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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 질소를 제거해 줄 수 있는 미생물을 자연계 어서 광범위하게 분리하여 균주의 특성을 밝히며, 질소 자화능을 조사하여 실처리 공정에 적용할 수 있는 균주를 개발하고 우수한 균주를 선별하여 여러가지 생화학적 특성과 균주 성장 특성을 조사하고자 한다.
- 탈질반응은 질산성질소 또는 아질산 질소가 환원되어 최종적으로 질소가스를 생성하지만 탈질 반응 외 혐기성 반응 결과 가스가 발생하는 경우가 있다. 따라서 이들 결과를 최종적인 확인을 위하여 질산성 질소가 환원되면 pH를 상승하므로 배지 색의 변화가 발생하므로 탈질 반응을 증명하기 위하여 질소가스 발생과 배지 색의 변화를 관찰하였다.
제안 방법
- 질소함유 폐수를 생물학적으로 효과적으로 처리하기 위한 전 단계로서 탈질균을 분리하여 최종 선정된 균주의 분해 특성을 조사한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다. 분리된 5개 균주 가운데 DWS3가 세포성장과 질산성질소 제거율이 가장 우수하여 최종 분리 균주로 선정하였다.
- 채취한시료를 멸균된 증류수를 이용하여 희석단계별로 1 成씩 배지가 첨가된 시험관에 접종하였다. 접종한 시험관을 3俨。에서 2주일간 배양한 후 배지의 색이 변하면서 질소가스가 발생하는 집락 중 집락이 크■고 분명한 것을 선별하여 분리과정을 반복하여 1차 탈질 균주로 선정하였다.
- 접종한 시험관을 3俨。에서 2주일간 배양한 후 배지의 색이 변하면서 질소가스가 발생하는 집락 중 집락이 크■고 분명한 것을 선별하여 분리과정을 반복하여 1차 탈질 균주로 선정하였다. 일차로 순수 분리된 균주 중 최종적인 탈질 균주를 분리하기 위하여 액상배지에 균주를 접종한 다음 30笆에서 2일간 배양하면서 균주의생육속도가 빠르고 탈질능이 우수한 균주를 최종 선별하였다. 분리된 균주는 20% glycer이을 첨가하여 -7。乜에 냉동 보관하여 사용하였다.
- 분리 균주의 형태적, 생리적 및 생화학적 특성을 조사하기위하여, 분리 균의 형태를 현미경을 이용하여 관찰하였다. 각균의 동정은 Bergey's manual of systematic bacteriology(13)에따랐으며, Laboratory manual of general bacterioiogy(14)에 준하여 실시하였다.
- 각균의 동정은 Bergey's manual of systematic bacteriology(13)에따랐으며, Laboratory manual of general bacterioiogy(14)에 준하여 실시하였다. 선발된 균주의 형태학적 특성은 Gram 염색과 전자현미경으로 관찰하였고, 반 유동배지에서 운동성을조사하였다. 또한 균주의 생리학적 특성으로는 gelatin 액화력, nitrate 환원력 및 catalase, oxidase 이용능과 아울러 혐기적 조건에서의 증식여부를 관찰하였다.
- 선발된 균주의 형태학적 특성은 Gram 염색과 전자현미경으로 관찰하였고, 반 유동배지에서 운동성을조사하였다. 또한 균주의 생리학적 특성으로는 gelatin 액화력, nitrate 환원력 및 catalase, oxidase 이용능과 아울러 혐기적 조건에서의 증식여부를 관찰하였다. 또한 분리된 탈질 균주의 온도에 따른 영향은 온도를 20, 30, 40E로 조정하여실험하였고, 탈질화에 따른 초기 pH 영향은 온도와 교반속도를 301, 배양 배지의 pH는 7로 하여 교반속도는 150 rpm을고정하여 균체의 성장과 질산성 질소의 농도 변화를 조사하였다.
- 또한 균주의 생리학적 특성으로는 gelatin 액화력, nitrate 환원력 및 catalase, oxidase 이용능과 아울러 혐기적 조건에서의 증식여부를 관찰하였다. 또한 분리된 탈질 균주의 온도에 따른 영향은 온도를 20, 30, 40E로 조정하여실험하였고, 탈질화에 따른 초기 pH 영향은 온도와 교반속도를 301, 배양 배지의 pH는 7로 하여 교반속도는 150 rpm을고정하여 균체의 성장과 질산성 질소의 농도 변화를 조사하였다.
