본 연구는 질화작용에 관여하는 Nitrosomonas sp. 등의 암모니아산화세균과 Nitrobacter sp. 등 아질산산화세균이 $A^2/O$ Pilot 장치의 혐기조, 무산소조, 호기조에서 어떤 양상으로 변화하는지를 조사하는데 있다. 혼합액의 부유 질화세균군과 폐타이어로 성형 제조된 입상담체에 부착된 질화세균군은 FISH법으로 분석하였다. Pilot 장치의 질산화속도는 $1.97{\sim}2.98mg\;N/g\;MLVSS{\cdot}hr$의 값을 보였다. 각 반응조에서 총 부유 세균수중 암모니아 산화세균군 (NSO로 검출된 세균군)이 차지하는 비율은 호기조 < 무산소조 < 혐기조 순이었으나, 이와 반대로 아질산 산화세균(NIT로 검출된 세균)이 차지하는 비율은 혐기조 < 무산소조 < 호기조 순이었다. 생물막의 두께와 건조밀도 및 담체 무게당 부착된 미생물량은 각각 $180{\sim}188\;{\mu}m$, $38.5{\sim}43.9\;mg/cm^3$, $29.4{\sim}32.5\;mg/g$ 이었고, 담체에 부착된 총세균수 중 질화세균이 차지하는 비율은 NSO(3.2%)와 NIT(2.8%)가 거의 비슷하였으나, 각 반응조에 존재하는 부유성 질화세균, 즉 NSO($22.8{\sim}28.4%$)와 NIT($17{\sim}26%$)에 비해서는 부착성 질산화 세균의 비가 현저히 낮았다.
본 연구는 질화작용에 관여하는 Nitrosomonas sp. 등의 암모니아산화세균과 Nitrobacter sp. 등 아질산산화세균이 $A^2/O$ Pilot 장치의 혐기조, 무산소조, 호기조에서 어떤 양상으로 변화하는지를 조사하는데 있다. 혼합액의 부유 질화세균군과 폐타이어로 성형 제조된 입상담체에 부착된 질화세균군은 FISH법으로 분석하였다. Pilot 장치의 질산화속도는 $1.97{\sim}2.98mg\;N/g\;MLVSS{\cdot}hr$의 값을 보였다. 각 반응조에서 총 부유 세균수중 암모니아 산화세균군 (NSO로 검출된 세균군)이 차지하는 비율은 호기조 < 무산소조 < 혐기조 순이었으나, 이와 반대로 아질산 산화세균(NIT로 검출된 세균)이 차지하는 비율은 혐기조 < 무산소조 < 호기조 순이었다. 생물막의 두께와 건조밀도 및 담체 무게당 부착된 미생물량은 각각 $180{\sim}188\;{\mu}m$, $38.5{\sim}43.9\;mg/cm^3$, $29.4{\sim}32.5\;mg/g$ 이었고, 담체에 부착된 총세균수 중 질화세균이 차지하는 비율은 NSO(3.2%)와 NIT(2.8%)가 거의 비슷하였으나, 각 반응조에 존재하는 부유성 질화세균, 즉 NSO($22.8{\sim}28.4%$)와 NIT($17{\sim}26%$)에 비해서는 부착성 질산화 세균의 비가 현저히 낮았다.
This study was carried out to investigate the changes of nitrifying bacterial populations including Nitrosomonas sp. and Nitrobacter sp. in $A^2/O$ pilot plant with the configuration of anaerobic-anoxic-oxic reactors. The suspended nitrifying bacterial populations in mixed liquor and thos...
This study was carried out to investigate the changes of nitrifying bacterial populations including Nitrosomonas sp. and Nitrobacter sp. in $A^2/O$ pilot plant with the configuration of anaerobic-anoxic-oxic reactors. The suspended nitrifying bacterial populations in mixed liquor and those of attached populations on granular carrier surface made by molded waste tire were analyzed by Fluorescent in situ Hybridization(FISH) method. The nitrification rate of a pilot plant showed the value of $1.97{\sim}2.98\;mg\;N/g$ MLVSS hr. The ratios of suspended ammonia oxidizer including Nitrosomonas sp. (NSO) to total bacteria in each reactor were oxic < anoxic < anaerobic. On the contrary, the ratios of suspended nitrite oxidizer including Nitrobacter sp. (NIT) were anaerobic < anoxic < oxic. The thickness, dry density and mass of the attached biomass on granular carriers were $180{\sim}188\;{\mu}m$, $38.5{\sim}43.9\;mg/cm^3$, $29.4{\sim}32.5\;mg/g$, respectively. Also, the ratios of attached nitrifier to total bacteria on granular carriers were similar regardless of ammonia/nitrite-oxidizer (NSO; 3.2%, NIT; 2.8%) and very low compared to those(NSO; $22.8{\sim}28.4%$, NIT; $17{\sim}26%$) of suspended nitrifier.
