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개발동향

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개발동향 상세정보 게시판
분류 [정수] 상수원수확보
과제명 고농도질소함유 오수에서 연소추진제 아산화질소 생성 생물학적 공정개발 및 미생물 생태신진대사 공학 연구
연구기관 연세대학교
연구기간 2015.06.01.~2016.05.31.
연구비 102,000 천원
핵심키워드 아산성질소, 아질산성질소, 연소추진제, 부분탈질, 오수처리
요약

연구목적 및 필요성

 O 온실가스인 N2O가 오폐수 생물학적처리공정에서 상당량이 발생하므로 이에 대한 저감이 절실하게 필요함

 O 반면 N2O는 연소추진제로서 시장가치가 인정된 상용화된 에너지자원으로써 문제는 현재의 N2O 생성공정인 고온가열방식은 에너지 소모적이라는 점과 사용되는 질소원이 비료자원과 경쟁할 수도 있다는 점이고 저에너지이면서 비료자원과 비경쟁적인 질소원을 활용해서 N2O 생성하는 대체기술 개발이 필요함

 O 본 연구의 목적은 고농도 유기물/질소 오수에서 아산화질소를 생물화학적으로 생성하는 새로운 공정 개발을 연구하고, 이를 위해서 RNA-NGS (next generation sequencing) 기반의 metagenomic metabolism engineeringBT 기술과 오수처리공정기술의 융합화를 연구하는 것임

 

연구 내용 및 범위

 O 고농도 유기물 및 아질산성질소 조건에서 고효율 N2O 생성 생물화학적 공정 개발

 O 질산화균에 의한 독립영양 탈질에서의 고효율 아산화질소 생산 공정 개발 및 NGS-RNA 기반의 metagenomics을 활용한 reactor metabolism 규명방법의 최적화

 O 실지 고농도 유기물/질소 오수에 개발된 N2O 생성 공정 적용성 평가

 
연구성과

연구결과

 O 고농도 유기물 및 아질산성질소 조건에서 고효율 N2O 생성 생물화학적 공정 개발

  - 철환원 미생물의 외부탄소원에 따른 환원률 평가 결과, 철환원율 시간이 오래 소요되나, 환원이 진행되고 있음을 확인함

  - BES 공정을 이용한 독립영양 탈질을 통해 N2O 변환율을 선행연구에 비해 10% 이상 높임

  - 선행연구의 CANDO 시스템에서의 탈질경로에 따른 미생물 활성을 평가하고 특성화함

  - 흡수제를 이용한 CO2의 흡수 실험을 통해 N2O를 분리함

 O 질산화균에 의한 독립영양 탈질에서의 고효율 아산화질소(N2O) 생산 공정 개발

  - BES MBfR 시스템을 이용한 독립영양탈질에서의 아산화질소 변환 비율을 95%로 발전시킴

  - 탈질과정에서 발생되는 혼합가스에서 N2O를 성공적으로 분리하는 방법을 최적화 하였고, 국내특허 출원 완료함

 O NGS-RNA 기반의 metagenomics 활용한 reactor metabolism 규명

  - 종속영양 탈질에 대한 RNA-NGS 기반 탈질 기능성 유전자 발현에 따른 기능성 미생물 군집 연구결과를 도출함

  - 전체 유전체 분석을 통하여 생물학적 반응조 내 미생물 질소 기작 규명방법을 최적화 하였음

  - 독립영양 탈질로부터 (MBfR) DNA RNA 기반 전체 유전체 연구를 수행함으로써, N2O 생성 미생물 정보를 획득함

 O 실지 고농도 유기물/질소 오수에 개발된 N2O 생성 공정 적용성 평가

  - 실지 고농도 질소 오수와 같은 조건의 온도(중온, 30??이상)에서 MABfR 공정을 운영하여 아산화질소의 변환율을 7% 정도 높임

  - 실제 고농도 유기물/질소 폐수내 존재하는 VFA 탄소원을 사용하여, 질소제거 및 N2O 생성 최대화가 가능한 탄소원(Propionate) 을 선별하고, N2O 생성 미생물 자원을 획득함

  - 실제 사용되고 있는 질소 저감 공정 중, 기존 일반 질산화-탈질 공정 외 조류-박테리아 공정에서의 아산화질소 발생 특성 평가 결과, 아산화질소 발생도 적을 뿐만 아니라 수리학적 체류시간이 60일 이상으로 질소처리 및 N2O 생성 공정 적용에 적합하지 않음

 

활용계획

 O 화장실 오수, 축산분뇨 등 고농도 질소를 함유하는 오수를 연소추진제와 같은 에너지 자원회수를 위한 자원으로 인식을 새롭게 함으로서, 오수처리과정에서 온실가스로 알려진 N2O 가스를 에너지 자원으로 적극회수하고 활용하는 새로운 기술들이 파생될 것으로 예상됨

 O 고농도질소 함유 오수 혐기성소화로 생성된 Methane을 소화 상등액에서 생성된 N2O가스를 활용해서 연소하면, 보다 많은 에너지를 회수할 것으로 예상되므로, 오수처리시설의 에너지회수율을 제고할 것으로 기대함

 O 의과학 및 생명과학 분야에서 국한해서 사용되어온 첨단 분자생물학적 기법인 RNA-NGS기반의 metagenomics를 오수처리 반응조의 미생물생태적 신진대사를 진단에 융합적으로 활용함을 보임으로 해서 추후 NGS기반의 metagenomics BT 기술이 환경공학의 다양한 분야에서 활용될 것임

주요성과

 O 보고서 1

 O 특허 출원 2

 

 

 

 O 국외 논문 SCI 3

 
첨부파일 ndslOrgDocDown(173).pdf
출처 국가과학기술정보센터
등록일 2020-01-02

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