• 유기물자원화
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• 제16권3호
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• pp.46-51
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• 2008

리그닌이 분해되려면 분자형태의 산소를 요구하므로 혐기성 조건에서는 리그닌 분해가 어려운 것으로 알려져 왔다. 리그닌의 존재는 리그닌 분해에 영향을 준다. 리그닌 분해의 초기단계에서는 촉매역할을 하는 효소에 의해 리그닌이 중간산물로 분해되어 이 단계에서는 미생물에 의한 효소생성이 제한인자로 작용하게 된다. 폐수에 영양염을 첨가하고 미생물을 식종하여 폐수 내 유기물의 혐기성 분해정도를 평가할 수 있는 BMP(biochemical methane potential)법이 혐기성 조건하에서 리그닌 분해를 평가하기 위해 이용되고 있다. BMP법에 의해 리그닌을 초기 분해한 후 미생물 활동을 선택적으로 억제할 수 있도록 3% 톨루엔 용액으로 만든다. 이 용액의 리그닌 초기 분해율과 리그닌 분해산물의 축적률을 측정해 리그린의 혐기성 분해특성을 파악할 수 있다.

• Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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• 제28권2호
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• pp.280-289
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• 2015

Anaerobic digestion is an efficient and renewable energy technology that can produce biogas from a variety of biomasses such as animal manure, food waste and plant residues. In developing countries this technology is widely used for the production of biogas using local biomasses, but there is little information about the value of these biomasses for energy production. This study was therefore carried out with the objective of estimating the biogas production potential of typical Vietnamese biomasses such as animal manure, slaughterhouse waste and plant residues, and developing a model that relates methane ($CH_4$) production to the chemical characteristics of the biomass. The biochemical methane potential (BMP) and biomass characteristics were measured. Results showed that piglet manure produced the highest $CH_4$ yield of 443 normal litter (NL) $CH_4kg^{-1}$ volatile solids (VS) compared to 222 from cows, 177 from sows, 172 from rabbits, 169 from goats and 153 from buffaloes. Methane production from duckweed (Spirodela polyrrhiza) was higher than from lawn grass and water spinach at 340, 220, and 110.6 NL $CH_4kg^{-1}$ VS, respectively. The BMP experiment also demonstrated that the $CH_4$ production was inhibited with chicken manure, slaughterhouse waste, cassava residue and shoe-making waste. Statistical analysis showed that lipid and lignin are the most significant predictors of BMP. The model was developed from knowledge that the BMP was related to biomass content of lipid, lignin and protein from manure and plant residues as a percentage of VS with coefficient of determination (R-square) at 0.95.This model was applied to calculate the $CH_4$ yield for a household with 17 fattening pigs in the highlands and lowlands of northern Vietnam.

• 대한환경공학회지
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• 제22권12호
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• pp.2197-2204
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• 2000

리그닌은 펄프나 제지공장에서 나무의 화학적 처리를 하는 과정에서 생성되는 주요한 부산물이다. 이런 리그닌은 난분해성 물질로서 제지폐수의 생물학적 처리에 어려움을 초래하며, 특히 함량이 높을 경우 혐기성 소화에서 억제(inhibition) 물질로 작용하는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 회분실험을 통하여 혐기성 소화에서 온도와 혐기성 소화 슬러지의 양에 따른 고분자 활엽수 리그닌(lignosulfonate, MW $\geq$ 20,000)의 영향을 관찰하였다. 고분자 활엽수 리그닌은 혐기성 소화 초기에는 메탄생성에 강한 억제작용을 하였으나 일정한 시간이 지난 후에는 이런 억제작용은 사라지고 메탄생성이 정상적으로 이루어졌다. 즉, 고분자 활엽수 리그닌은 aceticlastic methanogen에 대해 bacteriocidal 작용보다는 bacteriostatic 물질로서 작용하였다. 리그닌이 첨가되지 않은 대조군의 경우에는 메탄생성이 10일간 이루어지는데 반하여 1.3%, 2.6%와 3.9%의 리그닌이 첨가된 경우에는 같은 양의 메탄올 생성하는데 각각 14.5일, 17.8일 과 21.1일이 소요되었다. 2.6%의 리그닌을 첨가한 경우 초기 8일간은 $30^{\circ}C$ 조건에서의 메탄생성속도가 가장 컸으나 12일째부터 $40^{\circ}C$에서의 메탄생성속도가 급속히 증가하여 14일 후에는 총 메탄생성량이 $30^{\circ}C$를 초과하였다. 그러나 $50^{\circ}C$에서는 줄곧 메탄생성이 거의 이루어지지 않았다. 즉, aceticlastic methanogen에 대한 리그닌의 억제작용을 중온 (mesophilic)보다 고온(thermophilic)에서 더 컸다. 리그닌에 의한 이런 억제작용은 또 리그닌의 양(L)과 초기 혐기성 소화슬러지의 농도(AnS)의 비와 중요한 관계가 있었다. L/AnS의 비가 작으면 작을수록 이런 억제작용은 감소되는 것으로 나타났다. 그리고 본 실험에서 고분자 활엽수 리그닌의 분해와 탈색은 이루어지지 않았다.

