하수 처리에 미생물 적용
요약: 이 기사에서는 주로 다양한 유형의 하수 처리에 다양한 미생물을 적용하는 방법과 다양한 적용 메커니즘을 설명합니다.
키워드: 미생물, 생활하수, 산업하수, 농업하수, 중금속, 살충제
1. 세계 수자원 현황
환경보호는 우리나라의 기본국가정책. 세계 경제 발전의 실천은 지속적이고 안정적인 경제 발전을 달성하기 위해서는 개발과 환경 보호 사이의 모순이 해결되어야 함을 증명합니다.
세계 수자원 상황이 급속히 악화되고 있으며, '물 위기'가 점점 심각해지고 있다. 수문지질학자들의 추정에 따르면 지구상의 총 수자원량은 약 13억 8천만 입방킬로미터이며, 그 중 97.5%가 바닷물(13억 4,500만 입방킬로미터)이다. 담수는 2.5%에 불과하며 대부분 극지방의 얼음, 눈, 빙하, 지하수이며 인간이 섭취하기에 적합한 물은 0.01%에 불과합니다.
1950년대 이후 세계 인구는 급속히 증가했고 산업은 급속히 발전했다. 한편으로는 수자원에 대한 인간의 수요가 놀라운 속도로 확대되고 있는 반면, 점점 더 심각한 수질 오염으로 인해 소비할 수 있는 많은 양의 수자원이 침식되고 있습니다. 이번 세계 물 포럼이 발표한 유엔 물 세계 평가 보고서에 따르면 매일 전 세계 강, 호수, 하천에 약 200톤의 쓰레기가 버려지고 있으며, 폐수 1리터가 흐르는 모든 강에서 8리터의 담수를 오염시키고 있습니다. 아시아 도시가 오염되었습니다. 오염; 미국 유역의 40%가 가공된 음식물 쓰레기, 금속, 비료 및 살충제에 의해 오염되었습니다. 유럽의 55개 강 중 5개 강만이 만족스럽지 못한 수질을 가지고 있습니다.
20세기에 세계 인구는 3배로 늘었고 인간의 물 사용량은 5배나 늘어났습니다. 전 세계 많은 나라들이 물 위기에 직면해 있습니다. 매년 12억 명이 물 부족을 겪고 있고, 30억 명이 물 위생 시설이 부족하며, 300만~400만 명이 물 관련 질병으로 사망하고 있습니다. 2025년에는 물 위기가 48개국으로 확산되고 35억 명의 사람들이 물에 갇히게 될 것입니다. 물 위기로 인한 생태계 악화와 생물다양성 파괴 역시 인류의 생존을 심각하게 위협할 것이다.
물 위기는 세계의 지속가능한 발전을 저해할 뿐만 아니라, 세계 평화를 위협하고 있습니다. 지난 50년 동안 물로 인해 발생한 분쟁은 507건이었으며, 그 중 37건은 폭력적 성격을 띠었고, 21건은 군사적 분쟁으로 발전했습니다. 전문가들은 수자원이 점점 부족해지면서 물을 위한 전쟁이 더욱 치열해질 것이라고 경고합니다.
2. 하수 처리 방법의 분류
2.1 물리적 방법
물리적 효과를 이용하여 폐수 중의 부유 오염물질을 분리합니다. 주로 침전법, 여과법, 원심분리법, 흡착법 등이 있다.
2.2 화학적 방법
화학반응 원리와 방법을 사용하여 폐수 중의 오염물질을 분리, 회수하거나 오염물질의 성질을 유해한 것에서 무해한 것으로 변화시키는 법. 주로 화학적 응고법, 중화법, 산화환원법, 이온교환법이 있다.
2.3 생물학적 방법
주로 미생물의 생명활동 과정을 활용하여 폐수 중의 오염물질을 이동 및 변형시켜 하수를 정화합니다.
2.4.미생물의 소개
미생물은 육안으로 보이지 않거나 불분명한 유기체의 총칭이다. 원핵생물(박테리아, 방선균 및 남조류), 진핵생물(진균 및 미세조류), 비세포 유기체(바이러스)를 포함합니다. 미생물은 크기가 작고, 표면적이 크며, 놀라운 번식력을 가지고 있으며, 주변 환경과 지속적이고 빠르게 물질을 교환할 수 있는 특성을 가지고 있습니다. 하수는 미생물의 성장과 번식을 위한 조건을 갖추고 있으므로 미생물은 하수로부터 영양분을 얻는 동시에 유해물질을 분해, 활용하여 하수를 정화할 수 있습니다. 그러므로 미생물은 하수 정화 및 처리에 널리 활용되어 인류에게 이로움을 줄 수 있습니다.
미생물이 오염물질을 분해하고 변형시키는 주된 이유는 크기가 작고 비표면적이 크며 대사속도가 다양하고 광범위하다는 특징을 가지고 있기 때문이다. 분포되어 있고 다양한 대사 유형을 갖고 있으며, 다양한 분해 효소를 가지고 있으며, 빠르게 번식하고, 쉽게 돌연변이를 일으키며, 대사 효과 등이 있습니다.
