초록 ▼

하천이나 해양의 수질오염을 방지하여 수계의 자연자원 및 상수도 자원을 확보하기 위해 주요 오염원인 도시하수와 산업폐수를 효율적으로 처리할 수 있는 균주를 분리, 선별하여 개량하였고, 폐수처리 시스템을 개발하였다. 또 개발한 균주들의 활용가능성 여부를 타진하고, 개발된 처리시스템에도 도입하여 그 효과를 분석하였다.
1.한 균주가 여러가지 다양한 난분해성 물질들을 분해할 수 있는 능력을 개발하고저 2,4-D 분해능을 갖는 pJP4플라스미드의 EcoRI B절편과, 나프탈렌 분해능을 갖는 NAH7 플라스미드의 EcoRI A

하천이나 해양의 수질오염을 방지하여 수계의 자연자원 및 상수도 자원을 확보하기 위해 주요 오염원인 도시하수와 산업폐수를 효율적으로 처리할 수 있는 균주를 분리, 선별하여 개량하였고, 폐수처리 시스템을 개발하였다. 또 개발한 균주들의 활용가능성 여부를 타진하고, 개발된 처리시스템에도 도입하여 그 효과를 분석하였다.
1.한 균주가 여러가지 다양한 난분해성 물질들을 분해할 수 있는 능력을 개발하고저 2,4-D 분해능을 갖는 pJP4플라스미드의 EcoRI B절편과, 나프탈렌 분해능을 갖는 NAH7 플라스미드의 EcoRI A절편을 pRK290과 pKT240에 각각 ligation시켜 재조합 플라스미드 pKG2와 pKG3를 조립하고, 이를 P. putida AC812에서 안정하게 발현시켰다. 이들과 톨루엔을 분해하는 TOL 플라스미드를 합성세제 분해능을 갖는 P.putida KUP10에 형질전환 또는 접합시켜 새로운 다기능 균주들을 개발하였다. 또 Arthrobacter와 Pseudomonas의 세포융합을 통해 합성세제와 프탈산 에스테르 분해능을 동시에 갖는 융합균주를 개발하였다. 개발한 균주들을 인공폐수에 농도를 높여주며 3주간 적응시킨 후 통상의 활성슬러지에 접종하여 새로운 슬러지를 조제하고, 이를 염색폐수 및 알킬벤젠 폐수에 순응시켜 처리능을 조사한 결과, 염색폐수 처리에는 개발균주가 효과가 없었으나 알킬벤젠이 주성분인 공장폐수의 처리에는 개발균주를 첨가한 슬러지의 COD제거율이 원슬러지보다 평균 12-14% 정도 높게 나타났다. 또한 염색폐수와 공장폐수에서 공히 개발균주를 첨가한 새로운 슬러지의 플록형성은 원슬러지 보다 우수하였다.
2. 방류수의 환경요인을 분석합과 동시에 미생물의 분포를 조사하고, 인산염 제거 효율이 높은 균주와 탈질화능이 우수한 세균을 분리, 선별하여 개량하였다. 생물학적 인, 질소 동시 제거 시스템의 모델에 개량된 탈질화 세균 K92를 접종 하였을 때 이 시스템의 탈질화 효율은 11.5% 이상 증가하였다. 반면에 인산염 제거개량균주인 M201을 접종하였을 때는 대조균에 비해 유의한 차이가 없었으나 인공폐수의 탄소원을 glucose에서 sodium acetate로 전환시켜 주었을 때 인삼염 제거효율이 12.5%의 증가를 보였다. 따라서 이들을 실제 도시하수내에 혐기적 조건에서 sodium acㄷtate 등과 같은 발효산물을 생성할 수 있는 미생물의 활성이 보장되는 조건에서는 충분히 인산염 제거 효율을 나타낼 수 있음을 시사하였다. 3. 원유로 오염된 해양으로부터 원유분해능이 우수한 균주로 분리, 선별된 균주들의 원유분해능을 측정한 결과 M12의 분해능이 가장 높았으며 0.1% tween 80을 사용하였을 경우 원유분해가 촉진되었고, alkane이 분해되는 과정은 monterminal oxidation, diterminal oxidation, branched-chain alkane oxidation을 수행하는 것으로 확인되었다. Alkane 분해단계의 효소는 memebrane bound enzyme 형태이며, OCT plasmid를 갖는 N246은 alkane 대사의 key enzyme 인 alkane dehydrogenase활성이 plasmid위에 있는 유전자에 기인함을 확인하였다. Conjugation 방법으로 이 plasmid를 Rhodopseudomonas sphaeroides로 옮겨주었을 때 recipient의 탄화수소 분해능은 donor보다 훨씬 폭 넓은 분해능 ($C_8-C_{16}$)을 보여주었다. M12의 우수분해 mutant인 M12-2,와 L25를 혼합배양한 결과 혼합하지 않은 경우보다 18%가 더 분해됨을 관찰할 수 있었다.
4. Polychlorinated biphenyls(PCBs)의 분해 처리를 위하여 자연계로부터 분리한 균주들은 Aroclor 1242의 분해능이 매우 우수하였으며, 그들은 균주에 따라 분해경로가 상이하였다. 그러나 Aroclor와 같은 PCBs물질을 분해처리? 방법보다 매우 효율적이었다. 자연환경에서의 분리균주인 DJ-12로 부터 Aroclor 1242의 분해 plasmid를 분리한 후, EcoRI으로 처리하고 pKT230을 vector로 사용하여 p.putida에 cloning하는 유전공학적인 기법을 이용하여 새로운 균주를 개발하였으나 그 분해능은 자연계의 분리균주인 DJ-12의 분해능과 비슷하였다.
5. 본 연구에 적용시킨 염색폐수는 생물학적으로 분해가 쉽게 되지 않는 유기화학 물질을 많이 함유한 난분해성 폐수라 할 수 있다. 또한 단독처리 공법결과 유기물부하가 증가함에 따라 유기물 제거효율은 감소하였는데, 생물학적으로 분해가능한 부분인 BPD와 SS의 제거효율은 활성 슬러지법이 양호하였으나 COD제거에 있어서는 살수 여상법이 더 좋은 효율을 나타냈다. 각 병행처리 공법의 전체 COD제거효율을 전처리와 후속처리의 총수리학적 체류시간에 대하여 비교하여 보면 TF/SC 공법은 TF/AS공법과 AS/TF공법에 비해 짧은 체류시간에서도 더 좋은 효율을 보여주고 있다는 것을 알 수 있었다. 3종의 개발균주를 일반 활성슬러지에 매일 일정량씩 주입 시켜가며 운전하였는데 유기물 분해능은 좋아지지 않았으나 슬러지의 침전성은 증가됨을 알 수 있었다.

