[논문]상향류 활성탄 생물막 공정을 이용한 정체 수역 수질 개선 및 공정 내 미생물 군집 해석

오유미; 이재호; 박정진; 최기충; 박태주; 이태호

상향류 활성탄 생물막 공정을 이용한 정체 수역 수질 개선 및 공정 내 미생물 군집 해석
Water Quality Improvement of Stagnant Water using an Upflow Activated Carbon Biofilm Process and Microbial Community Analysis 원문보기

대한환경공학회지 = Journal of Korean Society of Environmental Engineers, v.32 no.1, 2010년, pp.23 - 32

오유미 (부산대학교 사회환경시스템공학부) , 이재호 ((주)수 엔지니어링) , 박정진 ((주)수 엔지니어링) , 최기충 ((주)수 엔지니어링) , 박태주 (한국환경정책평가연구원) , 이태호 (부산대학교 사회환경시스템공학부)

초록
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정체수역에서는 자연적 흐름의 차단으로 인해 자정능력이 떨어지며, 영양염류의 축적으로 인해 부영양화와 같은 문제점이 발생한다. 또한 비점오염물질의 유입은 정체수역 내 난분해성 물질을 증가시킨다. 본 연구에서는 정체수역의 수질개선을 위해 무산소조, 호기1조, 호기2조로 구성된 장치형 상향류 활성탄 생물막 반응기를 도입하여 정체수의 연속적 순환에 따른 오염물질 농도의 변화를 모니터링 하였다. 정체수역을 모사하기 위하여 $2m^3$의 저장탱크에 유원지의 호소수를 저장하였으며, 수질개선을 위한 최적 유입 유량을 산출하기 위하여 HRT가 6 hr, 4 hr, 2 hr 가 되도록 호소수의 유입 유량을 변화시켰다. 이 가운데 HRT 4 hr에서 SS, $BOD_5$, $COD_{Mn}$, $COD_{Cr}$, TN, TP의 제거 효율이 각각 69.8, 83.0, 91.3, 74.1, 74.7, 88.9%로 가장 좋은 수질 개선 효과를 얻을 수 있었다. 이에 HRT를 4 hr로 고정하고 골프장 연못수를 운전했을 때 SS, $BOD_5$, $COD_{Mn}$, $COD_{Cr}$ TN, TP의 제거 효율이 각각 78.5, 78.0, 80.2, 74.9, 55.6, 97.5% 달성되었다. 각 조건에서의 미생물 군집 변화를 PCR-DGGE를 사용하여 분석 결과, 유입수를 골프장 연못수로 교체함에 따라 미생물 군집에 변화가 나타났다. 또한 FISH에 의해 유입 유량 변화에 따른 질산화 미생물량의 변화를 관찰한 결과, HRT 4 hr의 조건에서 질산화 미생물이 가장 우점화됨을 알 수 있었다. 미생물량 및 INT-DHA를 이용한 미생물 활성도 실험 결과, HRT를 낮게 유지하였을 때에도 감소되지 않았다. 따라서 상향류 활성탄 생물막 공정을 정체 수역의 효과적인 수질 개선에 충분히 적용할 수 있을 것으로 기대한다.

