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문제 정의
- 본 연구에서는 세라믹 담체에 적용된 4종의 해양박테리아의 질소·인 제거효율을 분석하여, 분리된 해양박테리아와 세라믹담체를 이용한 해수정화 적용 가능성을 조사하였다.
- 본 연구팀은 해양환경에 적응되어 있는 해양 박테리아 중 질소 및 인 제거능이 우수한 해양박테리아를 선별하고, 해양에서의 질소, 인 제거 공정에 적용하기 위하여 광양만에 분포하고 있는 해양박테리아를 분리하고 동정한 바 있다[11]. 예비 실험을 통하여 유기물 및 질소 제거 효율이 높은 4종(Aeromonas hydrophila, Chryseomonas indologenes, Pseudomonas diminuta, Vibrio parahaemolyticus)의 해양 박테리아를 분리하였다.
제안 방법
- 균주 접종 시 각 균주 당 1 g/L (wet weight; 개체수 1.5x108 CFU/mL)로 300 mL의 배양병에 들어있는 150 mL의 변형 Marine broth 배지 (표 3)에 접종하였다. 변형 배지는 유기물 농도 (CODCr) 250 μg/L, NH3-N 100 μg/L, NO3--N 100 μg/L, PO43--P 10 μg/L로 조정하여 사용 하였다.
- 균주의 생장은 OD600를 spectrophotometer로 측정 분석하였다. 그리고 균주의 생장에 따른 질소 및 인의 측정을 위해서 각 시료는 MFS (0.
- 그리고 균주의 생장에 따른 질소 및 인의 측정을 위해서 각 시료는 MFS (0.2 μm) 실린지 필터와 5 mL 실린지를 사용하여 여과하여 사용하였다.
- 분리된 해양박테리아를 담체에 적용하고, 성장률을 측정하였다. 대조군으로는 담체에 적용하지 않고 회분식 배양을 통한 성장을 측정하였다(그림 1). 담체를 적용하지 않은 대조군의 경우 30시간 배양 후 4종의 해양박테리아의 평균 OD 값의 증가는 0.
- 배양 후, 다시 1000 mL 배양병에 500 mL의 배지를 채운 후, 배양액을 접종하여 3일간 배양하였다. 배양한 균주는 6000 rpm에서 10분간 원심분리하여 모았으며, 정확한 접종량을 위해 세포의 습중량을 측정하였다.
- 변형 배지는 유기물 농도 (CODCr) 250 μg/L, NH3-N 100 μg/L, NO3--N 100 μg/L, PO43--P 10 μg/L로 조정하여 사용 하였다.
- 분리된 해양박테리아를 담체에 적용하고, 성장률을 측정하였다. 대조군으로는 담체에 적용하지 않고 회분식 배양을 통한 성장을 측정하였다(그림 1).
- 세라믹 담체는 청자토를 이용하여 제조하였으며, 분쇄와 혼합과정을 거쳐 균일한 물성을 갖도록 하였고, 발포제를 첨가하여 기공률을 높혔다. 담체는 약 20-30 mm 크기의 정육면체 형태이며, 부피비중은 약 1.
- 본 연구팀은 해양환경에 적응되어 있는 해양 박테리아 중 질소 및 인 제거능이 우수한 해양박테리아를 선별하고, 해양에서의 질소, 인 제거 공정에 적용하기 위하여 광양만에 분포하고 있는 해양박테리아를 분리하고 동정한 바 있다[11]. 예비 실험을 통하여 유기물 및 질소 제거 효율이 높은 4종(Aeromonas hydrophila, Chryseomonas indologenes, Pseudomonas diminuta, Vibrio parahaemolyticus)의 해양 박테리아를 분리하였다. 본 연구에서는 세라믹 담체에 적용된 4종의 해양박테리아의 질소·인 제거효율을 분석하여, 분리된 해양박테리아와 세라믹담체를 이용한 해수정화 적용 가능성을 조사하였다.
- 질소·인 처리장치는 20 L 유리용기를 사용하였으며, 세라믹 담체를 적용한 실험구와 세라 믹담체를 적용하지 않은 대조구의 질소·인 제거 효율을 비교하였다.
- 청자토를 이용하여 제조된 세라믹 담체에 4종의 해양 박테리아를 적용하여 질소 및 인의 제거 효율을 분석하였다. 담체를 사용하지 않은 대조군에 비해 담체를 사용한 4 종의 실험군 모두 약 3배 이상의 성장률의 증가를 보였으며, 암모니아성 질소 제거 효율도 30% 이상 증가하였다.
