KR20120105705A - Method for production of microalgae containing high content of lipid using pretreatment of wastewater - Google Patents
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본 발명은 폐수 전처리를 이용한 고지질 함유 미세조류의 생산 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 폐수처리시설에서 수집된 폐수를 전처리하는 단계, 상기 전처리된 폐수를 배지로 하여 미세조류(microalgae)를 배양하는 단계 및 상기 배양된 미세조류의 지질을 분석하는 단계를 포함하는 지질 함량이 증진된 미세조류의 생산 방법, 상기 방법에 의해 생산된 지질 함량이 증진된 미세조류, 상기지질 함량이 증진된 미세조류로부터 얻어지는 바이오연료 및 폐수처리시설에서 수집된 폐수를 전처리하는 단계 및 상기 전처리된 폐수를 배지로 하여 미세조류(microalgae)를 배양하는 단계를 포함하는 미세조류의 생산량 증진 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing high lipid-containing microalgae using wastewater pretreatment, and more particularly, pretreatment of wastewater collected in a wastewater treatment facility, and culturing microalgae using the pretreated wastewater as a medium. Method for producing a lipid-enhanced microalgae comprising the steps of and analyzing the lipids of the cultured microalgae, microalgae with enhanced lipid content produced by the method, microalgae with enhanced lipid content The present invention relates to a method for improving the production of microalgae, comprising the steps of pretreatment of wastewater collected from a biofuel and wastewater treatment plant, and culturing microalgae using the pretreated wastewater as a medium.
오염물질을 배출시키고 온실효과를 야기하는 에너지 자원인 화석 연료는 점차 고갈되고 있다. 따라서, 현대 사회를 지탱하기 위해 지속가능하고 환경친화적인 에너지원을 개발하는 것은 필수적이다. 전도유망한 에너지원 중 하나는 광합성 생물체로부터 생성된 바이오메탄, 바이오에탄올, 바이오부탄올 및 바이오디젤을 포함하는 바이오에너지이며, 이는 석유 유래 디젤에 비해 몇몇 장점이 있다. 그것은 바이오에너지가 재생가능하고 생분해가 가능하며 독성이 적고, 황 및 방향족 화합물이 없는 에너지라는 것이다. 미세조류의 생장은 다른 광합성 식물보다 훨씬 더 빠른데, 이는 단위면적당 높은 생산성을 나타낸다. 미세조류는 일반적으로 24시간 이내에 그들의 바이오매스를 2배로 늘일 수 있으며, 미세조류의 오일 함량은 바이오매스의 건중량 당 30~80% 이상을 나타낸다(Chisti, 2007, Biotechnol. Adv. 25, 294-306). 상기 사실은 상업화를 위한 바이오에너지의 개발에서 강한 원동력이었다. Fossil fuels, an energy source that releases pollutants and causes the greenhouse effect, are increasingly depleted. Therefore, it is essential to develop sustainable and environmentally friendly energy sources to sustain modern society. One promising energy source is bioenergy, including biomethane, bioethanol, biobutanol and biodiesel produced from photosynthetic organisms, which has several advantages over petroleum derived diesel. It is bioenergy that is renewable, biodegradable, less toxic, free of sulfur and aromatics. The growth of microalgae is much faster than other photosynthetic plants, indicating high productivity per unit area. Microalgae can generally double their biomass within 24 hours, and the oil content of microalgae represents more than 30-80% per dry weight of biomass (Chisti, 2007, Biotechnol. Adv. 25, 294-306). ). This fact was a strong driving force in the development of bioenergy for commercialization.
지금까지, 광합성 증가를 위한 빛의 과감응(over-sensing) 기전의 적용, 더 좋은 광반응기(photoreactor)의 고안에 의한 빛의 이용 효율 증가, 지질 추출 기술의 향상, LED와 같은 새로운 광원의 적용, 그리고 독립영양성(autotrophic) 및 종속영양성(heterotrophic) 배양의 조합과 같은 많은 노력이 미세조류로부터 바이오디젤을 생산하는 비용을 줄이는데 집중되어 왔다(Lee et al., 2010, Bioresour. Technol. 101, S75-S77). 그러나 앞서 기술한 많은 이점에도 불구하고, 조류-기반 바이오디젤의 상업적 생산을 위해서는 해결되어야 할 몇몇 문제점들이 여전히 존재한다. 예를 들어, 대량배양을 위한 빛 침투의 한계, 조류 바이오매스의 높은 수확 비용, 그리고 물-의존적 배양으로 인해 광합성 생물체에 의해 요구되는 엄청난 양의 물 등이 문제점으로 지적되고 있다(Gerbens-Leenes et al., 2009, PNAS. 106, 10219-10223).To date, the application of light over-sensing mechanisms to increase photosynthesis, increased light utilization efficiency by designing better photoreactors, improved lipid extraction techniques, and the application of new light sources such as LEDs And many efforts, such as a combination of autotrophic and heterotrophic cultures, have focused on reducing the cost of producing biodiesel from microalgae (Lee et al., 2010, Bioresour. Technol. 101, S75 -S77). However, despite the many advantages described above, there are still some problems to be solved for the commercial production of algae-based biodiesel. For example, the limitations of light penetration for mass cultivation, the high harvesting cost of algal biomass, and the immense amount of water required by photosynthetic organisms due to water-dependent cultivation have been pointed out as problems (Gerbens-Leenes et. al., 2009, PNAS. 106, 10219-10223).
질소 및 인과 같은 폐수 내 영양소는 자연적 물 환경으로 방출되기 전에 제거되어야 하는데, 상기 영양소는 미세조류의 광합성에서 바이오매스로의 흡수에 의해 제거될 수 있다. 따라서, 폐수는 미세조류를 배양하는데 이미 사용되었지만, 주된 목적은 영양소를 제거하는데 있었다(Lim et al., 2010, Bioresour. Technol. 101, 7314-7322). 최근에, 폐수에서의 미세조류의 배양은 영양소 제거를 위한 과정뿐만 아니라 바이오디젤의 공급연료로서 미세조류의 대량배양에서 요구되는 물 및 영양소를 공급하는 과정으로도 그 개념이 확장되었다(Chinnassamy et al., 2010, Bioresour. Technol. 101, 3097-3105).Nutrients in wastewater, such as nitrogen and phosphorus, must be removed before being released into the natural water environment, which can be removed by absorption of microalgae from photosynthesis into biomass. Thus, wastewater has already been used to culture microalgae, but the main purpose was to remove nutrients (Lim et al., 2010, Bioresour. Technol. 101, 7314-7322). Recently, the cultivation of microalgae in wastewater has been extended not only to the process for nutrient removal but also to supply the water and nutrients required for the mass culture of microalgae as feedstock for biodiesel (Chinnassamy et al. , 2010, Bioresour.Technol. 101, 3097-3105).
