혐기성 소화 반류수 처리 공정에서 N -아실 호모세린 락톤(AHL)을 이용한 호기성 그래뉼 형성 = Enhancement of Aerobic Granulation with N-acyl Homoserine Lactone in Treatment Process for Anaerobic Digestion Sidestream

국문 초록 (Abstract)

하수처리시설은 영양염류의 제거 효율을 높이고, 슬러지에서 자원을 회수하며 지속 가능한 공정을 유지하는 데 어려움을 겪고 있다. 본 연구는 반류수 처리를 위한 연속 운전 공정에서 AHL (N-acyl homoserine lactone) 신호 분자인 C8-HSL이 호기성 그래뉼 슬러지(aerobic granular sludge, AGS)의 형성과 안정성, 그리고 처리 성능에 미치는 영향을 평가하는 데 목적이 있다. 유효 부피 2L의 연속식 반응조 두 개를 사용하여 290일 동안 실험을 수행하였다. 대조군(A)과 C8-HSL(5μM)을 추가한 실험군(B)으로 나누어 슬러지의 입도, 세포외 고분자 물질(extracellular polymeric substances, EPS)의 조성, 유기물(COD), 총질소(T-N), 총인(T-P) 제거 효율, 그리고 미생물 군집 변화를 분석하였다. C8-HSL의 추가는 반응조 B에서 그래뉼 크기를 1.8배 증가시키고, TB-EPS와 LB-EPS를 각각 1.7배, 2.8배 증가시켰다. COD 제거율은 두 반응조 간 유사했으나, 반응조 B에서 T-N과 T-P 제거율이 각각 5.2 및 3.8% 증가하였다. 미생물 군집 분석 결과, Thauera와 같은 EPS 생성 미생물의 풍부도가 증가하여 슬러지의 응집력과 안정성을 개선하였다. AHL 신호 분자의 추가는 그래뉼 크기와 안정성, 그리고 질소와 인 제거 성능을 개선하는 데 효과적인 전략임을 입증하였다. 본 연구는 AGS 공정에서 AHL 매개 정족수 감지 기술을 활용한 지속 가능한 폐수 처리 가능성을 제시하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Wastewater treatment plants face challenges in improving nutrient removal efficiency, recovering resources from sludge, and maintaining sustainable processes. This study aims to evaluate the effects of the AHL (N-acyl-homoserine lactone) signaling molecule, C8-HSL, on the formation, stability, and treatment performance of aerobic granular sludge (AGS) in a continuous operation process for side-stream wastewater treatment. Two 2L laboratory-scale continuous reactors were operated for 290 days. The control reactor (A) and the experimental reactor (B) with 5μM of C8-HSL were compared in terms of sludge granule size, extracellular polymeric substances (EPS) composition, chemical oxygen demand (COD), total nitrogen (T-N), total phosphorus (T-P) removal efficiencies, and microbial community changes. The addition of C8-HSL increased the granule size in reactor B by 1.8 times and enhanced TB-EPS and LB-EPS by 1.7 and 2.8 times, respectively. While COD removal efficiencies were similar in both reactors, T-N and T-P removal efficiencies in reactor B increased by 5.2% and 3.8%, respectively. Microbial community analysis revealed an increased abundance of EPS-producing bacteria, such as Thauera, improving sludge cohesion and stability. The addition of AHL signaling molecules significantly enhanced granule size, stability, and nutrient removal performance. This study demonstrates the potential for sustainable wastewater treatment using AHL-mediated quorum sensing technology in AGS processes.