KR20020066905A - 미생물을 고정화한 미생물고정화 캡슐을 이용하여 제조된단단 반응기형 bod 센서와 이를 이용하여 bod를 측정하는기술 - Google Patents
미생물을 고정화한 미생물고정화 캡슐을 이용하여 제조된단단 반응기형 bod 센서와 이를 이용하여 bod를 측정하는기술 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 효모를 고정화한 캡슐을 충전한 반응기를 산소전극의 전반부에 배치하여 구성된 BOD 센서와 그 센서를 이용하여 짧은 시간내에 BOD를 측정하는 기술에 관한 것이다. 좀 더 구체적으로, 본 발명은 산소전극 앞의 미생물 반응기내에 충진하는 고정화 미생물 준비에 있어서 기존의 방법과는 달리 연속적으로 BOD를 측정하는 동안 미생물이 미생물 고정화 담체로부터 새어 나오지 않고 미생물이 고농도로 충진될 수 있도록 효모를 고정화한 칼슘알지네이트 입자를 사용하는 것이며 이에 따라 기존의 미생물 반응기와는 달리 산소전극 앞에 부착된 미생물 반응기가 단단의 형태로 이루어진다. 본 발명은 상기 언급한 바와 같이 연속적으로 BOD를 장기간 측정하는 동안 미생물이 새어 나오지 않기 때문에 BOD 측정기의 내부가 미생물로 뒤덮이는 오염을 방지 할 수 있고, BOD 측정기 전반부의 미생물 고정화 농도가 높은 단단 형태로 되므로 BOD 측정기가 소형화될 수 있다는 장점이 있다. 본 BOD 측정기의 내부에 1회 충진된 미생물 고정화 캡슐을 이용하여 12일간 95%이내의 신뢰도를 유지하며 연속 측정하는 것이 가능하였다. 경산시 소재의 축사에서 채취한 시료의 5일 BOD는 44.63이며 본 BOD측정기로 측정한 순간 BOD는 50.27로서 신뢰도가 높은 BOD측정기이다.
Description
본 발명은 효모를 고정화한 캡슐을 충전한 반응기를 전반부로 하고 용존 산소를 측정하는 산소전극을 후반부로 하여 구성된 BOD 센서와 그 센서를 이용하여 시료를 순간 주입식으로 주입함으로써 짧은 시간내에 BOD를 측정하는 기술에 관한 것이다.
수질오염을 표시하는 하나의 지표로 오래 전부터 사용되어진 방법중의 하나가 생물화학적 산소요구량(Biochemical Oxygen Demand; BOD)이다. BOD는 대개 수용액 속에 미생물을 접종하고 공기로 수용액을 포화시킨 상태에서 용기를 밀폐한 후 5일이 경과한 수용액 속에서 미생물에 의해 소모되고 남은 용존산소의 양을 측정하여 분석한다. 이러한 생화학적 산화과정은 미생물 종류, 온도, PH, 용존산소량, 중금속 등의 영향을 받으며 분해시간이 5 일정도로 측정기간이 너무 길고 숙련된 기능인이라도 측정오차가 10%이상으로 나타나는 등 단점을 가지고 있어 오염 정도를 수시로 검사해야 하는 폐수처리 공정 등에서는 보다 신속한 BOD 측정법이 요구되고 있다.
