KR20060043555A - 고정화미생물의 제조방법, 이에 의해 제조된 고정화미생물및 그 고정화미생물을 사용한 반응 장치 - Google Patents

고정화미생물의 제조방법, 이에 의해 제조된 고정화미생물및 그 고정화미생물을 사용한 반응 장치 Download PDF

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KR20060043555A
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나오키 아베
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히다찌 플랜트 겐세쓰 가부시키가이샤
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Abstract

재료 농도를 7% 이하의 저농도로 중합함으로써, 재료농도를 저하할 수 있고, 고활성이며 유동성이 좋은 고정화미생물을 제공하는 제조방법과 이에 의해 제조된 고정화미생물 및 고정화 미생물을 사용한 반응장치를 제공한다.
분자량 3500이상 20000이하의 프리폴리머(prepolymer)와 분자량이 71 이상이고 또한 상기 프리폴리머 분자량의 비가 0.045 이하인 가교제와 미생물을 혼합함으로써, 프리폴리머와 상기 가교제의 합계 농도가 1~7%의 현탁액을 제조하고, 그 현탁액을 중합하여 고정화미생물을 제조한다. 제조한 고정화미생물을 예를 들면 담체로 하여 처리조(12)내에 투입하여 생물처리에 이용한다.
프리폴리머, 고정화미생물, 생물처리

Description

고정화미생물의 제조방법, 이에 의해 제조된 고정화미생물 및 그 고정화미생물을 사용한 반응 장치{Method for producing immobilized microorganism, immobilized microorganism produced therefrom and a reaction apparatus using the same}
도 1은 시험 1의 결과로부터 얻은 모제의 분자량과 압축강도간의 관계를 도시한 도면이다.
도 2는 시험 2의 결과로부터 얻은 가교제의 분자량과 압축강도간의 관계를 도시한 도면이다.
도 3은 모제의 분자량과 가교제의 분자량의 최적 범위를 도시한 도면이다.
도 4는 시험 3의 결과로부터 얻은 고정화재료의 합계농도와 압축강도의 관계를 도시한 도면이다.
도 5는 시험 4의 결과로부터 얻은 고정화재료의 합계농도와 질화속도의 관계를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명에 관한 제조방법이 적용된 제조라인의 실시형태를 도시한 구성도이다.
도 7은 본 발명에 관한 제조방법이 적용된 제조라인의 실시형태를 도시한 구 성도이다.
도 8은 본 발명의 고정화 미생물 담체가 사용된 폐수처리장치의 제1 실시형태를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 고정화 미생물 담체가 사용된 폐수처리장치의 제2 실시형태를 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 고정화 미생물 담체가 사용된 폐수처리장치의 제3 실시형태를 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 고정화 미생물 담체가 사용된 폐수처리장치의 제4 실시형태를 도시한 도면이다.
12는 본 발명의 고정화 미생물 담체가 사용된 폐수처리장치의 제5 실시형태를 도시한 도면이다.
도 13은 본 발명의 고정화 미생물을 사용한 알콜 발효장치를 나타내는 구성도이다.
도 14는 본 발명의 고정화 미생물을 사용하는 적합한 처리장치의 구성도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 폐수처리장치 12 처리조
14 원수도입관 16 산기관
18 담체분리망 20 유출관
22 담체
본 발명은 환경보전을 위하여 하수나 폐수의 유기물처리나 질소제거 또는 알콜발효나 유가물 생산을 위한 생체촉매로서 이용될 수 있는 고정화 미생물의 제조방법 및 그에 의해 제조된 고정화 미생물 및 그 고정화미생물을 사용한 반응장치에 관한 것이다.
미생물을 이용하는 반응은 환경정화 분야나 발효공업에 이용되고 있으며, 그 중 환경정화 분야에서는 유기성분의 분해나 질소성분의 제거에 이용되고 있다. 특히 질소성분은 하수나 산업폐수 중에 암모니아성 질소, 아질산성질소, 질산성 질소, 유기성 질소로서 함유되어 있고, 이들 질소성분은 1. 호수의 부영양화의 원인이 되고, 2. 하천의 용존산소의 저하 원인이 되는 등의 이유로 제거가 필요하다.
종래 이러한 종류의 질소성분을 함유하는 폐수는 질소 성분이 미량 농도인 경우에는 이온교환법을 이용한 제거, 또는 염소나 오존에 의한 산화로 질소를 제거하여 왔다. 또한 중·고농도인 경우에는 생물처리를 이용하고, 생물처리에 있어서는 호기질화와 혐기탈질에 의한 산화탈질법이 이용되어 왔다(예를 들면 특허공개공보2000-288581호 참조). 그리고 호기질화에서는 암모니아 산화세균(Nitrosomonas, Nitrosococcus, Nitrosospira, Nitrosolobus 등)과 아질산산화세균에 의한 암모니 아성질소나 아질산성질소의 산화가 행해지고, 혐기탈질에서는 종속영양세균 (pseudomonas denitrificans 등)에 의한 탈질이 행해진다. 호기질화의 생물반응조는 부하 0.2~0.3㎏-N/㎥/일로 운전된다. 탈질은 부하 0.2~0.4㎏-N/㎥/일로 운전된다. 따라서, 하수의 총질소 농도 40~50㎎/L을 처리하기 위해서는 질화조에 6~8시간의 체류시간이, 탈질조에서 5~8 시간이 필요하고, 대규모의 처리조가 필요하였다.
이러한 반응을 율속하는 것은 미생물 보유량으로서, 반응조 내에 고농도의 미생물을 보유함으로써 고속의 반응이나 정화가 가능하다.
고농도의 미생물을 보유하는 방법으로는 고농도의 미생물을 포화고정화한 고정화미생물이 개발되어 있으며, 하수처리에 있어서의 질소제거법에서는 포괄고정화한 질화세균이 이용되고 있다. 또한 발효공업에서는 고정화효모를 이용한 알콜의 생산 등에 응용 연구되고 있다.
미생물의 고정화에는 알긴산이나 카라키난 등의 천연 재료, 광경화성 수지나 폴리에틸렌글리콜아크릴레이트 등 합성 고분자가 이용되고 있다. 또한 미생물을 고정화하는 것에는 재료 농도를 저농도로 하고, 함수율이 높은 겔로 하는 것이 하기의 점에서 바람직하다. 즉 1. 미생물이 증식하기 쉽고, 미생물 보유량이 증대하여 활성이 커지게 되고, 2. 재료가 적어도 되며, 3. 비중이 저하하여 에어레이션 반응조의 유동성이 좋다는 이유이다.
여기에서, 알긴산이나 카라키난 등 천연 재료 등은 0.5~1% 정도로 겔화될 수 있고 포괄고정이 가능하지만, 천연 고분자이기 때문에 분해가 쉽고 물성적으로 담 체 수명이 짧은 결점이 있다. 이에 반하여 합성 고분자는 미생물에 의한 분해 열화가 없고, 안정한 물성을 장기간 유지할 수 있다는 장점이 있다.