• 유기물자원화
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• 제19권3호
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• pp.63-72
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• 2011

본 연구에서는 benzalkonium chloride 처리에 따라 바이오가스 생산이 억제되는 정도를 평가하였다. 바이오가스 생산 억제 수준은 10 ppm, 40 ppm, 80ppm의 benzalkonium chloride가 처리되었을 때 각각 10%, 30-40%, 70% 이상이었다. Benzalkonium chloride의 처리에 따라 저해되는 효소를 알아내기 위하여 효소 활성을 분석하였으며 산성/알칼리 포스파타아제, 프로테아제는 메탄 생산량과 음의 상관관계를 나타내었다. ${\alpha}$-글루코시다아제는 실험기간 동안 메탄 생성량과 상대적으로 낮은 음의 상관성을 보였으며(p<0.01, r=-426), 다른 효소와의 상관성도 상대적으로 낮았다. 메탄생성률(ml/day)은 benzalkonium chloride및 산성 포스파타아제와 유의한 상관성을 나타내었다. Benzalkonium chloride가 대장균에 미치는 영향을 원판확산법을 통하여 분석하였다. Benzalkonium chloride의 농도가 높을수록 세균증식 억제대가 확장되었으며, 이를 통하여 benzalkonium chloride가 초산생성균의 증식을 억제함으로써 혐기소화조에 영향을 미칠 수 있다는 것을 확인하였다.

• 대한환경공학회지
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• 제33권9호
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• pp.662-669
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• 2011

본 연구에서는 메탄의 생물학적 메탄올 전환에 관한 연구를 수행하였다. 바이오가스 중의 메탄은 메탄산화균의 methane monooxygenase (MMO)의 생물학적 촉매반응에 의해 산화되었으며, 인산염, NaCl, $NH_4Cl$, EDTA와 같은 methanol dehydrogenase (MDH)의 활성 저해제를 이용하여 MDH의 활성도를 저해함으로써 메탄올의 전환이 이루어졌다. 메탄산화균은 $35^{\circ}C$, pH 7, 인공 바이오가스($CH_4$ 50%, $CO_2$ 50%) / Air의 부피비가 0.4인 조건에서 메탄 산화 정도가 0.56 mmol로 최대로 나타났다. 인산염 40 mM, NaCl 50 mM, $NH_4Cl$ 40 mM, EDTA $150{\mu}m$ 이하일 때 저해제의 종류에 상관없이 메탄 산화율은 80% 이상을 달성하였다. 한편, 인산염 40 mM, NaCl 100 mM, $NH_4Cl$ 40 mM, EDTA $50{\mu}m$ 주입 시 각각 1.30, 0.67, 0.74, 1.30 mmol의 메탄이 산화되는 동시에 각각 0.71, 0.60, 0.66, 0.66 mmol의 메탄올이 최대로 생성되었다. 이때의 메탄올 전환율은 각각 54.7, 89.9, 89.6 및 47.8%였으며 최대 메탄올 생성 속도는 $7.4{\mu}mol/mg{\cdot}h$였다. 이로부터 대상 저해제로 MDH 활성도를 일반적으로 35% 저해 시에 메탄올 생산량이 최대인 89.9%까지 나타남을 알 수 있었다.