현대사회의 엄청난 에너지 수요를 충족시키기 위해서, 광합성을 기반으로 한 바이오에너지의 생산은 미세조류와 같은 광합성 생물체의 배양을 위해 엄청난 양의 물을 필요로 할 것이다. 다행스럽게도, 미세조류가 폐수, 해수 및 담수와 같은 다양한 수원을 이용할 수 있다는 것이 알려져 있다(NREL report, 1998, National Renewable Energy Laboratory report/TP-580-24190, p.217). 그러나, 바이오디젤의 생산을 위한 미세조류의 배양에서 폐수의 재사용-효율은 여러 가지 폐수에서의 바이오매스 및 지질 생산성 측면에서 재평가되었다. 예를 들면, 일반적으로 재사용되는 폐수는 폐수 내의 영양소에 대해 경쟁함으로써 미세조류의 생장을 억제할 수 있는 엄청난 수의 세균을 포함하며, 세균의 생장은 미세조류의 생장보다 더 빠르다. To meet the enormous energy demands of modern society, the production of bioenergy based on photosynthesis will require huge amounts of water for the cultivation of photosynthetic organisms such as microalgae. Fortunately, it is known that microalgae can utilize a variety of water sources, such as wastewater, seawater and fresh water (NREL report, 1998, National Renewable Energy Laboratory report / TP-580-24190, p. 217). However, the reuse-efficiency of wastewater in the cultivation of microalgae for the production of biodiesel has been reassessed in terms of biomass and lipid productivity in various wastewaters. For example, generally reused wastewater contains a large number of bacteria that can inhibit the growth of microalgae by competing for nutrients in the wastewater, and the growth of bacteria is faster than the growth of microalgae.
최근 미세조류의 바이오매스로부터 각종 유용물질 및 바이오에너지를 얻고자 하는 연구가 활발히 진행중이다. 이를 위한 미세조류의 대량배양에는 다량의 물과 영양분의 공급이 필수적인데 이 배양에 있어 버려지는 폐자원을 재활용을 통해 상기의 목적을 달성할 수 있다면 경제적인 생산을 가능하게 할 뿐만 아니라 폐자원 처리비용도 절감할 수 있을 것이다. 그러나 하폐수 처리수내 잔존하는 원생생물은 미세조류를 섭식함으로써, 그리고 세균은 하폐수내 잔존하는 영양분과의 먹이경쟁을 한다든지 부착이나 현탁 상태로 미세조류부근에 존재하여 빛의 이용을 저해함으로써 미세조류의 최대 생장에 장애를 유발시킬 수 있다.Recently, researches are being actively conducted to obtain various useful materials and bioenergy from biomass of microalgae. The mass culture of microalgae is necessary for the supply of large amounts of water and nutrients. If the above objectives can be achieved by recycling the waste resources discarded in this culture, not only economic production is possible but also waste resources treatment. You will also save money. However, the protists remaining in the sewage treatment water feed on the microalgae, and the bacteria compete with the nutrients remaining in the sewage, or are present in the vicinity of the microalgae in the attached or suspended state, thereby inhibiting the use of microalgae. May cause impairment in maximal growth.
UV-조사는 폐수가 자연적 물 환경으로 방출되기 전에 전처리 방법으로서 이미 사용되어 왔고, 막 여과는 가까운 미래에 한국에서 대안적인 폐수 정화 방법으로서 생각된다. 따라서, 본 발명자들은 바이오연료의 생산을 위한 미세조류 배양에 영양소를 공급하기 위해 폐수처리시설(WWTP, wastewater treatment plant)로부터 방출되는 폐수의 적용을 위한 배지에 대해 전처리 방법으로서 여과 또는 UV-조사 방법의 유효성을 평가하였다.UV-irradiation has already been used as a pretreatment method before wastewater is discharged into the natural water environment, and membrane filtration is thought to be an alternative wastewater purification method in Korea in the near future. Accordingly, the present inventors have applied a filtration or UV-irradiation method as a pretreatment method for the medium for the application of wastewater discharged from a wastewater treatment plant (WWTP) to supply nutrients to microalgal cultures for the production of biofuels. The effectiveness of was evaluated.
한국등록특허 제10-0426791호에는 조류 및 물벼룩을 이용한 생태학적 폐수처리 방법이 개시되어 있으며, 한국공개특허 제2002-0057466호에는 광합성 미생물을 이용한 하폐수 처리 방법이 개시되어 있다.Korean Patent No. 10-0426791 discloses an ecological wastewater treatment method using algae and water fleas, and Korean Patent Publication No. 2002-0057466 discloses a wastewater treatment method using photosynthetic microorganisms.
본 발명은 상기와 같은 요구에 의해 도출된 것으로서, 본 발명자들은 전처리(여과 또는 UV-조사)를 한 폐수를 배지로 이용하여 배양된 미세조류에서 지질 함량이 증진된 것을 확인함으로써 본 발명을 완성하게 되었다.The present invention is derived from the above requirements, and the present inventors have completed the present invention by confirming that lipid content is enhanced in cultured microalgae using wastewater subjected to pretreatment (filtration or UV-irradiation) as a medium. It became.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 폐수처리시설에서 수집된 폐수를 전처리하는 단계, 상기 전처리된 폐수를 배지로 하여 미세조류(microalgae)를 배양하는 단계 및 상기 배양된 미세조류의 지질을 분석하는 단계를 포함하는 지질 함량이 증진된 미세조류의 생산 방법을 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention comprises the steps of pretreatment of the wastewater collected in the wastewater treatment facility, culturing the microalgae using the pretreated wastewater as a medium and analyzing the lipids of the cultured microalgae Provided is a method for producing microalgae having an enhanced lipid content comprising the step.
또한, 본 발명은 상기 방법에 의해 생산된 지질 함량이 증진된 미세조류를 제공한다. The present invention also provides a microalgae having an enhanced lipid content produced by the above method.
또한, 본 발명은 상기 지질 함량이 증진된 미세조류로부터 얻어지는 바이오연료를 제공한다. In addition, the present invention provides a biofuel obtained from the microalgae of the lipid content is enhanced.
또한, 본 발명은 폐수처리시설에서 수집된 폐수를 전처리하는 단계 및 상기 전처리된 폐수를 배지로 하여 미세조류(microalgae)를 배양하는 단계를 포함하는 미세조류의 생산량 증진 방법을 제공한다. In another aspect, the present invention provides a method for improving the production of microalgae comprising the step of pretreatment of the wastewater collected in the wastewater treatment facility and culturing the microalgae using the pretreated wastewater as a medium.
본 발명의 지질 함량이 증진된 미세조류를 생산하는 방법은 폐수를 재활용하므로 경제적이며, 상기 미세조류는 올레산의 함량이 높아 바이오디젤의 제조에 적합하여 친환경 바이오연료를 생산하는데 유용할 것으로 기대된다. The method for producing microalgae with enhanced lipid content of the present invention is economical because wastewater is recycled, and the microalgae are expected to be useful for producing eco-friendly biofuels due to the high content of oleic acid.
도 1은 다른 전처리를 한 폐수에서 클로렐라(Chlorella sp.) 227의 생장을 나타낸 것이다. control: 고압멸균 처리한 폐수를 사용하여 배양한 대조군.
도 2는 전처리를 하지 않은 폐수에서 관찰된 조류를 먹이로 하는 생물체(a 내지 c) 및 응집물 내 세균 및 미세조류의 공간적 분포(d 내지 f)를 나타낸 것이다. (a) 섬모충류, (b) 윤충류, (c) 육질충류, (d) 녹색 부분은 세균의 존재를 나타낸다, (e) 클로렐라 227, (f) 세균 및 클로렐라 227.
도 3은 다른 전처리(여과 및 UV-조사)를 한 폐수에서 플레이트 방법에 의해 계수된 세균수를 나타낸 것이다. control: 고압멸균 처리한 폐수 이용한 대조군, F: 여과 처리한 폐수 이용군, UV-R: 자외선 조사 처리한 폐수 이용군.
