• Korean Chemical Engineering Research
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• 제46권3호
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• pp.451-464
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• 2008

삼상 역 유동층은 유동하거나 부유하는 입자의 크기가 매우 작은 경우나 유동입자의 밀도가 액체보다 작은 담체나 접촉매체 또는 촉매전달물질인 경우에 생물반응기, 발효공정, 폐수처리공정, 흡착, 흡수공정 등에 매우 효과적으로 사용될 수 있어서 그 적용성은 날로 증대되고 있다. 그러나, 삼상 역 유동층에 대해서는 많은 연구가 진행되지 않아 왔으며 수력학적 특성에 대한 연구조차도 미흡한 실정이다. 삼상 역 유동층을 이용한 많은 종류의 반응기와 공정들의 운전과 설계 그리고 scale-up을 위해서는 삼상 역 유동층에서 수력학적 특성과 열전달과 물질전달과 같은 이동현상에 대한 정보는 필수적이라는 것은 자명한 사실이다. 따라서, 본 총설에서는 삼상 역 유동층에 대한 정보들을 공학적 측면에서 요약하고 재정리하여서 이 분야의 현장에서 필요한 지식들을 제안하고자 하였다. 본 논문은 수력학적 특성, 열전달 특성 그리고 물질전달 특성의 세 부분으로 이루어져있다. 즉, 수력학적 특성 부분에서는 운전변수가 상 체류량, 기포의 특성 그리고 유동입자의 분산에 미치는 영향을 검토하였으며, 열전달 특성 부분에서는 삼상 역 유동층에서의 운전변수가 열전달 계수에 미치는 영향을 고찰하였고, 열전달 모델에 대한 정리를 하였으며, 물질전달 특성 부분에서는 운전변수가 연속액상의 축방향 분산계수 및 액상 부피물질전달계수에 미치는 영향에 대해 고찰하였다. 또한, 각 절에서 유동입자의 최소유동화속도, 상 체류량, 기포특성, 유동입자의 요동빈도수 및 유동입자의 분산 등과 같은 수력학적 특성과 열전달 계수 그리고 연속액상의 축방향 확산계수와 물질전달계수 등을 예측할 수 있는 상관식들을 제안하였다. 본 총설의 마지막 절에서는 삼상 역 유동층의 공업적 응용을 위해 앞으로 더 연구해야하는 내용에 대해 제안을 하였다.

• 생명과학회지
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• 제20권6호
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• pp.811-818
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• 2010

Sphingomnas paucibilis NK2000 균주를 사용한 젤란의 최적 교반속도 및 통기량은 각각 400 rpm 및 1.0 vvm이었다. 이 균주를 사용하여 젤란의 생산성을 향상시키기 위한 포도당의 최적 첨가시기는 배양을 시작한 36시간이었다. 젤란의 생산성을 향상시키기 위한 5가지 방법, 1) 포도당을 첨가하지 않는 방법, 2) 배양 36시간 후에 포도당을 첨가하지만 교반속도 및 통기량을 변화시키지 않는 방법, 3) 배양 36 시간 후에 포도당을 첨가하고 교반속도를 400 rpm에서 600 rpm으로 변화시키는 방법, 4) 배양 36 시간 후에 포도당을 첨가하고 교반속도를 400 rpm에서 600 rpm으로 증가시키고 통기량을 1.0 vvm에서 1.5 vvm으로 증가시키는 방법 및 5) 배양 36 시간 후에 포도당을 첨가하고 교반속도를 400 rpm에서 600 rpm으로 증가시키고 통기량을 1.0 vvm에서 2.0 vvm으로 증가시키는 방법 등을 실험한 결과, 젤란의 생산성은 각각 5.19, 5.74, 6.73, 7.93, 및 9.40 g/l이었으며, 변환률은 각각 26.0, 19.1, 22.4, 26.4, and 31.3%이었다. 최적의 방법으로 생산한 젤란의 생산농도 및 포도당 전환율은 포도당을 첨가하지 않은 방법으로 생산한 젤란의 생산농도 및 포도당 전환율에 비하여 각각 1.81 및 1.20 배 증가하였다.

• 생명과학회지
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• 제26권5호
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• pp.545-554
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• 2016

