혐기소화폐액 정화처리 공정에서의 질소제거 및 ANAMMOX공정의 미생물 군집 분석 = Nitrogen removal and microbial community analysis of ANAMMOX process in anaerobic digestion fluid treatment facility

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In this study, the presence of anaerobic ammonium oxidation(ANAMMOX) bacteria was analyzed by water quality analysis and microbial genome analysis in the anaerobic digestion fluid of swine manure and food waste effluent. After stabilization after 100 days of operation, the nitrogen treatment efficiency was over 97.5% at high nitrogen concentration (≥2,500 ppm). This is higher nitrogen treatment efficiency than Completely Autotrophic Nitrogen-removal Over Nitrite (CANON) process using partial nitrification and ANAMMOX bacteria. The microbial community structure of anoxic reactor, aerobic reactor and settling reactor was analyzed. As a result of the analysis of NGS, most of the microorganisms predominantly in the reactor are not cultured with Uncultured bacterium clones, so past techniques do not know whether they exist in the sample. ANAMMOX bacteria was present in high order in the anoxic reactor, aerobic reactor and settling reactor, and the role of microorganisms in the environment was obvious even if they were not dominant species. RT-qPCR revealed that ANAMMOX bacteria in anoxic reactor was relatively 3.5 times more present than ammonia oxidizing bacteria in aerobic reactor. Partial nitrification of ammonia nitrogen to nitrite nitrogen by ammonia oxidizing bacteria and the removal of ammonia nitrogen and nitrite nitrogen by ANAMMOX bacteria can effectively treat high concentrations of nitrogen wastewater.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서 론 1
• II. 이론적 배경 3
• 1. 하·폐수의 질소 제거 기술 3
• 1) 물리·화학적 질소제거 3
• (1) 파과점 염소주입 3
• (2) 암모니아 탈기 4
• (3) 선택적 이온교환 4
• (4) 기타 처리방법 5
• 2) 생물학적 질소제거 6
• (1) 질산화 6
• (2) 질산화 미생물 8
• (3) 탈질화 9
• (4) 탈질화 미생물 11
• (5) 혐기성 암모늄 산화반응 질소제거 11
• (6) 혐기성 암모늄 산화 미생물 14
• 2. 가축분뇨 처리 현황 18
• 1) 국내 현황 18
• 2) 가축분뇨 자원화 시설 22
• (1) 가축분뇨 자원화의 필요성 22
• (2) 가축분뇨 자원화 설치 및 운영 현황 23
• ① 퇴비 및 액비 시설 23
• 가. 가축분뇨 퇴비화 23
• ㄱ. 재래식 퇴비단 공법 23
• ㄴ. 퇴비화 촉진법 24
• 나. 가축분뇨 액비화 26
• ㄱ. 액상분뇨 개념 및 형태 26
• ㄴ. 부숙 방법 26
• - 액상퇴비화 26
• - 혐기성 액비화 29
• ② 바이오 가스화 시설 현황 29
• 3) 주요 국가별 가축분뇨 관리 및 처리 현황 32
• (1) 미국 32
• (2) 일본 32
• (3) EU 32
• ① 덴마크 33
• ② 네덜란드 34
• ③ 스위스 36
• ④ 독일 36
• 3. 미생물 유전체 연구 및 동향 39
• 1) 미생물 유전체 연구 개발 40
• 2) 미생물 유전체 연구 방법 41
• (1) 자동화 시퀀싱 기술 42
• ① 상용화된 자동화 시퀀싱 장비 42
• (2) FISH 43
• (3) NGS 45
• ① NGS 분석의 활용 52
• 가. 지놈 분석 52
• 나. 트랜스크립톤/프로파일링 54
• 3) 미생물 유전체 연구 동향 56
• (1) 미국 56
• (2) 캐나다 57
• (3) 유럽 57
• (4) 아시아 58
• III. 연구 방법 60
• 1. 정화처리 시설 60
• 2. 유입수 성상 및 운전 조건 62
• 3. 수질 분석 방법 63
• 4. 미생물 군집 분석 방법 64
• 1) DNA 추출 64
• 2) Real-Time qPCR 64
• 3) Next generation sequencing 66
• IV. 결 과 68
• 1. 정화처리 특성 68
• 1) 유기물 제거 특성 71
• 2) SS 제거 특성 74
• 3) 인 제거 특성 75
• 4) 질소 제거 특성 77
• 2. RT-qPCR을 이용한 미생물 정량 81
• 3. NGS 분석 결과 84
• V. 결 론 97
• 참 고 문 헌 99