Ricci, Maria Antonietta;Russo, Annamaria;Pisano, Isabella;Palmieri, Luigi;de Angelis, Maria;Agrimi, Gennaro
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제25권6호
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pp.893-902
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2015
Various Lactobacillus reuteri strains were screened for the ability to convert glycerol to 1,3-propanediol (1,3-PDO) in a glycerol-glucose co-fermentation. Only L. reuteri DSM 20016, a well-known probiotic, was able to efficiently carry out this bioconversion. Several process strategies were employed to improve this process. Co2+ addition to the fermentation medium, led to a high product titer (46 g/l) of 1,3-PDO and to improved biomass synthesis. L. reuteri DSM 20016 produced also ca. 3 µg/g of cell dry weight of vitamin B12, conferring an economic value to the biomass produced in the process. Incidentally, we found that L. reuteri displays the highest resistance to Co2+ ions ever reported for a microorganism. Two waste materials (crude glycerol from biodiesel industry and spruce hydrolysate from paper industry) alone or in combination were used as feedstocks for the production of 1,3-PDO by L. reuteri DSM 20016. Crude glycerol was efficiently converted into 1,3-PDO although with a lower titer than pure glycerol (33.3 vs. 40.7 g/l). Compared with the fermentation carried out with pure substrates, the 1,3-PDO produced was significantly lower (40.7 vs. 24.2 g/l) using cellulosic hydrolysate and crude glycerol, but strong increases of the maximal biomass produced (2.9 vs 4.3 g/l CDW) and of the glucose consumption rate were found. The results of this study lay the foundation for further investigations to exploit the biotechnological potential of L. reuteri DSM 20016 to produce 1,3-PDO and vitamin B12 using industry byproducts.
Objective: Our recent findings confirmed the effectiveness of sodium metabisulfite (SMB) in controlling the growth of undesirable microorganisms in fruit and vegetable discards (FVD); however, lactic acid bacteria (LAB) are susceptible to its antibacterial effects. Two series of experiments were conducted to enable the survivability of LAB during silage fermentation of a total mixed ration (TMR) containing SMB-treated FVD. Methods: In Exp. 1, the objective was to isolate a strain of LAB tolerable to the toxic effect of SMB. In Exp. 2, the SMB load was minimized through its partial replacement with a chemical mixture (CM) based on sodium benzoate (57%), potassium sorbate (29%), and sodium nitrite (14%). FVD was treated with SMB + CM (2 g each/kg biomass) and added to the TMR at varying levels (0%, 10%, or 20%), with or without KU18 inoculation. Results: The KU18 was screened as a presumptive LAB strain showing superior tolerance to SMB in broth medium, and was identified at the molecular level using 16S rRNA gene sequence analysis as Lactobacillus plantarum. Inoculation of KU18 in TMR containing SMB was not successful for the LAB development, biomass acidification, and organoleptic properties of the resultant silage. In Exp. 2, based on the effectiveness and economic considerations, an equal proportion of SMB and CM (2 g each/kg FVD) was selected as the optimal loads for the subsequent silage fermentation experiment. Slight differences were determined in LAB development, biomass acidification, and sensorial characteristics among the experimental silages, suggesting the low toxicity of the preservatives on LAB growth. Conclusion: Although KU18 strain was not able to efficiently develop in silage mass containing SMB-treated FVD, the partial substitution of SMB load with the CM effectively alleviated the toxic effect of SMB and allowed LAB development during the fermentation of SMB + CM-treated FVD in TMR.
폐목재를 자원화하는 방법은 물질재활용과 에너지재활용으로 분류된다. 물질재활용은 폐목재를 원료로 파티클보드 또는 MDF를 생산하는 것 등이 포함되며 분리배출 및 수집을 통해 수차례 재활용이 가능한 장점이 있다. 에너지재활용은 칩을 제조하여 열병합발전 또는 보일러의 원료로 에너지를 생산하는 것을 말한다. 화석연료를 사용하는 발전소, 보일러 등에서 기존의 연료(석유, 화석연료 등)를 폐목재로 대체하면 화석연료 구입비용과 폐목재를 폐기물로서 처리하는 비용을 절감할 수 있다. 본 연구는 폐목재를 원료로 하여 파티클보드 생산공정과 열병합 에너지 생산공정을 전과정평가의 방법으로 지구 온난화에 미치는 영향을 분석하였다. 폐목재 1톤을 사용하여 파티클보드 생산공정은 112kg의 온실가스 를 배출하며, 열병합에너지공정은 382kg의 온실가스를 배출하는 것으로 분석되었으며, 분석조건은 파티클보드의 평균수명 14년과 재활용회수 16회를 가정하였고, 이때 임시적 탄소저장능을 고려하였다.
