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문제 정의
- 본 연구에서는 생활하수를 처 리하기 위해 1차, 2 차 처리조로 구성된 살수여상에서 질산화 성능을 확인하는 방법으로 회분실험을 이용한 질산화 활성과 FISH를 이용한 질산화, 탈질 및 타인 미생물의 종류와 분포를 살수여상의 높이별로 조사하였다.
제안 방법
- 1차 처리조와 2차 처리조가 직렬로 연결된 연속살수여상 반응조의 질산화 활성을 알아보기 위하여 살수여상 담체에 부착된 생물막 시료를 채취하여 회분 실험을 수행하였다. 각각의 처리조에서 높이에 따른 구간별로 시료를 채취하여 반응조의 구간별 질산화 성능을 조사하였다.
- 회분 실험에 필요한 미생물량은 1. 2차 처리조의 각 장소에서 채취한 미생물이 다수 부착되어 있는 담체를 영양염류를 첨가한 증류수에 넣은 후 빠른 속도로 교반하여 담체에서 탈리시킨 후 원시분리하여 미생물음 침전시켰다. 침전된 미생물을 수차례 세척한 후 다시 원심 분리하여 사용하였다.
- 를 제거해 준 뒤 공기 중에서 건조시킨후 10 uL 의 mounting medium 을 첨가하고 cover slide 로 덮어 slide 시료를 완성하였다. In situ hybridization 이 끝난 slide는 Zeiss Axiovert 형광 현미 경과 Kr/Arion laser(Excitation wave length 494, 550, 650 nm)7|-장착된 MRS-1024(Bio-Rad, U.K.) CLSM를 사용하여 관찰하였다.
- 실험을 수행하였다. 각각의 처리조에서 높이에 따른 구간별로 시료를 채취하여 반응조의 구간별 질산화 성능을 조사하였다. 두 처 리조에서 시료를 채취한 것을 각각 1차 처리조 2차 처리조로 하였고 각 처리조에서 시료를 채취한 살수여상 높이에 따라서 상층부(깊이: 0~30 cm), 중층부(깊이: 80-120 cm), 하층부(깊이: 170~200 cm)로 구분하였다.
- 2~3 시간 동안 고정하였다. 고정 후 phos-phate-buffered saline(PBS) 용액으로 3회 세척하면서 고징시약을 제거한 뒤 ethanol 희석액(50, 80, 98%)으로 약 3 분씩 탈수 과정을 수행하였다.
- 고정과 탈수 과정의 전처리를 거친 시료는 hybrid ization buffer(0.9 M NaCl, 20 mM Tris-HCl, 0.01% SDS, formamide; Table 1)와 probe로 hybridization chamber에서 48℃, 120분 동안 반응시킨다'」, 첨가한 probe 농도는 25-50 Bg/mC로 일정하게 첨가하여 주었다. 니ybridization이 끝난 후 미리 예열된 washing buf負(20 mM Tris-HCI, 0.
- 01% SDS, formamide; Table 1)와 probe로 hybridization chamber에서 48℃, 120분 동안 반응시킨다'」, 첨가한 probe 농도는 25-50 Bg/mC로 일정하게 첨가하여 주었다. 니ybridization이 끝난 후 미리 예열된 washing buf負(20 mM Tris-HCI, 0.01% SDS, NaCl)로 가볍게 헹〒어 46℃에서 15분씩 2회의 세척 과정을 수행하였己. 세척이 끝난 시료를 증류수로 가볍게 헹구어 wasliing buf®.
- 각각의 처리조에서 높이에 따른 구간별로 시료를 채취하여 반응조의 구간별 질산화 성능을 조사하였다. 두 처 리조에서 시료를 채취한 것을 각각 1차 처리조 2차 처리조로 하였고 각 처리조에서 시료를 채취한 살수여상 높이에 따라서 상층부(깊이: 0~30 cm), 중층부(깊이: 80-120 cm), 하층부(깊이: 170~200 cm)로 구분하였다. 질산회 성능을 알아보기 위한 회분 실험에는 암모니아성 질소 25 mg/L.
- 침전된 미생물을 수차례 세척한 후 다시 원심 분리하여 사용하였다. 미생불량의 정확한 양은 모든 회분 실험이 끝난 후 Standard method炒에 따라서 105℃에서 2 시간 건조시킨 중량과 550'C에서 15 분간 회화시켜 측정하였다.
- 살수여상의 담체 부착 미생물에 대해 질산화 활성실험, FISH에 의한 질산화, 탈질, 탈인 미생물 조사한 결과 다음과 같은 결론을 도출하였다.
