KR101686706B1 - Novel Candida sp. and microbial fuel cell comprising the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 신규한 캔디다 속 IR11(Candida sp. IR11) 균주, 상기 균주를 포함하는 폐수처리 또는 폐수정화용 조성물, 상기 조성물을 이용하여 폐수를 처리 또는 정화하는 방법, 상기 균주를 포함하는 미생물 연료전지, 상기 미생물 연료전지를 이용하여 전기를 생산하는 방법, 상기 미생물 연료전지가 구비된 폐수처리 장치 및 상기 폐수처리 장치를 이용하여 폐수를 처리 또는 정화하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 신규한 캔디다 속 IR11 균주를 이용하면, 폐수의 정화와 전기의 생산을 동시에 도모할 수 있을 뿐만 아니라 미생물 연료전지가 구비된 폐수처리 장치를 고안하여, 외부의 전원없이 폐수처리 장치를 운영할 수 있으므로, 보다 효과적인 폐수처리에 널리 활용될 수 있을 것이다.The present invention relates to novel Candida spp. IR11 ( Candida sp . IR11), a composition for wastewater treatment or wastewater purification comprising the strain, a method for treating or purifying wastewater using the composition, a microbial fuel cell comprising the microbial fuel cell, a method for producing electricity using the microbial fuel cell , A wastewater treatment apparatus equipped with the microbial fuel cell, and a method for treating or purifying wastewater using the wastewater treatment apparatus. Using the novel Candida genus IR11 strain of the present invention, it is possible not only to simultaneously purify wastewater and produce electricity, but also to design a wastewater treatment device equipped with a microbial fuel cell and operate a wastewater treatment device without an external power source It can be widely used for more effective wastewater treatment.

Description

신규한 캔디다 속 균주 및 이를 포함하는 미생물 연료전지{Novel Candida sp. and microbial fuel cell comprising the same}[0001] The present invention relates to a novel Candida genus, and a microbial fuel cell comprising the same. and microbial fuel cell comprising the same}

본 발명은 신규한 캔디다 속 균주 및 이를 포함하는 미생물 연료전지에 관한 것으로, 보다 구체적으로 본 발명은 신규한 캔디다 속 IR11(Candida sp. IR11) 균주, 상기 균주를 포함하는 폐수처리 또는 폐수정화용 조성물, 상기 조성물을 이용하여 폐수를 처리 또는 정화하는 방법, 상기 균주를 포함하는 미생물 연료전지, 상기 미생물 연료전지를 이용하여 전기를 생산하는 방법, 상기 미생물 연료전지가 구비된 폐수처리 장치 및 상기 폐수처리 장치를 이용하여 폐수를 처리 또는 정화하는 방법에 관한 것이다.
The present invention, the present invention more specifically relates to a microbial fuel cell comprising this novel Candida spp and is novel in IR11 Candida (Candida sp . IR11), a composition for wastewater treatment or wastewater purification comprising the strain, a method for treating or purifying wastewater using the composition, a microbial fuel cell comprising the microbial fuel cell, a method for producing electricity using the microbial fuel cell , A wastewater treatment apparatus equipped with the microbial fuel cell, and a method for treating or purifying wastewater using the wastewater treatment apparatus.

미생물 연료전지(microbial fuel cell; MFC)는 미생물을 촉매로 사용하여 전자공여체인 기질이 가지고 있는 화학에너지를 전기에너지로 전환하는 장치를 의미한다. 구체적으로, 미생물의 대사에 의하여 기질이 분해되는 과정에서 발생되는 화학에너지를 전기에너지로 변환시키는 수단과 상기 변환된 전기에너지를 회수하는 수단을 포함하여, 결과적으로는 미생물을 사용하여 기질로부터 전기를 생산하는 장치를 의미한다. 통상적으로, 미생물 연료전지는 미생물이 접종된 아노드(Anode) 전극, 캐소드(cathode) 전극, 반응조 및 양이온 교환막으로 구성되는데, 상기 반응조에서 양이온 교환막을 중심으로 아노드 전극과 캐소드 전극이 서로 반대편에 구비된다. 상기 반응조에 기질이 포함된 배지가 충진되면, 상기 기질을 아노드 전극에 접종된 미생물이 분해시켜서, 분해산물로서 수소이온과 전자를 생성시키고, 상기 생성된 수소이온은 양이온 교환막을 투과하여 캐소드 전극으로 전달되며, 상기 생성된 전자는 아노드 전극으로부터 캐소드 전극으로 이동하여 최종적으로 전류를 생성하게 된다. 상기 미생물 연료전지는 미생물에 의하여 기질에서 수소이온과 전자가 생성되면 전류를 생성할 수 있으므로, 상기 반응조에 기질을 지속적으로 공급하면, 전류가 지속적으로 생성될 수 있다. 이러한 미생물 연료전지의 핵심은 아노드 전극에 접종된 미생물로서 상기 미생물이 기질을 분해하여 수소이온과 전자를 발생시키는 효율이 증가할 수록 미생물 연료전지에서 생산되는 전기의 생산량이 증가하게 된다. Microbial fuel cell (MFC) refers to a device that converts the chemical energy of a substrate, which is an electron donor, into electrical energy using a microorganism as a catalyst. Specifically, it includes means for converting chemical energy generated in the course of degradation of the substrate by metabolism of microorganisms into electrical energy, and means for recovering the converted electrical energy. As a result, microorganisms are used to remove electricity from the substrate Means a device that produces. Typically, a microbial fuel cell is composed of an anode electrode, a cathode electrode, a reaction tank, and a cation exchange membrane, which are inoculated with microorganisms. In the reaction tank, an anode electrode and a cathode electrode are opposite to each other Respectively. When the reaction vessel is filled with a medium containing a substrate, the substrate is decomposed by the microorganisms inoculated on the anode electrode to generate hydrogen ions and electrons as decomposition products, and the generated hydrogen ions are transmitted through the cation exchange membrane, And the generated electrons move from the anode electrode to the cathode electrode to finally generate a current. Since the microbial fuel cell can generate a current when hydrogen ions and electrons are generated from the substrate by the microorganism, the current can be continuously generated when the substrate is continuously supplied to the reaction tank. The core of such a microbial fuel cell is a microorganism inoculated on an anode electrode. As the efficiency of decomposing the substrate and generating hydrogen ions and electrons increases, the amount of electricity produced by the microbial fuel cell increases.

한편, 하수 또는 폐수 처리장치는 대체로, 유입된 하수 또는 폐수를 정치시켜서 부유하는 고형분을 침전시켜 제거하기 위한 침전조, 상기 침전조와 연결되어 산소폭기 장치가 구비된 호기조 및 상기 호기조와 연결되어 혐기상태에서 미생물에 위하여 유기물을 분해하는 혐기조를 기본적으로 포함한다. 상기 하수 또는 폐수 처리장치를 이용하여 오염수를 처리하는 비용 중 가장 많은 부분을 차지하는 것은 산소 폭기와 잉여 슬러지 처리이다. 산소 폭기 장치는 처리대상의 크기에 따라 전기 에너지 소비량이 증가하며, 또한 상기 산소 폭기를 통해 오염수를 처리하면 호기성 미생물인 잉여 슬러지가 다량 발생하므로 잉여 슬러지를 처리하는 비용이 증가하게 된다. 따라서, 하수 또는 폐수 처리장치에 공급되는 전기양에 따라, 상기 장치의 하수 또는 폐수처리 효율이 증가하게 된다고 할 수 있다.On the other hand, a sewage or wastewater treatment apparatus generally includes a sedimentation tank for precipitating and removing floating solid substances by standing inflow sewage or wastewater, a oxic tank connected to the settling tank and equipped with an oxygen aeration device, It basically includes anaerobic digestion of organic matter for microorganisms. Oxygen aeration and excess sludge treatment account for the largest portion of the cost of treating the polluted water using the sewage or wastewater treatment apparatus. In the oxygen aeration apparatus, the consumption of electric energy is increased according to the size of the object to be treated. When the contaminated water is treated through the oxygen aeration, a large amount of excess sludge, which is an aerobic microorganism, is generated. Therefore, it can be said that the sewage or wastewater treatment efficiency of the apparatus is increased according to the amount of electricity supplied to the sewage or wastewater treatment apparatus.