In order to recycle the waste material and to develop the thickening unit of waste activated sludge from wastewater treatment facilities, the filtration bio-reactor equipped with a shadow mask filter module was employed for this work from which the operating properties and parameters were drawn. The sludge thickening and filtration unit is made of cylindrical acryl tank(12cm i.d. ${\times}$ 58cm height: working volume of 6L), where the flat-sheet type of shadow mask filter module(pore size: 220~250um, opening area: 34.8~39.6%) was installed and the effluent was withdrawn from the effluent port at the lowest point of the reactor, and the filtration was performed only by the hydraulic pressure. For evaluating the operating performance of this reactor, some parameters such as the solid-liquid separation of different biomass concentrations, the water quality of filtrate, the aeration cleaning time and the cleaning effect were investigated. Depending on the MLSS concentrations, the different time to withdraw 3L of filtrate was required in which the longer filtration time was necessary for the higher MLSS concentrations caused by the thicker formation of cake layer: 40 minutes for 5,000 mg/L, 70 minutes for 10,000 mg/L and 100 minutes for 15,000 mg/L, where the concentrations of SS were 8.9, 6.7 and 6.5 mg/L, respectively. Under the same operating conditions (the intensity of aeration cleaning: 80 L/min, MLSS: 10,000 mg/L), the proper aeration cleaning time was revealed 30 seconds, and the stable formation of cake layer was in the range of 10 to 15 minutes. Therefore, the shadow mask considered as a waste material can be of use as a filter material for the sludge thickening system.
The phytoextraction of some toxic heavy metals from municipal waste dump soil by castor plant (Ricinus communis) was tested under natural and single or mixed chelant-assisted scenarios in pot microcosms. A sandy loam with total metal contents (mg/kg): Cd (84.5), Cu (114.5), Ni (70.3), Pb (57.8), and Zn (117.5), was sampled from an active dumpsite in Calabar, Nigeria and used for the study. Castor (small seed variety) was grown under natural phytoextraction or single/binary chelant (citric acid, oxalic acid, and EDTA) applications (5-20 mmol/kg soil) for 63 days. Castor exhibited no visual phytotoxic symptoms with typically sigmoid growth profiles at the applied chelant doses. Growth rates, however, decelerated with increase in chelant dose. Post-harvest biomass yields were higher under chelant application than for natural phytoextraction. Both root and shoot metal concentrations (mg/kg) increased quasilinearly and significantly ($p{\leq}0.05$) with increase in chelant dose, furnishing maximum levels as: Cd (55.6 and 20.9), Cu (89.5 and 58.4), Ni (49.8 and 19.6), Pb (32.1 and 12.1), and Zn (99.5 and 46.6). Ranges of translocation factors, root and shoot bioaccumulation factors were 0.21-3.49, 0.01-0.89 and 0.01-0.51, respectively. Overall, the binary chelant treatments were less toxic for R. communis growth and enhanced metal accumulation in shoots to a greater extent than the single chelant scenarios, but more so when EDTA was present in the binary combination. This suggests that the mixed chelants could be considered as alternative treatments for enhanced phytoextraction and revegetation of degraded waste dump soils.
본 연구에서는 polysulfone과 Escherichia coli biomass의 현탁액을 방사하여 입상화한 PS-E. coli biomass composite fiber (PSBF)와 PSBF에 존재하는 아민기를 메틸화시킨 amine-methylated PSBF (AM-PSBF)를 제조하였다. PSBF와 AM-PSBF에 의한 염기성 염료 Basic Blue 3 (BB3)의 흡착특성을 비교함으로써 아민기의 메틸화가 BB3의 흡착에 미치는 영향을 확인하였다. pH edge 실험에서는 두 흡착제 모두 pH가 증가할수록 BB3 흡착량이 증가하는 경향을 보였고, 동일 pH에서 AM-PSBF가 PSBF보다 높은 흡착량을 나타내었다. PSBF와 AM-PSBF 모두 흡착평형은 5시간 이내에 도달하였으며, 흡착속도론 실험 데이터는 유사 1차 속도 모델식으로 잘 묘사되었다. 그리고 Langmuir 모델에 따르면, pH 8에서 AM-PSBF의 최대흡착량은 28.9 mg/g로 PSBF의 최대흡착량인 20.7 mg/g보다 약 1.4배 증가하였다. 이 결과로부터 PSBF에서 아민기의 메틸화는 염기성 염료의 흡착을 향상시키는 효과가 있음을 알 수 있다. 또한, 탈착실험 결과는 AM-PSBF가 반복적으로 재사용 될 수 있음을 보여주었다.