미생물에 영양원이 공급되면 미생물의 호흡속도가 빨라지고 따라서 배양액내의 산소농도가 떨어지게 되는 원리를 이용하여 얇은 고분자 막에 살아있는 미생물을 고정화시키고 이 막을 산소전극에 부착시키는 BOD 센서가 개발되어 있다. 이러한 막형 BOD 센서는 정확성을 높이기 위하여 막속에 미생물을 많이 적재하고자 하는 경우 막의 두께가 두꺼워 지므로 측정시간이 연장된다는 단점이 있다. 이를 해결하기 위하여 미생물 고정화 담체를 나일론그물로 격리되어 있는 다단의 반응기 내에 장착하고 반응기 상부에 산소 전극을 연결한 BOD 센서가 개발되어 있다(한국특허 등록번호 0280339, 출원번호 10-1998-0054054: 고속 비오디 측정시스템). 그러나 최근까지 가장 일반적으로 알려진 캡슐고정화법은 고분자 담체내에 미생물을 고정화하는 방법이 있다. 즉 배양된 미생물을 회수하여 담체의 지지고분자와 미생물을 함께 섞어서 고정화하거나 또는 미생물을 담체의 지지고분자에 일부 고정화하고 미생물이 고정화된 이 담체를 배양액속에서 배양함으로써 담체내에 고농도로 미생물을 고정화할 수 있다. 그러나 담체내에 미생물을 고정화하는 경우 담체의 기계적 강도 때문에 미생물을 부피비로 전체의 25%이상 고정화시킬 수 없다(참조: Buchholz, K., Characterization of immobilized biocatalysts. In: Dechema monographs, vol. 84. Weinheim: Verlag Chemie, 1979). 뿐만 아니라 담체내에 고정화시킨 살아 있는 미생물은 담체 밖으로 새어 나와 배양액 중에 자라는 단점이 있다.
이에 본 발명의 목적은 도 1과 같이 미생물을 고농도로 함유하더라도 미생물이 새어 나오지 않는 미생물고정화 캡슐을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 도 2와 같이 미생물이 새어 나오지 않는 캡슐을 산소전극의 전반부에 배치하여 장기간 사용하여도 센서의 벽면 등 내부가 미생물로 오염되지 않아 정밀한 측정이 가능한 BOD 센서를 제공하는 것이다.
나아가 본 발명은 미생물 반응기 전체의 부피당 미생물의 함유량이 높아 미생물 반응기를 단단의 형태로 유지함으로써 전체 체적이 소량화된 BOD 센서를 제공하는 것이다.
도 1은 미생물이 고정화된 캡슐의 단면도를 나타낸 그림이다.
＜도면의 부호설명＞ A: 칼슘알지네이트로 구성된 캡슐막. B: 칼슘알지네이트막내부에 고정화 배양된 효모균.
도 2는 미생물고정화 캡슐이 장착되어 있는 반응기형 BOD 센서의 그림이다.
＜도면의 부호설명＞ A: 용존산소 측정기. B: 시료 및 완충용액의 출구. C: 그 사이에 미생물 고정화 캡슐이 충전될 수 있는 나일론 망. D: 시료 및 완충용액의 입구. E: 미생물이 내부에 고정화되어 있는 캡슐.
도 3은 본 발명품 BOD 센서를 사용하여 고속 BOD를 측정하는 시스템의 구성도에 관한 그림이다.
＜도면의 부호설명＞ A: 주입조절기. B: 샘플 저장용기 C: 솔레노이드 밸브 D: 완충용액 저장용기 E: 펌프 F: 공기 펌프 G: 에어레이터(산기기) H: 펌프 I: 미생물반응기 J: 물자켓 K: 산소전극 L: 컴퓨터 M: 유량계
도 4는 효모고정화 캡슐을 장착한 반응기형 BOD 센서로 측정된 용존산소 농도를 나타낸 그림이다(측정조건; 글루코즈-글루타믹산(GGA)농도 20ppm, 온도 섭씨31도, 유체흐름속도 분당 5.2 미리리터, 캡슐수 800개, pH 8).
도 5는 효모고정화 캡슐을 장착한 반응기형 BOD 센서로 연속 6회 측정한 용존산소 농도의 곡선에 관한 그림이다(측정조건; 글루코즈-글루타믹산 농도 20 ppm, 온도 섭씨 25도, 유체흐름속도 분당 5.5 미리리터, 캡슐수 800개, pH 7).
