고도처리공정의 질산화 및 탈질 특성과기능성 유전자 거동 :Nitrification and denitrification performance and functional genes dynamics in advanced wastewater treatment processes

권지현

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자료유형: 학위논문

저자정보: 권지현 (이화여자대학교, 이화여자대학교 대학원)

지도교수: 조경숙

발행연도: 2019

저작권: 이화여자대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수13

이 논문의 연구 히스토리 (2)

2020

질산화-탈질 연계공정에서 질소화합물 및 기능성 유전자 거동

권지현 , 박형주 , 이윤영 외 1명 한국미생물·생명공학회지 2020.01 학술저널

2019

고도처리공정의 질산화 및 탈질 특성과기능성 유전자 거동

권지현 환경공 2019.01 학위논문

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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.

I. 서론 13
1.1. 연구 배경 및 목적 13
1.2. 논문 구성 15
II. 선행 연구 고찰 및 이론적 배경 17
2.1. 온실가스 17
2.2. 연속 회분식 반응조를 이용한 생물학적 처리공정 24
2.3. 아산화 질소 배출 저감 조업 인자 29
2.4. 질산화 및 탈질 반응 효율에 미치는 운전조건 33
III. 실험 재료 및 방법 35
3.1. 회분식 탈질 배양액 대상 실험 35
3.2. 연속 회분식 반응조 대상 실험 39
3.2.1 질산화 및 탈질 농화 배양 39
3.2.2 연속 회분식 탈질 반응조 43
3.2.3 질산 및 탈질 연계 반응조 44
3.3. 시료 채취, 전 처리 및 분석 47
3.4. 기능성 유전자 정량분석 49
3.4.1 DNA 추출 49
3.4.2 RNA 추출 50
3.4.3 Quantitative real-time polymerase chain reaction(qRT-PCR) 52
3.5. Illumina Miseq Sequencing에 의한 세균 군집 분석 55
3.6. 통계 및 network분석 57
IV. 결과 및 고찰 59
4.1. 회분식 탈질 배양에서 탈질 및 기능성 유전자 거동에 미치는 조업 인자의 영향 59
4.1.1 질소원(아질산염, 질산염)에 따른 탈질 및 기능성 유전자 거동 평가 59
4.1.2 탄소원 종류 및 C/N ratio에 따른 탈질 및 기능성 유전자 거동 평가 69
4.1.3 환경인자(pH, 온도)에 따른 탈질 및 기능성 유전자 거동 평가 80
4.1.4 탈질 거동과 조업인자의 관계 평가 89
4.2. 연속 회분식 탈질 반응조의 탈질 효율 및 기능성 유전자에 미치는 질소원의 영향 92
4.2.1 농화 배양 동안 탈질 평가 92
4.2.2 탈질에 미치는 아질산염 및 질산염의 영향 96
4.2.3 질소원에 따른 세균 군집의 OTUs 및 특성 분석 105
4.2.4 질소원과 세균 군집 간의 상관관계 평가 110
4.3. 연속 회분식 탈질 반응조의 탈질 효율 및 기능성 유전자에 미치는 탄소원의 영향 115
4.3.1 탈질 반응에 미치는 탄소원 종류 및 COD/N ratio의 영향 평가 115
4.3.2 탄소원에 따른 세균 군집의 OTUs 및 특성 분석 125
4.3.3 탄소원과 세균 군집 간의 상관관계 평가 130
4.4. 질산 및 탈질 연계 반응조의 질소거동 및 기능성 유전자 평가 135
4.4.1 질소거동에 미치는 질산 및 탈질 공정 평가 135
4.4.2 질산화 및 탈질 연계공정의 기능성 유전자 거동 평가 140
V. 결론 143
참고문헌 148
Abstract 159

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