Abstract ▼ AI-Helper

The capacity of natural purification was limited by the interruption of natural flow and the problems such as eutrophication were occurred by nutritive salts accumulation in stagnant stream. Moreover, the inflow of non-point sources causes non-degradable materials to increase in stagnant stream. In this study, an upflow biological activated carbon (BAC) biofilm process comprised of anoxic, aerobic 1, and aerobic 2 reactors were introduced for treatment of stagnant stream and SS, $BOD_5$, $COD_{Mn}$, $COD_{Cr}$, TN, and TP were monitored in the upflow BAC biofilm reactors with continuous cycling. In order to simulate stagnant stream, the lake water of amusement park and golf course were stored as influent in a tank of $2m^3$ and hydraulic retention time (HRT) was changed into 6, 4, and 2 hours. At HRT 4hr and the lake water of amusement park as influent, the removal efficiencies of SS, $BOD_5$, $COD_{Mn}$, $COD_{Cr}$, TN, and TP showed the best water quality improvement and were 69.8, 83.0, 91.3, 74.1, 74.7, and 88.9%, respectively. At HRT 4hr and the lake water of golf course as influent, the removal efficiencies of SS, $BOD_5$, $COD_{Mn}$, $COD_{Cr}$, TN and TP were 78.5, 78.0, 80.2, 74.9, 55.6 and 97.5%, respectively. As the results of polymerase chain reaction - denaturing gel gradient electrophoresis (PCR-DGGE), microbial community was different depending on influent type. Fluorescence in situ hybridization (FISH) showed that nitrifying bacteria was dominant at HRT 4 hr. The biomass amount and microbial activities by INT-DHA test were not decrease even at lower HRT condition. In this study, the upflow BAC biofilm process would be considered to the water quality improvement of stagnant stream.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

정체 수역의 수질을 개선하기 위하여 상향류 활성탄 생물막 공정을 이용한 순환형 장치를 개발하고 유입 유량에 따른 수질 개선 효과와 생물막 내 미생물 군집 구조의 변화를 관찰한 결과 아래와 같은 결론을 얻었다.

가설 설정

FISH는 세포내 DNA 또는 RNA의 특정 target strand에 상보적인 DNA 또는 RNA의 형광 처리된 단일가닥 조각 (oligonucleotide probe)을 붙여 목적 미생물을 검출하는 방법이다.⁷⁾ 본 공정의 최적 설계 인자를 찾기 위해 운전 조건 변화시 오염물질 제거 효율이 담체 부착 미생물량과 미생물 활성도의 변화에 영향을 받을 것이라고 가정하여운전 조건별로 담체 부착 미생물량과 미생물 활성도를 측정하였다. INT(2-(4-idophenyl)-3-(4-nitrophenyl)-5- phenyl-tetrazolium chloride)-DHA (dehydrogenase acctivity)는 유기물이 생물학적으로 분해될 때 전자가 손실되거나 수소 이온이 제거되는 원리를 이용하여 세포내 탈수소 효소(dehydrogenase)를 측정하여 미생물 활성도를 결정하는 방법이다.

