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Encapsulation of Quorum Quenching Bacteria in Ceramic Microbial Vessel and its Application for Biofouling Control in MBR : 세라믹 용기에 정족수 감지억제 미생물의 고정화 및 분리막-생물반응기에서 생물막 오염제어를 위한 활용
| DC Field | Value | Language |
|---|---|---|
| dc.contributor.advisor | 이정학 | - |
| dc.contributor.author | 정원석 | - |
| dc.date.accessioned | 2017-07-13T08:35:22Z | - |
| dc.date.available | 2017-07-13T08:35:22Z | - |
| dc.date.issued | 2014-02 | - |
| dc.identifier.other | 000000016872 | - |
| dc.identifier.uri | https://hdl.handle.net/10371/119682 | - |
| dc.description | 학위논문 (박사)-- 서울대학교 대학원 : 화학생물공학부, 2014. 2. 이정학. | - |
| dc.description.abstract | 최근 20년 분리막-생물반응기의 상업적인 활용은 탁월한 처리수질과 적은 소요부지 면적으로 인하여 급격히 증가하고 있다. 하지만 분리막 표면에 자연적으로 쌓여 여과성능을 떨어뜨리는 생물막 오염은 이 분야에서 여전히 풀지 못한 난제이며 분리막-생물반응기의 효율을 떨어뜨리는 주요 원인이다. 최근 폐수처리를 위한 분리막-생물반응기에서 미생물 용기를 이용한 정족수 감지억제 기술은 경제적으로 생물막 오염을 제어할 수 있는 방법으로 주목 받고 있다.
본 연구에서는 정족수 감지억제에 사용하는 미생물 용기 내부의 낮은 F/M 비를 개선하고자 세라믹 미생물 용기를 개발하였다. 세라믹 미생물 용기는 상용 세라믹 멤브레인과 정족수 감지억제 세균인 Pseudomonas sp. 1A1을 이용하여 구축하였다. 내부영양공급방식(inner flow feeding mode)은 세라믹 미생물 용기를 사용한 주목적으로서, 세라믹 미생물 용기 내부에 위치한 정족수 감지억제 미생물에게 영양물질을 용이하게 전달하여 보다 오랜 기간 동안 세포의 활성을 유지하도록 하였다. Pseudomonas sp. 1A1을 담체한 세라믹 미생물 용기(CMV)는 내부영양공급방식으로 운전하였을 때 분리막 표면의 생물막 오염을 보다 효과적으로 제어하였으며, 또한 MBR 내에서 장기간 정족수감지억제 효과를 유지하였다. 이는 고분자 여과막의 차압상승과 공초점주사현미경에 의한 생물막 및 미생물의 직접 관찰로 확인하였다. 실험실 규모 MBR에서의 성공적인 생물막 오염제어는 내부영양공급방식을 이용한 세라믹 미생물 용기가 실규모 MBR 에서도 효과적으로 생물막 오염을 제어할 수 있음을 보여 주었고 다양한 환경공학 분야에 응용가능성을 기대하게 한다. | - |
| dc.description.tableofcontents | Table of Contents
Abstract i List of Figures ix List of Tables xiii 1. Introduction 1 1.1. Backgrounds 3 1.2. Objectives 6 2. Literature Review 9 2.1. Biological wastewater treatment 11 2.1.1. Historical overview 11 2.1.2. Biological wastewater process 15 2.1.3. Operation parameters 17 2.2. Membrane Bioreactor (MBR) 22 2.2.1. MBR History 22 2.2.2. Market and Research 25 2.2.3. Advantage and Disadvantage of MBR 29 2.3. Quorum Sensing (QS) 31 2.3.1. Definition and Mechanism 31 2.3.2. Role of QS in Biofilm 47 2.3.3. Quorum sensing control Strategy 51 2.4. Quorum Quenching (QQ) 62 2.4.1. Enzymatic Biological processes 62 2.4.2. Application of QQ to the Control of Biofouling 68 3. Design of Quorum Quenching Microbial Vessel to Enhance Cell Viability in MBR 73 3.1. Introduction 75 3.2. Experimental Section 77 3.2.1. Design of Ceramic Microbial Vessel (CMV) 77 3.2.2. Measurement of the nutrient transport rate 80 3.2.3. Analysis of cell viability in the CMV 83 3.3. Results and Discussion 85 3.3.1. Investigation of the morphology of CMVs 85 3.3.2. Effect of the inner flow feeding mode on the rate of nutrient transfer to