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생물활성탄 공정에서 활성탄 재질에 따른 부착미생물 군집특성
The Characteristics of Microbial Community for Biological Activated Carbon in Water Treatment Plant 원문보기

대한환경공학회지 = Journal of Korean Society of Environmental Engineers, v.27 no.12, 2005년, pp.1311 - 1320  

손희종 (부산광역시 상수도사업본부 수질연구소) ,  박홍기 (부산광역시 상수도사업본부 수질연구소) ,  이수애 (부산광역시 상수도사업본부 명장정수사업소) ,  정은영 (부산광역시 상수도사업본부 수질연구소) ,  정철우 (울산산업진흥TP 전략산업기획단)

초록
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본 연구에서는 pilot 규모의 활성탄 공정을 운전하면서 입상활성탄(granular activated carbon: GAC) 단계에서부터 생물활성탄(biological activated carbon: BAC) 단계로 전환되고 난 후 까지 활성탄 재질별로 유기물 제거능과 미생물 군집특성을 함께 조사하였다. 활성탄 재질별 유기물 흡착능은 석탄계 재질의 활성탄이 가장 우수하였고, bed volume 20,000 이후부터는 3가지 활성탄들이 정성상태에 도달하였다. 부착세균의 생체량과 생산력 또한 석탄계 재질 활성탄에서 가장 높은 것으로 나타났으며, heterotrophic plate count(HPC), eubacteria(EUB), 4,6-diamidino-2-phenylindole(DAPI) 및 생산력은 각각 $0.95{\times}10^7{\sim}52.4{\times}10^7$ CFU/g, $3.8{\times}10^8{\sim}134.2{\times}10^8$ cell/g, $7.0{\times}10^8{\sim}250.2{\times}10^8$ cell/g 및 $1.2{\sim}3.4\;mg{\cdot}C/m^3{\cdot}h$의 범위로 나타났다. 그리고 부착세균의 생체량과 생산력은 모두 bed volume 20,000 이후부터 증가하는 경향을 보였다. 활성탄 재질별 부착세균 생체량과 세균 생산력에 대한 동화가능한 유기탄소(assimilable organic carbon: AOC) 제거율과의 상관성 평가에서는 석탄계 재질 활성탄이 가장 양호한 상관성을 보였으며, 항목별로는 세균 생산력에 대한 상관성이 상대적으로 높은 것으로 나타났다. Fluorescent in situ hybridization(FISH)에 의한 세균군집 구조 조사결과, bed volume 20,000까지는 모든 활성탄에서 $\alpha$ 그룹($\alpha$-proteobacteria)과 other bacteria가 우점하였고, bed volume 20,000 이상에서는 석탄계 재질 환성탄에서는 $\beta$ 그룹($\beta$-proteobacteria)과 $\gamma$ 그룹($\gamma$-proteobacteria)의 우점비율이 상승하였으나, 야자계와 목탄계에서는 $\alpha,\;\beta$$\gamma$ 그룹의 우점비율이 상승하는 것으로 조사되었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The purpose of this research is to survey characteristics of microbial community and the removal efficiency of organic materials for biological activated carbon in water treatment plant. Coal based activated carbon retained more attached bacterial biomass on the surface of the activated carbon than ...

