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논문 상세정보

실규모 하수처리 생물반응기에서 발견되는 암모니아산화균 군집조성 및 특징

Characterization and Composition of Ammonia-Oxidizing Bacterial Community in Full- Scale Wastewater Treatment Bioreactors

초록

질소제거 하수고도처리공정에서 암모니아산화균은 질소제거에 핵심 역할을 하는 독립영양세균이다. 하수처리 생물반응기에는 다양한 암모니아산화균이 서식하며 군집조성도 시간에 따라 변화한다. 본 연구에서는 생물반응기의 운전인자 및 환경조건이 암모니아산화균 군집구조의 조성과 다양성에 영향을 미친다는 가설을 설정하였다. 이 가설을 검증하기 위해 질산화 반응이 활발한 포항, Palo Alto, Nine Springs, Marshall 하수처리장 활성슬러지 생물반응기로부터 암모니아산화균의 ammonia monooxygenase subunit A 유전자 clone library를 제작하였다. 하수처리 생물반응기에는 Nitrosomonas europaea, N. oligotropha, N.-like, Nitrosospira lineage에 속하는 암모니아산화균이 주로 발견되었으며, N. communis, N. marina, N. cryotolerans lineage에 속하는 암모니아산화균은 주종을 이루지 못했다. 암모니아산화균 군집조성은 하수처리장별로 차이를 보였는데, 포항, Palo Alto, Marshall 하수처리장에서는 N. oligotropha lineage에 속하는 암모니아산화균이 가장 빈번히 발견되었고, Nine Springs 하수처리장에서는 N. europaea lineage에 속하는 암모니아산화균이 주종을 이루었다. 한편, 암모니아산화균 군집조성과 생물반응기 운전인자(HRT, SRT, MLSS) 및 환경조건(온도, pH, COD, $NH_3$, $NO_3{^-}$)의 연관성은 다변수 통계분석법인 Redundancy Analysis 방법을 이용하여 분석하였다. 그 결과, 생물반응조의 COD와 $NO_3{^-}$ 농도가 하수처리 생물반응기에서 암모니아산화균 군집구조를 결정하는 통계학적으로 유의한 변수로 나타났다.

Abstract

Ammonia-oxidizing bacteria (AOB) are chemolithoautotrophs that play a key role in nitrogen removal from advanced wastewater treatment processes. Various AOB species inhabit and their community compositions vary over time in the wastewater treatment bioreactors. In this study, a hypothesis that operational and environmental conditions affect both the community compositions and the diversity of AOB in the bioreactors was proposed. To verify the hypothesis, the clone libraries based on ammonia monooxygenase subunit A were constructed using activated sludge samples from aerobic bioreactors at the Pohang, the Palo Alto, the Nine Springs, and the Marshall wastewater treatment plants (WWTPs). In those bioreactors, AOB within the Nitrosomonas europaea, N. oligotropha, N.-like, and Nitrosospira lineages were commonly found, while AOB within the N. communis, N. marina, and N. cryotolerans lineages were rarely detected in the samples. The AOB community structures were different in the bioreactors: AOB within the N. oligotropha lineage were the major microorganisms in the Pohang, the Palo Alto, and the Marshall WWTPs, while AOB within the N. europaea lineage were dominant in the Nine Springs WWTP. The correlations between the AOB community compositions of the wastewater treatment bioreactors and their operational (HRT, SRT, and MLSS) and environmental conditions (temperature, pH, COD, $NH_3$, and $NO_3{^-}$) were evaluated using a multivariate statistical analysis called the Redundancy Analysis (RDA). As a result, COD and $NO_3{^-}$ concentrations in the bioreactors were the statistically significant variables influencing the AOB community structures in the wastewater treatment bioreactors.

저자의 다른 논문

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