This study was carried out to investigate the changes of nitrifying bacterial populations including Nitrosomonas sp. and Nitrobacter sp. in $A^2/O$ pilot plant with the configuration of anaerobic-anoxic-oxic reactors. The suspended nitrifying bacterial populations in mixed liquor and those of attached populations on granular carrier surface made by molded waste tire were analyzed by Fluorescent in situ Hybridization(FISH) method. The nitrification rate of a pilot plant showed the value of $1.97{\sim}2.98\;mg\;N/g$ MLVSS hr. The ratios of suspended ammonia oxidizer including Nitrosomonas sp. (NSO) to total bacteria in each reactor were oxic < anoxic < anaerobic. On the contrary, the ratios of suspended nitrite oxidizer including Nitrobacter sp. (NIT) were anaerobic < anoxic < oxic. The thickness, dry density and mass of the attached biomass on granular carriers were $180{\sim}188\;{\mu}m$, $38.5{\sim}43.9\;mg/cm^3$, $29.4{\sim}32.5\;mg/g$, respectively. Also, the ratios of attached nitrifier to total bacteria on granular carriers were similar regardless of ammonia/nitrite-oxidizer (NSO; 3.2%, NIT; 2.8%) and very low compared to those(NSO; $22.8{\sim}28.4%$, NIT; $17{\sim}26%$) of suspended nitrifier.
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제안 방법
Table 2는 pilot 장치의 운전조건을 나타내었다. Table 2와 같이 유입유량, 내부순환율 및 슬러지 반송율은 각각 24 m3/day, 150% 및 50%로 운전하였고, SRT는 18일이었다. 호기조의 공기주입량은 0.
각 반응조에서 채취한 액상시료인 mixed liquor는 곧바로 아래의 방법으로 고정하였고 담체에 부착된 세균은 담체를 멸균증류수에 넣고 5회/sec 속도로 흔들어 세균을 탈리시킨 후 다른 mixed liquor와 동일한 방법으로 행하였다.
담체의 부착미생물량 측정은 Fig. 2에서 제시한 측정방법7)에 따라 조내의 담체를 10개씩 5개의 그룹으로 나누어 채취하여 미생물이 부착된 매체의 표면수를 제거한 후 부착된 습윤무게를 측정하고 초음파 세정과 알칼리처리를 병행하여 탈리시킨 후 건조하여 미생물의 건조무게와 함수율을 측정 하였다. 측정 한 부착미 생 물의 젖은무게 와 건조무게 로부터 Park, Ganczarczyk and Zahid 등7~9)이 제시한 계산식을 이용하여 생물막두께, 생물막 건조밀도 그리고 매체 단위면적당 부착된 미생물량을 산정하였다.
등의 암모니아산화세균과 Nitrobacter sp. 등의 아질산산화세균이 A2/O pilot 장치의 혐기조, 무산소조, 호기조에서 어떤 양상으로 변화하는지를 FISH 법으로 분석하고자 한다.
056 mM NaCl]은 미리 예열시켜 사용하였다. 세척 후, 총세균수 측정을 위한 DAPI (4', 6-diamidino- 2-phenylindole) 염색 (0.33 μg/mL)을 5분간 암실에서 실행 한 후, 형광현미 경(Axioplan 2, Zeiss)으로 관찰 · 계수하였다.
5 mL PBS에 resuspension시킨 후 teflon-coated slide class(Cel-line)에 적당량(5-8μL)의 시료를 올려놓고 공기 중에 건조시켰다. 시료가 slide 에 잘 접착되었다고 (immobilized) 판단되면 50%, 80%, 99%의 ethylalcohol에 3분간 차례로 담가 탈수시킨 후 다시 공기 중에 건조시켰다.