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

  • BAC 공정은 직경 30 cm, 층 높이 250 cm인 3개의 아크릴 컬럼에 석탄계(F-400, Calgon), 야자계(삼천리 1급) 및 목탄계(Pica biol, Pica) 활성탄 신탄을 충진하여 공탑체류시간 (empty bed contact time: EBCT) 15 분, 수리학적 부하율(hydraulic loading rate: HLR) 10 m3/m2 - hr로 운전하였으며, 활성탄의 역세척은 평균 주 1회 정도로 하였다. 또한, 실험에 사용된 초기 입상활성탄의 물성치와 세공분포롤 Table 2와 Fig.
  • BAC에 부착된 종속영양 세균의 생체량(biomass)은 BAC 습중량 1 g을 건조시킨 후 37 kHz, 190 W로 3분 동안 초음파 처리(DHA1000, Branson, U.S.A.)하여 세균을 탈리시킨 후 R2A agar(Difco) 평판배지에 시료 1 mL 를 단계적으로 희석 도말한 후 25℃ 배양기에서 2주간 배양하여 습중량 1 g 당 colony 형성 세균수로 표시하였다.
  • DOC(dissolved organic carbon)^- 0.2 pm 멤브레인 필터 (Sartorius, Germany)로 여과한 후 그 여액을 TOC analyzer (Sievers 820, Sievers, U.S.A.)로 분석하였으며, 수중의 동화 가능한 유기물을 측정하는 AOC(assimilable organic carbon) 는 Spirillum strain NOX(ATCC 49643)와 Pseudomonas fluorescens strain P-17(ATCC 49642)를 시료수에 접종하여 형성된 colony를 측정하였으며, 두 균주의 수율계수는 각각 4.1x101 1.2*10 CFU/pg of C as acetate로 하였다.26
  • 폐수처리 공정 중 생물학적 처리공정의 미생물 군집 분석에 FISH 기법을 이전부터 많이 이용하고 있으며, '*끼 상수처리 분야에서는 주로 배 . 급수관망에서 미생물 재성장(regrowth)에 의해 형성된 생물막 특성분석23꺼) 과 막 여과 공정 증 막 표면에서 막오염을 유발하는 미생물의 특성분석을 위해 사용하였다.25
  • 먼저 BAC 습중량 1 g을 건조시킨 훅 초음파 처리하여 세균을 탈리시킨 다음 시료를 0.2 gm polycarbonate 멤브레인 필터(Millipore)로 여과하였다. 여과 후 Ixphosphate bufferd saline(PBS, pH 7.
  • 본 실험은 파일롯 규모의 활성탄 공정을 운전하면서 GAC 공정에서부터 BAC 공정으로 전환 후 활성탄 재질별로 유기물 제거능과 미생물 군집분포 특성을 조사하여 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
  • 본 연구에서는 1일 최대 100톤 처리 용량의 pilot-plant를 이용하여 BAC 공정에서의 활성탄 재질별로 운전기간에 따른 유기물 제거능과 미생물 생체량, 생산력 둥 부착 미생물의 분포상태를 조사하였고, 또한, FISH 방법을 이용하여 BAC 부착세균의 군집구조를 분석하였다.
  • 5에 나타내었다. 부착세균의 생체량은 기존 평판배양법 (HPC), FISH를 이용한 eubacteria(EUB) 및 DAPI를 이용한 TDC를 평가하였다. 그래프에서 EUB는 막대그래프의 검은 부분으로 표시하였으며, DAPI는 막대그래프의 검은 부분과 흰 부분이 합쳐진 막대그래프 전체로 표시하였다.
  • 세균의 동정은 형성된 colony의 형태학적 특징을 관찰하여서로 다른 colony를 R2A 배지에 획선 도말하여 순수 분리하였다. 순수 분리된 세균은 API 20 NE Kit(bioMerieux,France) 및 생화학적 실험을 실시하고 Bergey's manual의 분류체계에 따라 속 혹은 종명까지 분류 동정하였다.
  • 세균의 생산력 (bacterial production)은 H-thymidine이 DNA 에 흡수되는 정도로 구하였다. 먼저 BAC 습중량 1 g을 초음파 처리하여 세균을 탈리시킨 시료 2 mL에 200 nM [methyl- 3H] thymidine 용액(specific activity: 40 — 50 Ci/mmol) 1 mL 와 200 nM cold thymidine 용액 1 mL를 첨가한 후 교반배양기에서 in situ 조건으로 4시간 배양하였다.
  • 순수 분리된 세균은 API 20 NE Kit(bioMerieux,France) 및 생화학적 실험을 실시하고 Bergey's manual의 분류체계에 따라 속 혹은 종명까지 분류 동정하였다.32)
  • 2 nm 멤브레인 필터로 여과하였다. 이 여지를 vial에 넣고 건조시킨 후 ethyl acetate 1 mL와 10 mL의 scintillation cocktail(Aquasol-2, Packard Co.)을 주입하여 liquid scintillation analyzer(HP, 2500 TR/AB, U.S.A.)로 방사선량을 측정하였다. 얻어진 DPM(disintergrate per minute) 값으로부터 Parsons 등에 의한 식을 이용하여 incorporation된 thymidine의 양을 계산하였다31)
  • 01% SDS, 20 mM Tris/HCl, X% Formamide) 8 uL 를 첨가하여 46 ℃ 에서 90분 정도 반응시킨 후 water bath (SB-9, Eyela, Japan)로 미리 가열시킨 washing buff&로 48 ℃ 에서 15분 동안 세정하여 공기 중에서 건조시켰다. 형광현미경 (Axioskop 2 plus, Carl Zeiss, Germany) 과 scanning confocal laser microscopy(LSM 510, Carl Zeiss, Germany)# 사용하여 800배 및 400배의 배율에서 field내에 나타난 세균 등을 10번 이상 계수하여 그 평균값을 사용하였다.
  • 있다. 후오존 처리는 1 mg O3/mg DOC의 농도로 오존을 투입하였고, 접촉시간은 20분으로 고정하여 운전하. 였다.

대상 데이터

  • 본 연구에 사용된 pilot-plant는 최대 100 nf/일 처리용량으로 전오존, 응집-침전-급속여과, 후오존, BAC 공정으로 구성되어져 있다. 후오존 처리는 1 mg O3/mg DOC의 농도로 오존을 투입하였고, 접촉시간은 20분으로 고정하여 운전하.
  • 본 연구에 사용된 probe들은 Eubacteria와 결합하는 EUB338, a group과 결합하는 ALF lb, p group과 결합하는 BET 42a, y group과 결합하는 GAM 42a, Cytophaga-Flavobacterium(CF) group과 결합하는 CF 319a, 그리고 Gram(+) High G+C Con- tent와 결합하는 HGC probe이며, 이들 probe의 sequence 및 specificity를 Table 3에 나타내었다.

이론/모형

  • )로 방사선량을 측정하였다. 얻어진 DPM(disintergrate per minute) 값으로부터 Parsons 등에 의한 식을 이용하여 incorporation된 thymidine의 양을 계산하였다31)
  • 총 세균수는 nucleotide에 삽입되어 결합하는 DAPI(4, 6- diamidino-2-phenylindole-2HCl, sigma, U.S.A)로 염색하여 직접 계수하는 DAPI법을 이용하여 측정하였다.
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