보고서 정보
주관연구기관 |
한국화학연구원 Korea Research Institute of Chemical Technology |
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
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발행년월 | 2014-10 |
과제시작연도 |
2011 |
주관부처 |
환경부 Ministry of Environment |
등록번호 |
TRKO201500001381 |
과제고유번호 |
1485009963 |
사업명 |
차세대에코이노베이션기술개발 |
DB 구축일자 |
2015-05-16
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키워드 |
폐수처리 시스템.녹조류.수질정화용 바이오매스.바이오에탄올.혼합배양.Wastewater treatment system.Green algae.Mixed biomass for water purification.Bioethanol.Mixed culture.
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DOI |
https://doi.org/10.23000/TRKO201500001381 |
초록
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1. 하폐수 처리용 미세조류 선발, 배양기술 확립:
미세조류 6종으로부터 하폐수 처리에 적합한 HR을 최종 선발하여 배양 최적조건을 확립하였고, seed 대량생산기술을 최초로 개발하였다. 이를 통해 순환배양조에서의 HR 고생산(83g/㎡, 46ton/ha/y) 배양기술을 확립하였다.
2. HR의 하폐수내 N/P 제거향상 기술 세 가지 개발:
일반배양에서의 N/P제거능력 향상을 위해 배양액의 pH 조정, SBC 추가, 양분고갈을 경험시킨 AHR 활용방법을 확립하였다. 특히 AHR은 일반 HR에 비해 N/P제거 효율이
1. 하폐수 처리용 미세조류 선발, 배양기술 확립:
미세조류 6종으로부터 하폐수 처리에 적합한 HR을 최종 선발하여 배양 최적조건을 확립하였고, seed 대량생산기술을 최초로 개발하였다. 이를 통해 순환배양조에서의 HR 고생산(83g/㎡, 46ton/ha/y) 배양기술을 확립하였다.
2. HR의 하폐수내 N/P 제거향상 기술 세 가지 개발:
일반배양에서의 N/P제거능력 향상을 위해 배양액의 pH 조정, SBC 추가, 양분고갈을 경험시킨 AHR 활용방법을 확립하였다. 특히 AHR은 일반 HR에 비해 N/P제거 효율이 10-20% 증진되었는 바, 이를 위한 AHR 제조의 실용적 방법을 확립하였다. 그리고 수조 또는 연못에 보다 효율적으로 적용 가능한 그물망 배양법을 개발하였고, 이울러 HR에 Chlorella, Scenedesmus, Spirodella를 각각 혼합배양하여 HR 단독처리보다 N/P제거율을 향상시키는 배양법과 운용기술을 개발하였다.
3. HR 고품질화(탄수화물 축적 증진) 기술:
수질정화에 사용되었던 HR의 고품질화를 위해 두 가지 방안이 구축하였다. 첫째는 양분 2회 공급, 6-7일 배양을 하는 중수심(6-15cm) 배양기술이며, 다른 하나는 평면배양조에 적정배지를 소량 가한 다음 HR을 접종하여 3-4일간 배양하는 저수심(3cm 미만) 배양기술이다. 특히 후자는 본 연구 목적에 보다 유용할 것 같다.
4. HR 저비용/효율적 당화, 고농도 당농축액 제조 기술 개발:
HR은 다른 바이오매스에 비해 당화가 용이함을 확인하였다. HR의 효율적 당화를 위해 효소, two-step acid hydrolysis, 산+효소 복합가수분해 방법이 확립되었다. 아울러 6-8% 고형분 함량에서 효소당화를 시키고 이를 직접 갑암농축하거나 막여과(PVDF 중공사 모듈 사용)후 농축시키는 방법으로 당농축액(글루코오스 함량 기준으로 13-18%) 조제 방법을 확립하였다.
5. 발효균주 선발 및 HR 당화 방법간의 락이오에탄올 생산성 비교:
HR 에탄올 발효를 위해 Saccharomyces cerevisiae KCTC7017을 선발하였고 바이오에탄올 생산에 가장 효율적인 당화방법 두가지(효소가수분해, 열수+효소가수분해)를 마련하였다.