제안 방법

1,2) 기존의 정체수역의 수질개선은 호소수 내 산소 공급, 수생 식물 이용 인공 식물섬 설치 및 수질정화용 약품 등 투입을 적용하여 수행되었다. 그러나 Lawson 등³⁾은 정체수역의 산소 공급에 의한 수질개선은 균형적인 산소 공급이 이뤄지지 않아 수질개선 효과가 크지 않다고 하였다.
본 연구에서 사용된 primer는 Table 3과 같다. 16S rRNA (ribosomal RNA gene)를 증폭하기 위해 우선 EUB 27F와 EUB 1492R primer를 사용하여 16S rDNA를 증폭하고, 증폭된 산물을 template로 사용하고 EUB 340F와 EUB 518R을 primer로 사용하여 16s rDNA의 V3 부분을 증폭하였다. DGGE 분석을 위한 PCR 증폭의 각 단계별 조건들은 Table 4에서 나타내었다.
INT(2-(4-idophenyl)-3-(4-nitrophenyl)-5- phenyl-tetrazolium chloride)-DHA (dehydrogenase acctivity)는 유기물이 생물학적으로 분해될 때 전자가 손실되거나 수소 이온이 제거되는 원리를 이용하여 세포내 탈수소 효소(dehydrogenase)를 측정하여 미생물 활성도를 결정하는 방법이다.⁸⁾ 본 연구에서는 정체수역의 수질개선을 위해 활성탄을 충전하여 생물막을 성장시킨 상향류 활성탄 생물막 반응기를 개발하고 유입 유량의 변화, 즉 HRT (hydraulic retention time) 변화에 따른 수질 개선 효과를 평가하였으며 PCR-DGGE와 FISH에 의한 미생물 군집 분석 결과와 수질 개선 효과의 상관관계를 해석하였다.
FISH 반응을 마친 시료는 neofluor 렌즈와 axiocam이 장착된 형광 현미경(Axioskop 2puls, Zeiss, Germany)을 사용하여 관찰하였다. 촬영된 형광 이미지의 미생물 분포 면적 분석은 visual digital image analyzer (Zeiss, Germany) 을 사용하여 계산하였다.
상향류 활성탄 생물막 공정의 수질 개선 효율을 평가하기 위하여 매일 유입수와 유출수를 채취하여 대표적인 수질 항목을 분석하였다. NH4⁺-N은 AA3 (Bran+Luebble-Auto Analyzer3, SPX Co., Germany)를 이용하여 분석하였으며, BOD₅, SS, CODCr, CODMn, TN, TP는 수질공정오염시험방법을 토대로 측정하였다. NO₂^--N, NO₃^--N, PO₄^3--P 는 Ion Chromatography Analyzer (Dionex ICS-1000, USA)를 이용하여 분석하였다.
, Germany)를 이용하여 분석하였으며, BOD₅, SS, CODCr, CODMn, TN, TP는 수질공정오염시험방법을 토대로 측정하였다. NO₂^--N, NO₃^--N, PO₄^3--P 는 Ion Chromatography Analyzer (Dionex ICS-1000, USA)를 이용하여 분석하였다. pH는 pH meter (Orion, model 520A, USA), 온도 및 DO는 YSI DO meter (Model58, USA)를 이용하여 측정하였다.
PCR 산물 30 μL에 dye solution 10 μL를 혼합하여 DGGE gel에 loading한 뒤 60℃, 200 V에서 9시간 동안 전기영동을 실시하였다.
Probe의 최종농도는 5 ng/μL였으며, probe에 따라 최적의 hybridization 반응이 이루어질 수 있도록 formamide의 농도를 달리하였다.
NO₂^--N, NO₃^--N, PO₄^3--P 는 Ion Chromatography Analyzer (Dionex ICS-1000, USA)를 이용하여 분석하였다. pH는 pH meter (Orion, model 520A, USA), 온도 및 DO는 YSI DO meter (Model58, USA)를 이용하여 측정하였다.
6에 나타내었다. 각 반응기에 식종원으로 사용한 호기성 슬러지 내 미생물의 분 율을 분석하여 각 운전 조건별 질산화 미생물 분율과 비교하였다.
