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문제 정의
- 이때 촉매제로써 TMEDA (N, N, N' , N'-tetramethylethylenediamine)의 적정 농도와 담 체 제조시설정 온도에 따른 경화 속도를 평가하였으며, 각각의 조건에 따른 미생물 활성도를 Live/Dead cell method에 의거하여 평가하였다. 이로부터 경제적이고 현실 적용이 가능한 담체제조법을 제안하고자 하였다.
- 또한 담체 내부에 형성된 겔은 가역적으로 팽윤과 수축을 하는 열 민감성 고분자로 온도가 중합 속도에 영향을 미친다(Han, 2002). 이에 TMEDA 농도와 온도에 따른 담체의 경화속도 및 미생물 활성도를 평가하여 고정화 담체제조법을 최적화하고자 하였다. 본 연구에서는 미생물의 활성범위인 온도 조건을 고려하여 25℃와 35℃ 에서 각각 실험하였다.
제안 방법
- 이때 인공고분자 물질로 PEGDA (poly ethylene glycol diacrylate)와 천연고분자 물질로 조류에서 추출된 sodium alginate롤 사용하였고, 개시 제로 potassium persulfate, 촉매제로 TMEDA (N, N, N' , N'-tetramethylethylenediamine)를 사용하였다. 담체는 polyurethane 재질의 스펀지(12x12x12, Biocube, K사)를 사용하여 미생물을 포괄 고정 하였다
- 스펀지 담체에 미생물을 고정할 때 스펀지 담체에 가해진 압축 횟수가 담체의 밀도 변화에 미치는 영향을 평가를 진행하였다. 미생물이 포함된 담지액에 스펀지 담체를 투입한 후, 일정한 압력을 가하였다.
- 평가를 진행하였다. 미생물이 포함된 담지액에 스펀지 담체를 투입한 후, 일정한 압력을 가하였다. 이후 25C에서 10분간 경화시킨 후 스펀지담체의 무게를 측정하여 담체의 밀도를 측정하였다.
- 미생물이 포함된 담지액에 스펀지 담체를 투입한 후, 일정한 압력을 가하였다. 이후 25C에서 10분간 경화시킨 후 스펀지담체의 무게를 측정하여 담체의 밀도를 측정하였다.
- TMEDA 0.02, 0.04, 0.06, 0.08, 0.1%(v/v), 온도 25, 35C 조건에서 포괄 고정화 담체를 각각 제조하여 TMEDA 농도와 온도 조건이 고정화 담체의 경화속도에 미치는 영향을 평가하였다.
- 각 조건에서 제조된 담체에 포괄 고정된 C tropicalis의 활성도를 알아보기 위하여 batch test를 실시하였다. 제조된 담체 약 10 cm3를 250 mL 삼각플라스크에 투입하고 100 mL의 배지를 주입하였다.
- 이후 35℃, 125 rpm으로 조정된 항온 shaking incubator에서 18시간 동안 배양하였다. 활성도는 glucose 소비율과 OD값으로 평가하였다. OD는 UV photometer를 이용하여 600 nm에서 측정하였고, glucose는 DNS법으로 측정하였다.
- TMEDA의 농도가 담체에 고정된 C tropical is의 활성에 미치는 영향을 파악하기 위하여 Live/Dead cell 분석을 실시하였다. 분석은 LIVE/DEAD Yeast Viability Kit(Invitrogen Co.
- 2) 를 1 : 1로 혼합하여 1 mL를 취하였다. 여기에 미생물을 50 ul 주입한 후 20 #M의 FUN 1과 25 #M 농도의 Calcofluor White M2R 염색시약을 주입하였다. 염색된 시료는 30C에서 빛을 차단하고, 30분 동안 반응시킨 후공초점 현미경(confocal laser scanning microscope, CLSM)으로 세포 사멸 여부를 판단하였다.
- 여기에 미생물을 50 ul 주입한 후 20 #M의 FUN 1과 25 #M 농도의 Calcofluor White M2R 염색시약을 주입하였다. 염색된 시료는 30C에서 빛을 차단하고, 30분 동안 반응시킨 후공초점 현미경(confocal laser scanning microscope, CLSM)으로 세포 사멸 여부를 판단하였다. 이때 사멸 세포는 녹색으로 형광되고, 활성이 있는 세포는 붉은색으로 형광된다.
