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문제 정의
- 하지만, 대부분의 anammox 관련균주가 증식속도가 현저히 늦은 독립영양균주에 속하는 것으로 알려져 있을 뿐 아니라 배양적인 기술로 분리되지 않은 상태이어서 그 생리적인 특성을 연구하는데 있어 애로가 있으며, 실제 폐수에 적용되었을 때 폐수속에 공존하는 다른 물질들이 anammox 활성에 미치는 영향에 대한 구체적인 연구는 미흡한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 미생물 군집 조성에서 80%이상 anammox균으로 농화배양된 biomass를 이용하여 anammox 공정의 실폐수 적용에서 고려되어야할 환경인자에 대한 anammox biomass의 생리적인 특성을 규명하고자 하였다. 그 중에서 페놀과 glucose를 유기물원으로 하여 유기물에 대한 anammox biomass의 반응을 살펴보았으며, 아울러 urine과 같은 고농도 질소폐수에 포함되어있기 쉬운 salt가 anammox 활성에 미치는 영향 및 필수기질이면서도 고농도가 되면 anammox 활성을 저해시킨다고 알려진 nitrite의 anammox활성에 미치는 영향을 회분식실험을 통하여 알아보았다.
제안 방법
- 일반 세균이 쉽게 분해할 수 없는 유기물의 일종인 phenol을 함유한 폐수에 대한 anammox 반응의 적용가능성을 살펴보기 위하여 140 mg 의 ammonia오} nitrite를 각각 전자공여체와 전자수용체로 설정한 배지에 다양한 농도의 phenol (0-400 mg L"')을 첨가한 후 배양하였다. 결과에 의하면 반응전후 phenol의 분해제거는 거의 발견되지 않았으며, anammox반응은 100 - 200 mg L의 phenol 농도에서 저해가 일어났으나 300 mg L '까지는 어느 정도 내성이 있는 것으로 판단되어졌다.
- salt로 순화되지 않은 anammox biomass에 있어서 anammox활성에 미치는 영향을 0 - 3%의 NaCl을 첨가염으로 하여 살펴보았다. 고농도의 salt농도로 인하여 anammox 활성을 배양 전후의 배양액내 이온분석으로는 측정할 수 없었으나 anammox반응 후에는 일반적으로 pH가 상승한다는 pH의 변화에 근거하여 실험결과를 해석하자면 0.
- 실시되었다. 각 유리병에는 10 mg-VSS L*의 anammox biomass가 식종되었으며 bi- omass를 식종하지 않은 조를 대조군으로 하였다. 각 회분실험을 위한 배양조 유리병은 실험설정의 조건을 맞춘 후 butyl 고무마개와 알루미늄 마개를 이용하여 외부공기를 차단하였으며 산소에 의한 anammox 활성의 저해를 없애고자 유리병내를 질소가스로 치환함으로써 혐기조건을 조성하였다.
- 각 유리병에는 10 mg-VSS L*의 anammox biomass가 식종되었으며 bi- omass를 식종하지 않은 조를 대조군으로 하였다. 각 회분실험을 위한 배양조 유리병은 실험설정의 조건을 맞춘 후 butyl 고무마개와 알루미늄 마개를 이용하여 외부공기를 차단하였으며 산소에 의한 anammox 활성의 저해를 없애고자 유리병내를 질소가스로 치환함으로써 혐기조건을 조성하였다. 그 후 37°C의 배양기내에서 40 시간을 배양한 후 배양 전후의 배양액내의 질소태변화와 pH변화를 조사함으로써 anammox활성을 평가하였다.
- 따라서 본 연구에서는 미생물 군집 조성에서 80%이상 anammox균으로 농화배양된 biomass를 이용하여 anammox 공정의 실폐수 적용에서 고려되어야할 환경인자에 대한 anammox biomass의 생리적인 특성을 규명하고자 하였다. 그 중에서 페놀과 glucose를 유기물원으로 하여 유기물에 대한 anammox biomass의 반응을 살펴보았으며, 아울러 urine과 같은 고농도 질소폐수에 포함되어있기 쉬운 salt가 anammox 활성에 미치는 영향 및 필수기질이면서도 고농도가 되면 anammox 활성을 저해시킨다고 알려진 nitrite의 anammox활성에 미치는 영향을 회분식실험을 통하여 알아보았다.