정체 수역 원수는 경남 Y시의 T 유원지 내에 설치된 연못 수에서 공급되었으며 추가적으로 경남의 C 골프장 연못수의 수질 개선 효과를 검증하였다. 각 정체 수역의 원수는 용량 2㎥의 저장조에 저장하였으며, 공정에서 발생하는 처리수를 저장조에 재주입하는 순환형 장치로 구성하였다. 호기1 및 호기2조에는 용액상 DO가 5~8 mg/L 으로 유지되도록 산기관을 통하여 공기를 주입하였다.
01% chromium potassium sulfate)용액으로 코팅시킨 슬라이드 위(8-well marienfeld, Germany)에 4 μL를 떨어뜨리고 자연건조하였다. 건조된 슬라이드는 에탄올 (50, 80과 90% ethanol)에 각각 2분씩 담궈 2회에 걸쳐 샘플의 탈수를 실시 하였고, 이 후 자연건조하였다.
남아있는 INTF(INT-Formazon)는 물에 불용성이므로 2+3 Aceton/Demethyl Sulfuroxid(DMSO) 유기 용매를 5 mL 가하여 혼합한 다음, 20℃ 암소에서 20분간 반응시켜 INTF를 추출하였다. 이를 다시 원심분리기에서 10분간 2500 rpm으로 원심 분리한 다음, 상등수만 취하여 흡광 광도계를 사용하여 465 nm에서 흡광도를 측정하였다.
5 L)로 구성되었다. 무산소 및 호기1, 호기2조에는 각각 20%(v/v)로 활성탄 담체를 충전하였고, 생물막의 형성을 위해 하수처리장 활성슬러지를 식종하여 20일간 순환하였다.
상향류 활성탄 생물막 공정의 수질 개선 효율을 평가하기 위하여 매일 유입수와 유출수를 채취하여 대표적인 수질 항목을 분석하였다. NH4⁺-N은 AA3 (Bran+Luebble-Auto Analyzer3, SPX Co.
샘플은 에폭시 수지와 젤라틴 (0.1% gelatin과 0.01% chromium potassium sulfate)용액으로 코팅시킨 슬라이드 위(8-well marienfeld, Germany)에 4 μL를 떨어뜨리고 자연건조하였다.
상향류 활성탄 생물막 공정의 운전 조건을 Table 1에 나타내었다. 생물막 공정의 적정 처리 유량을 도출하기 위하여 유입수의 유량을 변화시켜 체류 시간을 각각 6, 4, 2 hr이 되도록 운전하였다. 각 유입 유량 조건별로 새로운 정체 수역 원수를 공급하였으며 각 조건에서의 유입수의 특성은 Table 2에 나타내었다.
PCR 산물 30 μL에 dye solution 10 μL를 혼합하여 DGGE gel에 loading한 뒤 60℃, 200 V에서 9시간 동안 전기영동을 실시하였다. 전기 영동한 gel은 ethidium bromide으로 30분간 염색시킨 후, UV transilluminator (Uvitec gel documentation system, UK)를 사용하여 band profile을 확인하였다. DGGE profile 상의 각 band의 위치와 강도는 Fingerprinting Ⅱ Informatix Software (Bio-Rad, Hercules, CA, USA) 프로그램을 이용하여 분석하였으며, SPSS v14.
정체 수역 원수는 경남 Y시의 T 유원지 내에 설치된 연못 수에서 공급되었으며 추가적으로 경남의 C 골프장 연못수의 수질 개선 효과를 검증하였다. 각 정체 수역의 원수는 용량 2㎥의 저장조에 저장하였으며, 공정에서 발생하는 처리수를 저장조에 재주입하는 순환형 장치로 구성하였다.
정체 호소수의 수질 개선 효율이 가장 높았던 HRT 4 hr (1.5Q)의 조건에서 다른 정체수인 C 골프장 연못수의 수질개선을 시도하였다. Fig.
추출한 DNA는 0.5 mL 튜브에 10 m × Taq buffer 2.5 μL, 10 mM dNTP 10 μL, 각각의 primer 0.25 μL(10 pmol), DNA template 2 μL, Taq DNA polymerase (Solgent Co., Korea) 0.125 μL를 첨가하고 나머지는 멸균수를 첨가하여 총 25 μL가 되도록 PCR stock solution을 제조하였다.
각 반응기에서 활성탄 담체를 채취하여 탈리 용액 100 mL 에 넣고, 초음파 기기를 사용하여 생물막을 탈리시켰다. 탈리된 용액 1 mL을 원심 분리하여 상등액을 제거한 뒤, biomass 0.1 g을 멸균수 1 mL에 재용해시켜 PowerSoilTM DNA isolation kit (MoBio Ltd. Co., USA)를 이용하여 DNA를 추출하였다. 추출한 DNA는 0.