3. 원리
하수처리에 미생물을 이용하는 것은 실제로 미생물의 대사활동을 통해 하수 속의 유기물을 분해함으로써 하수를 정화하는 목적을 달성하는 것이다. 하수, 단백질, 지방, 전분 및 기타 저분자 화합물에서 설탕을 흡수합니다. 미생물 대사에는 호기성 정화와 혐기성 정화의 두 가지 유형이 있습니다. 따라서 정화 방법은 호기성 정화와 혐기성 정화로 구분됩니다.
3.1. 산소 존재 조건 환경 하에서, 많은 호기성 미생물은 이화작용, 동화작용 및 물질 광물화를 통해 유기물을 CO2와 H2O로 산화분해하는 과정에서 C원, N원, P원, S 및 에너지를 얻습니다. 하수 미생물 호기성 정화는 위의 원리를 모사하여 일정한 구조에 미생물을 배치하여 폭기 및 배양을 하여 하수를 효율적으로 정화하는 방법이다.
3.2 혐기성 정화
엄격한 혐기성 조건에서 미생물에 의한 유기물의 발효 또는 소화 과정에서 대부분의 유기물은 H2, CO2, H2S 및 CH4. 하수의 생물학적 혐기성 정화는 하수를 혐기성 발효를 통해 정화한 후 바이오에너지인 CH4를 얻는 원리에 기초합니다. 미생물 세포의 에너지 전달을 위한 전자 수용체는 호기성 조건에서는 분자 산소에서 혐기성 조건에서는 유기물로 변합니다. 혐기성 조건에서 물에 녹지 않고 분해가 어려운 고분자 유기오염물질은 미생물의 세포외 효소에 의해 용해성 물질로 분해된 후, 메탄을 생성하는 혐기성 세균과 수소를 생성하는 세균에 의해 저분자산과 알코올로 분해됩니다. H2와 CO2를 방출하고 유기산과 메탄생성 박테리아가 H2, CO2, CH4로 분해됩니다. 메탄생성물질은 또한 H2를 사용하여 CO2를 환원시켜 CH4를 형성할 수 있습니다.
미생물 정화과정:
Ⅰ. 유기오염물질의 농도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 변화한다
Ⅱ. 그런 다음 박테리아를 먹고 사는 원생 동물의 수가 최고조에 달하고, 조류의 성장에 도움이 되는 유기물의 광물화로 인해 조류의 성장이 최고조에 달합니다.
Ⅲ. 유기물이 미생물에 의해 산화, 분해되면서 용존산소 농도가 대량으로 소모되고, 이어서 유기물의 무기화로 인해 광합성이 급격히 저하된다. 조류의 감소와 기타 호기성 미생물의 감소로 인해 용존산소가 원래 수준으로 회복되었습니다.
이렇게 하면 오염원에서 상당한 거리를 벗어나면 물 속의 미생물 수, 유기물, 무기물 함량도 최저점으로 떨어지게 됩니다. 결과적으로 수역은 원래 상태로 돌아갑니다.
미생물 처리의 장점: 미생물은 공급원이 다양하고, 재배가 용이하고, 번식이 빠르며, 환경 적응성이 강하고, 변이가 용이하여 생산 시 세균 수집이 용이하다. 특정 조건에서 재배 및 번식을 위한 균주를 국내에서 다양한 수질 조건에 적응시켜 미생물 대사를 통해 유기물을 무기화시킵니다. 또한, 미생물의 생활조건이 온화하고, 대사과정에 고온, 고압이 필요하지 않으며, 촉매의 첨가가 필요하지 않으며, 폐수처리능력이 크고, 처리범위가 넓으며, 조작량이 비교적 적은 장점이 있다. 비용이 많이 들고 다른 방법에 비해 더 많은 인력과 물적 자원이 필요합니다. 생물학적 폐수 처리의 인공 생태계에서는 물질의 이동 및 변환 효율이 너무 높아 자연 생태계나 농업 생태계와 비교할 수 없습니다.
4. 하수 처리에서 중요한 미생물 개체수
4.1 사상균
사상 박테리아는 응집성 활성 폐수에 심각한 영향을 미칠 수 있습니다. 바이오매스 변화 및 거품 형성(슬러지 발포)을 유발하여 활성슬러지 처리효율에 심각한 영향을 미칠 수 있습니다. 전통적으로 사상균은 그람 및 네이서 염색 반응, 전형적인 형태학적 특성 등 광학현미경을 통해 분석 및 식별됩니다. 그러나 전주기 rRNA 기술을 사용하면 기존의 형태학적 식별 방법으로는 하수처리장의 활성슬러지에서 많은 사상균을 검출할 수 없다는 사실이 밝혀졌습니다.
