선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 매몰된 토양의 성질 및 깊이에 따라 우점화된 토착 미생물이 다르게 되며, 사체 분해 속도에도 영향을 미치게 된다.7,9) 따라서 일반 토양과 20%의 사토를 추가한 일반 토양, 20%의 점토를 추가한 일반 토양을 준비하여, 이에 따른 악취 저감 효과와 조기 안정화에 미치는 영향을 알아보고자 한다.
- 본 연구에서는 반응기 내의 미생물 군집 분포도의 변화를 분석하기 위하여 DGGE (Denaturing gradient gel electrophoresis)와 파이로시퀀싱을 수행하였다.
- 본 연구에서는 토질별 악취 저감 효율을 비교 평가하고자 하였으며, 매몰지 모형 반응기를 제작하여 랩 스케일에서 실험을 진행하였다. 일반 토양과 일반 토양에 사토와 점토를 일정 비율을 각각 섞어 실험한 결과 다음과 같은 결과를 도출하였다.
- 이에 본 연구에서는 매몰지의 조기 안정화를 위하여 유용 미생물을 사용하였고, 처음으로 매몰하는 토질의 특성에 따른 효과를 연구하였다. 매몰된 토양의 성질 및 깊이에 따라 우점화된 토착 미생물이 다르게 되며, 사체 분해 속도에도 영향을 미치게 된다.
제안 방법
- 5℃, 30초), extension (72℃, 30초)에서 28 cycle 반복 수행하였다. DGGE 변성제 농도는 30%와 60%를 사용하였으며, 50 v에서 16시간 동안 전개하였다.
- DGGE를 수행하기 위하여 FastDNA spin kit for soil of fecal (MP Biomedicals, USA)를 이용하여 토양에서 미생물 DNA를 추출하였다. 추출한 DNA를 증폭시키기 위하여 1차 primer는 341F (5’-CCTACGGGAGGCAGCAG-3’)와 907R (5’-CCGTCAATTCTTTGAGTTT-3’), 2차 primer는 GC-341F (5’-CGCCCGGGGCGCGCCCCGGGCGGGGCCCTACGGG AGGCAGCA-3’)를 사용하였다.
- KEM의 증식 배양을 위해 광합성 박테리아는 27 M 배지(yeast extract 1.0 g, ethanol 0.5 mL, di-sodium succinate 1.0 g, 0.5% ferric citrate solution 1 mL, KH2PO4 0.5 g, MgSO4•7H2O 0.4 g, NaCl 0.4 g, NH4Cl 0.4 g, CaCl2•2H2O 0.05 g, 1 X Trace element solution SL-6 1 mL), 질소 화합물 악취 제거 균주는 ATCC 412 배지(NH4Cl 5.0 g, KH2PO4 2.0 g, NaCl 0.5 g, MgSO4•7H2O 0.2 g, FeSO4 0.002 g, MnCl2 0.002 g, yeast extract 0.2 g), 황 화합물 악취 제거 균주는 Thiobacillus 선택배지(yeast extract 2.0 g, Na2S2O3 5.0 g, KH2PO4 1.5 g, Na2HPO4 4.5 g, MgSO4•7H2O 0.1 g, NH4Cl 0.3 g), 발효균주는 nutrient broth (Difco)를 멸균하여 사용하였다.
- 5 mM dNTP 3 µL, DNA 5 µL를 섞어 준비하였다. PCR은 pre-denaturing (95℃, 5분)한 후, denaturation (95℃, 30초), annealing (58.5℃, 30초), extension (72℃, 30초)에서 28 cycle 반복 수행하였다. DGGE 변성제 농도는 30%와 60%를 사용하였으며, 50 v에서 16시간 동안 전개하였다.
- 가스 성분을 포집하기 위하여 기체 포집 장치를 사용하였으며, 황 화합물 가스 성분과 탄화수소계 성분은 GC/MS (Agilent 5973)으로 분석하였다. 황 화합물을 분석하기 위하여 컬럼은 DB-dioxin을 사용하였고, 오븐은 200℃, 주입구는 280℃, 검출기는 300℃로 설정하였고, 탄화수소계 성분은 HP-plot Q컬럼을 사용하였고, 오븐 온도는 230℃, 주입구는 280℃, 검출기 온도는 300℃로 사용하였다.