도 4는 다른 전처리를 한 폐수에서 클로렐라 227의 배양기간 동안 총-질소(a) 및 총-인(b)의 변화를 나타낸 것이다.
도 5는 다른 전처리(여과 및 UV-B 조사)를 한 폐수에서 클로렐라 227의 배양기간 동안 총 유기 탄소(TOC)의 변화를 나타낸 것이다. control: 고압멸균 처리한 대조군, F: 여과 처리군, UV-R: 자외선 조사 처리군.
도 6은 다른 전처리(여과 및 UV-조사)를 한 폐수에서 클로렐라 227에 의해 생성된 지방산 메틸 에스테르(FAME) 함량 및 조성을 나타낸 것이다. control: 고압멸균 처리한 폐수 이용한 대조군, F: 여과 처리한 폐수 이용군, UV-R: 자외선 조사 처리한 폐수 이용군.1 shows the growth of Chlorella sp. 227 in wastewater treated with another pretreatment. control: A control cultured using autoclaved wastewater.
Figure 2 shows the spatial distribution (d to f) of bacteria and microalgae in organisms (a to c) and aggregates that feed algae observed in the wastewater without pretreatment. (a) ciliated, (b) rotifers, (c) carnivorous, and (d) green parts indicate the presence of bacteria, (e) chlorella 227, (f) bacteria and chlorella 227.
FIG. 3 shows the bacterial counts counted by the plate method in wastewater treated with different pretreatments (filtration and UV-irradiation). control: control group using autoclaved wastewater, F: group using filtered wastewater, UV-R: group using UV irradiated wastewater.
Figure 4 shows the change in total-nitrogen (a) and total-phosphorus (b) during the incubation period of chlorella 227 in other pretreated wastewater.
5 shows the change in total organic carbon (TOC) during the incubation period of Chlorella 227 in wastewater treated with different pretreatments (filtration and UV-B irradiation). control: autoclaved control group, F: filtration group, UV-R: UV irradiation group.
FIG. 6 shows the fatty acid methyl ester (FAME) content and composition produced by Chlorella 227 in wastewater subjected to different pretreatments (filtration and UV-irradiation). control: control group using autoclaved wastewater, F: group using filtered wastewater, UV-R: group using UV irradiated wastewater.
본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 In order to achieve the object of the present invention,
폐수처리시설에서 폐수를 수집하는 단계, 상기 수집된 폐수를 전처리하는 단계, 상기 전처리된 폐수를 배지로 하여 미세조류(microalgae)를 배양하는 단계 및 상기 배양된 미세조류의 지질을 분석하는 단계를 포함하는 지질 함량이 증진된 미세조류의 생산 방법을 제공한다. Collecting wastewater in a wastewater treatment facility, pretreating the collected wastewater, culturing microalgae using the pretreated wastewater as a medium, and analyzing lipids of the cultured microalgae It provides a method for producing microalgae with enhanced lipid content.
상기 미세조류의 배양 단계에서, 미세조류의 생장에 필요한 영양원(질소 및 인)은 폐수로부터 충분히 공급되므로, 추가적인 영양원의 공급 없이 미세조류의 대량배양이 가능하다. 상기 미세조류의 배양 단계에서, 광합성에 필요한 이산화탄소는 당업계에 통상적으로 사용되는 임의의 방법을 이용하여 추가 공급될 수 있다. 상기 미세조류의 배양 단계에서, 폐수 내 현탁물질은 미세조류가 빛을 이용하는데 방해를 유발할 수 있으므로 미세조류의 원활한 생장을 위해 제거될 수 있다. 바람직하게는 상기 현탁물질의 제거 방법은 여과일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 상기 폐수 내 현탁물질의 제거 효율을 높이기 위해 응집제를 여과 전에 추가로 처리할 수 있다. 상기 응집제는 알루미늄 응집제일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.In the step of culturing the microalgae, nutrients (nitrogen and phosphorus) necessary for the growth of the microalgae are sufficiently supplied from the wastewater, so that the mass culture of the microalgae is possible without supplying additional nutrients. In the step of culturing the microalgae, the carbon dioxide required for photosynthesis can be further supplied using any method commonly used in the art. In the step of culturing the microalgae, the suspension material in the wastewater may be removed for smooth growth of the microalgae because the microalgae may cause interference with the use of light. Preferably, the method of removing the suspension material may be filtration, but is not limited thereto. The flocculant may be further treated before filtration in order to increase the removal efficiency of the suspended matter in the wastewater. The flocculant may be an aluminum flocculant, but is not limited thereto.
일반적으로, 미세조류의 대량배양을 위해서는 수원 내 일반세균수가 Plate Count Agar(Difco) 배지에서 25℃, 2일 동안 배양했을 때를 기준으로 하여 100 CFU/ml 미만이 되어야 한다. 본 발명에 따르면, 상기 조건을 용이하게 충족시키기 위해 폐수의 전처리 방법을 이용할 수 있다. 바람직하게는 상기 전처리는 여과 또는 UV 조사일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 바람직하게는 상기 여과는 0.1~0.3 ㎛ 필터로 수행될 수 있다. 0.3 ㎛를 초과하는 구멍 크기의 필터를 사용하여 여과를 수행하면, 폐수 내 미생물의 제거가 잘 이루어지지 않아 미세조류의 생장 및 지질 함량이 감소될 수 있으므로, 0.1~0.3 ㎛ 구멍 크기의 필터를 사용하여 여과를 수행하는 것이 바람직하다.In general, for the cultivation of microalgae, the general bacterial count in the water source should be less than 100 CFU / ml based on culture at 25 ° C. for 2 days in Plate Count Agar (Difco) medium. According to the present invention, a pretreatment method of wastewater can be used to easily satisfy the above conditions. Preferably, the pretreatment may be filtration or UV irradiation, but is not limited thereto. Preferably the filtration may be performed with a 0.1 ~ 0.3 ㎛ filter. If the filtration is performed using a filter with a pore size exceeding 0.3 μm, microorganisms in the wastewater may not be easily removed, and thus growth and lipid content of microalgae may be reduced. Preference is given to performing filtration.
상기 UV 조사는 UV-A, UV-B 또는 UV-C를 이용하여 수행될 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 상기 UV 조사는 UV-B로 3~5분 동안 수행할 수 있다. UV-B 대신에 UV-C를 조사하면 조사시간을 줄일 수 있어 9,000 μW/cm2의 강도로 2~3초 동안 수행될 수 있다. 2초 미만으로 UV-C를 조사하면 폐수 내 미생물의 제거가 잘 이루어지지 않아 미세조류의 생장 및 지질 함량이 감소할 수 있고, 3초를 초과하여 UV-C를 조사하면 비용문제가 발생하므로, 상기 UV 조사는 UV-C를 이용하여 2~3초 동안 수행하는 것이 바람직하다.The UV irradiation may be performed using UV-A, UV-B or UV-C, but is not limited thereto. The UV irradiation can be performed for 3 to 5 minutes with UV-B. Irradiation with UV-C instead of UV-B can reduce irradiation time and can be performed for 2-3 seconds with an intensity of 9,000 μW / cm 2 . If UV-C is irradiated for less than 2 seconds, microorganisms in the wastewater are not easily removed, and the growth and lipid content of the microalgae may be reduced, and UV-C irradiation for more than 3 seconds may cause cost problems. The UV irradiation is preferably performed for 2 to 3 seconds using UV-C.