계통수 부분은 사상균의 계통발생적 관계를 제공하지만 Eikelboom 1863 또는 Nostocoidalimicola와 같은 일부 사상균 유형은 전혀 관련이 없는 그룹에 배치됩니다. 요즘에는 rRNA 표적 올리고뉴클레오티드 프로브를 사용하여 대부분의 사상균을 신속하게 식별할 수 있으며, 이는 활성 슬러지의 일부 사상균이 다형성을 나타냄을 증명합니다. Kanagawa et al.(2000)은 활성 슬러지로부터 15종의 사상균을 분리하고 그들의 형태에 기초하여 이들을 Eikelboom 21 N으로 분류했는데, 이들 모두는 아강의 Thiothrix 사상균과 함께 단계통군(monophyletic)을 형성한 것으로 나타났습니다. Proteobacteria 그룹) Thiothrix 사상균은 일반적으로 하수에서 생리학적 다능성을 나타냅니다. Thiothrix 사상균은 혐기성 조건(질산염 유무와 상관없이)에서 활성을 가지며 티오황산염과 아세트산염을 흡수하여 세포내 황 과립을 형성합니다.
사상 박테리아의 FISH 프로브를 사용하여 Mircothrix parvicella는 특별한 지질 소비를 하는 것으로 밝혀졌는데, 특히 혐기성 조건에서 장쇄 지방산(단쇄 지방산과 포도당이 아닌)을 흡수하고 이후에 질산염을 흡수할 때 더욱 그렇습니다. 또는 전자 수용체로 산소를 사용할 수 있는 경우 저장을 사용하여 성장을 완료합니다. 그러나 혐기성 조건에서 M. parvicella는 인을 흡수할 수 없으며 인 제거 요구 사항이 있는 생물반응기에는 적합하지 않습니다. FISH 기술을 사용한 사상균의 체계적 분류를 통해 설명되지 않은 대부분의 사상균이 생물학적 하수 처리 시스템에서 가장 풍부한 사상균일 수 있는 녹색 비황 박테리아(Chloroflexi)에 속한다는 사실이 밝혀졌습니다. Liao 등(2004)은 Sphaerotilus natans를 증가시켜 슬러지 벌킹을 자극하여 실험실 및 하수 처리장 반응기에서 사상균을 연구하기 위해 정량적 FISH를 개발했으며, Eikelboom 1851 식물상(테스트된 S. natans 균주는 아님)의 양과 밀접하게 관련되어 있음을 발견했습니다. 활성슬러지 지수는 약 6×10이었고, 확장 가능한 균사 길이는 약 6×10이었다. 라, m/mL.
4.2 생물학적 인 제거에 중요한 박테리아
EBPR의 미생물 경로에서 생물학적 인 제거가 완료될 수 있습니다. 이 공정은 순환하는 활성 슬러지를 통해 혐기성 공정과 인 제거 공정을 번갈아 수행하는 것이 특징입니다. 산소. 미생물의 순수배양기술을 바탕으로 오랫동안 Proteobacteria 아강에 속하는 Acinetobacter가 유일한 PAO(Polyphosphorate-accumlating 유기체)로 여겨져 왔습니다. 그러나 실제로 아시네토박터(Acinetobacter)는 폴리인산을 축적할 수 있지만 PAO의 전형적인 대사 기능은 없습니다. Wanger 등(1994)은 rRNA 표적 프로브를 사용하여 테스트하고 주요 PAO가 Stoma 하위 클래스의 Rhoclocyclus 그룹이어야 하고 그 다음 하위 클래스인 Flexibacter, CFB 그룹(Bacteroides)이어야 한다고 결론지었습니다. 등. 형광 항체 염색, 호흡 퀴논 검출 및 속별 프로브를 사용한 FISH와 같은 비배양 방법을 활용하여 EBPR 시스템에서 Acinetobacter의 상대적 존재량이 배양 편견으로 인해 분명히 과대평가되어 실제로는 그렇지 않음을 보여줍니다. EBPR 시스템에 가장 중요한 것은 다른 분리된 박테리아가 PAO의 후보라는 것입니다. 그러나 활성슬러지로부터 7종의 새로운 Acinembacter가 분리되었으며, 이는 탈인에서 이 속의 역할과 중요성을 더욱 밝힐 것으로 기대됩니다.
Microlunatus phosphovorus는 G C 함량이 높은 그람 양성균으로 절대호기성균으로 간주되며 EMP 경로를 통해 포도당을 아세트산으로 발효시킬 수 있지만 혐기성 조건에서는 성장할 수 없습니다. 포도당 흡수와 아세트산 분비의 명백한 전환이 있어 세포내 아세트산이 축적됩니다. 생성된 아세트산은 후속 호기성 단계에서 소비됩니다. phosphovorus는 인 방출률과 흡수율이 각각 3.34mmol g/cell?h, 1.56mmol g/cell?h로 Lampropedia spp.보다 높은 우수한 인 흡수 및 방출 능력을 나타냅니다. 및 Acinetobacterspp. 한 단계 더 높은 특정 프로브는 EB-PR 공장 전체 박테리아의 2.7%를 차지할 수 있음을 입증했습니다.
