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메탄올탈수소효소 저해시 메탄산화에 의한 메탄올 전환생성 특성
유연선(Yeon Sun Yoo),한지선(Ji Sun Han),안창민(Chang Min Ahn),민동희(Dong Hee Min),모우종(Woo Jong Mo),윤순욱(Soon Uk Yoon),이종규(Jong Gyu Lee),이종연(Jong Yeon Lee),김창균(Chang Gyun Kim) 大韓環境工學會 2011 대한환경공학회지 Vol.33 No.9
본 연구에서는 메탄의 생물학적 메탄올 전환에 관한 연구를 수행하였다. 바이오가스 중의 메탄은 메탄산화균의 methane monooxygenase (MMO)의 생물학적 촉매반응에 의해 산화되었으며, 인산염, NaCl, NH₄Cl, EDTA와 같은 methanol dehydrogenase(MDH)의 활성 저해제를 이용하여 MDH의 활성도를 저해함으로써 메탄올의 전환이 이루어졌다. 메탄산화균은 35℃, pH 7, 인공 바이오가스(CH₄ 50%, CO₂ 50%) / Air의 부피비가 0.4인 조건에서 메탄 산화 정도가 0.56 mmol로 최대로 나타났다. 인산염40 mM, NaCl 50 mM, NH₄Cl 40 mM, EDTA 150 μm 이하일 때 저해제의 종류에 상관없이 메탄 산화율은 80% 이상을 달성하였다. 한편, 인산염 40 mM, NaCl 100 mM, NH₄Cl 40 mM, EDTA 50 μm 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 μmol/mg·h였다. 이로부터 대상 저해제로 MDH 활성도를 일반적으로 35% 저해 시에메탄올 생산량이 최대인 89.9%까지 나타남을 알 수 있었다. This study was conducted to biologically convert methane into methanol. Methane contained in biogas was bio-catalytically oxidized by methane monooxygenase (MMO) of methanotrophs, while methanol conversion was observed by inhibiting methanol dehydrogenase (MDH) using MDH activity inhibitors such as phosphate, NaCl, NH₄Cl, and EDTA. The degree of methane oxidation by methanotrophs was the most highly accomplished as 0.56 mmol for the condition at 35℃ and pH 7 under 0.4 (v/v%) of biogas (CH₄ 50%, CO₂ 50%) / Air ratio. By the inhibition of 40 mM of phosphate, 50 mM of NaCl, 40 mM of NH₄Cl and 150 μm of EDTA, methane oxidation rate could achieve more than 80% regardless of type of inhibitors. In the meantime, addition of 40 mM of phosphate, 100 mM of NaCl, 40 mM of NH₄Cl and 50 μm of EDTA each led to generating the highest amount of methanol, i.e, 0.71, 0.60, 0.66, and 0.66 mmol when 1.3, 0.67, 0.74, and 1.3 mmol of methane was each concurrently consumed. At that time, methanol conversion rate was 54.7, 89.9, 89.6, and 47.8% respectively, and maximum methanol production rate was 7.4 μmol/mg·h. From this, it was decided that the methanol production could be maximized as 89.9% when MDH activity was specifically inhibited into the typical level of 35% for the inhibitor of concern.
전기장과 초음파를 이용한 하수슬러지의 가용화 특성 연구
서장원(Jang Won Seo),한지선(Ji Sun Han),안창민(Chang Min Ahn),민동희(Dong Hee Min),유연선(Yeon Sun Yoo),윤순욱(Soon Uk Yoon),이종규(Jong Gyu Lee),이종연(Jong Yeon Lee),김창균(Chang Gyun Kim) 大韓環境工學會 2011 대한환경공학회지 Vol.33 No.9
초음파를 사용한 슬러지 가용화는 슬러지 부피 감소 및 혐기성 바이오가스 생산시의 소화효율 강화를 위해 그 이용이 증가하고 있다. 본 연구에서는 세 종류의 슬러지(G 하수처리장의 반송슬러지, 잉여슬러지와 혼합슬러지)를 대상으로 가장 효율적인 가용화를 위해 전기장단독처리와 초음파단독처리 및 전기장-초음파 복합처리를 연구하였다. 폐쇄된 회로로서, 평균 0.7 m3/h의 유량으로 200 L의 슬러지(이는 1시간당 3.5회 처리에 해당)를 24시간 동안 84회까지 연속적으로 가용화 공정을 통과시켰다. 전기장만 단독으로 적용하였을 때의 경우 슬러지 종류와 관계없이, 처리 전과 후에 어떤 sCOD/tCOD 변화도 발생하지 않았다. 그러나 초음파 단독 또는 복합된 공정을 이용한 경우 통과횟수에 따라 두 방법 모두 슬러지 가용화율이 증가하였고 복합된 경우 더 크게 증가하였다. 또한, 입자의 직경(0.9)과 직경(0.5)이 원 슬러지보다 감소하는 동시에 VSS/TSS는 2~6% 범위까지 감소 하였다. 잉여슬러지와 혼합슬러지에는 전기장 및 초음파 복합처리가 더 적합했던 것에 비해 반송슬러지는 초음파 처리가 더 가용화를 효과적으로 촉진하였다. 가장 효율적인 슬러지 파괴를 위해서는 슬러지 종류에 따라 가용화 공정이 선택적으로 적용되어져야 할 것으로 판단할 수 있었다. Sludge solubilization using sonification has been increasingly used for sludge volume reduction along with enhancing digestion efficiency during anaerobic biogas production. In this study, either electric field or ultrasonification or in combination with were investigated using three types of sludge (return, excess and mixed at G sewage treatment facility) for the most efficient solubilization. As a the closed loop, 200 L of sludge was continuously passing through the solubilization system at an average flow rate of 0.7 m3/h, which is equivalent to 3.5 times treated per hour for up to 84 times (24 h). Only implying electric field showed no variation for sCOD/tCOD before and after treatment on sludge solubilization regardless of types of sludge. However, employing the ultrasonic or combined system could both increasingly solubilize sludge with regard to the number of passing-through, which more enhanced by the combined. In addition, VSS/TSS was lowered to in the range of 2 and 6% while its particle size, diameter (0.9) and diameter (0.5) were more minimized than that of raw sludge. For return sludge, ultrasonification was more efficiently facilitated for solubilization, whereas electric field-ultrasonification was more preferably applied for excess and mixed sludge. It is concluded that depending on types of sludge, solubilization system must be selectively applied for the most efficient break-up of them.