- 탈질율 측정은 배지 내 질산성 질소의 농도 변화로 측정하였다. 배양액내의 질산성 질소을 정량을 위해 10, 000 ppm으로 원심분리한 후 membrane filter (Advarrtec: pore size 0.
- 분리된 5개 균주 가운데 성장속도가 빠르고 질산성질소 제거율이 우수한 균주를 선별하기 위하여 각각의 균주를 2일간 배양한 후 결과를 Table 2에 나타내었다 특히 분리 균주 가운데 DWS3이 세포성장과 질산성질소 제거율이 가장 우수하여 최종 분리 균주로 선정하였다.
- 분리된 Pseudomonas DWS의 탈질균 성장속도를 측정하기 위하여 질산성질소가 400 tng/L가 함유된 배지에 접종한 후균의 증식속도와 질산성질소의 제거율을 측정하여 Fig. 2에 나타내었다. Pseudomonas DWS는 4시간 정도의 유도기를 거쳐 18시간에 최대 증식을 나타내었으며, 균의 생육속도와 비례하여 질산성질소의 제거율이 증가하는 것으로 나타났으며, 배양 7시간만에 50% 정도 질산성질소가 제거되었고, 배양 20시간에 질산성질소는 99% 이상 제거되는 것으로 나타났다.
- 온도는 미생물 성장속도와 질산성질소의 제거 속도에 영향을 미치므로 분리 균의 성장을 위한 최적성장 온도를 알아보기 위하여 pH를 7로 유지하여 질산성질소를 400 mg/L 첨가한 후, 분리된 Pseudomonas DWS 접종하여 배양 시간 21시간 후 온도에 따른 질산성 질소 제거량과 균주 성장은 Fig. 4에 나타내었다. Pseudomonas DWS의 온도별 특성은 30℃ 에서 99% 이상 우수한 탈질능이 나타났으나, 20℃에서는 68% 탈질율, 40℃에서는 92% 탈질율이 보여, 30~40℃에서 탈질이 잘 일어나는 것으로 나타났다.
- 또한 탈질반응은 알칼리 생성반응이므로 탈질화에 따라 알칼리도와 pH는 증가한다(17). 따라서 본연구에서 분리한 Pseudomonas DWS 탈질 균주의 최적 성장 pH를 알아보기 위하여 배지의 pH를 5.0-10.0으로 조절한 후초기 pH에 따른 균의 성장과 질산성질소 제거량을 Fig. 4에 나타내었다.
- Pseudomonas DWS 탈질균의 생육에 미치는 질산성 질소의 농도에 대한 영향은 알아보기 위하여, 30℃와 pH를 7로 유지하고 질산성질소의 농도를 100 - 400 mg/1 로 조정하여 균주의 성장 및 질산성 질소 제거율을 측정하여 Fig. 5에 나타내었다.
대상 데이터
- 조사한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다. 분리된 5개 균주 가운데 DWS3가 세포성장과 질산성질소 제거율이 가장 우수하여 최종 분리 균주로 선정하였다. DWS3를 동정한 결과 Pseudomonas DWS로 명명하였다.
- 광주광역시 하수처리장 주변 토양, 분뇨처리장의 슬러지, 전남 근교 골프장 주변 토양에서 시료를 채취하였다. 채취한시료를 멸균된 증류수를 이용하여 희석단계별로 1 成씩 배지가 첨가된 시험관에 접종하였다.
- 탈질균 기본 배지는 Table 1에 있는 배지에 1.5% 한천 (w/v)을 첨가한 평판 고체배지를 사용하였다(12).
이론/모형
- 각균의 동정은 Bergey's manual of systematic bacteriology(13)에따랐으며, Laboratory manual of general bacterioiogy(14)에 준하여 실시하였다. 선발된 균주의 형태학적 특성은 Gram 염색과 전자현미경으로 관찰하였고, 반 유동배지에서 운동성을조사하였다.
- 배양액내의 질산성 질소을 정량을 위해 10, 000 ppm으로 원심분리한 후 membrane filter (Advarrtec: pore size 0.45 um)로 여과하여 질산성 질소 분석은 환경오염공정 시험법의블루신법을 이용하여 측정하였다<6, 15).
성능/효과
- 분리된 5개 균주 가운데 DWS3가 세포성장과 질산성질소 제거율이 가장 우수하여 최종 분리 균주로 선정하였다. DWS3를 동정한 결과 Pseudomonas DWS로 명명하였다. 반유동성 사면배지에 배양한 결과 녹색을 띠었으나, 탈질능을 갖는 균주의 활성에 따라 배지의 색이 녹색에서 암녹색으로 변환되었다.
