[캐나다] 노던 브리티시 컬럼비아대, 하수서 자원 추출 연구 진행

노던 브리티시 컬럼비아 대학(University of Northern British Columbia, UNBC)의 올리버 이오레멘(Dr. Oliver Iorhemen) 환경공학과 조교수를 주축으로 한 연구팀은 하수 시설에서 귀중한 자원을 추출하는 기술을 연구하고 있다고 밝혔다. 이 연구는 캐나다 디스커버리 그랜트(Discovery Grant) 프로그램의 자연과학 및 공학연구위원회(Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada)로부터 지원금을 받아 연구를 더욱 발전시키는 데 도움이 될 것이다. 

이오레멘 교수는 그의 연구실에서 향후 사용을 위해 물에서 귀중한 자원을 제거하는 방법을 연구하는 것을 포함하여 하수 처리를 개선하는 방법을 시험하고 있다. [사진제공 = UNBC]

 

캐나다 디스커버리 그랜트의 자연과학 및 공학연구위원회의 지원으로 이오레멘 교수는 하수에서 크산탄(xanthan), 커드란(curdlan), 티로신(tyrosine) 및 페닐알라닌(phenylalanine)을 추출하는 방법을 연구하고 있다. 만약 성공한다면 하수에서 얻게된 자원으로 상처용 방수 드레싱을 생산하는 것에서 부터 HIV 감염을 억제하는 약제 생성, 오염된 현장을 청소하는 것을 돕는 흡수성 재료 개발에 이르기까지 모든 분야에서 재사용할 수 있다.

이오레멘 교수는 "이 연구 프로그램의 초점 중 일부는 생물학적 하수 처리 시스템 및 유기 폐기물에서 고부가가치 제품에 적합한 추출 및 정화 방법을 개발하는 것이다"라며, "이 개념은 또한 하수에서 자원을 추출하여 하수에서 고부가가치 제품을 얻을 수 있는 기회를 제공하는 하수 관리의 바이오리파이너리(biorefinery) 개념과 일치한다"고 말했다.

이오레멘 교수의 연구는 박테리아 부산물에 의해 결합된 바이오매스 1g당 수백만 개의 박테리아의 조밀한 컨소시엄으로 구성된 전도유망한 생명공학 기술인 호기성 입상 슬러지(AGS)에 대한 연구를 기반으로 한다. 도시 및 산업 폐수는 모두 AGS 바이오 기술을 사용하여 효과적으로 처리됐다. 현재, 인(phosphorus), 폴리하이드록시알카노에이트(polyhydroxyalkanoates), 엑소폴리사카라이드(exopolysaccharides)와 같은 알긴산염(alginate) 및 트립토판(tryptophan)은 AGS 시스템에서 추출할 수 있지만 이오레멘 교수는 추가 자원을 가져올 방법을 찾고 있다.

이오레멘 교수는 “연구에는 광범위한 연구 작업이 포함될 것이다. 나는 UNBC의 환경 공학 연구소에서 실험실 규모의 생물 반응기를 사용하여 이 연구를 시작할 계획이다”라며, "실험실 규모에서 안정적인 운영 조건이 확립되면 AGS 시스템에서 이러한 자원의 동시 효율적인 하수 처리와 높은 생산성뿐만 아니라 회수 프로토콜을 개발하기 위해 파일럿 규모의 테스트가 이루어질 것이다"이라고 말했다.

성공적으로 이루어지면 하수처리시설이나 오프사이트에 설치된 별도의 시설에서 자원 회수가 이루어지거나 새로운 혁신적인 신생 기업에서 이를 수행할 수 있다.

이오레멘 교수는 "이 연구의 결과는 캐나다의 많은 기업들이 식품, 생물의학, 제약, 석유, 석유화학, 건설, 화장품, 농업 및 환경 개선을 포함한 이 4가지 자원을 원자재로 요구함에 따라 경제적 성공을 위한 새로운 기회를 열 것"이라고 전했다.

5년간 14만7천500달러 상당의 이번 지원금은 2명의 박사과정생, 2명의 응용과학 석사과정생 및 5명의 학부과정 학생의 연구를 지원할 것이다.

이오레멘 교수는 “UNBC는 이와 같은 혁신을 선도하는 연구를 강력하게 지원하기 때문에 이러한 유형의 연구를 하기에 적합하다"라며, “UNBC는 또한 모든 대학원생을 위한 매우 고무적인 연구 환경을 갖추고 있으며, 이는 이 연구를 위해 모집된 대학원생이 증원될 수 있도록 할 것이다. 또한 UNBC 내의 북부 분석 연구소(Northern Analytical Lab Services)에서 사용할 수 있는 최첨단 장비는 고품질 분석을 가능하게 할 것”이라고 전했다.

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Extracting value from wastewater

Environmental Engineering Assistant Professor Dr. Oliver Iorhemen is exploring techniques to extract valuable resources from wastewater facilities. A new grant from the Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada Discovery Grant program will help him further his research.

Imagine being able to extract valuable resources from our wastewater that can be re-used for biomedical, pharmaceutical and geotechnical purposes.

With the support of a Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada Discovery Grant, UNBC Environmental Engineering Assistant Professor Dr. Oliver Iorhemen is examining methods to extract xanthan, curdlan, tyrosine and phenylalanine from wastewater. If successful, the resources can be used again in everything from producing waterproof dressings for wounds to creating agents that inhibit HIV infection, to developing absorbent materials to help clean up contaminated sites.

“Part of this research program’s focus is to develop suitable extraction and purification methods for high-value products from biological wastewater treatment systems and organic waste,” Iorhemen says. “This concept is also in line with the biorefinery concept in wastewater management which seeks to mine resources from wastewater, offering the opportunity of obtaining high-value products from wastewater.”

Iorhemen’s study will build on the research into aerobic granular sludge (AGS), a promising biotechnology made up of a dense consortium of millions of bacteria per gram of biomass held together by bacteria by-products. Both municipal and industrial wastewater have been effectively treated using AGS biotechnology. Currently, phosphorus, polyhydroxyalkanoates, alginate-like exopolysaccharides, and tryptophan can be extracted from AGS systems, but Iorhemen wants to find ways to take out additional resources.

“The research will involve extensive lab work. I plan to start this research in the environmental engineering lab at UNBC using lab-scale bioreactors,” Iorhemen says. “Once stable operating conditions have been established at lab-scale, pilot-scale testing will be explored for both simultaneous efficient wastewater treatment and high production of these resources in the AGS systems as well as the development of their recovery protocols.”

If successful, the recovery of these resources could be done in a separate facility either attached to a wastewater treatment or offsite, or by a new innovative start-up company.

“The outcome of this research will open a new vista of opportunities for economic success as many companies in Canada require these four resources as raw materials, including the food, biomedical, pharmaceutical, petroleum, petrochemical, construction, cosmetic, agricultural, and environmental remediation industries,” Iorhemen says.

The grant, worth $147,500 over five years, will support the research of two PhD students, two Master of Applied Science students and five undergraduate students.

“UNBC is well placed for this type of research because the institution strongly supports research that is pioneering in its innovation such as this one,” Iorhemen says. “UNBC also has a highly stimulating research environment for all graduate students, and this will enable graduate students recruited for this research to thrive. In addition, the state-of-the-art equipment available at the Northern Analytical Lab Services within UNBC will allow for high-quality analyses.”

[출처 = UNBC(https://www2.unbc.ca/newsroom/unbc-stories/extracting-value-wastewater) / 2022년 8월 11일]