• 유기물자원화
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• 제25권1호
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• pp.15-21
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• 2017

본 연구에서는 하수슬러지의 유기산 생산에 있어 해조류 첨가를 통한 상승효과를 확인하고자 새로운 접근을 시도하였다. 기질농도를 동일하게 20 g COD/L로 하고 하수슬러지와 해조류의 혼합비율을 COD 기준, 100:0, 75:25, 50:50, 25:75, 0:100으로 조절하여 실험하였다. 실험 온도는 $35^{\circ}C$, 중온에서 이루어졌고 메탄 생산균의 활성을 억제하기 위해서 $90^{\circ}C$, 20분간 열처리된 혐기성소화슬러지를 식종균으로 이용하였다. 실험결과를 살펴보면, 해조류의 첨가량이 증가할수록 유기산의 농도도 증가하는 경향을 나타내었으며 혼합비율별 100:0, 75:25, 50:50, 25:75, 0:100 (하수슬러지:해조류) 유기산 생산량은 각각 1.45, 3.22, 4.28, 5.24, 4.82 g COD/L이었다. 하수슬러지와 해조류만의 유기산 생산량을 기반으로 하여 상승효과를 계산한 결과, 혼합비율 75:25, 50:50, 25:75 에서 각각 0.92, 1.14, 1.26 g COD/L로 나타났다. 이는 해조류가 25% 비율로 첨가 시 전체 생산된 유기산의 40%가 상승효과에 의해 생산되었음을 의미하며, 해조류의 상대적인 높은 C/N비와 생분해도에 기인한다.

• 유기물자원화
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• 제13권3호
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• pp.71-81
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• 2005

슬러지를 안정화시키기 위하여 가장 많이 적용되고 있는 공법은 혐기성 소화공법이라고 할 수 있다. 또한, 혐기성 소화는 유기성분의 효과적인 안정화와 동시에 메탄가스를 발생시켜 에너지로 이용 가능하다는 장점을 가지고 있다. 그러나, 폐활성슬러지의 경우 미생물의 세포벽 때문에 일반적으로 저조한 혐기성 처리효율과 탈수능을 나타내고 있으며, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 많은 전처리공정들이 개발되거나 연구되어 왔다. 본 연구에서는 폐활성슬러지의 혐기성 소화효율과 탈수능을 향상시키기 위한 pulse power 전처리 연구를 pilot 규모로 수행하였다. Pilot plant는 기 수행된 실험실 연구결과를 바탕으로 설계 및 운전하였다. 본 연구에서는 pulse power 전처리에 의한 슬러지 특성변화를 평가하였으며, 특히 혐기성 소화시 미생물이 사용하기 용이한 기질의 증가를 의미하는 용존성 유기물질의 증가를 주요항목으로 평가하였다. 혐기성 소화조에서 발생하는 가스발생량과 메탄함량을 측정하여 혐기성 소화능을 평가하였으며, 슬러지 탈수능은 CST 및 비저항값의 측정을 통하여 평가하였다. 또한, 슬러지 처리공정에서의 전체적인 에너지수지를 계산하여 pulse power 전처리에 의한 에너지 회수율 변화를 평가하였다.

• 유기물자원화
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• 제20권1호
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• pp.78-86
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• 2012

본 연구에서는 제 3세대 바이오매스 미세조류를 이용한 혐기성 암발효 수소 생산 과정에서 산 전처리의 최적화를 통계학적 실험방법인 반응표면법을 적용하여 도출 하였다. 1~3% (v/w)의 산 농도와 10~60 min 전처리 시간을 최적화 실험 범위로 설정하였으며 기질농도 76 g dcw/L와 초기 pH는 7.4로 고정하였고 수소발효 운전 중에 pH는 조절하지 않았다. 최적화 결과 HCl 1.2%와 반응시간 48 min에서 가장 높은 수소전환율인 36.8 mL $H_{2}/g$ dcw을 얻었으며 이때 가용화율은 18.9%로 나타났다. 정확도는 $R^{2}$=0.95로 매우 정확한 상관계수를 보였고 ANOVA test를 통해 예측된 수소전환율에 관련한 경험식은 a quadratic polynomial equation 으로 나타났으며 반응시간보다 산주입농도가 수소 생산에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다.

