표제지
목차
감사의 글 15
제1장 바이오필터를 이용한 benzene, toluene, xylene 그리고 methyl tert-butyl ether의 제거와 기질상호관계 및 미생물 군집 분석에 관한 연구 17
논문개요 17
I. 서론 19
II. 이론적 배경 21
2.1. 휘발성 유기화합물의 특징 21
2.2. VOCs의 독성 24
2.2.1. 오존 생성과 광화학 스모그 유발 24
2.2.2. 생물체에 대한 위해성 25
2.3. VOCs의 배출원과 규제 현황 28
2.3.1. 배출원 및 배출량 28
2.3.2. VOC 배출원의 규제 31
2.4. VOCs 방지기술 33
2.4.1. 물리ㆍ화학적 저감 기술 33
2.4.2. 생물학적 저감 기술 34
2.5. Biofiltration 특징과 적용사례 37
2.6. BTEX, MTBE 분해 기작 42
2.6.1. Benzene metabolism 42
2.6.2. Toluene metabolism 42
2.6.3. Ethylbenzene metabolism 43
2.6.4. Xylene metabolism 44
2.6.5. MTBE metabolism 44
2.7. VOCs를 에너지로 이용하는 미생물 52
2.7.1. VOCs 이용 미생물의 특징 및 종류 52
2.8. 미생물 군집 분석 방법 55
2.8.1. 분자 생물학적 방법 56
2.9. 연구 목적 57
III. 실험재료 및 방법 59
3.1. 실험실 규모의 바이오필터 59
3.1.1. 담체와 접종원 59
3.2. 바이오필터의 운전조건 60
3.3. 가스 분석방법 62
3.3.1. BTX, MTBE 농도 분석방법 62
3.3.2. BTX, MTBE 검량선 작성 62
3.4. 바이오필터의 미생물상 분석 63
3.5. DNA sequencing과 계통발생학적 분석 65
IV. 결과 67
4.1. Biofilter의 BTX 및 MTBE 단일가스의 분해특성 조사 67
4.2. BTX와 MTBE 혼합가스 분해 특성 70
4.2.1. Benzene 분해에 미치는 혼합가스의 영향 70
4.2.2. Toluene 분해에 미치는 혼합가스의 영향 71
4.2.3. Xylene 분해에 미치는 혼합가스의 영향 72
4.2.4. BTX 혼합가스 분해에 미치는 MTBE가스의 영향 72
4.2.5. MTBE 분해에 미치는 혼합가스의 영향 74
4.3. 가스 상호관계 지수의 비교 76
4.4. 기질변화에 따른 바이오필터의 미생물 군집구조 변화 78
4.5. DGGE clones의 계통발생학적 분석 81
4.5.1. 바이오필터 접종원의 계통발생학적 미생물 군집 분석 84
4.5.2. BTX 단일 및 혼합가스 분해 미생물 군집의 계통발생학적 분석 86
4.5.3. MTBE 단일 및 혼합가스 분해 미생물 군집의 계통발생학적 분석 87
V. 고찰 88
VI. 결론 95
참고문헌 96
[부록] 112
Abstract 126
제2장 윤활유 분해균주 분리 및 특성화에 관한 연구 128
논문개요 128
I. 서론 129
II. 이론적 배경 131
2.1. 윤활유의 특징 131
2.2. 석유 화합물의 배출원과 규제 현황 132
2.2.1. 배출원 및 배출량 132
2.2.2. 석유 화합물 배출원의 규제 133
2.3. 우리나라 토양오염현황 134
2.4. 석유 화합물 제거기술 135
2.4.1. 물리ㆍ화학적 저감 기술 136
2.4.2. 생물학적 저감 기술 136
2.5. 석유 화합물을 에너지로 이용하는 미생물 140
2.6. 미생물 군집 분석 방법 141
2.7. 미생물 동정 방법 141
2.8. 연구 목적 142
III. 실험재료 및 방법 143
3.1. 윤활유 분해 호기성 미생물 consortium 개발 143
3.2. 윤활유 분해 호기성 미생물 consortium의 미생물 군집분석 144
3.3. 윤활유 분해 호기성 순수균의 분리 144
3.4. 윤활유 분해 호기성 순수균의 동정 144
3.5. 윤활유 분해 미생물의 윤활유 분해능 145
3.6. 윤활유 분해능과 성장속도의 영향인자 145
3.6.1. 온도변화 146
3.6.2. pH조건 변화 146
3.6.3. 기질 조건 변화 147
3.7. 윤활유 분석 148
IV. 결과 149
4.1. 윤활유 분해 호기성 미생물 consortium의 미생물 군집 구조 149
4.2. 윤활유 분해 미생물의 동정결과 153
4.2.1. JN4 동정 153
4.2.2. EL2 동정 154
4.3. 윤활유 분해 호기성 미생물의 분해능 조사 155
4.4. 윤활유 분해능과 성장속도의 영향인자 162
4.4.1. 온도변화에 따른 영향 162
4.4.2. pH변화에 따른 영향 164
4.4.3. JN4 및 EL2의 다른 기질 이용도 165
V. 고찰 168
VI. 결론 174
참고문헌 175
[부록] 180
Abstract 182
Table 2.1. The regulated volatile organic compounds 22
Table 2.2. The physico-chemical properties of MTBE and BTEX 23
Table 2.3. Photochemical Ozone Creation Potential(POCP), Reaction rate and… 25
Table 2.4. The effect of BTEX and MTBE for organisms 27
Table 2.5. The released source and estimated volume of VOCs in Korea 29
Table 2.6. The released amounts of BTX in Korea 30
Table 2.7. The released amounts BTEX and MTBE into atmosphere by… 31
Table 2.8. The comparisons of VOC control technologies 36
Table 2.9. The field application of biofiltration system in Korea 41
Table 2.10. MTBE-degrading microorganisms 54
Table 3.1. Biofilter experimental conditions 61
Table 3.2. The PCR condition 64
Table 3.3. The PCR condition of DGGE band extracts 66
Table 4.1. Comparison of elimination capacities of each or total of BTX with the previous studies 75
