 일산화탄소를 공급하는 경우 추가로 메탄이 생성될 것으로 추측할 수 있기 때문이다. 이를 확인하기 위하여 현재 운영중인 바이오가스 생산 설비로부터 얻은 혐기성 소화액을 생물반응조에 넣은 후, 합성가스를 순환-공급하여 가스 생산량의 변화 및 조성을 분석하였다. 질소가스를 공급한 대조구와는 달리 일산화탄소 또는 합성가스를 공급한 경우에는 메탄가스가 생산되는 것을 확인하였다. 질소가스를 공급한 대조구와는 달리 일산화탄소 또는 합성가스를 공급한 경우에는 메탄가스가 생산되는 것을 확인하였다. 일산화탄소만을 공급했을 때에는 이산화탄소의 생성으로 가스 생산량이 증가하였으나, 수소가 포함된 합성가스를 공급하였을 때에는 이산화탄소가 탄소원이로 소비되어 가스 저장도 내의 가스량이 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 가스화공정에 으해 얻어지는 합성가스는 온도와 가스 조성을 고러할 때, 바이오가스 생산을 위한 혐기성 소화조와 연계하면 소화조의 가온에 필요한 열을 공급할 수 있고 바이오가스 중 이산화탄소 농도를 낮추어 발열량을 개선할 수 있을 것으로 판단된다.

• 공업화학
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• 제23권6호
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• pp.594-598
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• 2012

본 연구에서는 해조류 다시마를 바이오매스로 이용하는 혐기성 소화로부터 바이오가스를 생산하였다. 최적의 혐기성 배양조건을 확립하기 위해 슬러지는 $-70^{\circ}C$에서 20 min 동안 냉동 전처리를 하였다. 대조군과 비교했을 때 수소와 메탄가스는 각각 2.7배와 3.4배 증가한 667.28 mL/L와 3420.24 mL/L를 생산하였다. 냉동 전처리한 슬러지의 초기 pH 최적 조건은 7.0이었고, 다시마 바이오매스의 초기 pH 최적 조건은 8.0이었으며 알칼리 조건에서 보다 산성 조건에서 바이오가스 생산량이 크게 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 슬러지의 냉동 전처리와 바이오매스 및 슬러지의 최적 pH 조건에서 최대 643.73 mL/L의 수소와 4291.6 mL/L의 메탄가스를 생산하였다. 이는 대조군과 비교했을 때 각각 2.6배와 4.3배 증가한 생산량이었다. 또한 최적 조건의 5-L 회분식 혐기성 배양에서 바이오가스의 생산량을 측정한 결과 기질에 포함된 다시마에 의해 생산될 수 있는 최대 생산량은 수소 1605.03 mL/L와 메탄가스 4593.71 mL/L로 확인되었다.

• 유기물자원화
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• 제15권1호
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• pp.171-177
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• 2007

메탄활성 침출수가 매립폐기물 분해에 미치는 영향을 알아보기 위해 내경 30cm, 높이 200cm, 실용량 140L의 원통형 PVC로 모형매립조 4기를 제작하였으며, 침출수의 생물학적처리와 재순환을 위한 혐기화조를 내경 20cm 높이 30cm로하여 2기 제작하였다. L1은 일반적인 매립지를 모사하기 위해 재순환을 행하지 아니하였고, L2는 침출수를 우수의 2배인 1,068ml로 재순환하였다. L3와 L4는 발생된 침출수를 $35{\pm}1^{\circ}C$로 유지되는 암실에서 1주일간 혐기성소화조에서 소화시킨 후 상등수를 L3, L4에 각각 1,064ml, 2.128ml 재순환하였다. 누적메탄발생량이 L3와 L4가 L1과 L2에 비해 약 3배 높게 발생하였으며, 메탄활성 침출수의 재순환량이 더 많은 L4이 L3보다 1.23배 높게 나타났다. 이는 메탄활성 침출수 재순환이 재순환되는 메탄균에 의해 분해가 더 활성화 된 것으로 판단되며, 메탄활성 침출수의 재순환 양에 따라 메찬회수율이 다르다는 것을 알 수 있다.