Abstract ▼

The more efficient microbial strains which could treat the municipal and the industrial wastewater were improved, and the treatment systems for uneasily biodegradible industrial wastes were also developed. Treatment efficiency of the improved strains of bacteria was determined with application to a

The more efficient microbial strains which could treat the municipal and the industrial wastewater were improved, and the treatment systems for uneasily biodegradible industrial wastes were also developed. Treatment efficiency of the improved strains of bacteria was determined with application to a biological process such as the activated suluge.
1. The hybrid plasmid pKG2 having 2,4-D degradative genes and pKG3 having naphthalene degradative genes were constructed. Hybrid plasmid pKG2, pKG3 and Tol plasmid were introduced into P. putida KUD12 and P. putida KUP10 which ordinallry have the degradative ability of the synthetic surfactants and pthalate ester respectively, by transformation or conjugation. By protoplast fusion between Arthrobacter sp. and Pseudomonas sp. a new strain having both degrsdative ability of surfactant and phthalate ester was also developed. Developed strains ware acclimated to the synthetic wastewater with increasing substrate concentration for 3 weeks. Acclimated strains were inoculated into the ordinary activated sludge and constructed the new sludge. These sludge were used for the dyeing or alkylbenzen wastewater treatment system. In the case of the wastewater containing alkylbenzen compounds COD removal effiency was 12 - 14% higher than that of the ordinary activated sludge, while it was not effective for dyeing wastewater. On the other hand, the floc formation of the activated sludge inoculated with genetically engineered strains was more rapid in both wastewaters tested than that of the ordinary natural sludge
2. When the improved strain of the denitrificant, K92 was inoculated into the devised treatment system the denitrofication efficiency was increased more than 11.5%. When the improved phosphates removal strain, M201 was inoculated into the system , phosphates removal efficiency was similar to that of the ordinary strains. However, when the carbon source, glucose in artificial waste water was replaced with sodium acetate, phosphates removal efficiency increased 12.5%. Therefore, it is suggested that under the condition of microbial activity which could produce fermentative product like sodium acetate, it could be able to have sufficient phosphates removal efficiency.
3 Microorganisms that grow well on crude oil as a sole carbon source were isolated and selected. Compared with other strains, M12 has showed significant biodegradability of crude oil. Alkane oxidation mechanisms were monoterminal, diterminal and branched chain oxidation. Enzymes in alkane biodegrading step were membrane bound and the key enzyme, alkane dehydrogenase was plasmid dependent. The size of OCT plasmid from N246 was 117kb and its trnsmissibility by conjugation to Rhodobpseudomonas sphaeroides were tested. The conjugant has more broad spectrum of alkane components degrading than that of N246 and R. sphaeroides. The mixed culture of N246, M12-2 and L25 was showed 18% ore biodegrading activity for crude oil than that of each strain.
4 The strian of MS - 1003 degraded the Aroclor 1242 through the ortho-cleavage pathway, but the other strains degrade it through meta-cleavage pathway to produce yellow meta-cleavage compound. The biodegradation of 4CBs by the method of mixed cultivation with different bacterial strains could be improved up to 70% more than with single starin. The genes responible for degrading Aroclor 1242 as well as 4-chlorobiphenyl(4CB) and 4-chlorobenzonate (4CBA) were found to exist in the plasmids of the bacteria. The plasmids isolated fron the bacterial strains were digested with restriction enzyme and transformed into P.putida KT2440 using pKT230 as a vector. The bacterial strains newly developed by the technique of genetic engineering showed digestion of Aroclor 1242, but their biodegradabilities of the Aroclor were not much improved than the parental strain.
5 BDCOD/COD ratio and metabolic constant (Km) that indicate biodegradibility of dyeing wastewater were 0.43, 1.4-3, 0/hr (27-43C), respectively. The removal efficiency of BOD and SS of single stage activated sludge is better than single stage trickling filters, but COD, slightly below that of trickling filters. The efficiency of TF/AS combination process is better than either TF/AS or AS/TF process. The SCOD removal efficiency of TF/AS, AS/TF, TF/SC at 8hr HRT was 61%, 75%, respectively. Developed bacterial strains decreased organic removal efficiency of activated sludge but increased activated sludge settleability.