• 자원리싸이클링
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• 제30권3호
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• pp.30-40
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• 2021

본 연구는 미생물의 접촉 및 비접촉 매커니즘에 따른 비소의 미생물 침출 효율을 보여준다. 12-14 kDa의 반투과성막으로 구성된 분리시스템에서 Acidithiobacillus ferroxidans와 광물찌꺼기의 흡착을 제어하며 접촉 및 비접촉 시스템을 구분하였으며 1.0% 및 0.5% w/v의 두 가지 광액 농도에서 침출효율을 비교하였다. 회분식 미생물 침출 실험을 10일간 수행하면서 비소와 철의 총 농도, 철 이온종 변화, pH, 산화환원전위를 비교하며 박테리아 활동을 확인하였다. 높은 광액 농도인 1.0%에서 박테리아의 흡착에 의해 비소 침출 효율이 20.0%에서 44.9%로 증가하였다. 이러한 결과는 박테리아의 접촉 메커니즘이 광물찌꺼기 내 비소 침출에 큰 영향을 준다는 것을 보여준다. 따라서, 광물찌꺼기 내 비소 제거는 2단계 또는 비접촉 미생물 침출 방법이 1단계 또는 접촉 미생물 침출 방법보다 효율적이지 않다는 것을 보여주었다.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제27권3호
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• pp.507-513
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• 2017

Bacillus subtilis spores can be used for protein display to engineer protein properties. This method overcomes viability and protein-folding concerns associated with traditional protein display methods. Spores remain viable under extreme conditions and the genotype/phenotype connection remains intact. In addition, the natural sporulation process eliminates protein-folding concerns that are coupled to the target protein traveling through cell membranes. Furthermore, ATP-dependent chaperones are present to assist in protein folding. CotA was optimized as a whole-cell biocatalyst immobilized in an inert matrix of the spore. In general, proteins that are immobilized have advantages in biocatalysis. For example, the protein can be easily removed from the reaction and it is more stable. The aim is to improve the pH stability using spore display. The maximum activity of CotA is between pH 4 and 5 for the substrate ABTS (ABTS = diammonium 2,2'-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonate). However, the activity dramatically decreases at pH 4. The activity is not significantly altered at pH 5. A library of approximately 3,000 clones was screened. A E498G variant was identified to have a half-life of inactivation ($t_{1/2}$) at pH 4 that was 24.8 times greater compared with wt-CotA. In a previous investigation, a CotA library was screened for organic solvent resistance and a T480A mutant was found. Consequently, T480A/E498G-CotA was constructed and the $t_{1/2}$ was 62.1 times greater than wt-CotA. Finally, E498G-CotA and T480A/E498G-CotA yielded 3.7- and 5.3-fold more product than did wt-CotA after recycling the biocatalyst seven times over 42 h.

• 한국축산시설환경학회지
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• 제4권2호
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• pp.167-174
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• 1998

It is known that the anaerobic fermentation of organic matter (OM) is divided into 2 phases, acidogenic phase in which OM is digested into volatile fatty acid (VFA), and methanogenic phase where the produced VFA is converted to CH4 and CO2. In a natural fermenting procedure, these 2 phases occur at the same time. However the total production of end products (methane) may be limited if these 2 phases occur at the same time. This is believed to be due to the difference in growth rate, substrate-utilizing efficiency and favorable environment for each microbes (acidogens and methanogens), involved in each phase. It is therefore suggested for the maximum recycling of organic waste (such as animal waste) through providing 2 different steps in fermenting procedure, acidogenic phase and methanogenic phase, in each case the activity of involved microbes can be maintained at the maximum level. The results obtained from these experiments are summarized as follows : The loading rates of swine waste were made through 2.5, 5 and 10 gVS / l / d to identify its acidogenic fermenting character in this study. The VFA yield was maximized at 10 gVS / l / d of loading rate. On the basis of this study was executed to identify the optimum HRT of 1, 2 and 4 days at 10 gVS / l / d of loading rate in acidogenic phase. The maximum VFA yield was obtained at 1 days of HRT.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제19권1호
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• pp.65-71
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• 2009

