• 제목/요약/키워드: EPS(Extracellular Polymeric Substances)

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산불토양복원을 위한 Extracellular Polymeric Substances (EPS) 생성세균의 분리, 동정 및 특성에 관한 연구 (Isolation and Characterization of Extracellular Polymeric Substances (EPS)-producing bacteria for restoration of burnt forest soils)

  • 이건영;송인근;정재춘;김영준
    • 유기물자원화
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    • 제12권4호
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    • pp.139-147
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    • 2004
  • 본 연구에서는 입단화 촉진을 통한 훼손토양의 복원을 위하여 산불토양으로부터 EPS 생성균주 2종을 순수분리 하였다. EPS 생성세균인 FM-02 균주는 Gram 음성 간균으로 16s-rDNA 염기서열분석 결과, Beta Proteobacterium sp. 에 속하는 종으로 동정 되었고, AL-02 세균은 양성 간균으로 16s-rDNA 염기분석 결과 Zoogloea sp. 와 81%의 유사도를 나타내었다. 분리균주가 생산하는 EPS의 양은 건중량 측정시 FM-02 균주는 1L당 약 1.8g 의 생산율을 보였으며, AL-02의 경우 약 8.3g의 수율을 보였다. 분리균주의 토양입단에 미치는 영향을 알아보기 위해 응집활성을 측정하였으며, FM-02 세균은 active carbon에 대한 응집활성 (FA)이 2.31로 나타났고, AL-02 세균은 kaolin clay에 대한 응집활성 (FA)이 6.21로 나타났다. 이상의 결과로부터, FM-02균주는 active carbon에 대한 높은 응집활성을 고려할 때 화학응집제를 대신한 생분해성 응집활성제로의 응응 가능성을 확인하였으며, AL-02균주는 kaolin clay에 대한 고활성의 응집능과 고생산성의 EPS수율을 갖는 균주로써 훼손된 토양에서 토양입자들의 응집을 통한 입단을 촉진하여 강우에 의한 토사유출 피해를 줄이는데 도움이 될 것으로 기대된다.

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Selenite Stress Elicits Physiological Adaptations in Bacillus sp. (Strain JS-2)

  • Dhanjal, Soniya;Cameotra, Swaranjit Singh
    • Journal of Microbiology and Biotechnology
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    • 제21권11호
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    • pp.1184-1192
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    • 2011
  • A bacterial isolate (strain JS-2) characterized as Bacillus sp. was challenged with high concentrations of toxic selenite ions. The microbe was found to transform the toxic, soluble, colorless selenite (${SeO_3}^{2-}$) oxyions to nontoxic, insoluble, red elemental selenium ($Se^0$). This process of biotransformation was accompanied by cytoplasmic and surface accumulation of electron dense selenium ($Se^0$) granules, as revealed in electron micrographs. The cells grown in the presence of selenite oxyions secreted large quantities of extracellular polymeric substances (EPS). There were quantitative and qualitative differences in the cell wall fatty acids of the culture grown in the presence of selenite ions. The relative percentage of total saturated fatty acid and cyclic fatty acid increased significantly, whereas the amount of total unsaturated fatty acids decreased when the cells were exposed to selenite stress. All these physiological adaptive responses evidently indicate a potentially important role of cell wall fatty acids and extracellular polymeric substances in determining bacterial adaptation towards selenite-induced toxicity, which thereby explains the remarkable competitiveness and ability of this microbe to survive the environmental stress.

중력여과 방식의 MBR을 이용한 하수처리에서 HRT 변화에 따른 EPS의 거동과 막오염에 대한 영향 (Behavior and Influence of EPS on Membrane Fouling by Changing of HRT in MBR with Gravitational Filtration)

  • 김시원;곽성진;이의신;홍승모;민경석
    • 한국물환경학회지
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    • 제22권5호
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    • pp.865-870
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    • 2006
  • The behavior and influence of EPS on membrane fouling by changing of hydraulic retention time was investigated, using lab. scale submerged membrane bio-reactor, which was operated with gravitational filtration and fed supernatant of primary sedimentation in waste water treatment plant as influent. The membrane was adopted micro-filter of polyethylene hollow fiber. EPS was analysed as polysaccharides and protein especially, into soluble and bound EPS separately. The concentration of soluble EPS was increased at short HRT, then membrane fouling was rapidly progressed and flux was depressed. The most of EPS clogged membrane pore were polysaccharides, while protein was important parameter affected on membrane fouling because of it's more accumulating in the more term operating.