생체흡착은 염색폐수로부터 염료 제거를 위한 현재의 처리방법을 교체 또는 보충할 수 있는 유력한 대안이 되고 있다. 본 연구에서는 수용액으로부터 반응성 염료(Reactive Red 4, Reactive Blue 4)를 제거할 수 있는 생체흡착제로서 아미노산 발효공정에서 발생되고 있는 폐기물인 Corynebacterium glutamicum 바이오매스의 활용 가능성에 대해 평가하였다. 염료들의 흡착량은 용액 pH가 감소함에 따라 증가하였는데 이는 산성 pH에서 바이오매스의 표면 작용기는 (+)극성을 띠게 되어 반응성 염료의 (-)극성을 갖는 술폰기(sulfonate group)와 결합하였기 때문인 것으로 사료된다. 접촉시간에 따른 생체흡착속도 실험을 통해 평형에 도달하는 시간은 약 10시간으로 평가되었다. 흡착평형의 수학적인 묘사를 위해 Langmuir 흡착 모델을 적용한 결과, Reactive Red 4, Reactive Blue 4의 최대흡착량은 pH 1에서 112.4 mg/g 및 263.16 mg/g이었으며, pH 3에서는 각각 71.94 mg/g 및 155.88 mg/g이었다.
본 연구는 안성시 관내에서 발생하는 폐기물계 바이오매스 중 가축분뇨, 하수, 음식물 슬러지와 도축장에서 발생하는 소 반추위 잔재물을 실험에 공시하고 각 폐자원별 메탄생산퍼텐셜을 측정하였다. 또한 기존 연구자들이 메탄생산퍼텐셜을 측정 자료로부터 최대메탄생산량을 추정하는데 이용한 Modified Gompertz model과 Exponential model을 이용하여 최대메탄생산량을 추정에 있어 모델별 적용성을 비교 검토하고자 하였다. 하수, 가축분뇨, 음식물 슬러지 및 반추위 잔재물에서 TS 함량은 각각 18.1, 23.7, 13.6, 14.8%이었으며, VS 함량은 14.3, 18.9, 11.9, 12.5%이었다. 유기성 폐자원별로 혐기배양 전후 pH는 7.93~8.32의 범위에서 7.09~7.25로 약간 낮아졌으며, 배양기간 중 VS 분해율은 37.8, 8.3, 12.5, 56.4%이었다. Modified Gompertz model을 이용하여 구한 단위메탄생산량은 하수, 가축분뇨, 음식물, 반추위 잔재물에서 각각 0.086, 0.147, 0.146, 0.121 L $CH_{4}\;g^{-1}\;VS_{added}$이었으며, Exponential model을 이용하여 구한 단위메탄생산량은 하수, 가축분뇨, 반추위 잔재물에서 0.109, 0.246, 0.174 L $CH_{4}\;g^{-1}\;VS_{added}$로 Modified Gompertz model을 이용하여 추정한 단위메탄생산량과 비교하여 26.7 ~67.3% 정도 높게 추산되었다.
도시 하수처리장에서 수집되는 폐활성 슬러지는 유기성 물질을 다량 함유하고 있는 바이오매스이다. 하지만, 대부분의 연구 결과 폐활성 슬러지를 이용한 생물학적 수소생산율은 매우 낮다고 보고되고 있다. 본 연구에서는 폐활성 슬러지를 산, 알카리 처리, 기계적 처리, 열처리, 오존 처리, 초음파 처리 등의 전처리에 대한 효과를 살펴보았다. 전처리 실험결과, 폐활성 슬러지 내의 유기물질들은 가용화되었으며 $SCOD_{Cr}$값으로 약 14.6배의 증가를 보였다. 열처리된 혐기성 슬러지를 이용하여 폐활성 슬러지로부터 최적의 생물학적 수소생산을 위한 실험은 전처리 방법에 대한 효과 및 완충용액의 효과, 수소분압, 그리고 염소이온의 농도 등에 대하여 회분식 조건에서 살펴보았다. 실험결과 효과적인 전처리 방법 및 완충용액의 첨가, gas sparging 등의 방법에 의한 낮은 수소분압인 경우에 수소생산율이 0.52 mmol $H_2/g$-DS(Dried Solids)로 크게 증가함을 확인하였다.
Objectives This paper tried to review a recent research trend for the environmental exposure of engineered nanomaterials (ENMs) and its removal efficiency in the nanowaste treatment plants. Methods The studies on the predicted environmental concentrations (PEC) of ENMs obtained by exposure modeling and treatment (or removal) efficiency in nanowaste treatment facilities, such as wastewater treatment plant (WTP) and waste incineration plant (WIP) were investigated. The studies on the landfill of nanowastes also were investigated. Results The Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology group has led the way in developing methods for estimating ENM production and emissions. The PEC values are available for surface water, wastewater treatment plant effluents, biosolids, sediments, soils, and air. Based on the PEC modeling, the major routes for the environmental exposure of the ENMs were found as WTP effluents/sludge. The ENMs entered in the WTP were 90-99% removed and accumulated in the activated sludge and sludge cake. Additionally, the waste ash released from the WIP contain ENMs. Ultimately, landfills are the likely final destination of the disposed sludge or discarded ENMs products. Conclusions Although the removal efficiency of the ENMs using nanowaste treatment facilities is acceptable, the ENMs were accumulated on the sludge and then finally moved to the landfill. Therefore, the monitoring for the ENMs in the environment where the WTP effluent is discharged or biomass disposed is required to increase our knowledge on the fate and transport of the ENMs and to prevent the unintentional exposure (release) in the environment.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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