그러나, 합성 고분자는 겔화하는데 8% 이상의 프리폴리머 농도(재료 농도)가 필요하고, 프리폴리머 농도를 저농도로 하는 것은 불가능하였다. 특히 미생물을 포괄고정화하는 겔에 있어서, 7% 이하로 겔화하는 합성 폴리머를 사용한 중합방법은 지금까지 전혀 없었다.
본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로 재료 농도가 7% 이하의 저농도로 중합함으로써, 재료를 소량으로 할 수 있고, 고활성이며, 유동성이 좋은 고정화미생물을 제공하기 위한 제조방법과 이에 의하여 제조된 고정화 미생물 및 그 고정화미생물을 사용한 반응 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
청구항 1에 기재된 발명은 상기의 목적을 달성하기 위하여, 분자량 3500 이상 20000 이하의 프리폴리머(prepolymer)와 분자량이 71 이상이고 또한 상기 프리폴리머 분자량에 대한 비가 0.045 이하인 가교제와 미생물을 혼합함으로써, 상기 프리폴리머와 상기 가교제의 합계 농도가 1% 이상 7% 이하의 현탁액을 만들고, 상기 현탁액을 중합하여 폴리머 내부에 미생물을 포괄고정화한 고정화미생물을 제조하는 것을 특징으로 한다.
청구항 2에 기재된 발명은 상기의 목적을 달성하기 위하여, 분자량 3500 이 상 20000 이하의 프리폴리머(prepolymer)와 가교제를 프리폴리머 함량/가교제함량의 비가 0.5 이상 10 이하가 되도록 미생물과 혼합하고, 상기 프리폴리머와 상기 가교제의 합계농도가 1% 이상 7% 이하의 현탁액을 만들고, 상기 현탁액을 중합하여 폴리머 내부에 미생물을 포괄고정화한 고정화미생물을 제조하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 발명자는 고정화재료나 가교제의 분자량, 고정화재료와 가교제의 합계농도, 고정화제와 가교제의 비율 등에 대하여 검토한 결과, 그 상관관계를 명확하게 할 수 있었고, 프리폴리머와 가교제의 합계 농도가 1~7%의 저농도에서 겔화되는 영역을 발견하였다. 즉 청구항 1에 기재된 발명과 같이, 모제로 된 프리폴리머의 분자량과 가교제의 분자량을 규정함으로써, 프리폴리머와 가교제의 합계농도(재료 농도)가 1~7%로 극히 적은 농도에서 고정화가 가능한 것을 발견하였다. 또한 청구항 2에 기재된 발명과 같이 프리폴리머 함량/가교제함량의 비가 0.5 이상 10 이하가 되도록 미생물을 혼합하고 중합함으로써, 프리폴리머와 가교제의 합계농도(재료 농도)가 1~7%로 극히 적은 농도로 고정화가 가능한 것을 발견하였다.
따라서, 청구항 1 또는 2에 기재된 발명에 의하면 고활성이며, 유동성이 좋고, 값싼 고정화미생물을 제공할 수 있다. 또한, 프리폴리머 함량/가교제 함량비는 0.5 이상 6이하가 보다 바람직하다. 또한, 프리폴리머의 분자량은 5000 이상 18000 이하가 보다 바람직하다.
청구항 3에 기재된 발명은 청구항 1 또는 2의 발명에 있어서, 상기 가교제로서 아크릴아미드, 아크릴산, 디메틸아크릴아미드, 또는 메타크릴산을 사용하는 것 을 특징으로 한다. 청구항 3에 기재된 가교제는 본 발명의 가교제로서 최적인 것을 나타내고 있고, 이러한 모노머는 반응성이 풍부하고, 고분자 모제와 엉겨서 저농도에서 고정화가 가능하게 된다.
청구항 4에 기재된 발명은 청구항 1~3 중 어느 하나의 발명에 있어서, 상기 미생물로서 활성오니를 고정화하는 것을 특징으로 한다. 이와 같이 활성오니를 저농도로 고정화함으로써, 재료를 소량으로 할 수 있는 동시에 비중을 저감할 수 있으며, 미생물의 서식영역을 확대할 수 있다. 이로써 고활성이고 유동성이 좋은 고정화 미생물을 제공할 수 있다.
청구항 5에 기재된 발명은 청구항 1~4 중 어느 하나의 제조방법으로 제조되는 고정화미생물인 것을 특징으로 한다.
청구항 6에 기재된 발명은 제5항에 기재된 고정화미생물을 이용하여 생물반응을 수행하는 반응용기를 구비한 것을 특징으로 하는 반응장치에 관한 것이다.
청구항 7에 기재된 발명은 청구항 6의 발명에 있어서, 상기 반응용기의 내부에 상기 고정화미생물을 유동시키는 유동부를 갖고, 상기 유동부와 상기 유동부의 외부를 상기 고정화미생물이 이동하는 것을 특징으로 한다. 상술한 제조방법은 비중이 1.01 이하로 매우 작은 고정화미생물을 제조하는 것이 가능하므로, 담체를 유동부와 그 외부간을 부드럽게 이동시킬 수 있다. 따라서, 반응용기내에 있어서의 생물처리의 처리성능을 높일 수 있다.
청구항 8에 기재된 발명은 청구항 7의 발명에 있어서, 상기 유동부가 폭기공기, 또는 무산소가스 또는 반응에서 생성되는 질소가스를 사용하고 상기 고정화미 생물을 유동시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 관한 고정화미생물의 제조방법에 의하면, 최적 분자량의 프리폴리머나 가교제를 사용하거나, 또는 프리폴리머나 가교제를 적절한 함량비로 중합하게 함으로써, 재료 농도가 극히 적은 농도로 미생물을 고정화할 수 있다. 따라서, 재료를 적게할 수 있고, 고활성이며 유동성이 좋은 고정화미생물을 제공할 수 있다.
이하, 첨부도면에 따라 본 발명에 관한 고정화 미생물의 제조방법의 바람직한 실시형태를 설명한다. 우선, 본발명을 이루는 근거가 된 시험결과에 대해 설명한다.
(시험 1)
모제로서 폴리에틸렌글리콜디아크릴레이트 분자량 3000~24000을 사용하고, 가교제로서 아크릴아미드를 사용하였다. 그리고 모제, 가교제, 미생물 등을 혼합하고, 모제와 가교제의 합계 농도가 3%가 되도록 현탁액을 제조한 후 그 현탁액을 중합 겔화하고, 3mm 각형담체로 성형하여 고정화미생물 담체를 제조하였다. 고정화제의 조성을 표1에 나타내었다.