목차 Contents

• 제 1 장. 서 론...16
• 제 2 장. 재료 및 방법...19
• 제 1 절. 환경요인의 분석 및 미생물의 분포...19
• 제 2 절. 세균의 분리...19
• 제 3 절. 균주의 선별 및 동정...21
• 제 4 절. 선별한 균주의 특성 조사...22
• 제 5 절. 우량 균주의 육종...23
• 제 6 절. 기질 분해능 측정 및 폐수에의 적용...26
• 제 7 절. 생물학적 처리공법...26
• 제 3 장. 결과...29
• 제 1 절. 환경요인의 분석 및 미생물의 분포...29
• 제 2 절. 세균의 분리, 동정 및 선별...29
• 제 3 절. 선별한 균주들의 특성...31
• 제 4 절. 우량 균주의 육종...35
• 제 5 절. 개발균주의 기질 분해능 및 인공폐수에의 적용...39
• 제 6 절. 인, 질소 동시제거 시스템에의 적용...41
• 제 7 절. 염색폐수의 처리...42
• 제 4 장. 고찰...44
• 제 1 절. 방류수의 환경요인 및 미생물의 분포...44
• 제 2 절. 다양한 난분해성 화합물의 분해능을 갖는 균주개발...44
• 제 3 절. 인산염 제거 세균 및 탈질화 세균의 육종...47
• 제 4 절. 원유분해 세균의 균주개발...49
• 제 5 절. PBC 분해 세균의 균주개발...50
• 제 6 절. 인과 질소 동시 처리 시스템에의 적용...50
• 제 5 장. 결 론...53
• 제 6 장. 참고문헌...58
• 제 1 세부과제...66
• 1. 서 론...67
• 2. 연구방법...67
• 3. 결 과...67
• 4. 고 찰...67
• 5. 결 론...67
• 6. 참고문헌...67
• 제 1 장. 서론...71
• 제 2 장. 연구방법...74
• 제 1 절. 세균의 분리$\cdot$ 동정 및 선별...74
• 제 2 절. 탄화수소 자화능 및 유전적 특성조사...76
• 제 3 절. 플라스미드 분리 및 전기영동...78
• 제 4 절. 접합, 형질전환 및 플라스미드의 안정성...79
• 제 5 절. DNA 절편의 회수 및 Ligation...80
• 제 6 절. 세포융합...81
• 제 2 세부과제...147
• 1. 서 론...147
• 2. 연구방법...147
• 3. 결 과...147
• 4. 고 찰...147
• 5. 결 론...147
• 6. 참고문헌...147
• 제 1 장. 서 론...153
• 제 2 장. 재료 및 방법...161
• 제 1 절. 환경요인의 분석...161
• 제 2 절. 인산염의 제거효율이 우수한 균주의 분리...166
• 제 3 절. 탈질화능이 우수한 균주의 분리...173
• 제 4 절. 균주의 동정...176
• 제 5 절. 분리균주의 개량...176
• 제 6 절. 인, 질소 동시제거 시스템에의 적용...178
• 제 3 장. 결 과...185
• 제 1 절. 방류수의 환경요인 및 미생물 분포...185
• 제 2 절. 인산염 제거능 우수균주의 분리 및 동정...187
• 제 3 절. 탈질화능 우수균주의 분리 및 동정...191
• 제 4 절. 균주의 개량 및 특성...199
• 제 5 절. 인, 질소 동시제거 시스템에의 적용...224
• 제 4 장. 고 찰...228
• 제 5 장. 결 론...236
• 제 6 장. 참고문헌...238
• 제 3세부과제...247
• 1. 서 론...247
• 2. 연구방법...247
• 3. 결 과...247
• 4. 고 찰...247
• 5. 결 론...247
• 6. 참고문헌...247
• 제 1 장. 서론...252
• 제 1 절. 국내 석유 해양오염...253
• 제 2 절. 외국 석유 해양오염...254