- 각 미생물은 1% (w/v)로 계대배양하다. 광합성 박테리아와 발효균주는 통성 혐기조건으로 2일 동안 배양하였고, 질소 및 황 화합물 악취 제거 균주는 호기조건으로 2일 동안 배양하였다. 혼합 균주 KEM은 반응기에 초기 주입 후, 200일이 경과한 뒤로는 한 달에 한번씩 KEM 1 g/L (w/v)과 수분 500 mL을 추가 주입하였다.
- 1). 대조군은 미생물을 적용하지 않은 반응기로 일반 토양에 사체를 매몰 하여 실제 매몰지와 비슷한 조건을 만들어 주었다.
- 매몰지의 조기 안정화를 위하여 혼합 균주 KEM을 사용하였다. 혼합 균주 KEM은 (주)닉시안과 환경미생물은행에서 분양 받아 배양하였으며, 유기물 및 질소 저감능이 있는 광합성 혼합 균주와 황 화합물 악취 제거능을 가진 균주 등 총 5 가지의 혼합 균주로 구성되어 있다.
- 악취 성분은 탄화수소계인 이산화탄소와 메탄, 질소 화합물인 암모니아와 트리메틸아민, 황 화합물인 황화수소, 메칠메르캅탄, 황화메틸과 이황화메틸 총 8가지의 성분을 분석하였다.
- 암모니아는 IC (Ion Chromatography)로 분석하였고, 컬럼은 Waters IC-Pack Cation M/D를 사용하였으며, 0.1 mM EDTA/3.0 mM Nitric Acid를 1 mL/min의 속도로 흘려 보내 용출하다. 트리메틸아민은 GC-FID (Agilent 7860, Gas Chromatography-Flame Ionization Detector)로 분석하였으며, HP-5 컬럼을 사용하였다.
- 실험에 사용된 일반 토양은 주변에서 흔히 볼 수 있는 토양으로 경기도 수원에서 채취하였고, 사토 및 점토는 구입하여 사용하였다. 일반 토양은 농업기술원에 의뢰하여 일반 성분 및 중금속과 물리성을 분석하였다. 사토와 점토는 토양 입자 크기가 2 µm 이하로, 사토는 응집력과 점성이 적어 투수성이 좋은 반면 양분이 적고, 점토는 수분 및 양분을 많이 포함하고 있다.
- 토양에서 추출한 미생물 DNA를 천랩 연구소에 파이로시퀀싱 분석을 의뢰하였다. 천랩에서는 primer V1-9F (5'-XACGAGTTTCTCMTGGTCAG-3')V3-541R (5'-XACWTTACCGCGGTGCTGG-3')을 사용하여 미생물의 16s rRNA V1~3 부분을 분석에 사용하였다.
- 0 mM Nitric Acid를 1 mL/min의 속도로 흘려 보내 용출하다. 트리메틸아민은 GC-FID (Agilent 7860, Gas Chromatography-Flame Ionization Detector)로 분석하였으며, HP-5 컬럼을 사용하였다. 오븐 온도는 220℃, 주입구는 280℃, 검출기 온도는 270℃로 각각 설정하였다.
대상 데이터
- 실제 가축사체 매몰 현장의 조건과 유사하게 하기 위하여 토양 10 kg을 반응기에 넣고, 가축 사체를 매몰 후 그 위를 다시 15 kg의 토양으로 덮어주었다. 가축 사체는 돼지의 부분사체를 사용하였다. 반응기의 상층부에는 발생되는 악취를 포집할 수 있도록 테들러백(tedlar bag)을 연결하였으며, 하층부에는 발생되는 침출수를 채취하기 위하여 관을 연결하였다(Fig.
- 매몰시 사용되는 토양으로는 일반 토양, 사토 20%를 혼합한 일반 토양과 점토 20%를 혼합한 일반 토양을 사용하였다. 실험에 사용된 일반 토양은 주변에서 흔히 볼 수 있는 토양으로 경기도 수원에서 채취하였고, 사토 및 점토는 구입하여 사용하였다.
- 매몰시 사용되는 토양으로는 일반 토양, 사토 20%를 혼합한 일반 토양과 점토 20%를 혼합한 일반 토양을 사용하였다. 실험에 사용된 일반 토양은 주변에서 흔히 볼 수 있는 토양으로 경기도 수원에서 채취하였고, 사토 및 점토는 구입하여 사용하였다. 일반 토양은 농업기술원에 의뢰하여 일반 성분 및 중금속과 물리성을 분석하였다.
