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- 저자 : 신승규 ( Shoung Kyu Shin ) (검색결과 7 건)
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계면활성제 미생물반응기의(혼합 VOCs) 생분해 Ⅰ : 반응기 거동평가
신승규(Shin Shoung Kyu),장현섭(Jang Hyun Sup),황선진(Hwang Sun Jin),송지현(Song Ji Hyeon) 대한토목학회 2006 대한토목학회논문집 B Vol.26 No.6B
계면활성제 거품과 부유미생물을 이용하여 휘발성유기화합물(VOCs)를 제어하는 새로운 방법인 계면활성제 미생물반응기(BFR)를 대상으로, 단일 VOC와 혼합 VOCs가 유입되는 조건에서 BFR의 반응특성을 확인하였다. 본 연구에서는 혼합 VOCs로는 benzene, toluene, p-xylene, styrene의 4가지 물질을, 단일 VOCs로는 toluene을 선정하였다. 전체적으로 BFR 시스템은 기체체류시간 40초 조건에서 안정적인 운전효율을 보여 기존 담체충진형 바이오필터의 대안기술로 적용 가능하다고 판단된다. 또한 동적부하 변동실험 결과 BFR 시스템은 높은 부하량 유입시 거품에 의한 물질전달율이 일정하게 유지되어 안정적인 처리효율을 얻을 수 있었다. 그러나 유입 VOCs 농도가 증가하면서 액상으로 전달된 VOCs 일부가 미생물 반응조에서 탈기 작용으로 기체상으로 역배출되어 최종 유출농도가 상승하는 현상이 발견되었다. Styrene 이외의 다른 VOCs는 물질전달율 면에서 큰 차이가 없었으며 생분해율(styrene, toluene, benzene, p-xylene) 순에 따라 최종 유출농도가 결정 되었다, 따라서 본 연구의 BFR 시스템은 활성미생물 농도 또는 미생물 반응조 부피 증가 등의 방법으로 전체 운전효율을 증가시킬 수 있을 것으로 예상된다. BFR 시스템에 대한 추가 연구 및 개량은 물질전달율 증가보다는 미생물 활성도, 혼합 VOCs에 의한 미생물 군집변동 등에 초점을 맞출 필요가 있다. The system performance of a bioactive foam reactor (BFR), that consists of a foam column using a surfactant and a biodegradation basin containing suspended bacteria, was investigated for the treatment of gaseous toluene or a mixture of four volatile organic compounds (VOCs, benzene, toluene, p-xylene, and styrene). Overall, the BFR achieved stable VOC removal efficiencies, indicating that it can be used as a potential alternative over conventional packed-bed biofilters. Furthermore, a dynamic loading test showed that relatively constant removal was maintained at the elevated loading due to a high mass transfer rate in the foam column. However, as the inlet concentration of VOCs increased, a portion of the VOCs mass-transferred to the liquid phase was stripped out from the biodegradation basin, resulting in a decrease in the overall removal efficiency. In the BFR, the removal efficiency of the individual VOC was mainly determined depending on the biodegradation rate (styrene>toluene>benzene>p-xylene), rather than the mass transfer rate. Consequently, increases in the microbial activity and the volume of the basin could improve the overall performance of the BFR system. Further investigation on microbial activity and community dynamics is required for the BFR when subjected to high loadings of VOC mixtures.
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휘발성유기화합물 처리를 위한 고도산화법과 고분자 담체 바이오필터 결합시스템의 적용
신승규(Shin Shoung Kyu),송지현(Song Ji Hyeon) 대한토목학회 2008 대한토목학회논문집 B Vol.28 No.4B
산업현장에서 발생되는 휘발성유기화합물은 생분해 기능한 화합물과 난분해성 물질이 혼합되어 있는 경우가 많으며, 저감기술을 단독으로 적용해서는 효과적인 제어가 불가능하다. 따라서 본 연구에서는 난분해성 물질이 혼합된 휘발성유기화합물을 처리하기 위하여, 자외선(UV) 광분해 장치와 미생물 고정화 복합고분자 담체가 적용된 바이오필터 기술을 결합한 통합시스템을 구성하고 반응 특성을 검토하였다. 대상 휘발성유기화합물로는 toluene과 TCE를 선정하였다. 자외선 광산화 단독실험결과 TCE는 99% 이상의 제거효율을 나타내었으며 수용성 중간생성물 발생량도 크게 증가하였다. 그러나 toluene과 TCE를 혼합하여 유입시키면 자외선 광분해만으로는 유기화합물 제거율이 낮아졌다. 자외선 광산화와 바이오필터를 결합한 통합시스템 실험에서는 높은 toluene 제거효율을 얻을 수 있었으며, 전처리로 자외선을 조사한 후 toluene과 TCE의 처리효율도 함께 증가하는 것을 확인하였다. 이는 자외선에 의해 일부 산화된 toluene과 TCE가 미생물에 의해 보다 효과적으로 분해될 수 있음을 보여준다. 자외선 광산화 반응은 toluene이 상대적으로 적게 존재하는 상황에서 TCE 제거효율을 효과적으로 향상시킬 수 있었으며, 본 실험에서 확인한 TCE 최대 분해능은 18.2 g/㎥/hr이었다. 그러나 toluene 유입농도가 높았던 조건에서는 toluene의 저해작용으로 인해 TCE 분해능 변화가 적었다. 