• 대한환경공학회지
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• 제27권6호
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• pp.635-641
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• 2005

황산염 환원 반응이 혐기성 조건 하에서 수소에 대하여 경쟁관계에 있는 메탄생성 및 환원성 탈염소화 반응에 미치는 영향을 평가하기 위한 회분식 실험을 수행하였다. 황산염 환원반응은 수소문턱농도가 2 nM로 탈염소화 반응과 유사하여 낮은 수소 농도에서 탈염소화를 저해하였으며 메탄생성균이 cDCE의 탈염소화를 저해시키는 것과는 달리 PCE의 cDCE 변환 과정부터 탈염소화를 억제하였다. 또한 황산염은 메탄생성을 억제하여 메탄생성균이 수소경쟁에서 제외되었는 바, 이는 메탄생성의 수소문턱농도(10 nM)가 상대적으로 높기 때문이다. 황산염이 존재하는 경우 탈염소화 효율은 식종 미생물의 농도에 큰 영향을 받지 않았는 바, 이는 식종 미생물 증가에 의해 탈염소화뿐만 아니라 황산염 환원반응도 동시에 촉진되었기 때문이다.

• 대한환경공학회지
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• 제31권6호
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• pp.434-441
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• 2009

황산염의 농도변화에 따른 연속 혐기성 수소 발효에 미치는 영향을 고찰하기 위해서 혼합균주를 사용한 완전 혼합형 반응조를 운전하였다. 기질은 글루코오스를 사용하였고, 수리학적 체류시간은 1, 0.5, 0.25 일로 각각 고정하였다. 황산염 농도는 0${\sim}$20,000 mg/L로 단계별 증가시켰고 pH 5.5로 운전하였다. 실험 결과 높은 황산염 농도에 관계없이 수소가 발생하였고, HRT 0.25일로 짧아짐에 따라 수소 발생이 높게 나타났다. HRT 1, 0.5, 0.25일 각 조건별 수소 생성량과 수소 수율은 2.9, 4.6, 9.4 L/day, 2.0, 1.8, 1.6 mol $H_2$/mol glucose로 나타났으며, 잔존 황산염 96${\sim}$98, 95${\sim}$97 94${\sim}$97%로 나타나 황산염 환원이 발생하지 않았다. FISH 결과 모든 조건에서 수소생성균의 분포는 나타났지만 황산염환원균의 분포는 나타나지 않았다.

• KSBB Journal
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• 제20권6호
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• pp.431-437
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• 2005

1. 고온 CSTR은 비교적 짧은 start-up 기간과 높은 $H_2$ 수율을 나타내었다. $H_2$ 생산속도와 $H_2$ 수율의 안정화를 근거로 판단컨대 start-up 기간은 30일 이내이었으며, 최고 $H_2$ 수율은 2.4 mol $H_2/mol$ glucose이었다. 2. 비교적 긴 HRT와 침전조를 이용한 biomass의 재순환에도 불구하고, 유입 포도당의 농도가 낮아 biomass 농도는 다른 중온 반응기에서 보고된 것에 비해 낮은 편이었다. 3. 운전 초기에 $CH_4$이 발생하였으나 8일 이후부터는 pH를 1.0 이하로 유지하였더니 14일 이후로는 거의 검출되지 않는 것으로 봐서 메탄생성균이 식종균에 남아 있더라도 반응기 운전조건을 통해 $CH_4$ 발생을 억제할 수 있었다. 4. 식종 미생물과 반응기로부터 취한 시료의 DGGE band 패튼이 다른 것으로 보아 고온 CSTR 조건에서 식종된 미생물 군집의 조성이 변화하였음을 알 수 있었다. 5. DGGE 분석결과 초기 43일간의 운전기간 동안에 관찰된 미생물 군집조성은 동적인 변화를 나타내었다. 약 14일부터는 biogas 조성이 거의 일정하였으나 미생물 군집은 동적 변화를 나타내었다. F. gondwanens와 T. Thermoanaerobacterium과 계통발생학적으로 가장 연관이 있는 개체군들이 운전 21일과 41일째에 각각 우점으로 나타났다. 6. 본 연구에서 식종 슬러지를 열처리하는데 사용한 조건은 메탄생성균을 완전히 제거하는데 불충분하다는 것은 운전 초기에 $CH_4$이 biogas에서 검출되었고, 식종 슬러지와 반응기로부터 취한 시료에서 메탄생성균이 가지는 mcrA 유전자가 PCR로 증폭되었으므로 알 수 있었다. 7. 메탄생성균의 주요 목에 특이적인 primers를 사용하여 PCR을 실시한 결과 식종슬러지에 있는 메탄생성균들은 주로 Methanosarcinales와 Methanomicrobiales 목에 속하였으며, $CH_4$이 발생했던 때의 반응기에 있는 메탄생성균들은 주로 Methanobacteriales 목에 해당되는 것으로 나타났다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제30권3호
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• pp.269-275
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• 2019