이에, 상기 하수 또는 폐수 처리장치에 구비된 혐기조를 미생물 연료전지와 연계시킴으로써, 상기 장치에서 소요되는 전기를 절감시키려는 연구가 활발히 진행되고 있다. 예를 들어, 한국특허공개 제2013-0029530호에는 미생물연료전지와 미생물전기분해전지가 융합된 에너지 자립형 고도 폐수처리 장치 및 상기 장치를 통한 폐수처리 방법이 개시되어 있다. 그러나, 이처럼 하수 또는 폐수 처리장치와 미생물 연료전지를 연계시킨 장치에서도 사용된 미생물의 효율에 따라 상기 장치의 성능이 좌우되므로, 유기물을 수소이온으로 전환시키는 효율이 우수한 미생물의 개발이 절실히 요구되고 있으나, 아직까지는 이에 적합한 미생물이 보고되지 않고 있는 실정이다.
Therefore, studies have been actively conducted to reduce the electricity consumed in the apparatus by linking the anaerobic tank provided in the sewage or wastewater treatment apparatus with the microbial fuel cell. For example, Korean Patent Laid-Open Publication No. 2013-0029530 discloses an energy-standing type advanced wastewater treatment apparatus in which a microbial fuel cell and a microbial electrolysis cell are fused and a wastewater treatment method through the apparatus. However, since the performance of the apparatus is influenced by the efficiency of the microorganisms used in the sewage or wastewater treatment apparatus and the apparatus in which the microorganism fuel cells are connected to each other, development of a microorganism having an excellent efficiency of converting organic matter into hydrogen ion is desperately required , Microorganisms suitable for this purpose have not yet been reported.

이러한 배경 하에서, 본 발명자들은 유기물을 수소이온으로 전환시키는 효율이 우수하여, 미생물 연료전지에 대한 적합성이 우수한 균주를 개발하고자 예의 연구노력한 결과, 신규한 캔디다 속 균주가 미생물 연료전지에 대한 적합성이 우수함을 확인하고, 본 발명을 완성하였다.
Under these circumstances, the inventors of the present invention have made extensive efforts to develop a strain having excellent efficiency of converting an organic substance into hydrogen ion and having excellent compatibility with a microbial fuel cell. As a result, the novel Candida strain has excellent suitability for a microbial fuel cell And completed the present invention.

본 발명의 하나의 목적은 신규한 캔디다 속 IR11(Candida sp. IR11) 균주를 제공하는 것이다.One object of the present invention is a novel Candida spp. IR11 ( Candida sp . IR11).

본 발명의 다른 목적은 상기 캔디다 속 IR11 균주를 포함하는 폐수처리 또는 폐수정화용 조성물을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a wastewater treatment or wastewater purification composition comprising the Candida species IR11 strain.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 폐수처리 또는 폐수정화용 조성물을 이용하여 폐수를 처리 또는 정화하는 방법을 제공하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide a method for treating or purifying wastewater using the wastewater treatment or wastewater purification composition.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 캔디다 속 IR11 균주를 포함하는 미생물 연료전지를 제공하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide a microbial fuel cell comprising the Candida species IR11 strain.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 미생물 연료전지를 이용하여 전기를 생산하는 방법을 제공하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide a method for producing electricity using the microbial fuel cell.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 미생물 연료전지가 구비된 폐수처리 장치를 제공하는 것이다.Yet another object of the present invention is to provide a wastewater treatment apparatus equipped with the microbial fuel cell.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 폐수처리 장치를 이용하여 폐수를 처리 또는 정화하는 방법을 제공하는 것이다.
It is still another object of the present invention to provide a method for treating or purifying wastewater using the wastewater treatment apparatus.

본 발명자들은 미생물 연료전지에 적합한 균주를 발굴하기 위하여, 혐기 하수 슬러지가 접종된 미생물 연료전지를 제작하고, 이를 운행한 다음, 아노드 전극에 형성된 생물막으로부터 신규한 캔디다 속(Candida sp.) 균주인 캔디다 속 IR11 균주를 분리동정하였다. 또한, 상기 캔디다 속 IR11를 포함하는 미생물 연료전지의 성능을 평가한 결과, 미생물 연료전지에서 전압생성이 안정화될 때까지 소요되는 시간이 단축되고, 전압을 상대적으로 높은 수준으로 생성할 수 있는 효과를 나타냄을 확인하였으므로, 상기 캔디다 속 IR11 균주는 상기 균주는 미생물 연료전지의 핵심 구성요소로서 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 폐수처리를 위한 장치와 미생물 연료전지를 결합시키는데 있어, 핵심적인 역할을 수행할 수 있음을 알 수 있었다.
The present inventors prepared a microorganism fuel cell in which an anaerobic sewage sludge had been inoculated to find a suitable strain for a microbial fuel cell, and then, from the biofilm formed on the anode electrode, a new Candida sp .) strain Candida spp. IR11 was isolated and identified. Further, as a result of evaluating the performance of the microbial fuel cell including the Candida genus IR11, the time required until the voltage generation is stabilized in the microbial fuel cell is shortened and a voltage can be generated at a relatively high level Therefore, the Candida genus IR11 strain can be used as a core component of a microbial fuel cell as well as can play a key role in combining a microbial fuel cell with a device for treating wastewater. And it was found.

상술한 목적을 달성하기 위한 일 실시양태로서, 본 발명은 신규한 캔디다 속(Candida sp.) 균주인 캔디다 속 IR11(Candida sp. IR11) 균주(KCTC 12570BP)를 제공한다.
As one embodiment for achieving the above-mentioned object, the present invention relates to a novel Candida sp. sp .) strain Candida sp . IR11 ( Candida sp . IR11) strain (KCTC 12570BP).

본 발명의 용어 "캔디다 속 IR11(Candida sp. IR11) 균주"란, 혐기 하수 슬러지로부터 유래되고, 종래에 보고되지 않았던 캔디다 속(Candida sp.)에 속하는 균주로서, 2014년 4월 3일자로 부다페스트 조약하의 국제기탁기관인 한국생명공학연구원 생물자원센터(Korean Collection for Type Culture)에 기탁하고, 수탁번호 KCTC 12570BP를 부여받은 균주를 의미한다. Terms of this invention "IR11 Candida genus (Candida sp . IR11) strain "refers to a strain belonging to the genus Candida sp. Derived from anaerobic sewage sludge, which has not been reported in the past, and has been deposited under the Budapest Treaty on April 3, 2014 with the Korea Research Institute of Bioscience and Biotechnology (KCTC 12570BP) deposited with the Korean Collection for Type Culture and assigned the accession number KCTC 12570BP.