- 이에 TMEDA 농도와 온도에 따른 담체의 경화속도 및 미생물 활성도를 평가하여 고정화 담체제조법을 최적화하고자 하였다. 본 연구에서는 미생물의 활성범위인 온도 조건을 고려하여 25℃와 35℃ 에서 각각 실험하였다. 이는 온도가 15C 이하로 낮아질 경우, 미생물의 활성에 저해를 주어 최적 포괄고정화 담체의 제조조건과 관계없이 미생물 성장에영향을 미칠 수 있기 때문이다 (Gao, 1988).
- 4에 나타내었다. 경화시간은담체내부에 겔이 형성되어 액체에 담갔을 때 담지액이 새어 나오지 않는 시간을 기준으로 평가하였다. TMEDA 0.
- TMEDA 0.02, 0.04, 0.06, 0.08, 0.1 %, 온도 25C, 35C 조건에서 C tropicalis를 고정화시킨 담체를이용하여 batch test를 수행하였다 (Fig. 5). 초기 glucose를 2.
- 본 연구에서는 TMEDA 농도 0.02~0.1 %와 온도 25℃, 35℃에서 C tropicalis를 스폰 지 담체에 포괄고정화 시켜 경화시간에 따른 활성도를 평가하여 다음과 같은 결론을 도출하였다.
대상 데이터
- 본 연구에서는 담체 제조를 위해 친수성으로 미생물에 영향을 미치지 않을 것으로 예상되는 천연 고분자물질과 인공고분자물질을 결합한 복합 고분자물질을 이용하였다. 이때 촉매제로써 TMEDA (N, N, N' , N'-tetramethylethylenediamine)의 적정 농도와 담 체 제조시설정 온도에 따른 경화 속도를 평가하였으며, 각각의 조건에 따른 미생물 활성도를 Live/Dead cell method에 의거하여 평가하였다.
- 휘발성 유기화합물에 분해능이 높은 효모(yeast) 인 Candida tropicaliS를 대상균주로 하였으며, 한국생물자원센터(Korea Biological Resource Center, BRC)에서 분양받아 YM medium(Yeast extract 3.0 g, Malt extract 3.0 g, Peptone 5.0 g, Dextrose 10.0 g, Agar 20.0 g, Distilled water 1.0 L)에서 1 차 배양하였다. 배양된 C tropicalis 균주를 유일탄소원으로 톨루엔을 첨가한 액체 배지에 접종하고, 30℃에서 180 rpm으로 교반하며 배양하였다.
- 2에 나타내었다. 이때 인공고분자 물질로 PEGDA (poly ethylene glycol diacrylate)와 천연고분자 물질로 조류에서 추출된 sodium alginate롤 사용하였고, 개시 제로 potassium persulfate, 촉매제로 TMEDA (N, N, N' , N'-tetramethylethylenediamine)를 사용하였다. 담체는 polyurethane 재질의 스펀지(12x12x12, Biocube, K사)를 사용하여 미생물을 포괄 고정 하였다
이론/모형
- 이용하였다. 이때 촉매제로써 TMEDA (N, N, N' , N'-tetramethylethylenediamine)의 적정 농도와 담 체 제조시설정 온도에 따른 경화 속도를 평가하였으며, 각각의 조건에 따른 미생물 활성도를 Live/Dead cell method에 의거하여 평가하였다. 이로부터 경제적이고 현실 적용이 가능한 담체제조법을 제안하고자 하였다.
- 활성도는 glucose 소비율과 OD값으로 평가하였다. OD는 UV photometer를 이용하여 600 nm에서 측정하였고, glucose는 DNS법으로 측정하였다. 이때 사용된 배지 조성은 각각 glucose 2.
- 각 조건에서 제조된 담체 내부에 존재하는 미생물의 활성을 Live/Dead cell kit법을 적용하여 분석하였다. Fig.
성능/효과
- 그러므로 본 연구에서 제조된 미생물 포괄고정화담체는 평균 밀도가 1.7 g/mL로 살수량이나 송풍량의 제한 없이 장기간 바이오 필터 운전이 가능할 것으로 판단된다.
- 경화시간은담체내부에 겔이 형성되어 액체에 담갔을 때 담지액이 새어 나오지 않는 시간을 기준으로 평가하였다. TMEDA 0.02%, 25C에서 제조된 포괄고정화담체는 경화시간이 11분으로 중합 속도가 가장 길었으며, TMEDA 0.1%, 35C에서 제조된 포괄고정화담체의 경화시간은 1분 30초로 중합 속도가 가장 짧게 나타났다. 포괄고정화 담체의 경화시간은 2~12 분으로 나타났으며, TMEDA 농도와 온도가 높을수록 경화시간이 단축되었다.