대상 데이터
- 광양만에서 분리한 해양박테리아 중 고효율 질소 인 제거 균주로 밝혀진 4종의 균주 (Aeromonas hydrophila, Chryseomonas indologenes, Pseudomonas diminuta, Vibrio parahaemolyticus)를 실험에 적용하였다. 배양을 위하여 Marine broth (DIFCO 2216)와 sea water complete (SWC)를 배지로 사용하였다 (표 1과 2).
- 광양만에서 분리한 해양박테리아 중 고효율 질소 인 제거 균주로 밝혀진 4종의 균주 (Aeromonas hydrophila, Chryseomonas indologenes, Pseudomonas diminuta, Vibrio parahaemolyticus)를 실험에 적용하였다. 배양을 위하여 Marine broth (DIFCO 2216)와 sea water complete (SWC)를 배지로 사용하였다 (표 1과 2). 해양박테리아를 8 mL 시험관에 4 mL의 Marine broth 배지를 넣고 진탕배양으로 28-30℃에서 24시간 배양하였다.
- 변형 배지는 유기물 농도 (CODCr) 250 μg/L, NH3-N 100 μg/L, NO3--N 100 μg/L, PO43--P 10 μg/L로 조정하여 사용 하였다. 측정 및 분석을 위한 시료는 각각 0, 1.5, 3, 5, 10, 20, 30 시간에 채취하였다.
이론/모형
- 2 μm) 실린지 필터와 5 mL 실린지를 사용하여 여과하여 사용하였다. 암모니아성 질소는 nessler reagent에 의한 발색법으로 사용하여 spectrophotometer(DR2010)으로 분석하였다. 질산성 질소와 인은 QuickChem 800으로 측정 분석하였다.
성능/효과
- 반면 담체에 적용된 해양박테리아는 대조군과 비교하여 10시간에 최고의 제거 효율을 보였다. 4종 모두 90% 이상의 암모니아성 질소를 제거하여 담체 적용이 암모니아성 질소의 제거를 위한 시간 및 효율을 크게 증가시킨 것으로 나타났다.
- indologenes의 경우 5시간에도 72. 5%의 높은 제거율을 보여 인 제거 효율이 가장 높은 종으로 나타났다. 담체에 적용하였을 때, 4종의 해양박테리아 모두 처리 후 3시간에 최고의 제거율을 나타냈으며, 80% 이상의 인산을 제거하였다.
- diminuta가 21%의 제거율을 보였다. 그러나 담체에 적용한 경우 30 시간에 40% 이상의 제거 효율을 보였으며, A. hydrophila의 경우 55.4%의 가장 높은 효율을 보였다. 담체를 적용한 경우 대조군에 비해 질산성 질소의 제거 효율이 2배 이상 증가한 것은 담체에 적용된 미생물의 성장이 증가하고, 이에 따라 질산성 질소의 제거효율이 증가한 것으로 판단된다.
- 청자토를 이용하여 제조된 세라믹 담체에 4종의 해양 박테리아를 적용하여 질소 및 인의 제거 효율을 분석하였다. 담체를 사용하지 않은 대조군에 비해 담체를 사용한 4 종의 실험군 모두 약 3배 이상의 성장률의 증가를 보였으며, 암모니아성 질소 제거 효율도 30% 이상 증가하였다. 담체를 적용한 실험군에서 질산성 질소의 제거는 A.
- 담체를 적용하지 않은 경우 종에 따라 다른 제거율을 보였는데, A. hydrophila와 V. parhaemolyticus가 처리 후 5시간에 각각 60.0 및 58.4 %의 최고 제거율을 보였으나 C. indologenes와 P. diminuta는 20 시간에 73.1 및 69.1%의 최고 효율을 보였다. C.
- 대조군으로는 담체에 적용하지 않고 회분식 배양을 통한 성장을 측정하였다(그림 1). 담체를 적용하지 않은 대조군의 경우 30시간 배양 후 4종의 해양박테리아의 평균 OD 값의 증가는 0.095이었으며, P. diminuta가 0.131로 가장 높은 성장률을 나타내었다. 담체에 적용하여 배양한 해양박테리아는 평균 OD 값의 변화가 0.
- 담체를 사용하지 않은 대조군에 비해 담체를 사용한 4 종의 실험군 모두 약 3배 이상의 성장률의 증가를 보였으며, 암모니아성 질소 제거 효율도 30% 이상 증가하였다. 담체를 적용한 실험군에서 질산성 질소의 제거는 A. hydrophila 균주가 가장 높은 것으로 나타났으며, P. diminuta 균주가 5시간에 거의 90%의 인을 제거하는 것으로 나타나, 담체 적용 효율이 가장 크게 증가한 종으로 판명되었다.