1, BOD 48, 460 mg/L, COD 73,440 mg/L, T-N 2,181 mg/L, T-P 326 mg/L이었다. 외부탄소원의 주입기준은 용해성 유기물이 고농도인 산발효액을 희석수와 함께 혼합한 후 희석된 산발효액의 SCOD와 무산소조의 NO3-N비가 3.8이 되도록 매일 240 L씩 정량 주입하였다.
2에서 제시한 측정방법7)에 따라 조내의 담체를 10개씩 5개의 그룹으로 나누어 채취하여 미생물이 부착된 매체의 표면수를 제거한 후 부착된 습윤무게를 측정하고 초음파 세정과 알칼리처리를 병행하여 탈리시킨 후 건조하여 미생물의 건조무게와 함수율을 측정 하였다. 측정 한 부착미 생 물의 젖은무게 와 건조무게 로부터 Park, Ganczarczyk and Zahid 등7~9)이 제시한 계산식을 이용하여 생물막두께, 생물막 건조밀도 그리고 매체 단위면적당 부착된 미생물량을 산정하였다.
대상 데이터
2) Gene probes; 본 연구에서 사용한 gene probe인 NSO190와 NIT3은 Table 3과 같이 주문 제작(TaKaRa, Japan)하여 사용하였으며 각 probe에 붙인 형광물질은 CY3(indocarbocyanine dye) 이다.
1에 나타내었다. Fig. 1에서 보듯이 생물반응조는 혐기조, 무산소조, 호기조 및 내부순환조로 구성되어 있으며, 유효용적은 각각 1.4 m3, 2.0 m3, 2.5 m3 및 0.6 m3로 제작하였다. 호기조에는 크기, 평균무게 및 비표면적이 각각 4~10 mm, 0.
본 실험에 사용된 A2/O pilot 장치는 Fig. 1에 나타내었다. Fig.
본 실험에서는 2003년 5월 20일부터 2003년 9월 15일까지 약 115일간 Table 1에 제시한 Y 하수처리장 1차 침전지 유출수를 유입수로 사용하여 운전하였으며, 유입수의 수질은 BOD와 COD가 39.1-62.9 (51.2) mg/L와 62.8-92.6 (79.2) mg/L이었고 COD/T-N비와 SCOD/T-N비가 3.4 ~4.3 (3.9), 2.0-2.8 (2.4)로 낮은 값을 보였다. Table 2는 pilot 장치의 운전조건을 나타내었다.
데이터처리
4) 질화세균 및 총세균수 산출; 질화세균군의 크기는 신뢰성 있는 결과를 얻기 위해 각 반응조의 시료 당, 최소한 15개 이상의 임의적인 fields안에 존재하는 해당 세균을 계수하여 얻어진 평균값을 역시 동일한 fields의 DAPI로 염색된 세균수(총세균수)에 대한 비율(%)로 산출하였다.6)
이론/모형
반응조 내 수질조사 항목은 수온, pH, DO, ORP, MLSS, NH4+-N, NO2-N 및 NOj-N이었으며, 측정방법은 환경오염공정시험법10)과 Standard Methods11)의 절차에 따라 분석하였다.
2) FISH법으로 각 반응조에서의 질산화세균 군집구조를 분석한 결과, 암모니아 산화세균의 수는 호기조<무산소조<혐기조 순으로 나타났으나, 아질산 산화세균의 경우에는혐기조<무산소조<호기조 순이었으며, 이때 혐기조, 무산소조, 호기조의 질소제거효율은 각각 42.4%, 31.0%, 13.4% 로 나타났다.
3) 생물막의 두께와 건조밀도 및 담체무게 당 부착미생물량은 각각 180~188 μm, 38.5-43.9 mg/cm3 , 29.4-32.5 mg/g이었고, 담체에 부착된 암모니아 산화세균(3.2%)과 아질산 산화세균(2.8%)이 총세균수에서 차지하는 비율은 비슷하였으나, 각 반응조의 부유성 암모니아 산화세균(22.8~28.4%)과 부유성 아질산 산화세균(17~26%)에 비해서는 부착성 질산화 세균의 비가 현처히 낮았다.
Schramm 등18)은 6와 연계해서 생물막에서 질산화세균군을 FISH법으로 검색했는데 산소가 질산화세균의 개체 수와 그 활성에 제한요인으로 작용한다고 보고하였다. 그러나 본 연구결과에서는 용존산소가 거의 검출되지 않은 혐기조와 무산소조에서도 상당수의 질산화세 균이 검출되었다. 이는 운전특성상 혐기조에 반송된 슬러지 중에 다량으로 함유된 질산화 세균의 영향과 호기조의 질산화 수가 무산소조로 높은 내부반송율 때문인 것으로 사료된다.