• 대한환경공학회지
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• 제31권12호
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• pp.1113-1122
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• 2009

하수슬러지의 해양투기 배출규제에 대한 대체 처리방안으로, 하수슬러지의 초음파 가용화를 통한 재기질화와 하수처리 공정에 대한 개선을 통한 슬러지 발생량의 저감방안을 살펴보았다. 분리막 반응조(MBR) 실험을 통해 SRT를 점진적으로 SRT=5.1일에서 442일까지 증가시켰으며, 이때 반응조내 미생물의 평균 농도값은 $c_B$=3.4 $gTSSL^{-1}$에서 $c_B$=14.5 $gTSSL^{-1}$까지 증가하였다. 이때 기질제거율과 미생물의 성장량과의 관계를 나타내는 미생물 수율($Y_{B/S}$)는 SRT=5.1일 일때의 약 0.5-0.7에 비해 SRT=442일 일때 0.005-0.007로 저감되어, 직접적인 슬러지 발생량의 감소를 가져오게 되는 것을 확인하였다. 반응 조내 미생물 농도와 폭기효율과의 관계를 프로펠러 루프 반응조에서 교반속도에 따른 산소전달계수와 ${\alpha}$-factor의 변화로써 살펴보았다. 한편 슬러지에 대한 초음파 가용화는 에너지 투입량에 따라 가용화 효율이 증가하고, 가용화한 슬러지의 혐기성 소화효율은 가용화하지 않은 슬러지에 비해 바이오가스 발생량이 많았다.

• KSBB Journal
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• 제15권3호
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• pp.268-273
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• 2000

본 연구에서는 R rubrum을 이용한 석탄합성 가스로부터 수소 생산공정에 있어서의 세포성장 및 일산화탄소 전환을 최적화하 는 여러 조건들을 조사하였다. 그 중 pH의 영향을 살펴보면 R. rubrum 세포성장에는 pH 6~7이 최적이었고 수소생산에는 pH 7 7-7.5이 최적이었으며 pH가 5.5에서는 세포성장이거의 이루어 지지 않았다. 또한 온도가 34 'C 이상 증가되었을 때 세포성장이 둔화되어 멈추고 안정적인 co 전환속도를 얻을 수 없으므로 $30^{\circ}C$가 R. rubrum 균주 성장과 co 전환에 최적온도라 생각된다. 또한 R. rubrum은 photosynthetic bacteria인데 이 세포의 성장에 는 벚의 세기가 1,700-2,400 Lux가 최적임을 알 수 있었고 co 전환에는 계속적인 빛의 공급이 꼭 필요하지는 않고 간헐적인 빛의 노출만으로도 충분하다고 생각된다. 또한 연속반응기를 이 용하여 600 rpm, $30^{\circ}C$, pH 7에서 합성가스 체류시간 110분시 co 전환율 약 53%정도를 얻을 수 있었다. 이 연구가 계속 진 행되어져서 photobioreactor의 개발, high pressure bioreactor의 이 용, 균주의 mutatIOn 및 전환능력 우수 균주 등의 selection을 수 행한다면 매우 높은 합성가스 전환율을 갖는 생물반응기 공정개 발도 가능하리라 생각된다.

• Biotechnology and Bioprocess Engineering:BBE
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• 제10권3호
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• pp.270-274
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• 2005

A reactor-scale hydrogen (H2) production via the water-gas shift reaction of carbon monoxide (CO) and water was studied using the purple nonsulfur bacterium, Rhodopseudomonas palustris P4. The experiment was conducted in a two-step process: an aerobic/chemoheterotrophic cell growth step and a subsequent anaerobic $H_2$ production step. Important parameters investigated included the agitation speed. inlet CO concentration and gas retention time. P4 showed a stable $H_2$ production capability with a maximum activity of 41 mmol $H_2$ g $cell^{-1}h^{-1}$ during the continuous reactor operation of 400 h. The maximal volumetric H2 production rate was estimated to be 41 mmol $H_2 L^{-1}h^{-1}$, which was about nine-fold and fifteen-fold higher than the rates reported for the photosynthetic bacteria Rhodospirillum rubrum and Rubrivivax gelatinosus, respectively. This is mainly attributed to the ability of P4 to grow to a high cell density with a high specific $H_2$ production activity. This study indicates that P4 has an outstanding potential for a continuous H2 production via the water-gas shift reaction once a proper bioreactor system that provides a high rate of gas-liquid mass transfer is developed.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2008년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.235-238
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• 2008

We examined butanol fermentation by Clostridium beijerinckii NCIMB 8052 using various hydrolyzates obtained from rice bran which is one of the most abundant agricultural by-products in Korea and Japan. In order to increase the amount of fermentable sugars in the hydrolyzates of rice bran, various hydrolysis procedures were applied. Total eight different hydrolyzates were prepared using rice bran (RB) and defatted rice bran (DRB) with enzyme or acid treatment and both. Each hydrolyzate was evaluated in terms of total sugar concentration and butanol production after fermentation by C. beijerinckii NCIMB 8052. Acid treatment yielded more sugar than enzyme treatment and combined treatment with enzyme and acid yielded even more sugars as compared to single treatment with enzyme or acid. As a result, the highest sugar concentration (33 g/L) was observed from the hydrolyzate from DRB (100 g/L) with combined treatment using enzyme and acid. Prior to perform fermentation of the hydrolyzates, we examined the effect of P2 solution containing yeast extract, buffer, minerals, and vitamins on production of butanol during the fermentation. Fermentation of the hydrolyzates with or without additionof P2 was performed using C. beijerinckii NCIMB 8052 in a 1 L anaerobic bioreactor. Although the hydrolyzates RB were able to support growth and butanol production, addition of P2 solution into the hydrolyzates significantly improved cell growth and butanol production. Highest butanol production (12.24 g/L) was observed from the hydrolyzate of DRB with acid and enzyme treatment after supplementation of P2 solution.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제19권5호
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• pp.482-490
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• 2009

