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Anti-Biofouling on vertical polymeric photobioreactor via 3D-printed buoyant structures

Anti-Biofouling on vertical polymeric photobioreactor via 3D-printed buoyant structures

자료유형
학위논문
개인저자
윤홍기, 尹洪岐
서명 / 저자사항
Anti-Biofouling on vertical polymeric photobioreactor via 3D-printed buoyant structures / Hong-Ki Yoon
발행사항
Seoul :   Graduate School, Korea University,   2022  
형태사항
ix, 75장 : 삽화, 도표 ; 26 cm
기타형태 저록
Anti-Biofouling on vertical polymeric photobioreactor via 3D-printed buoyant structures   (DCOLL211009)000000257755  
학위논문주기
학위논문(석사)-- 고려대학교 대학원, 화공생명공학과, 2022. 2
학과코드
0510   6D5   1239  
일반주기
지도교수: 심상준  
서지주기
참고문헌: 장 67-74
이용가능한 다른형태자료
PDF 파일로도 이용가능;   Requires PDF file reader(application/pdf)  
비통제주제어
Biofilm, Bubble column photobioreactor, Carbon capture and utilization, Microalgae, Neochloris oleoabundans, Biofouling,,
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945 ▼a ITMT

전자정보

No. 원문명 서비스
1
Anti-Biofouling on vertical polymeric photobioreactor via 3D-printed buoyant structures (2회 열람)
PDF 초록 목차

소장정보

No. 소장처 청구기호 등록번호 도서상태 반납예정일 예약 서비스
No. 1 소장처 과학도서관/학위논문서고/ 청구기호 0510 6D5 1239 등록번호 123069830 도서상태 대출가능 반납예정일 예약 서비스 B M
No. 2 소장처 과학도서관/학위논문서고/ 청구기호 0510 6D5 1239 등록번호 123069831 도서상태 대출가능 반납예정일 예약 서비스 B M

컨텐츠정보

초록

고부가가치 물질을 함유하는 미세조류 바이오매스 대량생산을 위하여 경제적인 비닐소재로 만들어진 thin-film photobioreactor (TF-PBR)은 바이오파울링 현상을 유발하고 광투과율을 약화시킨다. 바이오필름의 형성은 바이오매스의 생산성을 떨어뜨리며 오염가능성을 증가시켜 생산된 바이오매스의 순도에 영향을 줄 수 있다. 계면화학적 관점에서 바이오파울링 현상을 심부 배양 시 발생하는 기포에 의한 물리적인 부착과 고농도 세포배양 시 사멸하는 세포에 의해 생성되는 거품에 의한 화학적인 부착 두 가지의 복합적인 원인으로 인하여 발생됨을 규명하고자 하였다. 각 조건은 모사된 바이오필름의 생성조건에 의해 정량적으로 측정되었다. 또한, 생성된 바이오필름의 패턴을 분석하여 물리적인 부착에 따른 바이오필름의 감소에 최적인 부유 구조체의 형상을 결정하였고, 구 형태의 10 mm 부유 구조물에 대하여 최적화가 완료되었다.
Buoyant ball을 사용한 결과, TF-PBR의 headspace 부분의 바이오필름이 현저히 감소한 것을 수치적으로 확인하였으며, Neochloris oleoabundans의 바이오매스 생산성이 6일차에 이르러 32.03%까지 향상되었다. 본 기술은 심부배양으로 이루어지는 다양한 균주에 대하여 범용적으로 적용이 가능하며 오염방지 및 반응기의 재사용을 용이하게 한다.


In the mass cultivation of microalgae for producing biomass containing high value-added substances, the thin-film photobioreactor (TF-PBR) made of a polymer film causes biofouling and attenuates the light transmittance. The formation of biofilm impairs biomass productivity and increases the potential for contamination, which poses a challenge to the purity of biomass. In the aspect of surface chemistry, it is examined that biofouling occurs due to two main factors: physical adhesion by aeration and chemical adhesion by foam generated by cells that die. In each condition, the biofilm is quantitatively measured by simulated conditions. By analyzing the pattern of the generated biofilm, the optimal shape and size of the buoyancy structure of the biofilm were determined according to the physical adhesion. Optimization of the shape and size of the structure was completed with a 10 mm buoyant sphere ball. As a result of using the buoyant ball, it was numerically confirmed that the biofilm of the headspace of TF-PBR was significantly reduced. Additionally, the biomass productivity of Neochloris oleoabundans was improved to 32.03% on day 6. This strategy can be applied universally in various strains under outdoor large-scale cultivation through reactor reuse and contamination prevention.

목차

Contents	i
Abstract	iii 
List of Figures	vi
1. Introduction	1
2. Research Background	6
 2.1. Production of valuable products from microalgae	6
 2.2. Scale-up and mass cultivation of microalgae	7
 2.3. Prior research of anti-biofouling technology	9
 2.4. Microalgae biofilm formation	12
 2.5. Mechanism of antifoaming agent on the medium surface	13
3. Materials and Methods	15
 3.1. Algal stain and culture cultivation	15
 3.2. Definition of infection rate	18
 3.3. Manufacturing of buoyant structure	19
 3.4. Mass cultivation of polymer film photobioreactor	21
 3.5. Mass cultivation of semi-continuous process	22
 3.6. Analytical methods for biomass	23
 3.7. Quantification of microalgae biofouling by imageJ (NIH)	25
 3.8. Buoyant structure reuse and washing test	26
4. Results and Discussion	27
 4.1. Biofouling and cell loss by wall growth	27
 4.2. Wall growth pattern for antifoaming agent	32
 4.3. Determination of buoyant structure shape	39
 4.4. Effect of buoyant ball size on the biofilm pattern	44
 4.5. Buoyant ball washing and reuse	56
 4.6. Outdoor batch cultivation by LNG powerplant flue gas	61
5. Conclusion	66
References	67
Acknowledgments	75

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