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문제 정의
- 본 연구에서는 대표적인 악취원인 물질로 알려진 황 화합물을 제거하는 고효율 제거 균주를 분리 · 동정하였고, 밀폐된 모형 생물학적 처리 반응기에 적용시켜 실제적으로 하수처리장에서 발생하는 악취 처리의 가능성을 확인하였다.
제안 방법
- 각 시료는표준혼합기체의 각 성분별 standard를 작성한 후, 측정하였다. Standard 측정 시, 표준혼합기체를 주사기로 0.05 ml을 채취하여 각 성분별 머무름 시간(R.T)과 봉우리 넓이(peak area)를 분석하여 standard를 작성하였다(황화수소: tR(min)l, 5. peak area 0.
- 1과 같이 3개의 반응조로 구성하였으며, 모두 밀폐하였다. 각 반응조는 배양조, 혐기조, 포기조로, 용적은 각각 5.31, 5.31, 19.41 로 하였으며, 포기조는 간헐포기방식으로 30분 포기, 30분비 포기로 D.O를 2.5~2.8로 유지하였다. 또한 운전조건은 배양조의 MLSS(Mixed Liquid Suspended Solid)는 5, 000 mg/1로, 혐기조와 포기조는 3, 000 mg/1 로 유지하였으며, 유입수는 CODCr 200 mg/1, T-N 20 mg/1, T-P 5 mg/1 으로 맞춘 합성폐수를 사용하였다.
- 53 mm이고, column 승온 온도는 최초 4UC에서 20UC까지 분당 50℃의 속도로 하였으며, detector FPD를 방식으로 하였다. 각 시료는표준혼합기체의 각 성분별 standard를 작성한 후, 측정하였다. Standard 측정 시, 표준혼합기체를 주사기로 0.
- I)에 적용하여, 황화수소 제거 효율을 분석하였다. 균주 적용 전 악취 제거효율도 측정하여 균주 적용 시와 비교하였다. 생물학적 처리 반응기는 Fig.
- 하수처리장 슬러지에서 분리 . 동정한 균주 중 28개에 대해서 황 화합물 제거 균주 스크린을 실시하기 위하여 실험대상 균주를 Thiobacillus 속의 선택 배지 500 ml에 접종하고, 진탕 배양기에서 2일간 28~30℃에서 호기 배양한 다음, 500ml bottle에 Thiobacillus 속의 선택 배지 400 ml을 채우고 표준 혼합 가스(Table 1) 60 ml 첨가하여, 균주를 24시간 배양시켜 악취가스에 적응시켜 준비하였다. 배양된 균주를 RCF 8, 500xg로 10분간 원심 분리하여 cell collection 하였다(Centrikon T-124, Kontron Instruments, Italy).
- 8로 유지하였다. 또한 운전조건은 배양조의 MLSS(Mixed Liquid Suspended Solid)는 5, 000 mg/1로, 혐기조와 포기조는 3, 000 mg/1 로 유지하였으며, 유입수는 CODCr 200 mg/1, T-N 20 mg/1, T-P 5 mg/1 으로 맞춘 합성폐수를 사용하였다. 수리학적 체류시간(HRT; Hydrolytic Retention time)은 10시간, 슬러지 체류시간(SRT; Sludge Retention Time)은 20일로 유지하였다(Table 4, 5).
- 박테리아를 분리하였다. 막 여과법을 실시하기 전에 파쇄시킨 시료를 희석하였으며, 희석의 범위는 10-7까지 희석하였으며 10-410-5, 10-6, 10-7의 조건을 막 여과 장치를 이용하여 막 여과를 시켜 고형 배지에 membrane(MFS: pore size 0.2 |im, diameter 47 mm, mixed cellulose ester)을 부착시켜 배양 후, 유효 colony가 배양된 plate의 membrane을 택하여 colony를 picking하여 배양시켰다. 균주 배양은 28~3(TC, 180rpm의 조건에서 진탕 배양하였다.
