가스 상 d-limonene 처리를 위한 바이오필터의 제거속도와 미생물분포 비교 연구 :Comparison of biofiltration performance based on macrokinetics and microbial distribution for treating d-limonene from gas streams

최연규

추천

검색

자료유형: 학위논문

저자정보: 최연규 (서울과학기술대학교, 서울과학기술대학교 대학원)

지도교수: 김대근

발행연도: 2021

저작권: 서울과학기술대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수10

이 논문의 연구 히스토리 (3)

2021

가스 상 d-limonene 처리를 위한 바이오필터의 제거속도와 미생물분포 비교 연구

최연규 환경공학과 2021.01 학위논문

2020

d-limonene 제어를 위한 바이오필터의 미생물 군집 특성

최연규 , 김대근 대한환경공학회 학술발표논문집 2020.11 학술대회자료

가스상 d-limonene 처리를 위한 산성 및 중성 바이오필터의 운전 성능 비교

최연규 , 김대근 한국대기환경학회 학술대회논문집 2020.10 학술대회자료

이 논문의 후속연구가 궁금하신가요?
연관 학술논문 또는 학술발표를 통해 보다 발전된 연구결과를 확인하실 수 있습니다.
이 논문의 연구 히스토리 확인하기

초록· 키워드

오류제보하기

유기성폐기물의 생물분해 과정에서 배출되는 VOCs 물질 중 하나인 d-limonene은 최소감지농도가 낮으며, 하수처리장, 퇴비화 시설, 바이오가스 생산공정 등 다양한 배출원에서 발생한다. 바이오필터는 처리대상 오염물질을 미생물이 고정된 담체에 통과시켜 제거하는 생물학적 처리방법이다. 본 연구에서는 기체상 d-limonene을 처리하기 위한 총 2기의 실험실 규모 바이오필터를 운전하였다. 바이오필터는 각각 산성과 중성 조건으로 운전하였으며 제거특성과 운전 성능의 차이를 확인하였다. 탄소물질수지 작성을 통한 바이오필터 내부의 생물반응을 양론적으로 해석하였으며, 미생물 군집 분석을 통해 두 바이오필터간의 미생물 분포의 차이를 확인하였다. 실험에 사용된 바이오필터는 유효부피 4.71 L의 원통형 반응기이며, 폴리우레탄 폼 담체를 충전하였다. 미생물은 지역 하수처리장 2차 침전조의 반송슬러지를 이용해 기질에 순응시켜 접종하였다. 미생물 군집은 반응기의 담체로부터 미생물 DNA를 채취해 Illumina MiSeq Sequencing system을 통해 분석하였다. 산성반응기는 pH 3.5, 중성반응기 pH 6.5의 조건으로 운전하였다. 임계부하량은 중성 반응기 19.437 g/m3·hr, 산성 반응기 9.981 g/m3·hr이었다. Michaelis-Menten 모델을 이용한 이론적 최대제거용량은 중성 반응기 31.979 g/m3·hr, 산성 반응기 51.345 g/m3·hr로 확인되었다. 바이오필터는 유입부하량 3.050 ~ 23.843 g/m3?hr에서 평균적으로 90% 이상의 제거성능을 나타냈으며 기질부하량이 35.724 g/m3?hr까지 높았을 때 약 80%의 제거성능을 보였다. Biomass yield(g biomass/g substrate)는 0.20~0.84 g/g이며, 임계부하량에서 0.68 g/g으로 추정되었다.
바이오필터의 α-Diversity 분석을 통해 중성 바이오필터는 박테리아, 산성 바이오필터는곰팡이의 다양성이 더 우세한 것으로 관찰되었다. 또한, 중성 바이오필터는 Flavobacteriales 목의 Cryomorphaceae 속 박테리아가 16%로 가장 우세하였으며 산성 바이오필터에는 Hypocreales 목의 Nectriaceae 속 곰팡이가 36%로 가장 우세하였다.

As one of the VOCs released during the biodegradation process of organic waste, d-limonene has a low threshold and occurs in various sources, including sewage treatment plants, composting facilities and biogas production processes. A biofilter is a biological treatment method to remove contaminants by passing materials through a carrier with fixed microorganisms. In this study, two lab-scale biofilters, one in an acidic condition and the other in a neutral condition, were operated to treat gas-phase d-limonene. Their differences were examined in terms of the removal capabilities and operational performance outcomes. The biological reaction inside the biofilters was interpreted by a stoichiometric analysis with the carbon mass balance. Differences in the microorganism distributions between the two biofilters were checked through a microbial community analysis. The biofilters used in the experiment were a 4.71 L cylindrical reactor filled with polyurethane foam media. Microorganisms were acclimated in d-limonene and inoculated with the sludge of a secondary settling tank at a local sewage treatment plant. The microbial community was analyzed with the Illumina MiSeq sequencing system based on microorganism DNA extracted from the media in the reactor. The acidic and neutral reactors were operated at pH levels of 3.5 and 6.5, respectively. The corresponding critical loading rates were 19.437 g/m3?hr and 9.981 g/m3?hr in the neutral and acidic reactors. The theoretical maximum elimination capacities based on the Michaelis-Menten model were 31.979 g/m3?hr and 51.345 g/m3?hr in the neutra land acid reactors, respectively. The biofilters recorded an average of 90% or higher removal performance at an inlet loading rate in the range of 3.050 to 23.843 g/m3?hr. Their removal performance was approximately 80% when the inlet loading rate rose to 35.724 g/m3?hr. The biomass yield (g biomass/g substrate) was in the range of 0.20~0.84 g/g and estimated to be 0.68 g/g for the amount at the critical loading rate. The results of an α-diversity analysis of the biofilters show that the diversity levels of the bacteria and fungi were greater in the neutral and acid biofilters, respectively. The bacteria of the Cryomorphaceae genus of the Flavobacteriales order were predominant at 16% in the neutral biofilter, and the fungi of the Nectriaceae genus of the Hypocreales order were predominant at 36% in the acid biofilter.