히알루론산(HA, Hyaluronic acid)은 β-1, 3-N-acetyl glucosamine과 β-1, 4-glucuronic acid가 반복된 선형 폴리머 고분자로서 생물학적 활성 및 생체친화성 특성 때문에 의약 및 약학분야에서 중요한 분자로 여겨지고 있다. 본 연구는 HA을 S. dysgalactiae으로 얻고, 화학적 방법을 통해 황화된 히알루론산(S-HA, Sulfated hyaluronic acid) 유도체를 합성하여 그 구조와 항염증 활성을 비교하였다. HA의 생산은 S. dysgalactiae를 5 l 생물반응기를 이용하여 대량 배양하여 수용성 히알루론산(HA-WS, water soluble hyaluronic acid)과 비수용성 히알루론산(HA-WI, water insoluble hyaluronic acid)을 분리 정제하였다. 특히 HA-WI를 황화시켜 황화된 히알루론산(S-HA) 유도체를 합성하였으며, 그 수율은 90%로 나타났다. 합성된 S-HA의 구조를 FT-IR 및 ¹H/¹³C-NMR를 통해 S. dysgalactiae로부터 생산된 표준 HA, HA-WS 및 HA-WI와 비교 분석한 결과, 황으로 치환된 양상을 확인하였다. 또한, S-HA 의 항염증 활성을 RAW 264.7 대식세포를 통해 확인한 결과, S-HA는 천연 형태의 HA (HA, HA-WS)보다 nitric oxide (NO)와 COX-2 및 PGE₂ 유전자 발현이 유의하게 낮게 발현되었다. 염증 매개 cytokine인 TNF-α (<80 pg/ml) 및 IL-6 (<100 pg/ml)의 생성도 S-HA가 천연 HA보다 낮은 수준으로 정량되었다. 이 같은 결과에서 황화된 S-HA은 천연 히알루론산보다 용해성이 우수하고 염증관련 사이토카인의 생성 억제를 통해 항염증 효과를 나타내므로 염증치료제, 성형 및 생체 적용 약물전달 소재로 그 활용이 기대된다.

• 미생물학회지
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• 제51권4호
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• pp.374-381
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• 2015

국내의 경우 항만과 연안해역 준설로 인하여 연간 수 천만톤 이상 준설토사가 발생하며 매년 증가하고 있으나, 대부분 투기장에 장기간 방치되며, 더구나 2012년부터 런던협약에 의해 해양투기가 금지되고 있어 환경친화적인 준설토처리 및 재활용기술개발이 시급하다. 준설토 재활용기술에서는 중간처리과정후 발생하는 현탁수(유기물과 중금속 함유 $10{\mu}m$ 미만 미세오염퇴적물 포함)의 처리가 필요한데 현재 이 기술은 연구되어 있지 않다. 본 연구에서는 복합유용미생물제제(BM-S-1)을 이용하여 미세해양오염퇴적물($10{\mu}m$ 이하 입자)내 오염되어 있는 유기물질, 영양염류 및 중금속을 정화하여 배출함으로써 오염퇴적물 정화처리수 방류수질 기준을 충족하고자 하였다. BM-S-1 복합미생물제제를 이용한 해양준설토의 친환경정화시스템으로서 일일 50 L 처리용량의 Lab scale 실험장치를 HRT 6.5일, BOD 용적부하 $0.2-0.6kg/m^3{\cdot}day$의 조건으로 생물반응기를 100일 이상 운전하였다. SCOD, T-N 및 T-P의 제거효과는 각각 96.1%, 92.0% 및 79.0%로 나타나 오염미세퇴적토 내의 유기물의 처리효과가 매우 양호하였다. 또한 몇 가지의 중금속(Zn, Ni 및 Cr) 처리에도 효과적이었다. 아울러 물리적으로 분리하기 어려운 $10{\mu}m$ 이하의 미세토양의 고액분리가 가능함을 확인하였다. 미생물군집구조를 분석한 결과 Flavobacteria 및 Gammaproteobacteria 강이 매우 우점하였으며, 이들에 속한 미생물종들은 해양 내의 각종유기물(다당류, 단백질 및 기타 생물중합체)을 처리하는 것으로 알려졌다. 따라서 본 실험에서 사용된 BM-S-1 미생물제제와 처리시스템은 고농도의 염분이 함유되어있는 유기물 및 중금속 오염 해양퇴적물 정화에 효율적으로 적용가능한 것으로 판단되며, 정화, 분리된 미세해양퇴적물은 목적에 맞게 재사용 가능할 것으로 사료된다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제43권1호
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• pp.103-109
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• 2005