- 동정한 균주 중 28개에 대해서 황 화합물 제거 균주 스크린을 실시하기 위하여 실험대상 균주를 Thiobacillus 속의 선택 배지 500 ml에 접종하고, 진탕 배양기에서 2일간 28~30℃에서 호기 배양한 다음, 500ml bottle에 Thiobacillus 속의 선택 배지 400 ml을 채우고 표준 혼합 가스(Table 1) 60 ml 첨가하여, 균주를 24시간 배양시켜 악취가스에 적응시켜 준비하였다. 배양된 균주를 RCF 8, 500xg로 10분간 원심 분리하여 cell collection 하였다(Centrikon T-124, Kontron Instruments, Italy). 스크린 시 500 ml 배양 병에 27S(DSMZ) 변형배지 (yeast extract 0.
- 본 연구에서는 순수 분리 배양 기술 중 막 여과법을 사용하여 토양 박테리아를 분리하였다. 막 여과법을 실시하기 전에 파쇄시킨 시료를 희석하였으며, 희석의 범위는 10-7까지 희석하였으며 10-410-5, 10-6, 10-7의 조건을 막 여과 장치를 이용하여 막 여과를 시켜 고형 배지에 membrane(MFS: pore size 0.
- , Japan; xl, 000)하에서 관찰하였다. 분리 균주의 생리 · 화학적 특징은 미생물의 효소 작용, 다양한 탄수화물의 가수분해, 당 발효, 다양한 탄소 원 이용 여부 등의 검정실험을 하여 판별하였다.
- 배양된 균주를 RCF 8, 500xg로 10분간 원심 분리하여 cell collection 하였다(Centrikon T-124, Kontron Instruments, Italy). 스크린 시 500 ml 배양 병에 27S(DSMZ) 변형배지 (yeast extract 0.1 g, absolute ethanol 0.25 ml, disodium succinate hexahydrate 0.1g, NH4C1 0.076 g, KH2PO4 0.007 g, NaCl 0.4 g, MgSO4 - 7H2O 0.4 g, CaCi2 - 2H2O 0.05 g, ferric citreate solution 1 ml, trace element solution SL-6 1 ml, D.W. 1, 000 ml, pH 6.8) 300 ml를 채웠으며, 균주 접종 량은 1.9Xl()8cFU/ml로 접종하였다(최적 접종량 실험 결과에서 1.9×108CFU/ml 균주 농도 선정). 이 때, 각 황 화합물 가스의 최종농도가 100ppm이 되도록 표준혼합가스(Table 1)를 주입하고 배양 병을 sUicon stopper로 밀봉하였다.
- 스크린을 통하여 선별 균주 Thiobacillus versutus strain KT51 을 밀폐된 모형 생물학적 처리 반응기(Fig. I)에 적용하여, 황화수소 제거 효율을 분석하였다. 균주 적용 전 악취 제거효율도 측정하여 균주 적용 시와 비교하였다.
- 파쇄 시에는 열이 발생하므로 얼음이 담긴 용기 안에서 연속해서 3분간 파쇄하고 1분간의 간격을 두어 3회 실시하였다(총 9분간 실시). 슬러지 내 균군집(Hoc)의 파쇄 된 양상을 확인하기 위해 위상 차 현미경(BX50, Olympus Inc., Japan; XlOOCQ으로 검경하였다.
- 시료 채취 후, 슬러지를 ultra sonicator(Labsonic, B. BRAUN Inc., USA)로 파쇄하여 균질화 하였다. 파쇄 시에는 열이 발생하므로 얼음이 담긴 용기 안에서 연속해서 3분간 파쇄하고 1분간의 간격을 두어 3회 실시하였다(총 9분간 실시).
- 악취 가스는 혐기조에 표준혼합기체 800 ml을 첨가하여 각 악취 성분의 최종농도가 100 ppm(최 기상부의 최종농도: 6.67 ppm)이 되도록 하였으며, 1, 15, 30분 후, 반응조의 기상부로부터 기체시료를 주사기로 0.5 ml을 채취하여 GC/FPD에 주입 · 분석하였다.
