유기발효폐액을 이용한 바이오수소의 생성과 폐액처리효과

Abstract

Several hydrogen evolution bacteria, which were isolated previously were investigated to optimize conditions to produce hydrogen gas and utilize organic waste water from amino acids fermentation. All of them could utilize various substrates for hydrogen evolution. Especially Clostridium butyricum NCIB 9576 had good utility of disaccharides and Rhodopseudomonas sp. of sugar alcohol. When starch was supplied as a carbon source, mixed culture of C1. butyricum NCIB 9576 and Rhodopseudomonas sphaeroides K-7 produced high level of hydrogen. And mixed culture also used glutamate as a nitrogen source efficiently. Because waste water contained much glutamate, we replaced glutamate with waste water for nitrogen source. As a result of replacing waste water for a nitrogen source, only mixed culture of C1.butyricum NCIB 9576 and Rhodopseudomonas sphaeroides K-7 produced higher level of hydrogen. And addition of 300ml waste water makes optimum condition for hydrogen evolution. To find out good carbon source for waste water medium, various lactose and carbohydrates and organic acids were supplied. When starch, lactose and ma1tose were supplied, efficient hydrogen evolution has been obtained and each BOD was decreased at the rate of 46.0%, 33.1%, 36.6%.;대체 에너지 연구 개발을 위한 수소 생성을 목적으로 본 연구실에서 연구되어 온 자연계로부터 수소 생성능이 높은 균주 Bacillus sp.I-17,Bacillus sp.I-19, Clostridium butyricum NCIB 9576, Rhodopseudomonas acidophila A 6-4, Rhodopseudomonas acidophila B 1-2, Rhodopseudomonas sp. E 15-1, Rhodopeudomonas sphaeroides K-7중 기질 이용성에 대한 연구가 아직 되어 있지 않은 균주에 대하여 여러가지 탄소원과 아미노산원을 공급함으로써 수소 생성을 살펴 보았다. 사용된 균주들은 대체로 다양한 기질 이용성을 가지고 있었으나, Cl.butyricum NCIB 9576의 경우에 단당류나 다당류보다는 이당류의 이용성이 좋은 편이었고, 아미노산으로는 Val. Gly. Ser을 공급하였을 때 수소 생성이 증가하였다. 광합성 세균속 균주들은 대체로 당알코올의 이용이 우수하였으나, 탄소원으로 starch를 공급하였을 때는 수소 생성이 적었다. 두 균주 모두 아미노산원으로는 Glu.Ile.Leu을 잘 이용하였다. 또한 광합성 세균 중 기질의 이용성이 전반적으로 좋은 Rhodopseudomonas sp.K-7과 Cl.butyric-um NCIB 9576과의 혼합배양을 살펴 본 결과 탄소원으로 starch를 공급해 주었을 때 수소 생성이 증가한 것을 볼 수 있었다. 아미노산원으로는 g1utamate의 이용이 가장 좋았는데 이는 식품 공장에서 배출되는 유기물속에 다량 포함될 수 있는 성분이므로 수소 생성에 있어 유기 폐자원을 이용할 수 있음을 시사해 주는 것이라 하겠다. starch의 이용이 좋은 혼합배양의 경우 1%(w/v)를 첨가했을 때 최대 수소 생성을 보였고, 광합성 세균들이 g1utamate를 농도별로 첨가해 주었을때 보통 7-l5mM에서 수소생성이 증가하고 그 이하나 이상에서는 감소를 보인 반면 혼합배양의 경우는 고농도의 g1utamate에서도 수소 생성이 크게 감소하지 않았다. Bacillus sp.는 glutamate농도가 증가할수록 수소 생성이 감소하였으며, Cl.butyricum NCIB 9576은 약간의 증가를 보였다. 이러한 성질을 알아본 후에 본 실험에서 사용한 유기 폐액속에 g1utamate의 함량이 많음을 착안하여 아미노산원으로 폐액을 대치하고 유기발효폐액의 농도를 달리하여 각 균마다의 수소 생성 양상을 살펴 보았다. 그러나, 유기발효폐액속에 존재하는 다른 이온의 영향으로 glutamate농도별 수소 생성 양상과는 다른 결과가 나왔다. 즉, 혼합 배양에 의한 수소 생성만이 우수할 뿐 다른 균들의 수소생성은 저조한 편이었다. 따라서, 유기 폐액에서의 수소 생성 방법은 혼합배양이라고 결론을 짓고 더 좋은 수소 생성 조건을 알아보기 위하여 여러 가지 당류와 유기산을 공급하여 보았다. 그 결과 starch, lactose, maltose, cellobiose, formate를 공급했을 때 수소 생성이 우수함을 알았는데, 이 중 유기폐액에 존재할 가능성이 큰 starch, lactose, maltose를 선택하여 수소 생성양상과 폐액처리 효과를 살펴 본 결과 BOD가 각각 46.0%, 33.1%, 36.6%의 감소율을 보였다.