람프로피디아 역시 인 축적 박테리아의 기본적인 대사 특성을 갖고 있지만, 아세테이트를 흡수하고 인을 방출하는 속도는 EBPR 모델에서 예측한 것보다 훨씬 낮습니다. "Candidatus Ac-cumulibacter 인산염"으로 명명된 것으로 제안된 물질은 EBPR 시스템에 상당히 존재하는 것으로 나타났습니다. Saunders et al.(2003)은 운영 중인 6개 하수 처리장을 테스트한 후 "중요하지 않은" "Candidatus Accumulibacter 인산염"이 실제로 중요한 PAO라는 결론을 내렸습니다. 또한, 현장 현미경 관찰에 따르면 효모는 생물학적 인 제거에 관여할 가능성이 높으며 많은 "인 축적 박테리아"는 효모 포자일 가능성이 높지만 이들의 작용 메커니즘은 분명히 추가 조사가 필요합니다.
4.3 질산화 박테리아
질소 순환은 미생물 활동과 변형에 크게 의존하는 과정입니다. 이러한 유형의 미생물은 하수 처리, 농업 및 기타 분야에서 매우 중요한 역할을 하므로 최근 몇 년 동안 세계 연구에서 뜨거운 주제가 되었습니다. Proteobacteria의 β 하위 클래스는 거의 미생물 생태학의 모델 시스템이 되었습니다. Kindaichi et al.(2004)은 자가영양성 질산화 생물막에 대한 FISH 분석을 수행한 결과 막의 50%가 질산화 박테리아에 속하고 나머지 50%는 종속영양세균인 것으로 나타났습니다. 분포는 Proteobacteria의 하위 클래스 α가 23%이고 하위 클래스의 13%였습니다. г.녹색비황균 9%, CFB군 2%, 미정군 3%. 이러한 결과는 질화세균이 가용성 생성물의 생산을 통해 종속영양세균을 지지하며, 종속영양세균 역시 대사 다양성 측면에서 생물막의 생태적 안정성을 보장한다는 것을 보여준다. 배양적 관점에서 볼 때, 질화균의 분포는 pH, 온도 등에 민감하기 때문에 질산화균은 매우 느리게 성장하며, 하수처리장의 질화작용은 종종 붕괴됩니다.
4.3.1 암모니아 산화 박테리아
16S rDNA 염기서열 분석에 따르면, 지금까지 분리 및 기술된 암모니아 산화 박테리아는 모두 프로테오박테리아(Proteobacteria) 클래스의 두 가지 단계통 그룹에 속합니다. ． Ni-trosococcusoceanus 및 N. halophilus는 Nitrosomonas, Nitrosospira, Nitrosovibrio 및 Nitrosolobus를 포함하여 Proteobacteria의 β 하위 클래스에 속하며 후자의 세 속은 밀접하게 관련되어 있으며 Nitrosococcus mobilis(실제로 Nitrosomonas의 구성원)는 β 하위 클래스에서 밀접하게 관련된 그룹을 형성합니다.
4.3.2 아질산염 산화 박테리아
초미시적 특성에 따라 배양된 아질산염 산화 박테리아(NOB)는 알려진 속인 Nitrobacter, Nitrospina, Nitrococcus 및 Nhrospira. 16S rDNA 서열의 비교 분석에 따르면 Nitrobacterium과 그 세 종은 모두 Proteobacteria의 α 하위 클래스에 속하며 Nitrospina와 Nitrococcus는 각각 Proteobacteria의 δ 및 г 하위 클래스에 속하는 한 종을 가지고 있으며 Nitrospira 속에는 moscoviensis와 IV가 포함됩니다. rrtarin. 전통적으로 Nitrobacter는 가장 중요한 아질산염 산화 박테리아로 간주되어 왔습니다. 그러나 질화폐수처리장의 경우 FISH법과 표적 탐침을 이용한 정량적 도트블롯을 통해 Nitrobacter가 검출되지 않거나 그 수가 매우 적은 것으로 나타나 질산화 과정에서 Non-Nitrobacter NOB의 중요성이 부각되고 있다. Egli 등(2003)은 반응기에 접종하기 위해 다양한 슬러지를 사용했으며, 안정적인 질산화를 평가하기 위해 정량적 FISH 및 RFLP(제한 조각 길이 다형성) 방법을 사용했습니다.
반응기는 테스트 결과 Nitrospira J 속에서 활성을 보이는 것으로 나타났습니다. Nitrospira 서열을 사용하여 개발된 특정 16S rRNA 프로브와 활성 슬러지에 대한 FISH 검사를 통해 배양되지 않은 Nitrospira 유사 박테리아가 상당한 수(총 박테리아 수의 9%)로 존재하는 것으로 나타났으며 이는 계대 배양 박테리아에 중요합니다. 질산염 산화는 반응기 농축 연구를 통해 확인되었습니다. Nhrospira는 CO를 고정할 수 있으며 아세테이트, 부티레이트 및 프로피오네이트를 사용하지 않고 혼합 영양 성장을 위해 피루베이트를 사용할 수도 있습니다.
