• 상하수도학회지
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• 제25권4호
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• pp.611-616
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• 2011

The impacts of ultrasonic pretreatment on the biodegradability of domestic sewage sludge were evaluated through a series of anaerobic digestion experiments in batch system. The gas and methane production from the sludge samples pretreated by an ultrasonic tool with different durations were measured with time. Although the biogas production increased with the extent of sludge solubilization and the period of ultrasonic pretreatment, the enhancement of sludge biodegradability was much more sensitive to the pretreatment for the relatively short periods. Most of the enhanced biodegradability by the pretreatment was appeared in the early stage of anaerobic digestion, less than 6 days. The maximum biogas production per day was observed between 4 to 6 days when the sludge was pretreated less than 10 minutes while it was obtained in the beginning for the sludge pretreated longer periods. The results suggest that the repeated alternation of low strength ultrasonic pretreatment and anaerobic digestion may be more effective than the combination of one time pretreatment for a relatively long period and following anaerobic digestion.

• Biotechnology and Bioprocess Engineering:BBE
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• 제7권2호
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• pp.105-111
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• 2002

The biological removal of 2,4,6-trinitrotoluene (TNT) was studied in a bench-scale bioreactor using a bacterial culture of strain OK-5 originally Isolated from soil samples contaminated with TNT. The TNT was completely removed within 4 days of incubation in a 2.5 L bench-scale bioreactor containing a newly developed medium. The TNT was catabolized in the presence of different supplemented carbons. Only minimal growth was observed in the killed controls and cultures that only received TNT during the incubation period. This catabolism was affected by the concentration ratio of the substrate to the biomass. The addition of various nitrogen sources produced a delayed effect for the TNT degradation. Tween 80 enhanced the degradation of TNT under these conditions. Two metabolic intermediates were detected and identified as 2-amino-4, 6-dinitrotoluene and 4-amino-2, 6-dinitrotoluene based on HPLC and GC-MS analyses, respectively. Strain OK-5 was characterized using the BIOLOG system and fatty acid profile produced by a microbial identification system equipped with a Hewlett Packard HP 5890 II gas chromatograph. As such, the bacterium was identified as a Stenotrophomonas species and designated as Stenotrophomonas sp. OK-5.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제12권4호
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• pp.583-591
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• 2002

Biodegradation of fat, oil, and grease (FOGs) plays an Important role in wastewater management and water pollution control. However, many industrial food-processing and food restaurants generate FOG-containing waste waters for which there Is no acceptable technology for their pretreatment. To solve these problems, this study evaluated the feasibility of effective FOG-degrading microorganisms on the biodegradation of olive oil and FOG-containing wastewater. Twenty-two strains capable of degrading FOGs were isolated from five FOG-contaminated sites for the evaluation of their FOG degradation capabilities. Among twenty-two strains tested, the lipase-producing Pseudomonas sp. strain D2D3 was selected for actual FOG wastewater treatment. Its biodegradability was performed at 3$0^{\circ}C$ and pH 8. The extent of FOG removal efficiency was varied for each FOG tested, being the highest for olive oil and animal fat (94.5% and 94.4%), and the lowest for safflower oil (62%). The addition of organic nitrogen sources such as yeast extract, soytone, and peptone enhanced the removal efficiency of FOGs, but the addition of the inorganic nitrogen nutrients such as $NH_4$Cl and $(NH_4)_2SO_4$ did not increase. The $KH_2PO_4$ sources in 0.25% to 0.5% concentrations showed more than 90% degradability. As a result, the main pathway for the oxidation of fatty acids results in the removal of two carbon atoms as acetyl-CoA with each reaction sequence: $\beta$-oxidation. Its lipase activity showed 38.5 U/g DCW using the optimal media after 9 h. Real wastewater and FOGs were used for determining the removal efficiency by using Pseudomonas sp. strain D2D3 bioadditive. The degradation by Pseudomonas sp. strain D2D3 was 41% higher than that of the naturally occurring bacteria. This result indicated that the use of isolated Pseudomonas sp. strain D2D3 in a bioaugmentating grease trap or other processes might possibly be sufficient to acclimate biological processes for degrading FOGs.