I. 서 론 1
1. 연구 배경 1
2. 연구 목적 2
II. 이론적 고찰 3
1. 바이오필터 3
1) 바이오필터의 원리 3
2) 바이오필터의 성능 표현 6
3) 바이오필터의 종류 7
2. d-limonene 10
1) 특징 10
2) 발생원 12
III. 실험 장치 및 실험 방법 14
1. 바이오필터 구성 14
1) 반응기 구성 14
2) 영양액 조성 15
3) 미생물 접종 16
4) 운전조건 16
2. 분석방법 18
1) 바이오필터 분석방법 18
2) 미생물 반응속도 분석 18
3) 물질수지 분석 및 생물양론식 작성 20
4) 미생물 분석 22
IV. 실험 결과 및 고찰 24
1. 바이오필터 성능평가 24
1) 장기 운전에 따른 성능평가 24
2) 유입부하량에 따른 제거성능 비교 25
2. 바이오필터 반응속도 평가 28
1) 동역학적 모델에 따른 성능 비교 28
3. 바이오필터 탄소 물질수지 작성 및 생물양론적 해석 31
1) 탄소 물질수지 작성 31
2) 바이오필터의 생물양론적 해석 32
4. 바이오필터 내 미생물 분석 38
1) 담체 표면 분석 38
2) 미생물 군집 분석 38
V. 결 론 45
참고문헌 47
영문초록(Abstract) 58
표 목 차
Table 2.1 Physical and chemical properties of d-limonene 11
Table 2.2 Emission amount of d-limonene in wastewater treatment plants (/fungi ratio of biofilter by inlet loading rate(a. Neutral biofilter, b. Acid biofilter) 36
Fig. 4.6 Fraction of electron used for cell synthesis(fs) and energy generation(fe) by loading rate(a. Neutral biofilter, b. Acid biofilter) 37
Fig. 4.7 SEM images of biofilter media. (a)~(c): Neutral biofilter, (d)~(f): Acid biofilter. 40
Fig. 4.8 Comparsion of different microbial communities of bacteria and fungi between neutral and acid biofilter (bac: bacterial community, fun: fungal community) 42
Fig. 4.9 Heatmap of bacterial community in neutral and acid biofilters, left column: neutral biofilter, right column: acid biofilter 43
Fig. 4.10 Heatmap of fungal community in neutral and acid biofilters, left column: neutral biofilter, right column: acid biofilter 44

최근 본 자료

전체보기

구분	그룹	데이터 항목
AI 학습용 데이터	원문	원문 PDF 파일
AI 학습용 데이터	원문 + 메타 (기본/상세)	원문 PDF 파일 및 서지정보 CSV
대량 구매용 데이터	B2B 구독 방식	특정 자료 한정으로 원문 접근 권한 부여
대량 구매용 데이터	URL 전달 방식	바로 PDF 뷰어를 열람할 수 있는 URL 제공

구분	그룹	데이터 항목
AI 학습용 데이터	기본 메타	발행기관명, 간행물명, 권호명, 권(vol), 호(issue), 통권, 발행연도, 발행월, 논문명, 저자명, 시작페이지, 종료페이지, 전체페이지, 상세페이지URL
상세 메타 데이터	발행기관 메타	발행기관 이명, 영문명, 창립연도, 홈페이지URL, 발행기관 소개
	간행물 메타	부제목, 간행물 유형, ISSN, ISBN, 최초발행연도, 폐간연도, 간행빈도, 발행주기, 등재사항, 이용수, 피인용수, 권호수, 논문수, 표지이미지
	논문 메타	작성 언어, 부제목, 대등제목, 목차, 키워드, 초록, 이미지, 참고문헌, 이용수, 피인용수, 논문활용도, DBpia통합주제분류, KDC분류, DDC분류, 한국연구재단분류, UCI, DOI
	저자 메타	소속기관, 소속부서, 직급, 연구분야, 연구키워드, 이용수, 피인용수, 저자 논문활용도

구분	그룹	데이터 항목
※ 결합형/맞춤형 메타 데이터는 신청 내용에 따라 다양하게 제공 가능
이용순위 정보	주제분야별 많이 이용된 논문	“인문학”에서 많이 이용된 논문 TOP100
	이용기관별 많이 이용된 논문	“중고등학교”에서 많이 이용된 논문 TOP100
	세부기관별 많이 이용된 논문	“서울대학교”에서 많이 이용된 논문 TOP100
	키워드별 많이 이용된 논문	“Chat GPT”에서 많이 이용된 논문 TOP100
키워드 정보	많이 이용된 키워드	특정기간/분야/저널 내 많이 이용된 키워드
	많이 발행된 키워드	특정기간/분야/저널 내 많이 발행된 키워드
	많이 검색된 키워드	특정기간/분야/저널 내 많이 검색된 키워드
	연구 트렌드 키워드	특정 키워드 연관 연구동향 분석 데이터 키워드

논문 기본 정보

이 논문의 연구 히스토리 (3)

초록· 키워드

목차

최근 본 자료

댓글(0)