4.4 탈질세균
탈질세균의 동정과 계수는 대부분 배양방법에 의존한다. 하수에서 생산되는 Alcaligenes, Pseudomonas, Methylobacteriurn, Paracoccus 및 Hyphornicrobiurrt 등 많은 속 구성원이 식물 내에서 탈질 미생물로 분리되어 있으나 이들 세균이 하수 처리장에서 현장에서 탈질 활성을 갖는지는 거의 알려져 있지 않습니다. . 환원탄화물로서 메탄올을 첨가한 탈질모래여과기에는 P. spp와 H. spp; 메탄올을 추가하지 않은 비탈질 모래여과기에서는 두 속의 존재하는 세포 수가 전체 세포의 0.1% 미만으로 나타나 두 속의 활성이 탈질 과정에 관여하고 있음을 간접적으로 증명하였다.
5． 수질 오염물질의 종류와 처리
5.1 생활 하수
생활 하수는 주요 오염원입니다. 생활하수에는 다량의 무기물과 유기물이 포함되어 있습니다. 염화물, 황산염, 인산염 및 나트륨, 칼륨, 칼슘, 철 및 기타 탄산염과 같은 무기 물질, 셀룰로오스, 전분, 지방, 단백질 및 요소와 같은 유기 물질 등 환경으로 배출되면 식물성 플랑크톤의 성장과 대량 번식을 촉진하여 적조와 조류 꽃을 형성합니다.
생활하수 처리에는 주로 유기물의 분해처리가 있는데, 대표적인 방법으로는 활성슬러지법, 바이오필름법, AB법 등이 있다.
5.1.1 활성슬러지법
활성슬러지법은 활성슬러지를 주체로 하는 폐수의 생물학적 처리의 주요공법이다. 활성슬러지법은 폐수에 공기를 지속적으로 유입시켜 일정 시간이 지나면 호기성 미생물의 번식으로 인해 슬러지 형태의 플록이 형성되는 방식이다. 여기에는 유기물을 흡착하고 산화하는 능력이 강한 박테리아 젤리군을 주성분으로 하는 미생물이 서식하고 있다.
5.1.2 바이오필름 방식
바이오필름 방식은 특정 고체 표면에 부착되어 자라는 미생물(즉, 바이오필름)을 사용하는 유기 폐수 처리 방법입니다. 생물막은 밀도가 높은 호기성 박테리아, 혐기성 박테리아, 통성 박테리아, 곰팡이, 원생동물 및 조류 등으로 구성된 생태계입니다. 이것이 부착된 고체 배지를 필터 물질 또는 담체라고 합니다. 생물막은 필터재 외부부터 아우라층, 양호한 아우라층, 부착수층, 이동수층으로 나눌 수 있습니다. 바이오필름 방식의 원리는 바이오필름이 수층의 유기물을 먼저 흡착한 후 호기성 층의 호기성 박테리아에 의해 분해된 후 혐기성 분해를 위해 혐기성 층으로 유입되어 노화된 바이오필름을 씻어내며 성장하는 것입니다. 새로운 것. 생물막은 하수 정화 목적을 달성하기 위해 이러한 방식으로 왕복 운동합니다. 생물막 방법은 다음과 같은 특징을 가지고 있습니다. (1) 수량, 수질 및 수온 변화에 대한 강한 적응성 (2) 우수한 처리 효과 및 우수한 질산화 기능 (3) 작은 슬러지 부피 (약 3/3); 활성슬러지법) 4) 고체와 액체의 분리가 용이하다. (4) 전력비가 절감된다.
5.1.3AB 방법
AB 방법 공정은 독일의 B0HUKE 교수가 처음 개발했습니다. 이 공정은 폭기조를 고부하 및 저부하의 두 부분으로 나누며 각각 독립적인 침전 및 슬러지 회수 시스템을 갖추고 있습니다. 고부하 구간의 A 구간의 체류시간은 약 20~40분이며, 동시에 생물응집과 흡착이 지배적이며, 유기체는 주로 단세대 세균군집이며, BOD는 다음과 같다. 50% 이상 제거되었습니다. 섹션 B는 부하가 더 낮고 슬러지 수명이 더 긴 기존 활성 슬러지와 유사합니다.
5.2 산업 폐수
산업 폐수는 수질 오염의 주요 원인입니다.
철강공업폐수, 식품공업폐수, 인쇄폐수, 화학폐수 등이 포함됩니다. 산업화가 발달하면서 중금속 이온을 함유한 폐수가 점점 더 많이 발생하고 있습니다. 중금속 이온은 가장 중요하고 흔한 오염물질 중 하나가 되었습니다. 중금속은 살아있는 유기체에 축적, 흡수 및 변형되어 먹이 사슬을 통해 인간의 건강에 해를 끼칩니다. 발암물질, 기형물질 등이 있어 중금속 오염에 대한 대처가 시급하다.
가정 하수 처리에 미생물 처리 기술을 적용하는 것은 매우 성숙하고 널리 보급되었지만 산업 하수 처리에는 여전히 일정한 기술적 문제가 있습니다. 생활 하수에 비해 산업 하수의 구성은 훨씬 더 복잡합니다. 대부분의 산업 하수는 COD 값이 매우 높고 생분해성이 낮기 때문에 일부 산업 하수는 암모니아 질소 지수가 높아 미생물 처리가 어렵습니다. 치료. 그러나 미생물 기술의 많은 장점은 산업폐수 처리의 한 측면이 될 것이며, 많은 산업계에서 산업폐수에 대한 미생물 처리 기술을 사용하기 시작했으며 안정적인 운영 데이터를 얻었습니다.