- Polymerase chain reaction (PCR)과 결합된 16S rRNA oligonucleotide의 서열 분석은 새로운 미생물 및 자연계 내 미생물의 동정에있6 빠르고 믿을만한 정보를 제공하지만, 미생물의 계수 및 구조 분석과 공간적 분포의 조사에는 한계가 있었다'. 이에 rRNA oligonucleotide의 특정 부위에 형광 표지를 붙인 뒤 confocal laser scanning micro scopy (CLSM) 관찰을 통해 이러한 제한을 극복할 수 있다. 초기에는 방사성 물질로 표지된 (radio-la beled) DNA 혹은 23S rRNA를 사용하여 연구가 수행되었다*).
- 검출되었다. 하지만 본 실험에서 두 처리조에서의 미생물 동정에서 큰 차이를 보이지 않았기 때문에 결과는 검출된 미생물을 중심으로 서술하였다.
대상 데이터
- 8 mg/L로 되어있으며 가동한지 3년 이상 경과하였다. 담체로는 가로, 세로 각각 20-50 mm, 두께 2~5 mm의 침엽수목편을 이용하였다. 처리수의 BOD 농도는 0.
- 본 연구에 이용된 살수여상 시설은 강원도 원주시에 위치하는 25 톤/일 규모의 소규모 마을하수 처리시설이며 1차 침전조 다음에 2단계에 걸쳐서 각 26.5 n?(l차 처리조)와 16 n?(2차 처리조)의 살수여상 반응조가 순서대로 구성되어 있으며 담체층 높이는 2 이이다. 유입수는 평균 BOD 125 mg/L, 총 부유물질 70 mg/L, 총 질소 30 mg/L, 총인 2.
성능/효과
- 1) 시료를 질산화 회분 실험을 통해 분석한 결과 질산화 활성은 1차 처리조 상층부에서 가장 높게 나타남을 알 수 있다. 이는 암모니아성 질소의 기질이 가장 높게 나타나는 지역이기도 하며 따라서 높은 기질 농도에 노출된 지역에서 질산화 활성이 높다고 판단된다.
- 2) FISH 기법으로 살수여상 장치에 부착된 미생물을 관찰한 결과 암모니아 산화균은 아질산 산화균보다 많이 분포하였으며 대부분의 암모니아 산화균은 Nitrosomonas, 아질산 산화균은 Nitrospim로 나타났다.
- 3) Rhodobacter, Rhodovulum, Roseobacter 그리고 Paracoccus 속의 탈질 미생물 probe Rrpl088과 결합하여 형광을 나타내는 미생물들이 관찰되었으나 질산화 미생물보다 적은 분포를 나타내었다.
- 4) 살수여상 내에서 인 축적 미생물을 조사한 결과 Rhodocyclus group (Rc988)과 PAO651의 분포를 확인하였으며 분포량은 질산화 미생물에 비해 많지는 않았으며 주로 생물막 표면에 분포함을 확인할 수 있다.
- DIC (differential interference contrast) 이미지와 비교하였을 때 hybridization이 잘 되어있음을 알 수 있다. 따라서 본 시료는 HSH 실험을 수행하기 위한 16S rRNA의 함량이 충분함을 보여준다.
- 본 장치에서의 질산화 회분 실험결과 대부분의 질산화 활성은 1차 처리조 상층부에서 가장 높게 나타남을 알 수 있다. 이는 암모니아성 질소의 기질이 가장 높게 나타나는 지역이기도 하며 따라서 높은 기질 농도에 노출된 지역에서 질산화 활성이 높다고 판단된다.
- 살수여상 처리조 1차와 2차에서 각각 시료를 채취하여 실험을 수행하였으나 1차 처리조에서 2차 처리 조 보다는 비교적 많은 양의 미생물이 검출되었다. 하지만 본 실험에서 두 처리조에서의 미생물 동정에서 큰 차이를 보이지 않았기 때문에 결과는 검출된 미생물을 중심으로 서술하였다.
- 6은 전체 bacteria인 Eub338과 Rhodobacter, Raodovulum, Roseobacter 그리고 Paracoccus 속의 탈즐 미생물에 특이적으로 결합하는 probe Rrpl088과 긑합하여 형광을 나타내는 미생물들을 나타내었다. 탈질 미생물은 전체 시료에서 질산화 미생물보다 적은 수가 발견되었다. 이는 살수여상 장치가호 기성 상태로 작동되고 있기 때문에 준혐기성 상태에서 활동하는 탈질 미생물의 성장에는 적합하지 않았기 때문으로 판단된다.
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