• 대한환경공학회지
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• 제27권5호
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• pp.468-475
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• 2005

휘발성 유기화합물(VOCs)의 제거를 위한 담체충진형 바이오필터법은 운전이 용이하고 처리비용이 낮다는 장점에도 불구하고 낮은 운전성능과 막힘현상등의 문제를 안고 있다. 이에 대한 대안으로 계면활성제로 형성된 거품을 사용해 VOCs의 물질전달율과 분해효율을 향상시킨 미생물반응기(BFR)가 제안되었다. 본 연구는 VOCs 저감기술로서 BFR의 적용가능성을 확인하기 위하여 수행되었다. 우선, BFR에 사용될 계면활성제를 선정하기 위해, 4종류의 계면활성제를 대상으로 회분실험을 수행하였으며, 실험결과 TritonX-100이 미생물의 생분해도에 미치는 영향이 가장 적어 BFR에 적용하기 적합한 계면활성제로 판명되었다. 선정된 계면활성제를 BFR에 첨가하고, 반응기 내에 유입되는 가스의 체류시간과 톨루엔 유입부하량을 변화시키면서 반응기의 운전성능을 평가하였다. 가스체류시간이 0.5분에서 2분으로 증가하면서 반응기의 톨루엔 분해율도 50%에서 80%로 증가하였다. 그러나 톨루엔 유입부하량이 $38\;g/m^3/hr$에서 $454\;g/m^3/hr$으로 증가하면서 톨루엔 분해율은 70%에서 20%로 감소하였다. 본 실험에서는 BFR의 최대분해능은 $108\;g/m^3/hr$로 나타나 기존 담체 충진형 바이오필터에 비해 높았으며, 따라서 BFR 시스템이 기존의 담체를 이용하는 생물학적 VOCs 저감기술에 대한 대안으로서 가능성이 있음을 알 수 있었다. 하지만, 높거나 낮은 가스유속에서 거품이 안정적으로 발생하지 않는 점 등은 여전히 해결해야할 과제로 남아있다.

• 한국지하수토양환경학회지:지하수토양환경
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• 제14권5호
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• pp.10-17
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• 2009

생물학적 정화는 TPH로 오염된 지역을 정화하는 효과적인 방법으로 적용되고 있다. 하지만 미생물의 분해 활성이 적정온도 이하, 이상의 온도에서는 감소하기 때문에, 생분해 효율이 온도의 변화에 많은 영향을 받는 것으로 알려져 있다. 따라서 이번 연구의 목적은 유류 분해 효율이 우수한 중저온성 미생물을 분리하여 TPH로 오염된 지역에 적용할 때의 정화효율을 평가해 보는 것이다. 먼저 탄화수소 분해효율이 뛰어난 중온성($30^{\circ}C$)미생물 5종과 저온성($80^{\circ}C$) 미생물 3종의 consortia를 분리하였으며, 이들 미생물 consortia를 실험실내에서 유류로 오염된 토양에 적용해 본 결과, 중온성 미생물의 경우 초기 TPH 4,044 mg/kg이 10일 경과 후 1,084 mg/kg으로 73.2%, 저온성 미생물은 TPH 5,427 mg/kg이 50일 경과 후 1,756 mg/kg으로 67.6%의 처리효율을 보였다. 이 분해율은 휘발이나 희석에 의한 물리적 저감을 포함한다. 이후 분리된 미생물들을 토양 경작 현장에 적용해 본 결과, TPH 2,560 mg/kg의 오염이 56일 경과 후 87.1%의 제거율을 보였으며, 이때의 생분해 반응 속도상수는 $0.0374\;day^{-1}$이었다. 본 연구 결과는 저온, 중온 상태에서 미생물을 이용한 생물학적 정화가 더 다양하게 이용될 수 있는 가능성을 보여준 것으로 판단된다.

• 한국지하수토양환경학회지:지하수토양환경
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• 제10권4호
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• pp.26-32
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• 2005

계면활성제는 소수성 물질(톨루엔)의 물질전달율을 증가시켜 미생물이 있는 액상으로 잘 녹아들어가게 함으로써 미생물에 의한 분해를 증가시킨다. 본 연구에서는 여러 종류의 계면활성제가 존재할 때 톨루엔의 물질전달율과 미생물에 의한 분해가 어떻게 이루어지는지에 대해 알아보았다. 사용한 계면활성제는 다음과 같다: Sodium Oodecyl Sulfate (SOS), TritonX-100, Tween 80, BYK-345 (silicone 계면활성제). 실험결과에 따르면 BYK-345는 critical micelle concentration (CMC)에서 톨루엔의 용해도를 증가시켰다. 하지만, SDS와 TritonX-100는 CMC에서 톨루엔의 용해도를 증가시키지 못했다. 증류수에 계면활성제를 첨가하면 증류수만 있는 경우보다 톨루엔의 물질전달율$(K_La)$이 증가했다. 톨루엔 분해 미생물을 이용한 회분식 실험에서 SOS는 톨루엔의 분해를 감소시켰다. 그 이유는 SDS가 미생물에 독성을 미쳤기 때문일 수도 있고, 기질로서 이용되어서 톨루엔과 경쟁관계에 놓였기 때문일 수도 있다. BYK-345를 계면활성제로 사용한 실험에서도 톨루엔의 분해가 감소했는데 이것은 BYK-345가 미생물의 활성도에 심각한 영향을 미쳤기 때문이다. 하지만, TritonX-100 와 Tween 80의 경우에는 톨루엔의 분해가 크게 감소하지 않았다. 낮은 농도의 TritonX-100의 경우에 오히려 톨루엔의 분해는 증가했다. 이와 같은 결과들을 통해 톨루엔의 생물학적 분해를 위해 가장 적절한 계면활성제는 TritonX-100임을 알 수 있었다.