여기에서는 주로 하수 중금속 처리에 대해 이야기합니다. 현재 이용 가능한 미생물 방법에는 생체흡수, 황산염 환원 박테리아 정제, 중금속 제거를 위한 미생물 형질전환 등이 있습니다.
5.2.1 생체흡착 방법
생흡착은 바이오매스(예: 발효 산업에서 남은 박테리아)를 사용하여 금속을 흡착하거나 세포를 통해 흡수하고 물리적, 중금속 이온은 독성이 있기 때문에 농도가 너무 높으면 살아있는 미생물 세포가 죽습니다. 따라서 처리수 내 중금속 농도를 조절해야 합니다.
예를 들어 Chen Xiaoxia 등은 크롬 이온을 강화하기 위해 클로렐라를 사용했습니다. 연구에 따르면 크롬 이온을 강화하는 클로렐라의 메커니즘은 주로 표면 흡착과 능동 수송에서 나타납니다. 성장 및 안정 단계 동안 클로렐라에 의해 강화된 크롬은 유기 크롬으로 존재하는 반면, 쇠퇴 단계에는 클로렐라에 의해 강화된 크롬이 무기 크롬으로 존재합니다.
산업적 발효 후 남은 바실러스 세포나 효모를 이용해 중금속을 흡착하는 방법은 먼저 세포를 알칼리로 처리해 중금속 흡착 능력을 높이는 것이다. 그런 다음 이들 세포는 화학적 가교를 통해 고정됩니다. 고정된 바실러스는 중금속 흡착에 선택적이지 않습니다(미생물은 대부분의 합성 화학 흡착제보다 무기 오염물질 결합에 선택성을 나타내며 미생물에 의한 금속 흡착은 축적은 주로 금속에 대한 다양한 리간드 결합 부위 쌍의 선택성에 따라 달라집니다. 최대 99%의 제거율로 폐수에서 Cd, Cr, Cu, Hg, Ni, Pb 및 Zn을 제거할 수 있습니다. 세포에 흡착된 중금속을 황산으로 용출시킨 후, 화학적 방법을 이용하여 중금속을 회수할 수 있으며, 알칼리 처리 후 고정화된 세포를 재사용하여 중금속을 흡착시킬 수도 있습니다.
5.2.2 황산환원균 정제방법
Desulfovibrio 황산환원균은 혐기성균으로 유리산소가 없어도 생존이 가능한 것이 가장 큰 특징이다. 유기물이 존재하면 황산염 라디칼을 환원시켜 황화수소로 바꾸고 그로부터 성장 에너지를 얻어 대량으로 번식합니다. 그 재생산 결과 용해성이 매우 높은 황산염이 매우 용해하기 어려운 황화물로 변합니다. 황화수소. 이러한 유형의 박테리아는 널리 분포되어 있으며 바다, 호수, 강 및 육지에서 발견될 수 있습니다. 유리산소가 없는 곳이나 황산염과 유기물이 존재하는 곳에서 생장하고 번식할 수 있으며, 생육온도는 25~35℃, pH는 6.2~7.5이다. 이 세균의 기능은 폐수 속의 황산기를 황화수소로 바꾸는 역할을 한다. , 폐수 속에 농도가 높은 중금속인 Cu, Pb, Zn 등이 황화물로 전환되어 침전됨으로써 폐수 속의 중금속 이온이 제거될 수 있다.
5.2.3 중금속 제거를 위한 미생물의 형질전환
미생물은 산화, 환원, 메틸화 및 탈알킬화를 통해 중금속 및 중금속 화합물을 제거할 수 있습니다.
박테리아의 세포외 캡슐이나 점막층은 다양한 세포외 고분자를 생산할 수 있으며, 이는 자연 조건이나 폐수 처리 시설에서 중금속을 흡착할 수 있습니다. 주요 구성 요소는 다당류, 단백질 및 핵산입니다.
곰팡이의 세포벽에는 키틴이 함유되어 있는데, 이는 N---아세틸글루코사민 중합체와 함께 금속을 방사성 핵종에 결합시키는 효과적인 생체 흡착제입니다. 수산화 처리된 다양한 곰팡이에 노출된 키틴, 키토산 및 기타 금속 결합 리간드는 균사층을 형성하여 폐수에서 중금속을 효과적으로 제거할 수 있습니다.
6가 크롬은 독성이 매우 높아 3가 크롬보다 독성이 100배 더 강하고 인체에 침전될 수 있습니다. 6가 크롬은 세포막을 통해 쉽게 세포 안으로 들어온 뒤 세포질, 미토콘드리아, 핵에서 3가 크롬으로 환원되기 때문에 3가 크롬은 세포 내 단백질과 결합해 안정된 물질을 형성하고 핵산과 상호작용하는 반면, 세포 외부에서는 3가 크롬이 작용한다. 원자가 크롬은 세포에 침투할 수 없습니다. 박테리아는 혐기성 또는 호기성 조건에서 6가 크롬을 3가 크롬으로 환원하기 위해 세포 내 NADH를 환원제로 사용합니다. 예를 들어 Enterobacter cloacae는 10,000μmol/l 크롬산염에 저항성이 있으며 혐기성 조건에서 6가 크롬을 3가 크롬으로 환원할 수 있습니다. 3가 크롬은 침전 반응을 통해 물에서 분리하여 제거할 수 있습니다.