모제와 가교제의 농도비의 검토에 사용한 고정화미생물의 조성
성분 조성비율
폴리에틸렌글리콜디아크릴레이트 분자량 2000~24000의 각종 0.3~2.85부
가교제, 아크릴아미드 0.15~2.7부
4%활성오니현탁액 50부
물 27부
중합촉진제, 5% 아민 10부
중합개시제, 2.5% 과황산칼륨 10부
표 1의 조성으로 모제와 가교제와의 농도비를 변화시켜가면서 담체를 제조하고, 제조후의 압축강도를 측정하여 모제의 분자량과의 관계를 검토하였다. 그 결과를 도 1에 도시하였다.
도 1로부터 알 수 있듯이, 모제의 분자량이 5000 미만이 되면 담체의 강도가 저하하기 시작하고, 3500 미만이 되면 담체의 강도가 크게 저하한다. 이는 분자량이 작아질 수록 담체의 강도가 저하하기 때문에 분자량이 3500 미만이 되면 담체의 강도가 현저하게 저하된다고 사료된다.
모제의 분자량이 18000을 초과하는 경우에도 담체의 강도가 저하하기 시작하고, 분자량이 20000을 초과하면 담체의 강도가 현저히 저하한다. 이는 모제의 분자량이 20000을 초과하면 중합하기 어려워지기 때문으로 사료된다. 따라서, 모제의 분자량은 3500 이상 20000 이하가 바람직하고, 5000 이상 18000 이하가 보다 바람직하다.
또한 도 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 모제와 가교제의 농도비가 0.5 이상 10 이하가 좋고, 그 범위를 벗어나게 되면 담체 강도가 급격히 저하한다. 따라서, 모제와 가교제의 비는 0.5 이상 10 이하가 바람직하고, 0.5 이상 6 이하가 보다 바람직하다고 사료된다.
또한, 시험1에 사용한 종류의 모제를 단독으로(즉 가교제 없이) 중합 사용하면, 분자량 8000 이상에서는 중합되지 않는다. 또한 분자량 8000 미만의 경우에는 함량 8% 이상에서 중합겔화가 되지만, 시험 1과 같이 3% 정도에는 중합되지 않으며 겔화되지 않는다.
(시험 2)
다음으로 가교제의 분자량에 관하여 검토하였다. 시험 1과 동일하게 모제로서는 폴리에틸렌글리콜디아크릴레이트 분자량 3000~24000을 사용하였다. 모제와 가교제의 농도비를 4로 하고, 가교제의 분자량을 변화시켜 검토하였다. 가교제는 에틸렌글리콜아크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜아크릴레이트, 아크릴아미드를 사용하여 분자량을 변화시켰다. 모제와 가교제의 합계농도는 3%로 하여 검토하였다. 검토에 사용한 고정화제의 조성을 표 2에 나타내었다.
가교제의 분자량의 검토에 사용한 고정화미생물의 조성
성분 조성비율
폴리에틸렌글리콜디아크릴레이트 분자량 3500~20000의 각종 2.4부
가교제, 각종 분자량 재료 0.6부
4%활성오니현탁액 50부
물 27부
중합촉진제, 5% 아민 10부
중합개시제, 2.5% 과황산칼륨 10부
표 2의 조성으로 모제와 가교제의 합계농도를 3%로 하여 중합겔화하고, 3mm 각형담체로 성형하여 압축강도를 측정하였다. 측정한 압축강도와 가교제의 분자량과의 관계를 도2에 도시하였다. 도2로부터 알 수 있듯이, 모제의 분자량에 대응한 가교제의 최적 분자량이 존재한다. 즉, 담체의 강도가 크게 되는 가교제의 분자량의 범위가 존재한다. 표 3에는 모제의 각 분자량에서의 최적 가교제 분자량을 나타내었다. 또한 그 결과로부터 얻어지는 모제분자량과 가교제분자량의 최적 범위를 도 3에 도시하였다.
모제의 각분자량에서의 최적 가교제 분자량
모제의 분자량 가교제의 분자량
3500 71~150
6000 71~300
8000 71~400
10000 71~500
15000 71~800
20000 71~900
표 3이나 도 3으로부터 알 수 있듯이, 담체가 강도를 나타내기 위해서는 가교제의 분자량을 71 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한 가교제의 분자량은 모제의 분자량에 대한 비가 0.045 이하로 하는 것이 바람직하다. 모제 분자량이나 가교제 분자량을 이와 같이 최적 범위내로 함으로써, 담체의 강도를 향상시킬 수 있다.
(시험 3)
시험 1, 2에서 얻은 최적 조건으로 하여 재료 농도의 최적치를 검토하였다. 모제로서는 폴리에틸렌글리콜디아크릴레이트 분자량 3500~20000을 사용하였다. 가교제로서는 아크릴아미드를 사용하였다. 모제와 가교제의 농도비를 4로 하고, 합계농도 0.5~10%를 파라미터로 하여 각각의 고정화미생물을 제조하고, 압축강도를 측정하였다. 검토에 사용한 고정화제의 조성을 표 4에 나타내었다.
재료농도의 검토에 사용한 고정화 미생물의 조성
성분 조성비율
폴리에틸렌글리콜디아크릴레이트 분자량 2000~20000의 각종 0.4~8부
가교제, 아크릴아미드 0.1~2부
4%활성오니현탁액 50부
물 29.5~20부
중합촉진제, 5% 아민 10부
중합개시제, 2.5% 과황산칼륨 10부
또한, 측정한 압축강도와 고정화재료의 합계농도와의 관계를 도 4에 도시하였다. 또한 상기 그림에 종래법으로서 폴리에틸렌글리콜디아크릴레이트의 분자량 2000, 10000을 사용하여 고정화한 고정화미생물의 압축강도도 나타내었다. 이 종래법의 조성을 표 5에 나타내었다.
종래법에 의한 고정화 미생물의 조성
성분 조성비율
폴리에틸렌글리콜디아크릴레이트 분자량 2000, 10000의 각종 6~20부
4%활성오니현탁액 50부
물 24~10부
중합촉진제, 5% 아민 10부
중합개시제, 2.5% 과황산칼륨 10부
도 4로부터 알 수 있듯이, 종래 방법은 고정화 재료의 농도가 10% 이상이 되지 않으면 충분한 강도를 얻을 수 없고, 특히 7% 이하에서는 전혀 강도를 나타내지 않는다. 이는 종래 방법은 고분자 재료로만 되어있기 때문에 중합하기 어렵고, 중합이 안정하지 않기 때문으로 사료된다.
이에 반하여 본 발명의 방법에서는 저농도에서도 충분한 압축강도를 얻을 수 있으며, 압축강도가 얻어지는 농도범위로서는 1% 이상 7% 이하가 바람직하고, 2% 이상 6% 이하가 보다 바람직하며, 3% 이상 4% 이하가 더욱 바람직함을 알 수 있다. 이는 본 발명의 방법에서는 저분자의 가교제가 들어있기 때문에 저재료 농도에서도 프리폴리머의 반응기가 연쇄 중합되어 겔강도를 향상시킬 수 있기 때문이다.