Table 4.2. The summaries of identified DGGE clones for biofilter samples 83
Table 4.3. Summary of phylogenetic diversity of inoculum DGGE clones based on 16S rDNA sequences 85
Table 2.1. The released and recovery volume of used lubricating oil in Korea 134
Table 2.2. The comparisons of lubricating oil control technologies 139
Table 3.1. The properties of used lubricating oil 143
Table 3.2. The compositions of pH buffer solution 146
Table 3.3. The compositions of modified BH medium 148
Table 4.1. Summary of phylogenetic diversity of lubricating oil degrading… 151
Table 4.2. The sequences and identification of strain JN4 154
Table 4.3. The sequences and identification of strain EL2 155
Table 4.4. Utilization of alternative substrates by JN4 and EL2 166
Fig. 2.1. Internal mechanisms of a biofilter… 39
Fig. 2.2. The degradation pathway of benzene by microorganisms… 46
Fig. 2.3. The aerobic degradation pathway of toluene by microorganisms… 47
Fig. 2.4. The anaerobic degradation pathway of toluene by microorganisms… 48
Fig. 2.5. The degradation pathway of ethylbenzene by microorganisms… 49
Fig. 2.6. The degradation pathway of xylene by microorganisms… 50
Fig. 2.7. The two biodegradation pathway of MTBE… 51
Fig. 2.8. Phylogeny of microorganisms 52
Fig. 3.1. The polyurethane medium of laboratory scale biofilter 59
Fig. 3.2. Schematic diagram of two-stage biofilter 60
Fig. 4.1. Time profiles of inlet and outlet benzene concentrations when a… 68
Fig. 4.2. Time profiles of inlet and outlet toluene concentrations when a… 68
Fig. 4.3. Time profiles of inlet and outlet xylene concentrations when a… 69
Fig. 4.4. Time profiles of inlet and outlet MTBE concentrations when a… 69
Fig. 4.5. Elimination capacities of benzene versus interactive effect by other… 71
Fig. 4.6. Elimination capacities of toluene versus interactive effect by other… 72
Fig. 4.7. Elimination capacities of xylene versus interactive effect by other… 73
Fig. 4.8. Elimination capacities of total BTX versus interactive effect by… 73
Fig. 4.9. Elimination capacities of MTBE versus interactive effect by other… 74
Fig. 4.10. Gas interaction indices indicating the effects of MTBE or mixed… 76
Fig. 4.11. The agarose gel electrophoresis of genomic (crude) DNA, and PCR… 79
Fig. 4.12. DGGE profiles of 16S rDNA amplification fragments for biofilter… 80
Fig. 4.13. Genetic similarity of microbial community profiles using DGGE band patterns 81
Fig. 4.14. Phyrogenetic tree of inoculum based on 16S-rDNA sequences identified 86
Fig. 4.1. DGGE profiles of 16S rDNA amplification fragments for lubricating oil degrading consortium 150
Fig. 4.2. Phyrogenetic tree of lubricating oil degradable consortium based on… 152
Fig. 4.3. The classification of gamma Proteobacteria… 153
Fig. 4.4. Growth and its used lubricating oil degradation of consortium, JN4… 156
Fig. 4.5. The residual lubricating oil concentration of control, consortium, JN4 and EL2 158
Fig. 4.6. The specific growth rate (SGR) and lubricating oil degradation… 161
Fig. 4.7. The Lineweaver-Burk double reciprocal plot (DR, SGR) of… 163
Fig. 4.8. The relative activity comparisons at different temperature… 164
Fig. 4.9. The relative activity comparisons at different pH conditions of… 165