본 발명에 있어서, 상기 캔디다 속 IR11 균주는 미생물 연료전지에 포함될 경우, 미생물 연료전지로부터 생성되는 전압의 안정화에 소요되는 시간을 단축시킬 수 있고, 생성되는 전압수준을 증대시킬 수 있는 효과를 나타내므로, 본 발명에서 제공하는 미생물 연료전지의 구성성분으로 사용될 수 있다.
In the present invention, when the Candida genus IR11 strain is included in the microbial fuel cell, it is possible to shorten the time required to stabilize the voltage generated from the microbial fuel cell and to increase the voltage level to be generated , And can be used as a component of the microbial fuel cell provided by the present invention.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 혐기 하수 슬러지에 존재하는 미생물 연료전지용 균주를 선발하기 위하여, 상기 혐기 하수 슬러지를 사용하여 미생물 연료전지를 운행하고, 상기 미생물 연료전지의 아노드 전극에 형성된 생물막으로부터 미생물 연료전지용 균주를 선발 및 동정한 결과, 신규한 캔디다 속(Candida sp.) 균주를 분리하고, 상기 균주를 "캔디다 속 IR11(Candida sp. IR11)"이라 명명하였으며, 상기 균주를 부다페스트 조약하의 국제기탁기관인 한국생명공학연구원 생물자원센터(Korean Collection for Type Culture)에 2014년 4월 3일자로 기탁하고, 수탁번호 KCTC 12570BP를 부여받았다. 한편, 상기 동정된 캔디다 속 IR11이 미생물 연료전지에 대하여 어떠한 효과를 나타내는 지를 확인한 결과, 상기 균주는 인공기질에 포함된 글루코스 또는 메탄 생산 공정 유출수에 포함된 유기물을 분해하여 수소이온과 전자를 생산하고, 상기 생산된 수소이온과 전자를 이송함으로써, 미생물 연료저지를 구동시킬 수 있음을 확인하였다. 뿐만 아니라, 상기 캔디다 속 IR11이 포함된 미생물 연료전지는 상기 균주를 포함하지 않는 미생물 연료전지에 비하여 인공기질 또는 메탄 생산 공정 유출수를 기질로 사용할 경우에도 전압생성이 안정화될 때 까지 소요되는 시간이 단축되고, 전압을 상대적으로 높은 수준으로 생성할 수 있음을 확인하였다(도 2a, 2b, 3a 및 3b).According to an embodiment of the present invention, in order to select a strain for a microbial fuel cell existing in anaerobic sewage sludge, the microbial fuel cell is operated using the anaerobic sewage sludge, and the biofilm formed on the anode electrode of the microbial fuel cell As a result of selection and identification of strains for microbial fuel cells, new Candida sp. sp.) to remove the strain, and the strain "IR11 Candida genus (Candida sp . IR11). "The strain was deposited with the Korean Collection for Type Culture, an international depository organization under the Budapest Treaty, on April 3, 2014, and received the accession number KCTC 12570BP. As a result of confirming the effect of the identified Candida genus IR11 on the microbial fuel cell, the strain produced hydrogen ions and electrons by decomposing the organic matter contained in the effluent of the glucose or methane production process contained in the artificial substrate, In addition, the microbial fuel cell containing the Candida genus IR11 is superior to the microbial fuel cell which does not contain the strain, and can be used as an artificial substrate Or methane production process runoff is used as a substrate until the voltage generation is stabilized It was confirmed that the time required was shortened and the voltage could be generated at a relatively high level (Figs. 2A, 2B, 3a and 3b).

따라서, 본 발명에서 제공하는 캔디다 속 IR11 균주는 상기 균주는 미생물 연료전지의 핵심 구성요소로서 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 폐수처리를 위한 장치와 미생물 연료전지를 결합시키는데 있어, 핵심적인 역할을 수행할 수 있음을 알 수 있었다.
Therefore, the Candida genus IR11 strain provided by the present invention can be used not only as a core component of a microbial fuel cell, but also as a core component in combining a device for treating wastewater and a microbial fuel cell .

상술한 목적을 달성하기 위한 다른 실시양태로서, 본 발명은 상기 캔디다 속 IR11 균주를 포함하는 폐수처리 또는 폐수정화용 조성물 및 상기 조성물을 이용하여 폐수를 처리 또는 정화하는 방법을 제공한다.
As another embodiment for achieving the above object, the present invention provides a wastewater treatment or wastewater purification composition comprising the Candida species IR11 strain and a method for treating or purifying wastewater using the composition.

상기 캔디다 속 IR11 균주는 혐기 하수 슬러지로부터 유래되었고, 메탄 생산 공정 유출수에 포함된 유기물을 분해하여 수소이온과 전자를 생산함으로써, 미생물 연료전지를 구동시킬 수 있으므로, 상기 균주는 폐수에 포함된 유기물을 혐기분해시키는데 사용될 수 있다.
Since the Candida genus IR11 is derived from anaerobic sewage sludge and can decompose the organic matter contained in the effluent of the methane production process to produce hydrogen ions and electrons to drive the microbial fuel cell, It can be used for anaerobic digestion.

본 발명에서 제공하는 폐수처리 또는 폐수정화용 조성물은 상기 캔디다 속 IR11 균주 이외에, 폐수처리 또는 정화를 촉진시킬 수 있는 다른 균주를 추가로 포함할 수 있다. 상기 추가로 포함될 수 있는 균주는 특별히 이에 제한되지 않으나, 바람직하게는 폐수에 포함된 유기물을 분해할 수 있는 균주, 부패균의 생육을 억제하는 조건을 조성하는 균주 등이 될 수 있고, 보다 바람직하게는 폐수에 포함된 유기물을 분해할 수 있는 사카로마이세스 속(Saccharomyces sp.) 균주, 바실러스 속(Bacillus sp.) 균주 또는 pH 저하를 유도하여 부패균의 생육을 억제하는 조건을 조성하는 엔테로코커스 속(Enterococcus sp.) 균주 등이 될 수 있으며, 가장 바람직하게는 사카로마이세스 세레비지애(Saccharomyces cerevisiae), 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis), 엔테로코커스 패시움(Enterococcus faecium), 엔테로코커스 패칼리스(Enterococcus faecalis) 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다.
The composition for wastewater treatment or wastewater purification provided by the present invention may further comprise, in addition to the above Candida species IR11 strain, another strain capable of promoting wastewater treatment or purification. The above-mentioned strains which can be further included are not particularly limited. Preferably, they may be strains capable of decomposing the organic substances contained in the wastewater, strains providing conditions for inhibiting the growth of the spoilage bacteria, and the like, Saccharomyces spp., Which can decompose the organic matter contained in wastewater sp.) strain, Bacillus (Bacillus sp .) strains or Enterococcus species that induce pH lowering and create conditions that inhibit the growth of spoilage bacteria sp.) and the like can be strain, and most preferably three to Levy saccharide My process jiae (Saccharomyces cerevisiae), Bacillus subtilis (Bacillus subtilis ), Enterococcus sp. faecium), Enterococcus faecalis (Enterococcus faecalis ) may be included singly or in combination.

또한, 상기 본 발명의 조성물을 이용하여 폐수를 처리 또는 정화하는 방법은 폐수에 상기 조성물을 처리하여 혐기조건에서 반응시키는 단계를 포함한다. Also, the method of treating or purifying wastewater using the composition of the present invention includes treating the wastewater with the composition and reacting it under anaerobic conditions.

이때, 본 발명의 조성물은 상기 반응으로 인하여 폐수에 포함된 탄수화물 성분을 분해할 수 있는데, 상기 폐수에 대한 본 발명에서 제공하는 조성물의 처리양은 폐수를 처리 또는 정화하는 효과를 나타내는 한 특별히 이에 제한되지 않으나, 바람직하게는 1,000톤의 폐수에 대하여 상기 조성물을 50 내지 200 kg/day의 양으로 처리할 수 있고, 보다 바람직하게는 1,000톤의 폐수에 대하여 상기 조성물을 상기 조성물을 100 내지 150 kg/day의 양으로 처리할 수 있으며, 가장 바람직하게는 1,000톤의 폐수에 대하여 상기 조성물을 120 kg/day의 양으로 처리할 수 있다.
At this time, the composition of the present invention can decompose carbohydrate components contained in wastewater due to the reaction. The amount of treatment of the composition provided by the present invention for the wastewater is not particularly limited as long as it exhibits the effect of treating or purifying wastewater Preferably, however, the composition can be treated in an amount of 50 to 200 kg / day, preferably 1,000 tonnes of wastewater, more preferably 1,000 tonnes of wastewater to 100 to 150 kg / day of the composition , And most preferably 1,000 tonnes of waste water can be treated with the composition in an amount of 120 kg / day.

상술한 목적을 달성하기 위한 또 다른 실시양태로서, 본 발명은 상기 캔디다 속 IR11 균주를 포함하는 미생물 연료전지 및 상기 미생물 연료전지를 이용하여 전기를 생산하는 방법을 제공한다.
In another aspect of the present invention, the present invention provides a microbial fuel cell comprising the Candida species IR11 strain and a method for producing electricity using the microbial fuel cell.

