주제 발표 번역(한국어 원본)‘미생물 bead를 이용한 PCE의 효율적인 분해’ 라는 주제로 발표를 드리겠습니다.
PCE는 TCE와 함께 대표적인 난분해성 염소계 유기화합물로서 인체에 치명적인 발암물질로 알려져 있습니다.
세탁 용제 및 반도체 제조 공정에서 주로 사용되며, 단일 상(phase)에서 완전 제거가 힘들어 각종 환경오염을 야기시키는 물질입니다.
PCE를 완전 분해시키기 위해서는 혐기성과 호기성 두가지 조건이 필요하며, 본 연구에서는 혐기성과 호기성 두가지 조건을 동시에 충족시키기 위해 미생물 bead를 사용하였다.
본 연구의 전제가 되는 공대사(cometabolism)의 개념도 입니다. 그림에서 보시는 것처럼 탄소와 에너지원으로 사용될 수 있는 유기물이 존재하는 상태에서 미생물의 생장에 사용되지 않는 화합물을 변형하는 것으로 정의할 수 있습니다.
Bead를 이용한 미생물 고정화 기법을 통해 bead내부에는 혐기성 미생물이, 외부에는 호기성 미생물이 자리잡게 하여 bead내에 혐기(anaerobic)/호기(aerobic) 조건을 구현하였습니다.
본 연구의 목표입니다. 여러가지 실험을 통해 미생물 공동고정화를 위해 가장 효율적인 bead를 제조하였으며, 그 bead를 batch 및 연속식 반응조에 적용하여 PCE제거 효율을 규명하였습니다.
미생물 공동고정화(co-immobilized)에 사용된 Methanotrophs 배양반응조 및 SEM 사진입니다. Methanotrophs는 수도권 매립지에서 토양을 채취하여 분리, 증식하였습니다.
공동고정화 bead 제조방법을 나타내었습니다.
실제 완성된 미생물 bead 모습입니다. 3~3.5 mm의 직경을 가지고 있으며, 젤리형태의 개구리 알과 유사한 모습입니다.
공동고정화 bead를 이용하여 PCE 제거효율을 알아보기 위한 연속식 반응조 입니다. Bead 양은 150g 이었으며, HRT는 17시간으로 운전하였습니다.
폴리머 선택을 위한 여러 물질의 점성 실험결과 alginate가 가장 좋은 결과를 보였다.
고정화 bead의 직경 변화 실험결과, ba-alginate bead가 가장 좋은 효율을 보였으며, 이 결과로 인해 ba-alginate를 채택하여 사용하였다.
고정화 bead의 파열하중 실험결과, ba-alginate bead가 가장 좋은 효율을 보였다. 직경변화 및 파열하중 실험 결과로 인해 ba-alginate를 채택하여 사용하였다.
그림에서 보시는 바와 같이 고정화 bead 내의 미생물 활성도(activity) 실험을 진행하였습니다. Methanogen의 경우 200ml의 미생물 양에서 가장 좋은 효율을 보였다.
앞선 실험과 동일한 방식으로 진행된 Methanotrophs의 경우 20ml의 미생물 양에서 가장 좋은 효율을 보였다.
미생물 bead 실험으로 도출된 결과를 바탕으로 bead 직경과 파열하중 사이의 상관관계를 식으로 도출할 수 있었다.
앞선 결과에서 도출된 결과를 바탕으로, 실제 연속식 반응조(reactor)를 운영한 결과, 초기 5ppm의 PCE 는 20시간 이내에 완전 분해(degradation)됨을 알 수 있었다.
본 연구의 결론입니다.
파열하중 실험으로 Ba-alginate bead가 가장 효율적임을 알 수 있었다. 또한 미생물 활성도 측정을 통해 공동고정화 bead 제조시 가장 적절한 미생물양을 산출하였으며, 미생물 직경과 파열하중 사이의 상관관계 식을 유도할 수 있었다.
이상으로 박사학위 논문 발표를 마치겠습니다. |
주제 발표 번역(영어 번역본)Today, I will give a presentation on “Effective degradation of PCE using microbial beads”.
Along with TCE, PCE is a representative non-degradable chlorinated organic compound, and it is known to be a potent carcinogen harmful to humans.
PCE is mainly used in laundry solvents and semiconductor manufacture. It is difficult to be removed from a single phase, and causes various environmental pollutions.
In order to completely degrade PCE, both aerobic and anaerobic conditions are required. In this study, microbial beads were used to provide both conditions.
This is a diagram for cometabolism, which serves as the basis of this study. As shown in the diagram, cometabolism can be defined as modification of compound not used for growth of microbes when carbon and organic compounds that can be used as energy source are present.
By immobilizing microbes using beads, anaerobic microbes were located inside the beads and aerobic microbes were located outside the beads, thereby achieving both anaerobic and aerobic conditions in a single system.
This is the purpose for the current study. Through various experiments, the most efficient bead for microbe co-immobilization was manufactured, and this bead was applied to continuous flow reactor to verify efficiency of PCE removal.
These are pictures of Methanotroph reactor culture used for microbe co-immobilization and SEM. Methanotrophs were extracted from soil of metropolitan landfill and subsequently cultured.
This is the process for manufacturing co-immobilized bead.
This is the picture of an actual microbial bead. It has 3 to 3.5 mm diameter, and is shaped like a jelly frog.
This is a continuous flow reactor for calculating PCE removal efficiency using co-immobilized bead. Amount of beads was 150g, and HRT was operated for 17 hours.
Through viscosity test of various materials for polymer selection, alginate showed the best performance.
Experiment with various bead diameters showed that ba-alginate bead resulted in the best efficiency. Therefore, ba-alginate was selected.
Rupture load experiment of immobilized bead showed that ba-alginate bead resulted in the best efficiency. From results of diameter change and rupture load test, ba-alginate was selected. As shown in the figure, test for activity of microbe in the co-immobilized bead was performed. In case of Methanogen, best efficiency was shown for 200ml of microbes. In case of Methanotrophs, 20ml resulted in optimal efficiency.
Based on results from microbial bead tests, relationship between bead diameter and rupture load was expressed as an equation.
By operating actual continuous reactor based on the above results, PCE with initial concentration of 5ppm was shown to be completely degraded within 20 hours.
The conclusion of this study is as follows.
Rupture load test showed that Ba-alginate bead was the most efficient. Also, the most effective amount of microbes in manufacture of co-immobilized bead was obtained through measurement of microbe activity. In addition, equation for relationship between microbe diameter and rupture load was obtained.
This concludes my dissertation presentation. Thank you. |