- 이 때, 각 황 화합물 가스의 최종농도가 100ppm이 되도록 표준혼합가스(Table 1)를 주입하고 배양 병을 sUicon stopper로 밀봉하였다. 접종 30분 후에 주사기를 이용하여 기상부에서 0.1 ml을 채취하고 GC/FPD (HP5890, Hewlett-Packard Development Company, USA)로 측정하여 각 균주의 악취제거 효율을 분석하였다.
- , USA)로 파쇄하여 균질화 하였다. 파쇄 시에는 열이 발생하므로 얼음이 담긴 용기 안에서 연속해서 3분간 파쇄하고 1분간의 간격을 두어 3회 실시하였다(총 9분간 실시). 슬러지 내 균군집(Hoc)의 파쇄 된 양상을 확인하기 위해 위상 차 현미경(BX50, Olympus Inc.
- 하수처리장의 슬러지에서 50개의 호기성 균주를 분리하였으며, 형태학적 특징 및 생리 · 화학적 특징을 조사한 결과 6개의 그룹으로 구분되었다(Table 2). 분리된 모든 균주는 그람 음성 세균이었으며 30℃에서 최적성장을 보였으며, 단 Group II는 50℃에서도 성장을 보였다.
- 형태학적 특징은 단순 염색(simple staining)과 그람 염색(Gram staining)후, 광학현미경(BH-2, Olympus Inc., Japan; xl, 000)하에서 형태와 크기, 군집 형태, 그람 양성/음성 박테리아로 판별하였으며, 분리 균주의 운동성은 wet mount method(19)로 위상차 현미경(BX50, Olympus inc., Japan; xl, 000)하에서 관찰하였다. 분리 균주의 생리 · 화학적 특징은 미생물의 효소 작용, 다양한 탄수화물의 가수분해, 당 발효, 다양한 탄소 원 이용 여부 등의 검정실험을 하여 판별하였다.
- 황화수소를 포함한 황 화합물의 측정은 시료를 0.1 ml 채취하여 GC(HP5890, Hewlett-Packard Development Company, USA)로 측정하였으며, column의 길이와 내경은 30 mX0.53 mm이고, column 승온 온도는 최초 4UC에서 20UC까지 분당 50℃의 속도로 하였으며, detector FPD를 방식으로 하였다. 각 시료는표준혼합기체의 각 성분별 standard를 작성한 후, 측정하였다.
대상 데이터
- 시료는 활성오니법에 의한 하수처리장 포기조에서 슬러지를 1 1의 채수병에 800 ml 정도 채취하였다. 시료 채취 시 환경조건은 수온 9.
- 증식용 배지는 황 화합물 악취제거 균주인 Thiobacillus속의 선택배지 (Yeast extract 2.0 g, N&SzQ 5.0 g, KH2PO4 1.5 g, Na, HPO4 4.5 g, MgSO4 - 7H2O 0.1 g, NH4C1 0.3 g, D.W. 1, 000 ml, pH 7.0)를 택하여 사용하였으며, 고형 배지는 1.5% 한천을 첨가하여 제조하였다.
이론/모형
- 분리 균주는 형태학적 특징 및 생리 · 화학적 특징을 검정하여 Bergey's Manual(27, 28)과 The Prokaryotes(33)에 따라 동정하였다. 형태학적 특징은 단순 염색(simple staining)과 그람 염색(Gram staining)후, 광학현미경(BH-2, Olympus Inc.
성능/효과
- 6개 그룹의 동정 결과는 다음과 같다. Group I은 7개 균주로 Thiobacillus neapolitanus, Group "는 4개 균주로서 Thiobacillus tepidarius, Group III은 5개 균주로 Thiobacillus denitriflcans, Group IV는 23개 균주로서 Thiobacillus versutus, Group V는 2개 균주로서 Thiobacillus intemedius, Group VI은 9개 균주로서 Thiobacillus peronietabolis로 동정되 었다.
