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화학침전을 이용한 발효액의 젖산 회수 및 유기물 특성분석
Recovery and Characterization of Lactic Acid from Fermentation Broth Using Chemical Precipitation 원문보기

유기물자원화 = Journal of the Korea Organic Resources Recycling Association, v.26 no.1, 2018년, pp.47 - 53  

이원태 (금오공과대학교 환경공학과)

초록
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유기성 폐기물 소화공정의 발효액에서 젖산(lactic acid)을 회수하기 위해 화학침전법을 평가하였다. 젖산(lactic acid)의 회수율을 높이기 위하여 화학침전제 종류와 교반속도 및 침전시간 등 반응조건이 회수율 향상에 미치는 영향을 살펴보았다. 화학침전제의 종류에 관계없이 주입양이 증가할수록 젖산(lactic acid) 회수율이 증가하는 경향을 보였으며, CaO가 $Ca(OH)_2$$CaCO_3$에 비하여 높은 회수율을 나타냈다. CaO를 사용한 반응조건 최적화 실험결과, 교반속도 180 rpm, 침전시간 24 h, ethanol 주입량 25%(v/v)에서 회수율이 48%로 가장 높게 나타났다. 본 연구에서는 발효액 내 젖산(lactic acid)의 농도만 고려하여 주입할 침전제의 양을 계산하였기 때문에 실제 적용을 위해서는 발효액의 유기산 종류 및 농도를 고려하여 침전제의 투입량을 결정해야할 것이다. 유기물의 정성적 분석(FEEM, SEC) 결과로 볼 때 침전공정은 유기산의 특성에 큰 영향을 미치지 않았다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Recovery of lactic acid from fermentation broth using chemical precipitation was investigated with various chemicals. Effects of chemical types, mixing speeds, settling duration, and solvent addition were evaluated to improve the recovery rates of lactic acid. Overall, recovery efficiencies increase...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 유기성 폐기물 소화공정의 발효액에서 침전공정으로 젖산(lactic acid)을 회수하기 위해 화학침전제 종류와 교반속도 및 침전시간 등 반응조건이 회수율 향상에 미치는 영향을 살펴보고 다음과 같은 결론을 얻었다.
  • 이에 본 연구를 통해 유기성 폐기물의 소화시 발생되는 발효액 내 젖산(lactic acid)을 침전공정으로 회수시 회수율을 높일 수 있는 석회 종류를 찾고, 교반속도와 침전시간 등의 최적 운전조건을 찾고자 하였다. 또한 침전반응에 의한 발효액 내 유기물의 특성변화를 분석하였다.

가설 설정

  • 이 결과는 Choi 등10)의 연구에 비하여 낮은 회수율을 나타내고 있는데, 이전 연구의 경우 발효액을 모사한 모델용액을 사용한데 반해, 본 연구에서는 실제 발효액을 사용하였기 때문에 상대적으로 낮은 회수율을 얻은 것으로 판단된다. 본 연구에서는 발효액 상의 젖산(lactic acid)의 농도만 고려하여 주입할 침 전제의 양을 계산하였기 때문에 침전제가 다른 유기산과 반응하면 전체적으로 회수율은 낮아질 것이다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
유기성 폐기물의 종류는? 국내에서 발생되는 유기성 폐기물(하수슬러지, 축산분뇨, 음식물쓰레기, 유기성 도시고형폐기물)은 연 간 1억 톤 이상인데, 주된 처리방법은 매립 및 해양 투기와 같은 폐기형 처리법과 퇴비 및 액비화, 사료 화, 에너지화 등 재활용형 처리법으로 구분될 수 있다. 한편, 2006년 발효된 런던협약에 의해 우리나라 도 2013년부터 유기성 폐기물의 해양투기가 금지되었다.
유기성 폐기물을 처리하는 방법은? 국내에서 발생되는 유기성 폐기물(하수슬러지, 축산분뇨, 음식물쓰레기, 유기성 도시고형폐기물)은 연 간 1억 톤 이상인데, 주된 처리방법은 매립 및 해양 투기와 같은 폐기형 처리법과 퇴비 및 액비화, 사료 화, 에너지화 등 재활용형 처리법으로 구분될 수 있다. 한편, 2006년 발효된 런던협약에 의해 우리나라 도 2013년부터 유기성 폐기물의 해양투기가 금지되었다.
유기성 폐기물의 발효액에 포함되어있는 젖산을 사용하기 위해서 해야 하는 일은? 2,3) 또한 최근 에는 생체활성 고분자 등의 생분해성 고분자합성을 위한 화합물로도 이용되어 그 수요가 증가하는 추세이다. 4) 하지만, 발효액은 다른 불순물들을 포함하고 있어 젖산을 활용하기 위해서는 먼저 발효액에서 젖산을 분리⋅회수해야 한다.
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참고문헌 (13)

