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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 이태진
- 발행연도
- 2015
- 저작권
- 서울과학기술대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수15
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본 연구에서는 음식물쓰레기의 혐기성 소화를 통한 수소생산 시 염분과 질소의 농도에 따른 수소생산량을 알아보았으며, 두 저해요인의 상관관계를 규명하였으며, 수소생산 효율 및 그에 따른 미생물 군집변화를 살펴보았다.
먼저 염분의 농도에 따른 수소생산 효율을 알아보기 위해 염분농도에 따른 수소생산 효율 실험을 진행하였으며, 그 결과 염분의 농도에 따른 수소생산 시 염분의 농도가 600 mg/L이하에서는 염분의 농도가 높아질수록 수소생산 효율이 높아졌지만 그 이상의 농도에서는 수소생산 효율이 낮아져 염분의 농도가 600 mg/L일 때 최적의 수소생산 효율을 보였으며, 그 때의 수소생산량은 1268.67mL로 가장 높았다.
또한 각 염분 농도에서 질소농도에 따른 수소생산 시 염분 농도 600 mg/L에서는 질소농도 200 mg/L 일 때, 1268.06mL로 가장 효율이 좋았고, 염분농도 1000 mg/L에서는 질소농도 600 mg/L일 때, 1309.50mL로 가장 효율이 좋았으며, 염분농도 4000 mg/L에서는 질소농도 600 mg/L일 때, 673.73ml로 가장 효율이 좋았다. 이를 통해 각 염분농도에 따라 질소농도의 최적농도가 차이를 보인다는 것을 알 수 있었으며, 염분의 농도가 높을수록 질소의 농도도 높아져야 최적의 수소생산 효율을 보이는 것으로 나타났다. 따라서 염분농도 및 질소농도에 따른 수소생산 시 두 저해인자 모두 적절한 농도에서 수소생산효율이 가장 좋음을 알 수 있었으며, 적절한 염분 및 질소의 농도는 미생물의 생장에 도움을 주며, 염분 및 질소의 농도가 너무 적거나 많을 때에는 미생물의 생장에 악영향을 미치는 것으로 사료된다. 또한 염분 및 질소 등 저해인자의 복합적 요소 또한 수소생산에 중요한 영향을 미칠 수 있다고 판단되었으며, 더 적은 농도의 법위일수록 미생물의 활성도 차이가 크다는 것을 알 수 있었다.
염분 및 질소 농도에 따른 수소생산 시 생성되는 유기산 종류 및 그 양을 측정한 결과 Acetic acid, Butyric acid는 수소생산 효율이 좋을 때 생산되는 것으로 나타났으며, Lactic acid, propionic acid는 수소생산을 저해하는 것으로 나타났다. Formic acid는 수소생산에 큰 영향을 주지 않는 것으로 나타났다. 또한 B/A비(Butyric acid/Acetic acid)를 비교분석 해 본 결과 B/A미만으로 수소생산 효율을 판단하기에는 어려움이 있다고 판단되었다.
16S rDNA의 PCR-DGGE결과를 NCBI BLAST를 이용하여 분석한 결과 대부분의 군집은 Clostridium속, Enterobacter속, Klebsiella속 미생물로 규명되었다. 그 외 Lactococcus속 미생물은 Lactic acid가 많이 발생된 농도 영역에서 많이 발견되었으며, 이는 수소생산 효율이 낮은 영역으로 수소생산에 저해는 주는 미생물이라고 판단된다. 또한 적절한 염분과 질소의 농도는 수소생산에 도움이 되는 미생물들의 활성을 돕고, 염분과 질소의 농도가 너무 적거나 많을 때에는 그 외 수소생산에 관련이 없는 미생물들의 활성도가 높아진다고 판단된다.
먼저 염분의 농도에 따른 수소생산 효율을 알아보기 위해 염분농도에 따른 수소생산 효율 실험을 진행하였으며, 그 결과 염분의 농도에 따른 수소생산 시 염분의 농도가 600 mg/L이하에서는 염분의 농도가 높아질수록 수소생산 효율이 높아졌지만 그 이상의 농도에서는 수소생산 효율이 낮아져 염분의 농도가 600 mg/L일 때 최적의 수소생산 효율을 보였으며, 그 때의 수소생산량은 1268.67mL로 가장 높았다.