- Dimethyl sulfide의 경우, 50%이상의 제거를 보인 균주는 2개였다. Diemthyl disulfide의 경우는 전체적으로 제거가 낮았는데, 제거를 보인 균주는 4개 균주였으며, Thiobacillus versutus, KT81 이 dimethyl disulfide 제거효율이 26%로 가장 높았다(Fig. 3). 황화수소 제거 고효율 균주로 KT51 균주를 선별하였으며, 추가적인 생리 · 화학적 특성 검정에서 phenylalaninedeamination, ampicilline, thiosulfate, nitrate 환원실험, xylose에서 양성반응으로 Bergey's Manual(1994, 9th ed.
- 분리 . 동정된 28 균주에 대하여 대표적인 황 화합물의 악취물질인 황화수소와 dimethyl sulfide, dimethyl disulilde에 대한 제거 균주 스크린을 실시한 결과, 황화수소 제거를 보인 균주는 15개 균주였으며, 50%이상의 고효율 제거 균주는 11개 균주였고, 8개 균주는 15%미만의 낮은 제거율을 보였다(Fig. 2). 특히 가장 높은 황화수소의 제거효율을 보인 균주는 Thiobacillus versutus, KT51 로써 30분 동안 100%의 제거효율을 보였다.
- pH의 경우, Group I, II, III, IV는 pH 8에서 최적 성장을 보였으며, Group I, V, VI은 pH 5에서도 생장을보였다. 또한 모든 균주는 문헌에서의 Thiobacillus(2S, 29, 34)에서 서술한 것과 같이 chemoautotroph 성장을 보였다. 유일 탄소원 실험에서 Group I, n, III은 7개의 탄소 원에서 성장이 보이지 않았으며, Group IV, VI은 aspartate, citrate, malate, succinate에서 성장을 보였다.
- 구분되었다(Table 2). 분리된 모든 균주는 그람 음성 세균이었으며 30℃에서 최적성장을 보였으며, 단 Group II는 50℃에서도 성장을 보였다. pH의 경우, Group I, II, III, IV는 pH 8에서 최적 성장을 보였으며, Group I, V, VI은 pH 5에서도 생장을보였다.
- 선별 균주 Thiobacillus versutus KT51 을 밀폐된 모형 생물학적 처리 반응기에 적용 시, 황화수소 제거 효율을 분석한 결과 gas 주입 15분에 0.02ppm 이하로 검출되었다(Table 5, 6). 균주접종 전의 경우는, 혐기조에서 30분 이후에 황화수소 gas가 검출되지 않았다.
- 3% 높았다(Table 5). 연구 결과, KT51 균주의 실제적인 현장 적용의 가능성을 보였다.
- 균주접종 전의 경우는, 혐기조에서 30분 이후에 황화수소 gas가 검출되지 않았다. 유기물(COD&)처리의 경우, 균주 접종 시 접종 전보다 9.3% 높았으며, 무기 염류의 경우도 T-N과 T-P의 처리 효율은 접종 전에 비해 79.3%와 30.3% 높았다(Table 5). 연구 결과, KT51 균주의 실제적인 현장 적용의 가능성을 보였다.
- 2). 특히 가장 높은 황화수소의 제거효율을 보인 균주는 Thiobacillus versutus, KT51 로써 30분 동안 100%의 제거효율을 보였다. KT51 균주는 dimethyl sulfide 제거 균주 스크린에서도 85%의 제거효율을 보였다(Fig.
- 3). 황화수소 제거 고효율 균주로 KT51 균주를 선별하였으며, 추가적인 생리 · 화학적 특성 검정에서 phenylalaninedeamination, ampicilline, thiosulfate, nitrate 환원실험, xylose에서 양성반응으로 Bergey's Manual(1994, 9th ed.)의 동정결과와 일치하였다(Table 3, Fig. 4).
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