본 발명의 일 견지에 의하면,
(1) 효모를 캡슐에 접종하는 단계;
(2) 캡슐 내부에 효모가 축적되도록 효모가 접종된 캡슐을 배양하는 단계;
(3) 상기 미생물 고정화 캡슐을 산소전극 전반부에 부착하는 단계;
를 포함하는 미생물 고정화캡슐을 이용하는 BOD 센서의 제조방법이 제공된다.
본 발명의 다른 견지에 의하면,
상기 BOD 센서 제조방법에 의하여 제조된 미생물고정화 캡슐이 산소전극의 전반부에 부착된 BOD 센서가 제공된다.
본 발명의 또 다른 견지에 의하면,
상기 기술된 방법에 의하여 제조된 BOD센서를 이용하여 BOD를 측정하는 방법이 제공된다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명에서는 미생물을 캡슐내부에 접종하고 배양하여 캡슐내부에 미생물이 고농도로 축적된 미생물 고정화 캡슐을 탑재한 반응기를 산소전극 앞에 부착한 BOD 센서를 제조함으로써 시료 물질이 반응기를 통과하는 동안 미생물의 호흡으로 인한 용액중의 산소 농도 저하를 극대화 함으로써 BOD의 측정 효율을 극대화 하는 것이다.
본 발명의 방법은 미생물이 캡슐 막을 뚫고 나오지 못하는 모든 경우에 적용 가능하다. 미생물이 고정화 담체 밖으로 새어 나오는 경우와 달리, BOD를 장기간 연속 측정하여도 BOD 센서의 내벽 또는 전체가 미생물에 의하여 오염되는 것을 방지할 수있는 장점이 있다.
또한, 캡슐 내부에 축적된 미생물의 양이 많음에 따라 반응기의 단위체적당 함유된 미생물의 양이 많음으로 주어진 시료의 양을 빠른 시간에 소비하게 되므로 이에 따른 용액 내의 산소 소모 속도가 빨라지므로 BOD 센서의 응답이 빠른 시간에 이루어지기도 한다. 그리고, 캡슐내부에 축적된 미생물의 양이 많아 반응기의 단위 체적당 함유된 미생물이 많으므로 작은 체적의 미생물 반응기가 가능하므로 BOD 센서의 소량화가 가능하다.
본 발명에서는 먼저 미생물을 배양액 중에서 계대 배양하여 건강한 미생물을 준비한다. 배양액중에서의 미생물 배양은 일반적인 방법으로 행한다. 그 후 미생물은 칼슘알지네이트 캡슐에 고정화되며 이는 미국특허 제5,766,907에 개시되어 있다. 캡슐로 만드는데 적용될 수 있는 미생물로는 사카로마이시스세레비재(Saccharomyces cerevisiae)를 포함하여 모든 효모종류 뿐만아니라 그 크기가 커서 캡슐막을 뚫고 나올 수 없는 모든 미생물을 포함한다. 미생물이 함유된 캡슐을 유체는 흘러서 지나갈 수 있고 캡슐은 갇혀져 있을 수 있는 단단의 용기내부에 탑재하고 이 용기는 일반적인 산소전극의 전면에 부착하여 BOD 센서를 제조한다. 이때 용기의 길이는 사용용도에 따라 적절히 조절될 수 있다.
공기를 공급하여 충분히 산소로 포화된 완충용액을 상기 방법으로 제조된 BOD 센서에 흘려 센서를 안정화한 다음 공기로 충분히 포화된 시료용액을 흘려 산소전극에서 산소의 저하량을 측정함으로써 시료액의 BOD를 계산할 수 있다. 이때, 이미 BOD를 알고 있는 시료를 사용하여 상기 방법으로 제조된 BOD센서에서의 산소농도 저하량과의 상관표가 만들어져야 한다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다.