수질화학 조성이 수자원환경에서의 미세 부유입자 응집 거동에 미치는 영향 연구 (Investigation of the effect of water chemistry on biologically mediated flocculation in the aquatic environment)

  • 최정우;이병준
    • 한국수자원학회논문집
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    • 제50권11호
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    • pp.715-723
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    • 2017
  • 생체고분자물질은 수자원환경에서 점토, 미생물, 바이오매스 등 부유입자들을 응집시키고, 침전, 퇴적시키는 역할을 한다. 본 연구는 다양한 수질화학 조건이 생체고분자물질에 의한 부유입자 응집에 미치는 영향을 파악하고자, 수질화학 조건을 제어하여 응집실험을 수행하였다. 각 응집실험은 이온강도, 2가 양이온 농도, 휴믹물질 분율이 제어된 실험조건에서 Kaolinite 현탄액에 생체고분자물질인 Xanthan Gum을 주입하여 수행하였다. 수체가 가지는 응집능은 응집체 크기 및 잔류 고형물 농도를 측정을 통하여 평가하였다. 본 연구에서, 이온강도 증가는 점토입자 및 생체고분자물질 간 정전기적 반발력을 감소시키고 생체고분자물질이 점토입자 간 가교를 형성하여 응집을 증대시킨 것으로 파악되었다. 이온강도가 0.001에서 0.1 M NaCl로 증대될 경우, 응집을 증진시켜 응집체 크기는 약 3배 이상 증대되고 부유고형물농도는 약 2.5배 이상 저감되었다. 또한, 2가 양이온이 수체에 존재하는 경우, 점토입자-생체고분자물질 혹은 생체고분자물질 상호 간 가교를 형성하여, 즉 점토-$Ca^{2+}$-고분자 또는 고분자-$Ca^{2+}$-고분자 가교를 형성하여, 생체고분자물질에 의한 부유입자 응집을 증대시켰다. 수체에 $Ca^{2+}$가 낮은 농도라도 존재할 경우, 응집을 크게 증진시켜 부유고형물농도가 원 주입농도에 비하여 20배 이상 저감되는 것으로 나타났다. 하지만, 휴믹물질이 존재하는 경우, 점토입자 표면에 흡착되어 점토입자의 정전기적 반발력을 증대시켜 생체고분자물질의 흡착을 방해하고 응집을 감소시켰다. 수체에 휴믹물질이 존재할 경우, 응집을 저감시켜 부유고형물농도는 저감되지 않고 원 주입농도와 유사하게 나타났다. 본 연구의 결과는 수자원환경에서 부유입자 및 퇴적물 거동을 이해하고 수질 및 퇴적물에 대한 최적 관리 방안을 도출하기 위한 기초 자료로 활용될 수 있으리라 기대된다.

제올라이트를 첨가한 질산화 탈질공정에서 응집과 UF공정을 이용한 처리수내 용존 유기물질 제거 연구 (Study on Removal of DOC for Effluent from Nitrification and Denitrification Process with Zeolite by Combined Process of Coagulation and UF Membrane)

  • 한장혁;윤태일;조경철;송재용
    • 상하수도학회지
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    • 제19권5호
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    • pp.537-546
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    • 2005
  • This study was carried out to evaluate EPS and SMP variation of sludge and effluent in nitrification and denitrification process with zeolite addition, a possible reduction of effluent DOC by URC(Ultra Rapid Coagulation) process. As a biological wastewater treatment result, EPS formation of both aeration and anoxic sludges are not affect by SRT variation. However, EPS concentration of sludges is higher in aeration tank than in anoxic tank by 6~8 mg EPS/ g VSS. Linear relationship between SMP to DOC indicates that SMP of bulk solution contributes to most of the biological treatment effluent DOC. DOC and turbidity removal efficiency was more improved with URC process than in a conventional coagulation. For pretreatment of UF filtration DOC removal was advanced by URC process than only UF filtration.

연속 회분식 반응기내 유기물 생물흡착특성: SRT 영향 (Biosorption Characteristics of Organic Matter in a Sequencing Batch Reactor : Effect of Sludge Retention Time)

