Ⅰ. 제 목

실시간 중합효소 연쇄반응(Real-time QPCR)을 이용한 하수슬러지 혐기소화 미생물 정량체계 구축

Ⅱ. 연구개발의 목적 및 필요성

사회기반시설의 하나인 하수도 및 관련 시설의 보급이 증대되면서 하수처리량이 지 속적으로 증가되고 있으며 이에 따라 국내 하수슬러지의 발생이 지속적으로 증가 추 세이다. 하수슬러지의 적절한 관리를 위해서는 지금까지 하수처리장에서 최종 발생 된 슬러지를 처리하는 방식에서 탈피하여 처리 공정 중 슬러지를 최대한 자원화 또는 재이용하여 최종 배출되는 슬러지의 양을 감소시키는 방식으로 전환될 필요가 있다.

 

혐기소화 공정은 슬러지에 포함된 유기물을 신재생에너지인 메탄가스로 전환하면서 슬러지 발생량은 호기성 처리의 1/5～1/10에 불과한 청정 슬러지 감량화 기술이다. 그러나 혐기소화 미생물의 복잡다양성과 혐기성 기술 부족으로 인하여 혐기소화 공정의 정확한 모니터링 및 정성․정량 분석법이 실용화된 바 없는 실정이다.

 

본 연구에서는 PCR-DGGE와 QPCR 등의 첨단 생명공학기술(BT)을 도입하여 혐기성 환경생물공정에 대한 이해의 폭과 깊이를 향상시킬 수 있는 미래형 환경생명공학기술 (Environmetal Bio-Technology, EBT)의 개발을 통해 하수슬러지 혐기소화 공정의 효율 개선과 공정 안정성 제고를 목적으로 하였다.

Ⅲ. 연구개발의 내용 및 범위

슬러지의 처리․자원화를 위한 혐기소화공정의 효율 극대화를 위한 미생물 군집 구조 및 개체수를 체계적으로 정량할 수 있는 QPCR용 primer-probe set의 개발 및 공정 응용 기술을 도출하는 것을 최종 목표로 하였다. 이를 위해 총 3단계의 순차적인 연 구를 통해 최종적으로

1. 계통발생학적 16S rRNA gene과 functional gene의 특이성을 이용한 혐기소화 미생물 대상 QPCR용 primer-probe set 개발(요소 기술)

2. 개발된 QPCR용 primer-probe set을 응용한 혐기소화 공정의 population dynamics 및 생장역학계수 산출(응용 기술)

3. 실규모 슬러지 혐기소화조의 주기적 모니터링을 통한 population dynamics 및 공 정변수와의 통계해석(확대기술) 을 개발하는 것을 세부 목표로 하고 있다.

Ⅳ. 연구개발결과

1. 1차년도
1차년도에는 메탄생성균과 bacteria의 계통분류학적 분류에 근거한 9종의 QPCR용 primer-probe set을 개발하였으며, 다양한 혐기소화 공정에 적용하였다.

(표. 9종의 QPCR용 primer-probe set 개발 내용)

2. 2차년도
2차년도에는 슬러지 혐기소화의 주요 산생성균을 대상으로 한 4종의 set과 functional gene에 특이적인 3종의 set을 추가로 개발하였고 응용조건을 확립하였다.

(표. 7종의 QPCR용 primer-probe set 개발 내용)

3. 3차년도
실험실규모 슬러지 혐기소화 공정에서 메탄생성균 그룹에 대한 생장역학계수를 산출하였다. 회분식 운전에서는 MMB, MSL 그룹을 대상으로 하였으며 수치해법을 이용하였고, 연속식 운전에서는 ARC 그룹을 대상으로 하였으며 해석해법을 이용하였다.

(표. 생장역학계수 산출 내용)

실험실규모 슬러지 혐기소화 공정에서 우점 메탄생성균을 PCR-DGGE를 통해 관찰하였다. 이때 상위 ARC set을 이용하는 것보다 하위 order-level set을 이용한 DGGE 결과가 종다양성 측면에서 우수함이 확인되었다.

(표. 메탄생성균 정성분석 내용)

포항시 하수처리장 실규모 슬러지 혐기소화 공정에 대하여 2005년 5월부터 2006년 12월까지 총 19회의 월별 모니터링을 하였다. DNA 추출법을 확립하고, 공정변

 

 

[원문 파일첨부 참조]