실시예 1: 사카로마이시스 세레비재가 고정화된 칼슘 알지네이트 캡슐 제조
균주는 ATCC에서 분양 받은 효모 사카로마이시스 세레비재(ATCC24858)를 사용하였고 조성이 아래와 같은 와이엠(YM) 배지를 사용하였다(배지용액 1리터의 조성; 포도당 20 그람, 펩톤 5 그람, 효모추출물 3 그람, 말트 익스트랙트(malt extract) 3 그람). 미생물은 미국특허 제 5,766,907에 개시된 바와 같이 일단계 법으로 칼슘알지네이트 캡슐에 고정화 배양하였다. 즉 섭씨 25도에서 분당 250 바퀴 회전하며 8 시간 플라스크 배양한 배지 10 미리리터를 취하여 분당 3000 바퀴의 속도로 10분간 원심분리 하여 얻은 미생물을 0.26퍼센트(중량/부피) 잔산 검(xanthan gum) 및 0.5 퍼센트(중량/부피) 비이온성 계면활성제 폴리에틸렌글리콜모노노닐페닐에테르(polyethyleneglycols mono(nonyl-phenyl) ether)가 첨가된 1.3 퍼센트(중량/부피) 칼슘클로라이드 용액에 현탁하였다. 현탁용액을 비이온성 계면활성제가 리터당 7.5 그람 농도로 녹아있는 0.6 퍼센트의 소디움알지네이트 용액 100 미리리터를 250 미리리터 비이커에 넣고 용액의 중심부의 높이가 가장자리부분 높이의 1/3 내지 1/2이 되도록 회전시키고 여기에 상기 배양혼합물을 분당 2 미리리터씩 방울방울 떨어뜨려 현탁액이 중심부에 들어있고 칼슘알지네이트의 얇은 껍질막이 둘러싼 외부직경이 2 내지 2.4 미리미터이고 두께는 0.1 내지 0.2 미리미터인 캡슐을 제조하였다. 이렇게 만들어진 캡슐을 0.5 퍼센트 칼슘클로라이드가 첨가된 와이엠 배지에 투입한 후 섭씨 24 도에서 48 시간 성장시켜 캡슐 내부에 미생물을 고정화시킨다. 배지용액은 사용하기 전 섭씨 121도에서 20분간 멸균한다. 캡슐내부에 축적된 미생물은 건조 중량을 캡슐내부의 부피를 기준으로 나타내면 입방센티미터당 250 그람이다.
실시예 2: 용기에 장착된 미생물 고정화캡슐의 보관
효모가 내부건조중량 기준으로 입방센티미터당 250 그람의 밀도로 충진된 캡슐을 직경 2 센티미터, 높이 15 센티미터의 유리관에 0.05 몰 염화칼슘이 포함된 0.1몰 트리스-염산(tris-HCl) 완충용액을 채우고 여기에 높이 5 센티미터까지 캡슐을 충진시키고 섭씨 27도와 4 도에서 각각 6개월간 보관하여도 캡슐층의 높이는 0.05 센티미터의 오차범위 내에서 변하지 않았으며 보관후 캡슐은 서로 엉기지 않았고 캡슐의 형태는 원형 그대로 유지되었다.
실시예 3: 미생물고정화 캡슐을 장착한 BOD 센서에 의한 용존산소량 저하 측정
도 3은 본 발명에서 개발된 단단형 미생물반응기와 산소전극으로 구성된 BOD 센서를 이용하여 용액내의 용존산소 농도의 감소를 측정함으로써 BOD를 측정하는 시스템의 회로도이다. 미생물 반응기는 폴리비닐클로라이드 고분자를 깍아서 제조하였으며 내부직경이 1.9 센티미터, 높이가 6 센티미터이며 미생물 고정화 캡슐이 800개 채워져 있다. 산기도(내부 직경 1.9 센티미터, 높이 12.3 센티미터)를 사용하여 샘플과 완충용액이 미생물 반응기에 공급되기 전 용존산소로 포화되게 하였다. 사용중 캡슐의 강도 유지를 위해 칼슘클로라이드가 포함된 0.1몰 트리스-염산 완충용액을 펌프를 이용하여 분당 5.2 미리리터로 계속 흘려주어 산기기를 거친 후 용존산소 값을 일정하게 유지시킨다. 솔레노이드 밸브를 사용하여 제작된 주입조절기를 이용하여 완충용액과 측정시료용액의 주입을 제어하였다. 즉 측정시료의 BOD를 측정하기 위해 정상상태에서 주입조절기를 사용하여 완충용액의 흐름을 차단시키고 측정 시료 용액을 일정시간 동안 흘려주고 다시 완충용액을 흘려주었다. 샘플(sample)이 미생물고정화 캡슐로 충전된 반응기를 통과하는 동안 미생물의 대사 결과 소모되는 산소의 변화를 산소전극으로 측정하여 펜티엄급 개인 컴퓨터에 온-라인(on-line) 모니터링하였다. 그 결과는 도 4와 같다.