여기에서, 고정화하는 미생물로서는 순수 균주, 순수한 효모 등의 진핵 생물, 원핵 생물, 활성 오니 등의 혼합 미생물이 이용될 수 있고, 그 총균수가 105개/ml 이상으로 고정화하는 것이 바람직하다. 담체 내부의 미생물수가 106개/ml 이상이 되면 활성이 발현된다. 따라서, 105개/ml 이상으로 고정화함으로써, 담체 내부에는 106개/ml 이상으로 증식되고, 활성이 단기간에 발현된다.
고정화된 미생물의 일례를 개시한다.
폐수처리에서는 (1) 활성 오니, 질화세균균, 탈질세균군, 혐기성 암모니아산화세균 등의 복합 미생물 (2) 아오코(담수조)분해균, PCB 분해균, 다이옥신 분해균, 환경호르몬 분해균 등의 순수 미생물 등이 있다.
발효 공업에서는 (1) 아미노산 발효세균, (2) 알콜 발효 미생물, (3) 유기산 발효균 (4) 에스테르 교환효소 생산균 등이 있다.
도 5에 고정화재료의 합계농도와 질화 속도의 관계를 도시하였다. 도 5로부터 알 수 있듯이, 고정화 재료 농도를 낮추면 활성이 향상된다. 이는 고정화농도가 저하됨으로써 생물의 번식 공간이 넓어지기 때문이다. 따라서, 고정화 재료의 합계 농도를 낮춤으로써, 활성을 향상시킬 수 있음을 알 수 있다. 이러한 경향은 후술하는 실시예의 미생물이나 그 외의 미생물에 있어서도 발견할 수 있다.
또한 고정화 미생물의 형상은 구상이나 통상 등의 담체, 끈 모양의 재료, 겔상 담체, 부직포상 재료 등의 요철이 많은 형상으로 성형하는 것이 좋다. 또한 담체로서는 1~5mm 각형이나 구상 담체를 사용하는 것이 좋다.
이상의 검토 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 분자량 3500 이상 20000 이하의 프리폴리머와 가교제를 프리폴리머 함량/가교제함량의 비가 0.5 이상 10 이하가 되도록 미생물을 혼합함으로써 상기 프리폴리머와 상기 가교제의 합계농도가 1~7% 이하의 현탁액을 만들고, 해당 현탁액을 중합하여 고정화미생물 담체를 제조함으로써, 재료 농도가 1~7%로 극히 낮은 농도로의 고정화가 가능하다. 또한 가교제의 분자량이 71 이상, 또한 프리폴리머 분자량의 0.045 이하로 함으로써, 담체의 강도를 향상시킬 수 있다. 이에 의하여 적은 재료로 고활성이면서 유동성이 좋은 고정화 미생물을 제공할 수 있다.
이하 상술한 제조방법으로 고정화 미생물을 제조하는 제조 라인의 실시 형태에 대하여 설명한다. 도 6은 각형의 담체를 제조하는 제조라인을 보이는 구성도이고, 도 7은 구형의 담체를 제조하는 제조라인의 구성도이다.
도 6에 도시한 제조라인(100)은 프리폴리머 원료조(101), 가교제 원료조(102)를 갖고, 그 프리폴리머 원료조(101)와 가교제 원료조(102)로부터 원료조정안정화조(103)에 원료가 공급된다. 그 후, 원료 원료 조정안정화조 (103)에서 원료가 혼합되고, 프리폴리머와 가교제가 엉겨서 안정화한다. 이 안정화 조작에 의하여 중합후의 담체 강도가 향상된다. 이 안정화는 12~24시간이 필요하다. 이 액에 중합촉진제조(104)로부터 중합촉진제가 공급된다. 중합촉진제가 공급된 혼합액은 원료조정 안정화조(103)에서 송출되고, 이 혼합액에 활성 오니조(105)의 활성 오니가 공급되고, 또한 중합개시제조(106)의 중합개시제가 공급된 후, 라인믹서(107)로 보내진다. 그후, 라인믹서(107)에서 혼합된 후, 중합 성형부(108)로 공급되고, 중합 성형부(108)에서 중합된 고정화미생물의 재단이 행해지며, 각형의 담체가 성형된다. 성형된 고정화 미생물은 고정화 미생물 보관 컨테이너(109)로 보내어져 보관된다.
이러한 제조라인에서 상기와 같이 제조하면, 적은 재로로 고활성이며 유동성이 좋은 고정화 미생물을 제조할 수 있다. 또한, 활성 오니중의 미생물의 활성 유지를 위하여 원료조정 안정화조(103) 중의 원료액과 활성 오니와의 접촉시간은 가능한 한 짧은 것이 좋다.
한편, 도 7에 도시한 제조 라인(110)은 알긴산 소다조(111)을 갖고, 원료조정 안정화조(103)에서 온 혼합액에 알긴산소다를 공급하게 되어 있다. 공급한 알긴산 소다는 혼합액중 농도가 0.1~0.5%로 되도록 공급하는 것이 바람직하다. 알긴산 소다가 공급된 혼합액은 중합개시제가 공급된 후, 라인믹서(107)에 의하여 혼합된다. 라인믹서(107)의 다음 단계에는 적하중합성형부(112)가 설치되어 있고, 혼합액을 염화칼슘용액에 적하하여 구형의 담체를 제조하게 되어 있다. 염화칼슘 용액의 농도는 0.5~5%가 바람직하고, 칼슘 이외 알루미늄 등을 사용하여도 좋다.
상술한 제조방법으로 제조한 고정화 미생물은 생물 반응을 하는 반응용기를 구비한 반응장치에 사용한다. 이하 반응장치의 예로서, 폐수처리장치나 알콜발효장치를 설명한다.
도 8은 폐수처리장치의 제1 실시형태를 도시한 구성도이다. 상기 도에 도시한 폐수처리장치(10)는 처리조(12)를 갖고, 그 처리조(12)에 원수도입관(14)이 접속한다. 유기물을 함유하는 폐수는 그 원수도입관(14)으로 도입되고, 처리조(12)에 저류된다. 처리조(12)의 내부에는 폭기장치의 산기관(16)이 설치되어 있고, 그 산기관(16)으로부터 공기가 분출된다. 또한, 처리조(12)의 내부에는 상술한 방법으로 제조한 고정화 미생물 담체(이하 '담체'라 함; 22)가 투입되어 있다. 담체(22)가 폐수와 접촉함으로써, 담체(22) 내부의 세균이 유기물을 분해하고, 폐수가 정화된다. 정화된 처리수는 담체분리망(스크린; 18)로 담체(22)와 분리되고, 유출관(20)으로 유출된다.