• KSBB Journal
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• 제10권2호
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• pp.212-220
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• 1995

본 연구에서는 강제성 에탄자화균인 M. trichas P parium OB3b를 메탄융기질에서 배양하면서 여러 환 경요인 벚 배지요인의 영향을 조사하고 최적 배양조 건을 구하였다. 또한 배양특성을 메탄기질 성장의 경우와 비교하였다. 본 연구에서 얻어진 결과를 요 약하면 다음과 같다. 1. 최대비성장속도는 메탄 기질 성장시 ${\mu}=$0.08hr^{-1}$ 인데 반해 메탄올 기질 성장시에는 ${\mu}=$0.20hr^{-1}$로 2배 이상의 증가를 보였다. 메탄융 최 척농도는 0.5% (v/v)이였다. 2. 질소원으로는 메탄올 기질에서는 암모니아가 질산염보다 우수한 반면 에탄 기질에서는 질산염이 우수하였다. 3. 질소원에 대한 균체수율 $(Y_{X/N})$ 은 탄소원의 종 류와 관계없이 모두 7.14g dry cells/g N으로 통일 하게 냐타났다. 탄소원(MeOH)에 대한 균체수율 $(Y_{X/S})$은 질소원으로 암모니아를 사용한 경우 0 0.8g dry cells/g MeOH이고 질산염을 사용한 경우 는 0.64g dry cells/g MeOH로 암모니아의 경우가 약 20% 가량 높았다. 4. 배양옹도는 최적옹도가 $30^{\circ}C$ 인데 메탄올의 농 도가 높은 경우 고온에셔 에탄융의 독성 증가에 따 른 비성장속도의 큰 감소를 관찰할 수 있었다. 5. pH는 6.5~8.0 범위에 완만한 최척값을 보여 주었다. 6. 인산염의 농도가 증가함에 따라 메탄올탈수소 효소(MDH)의 활성은 급격히 감소하였으나 에탄융 기질에서 균체의 비성장속도는 인산염농도 60mM까 지 거의 일정하였다. 이 결과는 MDH의 활성이 균 체의 최척성장에 필요한 활성의 거의 2배 이상 수준 으로 유지되고 있음을 보여준다. 7. 생물반응기 배양에 서는 pH조절과 메탄올의 첨 가로 최종 균체농도는 2.10mg dry cells/ml까지 볼 수있었다.

• 유기물자원화
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• 제7권2호
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• pp.25-34
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• 1999

프로피온산의 혐기성 분해시 구리의 잠재적인 저해효과를 평가하기 위하여 회분식 실험을 수행하였다 프로피온산의 혐기성 분해시 구리의 저해효과는 중간 생성물, 최종 메탄 수율 및 비메탄 활성도를 이용하여 평가하였다. 구리의 농도 $2.5mg\;Cu^{2+}/1$에서는 저해 현상이 거의 발생하지 않았으나. 농도 증가에 따라 저해효과가 점차 증가하는 경향을 보였다. 최종 메탄 발생량 및 비메탄 활성도를 이용하여 산정한 50% 저해농도는 각각 33.8 및 $24.1mg\;Cu^{2+}/gVSS$로 나타났다. 최종 메탄 수율을 이용하여 산정한 저해효과는 운전기간이 지속됨에 따라 미생물 적응 및 첨가한 구리의 용존성 리간드와 체외효소와 결합으로 인하여 점차 저감되는 현상이 나타났다. 초기 메탄 발생속도를 근거로 산정한 비메탄 활성도는 이와 같은 영향을 상대적으로 제외할 수 있으므로 중금속에 의한 저해효과를 보다 정확하게 산정할 수 있을 것으로 판단된다. 황산염을 첨가한 경우 황산염 환원 미생물의 길항작용으로 인하여 첨가한 구리가 환원된 황화물과 결합하여 구리에 의한 저해효과는 거의 없는 것으로 나타났다. 구리를 첨가한 경우 초기 프로피온산의 분해가 지연되었으나, 점차 분해되는 경향을 보였으며. 프로피온산의 초산으로의 전환을 고려서 프로피온산의 분해가 초산의 분해 보다 구리의 영향을 많이 받는 것으로 나타났다. 이와 같은 결과를 고려시 구리에 의한 저해효과는 수소이용 메탄균이 초산 이용 메탄균에 비해 보다 민감한 것으로 판단된다.