대상 데이터

본 연구에 사용된 oligonucleotide probe는 EUB 338(Ⅱ), Nso 190, Ntspa 662, Nit 3이며 사용된 oligonucleotide probe의 염기서열은 Table 3에 나타내었다. Probe의 최종농도는 5 ng/μL였으며, probe에 따라 최적의 hybridization 반응이 이루어질 수 있도록 formamide의 농도를 달리하였다.
본 연구에서 사용한 실험실 규모의 정체수역 수질 개선을 위한 상향류 활성탄 생물막 공정은 Fig. 1에 나타낸 바와 같이 1차 침전조 (5 L), 무산소조 (4 L), 호기1조(4 L), 호기2조 (4 L), 최종 2차 침전조 (4.5 L)로 구성되었다. 무산소 및 호기1, 호기2조에는 각각 20%(v/v)로 활성탄 담체를 충전하였고, 생물막의 형성을 위해 하수처리장 활성슬러지를 식종하여 20일간 순환하였다.

데이터처리

전기 영동한 gel은 ethidium bromide으로 30분간 염색시킨 후, UV transilluminator (Uvitec gel documentation system, UK)를 사용하여 band profile을 확인하였다. DGGE profile 상의 각 band의 위치와 강도는 Fingerprinting Ⅱ Informatix Software (Bio-Rad, Hercules, CA, USA) 프로그램을 이용하여 분석하였으며, SPSS v14.0 (SPSS Inc. Chicago, IL, USA) 을 이용하여 주성분 분석을 수행하였다.

이론/모형

01% SDS]을 사용하여 20분간 세척하였으며, 추가적으로 diethyl-pyrocarbonate (DEPC)로 세척한 뒤 자연건조 하였다. 모든 절차와 방법은 Manz 등⁹⁾과 Amann¹⁰⁾ 의 방법에 준하여 수행하였다.
FISH 반응을 마친 시료는 neofluor 렌즈와 axiocam이 장착된 형광 현미경(Axioskop 2puls, Zeiss, Germany)을 사용하여 관찰하였다. 촬영된 형광 이미지의 미생물 분포 면적 분석은 visual digital image analyzer (Zeiss, Germany) 을 사용하여 계산하였다.