• 자원환경지질
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• 제36권5호
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• pp.375-380
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• 2003

본 연구에서는 생물계면활성제와 비이온계 계면활성제 용액의 pH 변화가 phenanthrene의 용해도 증가에 미치는 영향을 수용액 시스템에서 조사하고자 하였으며, PAHs-분해균주가 phenanthrene을 분해할 경우 이러한 용해도의 변화가 분해균주의 활성과 전체 분해율에 주는 영향을 파악하고자 하였다. 생물계면활성제 rhamnolipid와 비이온계 합성계면활성제 tween 80의 phenanthrene에 대한 solubilization capacity를 조사하기 위한 회분식 실험의 결과 MSR (Molar Solubilization Ratio)은 각각 0.0425와 0.1449로 나타났으며, 생물계면활성제 첨가로 인한 phenanthrene olubilization 기작이 평형에 도달하기 위한 시간은 24시간 정도로 나타났다. 임계마이셀 농도의 약 4.3배에 해당하는 240ppm의 생물계면활성제를 첨가하였을 경우, 증류수만을 첨가하였을 경우 용해도보다 약 9배 이상 phenanthrene의 용해도가 증가하였다. 또한, 생물계면활성제의 pH 변화가 phenanthrene solubility에 주는 영향을 살펴본 결과, 가장 높은 용해도를 나타낸 pH는 240ppm과 2000ppm의 생물계면활성제를 첨가한 경우 모두 pH 범위 4.5-5.5로 나타났다. 이는 rhamnolipid의 친수성 부분의 음전하 세기가 pH에 따라 달라지는 현상에 기인한 것으로 보여진다. 생물계면 활성제가 존재하지 않는 조건에서, pH의 변화가 phenanthrene 분해균주인 CRE7의 생장률과 분해능에 주는 영향을 조사한 결과, 최대 비성장률은 pH 6에서 나타났지만, pH 5-7 범위에서 크게 변화하지 않았다. 이러한 비성장률의 차이가 분해능에 미치는 영향을 확인한 결과, 높은 비성장률은 결과적으로 높은 분해율을 나타내는 것으로 보여졌다. 생물계면활성제를 첨가한 경우, 생물계면활성제를 첨가하지 않은 실험결과에 비교해 볼 때, pH 4를 제외하고 전체적으로 비성장률이 증가한 경향을 보였으며, 전체 분해율도 증가하는 추세를 나타내었다. 생물계면활성제의 첨가로 인해 pH 5에서의 비성장률은 첨가하지 않았을 경우에 비해 약 1.5배 증가하였으며, 이는 생물계면활성제가 phenanthrene의 용해도를 pH 5에서 약 5배이상 증가시킨 것과 비교하여 볼 때, 그 증가폭이 적다고 할 수 있다. 이러한 결과는 생물계면활성제의 첨가로 인해 마이셀 구조안으로 용해되어진 phenanthrene 의 경우 분해균주의 접근이 용이하지 않아 분해되기 어렵다는 것을 말해주며, pH에 따라 나타나는 서로 다른 구조의 phenanthrene-rhamnolipid의 집합체는 생물학적 이용도 또한 달라질 수 있음을 의미한다.