Microbial oxidoreductive systems have been widely used in asymmetric syntheses of optically active alcohols. However, when reused in multi-batch reaction, the catalytic efficiency and sustainability of non-growing cells usually decreased because of continuous consumption of required cofactors during the reaction process. A novel method for NADPH regeneration in cells was proposed by using pentose metabolism in microorganisms. Addition of D-xylose, L-arabinose, or D-ribose to the reaction significantly improved the conversion efficiency of deracemization of racemic 1-phenyl-1,2-ethanediol to (S)-isomer by Candida parapsilosis cells already used once, which afforded the product with high optical purity over 97%e.e. in high yield over 85% under an increased substrate concentration of 15 g/l. Compared with reactions without xylose, xylose added to multi-batch reactions had no influence on the activity of the enzyme catalyzing the key step in deracemization, but performed a promoting effect on the recovery of the metabolic activity of the non-growing cells with its consumption in each batch. The detection of activities of xylose reductase and xylitol dehydrogenase from cell-free extract of C. parapsilosis made xylose metabolism feasible in cells, and the depression of the pentose phosphate pathway inhibitor to this reaction further indicated that xylose facilitated the NADPH-required deracemization through the pentose phosphate pathway in C. parapsilosis. moreover, by investigating the cofactor pool, the xylose addition in reaction batches giving more NADPH, compared with those without xylose, suggested that the higher catalytic efficiency and sustainability of C. parapsilosis non-growing cells had resulted from xylose metabolism recycling NADPH for the deracemization.

• 유기물자원화
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• 제8권2호
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• pp.130-139
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• 2000

일련의 회분식실험을 통하여 음식폐기물의 동력학상수 및 메탄가스 발생량을 측정하였으며 음식폐기물의 고온혐기성 소화시 입자의 크기, 나트륨이온의 농도, 휘발성 고형물의 부하량이 따른 운전인자에 대한 영향을 살펴보았다. 기초 동력학 실험에서는 최대 기질 분해 속도 상수 k는 $0.24hr^{-1}$로 나타났으며 반 포화상수 Ks는 $700mg/{\ell}$ 로 나타났다. 나트륨 농도에 따른 혐기성소화 영향에 관한 실험은 나트륨 농도가 $5g/{\ell}$ 까지는 총 메탄가스 발생량에 영향을 미치지 않았으나 점차로 농도가 증가함에 따라 총 메탄가스 발생량이 감소하기 시작하였으며 나트륨 농도가 $20g/{\ell}$ 로 증가시켰을 경우 이론적인 발생량의 50% 만을 발생하였다. 음식폐기물을 크기별로 분쇄하여 혐기성 소화를 시킨 후 Valentini 모델에 적용시킨 결과 모든 경우에 있어서 가수분해 상수 값 A는 0.45를 나타내었으며 입자의 크기가 1.02 mm에서 2.14 mm로 높아짐에 따라 최대 기질 분해 속도 상수 $k_{HA}$는 $0.0033hr^{-1}$에서 $0.0015hr^{-1}$로 감소하였다. 이것으로 음식폐기물의 혐기성 소화에 있어서 입자 크기가 중요한 운전인자 중의 하나임을 증명할 수 있었으며 휘발성 고형분의 부하량에 관한 연구에서는 최대 주입 휘발성 고형물 부하량은 $40g/{\ell}$ 로 나타났으며, 유기물 부하가 낮은 경우에서는 나트륨 이온에 따른 영향이 휘발성 고형물 제거에 나타나지 않았으나 $40g/{\ell}$ 인 경우 약간의 차이가 있는 것으로 판명되었다.