본 발명의 용어 "미생물 연료전지"란, 반응조 내에 존재하는 미생물의 대사에 의하여 기질이 분해되는 과정에서 발생되는 화학에너지를 전기에너지로 변환시키는 수단과 상기 변환된 전기에너지를 회수하는 수단을 포함하여, 결과적으로는 미생물을 사용하여 기질로부터 전기를 생산하는 장치를 의미한다. 통상적으로, 미생물 연료전지는 미생물이 접종된 아노드 전극, 캐소드 전극, 상기 미생물에 의해 분해될 수 있는 기질을 포함하고, 미생물의 배양환경을 제공하는 배지, 상기 전극을 연결하는 전선, 상기 두 개의 전극, 상기 배지의 유입구 및 유출구가 구비된 반응조 및 상기 반응조에 구비되고 두개의 전극사이에 구비되는 양이온 교환막으로 구성되는데, 상기 반응조에서 양이온 교환막을 중심으로 아노드 전극과 캐소드 전극이 서로 반대편에 구비되고, 상기 반응조에 구비된 배지의 유입구 및 유출구는 아노드 전극이 구비된 부위에 존재한다. 상기 반응조의 유입구를 통하여 기질이 포함된 배지를 반응조에 충진시키면, 상기 배지에 포함된 기질을 아노드 전극에 접종된 미생물이 분해시켜서, 분해산물로서 수소이온과 전자를 생성시키고, 상기 생성된 수소이온은 양이온 교환막을 투과하여 캐소드 전극으로 전달되며, 이와 함께 전자가 아노드 전극으로부터 캐소드 전극으로 이동하여 최종적으로는 전류를 생성하게 된다. 상기 미생물 연료전지는 미생물에 의하여 기질에서 수소이온과 전자가 생성되면 전류를 생성할 수 있으므로, 상기 반응조에 구비된 유입구 및 유출구를 통하여 기질을 지속적으로 공급하면, 전류가 지속적으로 생성될 수 있다.The term "microbial fuel cell" of the present invention includes means for converting chemical energy generated in the course of decomposition of a substrate by metabolism of microorganisms present in the reaction tank into electrical energy, and means for recovering the converted electrical energy , Resulting in a device that produces electricity from the substrate using microorganisms. Typically, a microbial fuel cell comprises an anode electrode on which microorganisms are inoculated, a cathode electrode, a substrate capable of being degraded by the microorganism, a medium for providing a culture environment of the microorganism, a wire connecting the electrode, An anode, an anode, an electrode, an inlet and an outlet of the culture medium, and a cation exchange membrane provided between the two electrodes of the reaction vessel. The anode electrode and the cathode electrode are opposite to each other And an inlet and an outlet of the culture medium provided in the reaction tank are present in a region provided with the anode electrode. When the medium containing the substrate is filled in the reaction tank through the inlet of the reaction tank, the substrate contained in the medium is decomposed by the microorganisms inoculated on the anode electrode to generate hydrogen ions and electrons as degradation products, Ions pass through the cation exchange membrane and are transferred to the cathode electrode. At the same time, electrons move from the anode electrode to the cathode electrode to finally generate a current. Since the microbial fuel cell can generate a current when hydrogen ions and electrons are generated in the substrate by the microorganism, current can be continuously generated by continuously supplying the substrate through the inlet and the outlet provided in the reaction tank.

본 발명에 있어서, 상기 미생물 연료전지는 (a) 본 발명에서 제공하는 캔디다 속 IR11 균주가 접종된 아노드 전극, (b) 캐소드 전극, (c) 상기 미생물에 의해 분해될 수 있는 기질을 포함하고, 미생물의 배양환경을 제공하는 배지, (d) 상기 전극을 연결하는 전선, (e) 상기 두 개의 전극, 상기 배지의 유입구 및 유출구가 구비된 반응조, 및 (f) 상기 반응조에 구비되고 두개의 전극사이에 구비되는 양이온 교환막을 포함한다. 이때, 상기 아노드 전극은 캔디다 속 IR11 균주가 접종될 수 있는 한 특별히 이에 제한되지 않으나, 바람직하게는 백금, 스테인레스 스틸 메시, 카본 펠트, 카본 페이퍼 등의 재질로 제조된 것을 사용할 수 있고; 상기 캐소드 전극은 특별히 이에 제한되지 않으나, 바람직하게는 카본 펠트, 카본 페이퍼, 카본 클로스 등의 재질로 제조된 것 또는 에어캐소드(air-cathode)를 사용할 수 있으며; 상기 기질은 캔디다 속 IR11 균주에 의해 분해되어 수소이온과 전자를 생산할 수 있는 한, 특별히 이에 제한되지 않으나, 바람직하게는 글루코스와 아세테이트 혼합물, 전처리된 폐수 등을 사용할 수 있고, 보다 바람직하게는 글루코스와 아세테이트 혼합물(1:1, w/w) 또는 메탄 생산 공정 유출수를 사용할 수 있으며; 상기 배지는 캔디다 속 IR11 균주의 배양환경을 제공하고, 생성된 수소이온의 전달 및 전자의 전달을 가능하게 하는 한 특별히 이에 제한되지 않으나, 바람직하게는 탄소원 및 전자수용체를 포함하고 중성 pH를 유지하게 할 수 있는 완충용액이 될 수 있고, 보다 바람직하게는 탄소원인 글루코스 및 전자수용체인 C6H5FeO7을 포함하는 pH 7.0의 인산염 완충액을 사용할 수 있으며, 가장 바람직하게는 탄소원인 20mM 글루코스 및 전자수용체인 50mM C6H5FeO7을 포함하는 pH 7.0의 100mM 인산염 완충액을 사용할 수 있다.
In the present invention, the microbial fuel cell comprises (a) an anode electrode inoculated with the Candida genus IR11 strain provided in the present invention, (b) a cathode electrode, (c) a substrate capable of being degraded by the microorganism (D) a wire connecting the electrodes, (e) a reaction vessel having the two electrodes, an inlet and an outlet of the culture medium, and (f) And a cation exchange membrane provided between the electrodes. At this time, the anode electrode is not particularly limited as long as the Candida genus IR11 can be inoculated. Preferably, the anode electrode may be made of platinum, stainless steel mesh, carbon felt, carbon paper or the like; The cathode may be made of a material such as carbon felt, carbon paper, carbon cloth or the like, or an air-cathode may be used; The substrate is not particularly limited as long as it can be decomposed by the Candida species IR11 to produce hydrogen ions and electrons. Preferably, a glucose-acetate mixture, pretreated wastewater and the like can be used. More preferably, Acetate mixture (1: 1, w / w) or a methane production process effluent may be used; The medium is not particularly limited as long as it provides a culture environment of the Candida genus IR11 and enables the transfer of the generated hydrogen ions and the transfer of electrons, but preferably includes a carbon source and an electron acceptor and maintains a neutral pH More preferably a phosphate buffer having a pH of 7.0 and containing C 6 H 5 FeO 7 , which is a carbon source, and an electron acceptor, and most preferably, a phosphate buffer solution of 20 mM glucose and electron A 100 mM phosphate buffer solution of pH 7.0 containing 50 mM C 6 H 5 FeO 7 as a receptor can be used.

또한, 상기 미생물 연료전지를 이용하여 전기를 생산하는 방법은 (a) 미생물 연료전지의 반응조에 구비된 유입구 및 유출구를 통하여 기질이 포함된 배지를 캔디다 속 IR11 균주가 접종된 아노드 전극에 연속적으로 공급하는 단계; 및 (b) 상기 아노드 전극에 접종된 캔디다 속 IR11 균주가 상기 기질을 분해하여 수소이온과 전자를 생산하고, 상기 수소이온과 전자로 인하여 전류를 생성하는 단계를 포함한다. 이때, 사용된 기질, 배지 등의 조건은 상술한 바와 동일하다.
The method for producing electricity using the microbial fuel cell includes the steps of: (a) feeding a medium containing a substrate through an inlet and an outlet provided in a reaction tank of a microbial fuel cell to an anode electrode inoculated with Candida genus IR11, ; And (b) the Candida genus IR11 strain inoculated to the anode electrode decomposes the substrate to produce hydrogen ions and electrons, and generates a current due to the hydrogen ions and electrons. At this time, the conditions of the used substrate, medium and the like are the same as those described above.