5.3 농업 폐수
그것은 널리 퍼져 있고, 부피가 크며 분산되어 있습니다. 농약은 농경지에서 사용되는데, 화학농약은 주로 인공적으로 합성된 생물학적 생체이물 물질이다. 많은 농약 자체가 인간과 다른 유기체에 독성이 있으며, 많은 종류가 쉽게 생분해되지 않는 완고한 화합물이다. 농약 잔류물은 분해가 어렵습니다. 사람들이 질병, 해충, 잡초를 예방하기 위해 농약을 사용하면 식품, 야채, 과일 및 기타 제품에 농약 잔류물이 기준을 초과하여 심각한 오염을 초래합니다. 비표적생물체에 대한 농약중독사고, 산업재해 등이 매년 증가하고 있습니다. 동시에 농약 공장에서 배출되는 하수와 농지에 살포되는 농약은 환경을 심각하게 오염시키고 생태 균형을 파괴하며 농업의 지속 가능한 발전에 영향을 미치고 인간의 신체적, 정신적 건강을 위협합니다. 농약의 불합리하고 대규모 사용은 인간과 생태 환경에 점점 더 심각한 악영향을 미치고 있으며, 농약 오염 문제는 전 세계적인 관심의 초점이 되었습니다. 따라서 농약의 생분해에 관한 연구를 강화하고 농약이 환경과 식품에 오염되는 문제를 해결하는 것은 인류가 시급히 해결해야 할 현안 중 하나입니다.
5.3.1 농업 생산에 사용되는 주요 농약 유형
현재 농업에 사용되는 주요 유기화합물 농약은 표 1과 같습니다. 이 중 666, DDT 등 유기염소계 농약 등 일부는 사용이 금지됐고, 유기인계 중 메타미도포스 등 일부는 점차 사용이 중단되고 있다.
표 1 농업 생산에 일반적으로 사용되는 농약 유형의 간략한 목록
농약 유형
유기인: 트리클로르폰, 메타미도포스, 디클로르보스, 아세틸메틸아미드 인, 파라티온, 디메토에이트, 디메토에이트 등
농약 유기질소: 카르바릴, 메티오카브, 발사, 디메토에이트 등
유기염소계: 666, DDT, 톡사펜 등
미타린, 페나세트, 트리클로페낙, 페나세테이트, 염화제, 디펜탄 등과 같은 살비제
< p>제초제 2,4-D, 프로파닐, 페나세트, 아트라진, 글리포세이트, 피클로클로르 등살균제 황화메틸비소, 티람, 티람, Dikesong, Kewen Powder, Daofengjing, Carbendazim, Yekujing 등
성장 조절제 Chlormequat, Jianzhuangsin, Zengchanling, gibberellin, mediamine 등
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사람들은 자연 생태계에 적응성이 강하고 다양한 합성 유기 살충제를 탄소원, 질소원 및 에너지원으로 사용하여 완전히 성장할 수 있는 다양한 대사 유형의 미생물이 많이 있다는 것을 발견했습니다. 다양한 대사 경로를 통해 유기 농약을 다른 무독성 성분으로 광물화하거나 분해하여 인간이 농약 오염을 제거하고 생태 환경을 정화하는 데 필요한 조건을 제공합니다.
5.3.2 살충제 분해 미생물 그룹
토양 내 미생물에는 박테리아, 곰팡이, 방선균, 조류 등이 포함됩니다. 이들 중 일부는 살충제 분해 기능을 가지고 있습니다. 박테리아는 다양한 생화학적 적응성과 돌연변이 균주를 유도하는 경향으로 인해 농약 분해에 중요한 역할을 합니다.
1. 토양, 하수 및 고온 퇴비화 시스템에서 박테리아는 농약의 종류, 농약을 분해하는 미생물의 능력 및 환경 조건과 관련이 있습니다. 온도 퇴비화 시스템은 시스템의 고온 단계로 인해 온도가 더 높을 때(50°C 이상) 주요 생존자는 고온 저항성 박테리아이며 이 단계는 농약이 분해되는 기간이기도 합니다. 가장 빠릅니다. 미생물의 작용을 통해 환경의 유기 오염 물질은 CO2 및 H2O와 같은 무독성, 무해하거나 독성이 적은 물질로 전환됩니다. 많은 과학 연구자들의 노력을 통해 농약을 분해할 수 있는 미생물이 다수 분리되었습니다(표 2 참조). 다양한 미생물 그룹은 농약을 분해하는 다양한 메커니즘, 경로 및 과정을 가질 수 있습니다. 다음은 농약의 미생물 분해 메커니즘에 대한 간략한 소개입니다.