성능/효과

5Q(HRT 4 hr)로 운전하였을 경우에는 AOB, Nitrobacter spp., Nitrospira genus의 분율이 호소수의 1.5Q 조건에서 얻어진 값 가까이 회복됨을 확인할 수 있었다.
1) 유입 유량을 1Q, 1.5Q, 3Q로 변화시키며 오염 물질 제거 효율을 비교하였을 때 1.5Q (HRT 4 hr)로 운전한 조건에서 SS, BOD₅, COD_Mn, COD_Cr, TN, TP에 대하여 각각 69.8, 83.0, 91.3, 74.1, 74.7, 88.9%의 가장 높은 제거 효율을 달성할 수 있었다.
2) PCR-DGGE를 이용한 미생물 군집 해석 결과, 초기 식 종된 활성 슬러지의 미생물 가운데 일부가 사라지고 특정 미생물들이 우점화한 것을 확인할 수 있었다. 그리고 유입 유량의 과다한 증가는 미생물 군집의 큰 변화를 유발함을 알 수 있었으며, 유입 정체수의 성상 변화에 따라 미생물의 군집도 변화됨을 확인하였다.
21일 후의 최종 SS 농도는 1Q, 1.5Q, 3Q 조건에서 각각 8.0, 8.5, 13.6 mg/L이었으며 SS 제거 효율은 각각 67.7, 69.8, 49.2%로 나타났다. 최종 BOD₅ 농도는 각각 3.
3) FISH 수행 결과, 호소수의 유입 유량 1.5Q 조건에서 질산화 미생물인 AOB와 Nitrobacter spp. 및 Nitrospira genus의 분율이 최대가 됨을 알 수 있었고, 질산화 미생물의 분율이 처리 수질에 영향을 미침을 확인할 수 있었다.
4) 부착성 미생물의 미생물량은 HRT 2 hr인 C 조건에서 최대로 나타났다. INT-DHA 실험 결과, 미생물 활성도는 HRT에 큰 영향을 받지 않는 것으로 판단되었다.
5Q)의 조건에서 다른 정체수인 C 골프장 연못수의 수질개선을 시도하였다. Fig. 3에 나타난 바와 같이 SS, BOD₅, COD_Mn, COD_Cr, TN, TP 등 수질 항목의 최종 농도는 각각 6.6, 1.8, 2.7, 7.2, 0.6, 0.04 mg/L이었으며, 제거 효율은 각각 78.5, 78.0, 80.2, 74.9, 55.6, 97.5%로 나타났다. 이는 유원지 내의 유입수를 사용한 1.
4) 부착성 미생물의 미생물량은 HRT 2 hr인 C 조건에서 최대로 나타났다. INT-DHA 실험 결과, 미생물 활성도는 HRT에 큰 영향을 받지 않는 것으로 판단되었다. 본 연구의 미생물 활성도가 선행 연구보다 낮은 이유는 정체수가 하∙폐수보다 오염물질의 농도가 낮기 때문에 상대적으로 미생물의 기질이 적어서인 것으로 추정된다.
5Q 조건의 제거 효율과 비슷하였으며, 환경정책기본법의 하천수질기준을 만족하는 수질 개선 효과를 얻을 수 있었다. 결론적으로, HRT 4 hr의 조건에서 오염물질 제거효율이 최대가 되었고 정체수의 성상을 변화시켰을 때에도 최적의 제거 효율이 유지됨을 알 수 있었다.
5에 나타내었다. 골프장 연못수를 공급한 무산소조, 호기1조, 호기2조의 미생물 군집이 호소수를 공급한 조건에서의 미생물 군집과 상이함을 확인할 수 있었다. 이는 상향류 활성탄 생물막 반응기에 공급하는 정체 수역 원수에 따라 서로 다른 미생물이 수질 정화에 관여함을 의미한다.
2) PCR-DGGE를 이용한 미생물 군집 해석 결과, 초기 식 종된 활성 슬러지의 미생물 가운데 일부가 사라지고 특정 미생물들이 우점화한 것을 확인할 수 있었다. 그리고 유입 유량의 과다한 증가는 미생물 군집의 큰 변화를 유발함을 알 수 있었으며, 유입 정체수의 성상 변화에 따라 미생물의 군집도 변화됨을 확인하였다.
따라서, HRT 6 hr인 1Q 조건과 HRT 4 hr인 1.5Q 조건, 그리고 연못수 1.5Q 조건에서의 질산화 미생물은 식종 슬러지보다 증가하는 경향을 보였다. 그러나, HRT 2 hr인 3Q 조건에서 질산화 미생물의 분율은 감소하였으며, 이로 인해 질산화 효율 및 TN 제거효율이 감소한 것으로 판단된다.
따라서, TN을 제외한 수질 항목의 개선 효과는 HRT 4 hr인 1.5Q 조건에서 가장 높게 나타났다. TN 제거 효율은 HRT 6 hr인 1Q 조건에서 가장 높게 나타났으나, 모든 조건에서 2.
본 연구의 미생물 활성도가 선행 연구보다 낮은 이유는 정체수가 하∙폐수보다 오염물질의 농도가 낮기 때문에 상대적으로 미생물의 기질이 적어서인 것으로 추정된다. 따라서, 활성탄을 담체로 사용한 상향류 생물막 공정이 호소수 및 골프장 연못수 등 정체 수역의 수질 개선에 유용함을 확인할 수 있었다. 또한 분자생물학적 방법의 적용으로 공정 효율의 변화를 미생물 군집 변화로 설명할 수 있음을 확인하였다.
