고도처리공정의 질산화 및 탈질 특성과기능성 유전자 거동

Abstract

생물학적 하 폐수 고도처리공정인 질산화 및 탈질 과정에서 배출되는 아산화질소(N2O)의 배출 저감 전략을 도출하기 위해, 질산화 및 탈질 효율, N2O 배출 및 관련 기능성 유전자 거동에 미치는 운전조건의 영향을 조사하였다. 연속 회분식 탈질 반응조에서 질소원(아질산염 주입농도: 100-500 mg-N.L-1, 질산염 주입농도: 75-300 mg-N.L-1)과 탄소원(acetate, COD/N ratio 8)에서 탈질 효율은 90~100%이었고, N2O는 거의 생성되지 않았다. 세균군집 분석 결과, 우점 탈질화 세균은 Paracoccus와 Thauera이었다. 질산화 및 탈질 반응조를 연계하여 운전한 결과, 질산화 반응조에서 암모늄이 질산염으로 산화되는 비율이 62~64%였다. 탈질 반응조에서 질산염이 질소로 환원되는 비율이 95%로 매우 높았고, COD 제거율은 84% 이었고, N2O는 거의 배출되지 않았다. 또한, 탈질 반응조에서도 암모늄의 제거가 관찰되었다. 두 반응조 모두에서 질산화 관련 유전자인 amoA, amoB와 hor이 3.92×102~7.25×105 gene copy number.ng-DNA-1로 검출되었고, 탈질 관련 유전자인 narG, nirK, norB와 nosZ가 8.37×103~3.06×104 gene copy number.ng-DNA-1로 검출되었다. 이러한 결과는 질산화 반응조에서는 nitrifier denitrification 과 탈질 반응조에서는 nitrification and denitrification이 일어남을 시사한다. 본 연구를 통해 구축된 미생물 생태적학적 정보는 N2O 배출을 최소화할 수 있는 고도 폐수처리기술 개발을 위한 유용한 자료로 활용 가능하다. ;To mitigate nitrous oxide (N2O) emissions from nitrification and denitrification in the biological wastewater treatment processes, the effects of operation parameters on the nitrification and denitrification performance, N2O emission and functional gene dynamics were evaluated. In sequencing batch reactor (SBR), the denitrification efficiency was 90~100% in the conditions of nitrogen source (100-500 mg-N.L-1 and 75-300 mg-N.L-1 of initial nitrite and nitrate concentrations, respectively) and carbon source (acetate and COD/N ratio 8). Moreover, little production of N2O was detected under all conditions. The dominant denitrifying-bacteria in the SBR reactor were Paracoccu and Thauera. When the coupling process with nitrification and denitrification reactors was operated, the ammonium oxidation rate to nitrate was 62-64% in the nitrification reactor. In the denitrification reactor, the nitrate reduction rate to N2 was 95% without N2O emissions and COD removal rate was 84%. In both reactors, the nitrifying functional genes such as amoA, amoB and hor were 3.92×102~7.25×105 gene copy number.ng-DNA-1, and the denitrifying functional genes such as narG, nirK, norB and nosZ were 8.37×103~3.06×104 gene copy number.ng-DNA-1. Considering the functional gene dynamics, the nitrifier denitrification would have occurred in the nitrification reactor, and the nitrification as well as denitrification would have occurred in the denitrification reactor. Microbial information obtained through this study can be used as essential data to develop the advanced wastewater treatment technology that can minimize N2O emission.