- DWS3를 동정한 결과 Pseudomonas DWS로 명명하였다. 반유동성 사면배지에 배양한 결과 녹색을 띠었으나, 탈질능을 갖는 균주의 활성에 따라 배지의 색이 녹색에서 암녹색으로 변환되었다. Pseudomonas DWS는 4시간 정도의 유도기를 거쳐 18시간에 최대 증식을 나타내었으며, 균의 생육속도와 비례하여 질산성질소의 제거율이 증가하는 것으로 나타났다.
- 반유동성 사면배지에 배양한 결과 녹색을 띠었으나, 탈질능을 갖는 균주의 활성에 따라 배지의 색이 녹색에서 암녹색으로 변환되었다. Pseudomonas DWS는 4시간 정도의 유도기를 거쳐 18시간에 최대 증식을 나타내었으며, 균의 생육속도와 비례하여 질산성질소의 제거율이 증가하는 것으로 나타났다. Pseudomonas DWS의 온도별 특성은 30℃에서 성장과 탈질율이 99% 우수하게 나타났으나, 탈질균 성장에 적합한 초기 pH는 7~8에서 질산성 질소가 99% 이상 거의 모두 제거되었다.
- Pseudomonas DWS는 질산성 질소 농도에 관계없이 9시간 이내에 배지의 질산성 질소 가약 50%가 제거되었으며, 18시간 경과 후 99% 이상 질산성 질소가 제거되었다. 따라서 Pseudomonas DWS는 질소화합물을 다량 포함된 하, 폐수의 생물학적 처리에 효과적으로 이용될 수 있는 것으로 사료된다.
- 결과 Table 2에 나타내었다. 분리 균주 DWS3를 동정한결과 Pseudomonas 속으로 나타났으며 생리, 생화화적 특성은 Table 3에 나타내었고, 본 연구에서 최종 선별한 DWS3를 Pseudomonas DWS로 명명하였다.
- 1에 보였고, 분리균을 반유동성 사면배지에 배양한 결과 색은 녹색을 띠었으나, 탈질능을 갖는 균주의 활성에 따라 배지의 색이 녹색에서 암녹색으로 변환이 되어진다. 본 연구 결과는 배양후 약 3일째 되는 시점에 배지의 집락 주변에 청색을 서서히보이다가 탈질능에 따라 배지의 전면에 청자색을 나타내는균주의 특성을 보였다. 또한 질소가스 검출은 탈질 균주 배지내에 Durham 관에 가스 포집여부를 확인한 결과 가스가생성이 확인되어 분리균주인 Pseudomonas 속을 탈질반응에이용할 수 있는 균주로 최종 확인되었다.
- 본 연구 결과는 배양후 약 3일째 되는 시점에 배지의 집락 주변에 청색을 서서히보이다가 탈질능에 따라 배지의 전면에 청자색을 나타내는균주의 특성을 보였다. 또한 질소가스 검출은 탈질 균주 배지내에 Durham 관에 가스 포집여부를 확인한 결과 가스가생성이 확인되어 분리균주인 Pseudomonas 속을 탈질반응에이용할 수 있는 균주로 최종 확인되었다.
- 2에 나타내었다. Pseudomonas DWS는 4시간 정도의 유도기를 거쳐 18시간에 최대 증식을 나타내었으며, 균의 생육속도와 비례하여 질산성질소의 제거율이 증가하는 것으로 나타났으며, 배양 7시간만에 50% 정도 질산성질소가 제거되었고, 배양 20시간에 질산성질소는 99% 이상 제거되는 것으로 나타났다. 따라서 본 균주를 이용하여 탈질에 이용할 경유 24시간 정도 배양한 후 실험에 사용하는 것이 적절한 것으로 사료된다.
- Pseudomonas DWS는 4시간 정도의 유도기를 거쳐 18시간에 최대 증식을 나타내었으며, 균의 생육속도와 비례하여 질산성질소의 제거율이 증가하는 것으로 나타났으며, 배양 7시간만에 50% 정도 질산성질소가 제거되었고, 배양 20시간에 질산성질소는 99% 이상 제거되는 것으로 나타났다. 따라서 본 균주를 이용하여 탈질에 이용할 경유 24시간 정도 배양한 후 실험에 사용하는 것이 적절한 것으로 사료된다.