본 발명의 지질 함량이 증진된 미세조류의 생산 방법에 있어서, 전처리(여과 또는 UV 조사)를 통해 미생물 및 현탁물질을 제거함으로써 미세조류의 생장이 촉진될 수 있으며, 이로 인해 질소의 고갈이 빠르게 진행될 수 있다. 상기 질소의 고갈을 미세조류가 인지하여 세포 내 지질의 축적이 증진된다. 바람직하게는 상기 지질은 C18:1 지방산일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 바람직하게는 상기 C18:1 지방산은 올레산일 수 있다.In the production method of microalgae with enhanced lipid content of the present invention, the growth of microalgae may be promoted by removing microorganisms and suspensions through pretreatment (filtration or UV irradiation), which leads to rapid depletion of nitrogen. Can be. The microalgae recognizes the depletion of nitrogen to enhance the accumulation of lipids in the cell. Preferably the lipid may be a C18: 1 fatty acid, but is not limited thereto. Preferably, the C18: 1 fatty acid may be oleic acid.
상기 미세조류는 클로렐라 (Chlorella sp.), 세네데스무스(Scenedesmus sp.), 두안리엘라(Duanliella sp.), 난노클로리스(Nannochloris sp.), 비둘피아(Biddulphia sp.), 케토세로스(Chaetoceros sp.), 모노두스(Monodus sp.), 파리에토클로리스(Parietochloris sp.), 에밀리아니아(Emiliania sp.), 이소크리시스(Isochrysis sp.), 패모나스(Phaeomonas sp.), 글로소마스트릭스(Glossomastrix sp.), 아파노캅사(Aphanocapsa sp.), 스피룰리나(Spirulina sp.), 트리코데스뮴(Trichodesmium sp.), 헤미셀미스(Hemiselmis sp.), 로도모나스(Rhodomonas sp.), 짐노디늄(Gymnodinium sp.), 스크립시엘라(Scrippsiella sp.) 등일 수 있으나, 이에 제한되지 않으며, 바람직하게는 클로렐라이다.The microalgae are Chlorella sp., Scenedesmus sp., Duanliella sp., Nannochloris. sp.), Biddulphia sp., Chaetoceros sp., Monodus sp.), Parietochloris sp., Emiliania sp., Isochrysis sp., Phaeomonas sp., Glossomastrix sp. Aphanocapsa sp., Spirulina sp., Trichodesmium sp., Hemiselmis sp., Rhodomonas sp., Gymnodinium sp., Scrippsiella sp., Etc. , but is not limited thereto, and is preferably Chlorella.
또한, 본 발명은 본 발명의 방법에 의해 생산된 지질 함량이 증진된 미세조류를 제공한다. The present invention also provides microalgae with enhanced lipid content produced by the method of the present invention.
또한, 본 발명은 상기 지질 함량이 증진된 미세조류로부터 얻어지는 바이오연료를 제공한다. 바람직하게는 상기 바이오연료는 바이오디젤일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. In addition, the present invention provides a biofuel obtained from the microalgae of the lipid content is enhanced. Preferably, the biofuel may be biodiesel, but is not limited thereto.
또한, 본 발명은 폐수처리시설에서 폐수를 수집하는 단계, 상기 수집된 폐수를 전처리하는 단계 및 상기 전처리된 폐수를 배지로 하여 미세조류(microalgae)를 배양하는 단계를 포함하는 미세조류의 생산량 증진 방법을 제공한다. In addition, the present invention is a method for improving the production of microalgae comprising the step of collecting wastewater in the wastewater treatment facility, pretreating the collected wastewater and culturing the microalgae using the pretreated wastewater as a medium. To provide.
바람직하게는 상기 전처리는 여과 또는 UV 조사일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 바람직하게는 상기 여과는 0.1~0.3 ㎛ 필터로 수행될 수 있다. 상기 UV 조사는 UV-A, UV-B 또는 UV-C를 이용하여 수행될 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 상기 UV 조사는 바람직하게는 UV-B로 3~5분 동안 또는 UV-C로 2~3초 동안 수행할 수 있다. 바람직하게는 상기 미세조류는 클로렐라일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
Preferably, the pretreatment may be filtration or UV irradiation, but is not limited thereto. Preferably the filtration may be performed with a 0.1 ~ 0.3 ㎛ filter. The UV irradiation may be performed using UV-A, UV-B or UV-C, but is not limited thereto. The UV irradiation may be preferably performed for 3 to 5 minutes with UV-B or 2 to 3 seconds with UV-C. Preferably the microalgae may be chlorella, but is not limited thereto.
이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of examples. However, the following examples are illustrative of the present invention, and the present invention is not limited to the following examples.
재료 및 방법Materials and methods
조류 균주 및 전-배양을 위한 배양 배지Culture medium for algae strains and pre-culture
본 발명에 사용된 조류 균주는 일본의 NIES (National Institute for Environmental Studies)로부터 구입한 클로렐라(Chlorella sp.) 227이었다. 상기 클로렐라 227은 SE(soil extract) 배지에서 멸균 조건하에 배양되었고, 상기 배지는 하기 성분들로 이루어져 있다; K2HPO4?3H2O 0.15(g/L), MgSO4?7H2O (0.15 g/L), CaCl2?2H2O (0.05 g/L), KH2PO4 (0.35 g/L), NaCl (0.05 g/L), H3BO3 (2.86 mg/L), MnCl2?4H2O (1.81 mg/L), ZnSO4?7H2O (0.22 mg/L), CuSO4?5H2O (0.079 mg/L), Na2MoO4?2H2O (0.0076 mg/L) 및 NH4Cl (0.535 g/L) (Li et al., 2008, Appl. Microbiol. Biotechnol. 81, 629-636).
The algae strains used in this invention is Chlorella purchased from (National Institute for Environmental Studies) Japanese NIES (Chlorella sp.). The chlorella 227 was incubated under sterile conditions in a SE (soil extract) medium, the medium consists of the following components; K 2 HPO 4 -3H 2 O 0.15 (g / L), MgSO 4 -7H 2 O (0.15 g / L), CaCl 2 -2H 2 O (0.05 g / L), KH 2 PO 4 (0.35 g / L ), NaCl (0.05 g / L ),
본 발명에 사용된 폐수Wastewater used in the present invention
바이오디젤 생산을 위한 미세조류의 대량배양을 위해 생장 배지로서 폐수처리시설(WWTP)로부터 방출된 폐수의 타당성을 조사하기 위해, 본 발명자들은 수영 지방 폐수처리시설에서 2차 처리(폭기조) 후의 폐수를 수집하였다. 부산에 위치하는 상기 시설은 UV-조사 처리 후 바다로 폐수를 방출한다. 본 발명자들은 폭기조에 있는 폐수를 UV-조사 처리 전에 수집하였다. 상기 폐수의 주요 파라미터는 표 1에 나타내었다. In order to investigate the feasibility of the wastewater discharged from the wastewater treatment plant (WWTP) as a growth medium for the mass culture of microalgae for biodiesel production, the present inventors investigated the wastewater after the secondary treatment (aeration tank) in a swimming fat wastewater treatment plant. Collected. The facility, located in Busan, discharges wastewater into the sea after UV-irradiation treatment. We collected the wastewater in the aeration tank before the UV-irradiation treatment. The main parameters of the wastewater are shown in Table 1.
a) SD: 표준편차
a) SD: standard deviation
클로렐라 227의 배양을 위해 사용된 폐수의 전처리 Pretreatment of Wastewater Used for Cultivation of Chlorella 227
본 발명자들은 처리되지 않은 폐수가 조류의 응집을 야기하고 생장을 지연시키는 것을 관찰하였는데, 이는 폐수 내의 세균 및 현탁물질이 원인인 것으로 생각되었다. 따라서, 본 발명자들은 배양 배지로서 폐수의 사용 전에 2가지 방법(즉, 여과 및 UV-조사)을 적용함으로써 미생물 및 현탁물질을 폐수로부터 제거하고자 하였다. 여과(0.20 ㎛, 0.45 ㎛ 및 1.0 ㎛ 필터로 처리)된 폐수 및 UV-조사(9,000 μW/cm2의 UV 강도로 10 cm의 거리에서 0.5분, 1분 및 3분 동안 처리)된 폐수는 클로렐라 227의 배양을 위한 배지로서 제조되었다. 멸균(121℃에서 15분 동안)된 폐수는 대조군으로 사용되었다.
