Abstract
This study was aimed to enhance the Fe(II) oxidation rate using immobilized cells of Thiobacillus ferroxidans. For this purpose, a medium for the minimization of jarosite formation was developed first. Secondly, cell immobilization in celite beads was carried out. And then, repeated-batch and continuous operatons of Fe(II) oxidation by using immobilization cells were performed. In a series of flask cultures, three types of media were tested: media with a much lower salt concentration than that of the 9K medium; media which contained different nitrogen sources from that of the 9K medium, that is $(NH_4)_2HPO_4$, $NH_4Cl and HNO$_3$; media which contained $(NH_4)_2HPO_4$ as nitrogen and phosphate source, but without $K_2HPO_4$ as nitrogen and phosphate source in the 9K medium. As a result, the M16 medium which contained 3 g/L of $(NH_4)_2HPO_4$ as nitrogen and phosphate source was found to be the optimal one. It sustained good cell growth allowing no jarosite formation. In the repeated-batch operations, the rate of Fe(II) oxidation gradually increased to reach a maximum value as the batch was repeated. As a result of repeated-batch operations. a maximum Fe(II) oxidation rate was 2.33 g/L . h. In the continuous operations, the iron oxidation rate could be increased to 2.14 g/L .h at a dilution rate of 0.25 $h^{-1}$ which is greater than the maximum specific growth rate (0.12 $h^{-1}$) of the bacteria.
본 연구는 황화수소 가스 제거를 위한 화학 . 생물학적 복합공정의 전체 효율을 결정하는 생물반응기에 의한 Fe(II) 산화 속도를 증진시키고자 배지 최적화와 함께 고정화 세포 반응기 시스템을 개발하는 것을 목표로 하였다. 고정화 담체로는 celite beads를 선정하였고 반응기는 airlift type의 반응기를 사용하였다. 먼저, 철침전물(jarosite) 최소화 배지 개발을 위한 연구를 수행하였고, 그 결과 기존에 사용되어졌던 9K 배지 사용시 질소원 및 인 공급원으로 사용된 $(NH_4)_2SO_4$와 $K_2HPO_4$가 제외되고 $(NH_4)_2HPO_4$가 대체된 M16 배지를 사용하였을 때 Fe(II) 산화 속도의 감소가 없음은 물론 jarosite 생성이 거의 없음을 확인할 수 있었다. 또한 M16 배지의 초기 pH 변화에 따른 철 산화 거동 및 jarosite 생성 측면을 조사한 결과 초기 pH 1.8이 최적임을 확인할 수 있었다. 다음으로 celite beads에 세포를 고정화 한 후 jarosite 생성 최소화 배지(M16 배지)에서의 고정화 세포에 의한 철 산화 거동을 고찰하였다. 반복 회분식 배양 결과, 회분식 배양의 결과 최대 Fe(II) 산화 속도에 이르러서는 거의 일정해지는 결과를 보였다. 반분회분식 배양의 결과 최대 Fe(II) 산화 속도가 2.33 g/L . h이었다. 연속 조업을 수행한 결과 현탁 세포의 최대 비성장 속도보다 높은 희석속도에서 최대 Fe(II) 산화 속도가 결정되었다. 최대 Fe(II) 산화속도는 2.14 g/L . h이었으며, 이？？의 희석속도는 0.25 $h^{-1}$이었다. 반복 회분식 및 연속 조업기간 동안 Fe(total)의 농도는 초기 Fe(II) 농도와 거의 비슷하게 유지되었고 이러한 사실로부터 jarosite가 거의 생성되지 않았음을 확인하였다.