상술한 목적을 달성하기 위한 또 다른 실시양태로서, 본 발명은 상기 캔디다 속 IR11 균주를 포함하는 미생물 연료전지가 구비된 폐수처리 장치 및 상기 폐수처리 장치를 이용하여 폐수의 정화와 전기의 생산을 동시에 수행하는 방법을 제공한다.
In another aspect of the present invention for achieving the above object, the present invention provides a wastewater treatment apparatus equipped with a microbial fuel cell comprising the Candida species IR11 strain and a method for purifying wastewater and producing electricity using the wastewater treatment apparatus And provides a way to perform.

상술한 바와 같이, 본 발명에서 제공하는 캔디다 속 IR11 균주는 미생물 연료전지를 통해 폐수처리 장치에서 전처리된 폐수에 포함된 유기물을 분해하여 전기를 생산할 수 있으므로, 상기 미생물 연료전지를 폐수처리 장치에 구비시켜서, 폐수처리 장치에서 소요되는 전기를 공급하면, 상기 폐수처리 장치는 외부전원이 없이도 독자적으로 폐수를 처리 또는 정화시킬 수 있다.
As described above, the Candida genus IR11 strain of the present invention can produce electricity by decomposing organic matter contained in wastewater that has been pretreated in the wastewater treatment apparatus through a microbial fuel cell, so that the microorganism fuel cell is provided in the wastewater treatment apparatus The wastewater treatment device can independently treat or purify wastewater without an external power source.

상기 미생물 연료전지가 구비된 폐수처리 장치에서 미생물 연료전지로 공급되는 전처리된 폐수는 미생물 연료전지의 활성을 저해할 수 있는 성분이 최대한으로 제거되어야 하는데, 이를 위하여는 통상적인 폐수처리 장치에 구비된 침전조, 폭기조 등을 통하여 유기물을 포함하지만 유기물 이외의 성분이 대부분 제거되도록 전처리된 폐수를 사용할 수 있다. 상기 미생물 연료전지의 아노드 전극에는 유기물을 혐기분해할 수 있는 캔디다 속 IR11 균주가 접종되어 있으므로, 상기 미생물 연료전지를 일종의 혐기조로서 활용할 수 있으며, 상기 미생물 연료전지의 전기 생산효율을 증대시키기 위하여 소규모의 미생물 연료전지를 다수 구비할 경우, 이들의 총합이 통상적인 혐기조의 용량과 유사하게 되어, 별도의 혐기조를 필요로 하지 않으므로, 상기 폐수처리 장치의 구조를 보다 단순화 할 수 있게 하는 장점을 나타낼 수도 있다.
The pretreatment wastewater supplied to the microbial fuel cell in the wastewater treatment apparatus equipped with the microbial fuel cell should be removed as much as possible to the components that can inhibit the activity of the microbial fuel cell. For this purpose, Wastewater that has been pretreated to remove most of the components other than organic matter, including organic matter, may be used through a sedimentation tank and an aeration tank. Since the microorganism fuel cell is inoculated with the Candida genus IR11 strain capable of anaerobically decomposing organic matter into the anode electrode of the microbial fuel cell, the microbial fuel cell can be utilized as a kind of anaerobic tank. In order to increase the electricity production efficiency of the microbial fuel cell, The total amount of the microbial fuel cells may be similar to the capacity of a conventional anaerobic tank, so that it does not require a separate anaerobic tank, and thus it may be advantageous to further simplify the structure of the wastewater treatment apparatus have.

본 발명에 있어서, 상기 미생물 연료전지가 구비된 폐수처리 장치는 특별히 이에 제한되지 않으나, 바람직하게는 침전조, 호기조 및 미생물 연료전지를 포함할 수 있고, 이에 더하여, 폐수 유입구, 폐수 배출구, 전기 저장장치 등을 추가로 포함할 수도 있다.
In the present invention, the wastewater treatment device equipped with the microbial fuel cell may include a settling tank, an aerobic tank, and a microbial fuel cell, but is not limited thereto. In addition, a wastewater inlet, a wastewater outlet, And the like.

한편, 본 발명의 폐수정화 및 전기생산을 동시에 수행하는 방법은 (a) 상기 미생물 연료전지가 구비된 폐수처리 장치에 폐수를 유입시켜서 정화시키고, 유기물이 함유된 전처리 폐수를 수득하는 단계; 및 (a) 상기 수득한 전처리 폐수를 미생물 연료전지에 공급하여 전기를 생산하는 단계를 포함한다.
According to another aspect of the present invention, there is provided a method of simultaneously purifying wastewater and producing electricity, comprising the steps of: (a) purifying wastewater by introducing wastewater into a wastewater treatment apparatus equipped with the microbial fuel cell and obtaining a pretreatment wastewater containing organic matter; And (a) supplying the obtained pretreatment wastewater to the microbial fuel cell to produce electricity.

본 발명의 신규한 캔디다 속 IR11 균주를 이용하면, 폐수의 정화와 전기의 생산을 동시에 도모할 수 있을 뿐만 아니라 미생물 연료전지가 구비된 폐수처리 장치를 고안하여, 외부의 전원없이 폐수처리 장치를 운영할 수 있으므로, 보다 효과적인 폐수처리에 널리 활용될 수 있을 것이다.
Using the novel Candida genus IR11 strain of the present invention, it is possible not only to simultaneously purify wastewater and produce electricity, but also to design a wastewater treatment device equipped with a microbial fuel cell and operate a wastewater treatment device without an external power source It can be widely used for more effective wastewater treatment.

도 1a는 혐기 하수 슬러지를 사용한 미생물 연료전지 운행시간의 경과에 따른 COD 및 pH 변화를 나타내는 그래프이다.
도 1b는 혐기 하수 슬러지를 사용한 미생물 연료전지 운행시간의 경과에 따른 전압 변화를 나타내는 그래프이다.
도 2a는 캔디다 속 IR11 균주와 인공기질을 포함하는 미생물 연료전지 운행시간의 경과에 따른 COD 및 pH 변화를 나타내는 그래프이다.
도 2b는 캔디다 속 IR11 균주와 인공기질을 포함하는 미생물 연료전지 운행시간의 경과에 따른 전압 변화를 나타내는 그래프이다.
도 3a는 캔디다 속 IR11 균주와 메탄 생산 공정 유출수를 포함하는 미생물 연료전지 운행시간의 경과에 따른 COD 및 pH 변화를 나타내는 그래프이다.
도 3b는 캔디다 속 IR11 균주와 메탄 생산 공정 유출수를 포함하는 미생물 연료전지 운행시간의 경과에 따른 전압 변화를 나타내는 그래프이다.FIG. 1A is a graph showing changes in COD and pH with passage of microbial fuel cell operating time using anaerobic sewage sludge. FIG.
FIG. 1B is a graph showing voltage change with passage of microbial fuel cell operating time using anaerobic sewage sludge.
FIG. 2A is a graph showing changes in COD and pH with passage of microbial fuel cell running time including Candida species IR11 strain and artificial substrate.
FIG. 2B is a graph showing the voltage change with passage of time of the microbial fuel cell including the Candida species IR11 strain and the artificial substrate.
FIG. 3A is a graph showing changes in COD and pH with passage of microbial fuel cell running time, including Candida species IR11 strain and methane production process runoff.
FIG. 3B is a graph showing the voltage change over time of the microbial fuel cell operation time including Candida species IR11 strain and methane production process runoff.

이하 본 발명을 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명을 예시적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, these examples are for illustrative purposes only, and the scope of the present invention is not limited to these examples.

실시예Example 1: 미생물 연료전지용 균주의 선발 및 동정 1: Selection and identification of strains for microbial fuel cells

혐기 하수 슬러지에 존재하는 미생물 연료전지용 균주를 선발하기 위하여, 상기 혐기 하수 슬러지를 사용하여 미생물 연료전지를 운행하고, 그 결과로서 Anode에 형성된 생물막으로부터 미생물 연료전지용 균주를 선발 및 동정하였다.
In order to select strains for microbial fuel cells present in the anaerobic sewage sludge, the microbial fuel cell was operated using the anaerobic sewage sludge, and as a result, strains for microbial fuel cells were selected and identified from the biofilm formed on the anode.