여기에서, 본 발명의 방법으로 제조된 담체(22)는 상술한 바와 같이, 재료 농도가 1~7%로 대단히 낮기 때문에, 미생물의 보유량이 크고, 담체활성이 높다. 따라서, 이 담체(22)를 사용한 폐수처리장치(10)은 높은 처리성능을 얻을 수 있다. 또한 담체(22)는 비중이 작고, 유동성이 좋기 때문에, 폭기공기에 의하여 처리조(12)내부를 부드럽게 선회한다. 따라서, 처리조(12)내에 침전하거나, 체류역을 형성할 염려가 없고, 안정한 처리성능을 유지할 수 있다.
도 9는 폐수처리장치의 제2 실시형태를 도시한 구성도이다. 상기 도에 도시한 폐수처리장치(30)은 처리조(32)의 저면이 편측의 측면으로 향하여 경사져 있고, 그 최하부에 산기관(16)이 설치되어 있다. 또한 처리조(32)에는 유출관(20)과의 접속부에 구획판(34)이 설치되어 그 구획판(34)에 의하여 처리조(32)의 내부가 하부를 제외하게 구획되어 있다. 또한, 상술한 제1 실시형태와 동일한 기능을 가진 부재에 대해서는 동일부호를 매기고, 그 설명은 생략한다.
상기와 같이 구성된 폐수처리장치(30)은 담체(22)가 산기관(16)의 폭기공기와 같이 상승하고, 구획판(34) 부근에서 하강하여 처리조(32)의 저면을 따라 산기관(16)측에 유동하며, 재차 폭기공기와 같이 상승하여, 처리조(32)내부로 선회한다. 즉, 담체(22)는 편측 폭기의 선회류에 의하여 유동한다. 이러한 폐수처리장치(30)는 담체(22)가 처리조(32)내를 확실하게 유동하는 것(즉 담체 22의 유동성)이 특히 중요하게 된다. 본 실시형태의 담체(22)는 전술한 바와 같이 고정화 재료의 합계농도가 1~7%로 작고, 비중을 대단히 작게할 수 있다. 구체적으로 담체(22)의 비중을 1.005~1.01로 적게할 수 있다. 따라서, 본 발명의 담체(22)를 폐수처리장치(30)에 사용하면 담체(22)의 유동성이 극히 좋으므로 높은 처리성능을 얻을 수 있다.
도 10은 폐수처리장치의 제3 실시형태를 도시한 구성도이다. 상기 도에 도시한 폐수처리장치(40)은 처리조(42)의 바닥면이 중앙으로 향하게 양측에서 경사져 있고, 그 중앙의 최하부에 산기관(16)이 설치되어 있다. 또한, 처리조(42)의 중앙부에는 그 주위와의 구획판(44)이 설치되어 있고, 이 구획판(44)은 처리조(42)의 상부와 하부를 제외하게 구획되어 있다. 처리조(42)의 양측면에는 유출관(20)이 접속되어 있고, 각 유출관(20)의 근방에는 구획판(46)이 설치되어 처리조(42)의 상부가 구획되어 있다.
상기와 같이 구성된 폐수처리장치(40)은 담체(22)가 구획판(44)의 내측을 폭기공기와 같이 상승한 후에, 그 구획판(44)의 외측을 하강하여 처리조(42)의 저면을 따라 이동하고, 재차 폭기공기와 같이 상승하여, 처리조(42)내를 선회한다. 이러한 폐수처리장치(40)에 있어서도 담체(22)의 유동성이 매우 중요하다. 따라서, 본 발명의 담체(22)를 사용하면, 담체(22)의 비중이 1.005~1.01로 작아서 유동성이 극히 좋으므로 처리성능을 대폭 향상시킬 수 있다.
도 11은 폐수처리장치의 제4의 실시형태를 조시한 구성도이다. 상기 도에 도시한 폐수처리장치(50)는 원수도입관(14)이 처리조(52)의 하단에 접속되어 있고, 유출관(20)이 처리조(52)의 상부 측면에 접속된다. 또한, 처리조(52)의 내부에는 처리조(52)의 내부를 상하로 나누는 스크린(54)이 설치되어 있어, 스크린(54)간에 담체(22)가 충진되어 있다.
상기와 같이 구성되어 있는 폐수처리장치(50)은 원수도입관(14)에서 도입된 폐수가 처리조(52)의 내부에 상향류를 형성하고, 충진부의 담체(22)와 접촉하여 생물처리하고 정화한다. 그리고, 정화된 물은 유출관(20)으로 유출된다. 이러한 폐수처리장치(50)에 있어서도, 본 발명 담체(22)를 사용하면 담체(22)의 재료농도가 1~7%로 매우 작아 담체(22)내의 미생물이 증식하기 쉽고 활성이 크므로, 높은 처리성능을 얻을 수 있다.
도 12는 제5 실시형태의 폐수처리장치를 도시한 구성도이다. 상기 도에 도시한 폐수처리장치(60)은 혐기성반응의 폐수처리를 실시하는 장치이다. 처리조(62)의 저면이 중앙으로 향하게 양측에서 경사져 있고, 그 중앙의 최하부에 산기관(16)이 설치되어 있다. 산기관(16)에서는 무산소가스가 분출되고, 분출된 무산소 가스는 처리조(62)의 상부에 접속한 가스 배관(68)으로 회수된다. 그 후, 가스배관(68)에 설치된 펌프(69)를 구동함으로써 처리조(62)에 반복하여 보내져서 순환이용된다. 또한 처리조(62)의 중앙부에는 그 주변과의 구획판(64)가 설치되어 있고, 처리조(62)의 양측면의 근방에는 구획판(66)이 설치되어 있다.
상기와 같이 구성된 폐수처리장치(60)은 산기관(16)에서 무산소가스가 공급되기 때문에, 처리조(62)의 내부는 혐기조건하로 보존된다. 따라서 담체(22)내에는 혐기성 미생물이 증식하고, 그 혐기성 미생물에 의한 혐기성처리가 행해진다. 이러한 폐수처리장치(60)에 있어서도, 본 발명의 담체(22)를 사용하면, 담체(22)의 재료농도가 1~7%로 매우 작아 담체(22)내의 미생물이 증식하기 쉽고 활성이 크므로 높은 처리성능을 얻을 수 있다. 또한 담체(22)의 비중을 1.005~1.01로 작게 할 수 있으므로, 소량의 가스공급에 의한 에어리프트(air lift)효과로 담체(22)를 유동시킬수 있다.
도 13은 고정화미생물을 사용한 알콜발효장치를 도시한 구성도이다. 상기도에 도시한 알콜발효장치(70)은 발효조(72)를 갖고, 그 발효조(72)에 원수도입관(14)이 접속된다. 원수도입관(14)으로 배양액(발효원료)가 유입되고, 그 배양액은 발효조(72)내에 저류된다. 발효조(72)내부에는 교반기의 교반날개(74)가 설치되어 있고, 이 교반날개(74)를 회전시켜 발효조(72)내를 교반하게 되어 있다. 또한 발효조(72)의 저부에는 산기관(16)이 설치되어 있고, 필요한 경우에는 공기를 폭기할 수 있도록 되어 있다. 또한 발효조(72)내부에는 본 발명의 방법으로 제조된 담체(22)가 투입되어 있다. 따라서 발효조(72)의 내부에는 담체(22)와 배양액이 접촉하여 담체(22)내의 미생물이 배양액의 기질을 자화 또는 동화하여, 발효생산물을 생성한다. 발효생산물은 담체분리망(스크린; 18)으로 담체(22)와 분리되고, 유출관(20)에서 유출된다. 또한 본 장치는 연속식이나 회분식의 발효장치이여도 좋다.