• 대한환경공학회지
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• 제22권2호
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• pp.375-383
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• 2000

유일로 오염된 지역의 토양에서 toluene을 탄소원으로 이용하는 혼합미생물을 분리하여 toluene, benzene, ethylbenzene 및 xylene isomers(BTEX)의 분해특성을 관찰하였다. 단일기질 실험에서는 모든 BTEX의 분해가 이루어졌으며 toluene, benzene, ethylbenzene, p-xylene 순서로 분해되었다. BTEX 혼합기질 분해실험에서는 단일기질일 때보다 분해속도가 상대적으로 느려졌으며, ethylbenzene이 benzene보다 먼저 분해되는 것이 관찰되었다. 이중 혼합물질 반응 실험에서는 방해작용(inhibition), 촉진작용(stimulation), 그리고 비반응(non-interaction)과 같은 다양한 기질반응이 관찰되었으며, ethylbenzene은 benzene, toluene, xylene의 분해에 강한 방해영향을 주었다. Xylene 분해특성에서 m- 및 p-xylene은 혼합미생물에 탄소원으로 이용되었으며 benzene이나 toluene이 동시에 존재할 때는 xylene isomer의 분해가 촉진되었다. 그러나 o-xylene의 분해는 benzene에 의해서만 촉진되었다.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제20권8호
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• pp.1230-1239
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• 2010

Five bacterial species, capable of degrading the recalcitrant organic compounds (ROCs) diethyleneglycol monomethylether (DGMME), 1-amino-2-propanol (APOL), 1-methyl-2-pyrrolidinone (NMP), diethyleneglycol monoethylether (DGMEE), tetraethyleneglycol (TEG), and tetrahydrothiophene 1,1-dioxide (sulfolane), were isolated from an enrichment culture. Cupriavidus sp. catabolized $93.5{\pm}1.7$ mg/l of TEG, $99.3{\pm}1.2$ mg/l of DGMME, $96.1{\pm}1.6$ mg/l of APOL, and $99.5{\pm}0.5$ mg/l of NMP in 3 days. Acineobacter sp. catabolized 100 mg/l of DGMME, $99.9{\pm}0.1$ mg/l of NMP, and 100 mg/l of DGMEE in 3 days. Pseudomonas sp.3 catabolized $95.7{\pm}1.2$ mg/l of APOL and $99.8{\pm}0.3$ mg/l of NMP. Paracoccus sp. catabolized $98.3{\pm}0.6$ mg/l of DGMME and $98.3{\pm}1.0$ mg/l of DGMEE in 3 days. A maximum $43{\pm}2.0$ mg/l of sulfolane was catabolized by Paracoccus sp. in 3 days. When a mixed culture composed of the five bacterial species was applied to real wastewater containing DGMME, APOL, NMP, DGMEE, or TEG, 92~99% of each individual ROC was catabolized within 3 days. However, at least 9 days were required for the complete mineralization of sulfolane. Bacterial community diversity, analyzed on the basis of the TGGE pattern of 16S rDNA extracted from viable cells, was found to be significantly reduced in a conventional bioreactor after 6 days of incubation. However, biodiversity was maintained after 12 days of incubation in an electrochemical bioreactor. In conclusion, the electrochemical reduction reaction enhanced the diversity of the bacterial community and actively catabolized sulfolane.

• Environmental Engineering Research
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• 제12권2호
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• pp.37-45
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• 2007

Phytoremediation has been used effectively for the biodegradation of oil-based contaminants, including diesel, by the stimulation of soil microbes near plant roots (rhizosphere). However, the technique has rarely been assessed for itsinfluence on soil microbial properties such as population, community structure, and diversity. In this study, the removal efficiency and characteristics of rhizobacteria for phytoremediation of diesel-contaminated soils were assessed using barnyard grass (Echinochloa crusgalli). The concentration of spiked diesel for treatments was around $6000\;mg\;kg^{-1}$. Diesel removal efficiencies reached 100% in rhizosphere soils, 76% in planted bulk soils, and 62% in unplanted bulk soils after 3weeks stabilization and 2 months growth(control, no microbial activity: 32%). The highest populations of culturable soil bacteria ($5.89{\times}10^8$ per g soil) and culturable hydrocarbon-degraders($5.65{\times}10^6$ per g soil) were found in diesel-contaminated rhizosphere soil, also yielding the highest microbial dehydrogenase. This suggests that the populations of soil bacteria, including hydrocarbon-degraders, were significantly increased by a synergistic rhizosphere + diesel effect. The diesel treatment alone resulted in negative population growth. In addition, we investigated the bacterial community structures of each soil sample based on DGGE (Denaturing Gel Gradient Electrophoresis) band patterns. Bacterial community structure was most influenced by the presence of diesel contamination (76.92% dissimilarity to the control) and by a diesel + rhizosphere treatment (65.62% dissimilarity), and least influenced by the rhizosphere treatment alone (48.15% dissimilarity). Based on the number of distinct DGGE bands, the bacterial diversity decreased with diesel treatment, but kept constant in the rhizosphere treatment. The rhizosphere thus positively influenced bacterial population density in diesel-contaminated soil, resulting in high removal efficiency of diesel.