보고서 정보
주관연구기관 |
한국해양대학교 Korea Maritime University |
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
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발행년월 | 2013-04 |
과제시작연도 |
2012 |
주관부처 |
교육과학기술부 Ministry of Education and Science Technology(MEST) |
등록번호 |
TRKO201300034836 |
과제고유번호 |
1345170418 |
사업명 |
중견연구자지원 |
DB 구축일자 |
2013-12-21
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키워드 |
난분해성폐수처리.유용미생물.하천.호수 정화.미생물군집.Pyrosequencing 기법.meta-transcriptomics 기법.qRT-PCR 기법.KEGG 대사경로.recalcitrant industrial wastewater.beneficial microorganisms.stream and lake remediation.microbial communities.Pyrosequencing.meta-transcriptomics.qRT-PCR.MG-RAST.KEGG metabolic pathway.
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DOI |
https://doi.org/10.23000/TRKO201300034836 |
초록
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연구의 목적 및 내용
1. 연구의 목적
난분해성 산업폐수(피혁폐수 등)의 처리에 있어서 유용미생물의 생태학적 기능규명과 최적처리 진단을 위한 분자생태학적 signaturing(monitoring)기술 개발을 실시하고자 함
2. 연구의 내용
1 년차: 난분해성 산업폐수처리에 있어서 유용미생물(BM-S-1)의 생태학적 특성 및 기능 규명
2 년차: 통계적 및 정보공학적 처리에 기반한 고효율 페수처리시스템을 진단 할 수 있는 미생물생태학적 signaturing 기술 개발
연구결과
1 년
연구의 목적 및 내용
1. 연구의 목적
난분해성 산업폐수(피혁폐수 등)의 처리에 있어서 유용미생물의 생태학적 기능규명과 최적처리 진단을 위한 분자생태학적 signaturing(monitoring)기술 개발을 실시하고자 함
2. 연구의 내용
1 년차: 난분해성 산업폐수처리에 있어서 유용미생물(BM-S-1)의 생태학적 특성 및 기능 규명
2 년차: 통계적 및 정보공학적 처리에 기반한 고효율 페수처리시스템을 진단 할 수 있는 미생물생태학적 signaturing 기술 개발
연구결과
1 년차: 난분해성 산업폐수처리에 있어서 유용미생물(BM-S-1)의 생태학적 특성 및 기능 규명
- 현장scale RCM 처리시스템에 의한 피혁폐수의 처리효과: COD 98.3%, T-N 98.6%, T-P 93.6%, Cr 88.5% 의 제거율을 나타냄(표 2).
- Pyrosequencing 기법에 의한 미생물군집분석결과 미생물의 종풍부도는 SD> SA> PA> Buffering 순으로 높게 나타남; Unifrac PCA Plot 및 UP GMA 분석결과 B, PA 및 SD에 있어서의 미생물군집구조는 상대적으로 유사하게 나타났고 SA의 경우는 타 처리단계에 비해 다른 군집양상을 보임
- species 수준 분석결과 처리공정에 따른 특성있는 미생물군집분포를 보였으며 이는 처리과정중 지속적인 미생물제제의 투입에 의한 결과로서 이들 미생물이 안정적인 niche 을 형성함으로써 피혁페수의 처리가 가능함을 의미함 (그림 3); 특히 호기적 탈질균(Brachymonas denitrificans)과 혐기적탈질균은 B, SD 및 PA에 우점하는 경향을 보이며 이는 슬러지발생의 감량에 기여하는 것으로 판단됨; 현재 신속(new genus)의 가능성이 있는 균주를 분리하여 정밀 동정중에 있음
- 황산화세균(Thiobacillus sp.)은 PA 및 SD에 우점하였으며 B에서 발생된 H2S 이용으로 악취의 발생에 현저히 기여하는 것으로 판단됨
2 년차: 통계적 및 정보공학적 처리에 기반한 고효율 페수처리시스템을 진단 할 수 있는 미생물 생태학적 signaturing 기술 개발
- 시료별 총DNA를 추출후 metagenome data(250만 clones 분석)에 따른 미생물군집분석: 처리단계별로 1%이내의 범위에서 차이를 보임
- SEED subsystem 분석: 탄수화물, 단백질, 핵산, 호흡, 막수송, 세포분열, 질소대사 및 인대사 등 비롯한 대부분의 대사활동이 비교적 활발할 가능성이 있는 것으로 나타났음(상대적 출현빈도가 0.5 이상); 대부분의 질소대사관련 경로는 활발할 것으로 추정됨(상대적 출현빈도가 0.6이상); 대부분의 황대사관련 경로는 활발할 것으로 추정됨(상대적 출현빈도가 0.7이상); 상기 대사경로는 B 및 PA가 SA 및 SD에 비해서 활발하며 이는 수처리 자료와도 일치하는 경향을 보임(그림 7- 10)
- metagenome data를 바탕으로 수처리 단계에 따른 특이 분해경로 존재 확인함
- 연구결과로서 국내특허 3건 등록, 중국특허 2건 출원 및 PCT 특허 2건을 출원; 국내외 사업화 2건 실시
연구결과의 활용계획
- 현재 본 원천기술을 활용하여 환경부 녹색기술인증을 받은 상태이며 (BM RCM 공법을 이용한 폐수처리기술; 2012. 6. 7.- 2014. 6. 6.), 향후 더욱 개선하여 조만간 신기술인증을 취득할 예정임
- 현재 환경, 농업, 축산 및 식품분야에 바로 활용이 되는 5가지 제품을 개발하였고 유통이 됨
- 본 기술을 활용한 다양한 유관 특허기술의 확보와 아울러 기업간 MOU 체결 및 기술이전을 통한 국내외 환경, 농업, 축산, 식품 등의 산업으로 진출할 필요가 있으며, 해외의 진출을 위해 KOTRA 등의 정부기관의 협조를 활용할 필요가 있음
- 현재 본 기술은 피혁폐수, 공단폐수 및 오염하천의 처리에 활용되고 있으나 향후 축산폐수, 분뇨처리폐수, 식품가공폐수 및 해양저질의 처리에 활용할 예정임
Abstract
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Purpose&contents
2.1 Goal: To study the ecological functions of beneficial microorganisms in treatment of recalcitrant industrial wastewater (tannery wastewater) and to develop molecular ecological signaturing technology for their efficient treatment
2.2 Study approach:
- To apply the e
Purpose&contents
2.1 Goal: To study the ecological functions of beneficial microorganisms in treatment of recalcitrant industrial wastewater (tannery wastewater) and to develop molecular ecological signaturing technology for their efficient treatment
2.2 Study approach:
- To apply the effective biological treatment technology to the treatment of recalcitrant industrial wastewaters using an indigenously enriched microbial agent, which is accompanied by sludge and malodor reduction.
- To develop molecular ecological signaturing technology for their efficient treatment using meta-transcriptomics and MG-RAST and CAMERA database analysis.
Result
Year 1: Elucidation of ecological functions of the beneficial microorgansisms (BM-S-1) used for effective treatment of recalcitrant industrial wastewaters
- The removal efficiencies of COD, TN, TP, and Cr were estimated to be 98.3%, 98.6%, 93.6%, and 88.5%, respectively while the system without a continuous augmentation was broken down. The pyrosequencing analysis showed Brachymonas denitrificans to be the most dominant microbial population in the buffering tank (B 37.5%). Potential polymeric substance degraders (Clostridia), sulfate reducers (Desulfuromonas palmitatis), and sulfur oxidizers (uncultured Thiobacillus) were dominant in the sludge digestion (SD) tank. The denitrifiers assayed by nosZ qPCR were dominant in B and SD. These microbial communities appeared to play important roles in removing nutrients and odor, and reducing sludge in the wastewater treatment plant without chemical pretreatment.
- Species richness based on pyrosequencing analysis: Higher in the oorder of SD> SA> PA> Buffering; community structures were similar in B, PA and SD while SA was remotely different from the rest.
Year 2: To develop microbial ecological signaturing technologies based on statistical and informatics data treatments and to use them to diagnose status of the effective wastewater treatment processes
- Metagenome data analysis: analysis of 2.5 million clones in total; less than 1% of difference among the treatment stages were shown.
- Analysis of SEED subsystem: carbohydrates, proteins, nucleic acids, respiration, transport, nitrogen and phosphorus metabolisms, and cell differentiation appeared to be active(frequency > 0.5); most of nitrogen metabolisms(> 0.6); most of sulfur metabolisms(> 0.7); these metabolisms were active in B and PA than SA and SD.
- The metagenome data presence of specific pathways at the different stages of the treatment processes.
- Achievements of the study: registration of 3 domestic patents; application of 2 Chinese patents; application of 2 PCT patents; 2 domestic and overseas technology transfers; 2 successful grants were received based on this study
Expected Contribution
- Accreditation of this technology as green technology was granted from Ministry of Environment (Wastewater treatment using BM RCM technology; 2012. 6. 7.- 2014. 6. 6.); another national accreditation for the innovative technology will be sought.
- Five kinds of products have been developed for the applications in environment, agriculture, livestock, and foods so far.
- Other relevant patented technologies should be secured based on this platform technology and strategic collaborations between other companies will be necessary to move into the new global markets in various areas.
목차 Contents
- 중견연구자지원사업(핵심연구) 최종보고서 ... 1
- 목 차 ... 3
- 연구계획 요약문 ... 4
- 연구결과 요약문 ... 6
- 한글요약문 ... 6
- SUMMARY ... 8
- 연구내용 및 결과 ... 10
- 1. 연구개발과제의 개요 ... 10
- 2. 국내외 기술개발 현황 ... 10
- 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 12
- 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 24
- 5. 연구결과의 활용계획 ... 25
- 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 25
- 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 26
- 8. 참고문헌 ... 27
- 9. 연구성과 ... 29
- 10. 기타사항 ... 43
- 대 표 연 구 성 과 ... 45
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