This study was conducted to evaluate the microbial communities in coupled system of a microbial electrolysis cell and an anaerobic digestion. Glucose, butyric acid, propionic acid and acetic acid were used as substrates. The maximum methane production and methane production rate of propionic acid respectively were $327.9{\pm}6.7mL\;CH_4/g\;COD$ and $28.3{\pm}3.1mL\;CH_4/g\;COD{\cdot}d$, which were higher than others. Microbial communities' analyses indicated that acetoclastic methangens were predominant in all systems. But the proportion of hydrogenotrophic methanogens was higher in the system using propionic acid as a substrate when compared to others. In coupled system of a microbial electrolysis cell and anaerobic digestion, the methane production was higher as the distribution of hydrogen, which was generated by substrate degradation, and proportion of hydrogenotrophic methanogens was higher.

• 대한토목학회논문집
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• 제26권6B호
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• pp.683-687
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• 2006

본 연구에서는 혐기성 소화에서 aeration이 수소생성에 미치는 영향에 대해 살펴보았다. 혐기성 소화슬러지를 0, 1, 3, 6, 12, 24 시간 동안 aeration 실시 후 glucose(20 g/L)를 기질로 이용하여 batch test를 실시하였다. Aeration 시간이 길어질수록 메탄가스가 감소하고, 수소가스가 증가하였으며, 6시간 동안 aeration을 실시한 반응조에서 가장 높은 수소 생성율(570 ml/L)을 나타내었다. 연속운전의 경우 aerated reactor는 메탄가스의 생성 없이 수소가 지속적으로 발생하였으며, non-aerated reactor의 경우 낮은 pH와 짧은 HRT만으로는 메탄 생성균의 활성을 완전히 저해할 수 없었다. 그러나 미생물관점에서의 보다 명확한 규명을 위해 향후 연구가 추가적으로 진행되어야 하며, 현장 적용성을 고려한 aeration 처리의 최적조건 도출도 이루어져야 할 것이다.

• 유기물자원화
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• 제11권1호
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• pp.70-76
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• 2003

소화슬러지를 열처리한 혼합 배양 미생물을 식종균으로, 자당을 기질로 사용하는 혐기성 수소 생산 공정을 운전하면서 pH 조절, 반복 열처리, 기질 농도 변화 등을 통해 지속적인 수소 생산 방법을 고찰하였다. 유입 기질의 농도가 5g COD/L인 경우 운전 초기에는 $0.5mole\;H_2/mole\;hexose$ 이상의 수소가 발생하지만 9일 이상 지속되지 못하였다. 이러한 현상의 원인은 수소 생성균이 공정 내에서 고농도로 존재하지 못하기 때문인 것으로 판단되며 pH를 5.3으로 유지하는 것만으로는 극복될 수 없었다. 반복 열처리를 적용할 경우 별도의 식종균 재주입 없이 효율이 감소된 수소 생성 공정을 원상태로 복구할 수 있음을 확인할 수 있었으나, 수소 생성 효율이 시간에 따라 감소하므로 열처리를 자주 해야 하는 문제가 발생했다. 유입 기질의 농도가 30g COD/L인 경우에는 24일간 지속적인 수소 생성이 가능하였으며, CSTR의 경우 $1.0-1.4mole\;H_2/mole\;hexose$, ASBR의 경우에는 $0.2-0.3mole\;H_2/mole\;hexose$의 생성 효율을 보였다. 수소 생성 시 유출수 내 용존성 유기물의 90% 이상은 유기산이었으며 그 중 n-butyrate가 가장 많은 양을 차지하였다.