  1. [한밭대학교, "유기성 폐기물의 자원화 극대화를 위한 고효율 통합 패키지 공정 개발"], Hanbat University, "Development of high-rate integrated package processes for the maximization of energy recovery from organic waste". (2013). 

  2. Martinez, F.A.C., Balciunas, E.M., Salgado, J.M.,"Lactic acid properties, applications and production: A review", Trends in Food Science and Technology, 30(1), pp. 70-83. (2012). 

  3. Rogers, P., Chen, J.S., Zidwick, M.J., "Organic acid and solvent production : acetic, lactic, gluconic, succinic, and polyhydroxyalkanoic acids", Springer-Verlag, Dusseldorf, Germany, pp. 511-755. (2006). 

  4. Sauer, M., Porro, D., Mattanovich, D., Branduardi, P., "Microbial production of organic acids: expanding the markets:, Trends in Biotechnology, 26(2), pp. 100-108. (2008). 

  5. [우대식, 조영민, 김보경, 황휘동, 한명완, "분리벽형 반응증류탑을 이용한 젖산회수", 화학공학 회지] Woo, D.S, Cho, Y.M., Kim, B.K., Hwang, H.D., Han, M.W., "Recovery of Lactic Acid Using Reactive Dividing Wall Column", Korean Chemical Engineering Research, 48(3), pp. 342-349. (2009). 

  6. Pal, P., Sikder, J., Roy, S., Giorno, L, "Process intensification in lactic acid production: A review of membrane based processes", Chemical Engineering and Processing: Process Intensification, 48(11-12), pp. 1549-1559. (2009). 

  7. Dey, P., Linnanen, L., Pal, P.,"Separation of lactic acid from fermentation broth by cross flow nanofiltration: Membrane characterization and transport modelling", Desalination, 288, pp. 47-57. (2012). 

  8. Song, M., Jiao, P., Qin, T., Jiang, K., Zhou, J., Zhuang, W., Chen, Y., Liu, D., Zhu, C., Chen, X., Ying, H. Wu, J., "Recovery of lactic acid from the pretreated fermentation broth based on a novel hyper-cross-linked meso-micropore resin: Modeling", Bioresource Technology, 241, pp. 593-602. (2017). 

  9. Taleghani, H.G., Ghoreyshi, A.A., Najafpour, G.D., "Thin film composite nanofiltration membrane for lactic acid production in membrane bioreactor", Biochemical Engineering Journal, 132, pp. 152-160. (2018). 

  10. [최국화, 장용근, 김진현, "Lactic acid 회수를 위한 침전공정 최적화", KSBB Journal] Choi, K.H., Chang, Y.K., Kim, J.H., "Optimization of Precipitation Process for the Recovery of Lactic Acid", Korean Society for Biotechnology and Bioengineering Journal, 26(1), pp. 13-18. (2011). 

  11. Kim, D., Lee, M., Hwang, Y., Im, W., Yun, Y., Park, C., Kim, M., "Microbial granulation for lactic acid production", Biotechnology and Bioengineering, 113, pp. 101-111. (2016). 

  12. Jeon, S.I., Mun, S., Kim, J.H., "Optimal temperature control in fractional precipitation for paclitaxel pre-purification", Process Biochemistry, 41(2), pp. 276-280. (2006). 

  13. [박석찬, 이상목, 김영준, 김우식, 구윤모, "발효액으로부터 침전과 반응증류를 이용한 젖산의 회수", 한국생물공학회지] Park, S.C., Lee, S.M., Kim, Y.J., Kim, W.S., Koo, Y.M., "Recovery of lactic acid from fermentation broth using precipitation and reactive distillation". Korean Journal of Biotechnology and Bioengineering., 21(3), pp. 199-203. (2006). 

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