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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 신설되는 하수고도처리장 뿐만 아니라 기존의 2차 처리 시스템의 처리장을 경제적으로 고도처리시스 템으로 개보수할 수 있는 하수고도처리시스템을 개발하기 위하여 다양한 대사능을 가진 광합성 박테리아를 하천 및 토양으로부터 분리 동정하고, 이들의 질소분해능을 스크리닝하여, 다기능, 고효율의 균주를 개발하고자 한다.
제안 방법
- 실험에 이용한 균주는 질소제거 효율 선별 실험을 통해 질소(NH3-N과 no3--n)제거율이 우수한 63균주를 사용하였다. 27 M (DMS) medium을 변형하여 만든 합성폐수(1L) 당 순수 균주 0.5, 1, 2, 4, 8 g (wet-weight)씩을 각각 접종하였다. 명처-혐기, 24±2<>C로 반응 조건을 설정하고 시간별로 유기물, NH3-N, NO「N 등의 제거율을 측정하였다.
- CODcr(mg/L)/Biomass(mg/L) 비를 0.4, 0.2, 0.1, 0.05, 0.025의 5가지의 조건으로 실험을 진행하였다. 실험에 이용한 균주는 질소제거 효율 선별 실험을 통해 질소(NH3-N과 no3--n)제거율이 우수한 63균주를 사용하였다.
- -N, NO「N, SCODcr의 분석은 Standard Methods (8)에 준하여 실시하였으며, pH는 pH meter (Orion Model SA720, Orion, US A) 를 사용하였다. 균주의 성장률을 비롯한 흡광도의 측정은 spectrophotometer (Uvikon 914 Plus, Kontron Instrument, Italy)를 통해 즉정하였다.
- 5, 1, 2, 4, 8 g (wet-weight)씩을 각각 접종하였다. 명처-혐기, 24±2<>C로 반응 조건을 설정하고 시간별로 유기물, NH3-N, NO「N 등의 제거율을 측정하였다. 회분식 반응기에서 세포밀도(。叫力侦)를 측정하고, 채취한 sample을 filtering (MFS-13, pore size 0.
- -N 제거의 경우에는 명처(호기, 혐기), 암처(호기, 혐기)에서 진행하였으며, no3--n 제거의 경우에는 명처-혐기, 암처-혐기에서 실시하였다. 배양 후 12시간 뒤 각각의 제거 양상을 ion exchange chromatography를 이용하여 즉정하였다.
- 본 연구에서 분리한 광합성 균주를 폐수처리에 이용한다면 같은 조건에서 (명처-혐기) 동시에 NHyN과 NO「-N을 제거할 수 있으므로 고효율의, 유지관리가 용이한 시스템을 개발할 수 있고, 더군다나 2차 처리 상태로 되어 있는 기존 처리장을 경제적이고, 고효율인 고도처리장으로의 개. 보수할 수 있을 것이다.
- 순수 분리해낸 90개의 광합성 균주들을 계대 배양한 다음 ammonia와 nitrate 제거 효율이 높은 균주를 스크리닝하였다. 스크리닝에 사용한 배지는 27 M (DMS) medium을 변형하여 사용하였다.
- 실험의 진행은 명처-혐기 조건, 24±2。(2에서 실시하였다. 시간별로 시료를 채취하여 SCODcr, NH3-N과 NO「N등을 측정 하였다.
- 실험조건은 NH3-N 제거의 경우에는 명처(호기, 혐기), 암처(호기, 혐기)에서 진행하였으며, no3--n 제거의 경우에는 명처-혐기, 암처-혐기에서 실시하였다. 배양 후 12시간 뒤 각각의 제거 양상을 ion exchange chromatography를 이용하여 즉정하였다.
- 스크리닝에 사용한 배지는 27 M (DMS) medium을 변형하여 사용하였다. 유기물 농도는 27배지 성분 중 yeast extract# 제거하고, ethanol과 disodium succinate를 이용하여 SCODcr의 농도를 200mg/L로 맞추고, NH『N의 농도는 NHQl을 이용하여 100mg/L로, NO「N의 농도는 NaNQ를 이용하여 100 mg/L 조성하였다.