- 천랩에서는 primer V1-9F (5'-XACGAGTTTCTCMTGGTCAG-3')V3-541R (5'-XACWTTACCGCGGTGCTGG-3')을 사용하여 미생물의 16s rRNA V1~3 부분을 분석에 사용하였다.
- 추출한 DNA를 증폭시키기 위하여 1차 primer는 341F (5’-CCTACGGGAGGCAGCAG-3’)와 907R (5’-CCGTCAATTCTTTGAGTTT-3’), 2차 primer는 GC-341F (5’-CGCCCGGGGCGCGCCCCGGGCGGGGCCCTACGGG AGGCAGCA-3’)를 사용하였다.
- 매몰지의 조기 안정화를 위하여 혼합 균주 KEM을 사용하였다. 혼합 균주 KEM은 (주)닉시안과 환경미생물은행에서 분양 받아 배양하였으며, 유기물 및 질소 저감능이 있는 광합성 혼합 균주와 황 화합물 악취 제거능을 가진 균주 등 총 5 가지의 혼합 균주로 구성되어 있다.
- 가스 성분을 포집하기 위하여 기체 포집 장치를 사용하였으며, 황 화합물 가스 성분과 탄화수소계 성분은 GC/MS (Agilent 5973)으로 분석하였다. 황 화합물을 분석하기 위하여 컬럼은 DB-dioxin을 사용하였고, 오븐은 200℃, 주입구는 280℃, 검출기는 300℃로 설정하였고, 탄화수소계 성분은 HP-plot Q컬럼을 사용하였고, 오븐 온도는 230℃, 주입구는 280℃, 검출기 온도는 300℃로 사용하였다.
성능/효과
- 국내에서는 2011년 4월 마지막 발생 이후, 최근 북한에서 구제역이 빠르게 확산하고 있으며, 부산에서도 구제역 예방이 시작되었다.1) 그러나 발생하는 시기가 뚜렷이 밝혀지지 않아 예방이 어려우며, 확산 속도가 빨라 피해규모가 더 크다. 구제역이 발생하였을 경우, 구제역에 걸린 가축은 가축 전염병 예방법에 따라 살처분 한 후, 소각을 하도록 되어 있다.
- 1) 사토에 사체를 매몰하였을 경우, 6.70 g/day의 속도로 가장 빠르게 분해되는 것을 확인하였으며, 반응기 내의 부분 사체도 분해가 일어나 형태가 거의 남아 있지 않음을 확인하였다.
- 2) 사토를 적용한 반응기에서는 메탄, 황화수소와 메칠메르캅탄에 대하여 악취 저감 효율을 확인하였다.
- 3) 점토를 적용한 경우에는 암모니아와 트리메틸아민에 대하여 미비한 악취 저감 효과를 확인하였다.
- 4) 토질의 특성과 사체 부패 진행 정도에 따라 미생물의 군집과 분포도가 변화되는 것을 확인하였다.
- 4(b)). 그러나 대조군의 배출 잔량 값이 10.10 mg으로 미생물의 추가 주입 및 토질의 특성 변화에 의해 오히려 악취 저감 효과가 저하되는 것을 확인하였다.
- 9(b)). 대조군과 일반 토양을 적용한 반응기에서 DNA 위치는 유사하였으나, 밴드의 굵기의 차이로 보아 종의 개체 수에 차이가 보였다. 또한, 사토와 점토를 적용한 반응기에서는 일반 토양을 적용한 반응기에서 보이는 밴드 (화살표)가 보이지 않는 것으로 보아 토질의 특성에 우점종이 변화된 것으로 보인다.
- 7(b)). 대조군에 비해 모든 토질에서 악취 저감 효과를 보였으며 특히 사토를 적용한 경우 효과가 있었다(Fig. 8(b)).
- 메칠메르캅탄은 연구기간 동안 지속적으로 발생하였으며, 균주의 추가 주입을 하였을 때 발생량이 증가 후 감소하는 경향을 보였다(Fig. 7(b)).
- 메탄의 경우, 초기에 발생되지 않았으나, 200일 이후로 반응기 내 조건이 통성 혐기로 바뀌면서 그에 따른 메탄의 발생량은 점차 증가 후 다시 감소되는 것을 확인하였다(Fig. 3(b)).
- 8(a)). 반면 점토를 적용했을 때, 대조군보다 높은 배출 잔량을 나타내어 저감 효과가 없는 것으로 확인되었다.
