질산성질소 제거를 위한 독립영양 황탈질 칼럼에서의 미생물 적응에 관한 연구

Abstract

본 연구에서는 독립영양 황탈질반응을 이용한 질산성 질소 처리 반응 벽체의 탈질능과 미생물학적 안정성을 확인하기 위하여 황/석회석과 독립영양 황탈질 미생물을 이용한 칼럼 반응기를 상향식으로 500일간 운전하여 시간과 깊이에 따른 질산성 질소의 제거 효율을 분석하였으며, 반응기 내부의 미생물 군집 변화를 16S rDNA-cloning 염기서열 분석법 및 DGGE 기법으로 분석하였다. 실험 결과, 미생물의 대사 활동에 따라 칼럼 깊이 별로 질산성 질소 제거율 및 미생물 군집 분포의 큰 차이가 나타났다. 칼럼 반응기의 질산성 질소 제거율은 99%에 달하였으며, 특히 칼럼 아래쪽에서 질산성 질소 제거율이 매우 높게 나타났다. 시간에 따른 제거율은 칼럼 운전 100일 후부터 큰 차이를 나타내지 않았다. 초기 접종원에서는 독립영양 황탈질 미생물인 OTU DE-1, Thiobacillus denitrificans의 비율이 15%에 불과하였으며 반응기 운전 초기에는 접종원 및 100일 운전 후 반응기의 윗부분에서 종속영양 탈질 미생물인 OTU DE-2, Cenibacterium arsenioxidans와 DE-3, Geothrix fermentans가 78%와 90%로 높은 비율을 차지하여 종속영양 탈질 미생물들이 우점종을 차지하였다. 그러나 OTU DE-1은 100일 후에 칼럼 아래쪽에서 94%의 비율을 차지하여 우점종이 되었으며, 500일 운전 후 분석한 결과 칼럼 전체에서 86%를 차지하여 독립영양 황탈질 미생물이 안정적으로 적응하였음을 알 수 있었다. ; Two sulfur-based column reactors inoculated with a bacterial consortium containing autotrophic denitrifiers were operated for 100 and 500 days, respectively and nitrate removal efficiency and the adaptation of microbial communities in the columns were monitored with column depths and time. For better understanding the adaptation phenomenon, molecular techniques including 16S rDNA sequencing and DGGE analysis were employed. Although both columns showed about 99% of nitrate removal efficiency heterotrophic denitrifiers such as Cenibacterium arsenioxidans and Geothrix fermentans were found to a significant portion at the initial stage of the 100-day reactor operation. However, as operation time increased, an autotrophic denitrifier Thiobacillus denitrificans became a dominant bacterial species throughout the column. A similar trend was also observed in the 500-day column. In addition, nitrate removal efficiencies were different with column depths and thus bacterial species with different metabolic activities were found at the corresponding depths. Especially, T. denitrificans was successfully adapted and colonized at the bottom parts of the columns where most nitrate was reduced.