  • 김금용;김진형;김대근;류홍덕;이상일
    • 대한환경공학회지
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    • 제30권2호
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    • pp.175-180
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    • 2008
  • 본 연구는 Fill-Contact-Settle-Decant-Idle의 공정으로 구성된 활성슬러지 공정인 SBR(Sequencing bach reactor)공정에서 수리학적 체류시간을 24시간으로 하여 운전하였으며, 세포외 폴리머의 생성량, 흡착량, 제거율 등과 SRT와의 상관관계에 대한 특성을 조사하였다. 본 실험의 목적은 활성슬러지 시스템에서 다양한 SRT를 통한 생물흡착 특성을 결정하기 위한 것이다. 연구 결과 SRT(Sludge retention time)가 증가함에 따라 단위 미생물당 유기물 흡착율 및 제거율이 감소하는 것으로 나타났으며 단위 미생물당 생성되는 세포외 폴리머 양도 감소하는 것으로 나타났다. 생물흡착효율은 SRT가 증가할수록 높았고 SRT 30일에서 그 값은 53.2%였다. 하지만 단위 미생물당 생물흡착량은 SRT 2일에서(48.6 mg COD/gVSS) 가장 높게 관찰되었다. SRT에 따른 EPS량은 TSS, TCOD$_{Cr}$ 그리고 TKN에 의해 정량적으로 분석하였다. 상기의 결과로 인하여 슬러지의 플록 형성을 방해하여 슬러지의 침강성을 저해하며, COD 제거효율을 감소시키는 결과를 초래하는 것으로 사료된다. 따라서 미생물을 이용한 생물학적 공정 운영시 EPS의 특성을 고려하여 SRT, MLSS 유지, 유기물 부하량 등의 설계 인자를 적정히 선정하여 운영하는 것이 필요할 것으로 판단된다.

Microalgal-MBR과 Bacterial-MBR 운전에 있어 EPS 조성이 Fouling 발생특성에 미치는 영향 (Effects of EPS Composition on Fouling Characteristics at the Microalgal-MBR and Bacterial-MBR Process)

  • 김태연;이수현;권수민;황선진
    • 한국물환경학회지
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    • 제39권2호
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    • pp.175-180
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    • 2023
  • The aim of this study was to compare the fouling characteristics of Extracellular polymeric substances (EPS) secreted by Chlorella vulgaris with the case of Bacterial-MBR (BMBR), Microalgal-MBR (MMBR) for advanced wastewater treatment using the Laboratory scale, in order to suggest a method to minimize fouling in MMBR by identifying the effects of amounts and compositions of EPS secreted by C. vulgaris and bacteria in the activated sludge on fouling. Contrary to expectations, fouling occurred relatively severely in the MMBR from the beginning of the operation than in the BMBR. Reasons for such a fouling pattern were considered to be the effect of C-EPS, which accumulates on the membrane surface of MMBR 30 times more than that on the membrane surface of activated sludge (BMBR). In this respect, according to the results of this experiment and a comparative review of several previous studies, it was confirmed that unlike activated sludge, in which the ratio of P-EPS was relatively higher than that of C-EPS, in case of C. vulgaris, the ratio of C-EPS to P-EPS was relatively higher than that in case of activated sludge. This was presumed to be the main cause of the significant fouling phenomenon in MMBR. However, an increase in TMP with increasing C-EPS concentration was not observed.

Utilization of aerobic granulation to mitigate membrane fouling in MBRs

  • Iorhemen, Oliver T.;Hamza, Rania A.;Tay, Joo Hwa
    • Membrane and Water Treatment
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    • 제8권5호
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    • pp.395-409
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    • 2017
  • Membrane bioreactor (MBR) is a compact and efficient wastewater treatment and reclamation technology; but, it is limited by membrane fouling. The control of membrane fouling significantly increases operational and maintenance costs. Bacteria and their byproducts - extracellular polymeric substances (EPS) - are major contributors to membrane fouling in MBRs. A recent attempt at fouling mitigation is the development of aerobic granular sludge membrane bioreactor (AGMBR) through the integration of a novel biotechnology - aerobic granulation - and MBR. This paper provides an overview on the development of AGMBR to mitigate membrane fouling caused by bacteria and EPS. In AGMBR, EPS are used up in granule formation; and, the rigid structure of granules provides a surface for bacteria to attach to rather than the membrane surface. Preliminary research on AGMBR using synthetic wastewater show remarkable membrane fouling reduction compared to conventional MBR, thus improved membrane filtration. Enhanced performance in AGMBR using actual municipal wastewater at pilot-scale has also been reported. Therefore, further research is needed to determine AGMBR optimal operational conditions to enhance granule stability in long-term operations and in full-scale applications.