따라서, 활성탄을 담체로 사용한 상향류 생물막 공정이 호소수 및 골프장 연못수 등 정체 수역의 수질 개선에 유용함을 확인할 수 있었다. 또한 분자생물학적 방법의 적용으로 공정 효율의 변화를 미생물 군집 변화로 설명할 수 있음을 확인하였다.
5Q 조건에서 질산화 미생물인 AOB와 Nitrobacter spp. 및 Nitrospira genus의 분율이 최대가 됨을 알 수 있었고, 질산화 미생물의 분율이 처리 수질에 영향을 미침을 확인할 수 있었다.
5~2 hr에서 COD, SS, TN, TP의 제거 효율은 각각 37~80%, 62~70%, 40~68%, 40~59% 로 나타났다고 보고한 바 있다. 본 연구에서도 HRT의 변화에 따른 처리 효율의 변화를 관찰할 수 있었으며, 활성탄을 충진시킨 생물막 반응기의 오염물질 제거 효율 측면에서 HRT 4 hr인 1.5Q 조건으로 운전하는 것이 가장 타당하다고 판단 된다.
5%로 나타났다. 이는 유원지 내의 유입수를 사용한 1.5Q 조건의 제거 효율과 비슷하였으며, 환경정책기본법의 하천수질기준을 만족하는 수질 개선 효과를 얻을 수 있었다. 결론적으로, HRT 4 hr의 조건에서 오염물질 제거효율이 최대가 되었고 정체수의 성상을 변화시켰을 때에도 최적의 제거 효율이 유지됨을 알 수 있었다.
2%이었다. 이를 통해 호기 1조에서의 질산화 미생물의 분율은 HRT 4 hr인 1.5Q 조건에서 최대, HRT 2 hr인 3Q 조건에서 최저를 나타낸다는 것을 알 수 있었다. 호기 2조에서의 AOB는 각각 7.
7b는 각 조건에서의 INT-DHA에 의한 미생물 활성도를 나타낸다. 장치 운전 초기에 순응된 슬러지의 미생물 활성도는 무산소조, 호기1조, 호기2조에서 각각 6, 8, 8 mg O₂/g vss/day였고 유입 유량(HRT) 변화에도 큰 차이를 보이지 않았다. 이는 INT-DHA가 질산화 미생물뿐만 아니라 사상균과 같은 다른 미생물들의 활성도도 측정하기 때문인 것으로 사료 된다.
7a는 조건별 부착 미생물량의 변화를 나타낸다. 장치 운전 초기에 순응된 슬러지의 미생물량은 무산소조, 호기1조, 호기2조에서 각각 153, 360, 410 mg/L였지만 운전 일수가 증가함에 따라 점차 증가하는 양상을 띄었으며, 유량 3Q(HRT 2 hr)인 C 조건에서 각각 1314, 2194, 1956 mg MLSS/L 로 부착미생물이 가장 많이 증식되었음을 알 수 있다. 이로써 유입 유량 즉, HRT 변화와 부착 미생물량의 상관 관계는 적은 것으로 사료된다.
이는 INT-DHA가 질산화 미생물뿐만 아니라 사상균과 같은 다른 미생물들의 활성도도 측정하기 때문인 것으로 사료 된다. 즉 DGGE profile에서 보인 바와 같이 장치 운전 초기에 순응된 슬러지 내에서 다양한 역할을 하는 활성 미생물들이 일부 사멸되고 그 만큼 종속영양미생물과 질산화미생물이 우점종화하여 활성도가 증가했기 때문에 전체적인 미생물 활성도는 차이가 없고 오히려 순응 슬러지 때보다 소폭 증가한 것이라 판단된다.
질산화 미생물의 분율은 HRT 2 hr인 3Q 조건을 제외한 모든 조건에서 식종 슬러지에 비해 증가하는 경향을 보였다. 호기 1조에서 식종 슬러지, 1Q, 1.
2%로 나타났다. 최종 BOD₅ 농도는 각각 3.2, 2.1, 2.7 mg/L이었으며 43.6, 83.0, 66.1%의 제거 효율을 나타내었다. 최종 COD_Mn 농도는 각각 5.
1%의 제거 효율을 나타내었다. 최종 COD_Mn 농도는 각각 5.9, 2.2, 5.0 mg/L 이었고 제거 효율은 각 조건에서 79.2, 91.3, 59.8%이었다. COD_Cr의 경우 유출 농도는 각각 17.
8%로 나타났다. 최종 TP 농도는 각각 0.03, 0.03, 0.03 mg/L이었으며 제거 효율은 각각 84.1, 88.9, 83.8%이었다.
이는 상향류 활성탄 생물막 반응기에 공급하는 정체 수역 원수에 따라 서로 다른 미생물이 수질 정화에 관여함을 의미한다. 호소수의 3Q (HRT 2 hr) 조건에서의 무산소조, 호기1조, 호기2조의 미생물 군집은 다른 유입 유량 조건의 미생물 군집과 상이한 것을 확인할 수 있었다. 이는 유입 유량의 과다한 증가 즉, 유입 부하의 과다한 증가로 인하여 활성탄에서 부착된 생물막 내 미생물 군집에 변화가 발생하였기 때문인 것으로 판단된다.

