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Development of microalgal flocculation stimulated by interaction between metal cations and extracellular polymeric substances = 세포외중합체와 금속양이온의 반응을 이용한 담수종 미세조류의 응집법 개발
서명 / 저자 Development of microalgal flocculation stimulated by interaction between metal cations and extracellular polymeric substances = 세포외중합체와 금속양이온의 반응을 이용한 담수종 미세조류의 응집법 개발 / Hansol Lee.
저자명 Lee, Hansol ; 이한솔
발행사항 [대전 : 한국과학기술원, 2017].
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초록정보

In this work, the multiple potentials of seawater was firstly explored to address key issues relating to the cultivation and harvesting of EPS-producing microalgae, Scenedesmus obliquus and Ettlia sp. Seawater could suf?ciently replace some of the key elements in BG11 and TAP, the two most common media for freshwater algal cultivation. The use of seawater had a significantly positive effect on cell aggregation making the harvesting process easy. The aggregation of both species was found to be stimulated by the minerals in the seawater with the help of extracellular polymer substances (EPS). When sea salt, another form of seawater, was tested for the flocculation of EPS producing Ettlia sp. and EPS non-producing Chlorella vulgaris, only Ettlia sp. readily formed cell aggregates whereas C. vulgaris showed negligible floc formation. The key element to cause such floc formation with the help of EPS was found to be calcium ion in the sea salt. Calcium ion can act as an effective flocculant only if EPS is sufficient on the cell wall. When EPS is insufficient, no aggregation occurred due to lack of EPS-calcium ligands on the cell surface. The flocculation was less efficient when EPS level is too high due to adsorption of calcium ions by free-EPS. Thus, optimal level of EPS exists to maximize the flocculation. Although calcium ion is essential to cause flocculation of EPS-producing microalgae, not all calcium-rich compounds are an effective flocculant. Among various calcium sources examined, activated calcium oxide was identified to be the most effective flocculant. Its inherent basicity and high ionization capability were considered to be the main factors for its high performance in flocculation. With low toxicity to environment and low price, calcium can be a good alternative to replace commonly used flocculants.

본 연구에서는 먼저 Scenedesmus obliquus 와 Ettlia sp.를 배양하고 수확하는 데 있어 바닷물의 다양한 가능성에 대해 탐구하였다. 바닷물은 BG11과 TAP 배지의 핵심 구성 성분들을 충분히 대체할 수 있으나, S. obliquus는 Ettlia sp.와 달리 소금에 대한 내성이 부족하여 성장이 둔화되었다. 이에 반해, 바닷물의 사용은 두 미세조류 종의 응집효율에는 긍정적인 영향을 주었다. 이러한 응집현상의 원인은 소금에 의한 스트레스로 촉진된 세포외중합체(EPS)의 생산량 증가와, EPS에 소금내 미네랄 성분의 흡착으로 인한 것으로 확인되었다. 따라서 EPS를 많이 생산하는 미세조류 종에 한하여, 소금을 응집제로 사용하는 것이 가능하다는 것을 밝혀내었다. 또 소금을 이용한 응집향상 현상은 소금에 함유된 미네랄 성분들 중, 칼슘의 효과가 가장 크다는 것을 확인하였다. 이후 실험에서 EPS와 칼슘의 농도에 따라 Ettlia sp.종의 응집효율이 어떻게 변화하는지 살펴보았다. 배지 내의 EPS의 농도는 배지 내에 녹아있는 Free-EPS나 세포표면에 존재하는 EPS의 농도와 비례한다. 세포표면에 존재하는 EPS의 농도가 낮은 경우, 칼슘이 세포 표면에 붙지만 다른 세포와의 연결고리, 즉 EPS가 적어서 응집이 일어나지 않게된다. 그리고 EPS의 농도가 너무 높으면, 배지내에 녹아있는 Free-EPS와, 세포 표면의 EPS가 둘 다 높은 농도로 존재한다. 이 경우 첨가된 칼슘이 Free-EPS에 먼저 흡착이 되고 남은 칼슘이 세포 표면의 EPS에 흡착되어, 결과적으로는 응집효율 향상효과가 저감된다. 따라서, 칼슘으로 미세조류 응집향상효과를 기대하기 위해서는 최적의 EPS농도가 요구된다. EPS를 생산하는 미세조류 종의 응집효율을 칼슘으로 촉진시킬수 있지만, 칼슘을 함유하고 있는 모든 물질들이 응집효율에 긍정적인 영향을 주는 것은 아니었다. 탄산칼슘은 너무 낮은 용해도로 인하여 응집을 못하였다. 그에 반해 탄산칼슘을 하소하여 만든 산화칼슘은 응집효율향상을 크게 증가시켰다. 이는 탄산칼슘의 강한 염기성과 이온화된 칼슘의 연결고리효과 간 시너지가 발생하여 미세조류 응집효율을 극대화했기 때문이다. 또한 산화칼슘은 다른 칼슘함유물질보다 저렴하기 때문에, 현재 쓰이는 유해한 응집제를 대체한다면 수확공정의 경제성과 친환경성을 확보 할 수 있다

서지기타정보

서지기타정보
청구기호 {DCBE 17038
형태사항 ix, 82 p. : 삽도 ; 30 cm
언어 영어
일반주기 저자명의 한글표기 : 이한솔
지도교수의 영문표기 : Yong Keun Chang
지도교수의 한글표기 : 장용근
학위논문 학위논문(박사) - 한국과학기술원 : 생명화학공학과,
서지주기 References : p. 72-77
주제 Microalgae
flocculation
divalent cations
calcium
EPS
미세조류
응집
이가양이온
칼슘
세포외중합체
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