The inventors have observed that untreated wastewater causes flocculation and retarded growth of algae, which was thought to be caused by bacteria and suspensions in the wastewater. Accordingly, the inventors have sought to remove microorganisms and suspensions from the wastewater by applying two methods (ie, filtration and UV-irradiation) prior to the use of the wastewater as culture medium. Wastewater filtered (treated with 0.20 μm, 0.45 μm and 1.0 μm filters) and UV-irradiated (treated for 0.5 minutes, 1 minute and 3 minutes at a distance of 10 cm at a UV intensity of 9,000 μW / cm 2 ) was chlorella Prepared as a medium for the culture of 227. Sterile (15 minutes at 121 ° C.) wastewater was used as a control.
회분식Batch 실험( Experiment( batchbatch experimentexperiment ))
클로렐라 227은 전처리된 500 mL 폐수를 포함하는 삼각 플라스크에서 진탕배양기(HB 201 SF-L Hanbaek-Scientific Co)(25℃, 160 rpm, 지속적인 조명, 60 μmol/m2/s의 형광)를 이용하여 배양되었다. 클로렐라 227의 초기 농도는 0.05의 OD660nm로 조절되었고, 이는 1.3ⅹ106 세포/mL에 해당한다. 회분식 배양은 9일 동안 유지되었다. 배양물의 초기 pH는 탄소원으로서 250 mM NaHCO3을 첨가한 후 0.1 M HCl에 의해 7.2±0.1로 조정되었다.
Chlorella 227 was incubated using a shaker (HB 201 SF-L Hanbaek-Scientific Co) (25 ° C., 160 rpm, continuous illumination, 60 μmol / m 2 / s fluorescence) in an Erlenmeyer flask containing pretreated 500 mL wastewater. It became. The initial concentration of Chlorella 227 was adjusted to an OD 660 nm of 0.05, corresponding to 1.3 10 6 cells / mL. Batch cultivation was maintained for 9 days. The initial pH of the culture was adjusted to 7.2 ± 0.1 with 0.1 M HCl after addition of 250 mM NaHCO 3 as the carbon source.
조류 생장 및 세포 Algal Growth and Cells 건중량의Dry 측정 Measure
C-Chip (DHC-N01-2, SKC, Korea) 위에 있는 세포의 수는 현미경(Axioskop 2, Carl Zeiss)을 이용하여 직접 계수하였다. 세포 밀도는 분광광도계(Spectronic Instruments 20 D+, USA)를 이용하여 660 nm에서 주기적으로 측정되었고, 세포 건중량은 표준 방법에 따라 측정되었다(2005, APHA/AWWA/WEF). OD660 값 및 세포 건중량(mg/L) 사이에는 하기와 같은 선형관계가 있었다:The number of cells on the C-Chip (DHC-N01-2, SKC, Korea) was directly counted using a microscope (
건중량(mg/L) = 600.94×OD660 + 7.5355, R2=0.9916
Dry Weight (mg / L) = 600.94 × OD 660 + 7.5355, R 2 = 0.9916
지방산 fatty acid 메틸methyl 에스테르( ester( FattyFatty acidacid methylmethyl esterester : : FAMEFAME ) 분석) analysis
지방산의 함량은 변형된 직접 트랜스에스테르화법(Lepage and Roy, 1984, J. Lipid. Res. 25, 1391-1396)을 이용하여 분석되었다. 9일 동안 배양한 후, 조류 세포는 원심분리(4,000 rpm, 10분)에 의해 수집되었고, 증류수로 2번 세척되었다. 그 후 상기 세포는 4일 동안 동결건조기(FD5512, IlShin BioBase Co., Korea)에서 건조되었다. 지방산 함량 및 조성은 지방산 메틸 에스테르(FAME)의 제조 및 GC-MS 분석을 포함하는 2가지 연속 단계에 의해 분석되었다. 상기 FAME는 하기 방법에 따라 제조되었다. 건조된 조류 샘플(약 10 mg)은 깨끗한 11 mL 유리관에 넣어 무게를 측정하였고, 지질 추출 및 전이에스테르화 반응을 위해 1 mL 메탄올, 2 mL 클로로포름 및 300 ㎕ H2SO4를 상기 유리관에 순차적으로 첨가한 후 강하게 혼합하였다. 내부 표준물로서 헵타데카노산(500 ㎍/L)을 포함하는 1 mL 클로로포름을 첨가하여 5분 동안 혼합하였다. 그 후 100℃에서 10분 동안 반응시킨 다음, 실온에서 식히고 증류수 1 mL을 첨가하여 5분 동안 강하게 혼합시켰다. 상기 혼합액은 4,000×g에서 10분 동안 원심분리되었다. 상기 하층(유기상)은 주사기를 이용하여 수집되었고, 일회용 0.22 ㎛ PVDF 주사기 필터로 여과되었다. 지방산의 메틸 에스테르는 GC에 의해 분석되었다. 상기 GC는 불꽃이온화검출기 및 0.32 mm (I.D.)×30 m HP-INNOWax 모세관 컬럼 (Agilent Technologies, USA)이 장착되어 있다. 헬륨은 2.2 mL/분에서 운반체 기체로 사용되었다. 주입 부피 및 분할율(split ratio)은 2 ㎕ 및 45:1이었다. 주입기 및 검출기의 온도는 250℃ 및 275℃로 각각 설정되었다. 오븐 온도 조건은 하기와 같다: 50℃에서 1분 동안 반응, 15℃/분의 속도로 200℃까지 가열, 200℃에서 12분 동안 유지, 2℃/분의 속도로 250℃까지 가열, 그리고 250℃에서 2분 동안 유지. Mix RM3, Mix RM5, GLC50, GLC70 (Supelco, USA), 헵타데카노산, 및 감마-리놀렌산(Sigma Chemical Co., USA)은 표준물로 사용되었다. 사용된 다른 시약은 분석 등급(analytical grade)이었다.
