Pyrosequencing 기법을 이용한 중공사 생물 막 반응기 내 미생물 군집 분석

Abstract

Pyrosequencing 기법을 이용한 중공사 생물 막 반응기 내 미생물 군집 분석

현대 사회는 끊임없이 발전하고 있다. 그리고 발전과 함께 생태계 또한 급속도로 오염되고 있는 현실이다. 그 중 생활 속에서 많이 사용되고 공장 및 생활하수에 의해 만들어지는 오염물질에 의해 하수처리장 내의 고농도 질소화합물이 발생하고 있다.

폐수 처리 공정은 크게 2분류로 나눠져 반응이 진행된다. 산소를 다량 불어 넣어주어 암모늄을 질산염으로 전환하는 질산화 반응과 무산소 조건으로 반응을 진행하여 혐기 상태를 유지함으로써 반응을 진행하는 탈질화 반응으로 분류된다. 하지만 위 공정에서 질산화 반응은 산소가 소모가 크고, 탈질화 반응은 설비에 있어서 많은 비용이 요구되기 때문에 이를 보완하기 위해 지속적으로 대안을 마련하고 있다.

또한 생물학적 처리방법에 이용되는 슬러지에는 다양한 미생물 군집이 형성 되어 있다. 이를 활용하여 질산화 반응과 탈질산화 반응이 이루어 지는데 각 반응에서 질소화합물의 농도의 변화에 따라 미생물 군집이 어떻게 변화하는지에 대해서도 연구 할 필요가 있다.

이번 연구 내용은 폐수 내에 포함되어 있는 고농도 질소화합물을 제거하는데 연구의 목적을 두었고, 고농도 질소화합물의 제거 농도 및 시간에 따라 미생물의 군집이 어떻게 변하는지에 대한 실험을 진행하였다.

실험은 중공사 생물 막 반응기를 활용하여 폐수 내의 고농도 질소화합물을 제거하는데 초점을 두었다. 250일 동안 반응을 진행 시켰고 최종 결과에서 질소화합물인 암모늄 이온의 농도는 200mg/L 질산염 농도는 220mg/L를 100% 제거하였다. 미생물을 이용하기 위해 수없이 많은 미생물들 중 질산화, 탈질 산화를 수행하는 미생물이 어떤 종이 있는지를 확인하였고, 다양한 농도 조건 및 환경 조건에 따른 미생물 군집을 확인 하기 위해서 다양한 분석 방법들이 존재 하지만 최근 들어 각광받고 있는 Pyrosequencing이라는 기법을 이용하여 분석한 결과, 호기 반응기에서는 암모늄을 아질산염으로 전환시키는 Nitrosospira속과 아질산염을 질산염으로 전환시키는 균인 Nitrobacter속과 Gordonia속이 확인되었다. 그리고 혐기 반응기에서는 탈질산화 반응에 영향을 주는 균으로 Rhodocyclaceae과와 Thiobacillus과 Comamonadacese과 그리고 Anaerolinaceae과가 확인되었다.

미생물 군집 분석은 반응기 내부로 유입되는 질소화합물 농도가 시간이 지남에 따른 변화에도 불구하고 비교적 안정적으로 군집형성을 한 것을 확인하였다. 그리고 미생물 군집이 독립영양생물에서 종속영양생물로 전환되는 결과를 얻어낼 수 있었다.