the CMV 87 3.3.3. Comparison of cell viability of CMVs under the different feeding mode 91 3.4. Conclusions 93 4. Isolation and Identification of Indigenous Bacteria producing Quorum Quenching Enzyme 95 4.1. Introduction 97 4.2. Experimental Section 98 4.2.1. Indigenous QQ bacteria 98 4.2.2. Comparison of QQ enzyme localization between strain 1A1 and BH4 98 4.2.3. Characterization of QQ bacteria 99 4.2.4. Bioassay for detecting AHL molecules 100 4.3. Results and Discussion 101 4.3.1 Localization of quorum quenching enzyme of the strain, Pseudomonas sp. 1A1 101 4.3.2 Molecular size of AHL-acylase of Pseudomonas sp. 1A1 103 4.3.3 Comparison of the Growth rate of Pseudomonas sp. 1A1 105 4.3.4 QQ activity of Pseudomonas sp. 1A1 according to the Growth rate 110 4.3.5 Degradation of various AHLs by Pseudomonas sp. 1A1 112 4.4 Conclusions 114 5. Application of CMV encapsulated Pseudomonas sp. 1A1 for biofouling control in MBR 115 5.1 Introduction 117 5.2 Experimental Section 118 5.2.1 Preparation of the ceramic microbial vessel (CMV) 118 5.2.2 AHL bioluminescence assay 118 5.2.3 Measurement of the QQ activity of the CMV 119 5.2.4 MBR operation 120 5.2.5 Analytical methods 124 5.3 Results and Discussion 127 5.3.1 Quorum quenching activity of the ceramic microbial vessel 127 5.3.2 Effect of the CMV on MBR biofouling 129 5.3.3 Effect of the inner flow feeding mode on TMP rise-up in QQ MBR at constant flux 133 5.3.4 Effect of the CMV on SMP and EPS production in the MBR 137 5.3.5 Effect of the CMV on the biodegradation of organics in MBRs 142 5.3.6 Stability of the QQ activity in the CMV 144 5.4 Conclusions 146 Recommendations for improving this research 147 초 록 149 References 151 | - |
| dc.format | application/pdf | - |
| dc.format.extent | 3837894 bytes | - |
| dc.format.medium | application/pdf | - |
| dc.language.iso | en | - |
| dc.publisher | 서울대학교 대학원 | - |
| dc.subject | Membrane bioreactor (MBR) | - |
| dc.subject | Biofouling control | - |
| dc.subject | Quorum sensing | - |
| dc.subject | Quorum quenching bacteria | - |
| dc.subject | Ceramic microbial vessel | - |
| dc.subject | Inner flow feeding mode | - |
| dc.subject.ddc | 660 | - |
| dc.title | Encapsulation of Quorum Quenching Bacteria in Ceramic Microbial Vessel and its Application for Biofouling Control in MBR | - |
| dc.title.alternative | 세라믹 용기에 정족수 감지억제 미생물의 고정화 및 분리막-생물반응기에서 생물막 오염제어를 위한 활용 | - |
| dc.type | Thesis | - |
| dc.contributor.AlternativeAuthor | Won-Suk Cheong | - |
| dc.description.degree | Doctor | - |
| dc.citation.pages | xiii, 166 | - |
| dc.contributor.affiliation | 공과대학 화학생물공학부 | - |
| dc.date.awarded | 2014-02 | - |
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