- 각 회분실험을 위한 배양조 유리병은 실험설정의 조건을 맞춘 후 butyl 고무마개와 알루미늄 마개를 이용하여 외부공기를 차단하였으며 산소에 의한 anammox 활성의 저해를 없애고자 유리병내를 질소가스로 치환함으로써 혐기조건을 조성하였다. 그 후 37°C의 배양기내에서 40 시간을 배양한 후 배양 전후의 배양액내의 질소태변화와 pH변화를 조사함으로써 anammox활성을 평가하였다.
- 유기물로서는 glucose와 phenol을 사용하였으며, salt로서는 NaCl 그리고 다양한 농도설정의 nitrite를 anammox 활성측정을 위한 배양유리병에 넣어 본 실험을 수행하였다.
대상 데이터
- anammox활성에 영향을 미치는 환경인자들에 대한 생리적인 특성을 연구하기 위한 본 회분 실험의 기본배지로서는 Graff et W이 제시한 인공폐수를 사용하였으며 그 조성은 (NH4)2SO4 (50 - 400 mg L1), NaNO2 (50 - 400 mg I「), KHCO3 (500 mg U1), KH2PO4 (27 mg L1), MgSO4-7H2O (300 mg V1), CaCl2-2H2O (180 mg L4), and 1 ml 의 trace element 용액 I 과 n 이다 (de Graff et al., 1996).
- 모든 회분실험은 30 ml의 유리병을 이용하였으며 각 실험은 3개의 유리병을 한 조로 하여 실시되었다. 각 유리병에는 10 mg-VSS L*의 anammox biomass가 식종되었으며 bi- omass를 식종하지 않은 조를 대조군으로 하였다.
- 회분실험에 이용된 anammox biomass는 up-flow방식의 anammox 연속반응기로부터 얻어졌다. 일반 하수슬러지를 식종원으로 하여 1년이상 인공폐수로 농화배양된 anammox biomass는 anammox 반응으로서 10 Kg m 1 day의 질소제거효율을 보이는 anammox 활성이 높은 biomass로서, fluorescene in situ hybridization (FISH) 기법을 이용하여 실험한 결과 전체 biomass중 80%이상이 anammox bacteria로 확인되었다.
성능/효과
- 후 배양하였다. 결과에 의하면 반응전후 phenol의 분해제거는 거의 발견되지 않았으며, anammox반응은 100 - 200 mg L의 phenol 농도에서 저해가 일어났으나 300 mg L '까지는 어느 정도 내성이 있는 것으로 판단되어졌다. 그러나 phenol 400 mg 1湼농도에서는 anammox 활성저하가 현저하여 대조군의 활성대비 20%이하의 활성을 보였다.
- NaCl을 첨가염으로 하여 살펴보았다. 고농도의 salt농도로 인하여 anammox 활성을 배양 전후의 배양액내 이온분석으로는 측정할 수 없었으나 anammox반응 후에는 일반적으로 pH가 상승한다는 pH의 변화에 근거하여 실험결과를 해석하자면 0.3%까지의 salt에 한하여서는 anammox활성에 영향을 미치지 않을 것으로 예상되며, 1%에서부터 현저하게 감소한 결과를 볼 때 salt에 의한 anammox 반응의 저해는 0.3 - 1%농도사이에서 시작되어질 것으로 보인다. 그러므로, 이러한 저해농도보다 높은 salt농도를 가지는 폐수의 경우에는 반드시 적절한 순화기간을 거친 biomass에 적용되거나 유입폐수가 적절히 희석이 된 후에 적용되어야 할 것이다 (Fig.
- 일반 하수슬러지를 식종원으로 하여 1년이상 인공폐수로 농화배양된 anammox biomass는 anammox 반응으로서 10 Kg m 1 day의 질소제거효율을 보이는 anammox 활성이 높은 biomass로서, fluorescene in situ hybridization (FISH) 기법을 이용하여 실험한 결과 전체 biomass중 80%이상이 anammox bacteria로 확인되었다. 그리고 16S rRNA 유전자 서열에 의한 계통분석에 의하면 실험에 사용된 균주는 잘 알려진 anammox 균주중 Candidatus Brocardia anammoxidans (AF375994)과 95.7%의 상동성을 가지고 있었다.