• 제 3 절. 국내 석유 분해연구...254
• 제 4 절. 외국 석유 해양 오염 연구...256
• 제 2 장. 실험균주 및 연구 방법...259
• 제 1 절. 시료채취...259
• 제 2 절. 실험균주...259
• 제 3 절. 배지...259
• 제 4 절. 연구방법...262
• 제 3 장 연구결과...269
• 제 1 절. 호염성 원유분해균의 분리...269
• 제 2 절. 원유분해균의 동정...275
• 제 3 절. 원유분해균의 생장특성 및 생장조건...275
• 제 4 절. 원유분해능 조사...289
• 제 5 절. 원유분해 과정...304
• 제 6 절. 원유분해균의 plasmid 분리 및 특성...321
• 제 7 절. OCT plasmid 항생제 내성 조사...327
• 제 8 절. Mutagenesis 에 의한 돌연변이주 유발...329
• 제 9 절. 접합에 의한 OCT plasmid 의 전달...330
• 제 10 절. 혼합배양에 의한 원유분해...333
• 제 4 장. 고찰...336
• 제 5 장. 결론...340
• 제 6 장. 참고문헌...343
• 제 4 세부과제...353
• 1. 서 론...353
• 2. 연구방법...353
• 3. 결과 및 고찰...353
• 4. 결 론...353
• 5. 참고문헌...353
• 제 1 장 서 론...357
• 제 2 장 연구방법...363
• 제 1 절 Aroclor 분해세균의 분리 및 동정...363
• 제 2 절 Polychlorinated biphenyls...363
• 제 3 절 Aroclor 분해균주의 배양 및 생장...364
• 제 4 절 분해균주의 분해능 검정...366
• 제 5 절 2,3-dihydroxybiphenyl oxygenase의 활성도 측정...367
• 제 6 절 Aroclor 분해에 미치는 배양 환경의 영향...368
• 제 7 절 Aroclor 분해 유전자의 cloning...369
• 제 8 절 혼합배양에 의한 Aroclor의 분해 처리...371
• 제 3 장 결과 및 고찰...371
• 제 1 절 Aroclor 분해 세균의 분리 및 동정...371
• 제 2 절 Aroclor 분해 세균의 생장 특성...372
• 제 3 절 Aroclor 분해 세균에 의한 PCBs의 분해...378
• 제 4 절 2,3-digydroxybiphenyl dioxygenase의 활성...386
• 제 5 절 Aroclor 분해가 미치는 배양 조건의 영향...388
• 제 6 절 Aroclor 분해 유전자의 특성...397
• 제 7 절 Aroclor 분해 유전자으 molecular cloning...403
• 제 8 절 Aroclor 분해에 미치는 광선의 효과...411
• 제 9 절 혼합 배양에 의한 Aroclor의 분해 처리...417
• 제 4 장 결 론...430
• 제 5 장 참고문헌...433
• 제 5 세부과제...443
• 1. 서 론...443
• 2. 연구방법...443
• 3. 결과 및 고찰...443
• 4. 결 론...443
• 5. 참고문헌...443
• 제 1 장 서론...445
• 제 2 장 방법...447
• 제 1 절 연구배경...447
• 제 2 절 연구내용 및 실험장치...459
• 제 3 절 분석방법...468
• 제 4 절 연구수행일정...469
• 제 3 장 결과 및 고찰...470
• 제 1 절 염색폐수의 특성...470
• 제 2 절 단독처리공법...474
• 제 3 절 병행처리공법...507
• 제 4 절 개발균주의 적용...528
• 제 4 장 결론...533
• 제 5 장 인용문헌...538