- 131로 가장 높은 성장률을 나타내었다. 담체에 적용하여 배양한 해양박테리아는 평균 OD 값의 변화가 0.295를 나타내어 대조군에 비해 약 3배 이상의 성장률이 증가하였다. 또한 대조군에서 종에 따라 성장률의 변화가 큰 반면 담체를 적용한 실험에서는 4종의 해양박테리아의 성장률이 0.
- 대조군의 경우 20 시간에 60%가 넘는 암모니아성 질소를 제거하였으며, 특히 P. diminuta는 88.8%를 제거하여 4종의 해양박테리아 중 가장 높은 암모니아성 질소 제거 효율을 보였다. 반면 담체에 적용된 해양박테리아는 대조군과 비교하여 10시간에 최고의 제거 효율을 보였다.
- 대조군의 경우 30 시간까지 처리해도 약 20% 정도의 질산성 질소를 제거하였고, P. diminuta가 21%의 제거율을 보였다. 그러나 담체에 적용한 경우 30 시간에 40% 이상의 제거 효율을 보였으며, A.
- 323으로 대조군에 비해 고른 성장률의 증가를 보였다. 따라서 본 연구 결과는 본 연구에 적용한 담체가 미생물의 적용에 효과적임을 보여주고 있으며, 미생물의 성장에 크게 도움이 되고 있음을 보여주고 있다.
- 295를 나타내어 대조군에 비해 약 3배 이상의 성장률이 증가하였다. 또한 대조군에서 종에 따라 성장률의 변화가 큰 반면 담체를 적용한 실험에서는 4종의 해양박테리아의 성장률이 0.254-0.323으로 대조군에 비해 고른 성장률의 증가를 보였다. 따라서 본 연구 결과는 본 연구에 적용한 담체가 미생물의 적용에 효과적임을 보여주고 있으며, 미생물의 성장에 크게 도움이 되고 있음을 보여주고 있다.
- 본 연구에서는 해양박테리아를 담체에 적용하였을 때, 종에 따라 성장, 질소 및 인의 제거 특성이 다르게 나타났다. 암모니아성 질소의 제거는 적용한 4종의 해양박테리아 모두 90% 이상의 제거 효율을 보였다.
- 본 연구에서는 해양박테리아를 담체에 적용하였을 때, 종에 따라 성장, 질소 및 인의 제거 특성이 다르게 나타났다. 암모니아성 질소의 제거는 적용한 4종의 해양박테리아 모두 90% 이상의 제거 효율을 보였다. 질산성 질소는 대조군에서는 P.
- 암모니아성 질소의 제거는 적용한 4종의 해양박테리아 모두 90% 이상의 제거 효율을 보였다. 질산성 질소는 대조군에서는 P. diminuta가 가장 높은 제거효율을 보인 반면 담체가 적용된 실험군에서는 A. hydrophila가 가장 높은 효율을 보여, 종에 따라 다양한 질소형태가 사용된다는 것이 확인되었다 [12-15]. 또한 인의 경우 대조군과 담체 적용군에서 모두 높은 제거효율을 보여주고 있는데, 세포내에 인을 pyrophosphate 또는 polyphosphate 형태로 축적하는 기작 [16] 등이 해양박테리아에서도 이루어지고 있는지에 대하여 추후 연구가 필요할 것으로 사료된다.
- 담체에 적용하였을 때, 4종의 해양박테리아 모두 처리 후 3시간에 최고의 제거율을 나타냈으며, 80% 이상의 인산을 제거하였다. 특히 P. diminuta는 대조군에서는 20시간에 69.1%의 제거율을 보였으나, 담체에 적용한 경우 5시간에 87.6%를 제거하여 담체에 적용하였을 때 가장 효율이 증가한 종으로 판명되었다.
후속연구
- hydrophila가 가장 높은 효율을 보여, 종에 따라 다양한 질소형태가 사용된다는 것이 확인되었다 [12-15]. 또한 인의 경우 대조군과 담체 적용군에서 모두 높은 제거효율을 보여주고 있는데, 세포내에 인을 pyrophosphate 또는 polyphosphate 형태로 축적하는 기작 [16] 등이 해양박테리아에서도 이루어지고 있는지에 대하여 추후 연구가 필요할 것으로 사료된다.
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