- 5(a)). 배출 잔량의 경우 유용미생물을 적용한 모든 토질에서 악취 저감 효과가 나타났으며 특히 점토를 적용한 반응기에서 0.31 mg으로 효과가 있음을 확인하였다(Fig. 6(a)).
- 본 연구를 통해 20% 사토를 적용하였을 경우 보다 빠른 사체 분해율을 보이며 조기 안정화가 이루어진 것으로 보이나, 악취 생성 및 제어 면에서는 토질에 따른 큰 차이를 확인하지 못 하였다. 이는 우리나라 대부분의 토양에 70% 이상의 사토 성분이 포함되어 있어 나타난 결과로 생각되며 극단적인 점토 토양의 경우를 제외하고 사토나 점토를 추가하여 매몰할 경우 큰 차이가 없을 것으로 생각된다.
- 일반 토양에 존재하던 토양 미생물에 의해 나타난 결과로 생각된다. 사체 부패가 진행된 이후에는 반응기 내 종의 다양성이 증가하였으며, 토질에 따라 DNA의 위치가 다른 것을 확인하였다(Fig. 9(b)).
- 반응기 내의 사체 분해속도는 주기적으로 수분을 공급해준 이후부터 급격하게 증가하였다. 사체 분해속도는 대조군 (미생물 미적용 반응기)에서 5.72 g/day, 일반 토양을 적용한 반응기에서 6.20 g/day, 사토를 적용한 반응기에서는 6.70 g/day, 점토를 적용한 반응기에서는 6.48 g/day로 사토를 적용한 반응기에서 사체 분해속도가 가장 빨랐다(Fig. 2).
- 7(a)). 사토를 적용한 반응기에서의 황화수소 배출 잔량은 0.09 mg으로 현저히 낮은 값을 확인할 수 있었고 이는 다른 토양을 적용하였을 경우보다 4배 이상 낮은 값으로 나타났다(Fig. 8(a)).
- 7(d)). 이황화메틸의 배출 잔량은 다른 악취 성분에 비해 높게 나타났으며 사토를 적용하였을 경우 0.82 mg이 측정되어 미비한 효과를 확인하였다(Fig. 8(d)).
- 사체 부패가 진행되기 전에는 대조군에서 총 3,724개의 균이 발견되었으며, 이 중 미동정 균은 82개이었다. 일반 토양에서는 총 3,935개, 사토에서는 총 2,495개, 점토에서는 총 4,725개를 확인하였으며, 사체의 부패가 완료된 시점에서는 대조군은 총 11,081개, 일반 토양에서는 11,284개, 사토에서는 총 8,333개, 점토에서는 총 9,604개로 종의 개체수가 증가되는 것을 확인하였다.
- 일반 토양은 경기도 농업기술원에 성분 분석을 의뢰하였으며, 그 결과 모래(71.5%)와 미사(19.5%) 성분이 많이 포함되어 있는 약 알칼리성(pH 8.17) 토양으로 확인되었다(Table 1). 일반 토양의 성분 중 총인 농도는 733 mg/kg, 중금속 중 철성분이 38,772 mg/kg을 포함하고 있어 높은 편이었으나, 그에 비해 암모니아와 질산은 1.
- 17) 토양으로 확인되었다(Table 1). 일반 토양의 성분 중 총인 농도는 733 mg/kg, 중금속 중 철성분이 38,772 mg/kg을 포함하고 있어 높은 편이었으나, 그에 비해 암모니아와 질산은 1.4, 1.6 mg/kg으로 낮은 함량을 보였다.
- 초기 한달 동안 트리메틸아민의 발생은 모든 반응기에서 검출되었으며 시간이 경과될수록 발생량은 감소하였다(Fig. 5(b)).
- 5(b)). 트리메틸아민 역시 유용미생물을 적용한 모든 토질에서 효과가 나타났으며 점토를 적용하였을 경우, 배출 잔량이 2.06 mg으로 저감 효과가 있음을 확인하였다(Fig. 6(b)).
- 3(b)). 특히 사토를 적용한 경우 메탄의 발생량이 현저하게 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 사토를 적용한 반응기에서 배출 잔량은 28.
- 파이로시퀀싱을 과(Family) 분류로 분석한 결과, 사체의 부패 진행 정도에 따라 우점화를 이루는 균주의 종류 및 분포도가 크게 변화되는 것을 확인하였다(Fig. 10). 사체 부패가 진행되기 전에는 대조군에서 총 3,724개의 균이 발견되었으며, 이 중 미동정 균은 82개이었다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.