하폐수처리를 위한 분리막 생물반응기에서 막오염을 유발시키는 원인물질로 알려진 정족수감지 신호분자인 AHL과 AI-2를 동시 억제하는 연구를 하였다. AHL 분해 효소를 생산하는 BH4와 AI-2 불활성 물질을 분비하는 DKY-1를 각각 하이드로겔 담체에 고정시켜 분리막 생물반응기에 적용시킴으로써 막오염을 효과적으로 제어하고자 한다. 주기적으로 반응기의 신호분자 농도를 LC/MS/MS로 측정하였으며, 막투과 압력 증가 데이터를 바탕으로 막오염의 완화 정도를 살펴보았다. 이외에 총질소, 화학적 산소요구량, 미생물 플록 크기, 미생물 농도 등을 측정하여 반응기의 상태와 폐수의 처리효율을 비교 고찰하였다. 본 연구는 연구재단 이공분야 기초연구사업(NRF-2016R1A2B2013776)의 지원을 받아 수행되었습니다.

막여과 생물반응기는 분리막 공정을 기반으로 한 생물학적 고도 하폐수 처리기술이다. 최근, 막여과 생물반응기 내의 고질적인 문제인 생물막오염을 근본적으로 해결하고자 미생물 간의 정족수 감지(quorum sensing)를 차단하는 정족수감지 억제(quorum quenching) 기술을 적용한 연구가 활발히 보고되고 있다. 이 기술을 침지형 중공사막 생물반응기에 적용할 때 중공사막 간격에 따라 막오염과 정족수 감지 억제 효과가 다를 수 있는데, 그러한 효과를 비교한 연구는 없었다. 따라서 본 연구에서는, 정족수 감지 억제 담체를 적용한 침지형 중공사막생물반응기 안에서 막 사이의 간격에 따른 막오염 정도와 막오염 방지 효과를 비교하였다.

납석광물(Al2Si4O10(OH)2)은 알루미나, 실리카 등으로 조성된 비금속광물로 국내 매장량이 풍부하고 매장상태가 양호하여 산업원료소재로서 가치가 높다. 비금속광물 중 전라남도 A 광산에서 생산되는 납석은 세계 납석가격의 표준이 될 정도로 높은 품질을 보유하고 있으나, 분체기술력의 부족으로 원료만 수출하고 있는 실정이다. 본 연구에서는 납석 세라믹 분리막 지지체 표면에 알루미나 코팅액을 사용하여 0.3μm의 기공크기를 가진 세라믹 분리막을 개발하였다. 또한, 혐기성 분리막 생물반응조 운전을 통해 세라믹 분리막의 여과 성능을 평가하였으며, 바이오 메탄가스 발생량 측정과 체류시간 변화에 따른 슬러지의 물리화학적 특성변화 조사를 통해 분리막 파울링의 원인을 규명하고자 하였다.

30 LMH의 정유량 플럭스로 운전하는 MBR에서, 휴지 및 역세정에 따른 한외여과 분리막의 오염을 조사하였다. 또한, 연속적인 공기세정과 비교하여 분리막 여과저항을 최소화하기 위한 간헐적인 공기세정을 평가하였다. 여과 조건은 14.5분 여과와 0.5분의 휴지를 유지하였으며, 역세정 시간은 휴지 시간과 동일하게 운전하였다. 공기세정이 정지하는 동안에 분리막 표면의 겔층 위에 케잌이 빠르게 축척되었으며, 역세정으로 겔층과 케잌층의 복합층은 쉽게 제거되었다. 역세정 후에 공기세정이 정지하는 동안 분리막 표면에 케잌이 형성되어 공경 내부의 오염현상을 억제하였다. Pearson 상관성을 조사한 결과, 간헐적인 공기세정에서 공기 세정이 정지하는 시간과 분리막의 오염은 매우 연관성이 높다는 것을 알았다. 즉, 간헐적인 세정에서 공기세정이 정지하는 시간이 갈수록 오염억제에 효과적이었다.

MBR 기술은 지난 20여 년 동안 처리성능과 효율성 그리고 비용절감 측면에서 빠른 속도로 발전하고 있다. 또한 안정적인 하수처리와 하수재이용관점에서 핵심기술로 널리 인식되고 있다. 본고에서는 MBR 기술의 개발과 상업적 응용에 관한 발전과정을 재조명하고 세계 시장의 전망을 제시하고자 한다. 주요 적용기술에 대해 다음 5가지 측면에서 검토하여 제시하였는데 1) MBR 기술의 진화, 2) MRBs의 상업용 기술, 3) 대용량 MBR 플랜트 설치 사례, 4) MBR 시장의 성장, 5) 기술의 발전방향 순으로 제시하였다. 마지막으로 MBRs에 대한 경제적, 환경적, 그리고 기술적 측면에서 향후 발전방향을 1) 초기투자비, 2) 처리 수질, 3) 분리막 소재/모듈, 4) MBR 장비와 공정, 5) 운영비용, 향후 6) 혐기성 MBRs 공정과 같은 차세대 기술 분야로 나누어 제시하였다.

Panax Ginseng is a perennial medicinal plant originated from North-east asia. Because of its well-known tonic effects mainly from ginsenosides, various types of processed ginseng products have been distributed around the world. Here, we analyzed secondary metabolite profiling of adventitious roots of 5 korean ginseng cultivars, Chunpoong (CP), Sunhyang (SH), Gopoong (GO), Sunun (SU), and Cheongsun (CS). At the same time, the profiles of relative gene expressions related to ginsenoside biosynthesis pathway were compared among ginseng cultivars. Secondary metabolite profiles were revealed by UPLC/Q-TOF-MS from extracts of bioreactor derived adventitious roots of five ginseng cultivars. Using principal component analysis, secondary metabolite profiles of ginseng cultivars were categorized into three groups. Metabolites with high VIP values were annotated using known database and standards compounds. Relative gene expression of ginsenoside related gene were analyzed using realtime PCR. The three groups had distinct metabolite contents. Furthermore, gene expression profiles related to ginsenoside were also different, which might contribute diverse secondary metabolite composition of ginseng cultivars. Further integrated analysis would provide a relationship between genetic background of ginseng cultivars and secondary metabolite profiles.

Echinacea purpurea is an important medicinal plant native of North America, which contains caffeic acid derivatives, alkamides, glycoproteins, and polysaccharides. For commercial roduction of bioactive compounds from Echinacea purpurea, adventitious roots were induced and proliferated in 5 and 20-liter bioreactors under various cultural conditions (Medium composition, inoculum density, air volume, light, temperature et al.). In a 5-liter bioreactor, more than 10-fold of biomass increment was achieved after 5 weeks of culture. Increases of root biomass and bioactive compounds were correlated with increased consumption of sucrose and macro/micro nutrients in the medium. Elicitations have been conducted with UV-C, NO, and SA to increase the accumulation of total polyphenolics, flavonoids and caffeic acid derivatives in the adventitious root cultures, which resulted in 1.2-1.6 times of increment. Based on the previous experimental results, 500-liter and 1000-liter scale bioreactors were applied for large scale cultures of Echinacea purpurea adventitious roots. Total root biomass of 3.62 kg and 5.05kg (dry weight) were achieved in a 500 L and a 1000 L bioreactor, respectively. The accumulation of 22.55 mg/g DW cichoric acid, 4.92 mg/g DW chlorogenic acid and 3.99 mg/g DW caftaric acids were also achieved from the adventitious root in a 1000-liter scale bioreactor.