상기와 같이 구성된 알콜발효장치(70)에 있어서도 상술한 담체(22)를 사용하면 담체(22)의 비중이 1.005~1.01이고, 소량의 가스공급이나 교반으로 담체(22)가 유동하여 담체(22)와 기질과의 접촉효율이 좋고 반응성이 높다.
도 14는 본 발명의 고정화 미생물을 사용하는데 적합한 처리장치의 구성도이다. 상기 도에 도시된 처리장치(80)는 혐기성 암모니아 산화조(82)와 질화조(84)를 갖고, 혐기성 암모니아산화조(82)에는 원수도입관(88)이 접속되고, 암모니아와 아질산을 함유하는 폐수가 혐기성 암모니아산화조(82)에 도입된다. 혐기성 암모니아산화조(82)의 내부에는 끈 모양의 고정화미생물 담체가 충진되어 있다. 폐수 중의 기질은 끈 모양의 담체와 접촉하여 담체내의 혐기성 암모니아산화세균의 활동으로 암모니아와 아질산이 동시에 탈질된다. 이 혐기성 암모니아산화조(82)의 처리수는 질화조(84)에 유입되고, 잔존하는 암모니아는 질화조(84)에서 산화된다. 처리수는 침전지(86)에서 부유물질이 고액분리되고, 상등액이 유출부(90)로 유출된다. 또한 침전지(88)에서 침강분리된 활성 오니의 일부는 오니반송관(92)에 의하여 혐기성 암모니아 산화조(82)로 반송된다.
상기와 같이 구성된 처리장치(80)에 있어서도 본발명을 이용하여 제조된 고정화미생물을 이용함으로써 처리성능을 향상시킬 수 있다.
이하 본 발명에 사용한 고정화재료의 모제 프리폴리머와 가교제의 구체예에 대하여 설명한다.
(모노메타크릴레이트류)
폴리에틸렌글리콜모노메타크릴레이트, 폴리프로필렌글리콜모노메타크릴레이트, 메톡시디에틸렌글리콜메타크릴레이트, 메톡시폴리에틸렌글리콜메타크릴레이트, 메타크릴로일옥시에틸하이드로디엔프탈레이트, 메타크릴로일옥시에틸하이드로디엔석시네이트, 3-클로로-2-히드록시프로필메타크릴레이트, 스테아릴메타크릴레이트, 2-히드록시메타크릴레이트, 에틸메타크릴레이트.
(모노아크릴레이트류)
2-히드록시에틸아크릴레이트, 2-히드록시프로필아크릴레이트, 이소부틸아크릴레이트, t-부틸아크릴레이트, 이소옥틸아크릴레이트, 라우릴아크릴레이트, 스테아릴아크릴레이트, 이소보닐아크릴레이트, 시클로헥실아크릴레이트, 메톡시트리에틸렌글리콜아크릴레이트, 2-에톡시에틸아크릴레이트, 테트라히드로프레프릴아크릴레이트(tetrahydro furfuryl acrylate), 페녹시에틸아크릴레이트, 노닐페녹시폴리에틸렌글리콜아크릴레이트, 노닐페녹시폴리프로필렌글리콜아크릴레이트, 실리콘변성아크릴레이트, 폴리프로필렌글리콜모노아크릴레이트, 페녹시디에틸렌글리콜아크릴레이트, 페녹시폴리에틸렌글리콜아크릴레이트, 메톡시폴리에틸렌글리콜아크릴레이트, 라우릴아크릴레이트 등이다.
(디메타크릴레이트류)
1,3-부틸렌글리콜디메타크릴레이트, 1,4 부탄디올디메타크릴레이트, 에틸렌글리콜디메타크릴레이트, 디에틸렌글리콜디메타크릴레이트, 트리에틸렌글리콜디메타크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜디메타크릴레이트, 부틸렌글리콜디메타크릴레이트, 헥산디올디메타크릴레이트, 네오펜틸글리콜디메타크릴레이트, 폴리프렌글리콜디메타크릴레이트, 2-히드록시-1, 3-디메타크릴록시프로판, 2,2-비스-4-메타크릴록시에톡시페닐프로판, 3,3-비스-4-메타크릴록시디에톡시페닐프로판, 2,2-비스-4-메타크릴록시폴리에톡시페닐프로판 등이다.
(디아크릴레이트류)
에톡시화네오펜틸글리콜디아크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜디아크릴레이트, 1,6-헥산디올디아크릴레이트, 네오펜틸글리콜디아크릴레이트, 트리프로필렌글리콜디아크릴레이트, 폴리프로필렌글리콜디아크릴레이트, 2,2-비스-4-아크릴록시페톡시페닐프로판, 2-히드록시-1-아크릴록시-3-메타크릴록시프로판 등이다.
(트리메타크릴레이트류)
트리메틸롤프로판트리메타크릴레이트 등.
(트리아크릴레이트류)
트리메틸롤프로판트리아크릴레이트, 펜타에리스리톨트리아크릴레이트(pentaerythritol triacrylate), 트리메틸롤프로판 E0 부가 트리아크릴레이트, 글리세린 PO 부가 트리아크릴레이트, 에톡시화 트리메틸롤프로판트리아크릴레이트.
(테트라아크릴레이트류)
펜타에리스리톨테트라아크릴레이트, 에톡시화 펜타에리스리톨테트라아크릴레이트, 프로폭시화 펜타에리스리톨테트라아크릴레이트, 디트리메틸롤프로판테트라아크릴레이트 등
(우레탄아크릴레이트류)
우레탄아크릴레이트, 우레탄디메틸아크릴레이트, 우레탄트리메틸아크릴레이트 등
(그외)
아크릴아미드, 아크릴산, 디메틸아크릴아미드.
또한, 본 발명에서의 중합은 과황산칼륨을 사용한 라디칼중합이 최적이나, 자외선이나 전자선을 사용한 중합이나, 레독스중합하여도 좋다. 과황산칼륨을 사용한 중합에는 과황산칼륨의 첨가량을 0.001~0.25%로 하는 것이 좋고, 아민계 중합촉진제를 0.001~0.5% 첨가하면 좋다. 아민계 중합촉진제로서는 β-디메틸아미노프로피오니트릴, NNN'N'테트라메틸에틸렌디아민, 아황산소다 등이 좋다.