5는 담체에 부착된 미생물(즉 세균상)을 나타내는 SEM사진으로 담체에 많은 세균과 유기물질들이 여러 층으로 부착되어 있음을 알 수 있다. 담체에 부착된 미생물을 FISH법으로 분석한 결과, 총 부착된 세균수중 암모니아 산화세균과 아질산 산화세균이 차지하는 비율은 각각 3.2%, 2.8%로 비슷하였으나, 각 반응조에 존재하는 부유성 질산화세균인 암모니아 산화세균(22.8~28.4%)과 아질산 산화세균(17~26%)에 비해서는 부착성 질산화세균의 비가 현저히 낮은 것으로 나타났다. 이처럼 담체에 부착된 질산화세균량이 작은 것은 조내에서 담체가 회전하면서 계속적인 부착과 탈리가 일어나는 반면, 부유성 미생물의 경우는 운전특성상 슬러지 반송으로 질산화 세균의 유지가 가능하기 때문이다.
그러나 Nitro-bacter sp. 등, 아질산 산화세균이 차지하는 비율은 호기조 (26.0%), 무산소조(25.8%), 혐기조(17.0%) 순으로 역상관관계를 나타내었으며, 이때 혐기조, 무산소조, 호기조의 질소제거효율은 각각 42.4%, 31.0%, 13.4%인 것으로 나타났다. 이와 같은 질산화세균의 역상관성은 NChTNHj의 ORP (+340 mV)와 NChTNCh-의 값(+430 mV) 차이와도 관련이 있을 것으로 판단된다15) Hunik 등16,17)이 질산화세균의 활성에 영향을 미치는 환경인자를 추적한 결과, 기질인 NH;, NO2-의 농도는 암모니아 산화세균인 Nitrosomonas euro- paea의 활성에 악영향을 미치지 않으나 해리되지 않은 HNO2 는 아질산 산화세균인 Nitrobacter sp.
2이었으며, 이때 Alkalinity는 98~ 128, 84-106, 70-84 mg/L as CaCCh로 나타났다. 또한혐기조, 무산소조, 호기조의 ORP는 각각 -387—254 mV, -362—239 mV, 146-175 mV이었고, DO의 경우 혐기조, 무산소조에서는 거의 검출되지 않았으며, 호기조에서는 2.8 ~3.2 mg/L이었다. 이는 질산화작용에 관여하는 세균들 즉, Nitrosomonas sp.
본 Pilot 장치의 생물 반응조내 수온은 25.3~29.7℃로 유지되었고, 혐기조, 무산소조, 호기조의 pH는 각각 7.0~ 7.2, 6.8-7.1, 6.7~7.2이었으며, 이때 Alkalinity는 98~ 128, 84-106, 70-84 mg/L as CaCCh로 나타났다. 또한혐기조, 무산소조, 호기조의 ORP는 각각 -387—254 mV, -362—239 mV, 146-175 mV이었고, DO의 경우 혐기조, 무산소조에서는 거의 검출되지 않았으며, 호기조에서는 2.
012,13)와 거의 유사하였으며, ORP와 DO 역시 질산화세균의 활성에 적당하였다. 아울러 각 반웅조가 연속적으로 배열되어 있기 때문에 혐기조, 무산소조, 호기조의 MLSS농도는 2,780~2,900 mg/L 로 거의 유사한 범위를 보였으며, 이때 MLVSS/MLSS비는 0.67~0.72 이었다.
9 mg/LS. 양호한 수질을 얻을 수 있었다. 특히 T-N은 87/7%의 높은 제거효율을 보였으며, NH4+-N 역시 최종유출수에서 거의 검출되지 않았다.
양호한 수질을 얻을 수 있었다. 특히 T-N은 87/7%의 높은 제거효율을 보였으며, NH4+-N 역시 최종유출수에서 거의 검출되지 않았다. 본 A2/O 공정에서 높은 질소 제거효율을 보인 것은「22 운전방법」에서 언급하였듯이 무산소조에 외 부탄소원 주입으로 탈질효율이 증진되었기 때문이다.
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