Simultaneous biodegradation of toluene and xylene was performed in the novel bioreactor and the process was analyzed by mathematical simulation developed in this work. The novel bioreactor employed silicon tube as a supplier of the compounds to be treated. Transfer rate of toluene and xylene through silicon tube could be easily controlled and toluene and xylene were shown to be competitively transferred through silicon tube when present in mixture. Microbial growth proceeded linearly with time after the concentration of toluene and xylene in the reactor fell below some critical point and quasi-steady state was maintained in the batch and repeated batchwise operation. In spite of its high removal capacity, repeated batchwise operation is not suitabel for real process due to several problems. In continuous operation, steady increase of the toluene and xylene concetration was observed with increasing dilution rate due to the steady decrease of biomass level with increasing dilution rate. Mathematical simulation results for continuous toluene degradation process were well coincident with experimental results. Optimum operating condition was found based on the simulation results by determining the growth limiting substrate under the specified condition and this was proved experimentally. Mathematical model for toluene degradation process developed in this work could be applied to the simultaneous degradation of toluene and xylene.
새로운 생물 반응기를 이용한 톨루엔과 크실렌의 생물학적 분해를 수행하고 수학적 모사를 통해 실험 결과를 분석함으로써 작업 조건을 최적화하였다. 새로운 생물 반응기는 실리콘 관으로 소수성 물질이 확산될 수 있다는 점을 응용한 것이다. 반응기내로의 톨루엔 및 크실렌의 전달 속도는 몇 가지 작업 인자들을 통하여 쉽게 조절할 수 있었고 실리콘 관에 대한 톨루엔과 크실렌의 흡수는 이들이 혼합 상태로 있는 경우 상호 경쟁적으로 일어나는 것이 관찰 되었다. 회분식 혹은 반복 회분식 조작을 통한 분해 공정에서 미생물의 증식은 톨루엔 과 크실렌의 농도가 임계점이하로 감소한 후부터는 시간에 대해 선형적으로 일어났으며 이 기간 중에 반응기내에는 의사 정상상태가 유지 되었다. 반복 회분식 조작은 높은 분해 용량을 가짐에도 불구하고 몇가지 극복되어야 할 문제점으로 인해 실제 공정에 응용되기는 부적합하였다. 연속 조작에 있어 톨루엔 및 크실렌의 농도는 희석율의 증가에 따라 급격하게 증가하였다. 연속 조작에 의한 톨루엔 분해에 대해 수행한 수학적 모사 결과는 실험 결과와 거의 일치 하였다. 모사를 통해 특정 조건하에서의 증식 제한 기질을 결정함으로써 최적 작업 조건을 구할 수 있었으며 이는 실험을 통해 증명되었다. 톨루엔 분해에 대해 세워진 수학적 모델은 톨루엔과 크실렌의 동시 분해 및 크실렌의 분해에도 적용될 것으로 보인다.
