초록 ▼

산업화와 대량소비에 따른 인류문명의 발달이 환경에 미치는 영향은 날로 심각해지고 있으며, 이에 따라 수질의 보존에 대한 관심이 증가하고 있다. 여러 가지 환경오염 중 하수나 폐수에 포함된 질소는 상수원의 오염 및 호수와 저수지의 부영양화를 가속시킬 수 있고 이로 인한 양식장 피해 등 많은 문제를 야기하고 있어 정부 차원에서 하수나 폐수의 규제를 실시하고 있고 그 기준도 점차 강화되고 있는 실정이다. 또한 기존의 방법은 넓은 부지와 함께 외부 탄소원의 공급이 필요하기에 이로 인한 2차 오염의 위험도 있다. 따라서 이러한 기존의 기술보

산업화와 대량소비에 따른 인류문명의 발달이 환경에 미치는 영향은 날로 심각해지고 있으며, 이에 따라 수질의 보존에 대한 관심이 증가하고 있다. 여러 가지 환경오염 중 하수나 폐수에 포함된 질소는 상수원의 오염 및 호수와 저수지의 부영양화를 가속시킬 수 있고 이로 인한 양식장 피해 등 많은 문제를 야기하고 있어 정부 차원에서 하수나 폐수의 규제를 실시하고 있고 그 기준도 점차 강화되고 있는 실정이다. 또한 기존의 방법은 넓은 부지와 함께 외부 탄소원의 공급이 필요하기에 이로 인한 2차 오염의 위험도 있다. 따라서 이러한 기존의 기술보다 효율적인 방법의 탈질 기술이 요구되고 있다. 본 연구에서는 생촉매전기화학반응기를 이용하여 새로운 방법의 질산성 질소 제거 기술을 개발하였다.

기존의 탈질방법과 다른 점을 정리하면 다음과 같다.

1) 탈질능력이 우수한 단일 미생물을 이용한 공정
2) Permeabilization 된 미생물을 생촉매로 이용한 공정
3) 전기화학적인 방법을 이용한 탄소원공급이 필요없는 공정

1차년도에는 높은 기존의 미생물보다 높은 탈질능력을 가지고 있는 Ochrobactrum anthropi SY509 라는 미생물을 screening하였고, 생촉매의 permeabilization 조건을 최적화 하였으며, 이렇게 permeabilization한 막투과성 미생물 내부로 전자를 전달하기 위한 전자전달매개체의 최적화 및 재생 실험을 수행하였다.

1차년도에서 확립된 기술을 바탕으로, 2차년도에는 다양한 전극개량, 막투과성 생촉매 및 전자전달매개체 고정화 최적화 개선, 미생물 내 효소의 안정성 연구, 전자전달 능력의 향상을 위한 연속식 반응기 고안, 실 폐수 적용을 위한 기초 실험을 진행하였다. 전극물질에 쓰일 생촉매와 전자전달매개체를 고정화하기 위해서 다양한 polymer를 이용해서 실험을 수행하였으며, 고정화 한 후의 생촉매의 안정성을 위해서 여러 조건 하에서 미생물의 안정성 및 half-life를 증가시키기 위한 실험을 수행하였다. 또한 실 사용을 위한 기초 계획으로 연속식 반응기를 고안하였으며, 실폐수 적용을 위해서 독성물질에 대한 반응등을 통해서 기초실험을 수행하였다. 그리고 반응기 모델링을 위해서 막투과성 미생물을 통한 반응이 어떻게 일어나는지에 대한 기초 반응식을 수립하였다.

3차년도에는 1, 2차년도에 확립한 기술을 바탕으로 연속식 반응기의 실험을 수행하였다. 이를 위해서 기존의 전극을 모듈화할 필요성이 있었는데, 이 과정에서 전자전달매개체가 필요없이 전자를 생촉매 내부로 직접 전달할 수 있는 전극을 고안하였다. 새로운 전극을 개발한 후, 최적의 운전조건 확립을 위하여 새로운 전극으로 실험을 수행하였으며, 실 반응기에서 사용을 대비해 기존의 3전극 시스템이 아닌 2전극 시스템에서의 실험을 수행하였다. 그리고 이 결과를 통해 500ml 연속식 반응기와 이를 scale-up한 5L 연속식 반응기를 제작하여 실험을 하였고, 실용화 단계를 대비해 발전소와 하수처리장의 실제 폐수를 이용해 질산성 질소 제거 실험을 성공적으로 수행하였다.

이렇게 확립된 기술은 다른 국가나 연구 기관에서 하고 있는 연구 결과와 비교해서 보다 높은 탈질효율을 보여주었으며, 다음 단계로 실증화 연구를 수행하고자 한다. 또한 이 연구 과정에서 나온 막투과성 미생물을 만드는 기술이나 전자전달매개체가 필요 없이 전자를 미생물 내부로 직접 전달할 수 있는 전극을 만드는 기술 등은 이후 미생물 연료전지나 바이오센서 등의 다른 분야의 연구에도 여러 가지로 응용 가능할 것으로 기대되는 기술이다.

Abstract ▼

III. Content and range of the project
In this research, a novel denitrification using permeablized microorganisms was developed. And the methods for cell permeablization, maintenance of activity of mermeablized microorganisms, direct electron transfer to the microorganisms, and immobilizatin met

III. Content and range of the project
In this research, a novel denitrification using permeablized microorganisms was developed. And the methods for cell permeablization, maintenance of activity of mermeablized microorganisms, direct electron transfer to the microorganisms, and immobilizatin methods were developed.
For the result, a novel denitrification process with direct electron transfer was developed, and the process was operated without carbon sources.

목차 Contents

• 제출문 ...1
• 보고서 초록 ...2
• 요 약 문 ...4
• CONTENTS ...8
• 목 차 ...10
• 그림 목차 ...12
• 표 목차 ...14
• 제1장 서론 ...15
• 제2장 국내외 기술개발 현황 ...17
• 1절 해외 수준 ...17
• 2절 국내 수준 ...17
• 3절 국내외 기술과의 차별성 ...19
• 제3장 연구개발수행 내용 및 결과 ...22
• 1절 이론적 접근 방법 ...22
• 2절 실험적 접근 방법 ...26
• 3절 연구내용 ...61
• 4절 연구결과 ...71
• 제4장 연구개발목표 달성도 및 대외 기여도 ...72
• 제5장 연구개발성과의 활용계획 ...76
• 제6장 참고문헌 ...77
• 제7장 참고자료 ...78
• 1절 사이버환경박람회 차세대홍보관 자료 ...78
• 2절 국내외 전문 학술지 게재 성과 ...97
• 3절 지적재산권 출원.등록 성과 ...98
• 4절 국내외 학술회의(세미나) 발표 성과 ...99