구체적으로, 상기 미생물 연료전지는 Single chamber systems(Anode: 450℃에서 아노드 전극인 30분간 전처리된 carbon felt(9×14cm); 캐소드 전극인 air-cathode(ODE75, MEET, Korea); Proton exchange membrane: Nafion 117(Dupont, USA); Reactor: 7×15×10 cm (L×H×W) per single chamber(1-L volume); Voltage monitoring system: digital multimeter (GL220, Japan); Line: titanium wire(Sigma, USA))을 이용하였는데, 상기 미생물 연료전지에 포함된 아노드 전극과 캐소드 전극은 백금 전극과 100 Ω의 외부저항으로 연결하였다. 또한, 미생물 연료전지용 배지로는 100 mM 인산염 완충액(NH4Cl 0.31g/ℓ; KCl 0.13g/ℓ; Na2HPO4-12H2O 21.838g/ℓ; 및 NaH2PO4-2H2O 6.084g/ℓ)과 기질인 COD 약 1,500 mg/L의 글루코스와 아세테이트의 혼합물(1:1, w:w)을 포함하는 배지를 사용하였다.Specifically, the microbial fuel cell includes a carbon felt (9 × 14 cm) pretreated with an anode electrode at 450 ° C. for 30 minutes, an air-cathode (ODE75, MEET, Korea) as a cathode electrode, a proton exchange membrane : Voltage monitoring system: digital multimeter (GL220, Japan); Line: titanium wire (1-L volume); Nafion 117 (Dupont, USA); Reactor: 7 × 15 × 10 cm (Sigma, USA)). The anode electrode and the cathode electrode included in the microbial fuel cell were connected to a platinum electrode through an external resistance of 100 Ω. Further, in the microbial fuel cell medium was 100 mM phosphate buffer (NH 4 Cl 0.31g / ℓ; KCl 0.13g / ℓ; Na 2 HPO 4 -12H 2 O 21.838g / ℓ; and NaH 2 PO 4 -2H 2 O 6.084 g / l) and a mixture of glucose and acetate (1: 1, w: w) as a substrate, COD of about 1,500 mg / L was used.

상기 미생물 연료전지에 상기 배지를 1ℓ충진시키고, 초기 접종원으로 혐기 하수 슬러지를 접종한 다음, multi meter(GL220_820-APS, GRAPHTEC, Japan)을 이용하여 10분 간격으로 전압을 관찰하면서, 약 80일 동안 운행하였다(도 1a 및 1b).The microorganism fuel cell was filled with 1 liter of the medium, and the anaerobic sewage sludge was inoculated as an initial inoculum. Then, a voltage was observed at intervals of 10 minutes using a multi meter (GL220_820-APS, GRAPHTEC, Japan) (Figs. 1A and 1B).

도 1a는 혐기 하수 슬러지를 사용한 미생물 연료전지 운행시간의 경과에 따른 COD 및 pH 변화를 나타내는 그래프이고, 도 1b는 혐기 하수 슬러지를 사용한 미생물 연료전지 운행시간의 경과에 따른 전압 변화를 나타내는 그래프이다.FIG. 1A is a graph showing changes in COD and pH with passage of microbial fuel cell operating time using anaerobic sewage sludge, and FIG. 1B is a graph showing changes in voltage with time of microbial fuel cell operating time using anaerobic sewage sludge.

상기 도 1a 및 1b에서 보듯이, 미생물 연료전지에서 전압생성이 안정화 되기까지 약 40일 이상의 시간이 소요되었고, 안정화 된 이후에는 200 mV 이하의 전압이 생성됨을 확인하였다.
As shown in FIGS. 1A and 1B, it took about 40 days or more for stabilization of voltage generation in the microbial fuel cell, and it was confirmed that a voltage of 200 mV or less was generated after stabilization.

상기 미생물 연료전지 운행을 종료한 다음, 생물막(biofilm)이 형성된 Anode를 회수하고, 이로부터 목적하는 균주를 분리 및 동정하였다.
After the operation of the microbial fuel cell was completed, an anode on which a biofilm was formed was recovered, and the desired strain was isolated and identified.

구체적으로, 상기 생물막이 형성된 Anode를 100 mM의 인산염 완충액(NH4Cl 0.31g/ℓ; KCl 0.13g/ℓ; Na2HPO4-12H2O 21.838g/ℓ; 및 NaH2PO4-2H2O 6.084g/ℓ), pH 7.0)에 20 mM 글루코스 및 50 mM C6H5FeO7을 포함하는 접종배지 20㎖에 접종하고, 질소가스로 포화된 상태에서 35℃에서 교반하면서 배양하였다. 접종배지의 색이 짙은 녹색으로 변하고 탁도가 증가하면, 이에 10배 부피의 새로운 접종배지를 가하여 희석시키는 방식을 4회 수행하여 104 배 부피로 희석시키고, 상기 희석된 배양물을 상기 접종배지에 아가로스가 포함된 고체배지에 도말하고, 35℃의 혐기조건(질소가스 포화조건)에서 배양하여 콜로니를 형성시켰다. 상기 형성된 콜로니로부터 각각의 균체를 수득하고, 상기 수득한 균체를 NucleoSpin® Soil Kit(Macherey-Nagel, Germany)에 적용하여 각각의 DNA를 수득하였으며, 상기 수득한 DNA를 주형으로 하고 하기의 프라이머를 사용한 PCR을 수행하여 증폭산물을 수득하였다. 이때, PCR 기기로는 2720 Thermal cycler(Applied Biosystems, USA)를 이용하고, PCR 조건은 다음과 같이 수행하였다: 95℃ 4분; 30cycle(95℃ 30초, 55℃ 30초 및 72℃ 30초) 및 72℃ 5분.
Specifically, phosphate buffer solution of 100 mM the Anode is the biofilm formed (NH 4 Cl 0.31g / ℓ; KCl 0.13g / ℓ; Na 2 HPO 4 -12H 2 O 21.838g / ℓ; and NaH 2 PO 4 -2H 2 O 6.084 g / l), pH 7.0) was inoculated into 20 ml of an inoculation medium containing 20 mM glucose and 50 mM C 6 H 5 FeO 7 and cultured at 35 ° C while being saturated with nitrogen gas. When the color of the inoculation medium changes to dark green and the turbidity increases, a new inoculation medium of 10 times volume is added to dilute the same, and the diluted culture is diluted to 10 4 times volume, and the diluted culture is added to the inoculation medium And cultured under anaerobic conditions (nitrogen gas saturation condition) at 35 DEG C to form colonies. To give each of the cells from the formed colonies, was obtained for each of the DNA by applying the above-obtained cells to NucleoSpin ® Soil Kit (Macherey-Nagel , Germany), using the primers below, and the thus obtained DNA as a template, PCR was performed to obtain an amplification product. At this time, 2720 thermal cycler (Applied Biosystems, USA) was used as a PCR instrument, and PCR conditions were as follows: 95 ° C for 4 minutes; 30 cycles (95 ° C for 30 seconds, 55 ° C for 30 seconds and 72 ° C for 30 seconds) and 72 ° C for 5 minutes.

정방향 프라이머 ITS1: 5'-TCC GTA GGT GAA CCT GCG G-3'(서열번호 1)Forward primer ITS1: 5'-TCC GTA GGT GAA CCT GCG G-3 '(SEQ ID NO: 1)

역방향 프라이머 ITS4: 5'-TCC TCC GCT TAT TGA TAT GC-3'(서열번호 2)
Reverse primer ITS4: 5'-TCC TCC GCT TAT TGA TAT GC-3 '(SEQ ID NO: 2)

상기 수득한 증폭산물의 염기서열을 결정하고(MACROGEN, Korea), 결정된 염기서열을 분석하여(NCBI Blast, www.ncbi.nim.nih.gov/), 상기 증폭산물이 유래된 각 콜로니의 균체를 동정하고, 이 중에서 신규한 균주를 선발하였다. 그 결과, 상기 동정된 균체 중의 하나가 Fungi(계), Ascomycota(문), Saccharomycotina(강), Saccharomycetales(목), Saccharomycetaceae(과)에 속하는 신규한 캔디다 속(Candida sp.) 균주임을 확인하고, 상기 균주를 "캔디다 속 IR11(Candida sp. IR11)"이라 명명하였으며, 상기 균주를 부다페스트 조약하의 국제기탁기관인 한국생명공학연구원 생물자원센터(Korean Collection for Type Culture)에 2014년 4월 3일자로 기탁하고, 수탁번호 KCTC 12570BP를 부여받았다.
The nucleotide sequence of the obtained amplification product was determined (MACROGEN, Korea), and the determined nucleotide sequence was analyzed (NCBI Blast, www.ncbi.nim.nih.gov/), and the cells of each of the colonies from which the amplification product was derived And a new strain was selected from them. As a result, it was confirmed that one of the identified bacteria was a new Candida sp. Strain belonging to Fungi , Ascomycota , Saccharomycotina , Saccharomycetales and Saccharomycetaceae , This strain was named " Candida sp. IR11" and was deposited with the Korean Collection for Type Culture, an international depository institution under the Budapest Treaty, on Apr. 3, 2014 And received the accession number KCTC 12570BP.