- 1%, 35C에서 제조된 포괄고정화담체의 경화시간은 1분 30초로 중합 속도가 가장 짧게 나타났다. 포괄고정화 담체의 경화시간은 2~12 분으로 나타났으며, TMEDA 농도와 온도가 높을수록 경화시간이 단축되었다. 자유라디칼에 의한 중합반응은 단량체의 라디칼의 공격으로 분자 사슬 끝에각 단량체분자가 부가되는 연속 반응으로써 개시반응, 전파 반응, 연쇄이동 반응, 종결 반응을 통해 진행된다.
- 경화시간이 빠를수록 호기성 미생물의 생존에 필요한 적절한 산소공급 및 물질 전달이 어려워 미생물의 안정적인 성장이 어려울 수 있다 (Jung, 2009).본 연구에서는 TMEDA 농도가 높을수록 경화시간이 단축되는 것으로 나타나, 미생물의 활성 저해와 경제성을 고려하여 고농도의 TMEDA 주입은 적당하지 않은 것으로 판단된다. 또한 35C에서 담체를 제조할 경우 경화시간이 단축될 뿐만 아니라 대량생산시 가온 장치 및 수분 공급이 추가적으로 필요하기 때문에 비경제적이다.
- 6 OD를 나타내었다. 25C에서 제조된 담체가 35C 에서 제조된 담체에 비해 glucose는 약 10% 이상, OD는 약 0.5 OD 정도 높게 나타났다. 이것은 담체 내부에겔이 형성될 때 온도와 TMEDA의 상호작용으로 담체의 강도가 높아져 담체 내부에 적절한 산소 공급 및 물질 전달이 잘 이루어지지 않았기때문인 것으로 판단된다.
- 반면 TMEDA 농도에 따른 glucose 소비율과 OD값은 큰 차이를 나타나지 않았다. 그러므로 본 연구에서 적용한 TMEDA 농도 0.02~0.1 % 는 반응속도에는 영향을 끼치나 C tropicalis의 활성에는 영향을 끼치지 않는 것으로 판단된다.
- 무기성 악취제거에 큰 영향을 미친다. 본연구에서 최적화한 고정화 담체의 성능을 파악하기 위해 파일럿스케일의 이단 바이오 필터를 운전한 결과, 휘발성 유기화합물질과 황화수소에 대해 99% 이상의 높은 제거 효율을 나타내었다 (김, 2011). 그러므로 본 연구에서 최적화한 포괄고정화 담체를 적용하여 하폐수처리장, 축산폐수 등에서 발생하는 휘발성 유기화합물질과 황화수소 등의 복합 악취를 높은 제거효율로 제거할 수 있을 것이라 판단된다.
- 1.온도는 35C에서 제조된 담체가 경화시간은빠르나 C tropicalis의 활성은 25C에서 제조된 담체가 좋은 것으로 나타났다. 또한, 현장에서 가온에의한 운전비용 증대와 수분 증발에 따른 미생물 활성유지를 고려하여 담체 제조를 위한 적정 온도는 25C로 도출되었다.
- 온도는 35C에서 제조된 담체가 경화시간은빠르나 C tropicalis의 활성은 25C에서 제조된 담체가 좋은 것으로 나타났다. 또한, 현장에서 가온에의한 운전비용 증대와 수분 증발에 따른 미생물 활성유지를 고려하여 담체 제조를 위한 적정 온도는 25C로 도출되었다.
- 2.담 체제조시 촉매제로 적용된 TMEDA는 C tropicalis에 독성을 미치지 않았으나, 농도가 높아질수록 경화시간이 단축되어 대량 제조의 경우 적용성이 떨어진다. 그러므로 담체 제조 시 미생물에 독성이 없으며 경화시간에 따른 제조의 용이성과 비용을 고려할 때, 적정 TMEDA의 주입 농도는 0.
후속연구
- 본연구에서 최적화한 고정화 담체의 성능을 파악하기 위해 파일럿스케일의 이단 바이오 필터를 운전한 결과, 휘발성 유기화합물질과 황화수소에 대해 99% 이상의 높은 제거 효율을 나타내었다 (김, 2011). 그러므로 본 연구에서 최적화한 포괄고정화 담체를 적용하여 하폐수처리장, 축산폐수 등에서 발생하는 휘발성 유기화합물질과 황화수소 등의 복합 악취를 높은 제거효율로 제거할 수 있을 것이라 판단된다.
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