실시예 4: BOD 센서로 측정된 검량선
미생물 반응기 내부에 800개의 캡슐을 채우고 용액의 pH를 8로 하고 글루코스-글루타믹산을 1분당 5.2 미리리터 주입한 후 섭씨 31도에서 용존산소 농도 감소량을 측정하였다. 글루코스-글루타믹산 농도만을 달리하며 용존산소 농도의 저하량을 반복하여 측정하였다. 일본공업표준규격(JIS)으로써 각각의 글루코스-글루타믹산 농도를 BOD로 환산하고 이를 용존산소 저하량으로 대치시켜 작성한, 즉 각각의 BOD 값에 대한 용존 산소량의 저하값을 대응시켜 작성한 검량선은 BOD가 70 ppm에 달할 때까지 BOD 값과 용존 산소의 저하량은 직선의 상관관계를 가지며 상관계수는 0.997이었다.
실시예 5: BOD 센서 측정의 재현성 및 안정성
센서에 있어서 가장 중요한 문제중의 하나가 재현성이라 할 수 있는데 도 5는 정상상태에서 측정시료로서 20 ppm의 글루코스-글루타믹산을 분당 5.5 미리리터씩 2분동안 연속 주입하여 섭씨 25도에서 용존산소의 농도변화를 측정하여 나타낸 그림이다. 6회 연속 측정한 결과 표준편차가 0.95%로 재현성이 뛰어나다고 할 수 있다. 연속상태로 사용하여 12일까지 측정한 결과 측정치는 95% 이내의 신뢰도가 유지되었다.
실시예 6: 실제 폐수에의 적용
위에서 구한 검량선을 바탕으로 하여 실제 BOD와 비교해보았다. 생활하수로는 대구 칠성교 하류 100 미터 지점에서 채취한 시료와 영남대학교 인근 축사에서 채취한 시료를 사용하여 비교를 하였는데 생활하수의 5일 BOD는 11.02 이었으며 본 시스템을 이용한 고속 측정 BOD는 13.4 이었다. 경북 경산시 영남대학교 인근 축사에서 채취한 시료의 5일 BOD는 44.63 이었으며 본 시스템을 이용하여 측정된 고속측정 BOD는 50.27 이었다. 이는 숙련된 BOD 측정인이 동일한 시료에 대하여 5일 BOD를 측정하여도 10% 이상의 오차가 발생한다는(참조: Karube et al., Microbial electrode BOD sensor, Biotechnology and Bioengineering, 19:1535-1547, 1977) 점과 글루코스-글루타믹산을 BOD로 환산하는 과정에도 10퍼센트 정도의 오차가 포함된다는 일본공업표준규격을 감안하면 미생물 고정화 캡슐을 이용한 단단 반응기형 BOD 센서의 정확성은 높은 신뢰도를 나타내고 있다.
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시예일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.