또한 각 염분 농도에서 질소농도에 따른 수소생산 시 염분 농도 600 mg/L에서는 질소농도 200 mg/L 일 때, 1268.06mL로 가장 효율이 좋았고, 염분농도 1000 mg/L에서는 질소농도 600 mg/L일 때, 1309.50mL로 가장 효율이 좋았으며, 염분농도 4000 mg/L에서는 질소농도 600 mg/L일 때, 673.73ml로 가장 효율이 좋았다. 이를 통해 각 염분농도에 따라 질소농도의 최적농도가 차이를 보인다는 것을 알 수 있었으며, 염분의 농도가 높을수록 질소의 농도도 높아져야 최적의 수소생산 효율을 보이는 것으로 나타났다. 따라서 염분농도 및 질소농도에 따른 수소생산 시 두 저해인자 모두 적절한 농도에서 수소생산효율이 가장 좋음을 알 수 있었으며, 적절한 염분 및 질소의 농도는 미생물의 생장에 도움을 주며, 염분 및 질소의 농도가 너무 적거나 많을 때에는 미생물의 생장에 악영향을 미치는 것으로 사료된다. 또한 염분 및 질소 등 저해인자의 복합적 요소 또한 수소생산에 중요한 영향을 미칠 수 있다고 판단되었으며, 더 적은 농도의 법위일수록 미생물의 활성도 차이가 크다는 것을 알 수 있었다.
염분 및 질소 농도에 따른 수소생산 시 생성되는 유기산 종류 및 그 양을 측정한 결과 Acetic acid, Butyric acid는 수소생산 효율이 좋을 때 생산되는 것으로 나타났으며, Lactic acid, propionic acid는 수소생산을 저해하는 것으로 나타났다. Formic acid는 수소생산에 큰 영향을 주지 않는 것으로 나타났다. 또한 B/A비(Butyric acid/Acetic acid)를 비교분석 해 본 결과 B/A미만으로 수소생산 효율을 판단하기에는 어려움이 있다고 판단되었다.
16S rDNA의 PCR-DGGE결과를 NCBI BLAST를 이용하여 분석한 결과 대부분의 군집은 Clostridium속, Enterobacter속, Klebsiella속 미생물로 규명되었다. 그 외 Lactococcus속 미생물은 Lactic acid가 많이 발생된 농도 영역에서 많이 발견되었으며, 이는 수소생산 효율이 낮은 영역으로 수소생산에 저해는 주는 미생물이라고 판단된다. 또한 적절한 염분과 질소의 농도는 수소생산에 도움이 되는 미생물들의 활성을 돕고, 염분과 질소의 농도가 너무 적거나 많을 때에는 그 외 수소생산에 관련이 없는 미생물들의 활성도가 높아진다고 판단된다.
목차
Ⅰ. 서 론 11. 연구의 배경 및 목적 12. 연구 내용 3Ⅱ. 이론적 배경 41. 대체에너지로서 수소의 가능성 41.1 대체에너지 개발의 필요성 41.2 에너지원으로서 수소의 특성 61.3 바이오매스로부터 수소생산 61.4 각국의 생물학적 수소생산 기술개발 동향 72. 혐기성 발효에 의한 생물학적 수소생산 92.1 혐기성 발효 메커니즘 92.2 혐기성 발효 수소생산에 미치는 영향인자 122.3 혐기성 발효 수소생산에 관여하는 미생물 193. 미생물 분석을 위한 분자 생물학적 기법 243.1 미생물군의 DNA와 RNA의 구조와 기능 243.2 PCR(Polymerase chain reaction) 273.3 DGGE(Denaturing gel gradient electrophoresis) 29Ⅲ. 실험 장치 및 실험 방법 311. 균주 및 배양 방법 312. 실험장치 323. 운전방법 343.1 음식물쓰레기의 성분조성 343.2 수소생산 평가 및 수소생산율 산정 343.3 분자생물학적 기법을 통한 미생물 군집분석 36Ⅳ. 실험 결과 및 고찰 401. 염분농도에 따른 수소생산량의 변화 401.1 음식물 쓰레기 내 염분농도에 따른 수소생산 효율 401.2 발효산물 분포 특성 및 물질수지 411.3 탄수화물 정량 431.4 염분의 농도에 따른 수소생산량 442. 질소농도에 따른 수소생산량의 변화 452.1 염분농도 600ppm에서 수소생산량의 변화 452.2 염분농도 1000ppm에서 수소생산량의 변화 502.3 염분농도 4000ppm에서 수소생산량의 변화 543. 염분농도와 질소농도의 복합적 상관관계 593.1 염분농도 별 질소농도에 따른 최적 수소생산량 산정 593.2 Butyrate/Acetate(B/A) ratio에 따른 수소생산 효율 604. 염분농도와 질소농도에 따른 미생물 군집분석 614.1 DNA 추출 614.2 16S rDNA의 PCR 624.3 DGGE의 band pattern 및 sequencing 63Ⅴ. 결론 70참고문헌 72영문초록(Abstract) 79
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