후속연구

주로 고도정수처리를 위한 공정으로 사용되어 왔으며, 용존되어 있는 유기물질, 질소, 인, 암모니아 등을 생물학적으로 처리함으로써 미량유기물질 저감에 효율적인 공정으로 알려져 있다. 이러한 생물활성탄 공정을 정체 수역 수질 정화에 도입한다면 낮은 농도의 유기물질과 영양염류 제거에 효과가 있을 것이다. 한편, PCR (polymerase chain reaction)에 기반한 DGGE (denaturing gradient gel electrophoreses) 방법을 이용하여 활성탄 표면에 형성된 생물막 내 미생물 군집을 해석할 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	상향류 활성탄 생물막 공정의 수질 개선 효율을 평가하기위해 대표적인 수질 항목을 어떻게 분석하였는가?	상향류 활성탄 생물막 공정의 수질 개선 효율을 평가하기 위하여 매일 유입수와 유출수를 채취하여 대표적인 수질 항목을 분석하였다. NH4+-N은 AA3 (Bran+Luebble-Auto Analyzer3, SPX Co., Germany)를 이용하여 분석하였으며, BOD5, SS, CODCr, CODMn, TN, TP는 수질공정오염시험방법을 토대로 측정하였다. NO2--N, NO3--N, PO43--P 는 Ion Chromatography Analyzer (Dionex ICS-1000, USA)를 이용하여 분석하였다. pH는 pH meter (Orion, model 520A, USA), 온도 및 DO는 YSI DO meter (Model58, USA)를 이용하여 측정하였다.
	생물활성탄 공정은 어떤 기술인가?	생물활성탄 공정은 활성탄을 이용하여 물리적 흡착 및 부착 미생물에 의해 오염물질을 제거하는 기술이다. 주로 고도정수처리를 위한 공정으로 사용되어 왔으며, 용존되어 있는 유기물질, 질소, 인, 암모니아 등을 생물학적으로 처리함으로써 미량유기물질 저감에 효율적인 공정으로 알려져 있다.
	DGGE는 어떤 방법을 의미하는가?	한편, PCR (polymerase chain reaction)에 기반한 DGGE (denaturing gradient gel electrophoreses) 방법을 이용하여 활성탄 표면에 형성된 생물막 내 미생물 군집을 해석할 수 있다. PCR은 특정 DNA 부위를 증폭시키는 방법이며, DGGE는 DNA 변성제 농도에 구배가 있는 gel 상에서 전기영동함으로써 DNA의 염기서열에 따른 이동속도의 차이를 이용하여 미생물의 다양성을 해석하는 분자생물학적 방법이다.5,6) 또한 FISH (Fluorescence in situ hybridization) 방법을 이용하여 생물막 내 형성된 미생물들의 분포 비율을 관찰할 수 있다.

참고문헌 (15)

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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