• 유기물자원화
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• 제10권3호
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• pp.117-125
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• 2002

본 연구에서는 일반적인 생물학적 질소제거공정을 거치지 않고, 수중의 $NH_3-N$을 유기질소형태로 합성시키는 특수미생물을 분리, 이용하여 암모니아성질소로 오염된 폐수의 고도처리 가능성에 대해서 검토해 보았다. $NH_3-N$을 기질로 다량 이용할 수 있는 3종류의 특수미생물을 순수 분리한 후 무(無)염분조건과 염분조건(3%NaCl)에서 배양해 본 결과 M11은 염분조건에서, M12는 무(無)염분조건에서, M71의 경우는 양쪽 조건에서 높은 성장률을 보였다. 탄소원(glucose)의 영향을 검토한 실험에서는 Glucose농도가 $5g/{\ell}$ 일 때, 미생물의 증식과 $NH_3-N$의 제거율이 가장 높았으나, 고농도(약 1000mg/L as $NH_3-N$) 조건하에서 $NH_3-N$의 제거율은 높지 않은 결과를 보였다. $NH_3-N$의 농도는 100mg/L 일 때 제거효율이 가장 우수했고, 이 때 $NO_2-N$과 $NO_3-N$의 증가는 일어나지 않는 것으로 보아 제거된 $NH_3-N$은 유기질소로 변환되었음을 추측할 수 있었다. pH완충과 인의 공급을 위한 $K_2HPO_4$ 농도는 미생물마다 최적 성장 농도는 조금씩 달랐으나, $5g/{\ell}$에서 적절한 성장조건을 보였다. 또한 질소원으로 특수미생물은 $NH_3-N$뿐만 아니라 $NO_2-N$과 $NO_3-N$도 질소원으로 이용할 수 있는 것으로 나타났다. 본 실험 결과 미생물의 증식이 활발할수록 $NH_3-N$의 제거율이 증가하는 뚜렷한 양상을 나타내어 추후 $NH_3-N$으로 오염된 폐수처리에의 높은 적용가능성을 보였다.

• 유기물자원화
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• 제25권4호
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• pp.41-50
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• 2017

점도, 임펠러 종류, 소비전력 등에 의해 영향을 받는 생물학적 폐기물 처리시설 및 에너지 생산 플랜트에서 적절한 교반 시스템의 설계는 필수적이다. 본 연구에서는 적절한 교반 시스템의 설계를 위해 음식물류폐기물을 이용하여 다양한 조건(운전 pH 및 농도)에서의 수소발효 시 유변학적 특성의 변화를 조사한 후, 이를 기반으로 교반강도를 설계하였다. 운전 pH에 따른 수소발효 실험에서 수소전환율은 $0.51{\sim}1.77mol\;H_2/mol\;hexose_{added}$였고, 가장 높은 수소전환율은 운전 pH 5.5에서 나타났다. 발효액은 전단속도가 증가함에 따라 점도가 감소하는 Shear thinning 거동을 보였다. 탄수화물이 분해되면서 발효 이후 점도는 초기 점도보다 감소하는 경향을 보였으나, 운전 pH의 변화에 따른 발효액의 점도 변화는 크지 않았다. 탄수화물 농도 10~50 g Carbo. COD/L에서 수소전환율은 $1.40{\sim}1.86mol\;H_2/mol\;hexose_{added}$로 운전 pH 조건이 수소전환율에 미친 영향과 비교했을 때 큰 차이는 없었다. 발효액의 Zero viscosity와 Infinite viscosity는 탄수화물 농도에 따라 각각 $10.4{\sim}346.2mPa{\cdot}s$와 $1.7{\sim}5.3mPa{\cdot}s$로 나타났는데, 10 g Carbo. COD/L와 20 g Carbo. COD/L에서 발효액의 점도 값은 거의 차이가 없었다. 실험 결과에 기초하여 교반강도를 설계한 결과, 기질농도 30 g Carbo. COD/L의 수소발효 초기 및 발효 후 교반강도는 각각 26.0, 10.0 rpm으로 약 2.5배 정도의 교반강도를 줄임으로써 에너지를 절약할 수 있을 것으로 사료된다.