The fatty acid content was analyzed using a modified direct transesterification method (Lepage and Roy, 1984, J. Lipid. Res. 25, 1391-1396). After incubation for 9 days, algal cells were collected by centrifugation (4,000 rpm, 10 minutes) and washed twice with distilled water. The cells were then dried in a lyophilizer (FD5512, IlShin BioBase Co., Korea) for 4 days. Fatty acid content and composition were analyzed by two successive steps including preparation of fatty acid methyl ester (FAME) and GC-MS analysis. The FAME was prepared according to the following method. The dried algae sample (about 10 mg) was weighed in a clean 11 mL glass tube, and 1 mL methanol, 2 mL chloroform and 300 μl H 2 SO 4 were sequentially added to the glass tube for lipid extraction and transesterification. After addition, vigorously mixed. 1 mL chloroform containing heptadecanoic acid (500 μg / L) as internal standard was added and mixed for 5 minutes. Thereafter, the mixture was reacted at 100 ° C. for 10 minutes, cooled to room temperature, and 1 mL of distilled water was added thereto, followed by strong mixing for 5 minutes. The mixture was centrifuged at 4,000 × g for 10 minutes. The lower layer (organic phase) was collected using a syringe and filtered with a disposable 0.22 μm PVDF syringe filter. Methyl esters of fatty acids were analyzed by GC. The GC is equipped with a flame ionization detector and a 0.32 mm (ID) x 30 m HP-INNOWax capillary column (Agilent Technologies, USA). Helium was used as the carrier gas at 2.2 mL / min. Injection volume and split ratio were 2 μl and 45: 1. The temperature of the injector and detector was set at 250 ° C and 275 ° C, respectively. Oven temperature conditions are as follows: reaction at 50 ° C. for 1 minute, heat up to 200 ° C. at 15 ° C./min, hold at 200 ° C. for 12 minutes, heat up to 250 ° C. at 2 ° C./min, and 250 Hold for 2 minutes at < RTI ID = 0.0 > Mix RM3, Mix RM5, GLC50, GLC70 (Supelco, USA), heptadecanoic acid, and gamma-linolenic acid (Sigma Chemical Co., USA) were used as standards. The other reagent used was analytical grade.
미생물 분석Microbial analysis
여과 및 UV-조사된 폐수에서 세균의 총수를 결정하기 위해, 표준 플레이트 계수법이 이용되었다. 플레이트 계수 한천 배지(Difco)가 상기 실험에 사용되었고, 샘플 내의 세균수는 25℃에서 48시간 동안 인큐베이션 후 측정되었다. 응집물을 포함하는 배양물은 생장을 거의 하지 않고 원충 및 세균에 의한 영향이 의심되기 때문에, 본 발명자들은 상기 응집물에서 세균의 분포를 확인하기 위해 FISH (fluorescence in situ hybridization) 실험을 수행하였다. 바이오매스 응집물은 전처리되지 않은 폐수가 사용된 배양물로부터 9일째에 획득되었고, 즉시 4% 파라포름알데히드로 2~3시간 동안 고정되었다(도 2). 상기 바이오필름에서 세균 및 미세조류인 클로렐라 227의 공간 분포는 FISH를 이용하여 분석되었다. FISH 분석은 Okabe 등(Okabe et al. 1999. Appl. Environ. Microbiol. 65, 3182-3191)의 방법에 따라 수행되었다. 사용된 16S rRNA-표적 올리고뉴클레오티드 프로브는 대부분의 세균과 혼성화하는 EUB 338 (5'-GCTGCCTCCCGTAGGAGT-3'; 서열번호 1) 프로브였고, FITC (fluorescein isothiocyanate)로 표지되었다(Amann et al., 1990. Appl. Environ. Microbiol. 56, 1919-1925). 아르곤 이온 레이저(488 nm)가 장착된 공초점 레이저 주사현미경 LSM510 모델(CLSM, Carl Zeiss, Oberkochen, Germany)이 모든 FISH 영상을 기록하기 위해 사용되었다. 게다가, 전처리 되지 않은 폐수는 클로렐라 227이 거의 생장하기 않기 때문에 위상차 현미경(Axioskop 2, Carl Zeiss)을 이용하여 관찰되었다.
To determine the total number of bacteria in the filtration and UV-irradiated wastewater, standard plate counting was used. Plate count agar medium (Difco) was used for this experiment, and the bacterial counts in the samples were measured after incubation at 25 ° C. for 48 hours. Since cultures containing aggregates showed little growth and suspected effects by protozoa and bacteria, the inventors conducted a fluorescence in situ hybridization (FISH) experiment to confirm the distribution of bacteria in the aggregates. Biomass aggregates were obtained on
화학적 분석Chemical analysis
모든 샘플은 분석 전에 0.2 ㎛-구멍 크기의 막(ADVANTEC, Tokyo, Japan)을 통해 여과되었다. 총 질소 및 인의 농도는 TRAACS 2000 (BRAN+LUEBBE)을 이용하여 측정되었다. 총 유기 탄소(TOC)의 농도는 TOC 분석기(TELDDYNE TEKMAR Apollo 9000 combustion TOC Analyzer, USA)를 이용하여 측정되었다. 배양물의 pH는 pH 전극(Horiba B-212, Japan)을 이용하여 측정되었다.
All samples were filtered through a 0.2 μm-pore size membrane (ADVANTEC, Tokyo, Japan) prior to analysis. Total nitrogen and phosphorus concentrations were measured using TRAACS 2000 (BRAN + LUEBBE). The total organic carbon (TOC) concentration was measured using a TOC analyzer (TELDDYNE TEKMAR Apollo 9000 combustion TOC Analyzer, USA). The pH of the culture was measured using a pH electrode (Horiba B-212, Japan).
실시예Example 1: 다른 전처리를 한 폐수에서 클로렐라 227의 생장 1: Growth of Chlorella 227 in Wastewater with Different Pretreatments
폐수처리시설의 폭기조 유래 폐수의 영양소 조성은 일반적으로 안정적이고, 다른 생물체에 대해 유입수에 비해 비교적 독성이 덜하다. 클로렐라 227의 생장은 탄소원으로서 부가적인 250 mM 중탄산염이 첨가된 전처리된 모든 폐수에서 배양 시간에 따라 점차 증가하였다. 상기 결과는 외부의 첨가 없이 폐수 그 자체가 미세조류의 생장에 필요한 주요 화합물을 포함한다는 것을 나타낸다. The nutrient composition of the aeration tank-derived wastewater in the wastewater treatment plant is generally stable and relatively less toxic to other organisms than the influent. Chlorella Growth of 227 gradually increased with incubation time in all pretreated wastewater to which additional 250 mM bicarbonate was added as a carbon source. The results show that the wastewater itself contains the main compounds necessary for the growth of microalgae without external additions.
0.20 및 0.45 ㎛ 구멍-크기의 필터로 여과되었거나 3분 이상 동안 UV-조사된 폐수 배지를 이용한 미세조류의 생장은 미생물 활성을 억제하기 위해 고압멸균한 대조군과 상당히 비슷하였다(도 1). 그러나, 0.5분 및 1분 동안 UV-조사된 폐수에서는 클로렐라 227의 생장이 잘 되지 않았다. 가장 좋은 폐수 배지(0.2 ㎛ 여과) 및 가장 좋지 않은 폐수 배지(0.5분 동안 UV-B 조사) 사이에서 바이오매스 생산성은 현저한 차이가 있었는데, 그 값은 각각 0.074 g/L/d 및 0.024 g/L/d였다. 전처리를 하지 않은 폐수에서 클로렐라 227의 생장은 바이오매스 사이의 응집에 의해 심하게 억제되었다(데이터 미제시).The growth of microalgae using wastewater media filtered with 0.20 and 0.45 μm pore-sized filters or UV-irradiated for at least 3 minutes was significantly similar to autoclaved controls to inhibit microbial activity (FIG. 1). However, chlorella 227 did not grow well in UV-irradiated wastewater for 0.5 and 1 minute. There was a significant difference in biomass productivity between the best wastewater medium (0.2 μm filtration) and the worst wastewater medium (UV-B irradiation for 0.5 minutes), with values of 0.074 g / L / d and 0.024 g / L, respectively. / d. Growth of chlorella 227 in wastewater without pretreatment was severely inhibited by aggregation between biomass (data not shown).