- 회분식 실험에 이용한 배지는 27 M (DMS) medium을 변형하여 만든 합성 폐수에 SCODcr의 농도를 200, 400, 600, 800mg/L로 변화를 주고, NH『N의 농도는 NHQ을 이용하여 20mg/L로 맞추고, NO「-N의 농도는 NaNQ를 이용하여 20mg/L로 제작하여 사용하였다. 즉, 실험 배지는 C/N ratio가 5:1, 10: 1, 15: 1, 20: 1로 조성하였으며, 균주는 배지 L당 1 g(wet-weight)을 접종하였다. 실험의 진행은 명처-혐기 조건, 24±2。(2에서 실시하였다.
- 명처-혐기, 24±2<>C로 반응 조건을 설정하고 시간별로 유기물, NH3-N, NO「N 등의 제거율을 측정하였다. 회분식 반응기에서 세포밀도(。叫力侦)를 측정하고, 채취한 sample을 filtering (MFS-13, pore size 0.2 |im, ADVAN TEC MFS, Inc.)하여 SCODcr, NH3-N과 NO「-N 등을 측정하였다.
- 회분식 실험에 이용한 배지는 27 M (DMS) medium을 변형하여 만든 합성 폐수에 SCODcr의 농도를 200, 400, 600, 800mg/L로 변화를 주고, NH『N의 농도는 NHQ을 이용하여 20mg/L로 맞추고, NO「-N의 농도는 NaNQ를 이용하여 20mg/L로 제작하여 사용하였다. 즉, 실험 배지는 C/N ratio가 5:1, 10: 1, 15: 1, 20: 1로 조성하였으며, 균주는 배지 L당 1 g(wet-weight)을 접종하였다.
대상 데이터
- 5℃, 수심은 5~10cm였다. 기본 무기 배지는 27 M (DSM) (5)을 사용하였고, 배지의 pH는 6.8로 조절하였다(Table 1).고형 배지는 27 M에 agar를 1.
- 순수 분리해낸 90개의 광합성 균주들을 계대 배양한 다음 ammonia와 nitrate 제거 효율이 높은 균주를 스크리닝하였다. 스크리닝에 사용한 배지는 27 M (DMS) medium을 변형하여 사용하였다. 유기물 농도는 27배지 성분 중 yeast extract# 제거하고, ethanol과 disodium succinate를 이용하여 SCODcr의 농도를 200mg/L로 맞추고, NH『N의 농도는 NHQl을 이용하여 100mg/L로, NO「N의 농도는 NaNQ를 이용하여 100 mg/L 조성하였다.
- 025의 5가지의 조건으로 실험을 진행하였다. 실험에 이용한 균주는 질소제거 효율 선별 실험을 통해 질소(NH3-N과 no3--n)제거율이 우수한 63균주를 사용하였다. 27 M (DMS) medium을 변형하여 만든 합성폐수(1L) 당 순수 균주 0.
이론/모형
- 5% 첨가하였다. 배양은 조도, 2, 000 lux 에 온도는 28℃ ±2 ℃(2인 배양기에서 실시하였으며, 균주의 동정은 Bergey's Manual of Determinative Bacteriology (12)과 Van Niel (23), Bergey's Manual of Systematic Bacteriology (22)에 따라 실시하였다.
- 폐수의 성분 분석에 있어 NH3-N, NO「N, SCODcr의 분석은 Standard Methods (8)에 준하여 실시하였으며, pH는 pH meter (Orion Model SA720, Orion, US A) 를 사용하였다. 균주의 성장률을 비롯한 흡광도의 측정은 spectrophotometer (Uvikon 914 Plus, Kontron Instrument, Italy)를 통해 즉정하였다.
성능/효과
- , 8 균주는 Rhodocyclus gelatin仍sus로, 6 균주는 Rhodocyclus tenuisS., 5 균주는 Rhodobacter capsulatus 그리고 5균주는 Rhodopseudomonas rutilaS- 동정되었다. 나머지 54개 균주는 미동정되었다.