• 유기물자원화
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• 제27권2호
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• pp.41-49
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• 2019

가축분뇨 유래 온실가스 배출량은 상당하며, 특히 저장 기간 중에 메탄을 포함한 상당량의 온실가스가 배출된다. 본 연구에서는 고형물 농도가 높은 우분의 저장 시 메탄 배출량 저감을 위해 낮은 온도 저장의 영향을 살펴보았다. 우분이 60일 저장되는 동안 배출된 최대 메탄의 양은 $35^{\circ}C$ 조건에서 $63.6{\pm}3.6kg\;CO_2\;eq./ton\;CM$으로 나타났으며 저장온도가 30, 25, 20, $15^{\circ}C$로 낮아질수록 각각 $51.6{\pm}1.8$, $24.1{\pm}4.4$, $14.9{\pm}0.5$, $3.7{\pm}0.1kg\;CO_2\;eq./ton\;CM$으로 감소하였다. 우분을 $35^{\circ}C$에서 저장하는 동안 30%의 COD가 감소하였지만 $15^{\circ}C$에서는 단 6%의 COD만이 감소되어 우분 내 유기물의 손실은 저장온도가 높을수록 증가하였다. 제거된 COD의 3~10%만이 메탄으로 전환이 되었으며 대부분은 호기 분해에 의해 진행된 것으로 사료된다. 우분의 주요 우점종으로는 Methanobrevibacter과 Methanolobus이 발견되었고 저장온도가 낮아질수록 저온 메탄생성균인 Methanolobus psychrophilus의 우점율(48%, $15^{\circ}C$)이 증가하였다. 수소를 이용한 SMA 실험 결과, 25, $15^{\circ}C$에서 저장한 메탄생성균의 지체기간은 10~11일, 최대 메탄생성속도는 22 mL/g VSS/d으로 $35^{\circ}C$에 저장한 경우(1일, 12~17 mL/g VSS/d)보다 지체기간은 증가하였지만 메탄생산속도는 높은 것으로 나타났다. 이런 결과로 미루어보아 저온저장은 메탄생성균에게 일시적인 저해는 줄 수 있지만, 적절한 조건이 주어지면 그 활성도는 다시 회복될 수 있음을 알 수 있었다.

• 에너지공학
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• 제22권4호
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• pp.347-354
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• 2013

생물학적방법으로 이산화탄소를 에너지원인 메탄으로 전환하고자 hydrogenotrophic methanogen이 우점화된 실험실규모의 연속운전 반응기를 이용하여 수소의 주입비율과 EBCT에 따른 실험을 진행하였다. 수소와 이산화탄소의 주입비율을 4:1과 5:1(mol/mol)로 달리한 실험결과 두 조건 모두 주입된 수소가 대부분 소모되며 99% 이상의 전환율을 보였다. 이산화탄소의 경우 4:1에서는 $74.45{\pm}0.33$%, 5:1에서는 $95.8{\pm}10.7%$의 전환율로 이산화탄소를 모두 전환시키기 위해서는 양론식에 비해 더 많은 양의 수소가 필요한 것으로 확인되었다. 이는 hydrogenotrophic methanogen의 생장유지에 필요한 에너지원인 수소가 사용된 것에 기인한 것으로 사료된다. 체류시간별로 처리효율을 확인한 결과, 임계처리용량은 EBCT 3.3시간에서 수소(99.9%)와 이산화탄소(96.23%)의 안정적인 전환율을 보이며 $1.15{\pm}0.02m^3{\cdot}m^{-3}{\cdot}day^{-1}$의 메탄생산속도와 $2.01{\pm}0.04kg{\cdot}m^{-3}{\cdot}day^{-1}$의 이산화탄소 고정화속도를 나타내었다.