폐수처리시설에서 폭기조 처리 후의 폐수는 세균에 의해 쉽게 분해되는 유기물질을 충분히 포함하지 않는데, 이는 세균 이외에 생태계의 연속에 따라 원충과 같은 조류를 먹이로 하는 단세포성 생물체의 존재를 가능케 한다. 그렇게 되면, 단세포성 미세조류인 클로렐라 227은 상기 환경에서 활동적으로 생존할 수 없다. 실제로, 본 발명자들은 전처리하지 않은 폐수 및 0.5분 동안 UV-조사된 폐수에서 원충을 포함하는 많은 종류의 조류를 먹이로 하는 생물체를 발견하였는데, 이는 미세조류의 생장에 좋지 않은 영향을 미칠 수 있다(도 2a 내지 2c). 게다가, 많은 양의 세균의 존재는 FISH 실험에 의해 응집물의 표면에서 발견되었다(도 2d 내지 2f). 상기 세균은 환경으로부터의 영양소 흡수뿐만 아니라 빛의 침투도 제한함으로써 미세조류의 생장을 억제할 수 있다. 더 많은 세균의 수 및 집단을 포함하는 폐수가 다른 실험군보다 더 낮은 바이오매스 생산성을 나타내었다(도 3).
In a wastewater treatment plant, the wastewater after the aeration tank treatment does not contain enough organic matter that is easily degraded by bacteria, which enables the presence of unicellular organisms that feed on algae, such as protozoa, depending on the continuation of the ecosystem. If so, the unicellular microalga Chlorella 227 cannot survive actively in this environment. Indeed, we have found organisms that feed many types of algae including protozoa in untreated wastewater and UV-irradiated wastewater for 0.5 minutes, which can adversely affect the growth of microalgae ( 2A-2C). In addition, the presence of large amounts of bacteria was found on the surface of the aggregates by FISH experiments (FIGS. 2D-2F). The bacteria can inhibit the growth of microalgae by limiting light penetration as well as absorption of nutrients from the environment. Wastewater containing more bacterial counts and populations showed lower biomass productivity than other experimental groups (FIG. 3).
실시예Example 2: 다른 폐수에서 영양소의 제거 2: removal of nutrients from other wastewater
각기 다른 모든 폐수 배지에서 총-질소 및 총-인 농도는 배양 시간 동안 감소하였다(도 4). 총-질소 및 총-인의 제거에 있어서 가장 높은 효율은 0.2 ㎛ 필터에 의해 여과된 폐수 배지를 이용한 배양물에서 나타났다. 상기 효율은 92%(총-질소) 및 86%(총-인)이었고, 감소된 양은 바이오매스 생산으로 동화되었을 것이다(도 1). 기존 폐수처리시설의 폭기조를 통과한 폐수에 존재하는 질소의 두드러진 형태는 보통 암모니아(NH4 +) 및 질산염(NO3 -)이고, 질산염은 미세조류의 동화과정에 의해 암모니아로 전환된 후 쉽게 이용된다. 담수 조류 생장을 위한 무기 질소/인의 최적비는 6.8~10의 범위로 제안되었다(Wang et al., 2009, Appl. Biochem. Biotech. DOI 10.1007/s12010-009-8866-7). 본 발명에 사용된 폐수의 질소/인의 비는 평균 11.7이었고, 이는 비록 최적 범위에서 다소 벗어나 있기는 하지만, 바이오디젤 생산의 공급원료로서 바이오매스의 생산성을 증가시키는데 상기 폐수가 적합하다는 것을 나타낸다.Total-nitrogen and total-phosphorus concentrations in all different wastewater media decreased during the incubation time (FIG. 4). The highest efficiency in total-nitrogen and total-phosphorus removal was seen in culture with wastewater medium filtered by 0.2 μm filter. The efficiencies were 92% (total-nitrogen) and 86% (total-phosphorus), and the reduced amount would be assimilated into biomass production (FIG. 1). Prominent form of nitrogen present in the passing through the aeration tank of the conventional waste water treatment plant effluent is typically ammonia (NH 4 +) and nitrate (NO 3 -), and the nitrates are readily available after the by assimilation of microalgae converted to ammonia do. The optimal ratio of inorganic nitrogen / phosphorus for freshwater algae growth has been suggested in the range of 6.8 to 10 (Wang et al., 2009, Appl. Biochem. Biotech. DOI 10.1007 / s12010-009-8866-7). The nitrogen / phosphorus ratio of wastewater used in the present invention was 11.7 on average, indicating that the wastewater is suitable for increasing the productivity of biomass as a feedstock for biodiesel production, although somewhat out of the optimal range.
지수생장보다 선행되는 것으로 생각되는 배양물에서의 총-질소 및 총-인의 빠른 감소(각 총 농도의 약 50% 까지)와 마찬가지로, 총-질소 및 총-인 제거의 주요 메커니즘은 바이오매스의 흡수인 것으로 추정된다. 따라서, 더 높은 생장률을 나타내는 배양물은 제거된 총-인에 대한 제거된 총-질소의 비가 더 높다(도 4). 그러나, 9일째에 제거된 총-인에 대한 제거된 총-질소의 비는 11.2(30초 동안 UV-조사) 내지 17.0(0.2 ㎛ 필터로 여과)의 범위에 있었다.
As with the rapid reduction of total-nitrogen and total-phosphorus (up to about 50% of each total concentration) in cultures that are considered to be preceded by exponential growth, the main mechanism of total-nitrogen and total-phosphorus removal is the absorption of biomass. It is assumed to be. Thus, cultures showing higher growth rates have a higher ratio of removed total-nitrogen to removed total-phosphorus (FIG. 4). However, the ratio of removed total nitrogen to total phosphorus removed on
실시예Example 3: 폐수에서 총 유기 탄소( 3: total organic carbon in wastewater ( TOCTOC )의 농도Concentration
배양 9일째의 각기 다른 전처리를 한 폐수에서 TOC 농도는 도 5에 나타내었다. 배양 9일째의 배양물에서 측정한 TOC 농도는 배양 전에 비해 0.4 mg/L(0.5분 동안 UV-조사된 폐수) 내지 3.8 mg/L(0.2 ㎛ 필터로 여과된 폐수) 만큼 약간 증가하였다. 상기 TOC 증가는 바이오매스 생산성의 증가에 비례하는 것으로 사료된다.