이상에서 상세히 설명하고 입증하였듯이, 본 발명은 효모를 고정화한 캡슐을 충전한 반응기를 산소전극의 전반부에 배치하여 구성된 BOD 센서와 그 센서를 이용하여 짧은 시간내에 BOD를 측정하는 방법을 제공한다. 본 발명의 방법으로 미생물이 고정화 담체 밖으로 새어 나오지 않으면서 내부에 고농도로 미생물이 고정화된 캡슐을 이용함으로써 장기간 사용하여도 센서 내부가 미생물로 오염이 되지 않으며, 산소전극 전반부의 미생물 장착 반응기의 체적을 줄일 수 있고 반응기의 내부 구조를 간략화시켜 전체센서의 크기를 소형화함으로써 청결성과 간편성을 도모하는 한편 측정의 정확성과 안전성을 향상시킬 수 있다는 잇점이 있다.
Claims (5)
- 완충용액과 시료용액을 받아들여 시료용액 내의 유기물을 산화 분해하는 미생물이 고정화된 캡슐을 내포하는 반응기와 산소전극으로 이루어진 BOD 센서.
- 제 1항에 있어서, 미생물 반응기는 상부에는 산소 전극이 부착되고 하부에서는 시료용액 및 완충용액이 흘러 들어와 상부의 측면으로 빠져나갈 수 있는 단단 반응기형 BOD 센서.
- 제 1항에 있어서, 캡슐은 칼슘알지네이트 막으로 구성된 캡슐을 이용하는 BOD 센서.
- 제 1항에 있어서, 상기 미생물은 크기가 효모보다 같거나 커서 BOD 센서를 사용하는 중에 캡슐막을 빠져 나오지 못하는 미생물을 이용하는 BOD 센서.
- 제 1항 적시된 BOD 센서를 이용하여 고속으로 BOD를 측정하는 방법.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020010007375A KR20020066905A (ko) | 2001-02-14 | 2001-02-14 | 미생물을 고정화한 미생물고정화 캡슐을 이용하여 제조된단단 반응기형 bod 센서와 이를 이용하여 bod를 측정하는기술 |
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| KR (1) | KR20020066905A (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8834692B2 (en) | 2010-11-22 | 2014-09-16 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Dissolved oxygen measurement system |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62238454A (ja) * | 1986-04-09 | 1987-10-19 | Kao Corp | 微生物センサ− |
| JPS6450947A (en) * | 1987-08-22 | 1989-02-27 | Fuji Electric Co Ltd | Method for measuring bod in drainage |
| US4898829A (en) * | 1980-10-10 | 1990-02-06 | Siepmann Friedrich W | Apparatus for the detection of biodegradable and toxic substances in aqueous solutions |
| KR19980020820A (ko) * | 1996-09-10 | 1998-06-25 | 조규향 | 연속형 신속 생화학적 산소요구량(bod) 측정방법 및 장치 |
| US5952188A (en) * | 1998-06-20 | 1999-09-14 | Council Of Scientific & Industrial Research | Reusable immobilized microbial composition useful as ready-to-use seed inoculum in BOD analysis |
-
2001
- 2001-02-14 KR KR1020010007375A patent/KR20020066905A/ko active IP Right Grant
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4898829A (en) * | 1980-10-10 | 1990-02-06 | Siepmann Friedrich W | Apparatus for the detection of biodegradable and toxic substances in aqueous solutions |
| JPS62238454A (ja) * | 1986-04-09 | 1987-10-19 | Kao Corp | 微生物センサ− |
| JPS6450947A (en) * | 1987-08-22 | 1989-02-27 | Fuji Electric Co Ltd | Method for measuring bod in drainage |
| KR19980020820A (ko) * | 1996-09-10 | 1998-06-25 | 조규향 | 연속형 신속 생화학적 산소요구량(bod) 측정방법 및 장치 |
| US5952188A (en) * | 1998-06-20 | 1999-09-14 | Council Of Scientific & Industrial Research | Reusable immobilized microbial composition useful as ready-to-use seed inoculum in BOD analysis |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8834692B2 (en) | 2010-11-22 | 2014-09-16 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Dissolved oxygen measurement system |
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