후술하는 실시예에 관한 효모의 계측방법을 설명한다. 효모 배양액의 사용 배지를 표 6에 나타내었다.
공급배지
성분 g/L
포도당 30
효모엑기스 3
KH2PO4 5
FeSO4·7H20 0.27
MgSO4·7H20 1.26
표 6의 배지를 사용하여, 희석평판법으로 효모를 배양하고, 콜로니를 계수하고, 효모의 개체수를 계측하였다. 포괄담체에 대해서는 호모게나이즈하여 현탁액을 상기와 같은 배지를 사용하고, 개체수를 계측하였다. 일례로서 담체중의 효모개체수의 환산방법은 이하의 식이다.
XP=XO×(VP+VW)/VP
여기에서, XP는 담체내부의 효모수(개/mL), XO는 배지에서 콜로니를 형성한 원액의 효모수(개/mL), VP는 원액 제작에 제공한 담체량(mL), VW는 원액 제작에 첨가한 살균수의 액량(mL)이다.
실시예 1
표 7의 조성으로 고정화담체를 제작하였다. 담체의 크기는 3mm각형이었다.
재료농도의 검토에 사용한 고정화 미생물의 조성
성분 조성비율
폴리에틸렌글리콜디아크릴레이트 분자량 6000 3부
가교제, 아크릴아미드 1부
4%활성오니현탁액 50부
물 26부
중합촉진제, 5% 아민 10부
중합개시제, 2.5% 과황산칼륨 10부
이 담체를 9의 처리조(32)내에 조내 담체 충진율 10%로 되도록 투입하였다. 그리고 암모니아성 질소 100~160 mg/L을 함유하고, 무기(無幾)인 기계공장폐수를 처리하였다. 체류시간은 6시간으로 하였다. 또한 종래법으로서 표 8의 고정화미생물 담체를 3종류를 작제하고, 도 9와 동일한 장치에서 동일한 폐수를 사용하여, 체류시간 6시간으로 처리하였다. 결과를 표 9에 나타내었다.
종래법에서의 고정화미생물의 조성
성분 종래법 1 종래법 2 종래법 3
폴리에틸렌글리콜디아크릴레이트 분자량 1000 10부 15부 20부
4%활성오니현탁액 50부 50부 50부
물 20부 15부 10부
중합촉진제, 5% 아민 10부 10부 10부
중합개시제, 2.5% 과황산칼륨 10부 10부 10부
실시예 1에서의 처리 성능 결과
담체내부의 질화세균수(세포수/ml) 처리수 NH4-N (mg/L) 담체의 질화속도(mg·N/h/L·담체)
본 방법 4×109~9×109 2 이하 213
종래의 방법 1 2×108~2×109 15~25 186
종래의 방법 2 5×107~1×108 22~44 162
종래의 방법 3 3×106~9×107 52~98 91.7
(담체의 질화속도는 평균치로 표시하였다.)
표 9로부터 알 수 있듯이, 본 방법은 종래의 방법 1~3과 비교하여 담체 내부의 질화세균수가 대단히 많아지게 된다. 때문에 본 발명의 방법은 질화속도가 빠르고, 처리성능이 대단히 높다. 따라서 처리수에 함유된 암모니아성 질소의 농도가 매우 작다.
실시예 2
아질산 농도 200mg/L, 암모니아 농도 250mg/L의 무기 폐수를 도 14의 장치로 처리하였다. 본 실시예에서는 이하와 같은 고정화 담체(포괄고정화 혐기성 암모니아산화세균 담체)를 작제하였다.
종오니는 암모니아와 아질산으로 집적 배양하고 얻은 탈질 속도 1.2 kg-N/㎥/일의 능력을 가진 오니로 초기 농도 8×108세포/㎤을 고정화 종균으로 하여 시험용으로 하였다. 종균을 원심분리로 회수하고, 그 균과 활성 오니를 분자량 8000의 폴리에틸렌글리콜디아크릴레이트와 분자량 2600의 폴리에틸렌글리콜모노메타크릴레이트에 현탁하고 과황산 칼륨을 첨가하여 중합하고, 균을 포괄한 겔을 얻었다. 각각의 첨가량은 다음과 같다.
혐기성 암모니아 산화세균: 4×105세포/㎤, 총균수: 3×108세포/㎤, 폴리에틸렌글리콜디아크릴레이트: 3%, 폴리에틸렌글리콜디메타크릴레이트: 2%, NNN'N'테트라메틸에틸렌디아민: 0.05%, 과황산칼륨:0.025%.
이 겔을 3mm경의 끈 모양으로 성형하고, 끈 모양의 고정화 미생물을 얻었다. 이 담체를 도 14의 혐기성 암모니아산화조(82)에 20% 충진하였다. 질화조(84)에는 같은 방식으로 활성 오니를 고정화한 끈 모양의 고정화 미생물을 얻고, 질화조에 10% 충진하였다. 각각의 조의 운전 조건은 다음과 같다.
혐기성 암모니아산화조: 체류시간 6시간으로 운전 개시하고, 3시간으로 정상운전하였다. 끈모양의 고정화 미생물 20% 충진
질화조: 체류시간 3시간, 끈 모양 고정화 미생물 20% 충진.
종래법으로서, 종오니는 암모니아와 아질산으로 집적 배양하고 얻은 탈질 속도 1.2 kg-N/㎥/일의 능력을 가진 오니로 초기 농도 8×108세포/㎤을 고정화 종균으로 하여 시험용으로 하였다. 종균을 원심분리로 회수하고, 그 균과 활성오니를 분자량 1000의 폴리에틸렌글리콜디아클릴레이트에 현탁하고 과황산 칼륨을 첨가하여 중합하고, 균을 포괄한 겔을 얻었다. 각각의 첨가량은 다음과 같다.
혐기성 암모니아 산화세균: 4×105세포/㎤, 총균수: 3×108세포/㎤, 폴리에틸렌글리콜디아크릴레이트: 15%, NNN'N'테트라메틸에틸렌디아민: 0.5%, 과황산칼륨: 0.25.
이 겔을 3mm 경의 끈 모양으로 성형하고, 끈 모양의 고정화 미생물을 얻었다. 그리고 이 담체를 상기와 동일한 방식으로 도 14의 혐기성 암모니아 산화조(82)에 20% 충진하였다. 질화조(84)에는 같은 방식으로 활성 오니를 고정화한 끈 모양의 고정화 미생물을 얻고, 질화조에 10% 충진하였다. 이 장치에서 상기와 동일한 운전 조건으로 처리운전한 것을 종래법으로 하였다. 처리결과를 표 10에 나타내었다.