6. HR 락이오매스로부터 저비용, 고효율 bioethanol 생산기술 개발:
Fermenter 수준에서 HR 당농축액을(243g RS/L) 가지고 4회 분할 feeding하여 2-3일만에 바이오에탄올 생산농도 4.85% 수준을 달성시키는 기술 확립에 성공하였다. 한편 Fermenter에 HR 분말 30% 고형분 함량이 되도록 넣고 1-2일 당화시킨 후, 당화액의 분리정제 없이 동일 반응기내에 균주를 주입하여 2일 발효시킴으로서 ethanol 함량이 5.7%가 되는 발효공정을 개발하였다. 본 공정은 당화액의 분리농축 작업을 생략할 수 있고 경제적 에탄올 함량 5.0% 수준을 초과한 생산성을 보여 주었기 때문에 향후 본 방법으로 공정 최적화가 이루어져야 할 것이다.
Abstract
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Ⅳ. Results
1. Collection, maintenance, characterization, and cultivation of the microalgae applicable to wastewater treatment.
As an alga species for municipal wastewater treatment, HR was finally selected from 6 tested microalgae. An optimal growth conditions of the selected HR were identifie
Ⅳ. Results
1. Collection, maintenance, characterization, and cultivation of the microalgae applicable to wastewater treatment.
As an alga species for municipal wastewater treatment, HR was finally selected from 6 tested microalgae. An optimal growth conditions of the selected HR were identified and mass production of HR seed was the first to be developed. High production method of HR in raceway cultural system was set up. When HR was cultivated under the control condition of greenhouse, it showed productity of DW 83 g/㎡ (46 ton/ha/y).
2. Development of technology for increasing the efficiency of wastewater purification using HR.
Three methods (General culture, Net culture, Combined culture) were developed to increase the efficiency of wastewater purification using HR. In general culture, pH control of medium, SBC supplement, and starvation treatment of HR (AHR) were recommended to increase the N/P removal in wastewater purification. The practical method to easily obtainan activated HR (AHR) was developed in this study. Net culture seemed to be good if applied to water tank or pond. As the combined culture, the co-culture technologies of HR and Chlorella, HR and Scenedesmus, HR and Spirodella were developed to increase the N/P removal efficiency.
3. Enhancement of the quality of HR (Increase of the carbohydrate contents in HR) cultivated in wastewater.
Two strategies for the quality enhancement of HR (Increase of the carbohydrate contents in HR) cultivated in wastewater were established. First, medium water depth (6-15 cm) culture in which nutrients are supplied two times and cultured during 6-7 day. Second, low water depth (less than 3 cm) culture in which nutrients are supplied one times and cultured during 3-4 day.
4. Low cost and efficient saccharification of HR, and preparation of high concentrated sugar solution.
HR was relatively easy to be hydrolyzed compared to other tested plants. For the efficient saccharification of HR, enzyme hydrolysis, two-step acid hydrolysis and combined hydrolysis (enzyme + acid) were established. And using HR biomass, the preparation method of high concentrated sugar solution (13-18% based on glucose content) was developed, in which enzyme hydrolysis was conducted with 6-8% solid content of HR and the hydrolyzed solution was concentrated by vacuum evaporation or membrane filtration (PVDF hollow fiber module) followed by vacuum evaporation.
5. Selection of microorganism for HR fermentation and comparison of bioethanol productivities among several HR hydrolysis methods.
Saccharomyces cerevisiae KCTC7017 was selected as microorganism for HR fermentation. Two saccharification methods, enzyme hydrolysis and hot water + enzyme hydrolysis, were prepared for higher bioethanol production.
6. Establishment of a process for low cost and efficient bioethanol production from HR biomass.
We successfully developed a process in which bioethanol was produced at 4.85% concentration within 2-3 day by four times feeding of HR high concentrated sugar solution (243g reducing sugar/L) in fermenter. On the other hand, we also developed a process producing 5.7% bioethanol solution using HR biomass on behalf of high concentrated sugar solution. In the process, 30% HR biomass was added in fermenter containing hydrolysis enzymes and incubated for 1-2 day. Then the microorganisms were directly put in the fermenter without a separation of hydrolyzed solution and additionally fermented for 2 days.
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