- 4에 나타내었다. Pseudomonas DWS의 온도별 특성은 30℃ 에서 99% 이상 우수한 탈질능이 나타났으나, 20℃에서는 68% 탈질율, 40℃에서는 92% 탈질율이 보여, 30~40℃에서 탈질이 잘 일어나는 것으로 나타났다. 일반적으로 탈질 균주의성장온도 범위는 5~35笆 사이인 것을 알려져 있으며, 대부분 30℃ 부근에서 최대 성장이 나타나는 것으로 보고 되고있다(3, 16).
- 일반적으로 탈질 균주의성장온도 범위는 5~35笆 사이인 것을 알려져 있으며, 대부분 30℃ 부근에서 최대 성장이 나타나는 것으로 보고 되고있다(3, 16). 본 연구에서 분리한 Pseudomonas DWS의 경우도 30℃ 에서 탈질과 성장률이 가장 좋은 것으로 나타났다.
- Pseudomonas DWS의 탈질균 성장에 적합한 초기 pH는 7~8에서 18시간에 질산성 질소가 99% 이상 거의 모두 제거되었다. 그리고 pH 10에서는 89%가 탈질되었으며, pH 5에서는 45%의 탈질율을 나타내어, pH 5 이하 및 pH 10 이상의 pH에서는 균의 성장 저해에 따른 탈질율이 감소하는 것으로 나타났다.
- 그리고 pH 10에서는 89%가 탈질되었으며, pH 5에서는 45%의 탈질율을 나타내어, pH 5 이하 및 pH 10 이상의 pH에서는 균의 성장 저해에 따른 탈질율이 감소하는 것으로 나타났다. 이 연구 결과 Pseudomonas DWS 균주는 넓은 pH 영역에서 잘 성장하며 약알칼리에서도 비교적 우수한 탈질 능을 보였다.
- 그리고 pH 10에서는 89%가 탈질되었으며, pH 5에서는 45%의 탈질율을 나타내어, pH 5 이하 및 pH 10 이상의 pH에서는 균의 성장 저해에 따른 탈질율이 감소하는 것으로 나타났다. 이 연구 결과 Pseudomonas DWS 균주는 넓은 pH 영역에서 잘 성장하며 약알칼리에서도 비교적 우수한 탈질 능을 보였다.
- Pseudomonas DWS는 질산성 질소 농도에 관계없이 모두 9시간 이내에 배지의 질산성 질소가 약 50%가 제거되었으며, 18시간 경과 후 99% 이상 질산성 질소가 제거되었다. 따라서 본 연구에서는 Pseudomonas DWS를 고정하지 않은 상태에서도 400 mg/L의 질산성 질소를 빠르게 탈질시키는 것으로 보아 미생물 고정화 방법을 병행할 경우, 탈질능 처리 효율 증가가 기대되는 우수한 균주로 사료된다.
- 따라서 본 연구에서는 Pseudomonas DWS를 고정하지 않은 상태에서도 400 mg/L의 질산성 질소를 빠르게 탈질시키는 것으로 보아 미생물 고정화 방법을 병행할 경우, 탈질능 처리 효율 증가가 기대되는 우수한 균주로 사료된다.
- Pseudomonas DWS의 온도별 특성은 30℃에서 성장과 탈질율이 99% 우수하게 나타났으나, 탈질균 성장에 적합한 초기 pH는 7~8에서 질산성 질소가 99% 이상 거의 모두 제거되었다. Pseudomonas DWS는 질산성 질소 농도에 관계없이 9시간 이내에 배지의 질산성 질소 가약 50%가 제거되었으며, 18시간 경과 후 99% 이상 질산성 질소가 제거되었다. 따라서 Pseudomonas DWS는 질소화합물을 다량 포함된 하, 폐수의 생물학적 처리에 효과적으로 이용될 수 있는 것으로 사료된다.
- Pseudomonas DWS는 4시간 정도의 유도기를 거쳐 18시간에 최대 증식을 나타내었으며, 균의 생육속도와 비례하여 질산성질소의 제거율이 증가하는 것으로 나타났다. Pseudomonas DWS의 온도별 특성은 30℃에서 성장과 탈질율이 99% 우수하게 나타났으나, 탈질균 성장에 적합한 초기 pH는 7~8에서 질산성 질소가 99% 이상 거의 모두 제거되었다. Pseudomonas DWS는 질산성 질소 농도에 관계없이 9시간 이내에 배지의 질산성 질소 가약 50%가 제거되었으며, 18시간 경과 후 99% 이상 질산성 질소가 제거되었다.
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