상기 캔디다 속 IR11 균주는 혐기상태에서도 글루코스를 탄소원으로 이용할 수 있음을 알 수 있었다.
It was found that the Candida species IR11 strain can use glucose as a carbon source even in the anaerobic state.

실시예Example 2: 캔디다 속  2: Candida genus IR11IR11 균주를 이용한 미생물 연료전지의 평가 Evaluation of Microbial Fuel Cells Using Strain

상기 실시예 1에서 동정된 캔디다 속 IR11 균주를 포함하는 미생물 연료전지를 운행하고 그 결과를 평가하였다.
A microbial fuel cell containing the Candida species IR11 strain identified in Example 1 was run and the results were evaluated.

실시예Example 2-1: 미생물 배양환경 및 전압의 변화 2-1: Changes in microbial culture environment and voltage

구체적으로, 상기 실시예 1에서 수득한 콜로니 중에서 캔디다 속 IR11 균주에 해당하는 콜로니로부터 균체를 수득하고, 이를 접종배지에 접종한 후, 배양하여 배양물을 수득하였다.Specifically, among the colonies obtained in Example 1, cells were obtained from colonies corresponding to the Candida species IR11 strain, inoculated into the inoculation medium, and cultured to obtain a culture.

상기 배양물과 혐기 하수 슬러지를 혼합하고, 상기 혼합물을 초기 접종원으로 사용하고, 기질로서 인공기질인 COD 약 500 mg/L의 글루코스와 아세테이트 혼합물(1:1, w/w) 또는 COD 약 500 mg/L의 메탄 생산 공정 유출수를 사용하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 미생물 연료전지를 운행하였다(도 2a, 2b, 3a 및 3b).
The culture and the anaerobic sewage sludge were mixed and the mixture was used as an initial inoculum and a mixture of glucose and acetate (1: 1, w / w) of about 500 mg / L of COD, an artificial substrate, or about 500 mg of COD / L methane production process effluent was used in the same manner as in Example 1 (Figs. 2A, 2B, 3a and 3B).

먼저, 도 2a는 캔디다 속 IR11 균주와 인공기질을 포함하는 미생물 연료전지 운행시간의 경과에 따른 COD 및 pH 변화를 나타내는 그래프이고, 도 2b는 캔디다 속 IR11 균주와 인공기질을 포함하는 미생물 연료전지 운행시간의 경과에 따른 전압 변화를 나타내는 그래프이다.2A is a graph showing changes in COD and pH with passage of a microbial fuel cell running time including a Candida species IR11 strain and an artificial substrate. FIG. 2B is a graph showing changes in COD and pH with passage of a microbial fuel cell operation including Candida species IR11 strain and artificial substrate FIG. 5 is a graph showing a change in voltage with passage of time. FIG.

상기 도 2a 및 2b에서 보듯이, 상기 미생물 연료전지에서 생성되는 전압은 처음부터 안정화되었고, 200 mV 이상의 전압이 생성됨을 확인하였다.
As shown in FIGS. 2A and 2B, the voltage generated in the microbial fuel cell was stabilized from the beginning, and a voltage of 200 mV or more was generated.

다음으로, 도 3a는 캔디다 속 IR11 균주와 메탄 생산 공정 유출수를 포함하는 미생물 연료전지 운행시간의 경과에 따른 COD 및 pH 변화를 나타내는 그래프이고, 도 3b는 캔디다 속 IR11 균주와 메탄 생산 공정 유출수를 포함하는 미생물 연료전지 운행시간의 경과에 따른 전압 변화를 나타내는 그래프이다.3A is a graph showing changes in COD and pH with passage of microbial fuel cell running time including Candida sp. IR11 strain and methane production process runoff. Fig. 3B is a graph showing the change in COD and pH of Candida sp. IR11 strain and methane production process runoff FIG. 3 is a graph showing voltage changes with time of microbial fuel cell running time. FIG.

상기 도 3a 및 3b에서 보듯이, 미생물 연료전지에서 전압생성이 안정화 되기까지 약 20일의 시간이 소요되었고, 안정화 된 이후에는 200 mV 이상의 전압이 생성됨을 확인하였다.
As shown in FIGS. 3A and 3B, it took about 20 days to stabilize the voltage generation in the microbial fuel cell, and after the stabilization, a voltage of 200 mV or more was generated.

또한, 상기 도 2a 및 2b와 도 3a 및 3b를 비교하면, 인공기질을 사용할 경우에 비하여, 메탄 생산 공정 유출수를 기질로 사용하면, 전압생성이 안정화될 때 까지 다소 시간이 소요되고, 생성되는 전압이 낮은 수준임을 확인하였다. 그러나, 상기 도 3a 및 3b의 결과를 도 1a 및 1b의 결과와 비교하면, 메탄 생산 공정 유출수(도 1a 및 1b)를 사용할 경우에도, 인공기질(도 1a 및 1b)을 사용한 것 보다 전압생성이 안정화되는 시간이 감소하였을 뿐만 아니라 생성되는 전압이 상대적으로 높은 수준을 나타냄을 확인하였으며, 이는 상기 제공된 캔디다 속 IR11 균주로 인한 것으로 분석되었다.
Comparing FIGS. 2A and 2B with FIGS. 3A and 3B, it is found that, when the effluent of the methane production process is used as a substrate, it takes some time until the voltage generation is stabilized, compared with the case of using the artificial substrate. . However, comparing the results of FIGS. 3A and 3B above with the results of FIGS. 1A and 1B, it can be seen that the use of methane production process effluent (FIGS. 1A and 1B) It was confirmed that not only the stabilization time but also the generated voltage showed a relatively high level, which was analyzed to be due to the provided Candida species IR11 strain.

실시예Example 2-2:  2-2: 쿨롱효율Coulomb efficiency (( coulombiccoulombic efficiencyefficiency ) 평가) evaluation

쿨롱효율은 미생물 연료 전지 내 미생물이 유기물을 산화하여 생성되는 전자를 전기 에너지로 전환하는 효율을 의미하는데, 본 발명의 캔디다 속 균주의 접종여부에 따라 쿨롱효율이 변화되는지의 여부를 평가하였다.Coulomb efficiency means the efficiency of converting the electrons generated by the oxidation of organic matter into the electrical energy by the microorganisms in the microbial fuel cell. It was evaluated whether the coulombic efficiency was changed according to whether or not the Candida species of the present invention was inoculated.

즉, 본 발명의 캔디다 속 균주를 접종하거나 또는 접종하지 않는 것을 제외하고는, 상기 실시예 2-1과 동일한 조건으로 미생물 연료전지를 운행하면서, 쿨롱효율을 산출하고, 이를 비교하였다(표 1)
That is, Coulomb efficiency was calculated while operating the microbial fuel cell under the same conditions as in Example 2-1, except that the Candida genus of the present invention was inoculated or not inoculated (Table 1)

미생물 연료전지에서 캔디다 속 균주의 접종여부에 따른 쿨롱효율의 변화Changes in the Coulomb Efficiency of Microorganism Fuel Cells Depending on the Inoculation of Candida species 접종여부Whether 초기 COD(mg/ℓ)Initial COD (mg / l) 쿨롱효율(%)Coulomb efficiency (%) ×
○×
○ 610
616610
616 14.07
22.4314.07
22.43

상기 표 1에서 보듯이, 본 발명의 캔디다 속 균주를 접종하지 않으면, 유입된 기질의 약 14%가 전기에너지로 전환되었으나, 본 발명의 캔디다 속 균주를 접종하면, 유입된 기질의 약 22%가 전기에너지로 전환됨을 확인하였다. 즉, 동일한 미생물 연료전지에서 동일한 기질을 사용하더라도 미생물의 접종여부에 따라 쿨롱효율이 현저하게 증가함을 확인하였다.
As shown in Table 1, when the Candida sp. Strain of the present invention was not inoculated, about 14% of the introduced substrate was converted to electric energy. However, when the Candida species strain of the present invention was inoculated, about 22% And converted to electric energy. That is, even if the same substrate is used in the same microbial fuel cell, it is confirmed that the coulombic efficiency is remarkably increased depending on whether the microorganism is inoculated or not.