생체고분자물질이 부유사 응집에 미치는 영향 연구 (Bio-mediated Flocculation by Extracellular Polymeric Substances in Cohesive Sediment Suspensions: Experimental Study)

  • 백승룡;김재인;오민지;이병준
    • 한국수자원학회:학술대회논문집
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    • 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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    • pp.107-107
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    • 2015
  • 최근 기후변화로 인한 강우강도 증대, 산업화에 따른 토지개발 등으로 인하여 다량의 점착성 부유사(Cohesive Sediments)가 하천, 호소 등 수자원 환경으로 유입되고 있다. 점착성 부유사는 하천, 호소의 난류 조건에 따라 부유하거나 혹은 응집, 침전하여 하상 저니층을 형성한다. 부유사, 미생물 및 각종 유기입자가 포함된 하상 저니층은 검은색으로 외관상 보기 좋지 않을 뿐 아니라, 혐기성상태에서 부패하여 수생태계의 건강성을 해치게 된다. 또한 미세 부유사 및 미생물 입자는 각종 중금속, 유기오염물질을 흡착하고, 조건에 따라 재용출할 수 있는 저장매체로 작용하기 때문에 수자원환경에 미치는 영향이 아주 크다. 특히, 수중 미생물(조류) 작용에 의해 생성되는 EPS (Extracellular Polymeric Substances)는 부유사 및 미생물 입자들을 서로 엉겨 붙게 하여, 부유사-미생물 혼합 응집체 및 저니층 형성을 가속화하게 된다. 본 연구에서는 EPS가 부유사 응집에 미치는 영향을 파악하기 위하여, Xanthan Gum (Sigma-Aldrich, USA)을 EPS의 지표 물질로 사용하고, Kaolinite(Sigma-Aldrich, USA)를 수자원환경에 존재하는 대표적인 부유사로 사용하여 응집실험(Jar Test)을 수행하였다. 이온농도가 응집에 미치는 영향을 파악하기 위하여 수체 이온농도를 0.0001M NaCl, 0.001M NaCl, 0.01M NaCl, 그리고 0.001M NaCl + 0.1mg/L $Ca^{2+}$, 0.001M NaCl + 0.5mg/L $Ca^{2+}$, 0.001M NaCl + 1.0 mg/L $Ca^{2+}$으로 보정하여 응집실험을 수행하였다. 250 rpm 급속 교반 1븐, 50 rpm 완속교반 5시간, 침잔 1시간 후 응집체를 채취하여 응집체 이미지 분석을 통해 응집체 크기 및 형상을 측정하였고, 수표면 2 cm 지점에서 상등액을 채수하여 잔류 고형물 농도 분석을 실시하였다. 응집실험을 통하여 다음과 같은 결과를 도출하였다.. 낮은 이온농도의 경우, EPS가 큰 고분자 구조체에 부유 입자들이 엮어 응집되는 Sweeping Flocculation의 특징을 나타내었다. 하지만, 이온농도가 높아질수록 경우, EPS 고분자 구조체 내부 반발력이 감소하여 크기가 축소되고, 이에 따라 부유 입자 표면에 패치 형태로 흡착되었다. EPS가 패치형태로 입자에 흡착한 경우, 응집제 농도 증가에 따라 응집능 최적점이 형성되고, 이후 표면하전 역전이나 Steric Stabilization에 의해 응집능이 저감되는 형태를 나타낸다. 따라서,수중이온농도가 EPS의 사슬형 고분자 응집제의 크기, 형태(Morphology)를 결정하고, 더 나아가 응집능을 결정하는 중요한 인자로 나타났다. 따라서, 후속 연구를 통하여 생체고분자물질의 크기 및 형태 변화, 이에 따른 응집능변화를 면밀히 연구하고자 한다.

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Nitrifying membrane bioreactor에서의 막 오염 및 질산화 특성 (Characteristics of Membrane Fouling and Nitrification in Nitrifying Membrane Bioreactor)

  • 임경조;홍순호;유익근
    • 한국환경과학회지
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    • 제20권9호
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    • pp.1079-1085
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    • 2011
  • The purpose of this study is to find the operational characteristics of nitrifier-dominated membrane bioreactor (MBR), which has been extensively studied for organic removal, especially in terms of nitrite ($NO_2$-N) build-up and membrane fouling. Membrane fouling is one of the important factor which determines the economics of MBR system. The characteristics of membrane fouling was monitored in terms of the fouling indices such as sludge volume index (SVI), the concentration of total organic carbon (TOC) and extracellular polymeric substances (EPS) in a membrane permeate or sludge extract, the absorbance of supernatant at 260 nm. Most of index values except for protein concentration in EPS had a close relation with the increase of suction pressure and SVI value. Nitrifying MBR was superior to the conventional organic-oxidizing MBR in terms of membrane fouling since the fouling index value of nitrifying MBR was lower than that of BOD-oxidizing MBR.