TOC concentrations in the wastewater with different pretreatments on
실시예Example 4: 지방산 4: fatty acid 메틸methyl 에스테르( ester( FAMEFAME )의 생산성 ) Productivity
식물성 오일의 주요 구성성분은 1개의 글리세롤과 결합한 3개의 지방산으로 이루어진 트리글리세리드(triglyceride)이다. 지방산 내 탄소 사슬의 길이 및 이중결합의 수는 식물성 오일의 연료-관련 특성을 결정한다(Srivastava and Prasad, 2000, Renew. Sust. Energ. Rev. 4, 111-133). 지방산은 트랜스-에스테르화 반응을 통해 지방산 메틸 에스테르로 전환될 수 있다. 클로렐라 227의 지방산 함량 및 조성은 도 6에 나타내었다. 상기 지방산 결과에 따르면, 클로렐라 227은 주요 지방산으로서 팔미트산(C16:0), 올레산(C18:1), 리놀레산(C18:2) 및 리놀렌산(C18:3)을 생성하며, 상기 4가지 지방산의 합은 세포 내 총 지방산의 80%(79.9% 내지 87.1%)를 차지한다.The main component of vegetable oils is triglycerides consisting of three fatty acids combined with one glycerol. The length of carbon chains and the number of double bonds in fatty acids determine the fuel-related properties of vegetable oils (Srivastava and Prasad, 2000, Renew. Sust. Energ. Rev. 4, 111-133). Fatty acids can be converted to fatty acid methyl esters via trans-esterification reactions. Fatty acid content and composition of chlorella 227 is shown in FIG. According to the fatty acid results, chlorella 227 produces palmitic acid (C16: 0), oleic acid (C18: 1), linoleic acid (C18: 2), and linolenic acid (C18: 3) as the main fatty acids. The sum accounts for 80% (79.9% to 87.1%) of total fatty acids in the cell.
0.2 ㎛ 필터에 의해 여과된 폐수를 사용한 배양물에서 획득된 가장 높은 지질 생산성은 22.9 mg 지방산/L/d이었다. 본 발명은 독립영양성 조건하에 수행되었고, 이는 낮은 바이오매스 및 지질 생산성을 각각 야기한다(Liang et al., 2009, Biotechnol. Lett. 31, 1043-1049). 이를 감안하면, 본 발명에서 사용된 폐수는 다른 결과들에 크게 뒤지지는 않는다(표 2). 그러나, 본 발명에서, 1.0 ㎛ 필터로 여과된 폐수에서 6.9 mg/L/d의 지질 생산성은 이전의 유사한 연구 결과 보다 더 낮다(Wang et al., 2010, Bioresour. Technol. 101, 2623-2628). 바이오매스의 낮은 생산성은 본 발명에서 사용된 빛의 낮은 강도 때문인 것으로 사료된다.The highest lipid productivity obtained in culture with wastewater filtered by a 0.2 μm filter was 22.9 mg fatty acid / L / d. The present invention has been carried out under autotrophic conditions, which leads to low biomass and lipid productivity, respectively (Liang et al., 2009, Biotechnol. Lett. 31, 1043-1049). In view of this, the wastewater used in the present invention does not lag significantly behind other results (Table 2). However, in the present invention, lipid productivity of 6.9 mg / L / d in wastewater filtered with 1.0 μm filter is lower than previous similar findings (Wang et al., 2010, Bioresour. Technol. 101, 2623-2628). . The low productivity of biomass is believed to be due to the low intensity of light used in the present invention.
a) COD (Chemical Oxygen Demand) 및 TOC (total Organic Carbon), b) 총-질소, c) 총-인, d) g/m2/d, e) 본 발명에서 변환 공식에 의해 최대 OD로부터 산출된 값, f) 럭스(lux), Reference: Xue et al, 2010. Appl. Biochem. Biotechnol. 160, 498-503; Yujie et al., 2011, Bioresour. Technol. 102, 101-105.a) Chemical Oxygen Demand (COD) and total organic carbon (TOC), b) total nitrogen, c) total phosphorus, d) g / m 2 / d, e) calculated from the maximum OD by the conversion formula in the present invention Value, f) lux, Reference: Xue et al, 2010. Appl. Biochem. Biotechnol. 160, 498-503; Yujie et al., 2011, Bioresour. Technol. 102, 101-105.
본 발명에서, 질소 및 인과 같은 유효 영양소의 흡수를 의미하는 높은 바이오매스 생산성은 높은 지질 생산성과 관련이 있다(도 6). 상기 결과는 폐수처리시설로부터 방출된 폐수를 적절한 전처리를 하여 이용하는 것이 효과적일 수 있으며, 질소 및 인의 고갈을 야기하는 영양소의 농도가 광합성 생물체에서 지질 생산성을 증진시킬 수 있다는 것을 나타낸다. 게다가, 산화적 안정성, 낮은 녹는점 및 높은 연소열과 같은 바이오디젤 연료의 특성을 향상시키는 구성요소인 올레산(C18:1)은 클로렐라 227에 의해 생성된 주요 지방산인 것으로 나타났다(Knothe, 2008, Energ. Fuel. 22, 1358-1364). 특히, 전체 지방산 함량 중 상기 올레산(C18:1)의 함량은 바이오매스 생산성의 증가에 따라 증가하였다(도 6). In the present invention, high biomass productivity, which means absorption of effective nutrients such as nitrogen and phosphorus, is associated with high lipid productivity (FIG. 6). The results indicate that it may be effective to utilize the wastewater discharged from the wastewater treatment plant with proper pretreatment, and that concentrations of nutrients that cause nitrogen and phosphorus depletion may enhance lipid productivity in photosynthetic organisms. In addition, oleic acid (C18: 1), a component that enhances the properties of biodiesel fuels such as oxidative stability, low melting point and high heat of combustion, has been shown to be the major fatty acid produced by Chlorella 227 (Knothe, 2008, Energ. Fuel. 22, 1358-1364). In particular, the content of the oleic acid (C18: 1) of the total fatty acid content increased with increasing biomass productivity (FIG. 6).
<110> KOREA INSTITUTE OF ENERGY RESEARCH <120> Method for production of microalgae containing high content of lipid using pretreatment of wastewater <130> PN11025 <160> 1 <170> KopatentIn 1.71 <210> 1 <211> 18 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> EUB 338 probe <400> 1 gctgcctccc gtaggagt 18 <110> KOREA INSTITUTE OF ENERGY RESEARCH <120> Method for production of microalgae containing high content of lipid using pretreatment of wastewater <130> PN11025 <160> 1 <170> Kopatentin 1.71 <210> 1 <211> 18 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> EUB 338 probe <400> 1 gctgcctccc gtaggagt 18
Claims (15)
상기 수집된 폐수를 전처리하는 단계;
상기 전처리된 폐수를 배지로 하여 미세조류(microalgae)를 배양하는 단계; 및
상기 배양된 미세조류의 지질을 분석하는 단계를 포함하는 지질 함량이 증진된 미세조류의 생산 방법.Collecting waste water in the waste water treatment facility;
Pretreating the collected wastewater;
Culturing the microalgae using the pretreated wastewater as a medium; And
Method of producing a microalgae with enhanced lipid content comprising the step of analyzing the lipid of the cultured microalgae.
상기 수집된 폐수를 전처리하는 단계; 및
상기 전처리된 폐수를 배지로 하여 미세조류(microalgae)를 배양하는 단계를 포함하는 미세조류의 생산량 증진 방법.Collecting waste water in the waste water treatment facility;
Pretreating the collected wastewater; And
Method of increasing the production of microalgae comprising the step of culturing microalgae using the pre-treated wastewater as a medium.
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| KR101423285B1 (en) * | 2014-01-17 | 2014-07-24 | 주식회사 에이이 | system and method for cultivating micro algae using wastewater |
| CN107828661A (en) * | 2017-12-06 | 2018-03-23 | 哈尔滨工业大学深圳研究生院 | A kind of strategy of municipal sewage culture micro algae growth metabolic regulation |
| CN112961868A (en) * | 2013-12-31 | 2021-06-15 | 合成基因组股份有限公司 | Biomass productivity regulator |
| CN115029248A (en) * | 2022-06-21 | 2022-09-09 | 昆明理工大学 | Method for improving microalgae lipid yield by utilizing recycled wastewater |
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