상기 결과를 종합하면, 본 발명에서 제공하는 캔디다 속 IR11 균주는, 폐수 처리를 위한 혐기조에서 유래되어 폐수처리 공정에 적용할 수도 있고, 미생물 연료전지의 전기생산 효율을 향상시키는 균주로서 사용될 수도 있음을 확인하였는 바, 상기 균주는 미생물 연료전지의 핵심 구성요소로서 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 폐수처리를 위한 장치와 미생물 연료전지를 결합시키는데 있어, 핵심적인 역할을 수행할 수 있음을 알 수 있었다.
As a result, the Candida genus IR11 strain provided in the present invention can be used as a strain derived from an anaerobic tank for treating wastewater and applicable to a wastewater treatment process or as an agent for improving the production efficiency of a microbial fuel cell As a result, it was found that the strain could be used as a core component of a microbial fuel cell, and could play a key role in combining a device for treating wastewater with a microbial fuel cell.

본 명세서는 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자이면 충분히 인식하고 유추할 수 있는 내용은 그 상세한 기재를 생략하였으며, 본 명세서에 기재된 구체적인 예시들 이외에 본 발명의 기술적 사상이나 필수적 구성을 변경하지 않는 범위내에서 보다 다양한 변형이 가능하다. 따라서 본 발명은 본 명세서에서 구체적으로 설명하고 예시한 것과 다른 방식으로 실시될 수 있으며, 이는 본 발명의 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자이면 이해할 수 있는 사항이다.
It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description of the present invention are exemplary and explanatory and are intended to provide further explanation of the invention as claimed. More variations are possible within a range that does not. Accordingly, the present invention may be embodied in other ways than those specifically described and illustrated herein, and it may be understood by those skilled in the art.

생물자원센터BRC KCTC12570BPKCTC12570BP 2014040320140403

<110> Ewha University-Industry Collaboration Foundation <120> Novel Candida sp. and microbial fuel cell comprising the same <130> KPA140210-KR <160> 2 <170> KopatentIn 2.0 <210> 1 <211> 19 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer ITS1 <400> 1 tccgtaggtg aacctgcgg 19 <210> 2 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer ITS4 <400> 2 tcctccgctt attgatatgc 20 <110> Ewha University-Industry Collaboration Foundation <120> Novel Candida sp. and microbial fuel cell comprising the same <130> KPA140210-KR <160> 2 <170> Kopatentin 2.0 <210> 1 <211> 19 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer ITS1 <400> 1 tccgtaggtg aacctgcgg 19 <210> 2 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer ITS4 <400> 2 tcctccgctt attgatatgc 20

Claims (14)

동시에 폐수를 처리하고 전기를 생산하는 캔디다 속 IR11(Candida sp. IR11) 균주(KCTC 12570BP).
At the same time treatment of waste water and to produce electricity in Candida IR11 (Candida sp. IR11) strain (KCTC 12570BP).
제1항의 캔디다 속 IR11 균주를 포함하는 동시 폐수처리 및 전기생산용 조성물.
A composition for simultaneous wastewater treatment and electricity production comprising the Candida species IR11 strain of claim 1.
제2항에 있어서,
사카로마이세스 속(Saccharomyces sp.) 균주, 바실러스 속(Bacillus sp.) 균주, 엔테로코커스 속(Enterococcus sp.) 균주 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 균주를 추가로 포함하는 것인 조성물.
3. The method of claim 2,
The genus Saccharomyces sp.) strain, Bacillus (Bacillus sp.) strain, Enterococcus genus (Enterococcus sp .) strains, and combinations thereof.
삭제delete (a) 제1항의 캔디다 속 IR11 균주가 접종된 아노드(Anode) 전극;
(b) 캐소드(cathode) 전극;
(c) 상기 균주에 의해 분해될 수 있는 기질을 포함하고, 균주의 배양환경을 제공하는 배지;
(d) 상기 두개의 전극을 연결하는 전선;
(e) 상기 두 개의 전극, 상기 배지의 유입구 및 유출구가 구비된 반응조; 및
(f) 상기 반응조에 구비되고 두개의 전극사이에 구비되는 양이온 교환막을 포함하는, 동시 폐수처리 및 전기생산 장치.
(a) an anode electrode inoculated with the Candida species IR11 strain of claim 1;
(b) a cathode electrode;
(c) a medium containing a substrate capable of being degraded by the strain, the medium providing a culture environment of the strain;
(d) a wire connecting the two electrodes;
(e) a reaction tank having the two electrodes, an inlet and an outlet of the culture medium; And
(f) a cation exchange membrane provided in the reaction vessel and provided between the two electrodes.
제5항에 있어서,
상기 아노드 전극은 백금, 스테인레스 스틸 메시, 카본 펠트, 카본 페이퍼 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 재질로 제조된 것인 장치.
6. The method of claim 5,
Wherein the anode electrode is made of a material selected from the group consisting of platinum, stainless steel mesh, carbon felt, carbon paper, and combinations thereof.
제5항에 있어서,
상기 캐소드 전극은 카본 펠트, 카본 페이퍼, 카본 클로스 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 재질로 제조된 것 또는 에어캐소드(air-cathode)인 것인 장치.
6. The method of claim 5,
Wherein the cathode electrode is made of a material selected from the group consisting of carbon felt, carbon paper, carbon cloth, and combinations thereof, or air-cathode.
제5항에 있어서,
상기 기질은 캔디다 속 IR11 균주에 의해 분해되어 수소이온과 전자를 생산할 수 있는 물질인 것인 장치.
6. The method of claim 5,
Wherein the substrate is a substance capable of being decomposed by the Candida species IR11 strain to produce hydrogen ions and electrons.
제5항에 있어서,
상기 배지는 탄소원 및 전자수용체를 포함하고 중성 pH를 유지하게 할 수 있는 완충용액인 것인 장치.
6. The method of claim 5,
Wherein the medium is a buffer solution containing a carbon source and an electron acceptor and capable of maintaining a neutral pH.
(a) 제5항의 장치의 반응조에 구비된 유입구 및 유출구를 통하여 기질이 포함된 배지를 캔디다 속 IR11 균주가 접종된 아노드 전극에 연속적으로 공급하는 단계; 및
(b) 상기 공급된 기질을 아노드 전극에 접종된 캔디다 속 IR11 균주가 분해하여 수소이온과 전자를 생산하고, 상기 수소이온과 전자로 인하여 전류를 생성하는 단계를 포함하는, 전기생산 및 폐수처리를 동시에 수행하는 방법.
(a) continuously feeding a medium containing a substrate through an inlet and an outlet provided in a reaction tank of the apparatus of claim 5 to an anode electrode inoculated with Candida genus IR11; And
(b) dissolving the supplied substrate in a Candida genus strain IR11 inoculated on an anode electrode to produce hydrogen ions and electrons, and generating a current due to the hydrogen ions and electrons. .
제5항에 있어서, 침전조 및 호기조를 추가로 포함하는 장치.
6. The apparatus of claim 5, further comprising a settling tank and an aerobic tank.
삭제delete 제5항에 있어서,
폐수 유입구, 폐수 배출구, 전기 저장장치 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 추가로 포함하는 것인 장치.6. The method of claim 5,
A waste water inlet, a waste water outlet, an electric storage device, and combinations thereof. 삭제delete
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