• 유기물자원화
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• 제12권1호
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• pp.49-57
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• 2004

기체 sparging이 수소 발효에 미치는 영향을 알아보기 위하여 기체의 종류($N_2$, $CO_2$) 및 sparging 유량의 변화(100, 200, 300, 400 ml/min)를 달리하여 연속 실험을 수행하였다. Sparging을 한 모든 경우, 하지 않는 경우에 비하여 더 높은 수소 전환율이 관찰되었는데, 이는 sparging을 통한 수소 분압 감소가 수소 발효에 좋은 영향을 끼쳤음을 말해준다. 특히, $CO_2$로 sparging을 하는 경우가 $N_2$에 비하여 더 좋은 결과를 보였으며, Clostridium sp.의 주요 부산물인 뷰틸산의 농도 및 조성비도 $CO_2$ sparging의 경우 훨씬 높았다. $CO_2$로 sparging 하는 경우, sparging 유량의 증가에 따라 수소 전환율이 상승하였지만, $N_2$의 경우는 유량 변동과는 무관하였다. 최적의 조건은 $CO_2$, 300 ml/min로 sparging 하는 경우였고, 이 때, 1.65 mol $H_2/mol$ hexoseconsumed의 높은 수소 전환율과 6.77 L $H_2/g$ VSS/day 의 높은 수소 발생율을 보였다. 전체적으로 $CO_2$로 sparging을 하는 경우가 N2에 비하여 더 좋은 결과를 보였는데, 이는 $CO_2$로 sparging을 하는 경우, 수소 분압 감소에 따른 수소 발효 효율 향상 이외에 높은 $CO_2$분압이 수소 발효에 우호적인 영향을 끼쳤을 것으로 사료된다. 높은 $CO_2$ 분압의 환경이 수소 생성균과 경쟁 관계에 있는 lactic acid bacteria나 acetogen과 같은 미생물에게 저해 작용을 주어 높은 수소 생산이 가능하였다고 판단된다.

• 한국미생물·생명공학회지
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• 제43권1호
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• pp.56-64
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• 2015

non-Saccharomyces 효모는 야생효모로서, 다양한 효소를 세포 밖으로 분비하여 와인의 향기 성분 증가에 중요한 영향을 준다고 알려져 있다. 본 연구에서는 한국의 발효식품에서 분리된 효모 1,007주의 세포외 효소 활성을 조사하였다. 그 결과, β-glucosidase 566, glucanase 45, protease 401로 나타났으며, AA decarboxylase 활성 균주는 각 아미노산 별로 His 69, Tyr 306, Phe 171, Trp 23, Lys 197, Leu 198 균주로 나타났다. Cerulenin 과 TFL 내성 균주는 각각 563, 610주로, 15% 에탄올 내성 균주는 307주로 나타났다. 황화수소 생성균은 500주로 조사되었다. AA decarboxylation와 황화수소 저생성 균주 중 유용 효모 12 균주를 선발하여 26S rDNA 염기서열을 분석한 결과, C. tropicalis, H. opuntiae, H. uvarum, P. kudriavzevii, S. cerevisiae, W. anomalus로 각각 동정되었다. 12주의 효모 중 당 내성 우수 균주는 9주이며, 알코올 내성 우수 균주는 5 균주로 나타났다. 알코올 발효능은 Saccharomyces 효모는 8% 이상으로 나타났으며, non-Saccharomyces 효모는 3% 내외로 나타났다.