5.3.3 농약의 미생물 분해 메커니즘
현재 농약의 미생물 분해에 대한 연구는 주로 박테리아에 초점을 맞추고 있기 때문에 농약의 박테리아 대사 메커니즘은 비교적 명확합니다.
표 2 일반적인 살충제 분해 미생물
살충제 분해 미생물
Bacillus methamidophos, Aspergillus, Penicillium, Pseudomonas 및 병 효모
아트라진(AT) Aspergillus fumigatus, Aspergillus pyrozoum, Rhizopus spp., Fusarium moniliforme, Fusarium pink, Fusarium oxysporum, Fusarium recumbens, Penicillium purpurogenum, Penicillium leucophylla, Penicillium glabrata, 백색부후균, 균근균, Pseudomonas, Rhodococcus,
요소 3호 곰팡이
알칼리게네스 살해 방지
2,4-D 슈도모나스, 아크로모박터, 아르트로박터, 코리네박테리움, 플라보박테리움, 포자성 셀룰로오스, 스트렙토마이세스, 아스퍼질러스, 노카르디아 박테리아,
DDT 아크로모박터, 에어로박터, 바실러스, 클로스트리듐, 에스케리키아, 슈도모나스, 프로테우스, 스트렙토코커스, 아크로모나스, 크산토모나스, 에르위니아, 클로스트리듐 파스퇴렐라, 아그로박테리움 투메파시엔스, 에어로박터 에어로게네스, 푸사리움, 노카르디아, 트리코데르마 비리데 등 .
C-바디 666 백색부후균, Clostridium Bacillus sp., Escherichia, Escherichia coli, Clostridium sporogenes 등
파라티온 대장균, 바실러스
바실러스 헵타클로르, 푸사리움 및 스포락스, 노카르디아, 아스페르길루스, 리조푸스, 연쇄상 구균
트리클로르폰 아스페르길루스, 푸사리움
디클로르보스 슈도모나스
바실러스 디엘드린, 슈도모나스
푸사리움 알드린, 페니실리움
슈도모나스 디메토에이트
2, 4, 5-T 아크로모박터, 마이코박테리움
농약의 박테리아 분해의 본질은 효소입니다. 반응, 즉 화합물이 일정한 방식으로 박테리아 몸에 들어간 후 다양한 효소의 작용하에 일련의 과정을 거치게 됩니다. 궁극적으로 농약을 무독성 또는 덜 독성으로 완전히 분해 또는 분해하는 생리적, 생화학적 반응입니다. 분자량이 더 작은 화합물. 예를 들어, 아트라진은 슈도모나스 ADP 균주의 유일한 탄소원이며 아트라진을 분해하는 처음 몇 가지 반응에는 세 가지 효소가 관여합니다. 첫 번째 효소는 아트라진의 가수분해 및 탈염소화 반응을 촉매하여 무독성 하이드록시아트라진을 얻습니다. 이 효소는 아트라진의 생분해를 위한 핵심 효소입니다. 두 번째 효소는 아트라진의 가수분해 및 탈염소화를 촉매하는 AtzB입니다. 탈염소화 반응은 N-이소프로필시아누르산을 생성하고, 세 번째 효소는 N-이소프로필시아누르산을 촉매하여 시아누르산과 이소프로필아민을 생성하는 AtzC입니다. 결국 아트라진은 CO2와 NH3로 분해됩니다. 미생물에 의해 생성된 효소 시스템 중 일부는 Pseudomonas mendoza DR-8에 의한 메타미딘 살충제의 분해 및 대사와 같은 구성 효소 시스템입니다. 생성된 효소는 주로 세포벽 및 세포막 구성 요소에 분포됩니다. Wang Yongjie 등은 유기인계 농약의 광범위한 활성 분해 박테리아에 의해 생산된 분해 효소를 얻었습니다. 분해 효소는 그러한 효소를 생산하는 미생물보다 비정상적인 환경 조건을 더 잘 견딜 수 있기 때문에 효소의 분해 효율은 미생물 자체의 분해 효율보다 훨씬 높으며, 특히 저농도 농약의 경우 사람들은 분해 효소를 화학 물질로 사용하기를 원합니다. 농약 오염을 정화하는 효과적인 수단.
그러나 분해효소는 토양 내 비생물적 변성, 토양 흡착 등에 의해 쉽게 불활성화되고, 분해 활성을 장기간 유지하기가 어려우며, 더욱이 토양 내 효소의 이동성이 낮아 분해효소의 실용화에 한계가 있다. 효소. 현재 많은 실험을 통해 이러한 효소 시스템을 암호화하고 합성하는 대부분의 유전자가 플라스미드에 의해 운반되는 유전자에 의해 제어되는 2,4-D의 생분해와 같은 플라스미드에 있음이 입증되었습니다. 플라스미드에 있는 유전자와 염색체에 있는 유전자의 시너지 효과를 통해 살충제는 미생물에서 분해됩니다. 따라서 분자 생물학 기술을 사용하여 "공학적 박테리아"를 인공적으로 구축하여 미생물을 사용하여 살충제를 분해하려는 인류의 욕구를 더 잘 실현할 수 있습니다.