• 유기물자원화
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• 제8권1호
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• pp.90-96
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• 2000

침출수성상은 매립 폐기물, 매립년한 및 매립방식에 따라 상이한 차이를 보이고 있으나 일반적으로 용존성 유기물과 암모니아성 질소의 농도가 높으며, 인의 농도는 낮은 것으로 나타났다. 초기 매립지에서 발생되는 침출수A는 높은 BOD5/COD 비(0.8)를 보였으나 매립이 종료된 매립지에서 발생되는 침출수C는 상대적으로 매우 낮은 BOD5/COD 비(0.1)를 나타내고 있다. 침출수 A, B 및 C의 최대 생화학적 메탄 수율과 혐기성 생분해도는 각각 271,106 및 4 ml CH4/g-COD와 75,30 및 1%로 나타났다. 즉, 초기 매립지에서 발생되는 침출수는 상대적으로 높은 생분해도 특성을 보여 혐기성 처리가 효과적인 것으로 판단되나 매립년한이 오래된 매립지에서 발생하는 침출수는 유기물질이 생물학적으로 분해가 어려운 리그닌, 휴믹 또는 펄빅성의 고분자물질로 주로 구성되어 매우 낮은 혐기성 생분해 특성을 보였다. 침출수농도증가에 따라 미생물의 지체기가 증가하는 경향을 보이며, 특히, 침출수 A의 경우 농도가 25%(v/v) 보다 큰 경우 지체기가 급격히 증가하였다. 이와 같은 결과는 적응되지 않은 미생물을 식종물질로 이용하는 경우 고농도의 침출수를 처리시 장기간의 초기 운전 기간이 소요될 것으로 판단된다. 침출수 농도 50%(v/v) 이상을 첨가한 경우 장기간의 지체기는 50% 미만의 침출수를 첨가한 경우 대부분의 저해물질이 희석되었기 때문으로 판단된다. 그리고 침출수 농도증가에 따라 지체기의 증가뿐만 아니라 메탄수율 및 메탄 발생율이 점차 감소하는 경향을 보이고 있어 침출수 혐기성 처리시 충격부하 뿐만 아니라 정상상태에서의 저해물질에 대한 잠재적인 저해현상이 예상된다.

• 상하수도학회지
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• 제13권4호
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• pp.35-44
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• 1999

In this study, it was attempted to remove nitrate and carbon in a single-stage reactor using acetate as substrate. Hybrid type upflow sludge baffled filter reactor was adopted using anaerobic sludge. Sludge bed in the bottom of reactor was intended to remove carbon and nitrate by denitrification and methanogenesis. And floating media in the upper part of reactor were intended to remove remaining carbon which was not removed due to the inhibition of nitrogen oxide on methane producing bacteria. The reactor removed over 96% of COD and most of nitrate with volumetric loading rate of $4.0kgCOD/m^3{\cdot}day$, hydraulic retention time of 24hr, 4,000mgCOD/L, and $266mgNO_3-N/L$. Nitrate in anaerobic sludge was converted to nitrogen gas(denitrification) or ammonia (ammonification) according to pH of influent, COD removal efficiency was easily affected by the change of volumetric loading rates and nitrate concentration. And when influent pH was about 4.7, most nitrate changed to ammonia while when influent pH was about 6.8~7.0, most nitrate denitrified independent of $COD/NO_3-N$ ratio. Most granules were gray and a few were black. In gray-colored granule, black inner side was covered with gray substance and SEM illustrated Methanoccoci type microorganisms which were compact spherical shape. Anaerobic filter removed residual COD effectively which was left in sludge bed due to the inhibition of nitrogen oxide.

• Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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• 제29권9호
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• pp.1280-1286
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• 2016

This study was aimed to evaluate the in vitro effects of medicinal herb extracts (MHEs) on ruminal fermentation characteristics and the inhibition of protozoa to reduce methane production in the rumen. A fistulated Hanwoo was used as a donor of rumen fluid. The MHEs (T1, Veratrum patulum; T2, Iris ensata var. spontanea; T3, Arisaema ringens; T4, Carduus crispus; T5, Pueraria thunbergiana) were added to the in vitro fermentation bottles containing the rumen fluid and medium. Total volatile fatty acid (tVFA), total gas production, gas profiles, and the ruminal microbe communities were measured. The tVFA concentration was increased or decreased as compared to the control, and there was a significant (p<0.05) difference after 24 h incubation. pH and ruminal disappearance of dry matter did not show significant difference. As the in vitro ruminal fermentation progressed, total gas production in added MHEs was increased, while the methane production was decreased compared to the control. In particular, Arisaema ringens extract led to decrease methane production by more than 43%. In addition, the result of real-time polymerase chain reaction indicted that the protozoa population in all added MHEs decreased more than that of the control. In conclusion, the results of this study indicated that MHEs could have properties that decrease ruminal methanogenesis by inhibiting protozoa species and might be promising feed additives for ruminants.