- 1 과 같았다. CODcr/Biomass비 0.025에서 CODcr, NH3-N의 제거율은 각기 68.0% (CODcr), 37.1% (NH3-N)이였고, 0.05에서는 57.3%, 50.0%, 0.1에서는 54.9%, 75.1%, 0.2에서는 98.2%, 89.0%, 0.4에서는 93.9%, 77.9%로 각각 나타났다. 이 연구 결과 에서 CODcr/Biomass비 0.
- NO「-N의 제거는 모든 조건에서 96% 내외로 거의 제거되었고, NHyN은 C/N 비 5 : 1과 10 : 1의 경우는 각각 75.8%, 70.2% 제거되었고, 15 : 1과 20: 1의 경우는 각각 55.7%, 54.0% 제거되었다. 즉, 낮은 C/N비(5 : 1, 10: 1)에서 NH3-N의 제거율은 높은 C/ N비(15: 1, 20: 1)에서 보다 20% 정도 더 높게 나타났고, 균의 성장을 나타내는 Optical Density 또한 높게 나타났다.
- 순수 분리된 90개의 균주에 대해 여러 조건(명처-호기, 혐기/암처-호기, 혐기)에서 NHyN과 NO「-N의 제거율을 실험한 결과, NH『N의 경우에는 균주 90개 모두에서 제거 효율을 보였으나 균주에 따라 조건에 따라 차이가 있었다. 명처-호기 조건에서 65.
- 9%로 각각 나타났다. 이 연구 결과 에서 CODcr/Biomass비 0.2 조건에서 유기물과 NH’-N의 제거율이 각각 98.2%, 89.0%로 가장 우수한 것으로 나타났으며, 낮은 CODcr/Biomass비 (0.025, 0.05, 0.1)보다 높은 CODcr/Biomass비 (0.2, 0.4)에서 유기물 및 N0-N의 높은 제거율을 보였다. 이때 의 NHyN과 NO「-N의 상관적인 제거 양상은 Fig.
- 0% 제거되었다. 즉, 낮은 C/N비(5 : 1, 10: 1)에서 NH3-N의 제거율은 높은 C/ N비(15: 1, 20: 1)에서 보다 20% 정도 더 높게 나타났고, 균의 성장을 나타내는 Optical Density 또한 높게 나타났다.
- 1%)로 각각 제거율이 나타났다. 혐기보다는 호기의 조건에서 제거율이 높게 나타났고, 호기 시에는 제거율이 빛에 무관하게 거의 같게 나타났고, 혐기시에는 명처가 약간 높은 것으로 나타났다(Table 2).
후속연구
- 일반적인 질화와 탈질화는 각기 다른 박테리아에 의해 다른 환경조건에서 일어나기 때문에 공정이 복잡하고 운전 및 유지관리가 힘든 상태이다. 그러나 본 연구에서 분리된 광합성 박테리아를 실증 처리장에 적용 최적화시킨다면 공정이 간단하고, 처리 효율이 높은 보다 유지관리가 용이한 시스템을 개발할 수 있으리라 사료된다. 더구나 대부분이 2차처리 시스템인 우리나라의 처리장을 보다 경제적이고 효율적인 고도처리시스템으로 개선할 수 있으리라 사료된다.
- 특히 ANAMMOX 경우는 혐기적 암모니 아 산화과정으로 암모니아를 전자공여체로 아질산을 전자수용체로 사용하여 단번에 암모니아와 아질산을 N로 변환시킨다(2, 4, 10, 18, 19).이와같이 여러 가지 다른 효소들에 의해 간단하게 암모니아와 아질산을 처리할 수 있는 박테리아를 선별하여 최적화 시킨다면 고효율의, 유지관리가 용이한 시스템을 개발할 수 있고, 또한 2차 처리 상태로 되어 있는 기존 처리장을 경제적이고, 고효율인 고도처리장으로 개보수할 수 있을 것 이다.
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