토끼 구강점막 상피 세포의 분리 및 일차배양 방법, 세포성장에 미치는 환경인자의 영향에 대한 연구를 T75-플라스크를 사용하여 수행하였다. 토끼의 구강점막조직을 채취(biopsy)한 후 트립신(trypsin) 효소처리방법을 이용하여 $0.25cm^2$ 점막 조직으로부터 $1.92{\pm}0.59{\times}10^6$개의 점막 상피세포를 회수할 수 있었다. 회수한 점막 상피세포를 50 mg/L BPE(bovine pituitary extract), $5.0{\mu}g/L$ EGF(human recombinant epidermal growth factor), 0.15 mM $Ca^{2+}$을 함유한 K-SFM(keratinocyte serum free medium)을 10 mL씩 사용하여 일차 배양한 결과 8일 만에 배양용기표면에 세포가 포화(confluent)하게 성장하였고 배가시간은 2.45일이었다. 일차 배양한 세포를 회수한 후 배지종류, 배지부피, 첨가물 종류가 상피세포성장에 미치는 영향을 조사하였다. 혈청첨가배지는 세포성장에 부정적인 효과를 나타냈고, 혈청농도가 증가함에 따라 세포성장은 큰 변화가 없었다. 배지부피가 증가함에 따라 세포성장은 감소하였고, 칼슘농도가 증가할수록 세포성장은 증가하였으며 2.0 mM에서 최적치를 나타내었다. 이상으로 토끼 구강점막 상피세포를 T75-플라스크를 사용하여 배양하는 경우 50 mg/L BPE, $5.0{\mu}g/L$ EGF, 2.0 mM $Ca^{2+}$을 함유한 K-SFM을 10 mL씩 사용하는 조건이 가장 적합하였고 배가시간은 1.32일이었다. 이러한 연구결과는 향후 점막뿐만 아니라 피부, 각막 등 인체에 존재하는 상피세포배양을 위한 공정개발이나 생물반응기 설계에 유용한 정보를 제공할 것으로 사료된다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제16권11호
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• pp.7227-7236
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• 2015

수산물 가공폐수의 배출특성 결과, 불규칙한 유입부하로 안정적인 처리에 어려움이 있는 것으로 조사되었다. 수산물 가공폐수와 같은 고농도 유기성 폐수처리에는 가압부상조 운영이 매우 중요하다. 가압부상조의 운전 factor를 조사한 결과, A/S ratio 0.05(설계기준 0.01), 가압공기 압력은 8bar(설계기준 6bar), 가압탱크 압력은 6bar(설계기준 4.5bar), HRT는 60sec(설계기준 10sec)로 운영하였다. 또한 재순환율은 40% 이상(설계기준 30%), 표면 부하율은 $13.7m^3/m^2{\cdot}hr$ 이하(설계기준 $17.7m^3/m^2{\cdot}hr$ 이하)로 변경하여 최초 설계기준에 비하여 운전 factor를 유입특성에 따라 변화시켜 가압부상조의 성능을 향상시켰다. 유입부하 검토결과, BOD는 유입 설계기준 대비 140.7%, $COD_{Mn}$는 120.32%, SS는 106.3%로 조사되었으며, T-N은 135.5%, T-P는 173.3%로 설계기준보다 높게 유입되고 있었다. 처리시설의 연간 운영비를 조사한 결과, 슬러지 처리비(27.7%)와 약품비(26.0%)가 높은 비중을 차지하였으며, 슬러지 처리비는 해양투기 금지로 더욱 상승할 것으로 판단된다. 수산물 가공폐수 처리단가는 1톤당 3,858원으로 하수처리비용(142.6원/ton)에 비해 27배 이상으로 높게 조사되었는데, 이는 고농도의 유기물과 영양염류를 포함하고 있기 때문으로 판단된다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제22권2호
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• pp.139-147
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• 2021

가축분뇨는 고액분리 후 액상 가축분뇨를 호기생물반응조에서 충분히 부숙시켜 화학비료를 대체한 유기질비료(액비)로 이용하고 있다. 그러나 액비는 작물 생장 중인 여름철에는 토양 살포가 제한되기 때문에 액비 처분 문제가 반복 발생되고 있다. 액비를 추비(웃거름)로 이용하기 위해서는 액비 내 슬러지 저감, 병원성 미생물에 대한 안정성 문제가 확보되어야 한다. 본 연구에서는 가축분뇨 액비의 추비 이용을 위해 부유물질(SS) 제거와 살균 효과가 있다고 알려져 있는 마이크로버블 장치(FeMgO 촉매 삽입)의 액비 내 부유물질과 대장균군의 저감효과를 알아보고 마이크로 필터 장치를 연계한 시스템의 부유물질 제거 효율 향상 여부를 확인하였다. 마이크로버블 장치의 부상분리 과정을 거치면서 액비 내 부유물질은 57.9% 제거되었으며, 대장균군은 검출되지 않았다(16,200 MPN/100mL → 0 MPN/100mL). 마이크로 버블 장치와 마이크로 필터 연계 시스템의 수리학적 체류시간 최적화을 통해 액비 내 부유물질 제거 효율은 수리학적 체류시간이 0.1h 조건에서 92.9%까지 향상된 것을 확인하였다. 같은 조건에서 처리수의 성상을 확인한 결과 유기오염물질은 64.5%(TCOD), 70.1%(SCOD) 제거되었으며 인산염인(PO4-P)과 총질소(TN)의 농도도 각각 54.9%와 51.5%까지 감소되었다. 이러한 연계 시스템으로부터 처리된 유출수는 기존 액비의 조성보다 부유물질 및 오염물질 농도 감소, 대장균군이 포함되지 않아 추비로 직접 이용이 가능할 것으로 판단된다.