- 불분명하다. 본 실험에서는 nitrite의 농도를 0 - 400 mg I/'의 농도까지 적용한 결과 본 연구에 사용된 식종 anammox biomass에 한하여서는 200 mg L '부근의 농도가 anammox 반응에 최적 nitrite농도로 추정되었으며 그 이상의 고농도에서는 anammox 활성이 현저히 감소함으로서 200 mg 이상의 nitrite농도는 anammox 활성저하를 초래할 것임을 알 수 있었다 (Fig. 1C).
- 일반 하수슬러지를 식종원으로 하여 1년이상 인공폐수로 농화배양된 anammox biomass는 anammox 반응으로서 10 Kg m 1 day의 질소제거효율을 보이는 anammox 활성이 높은 biomass로서, fluorescene in situ hybridization (FISH) 기법을 이용하여 실험한 결과 전체 biomass중 80%이상이 anammox bacteria로 확인되었다. 그리고 16S rRNA 유전자 서열에 의한 계통분석에 의하면 실험에 사용된 균주는 잘 알려진 anammox 균주중 Candidatus Brocardia anammoxidans (AF375994)과 95.
- 이는 glucose를 첨가한 실험조에 nitrate도 첨가 (ammmonia : nitrite : nitrate를 1 : 1 : 1의 비율)한 결과 유도된 종속영양탈질의 영향으로 유추된다. 즉, anammox biomass가 자연계에 존재할 때 공생체의 형태로 종속영양 탈질 균도 함께 존재함으로써 anammox 반응뿐만 아니라 종속영양탈질도 동시에 진행되어유기물제거와 질소제거가 동시에 일어날 수 있는 고무적인 결과를 보여주었다고 할 수 있었다 (Figure 1A).
- 그러나 phenol 400 mg 1湼농도에서는 anammox 활성저하가 현저하여 대조군의 활성대비 20%이하의 활성을 보였다. 하지만 이값은 기질로서 이용되는 nitrite가 크게 저해영향을 미친 300 mg L 1 보다 높은 값으로서 난분해성 탄소원이 공존하더라도 영향을 미치지 않는 범위라면 anammox공정이 질소 제거공정으로 적용될 수 있는 가능성을 보여주었다 (Fig. IB).
- 화학적 산소 요구량 (COD) 값으로 100 mg L” 이 되도록 glucose 농도를 설정하고, glucose를 첨가한 조의 반응을 첨가하지 않은 조의 반응을 배양전후 비교분석한 결과에 의하면 유기물을 첨가한 조에서는 반응결과 배양액내 질소태의 변화가 잘 알려진 anam- mox반응의 stoichiometry에 근접한 값을 보인반면 glucose를 첨가한 조에서는 그 stoi- chiometiy를 약간 벗어났으나 glucose를 첨가하지 않은 실험조에 비해 COD의 감소와 함께 더 큰 질소제거효율을 보였다. 이는 glucose를 첨가한 실험조에 nitrate도 첨가 (ammmonia : nitrite : nitrate를 1 : 1 : 1의 비율)한 결과 유도된 종속영양탈질의 영향으로 유추된다.
후속연구
- , 1995). 이러한 anammox 의 오폐수공정에서의 탈질공정으로서 응용은 기존 질소 처리 공정에 비해 질산화 과정에서 소비되는 산소를 60% 이상 절감할 뿐만 아니라 탈질과정에 요구되는 탄소원의 추가적인 첨가를 요구하지 않기 때문에 운전비용을 극도로 줄일 수 있는 경제적인 질소제거공정를 가능하게 할 것이다. 따라서 발견초기부터 폐수내 질소제거를 하고자 하는 상업적 활용에 대한 연구가 유럽과 일본을 중심으로 활발히 진행되고 있으며, 현재 anammox 공정은 침출수와 축산폐수 등에 폭넓게 그 적용을 시도하고 있다.
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