실시예 2에서의 처리성능 결과
혐기성 암마노아산화조의 끈모양 고정화미생물 중의 혐기성 암모니아산화세균(세포/㎤) 최종처리수 전질소농도(mg/L) 끈모양 담체의 압축강도(㎏/㎠)
본 방법 6×108~6×109 30 이하 1.8
종래의 방법 1 2×106~3×107 150~250 1.6
표 10에서 알 수 있는 바와 같이, 본 방법은 종래의 방법보다 혐기성 암모니아산화농도가 크게 된다. 본 발명의 고정화 미생물은 고정화제 농도가 낮으므로, 균의 생식 공간이 커져 균 보유량이 높아지게 되기때문이다. 따라서, 본법은 종래법보다도 수질이 높은 처리수를 얻을 수 있다. 또한 본 방법은 가교제를 이용하기 때문에 충분한 압축강도가 얻어진다.
실시예 3
고정화 미생물을 알콜발효에 사용한 예를 개시한다. 알콜발효용 효모는 Saccharomyces cerevisiae OC2 를 사용하였다. 이 효모를 분자량 12000의 펜타에리스리톨테트라아크릴레이트와 디메틸아크릴아미드의 혼합액에 현탁하고, NNN'N'테트라메틸에틸렌디아민과 과황산칼륨을 첨가하여 중합하고, 균을 포괄한 겔을 얻었다. 각 첨가량은 다음과 같다.
효모: 2×107세포/㎤, 펜타에리스리톨테트라아크릴레이트: 2%, 디메틸아크릴아미드: 2%, NNN'N'테트라메틸에틸렌디아민: 0.05%, 과황산칼륨:0.025%.
이 겔을 3mm 각형의 담체로 성형하고, 고정화 미생물을 얻었다. 그리고 이 담체를 도 13의 발효조(72)에 투입하고 표 11의 배지에 배양하였다. 당초 3일간은 회분 배양을 2vvm으로 통기하여 효모를 증식시켰다. 그 후 통기를 중지하고, 60rpm으로 교반하면서 배지를 연속 투입하여 배양하였다. 체류시간 8시간부터 서서히 체류시간을 단축하며, 체류시간 3시간에서의 운전을 정상 상태로 하고, 그 때의 수율을 구하였다. 효모의 개체수는 전술한 바와 같이 표 6의 배지에 희석평판하고 배양후 콜로니를 계수하여 계측하였다.
연속발효용의 공급배지
성분 g/L
포도당 5
효모엑기스 1
KH2PO4 5
FeSO4·7H20 0.27
MgSO4·7H20 1.26
이상 상술한 것을 본 방법 A로 하였다. 동일하게 가교제로서 아크릴산을 사용한 것을 본 방법 B로 하였다. 동일한 방법으로 가교제로 메타크릴산을 사용한 것을 본 방법 C로 하였다. 이들 가교제의 농도는 먼저와 동일하게 2%로 하였다.
또한 종래법으로서 하기 조성으로 고정화한 3mm 각형의 고정화미생물을 제작하고, 동일 조건에서 배양하여 검토하였다. 알콜발효용 효모는 Saccharomyces cerevisiae OC2 를 사용하고, 이 효모를 분자량 1000의 폴리에틸렌글리콜아크릴레이트와 아크릴아미드의 혼합액에 현탁하고, NNN'N'테트라메틸에틸렌디아민과 과황산칼륨을 첨가하여 중합하고, 균을 포괄한 종래의 방법으로의 겔을 얻었다. 각 첨가량은 다음과 같다.
효모: 2×107세포/㎤, 폴리에틸렌글리콜아크릴레이트: 16%, 아크릴아미드: 2%, NNN'N'테트라메틸에틸렌디아민: 0.05%, 과황산칼륨:0.025%. 발효시험결과를 표 12에 나타내었다.
실시예 3에서의 연속발효시험 결과
고정화미생물중의 효모의 개체수(세포/㎤) 에탄올의 수율(%) 담체의 압축강도(㎏/㎠)
본 방법 A 9×108~6×109 89~90 3.2
본 방법 B 1×109~7×109 88~90 3.4
본 방법 C 9×108~7×109 89~91 3.6
종래의 방법 8×107~3×108 15~20 2.8
표 12에서 알 수 있는 바와 같이, 본 방법 A, B, C는 종래의 방법보다 효모의 개체수가 많아지게 된다. 이는 본 방법쪽이 겔 농도가 낮기 때문에 효모의 증식율이 좋고 높은 에탄올 수율을 얻을 수 있다. 또한 본 방법 A, B, C는 겔 강도가 높고 담체물성이 안정하다. 때문에 6개월 운전한 경우에도 활성과 물성의 변화가 없었다. 이에 반하여 종래의 방법은 강도가 약하여 5개월 후에는 담체의 마모가 관찰되었다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면 재료 농도를 7% 이하의 저농도로 중합함으로써, 재료농도를 저하할 수 있고, 고활성이며 유동성이 좋은 고정화미생물을 제공할 수 있으며, 본 발명의 제조방법으로 제조한 고정화미생물은 본 발명의 고정화 미생물을 사용한 폐수처리장치 등에서 담체로서 투입되어 고효율로 각종 생물 처리에 이용될 수 있다.

Claims (8)

  1. 분자량 3500 이상 20000 이하의 프리폴리머(prepolymer)와 분자량이 71 이상이고 또한 상기 프리폴리머 분자량에 대한 비가 0.045 이하인 가교제와 미생물을 혼합함으로써, 상기 프리폴리머와 상기 가교제의 합계 농도가 1% 이상 7% 이하의 현탁액을 만들고, 상기 현탁액을 중합하여 폴리머 내부에 미생물을 포괄고정화한 고정화미생물을 제조하는 것을 특징으로 하는 고정화미생물의 제조방법.
  2. 분자량 3500이상 20000이하의 프리폴리머(prepolymer)와 가교제를 프리폴리머 함량/가교제 함량의 비가 0.5 이상 10 이하가 되도록 미생물을 혼합하고, 상기 프리폴리머와 상기 가교제의 합계농도가 1% 이상 7% 이하의 현탁액을 만들고, 상기 현탁액을 중합하여 폴리머 내부에 미생물을 포괄고정화한 고정화미생물을 제조하는 것을 특징으로 하는 고정화미생물의 제조방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 가교제로서 아크릴아미드, 아크릴산, 디메틸아크릴아미드, 또는 메타크릴산을 사용하는 것을 특징으로 하는 고정화미생물의 제조방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 미생물로서 활성오니를 고정화하는 것을 특징으로 하는 고정화미생물의 제조방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 제조방법으로 제조된 것을 특징으로 하는 고정화미생물.
  6. 제5항의 고정화미생물을 이용하여 생물반응을 하는 반응용기를 구비한 것을 특징으로 하는 반응장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 반응용기의 내부에는 상기 고정화미생물을 유동시키는 유동부를 갖고, 상기 유동부와 상기 유동부의 외부를 상기 고정화미생물이 이동하는 것을 특징으로 하는 반응장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 유동부가 폭기공기, 또는 무산소가스 또는 반응에서 생성되는 질소가스를 사용하고 상기 고정화미생물을 유동시키는 것을 특징으로 하 는 반응장치.
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