We examined butanol fermentation by Clostridium beijerinckii NCIMB 8052 using various hydrolyzates obtained from rice bran, which is one of the most abundant agricultural by-products in Korea and Japan. In order to increase the amount of fermentable sugars in the hydrolyzates of rice bran, various hydrolysis procedures were applied. Eight different hydrolyzates were prepared using rice bran (RB) and defatted rice bran (DRB) with enzyme or acid treatment or both. Each hydrolyzate was evaluated in terms of total sugar concentration and butanol production after fermentation by C. beijerinckii NCIMB 8052. Acid treatment yielded more sugar than enzyme treatment, and combined treatment with enzyme and acid yielded even more sugars as compared with single treatment with enzyme or acid. As a result, the highest sugar concentration (33 g/l) was observed from the hydrolyzate from DRB (100 g/l) with combined treatment using enzyme and acid. Prior to fermentation of the hydrolyzates, we examined the effect of P2 solution containing yeast extract, buffer, minerals, and vitamins on production of butanol during the fermentation. Fermentation of the hydrolyzates with or without addition of P2 was performed using C. beijerinckii NCIMB 8052 in a 1-1 anaerobic bioreactor. Although the RB hydrolyzates were able to support growth and butanol production, addition of P2 solution into the hydrolyzates significantly improved cell growth and butanol production. The highest butanol production (12.24 g/l) was observed from the hydrolyzate of DRB with acid and enzyme treatment after supplementation of P2 solution.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제25권7호
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• pp.1093-1100
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• 2015

Acetate and lactate in growth media are detrimental to the production of Thermus maltogenic amylase (ThMA), a heterologous protein, as well as to the growth of recombinant Escherichia coli. Only 50 mM of acetate or 10 mM of lactate reduced 90% of specific ThMA activity. In this study, mutant E. coli strains blocked in the ackA-pta or ackA-pta and ldh pathways were created, characterized, and assessed for their culture performace in 300 L-scale fermentation. The ackApta and ldh double-mutant strain formed significantly less lactate and acetate, and produced a concomitant increase in the excretion of pyruvate (17.8 mM) under anaerobic conditions. The ackA-pta mutant strain accumulated significant acetate but had an approximately 2-fold increase in the formation of lactate. The ackA-pta and ldh double-mutant strain had superior overall performance in large-scale culture under suboptimal conditions, giving 67% higher cell density and 66% higher ThMA activity compared with those of the control strain. The doublemutant strain also achieved a 179% improvement in volumetric ThMA production.

• 한국환경보건학회지
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• 제36권4호
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• pp.323-336
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• 2010

We evaluated the properties of a fixed-bed column reactor for high-concentration tetrachloroethylene (PCE) removal. The anaerobic bacterium Clostridium bifermentans DPH-1 was able to dechlorinate PCE to cis-1,2-dichloroethylene (cDCE) via trichloroethylene (TCE) at high rates in the monoculture biofilm of an upflow fixed-bed column reactor. The first-order reaction rate of C. bifermentans DPH-1 was relatively high at $0.006\;mg\;protein^{-1}{\cdot}l{\cdot}h^{-1}$, and comparable to rates obtained by others. When we gradually raised the influent PCE concentration from $30\;{\mu}M$ to $905\;{\mu}M$, the degree of PCE dechlorination rose to over 99% during the operation period of 2,000 h. In order to maintain efficiency of transformation of PCE in this reactor system, more than 6 h hydraulic retention time (HRT) is required. The maximum volumetric dechlorination rate of PCE was determined to be $1,100\;{\mu}mol{\cdot}d^{-1}l$ of reactor $volume^{-1}$, which is relatively high compared to rates reported previously. The results of this study indicate that the PCE removal performance of this fixed-bed reactor immobilized mono-culture is comparable to that of a fixed-bed reactor mixture culture system. Furthermore, our system has the major advantage of a rapid (5 days) start-up time for the reactor. The flow characteristics of this reactor are intermediate between those of the plug-flow and complete-mix systems. Biotransformation of PCE into innocuous compounds is desirable; however, unfortunately cDCE, which is itself toxic, was the main product of PCE dechlorination in this reactor system. In order to establish a system for complete detoxification of PCE, co-immobilization of C. bifermentans DPH-1 with other bacteria that degrade cDCE aerobically or anaerobically to ethene or ethane may be effective.