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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 김현우
- 발행연도
- 2021
- 저작권
- 전북대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수212
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축산업은 사회에 단백질원을 공급하는 중요한 산업이다. 산업의 발전과 더불어 가축산업도 양적, 질적으로 성장하여 총 가축두수가 급격히 증가함에 따라서 가축분뇨와 축산업 잔재물의 배출량도 함께 증가하였다. 이는 질소, 인 및 유기물과 같은 고농도의 오염물질로 인해 부영양화는 심각한 사회 및 환경적인 문제를 야기했다. 또한, 가축 질병을 예방하기 위해 사용된 항생제가 잔류하는 것으로 알려져 있다. 미세조류는 가축분뇨에 포함되어 있는 고농도의 질소, 인을 광합성의 기질로 이용하거나 표면에 흡착하여 제거할 수 있다. 또한, 분뇨처리 과정에서 미세조류 바이오매스를 수거하여 유용한 재생 에너지원인 바이오 디젤로 전환을 가능하게 한다. 일부 미세조류는 광 독립영양 또는 종속영양의 조건에서 항생제를 흡수 및 분해하는 것으로 알려져 있다. 하지만, 잔류 항생제가 바이오 디젤의 수율과 구성 성분에 어떤 영향을 미치는지에 대한 정보는 비교적 적다. 따라서 본 연구는 미세조류를 이용한 생물학적처리로 가축분뇨를 정화하고 이때 발생하는 미세조류 바이오매스로부터 생산한 바이오 디젤 회수율과 구성성분에 잔류 항생제의 농도가 어떠한 부정적인 영향을 주는가를 규명한다. 실험에 사용한 미세조류는 Chlorella sorokiniana로 과거 연구에서 분뇨 처리의 높은 효율과 함께 다량의 지질 축적이 가능한 미세조류 종으로 보고되어 왔다. 미세조류 배양 실험은 가축분뇨를 배지로 사용하여 회분식 실험을 진행하였고, 사용 항생제는 Amoxicillin으로 주로 가축의 설사증과 폐렴에 광범위하게 사용된다. 항생제의 농도는 0.01~20 ppm의 범위의 농도에서 실험하였다. 연구 결과에 따르면 항생제의 농도가 증가함에 따라 바이오 디젤의 수율과 조성에 부정적인 영향을 미치는 것으로 나타났다. 바이오 디젤의 주요 성분 중 C16과 C18의 함량이 산성 촉매를 사용했을 때 최대 96% 감소하는 것으로 나타났다. 이 저해는 잔류 항생제가 지질합성을 방해하고 에스테르화 반응의 주요 저해원인인 자유지방산과 분자구조가 유사한 Amoxicillin이 바이오 디젤 전환에 이용되는 메탄올을 대신 소비하여 바이오 디젤의 수율과 구성성분 감소의 원인으로 판단된다. 종합하면, 본 연구 결과는 가축산업에서 항생제의 남용이 폐기물-에너지전략의 친환경 전환에 해를 끼칠 수 있으며, 바이오매스를 이용하여 친환경 에너지를 생산할 때 신규오염물질의 영향을 고려하여야 함을 보여준다.
목차
1 Introduction 11.1 Background 11.2 Research objective 42 Theoretical background 72.1 Biological treatment of antibiotics 72.2 Biodiesel production from microalgal 83 Materials and Methods 103.1 Inoculum and culture conditions 103.2 Livestock excreta as a medium solution 123.3 Antibiotics 133.4 Biodiesel production from microalgal biomass 143.4.1 Direct-transesterification 143.4.2 Analytical methods of fatty acid methyl ester (FAME) 174 Results and Discussion 184.1 Inhibition of Amoxicillin on micorlagl treatment 184.1.1 Growth inhibition of microalgal 184.1.2 Effect of Amoxicillin on total nitrogen (T-N) removal 224.1.3 Effect of Amoxicillin on total phosphorus (T-P) removal 244.2 Reduction of Amoxicillin 274.3 Inhibitory effect of Amoxicillin on biodiesel production 294.3.1 Mechanistic explanation of Amoxicillin inhibition in transesterification 294.3.2 Changes in FAME composition of biodiesel due to Amoxicillin 315 Conclusions 34References 36
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