다양한 운전조건에서 통합시스템의 반응효율과 운전 안정성을 향상시키기 위해서는 각 난분해성 물질 사이의 상호 저해작용에 대한 추가 연구가 필요하다. Volatile organic compounds (VOCs) emitted from various industrial sources commonly consist of biodegradable chemicals and recalcitrant compounds. Therefore, it is not effective to employ a single method to treat such mixtures. In this study, a novel hybrid system coupled with a ultraviolet (UV) photolysis reactor and a biofilter in a series was developed and evaluated using toluene and TCE as model VOCs. When only TCE was applied to the UV reactor, greater than 99% of TCE was degraded and the concentration of soluble byproducts from photo-oxidation reaction increased significantly. However, the toluene and TCE mixture was not effectively degraded by the UV photo-oxidation standalone process. The hybrid system showed high toluene removal efficiencies, and TCE degradation at a low toluene/TCE ratio was improved by UV pretreatment. These findings indicated that the UV photo-oxidation were effective for TCE degradation when the concentration of toluene in the mixture was relatively low. A restively high toluene content in the mixture resulted in an inhibition of TCE degradation. Thus, chemical interactions in both photo-oxidation and biodegradation need to be carefully considered to enhance overall performance of the hybrid system.
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계면활성제 미생물반응기의(혼합 VOCs) 생분해 Ⅱ : 미생물의 군집해석
장현섭(Jang Hyun Sup),신승규(Shin Shoung Kyu),송지현(Song Ji Hyeon),황선진(Hwang Sun Jin) 대한토목학회 2006 대한토목학회논문집 B Vol.26 No.6B
Toluene을 유일 탄소원으로 배양한 혼합미생물 군으로부터 순수미생물을 분리배양한 후, 염기서열을 분석하여 Pseudomonas sp. TDB4 균주를 얻었다. 이 균주의 VOC 분해능을 평가하기 위해 toluene, benzene, p-xylene, styrene을 대상기질로 하여 회분식 생분해실험을 진행하였으며, 단일 기질인 경우 toluene, benzene, styrene, p-xylene의 순으로 분해능이 좋은 것으로 나타났다. 또한 VOCs 혼합물을 주입하였을 경우에는 모든 조합조건에서 styrene, toluene, benzene, p?xylene의 순서로 쉽게 분해하였다. 이러한 결과로부터 VOC가 공존할 경우 toluene과 p-xylene은 다른 VOC의 분해를 촉진 시키지만 styrene은 저해물질로 작용함을 알 수 있었다. 한편 연속식 계면활성제 미생물 반응기(Bioactive Foam Reactor, BFR)에 혼합미생물 배양액과 TDB4 배양액을 접종하고 장기 운전하면서 운전특성과 미생물 동적변화를 확인하였다. VOCs 혼합물질 유입농도가 250 ppm 이상에서는 처리효율이 급격히 저하되었는데, FISH 분석 결과에 따르면 동일한 시점에서 TDB4가 차지하는 비율이 전체 미생물의 20% 미만으로 감소하여 BFR의 처리효율과 미생물상은 매우 밀접한 관련이 있음을 알 수 있었다. 본 연구 결과 FISH 분석법을 계면활성제 미생물 반응기의 미생물 군집변화 해석에 유용하게 시용할 수 있음을 확인하였으며, 미생물 반응조를 장기간 운전할 때에는 안정적인 처리효율을 유지하기 위하여 주기적인 식종을 해주는 것이 적절하다고 판단된다. A toluene-degrading bacterial strain was isolated from a mixed culture that was maintained using toluene as a sole carbon and energy source. The isolated bacterium was classified as Pseudomonas sp. TBD4 based on the close relationship to bacteria belonging to this genus. A bottle study to determine biodegradation rates of individual aromatic compounds showed that the biodegradation was faster in the order of toluene, benzene, styrene, and p-xylene. However, when various mixtures were subjected to TDB4, styrene was degraded at the highest rate, indicating that both toluene and p-xylene could stimulate the degradation of other substrates whereas styrene played as an inhibitor. In addition, the mixed culture and TDB4 were inoculated to the bioactive foam reactor (BFR), and the reactor performance and the corresponding change of microbial community were monitored using the fluorescent in situ hybridization (FISH) method. When an inlet concentration of the VOC mixture increased to greater than 250 ppm, the overall removal efficiency dropped significantly. The FISH measurement demonstrated that the ratio of TDB4 to the total bacteria also decreased to less than 20% along with the decline in removal efficiency in the BFR. As a result, the periodic addition of the pre-grown TDB4 might have been beneficial to achieve a stable performance in the BFR operated over an extended period.
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