SMMIAR (Submerged Moving Media Intermittent Aeration Reactor) Process is a very efficient system which remove ammonia to nitrogen gas in one reactor. In this study, we determined the diversity of ammonia oxidizing bacteria and denitrifying bacteria using specific PCR amplification and the clone library construction. An ammonia monooxygenase gene(amoA) was analyzed to investigate the diversity of nitrifiers. Most of amoA gene fragments (27/29, 93%) were same types and they are very similar (>99%) to the sequences of Nitrosomonas europaea and other clones isolated from anoxic ammonia oxidizing reactors. ANAMMOX related bacteria have not determined by specific PCR amplification. A nitrite reductase gene(nirK) was analyzed to investigate the diversity of denitrifying bacteria. About half (9/20, 45%) of denitrifiers were clustered with Rhodobacter and most of others were clustered with Mesorhizobium (6/20, 30%) and Rhizobium (3/20, 15%). All of these nirK gene clones were clustered in alpha-Proteobacteria and this result is coincide with other system which also operate nitrification and denitrification in one reactor. The molecular monitoring of the population of nitrifiers and denitrifiers would be helpful for the system stabilization and scale-up.
Denitrification is an important biological mechanism in wastewater treatment process because this process is technically to remove nitrogen from water to air. There have been lots of study about denitrification engineering and molecular biological research about denitrifying bacteria, respectively. However, combination of these researches was unusual and rare. This study is about the correlation between quantity of denitrifying bacteria and denitrification potential, and consists of NUR batch test as analysis method of denitrification potential and quantitative molecular analysis for denitrifying bacteria. Three reactors (A/O, MLE and A/O of nitrogen deficiency) are operated to get activated sludge with various denitrification potential. All samples which were acquired from reactors were measured denitrification potential by NUR test and NUiR test. Also, Real-time PCR was conducted for quantification of denitrifying bacteria composition in activated sludge. The various denitrification potentials were measured in the reactors. The denitrifiaction potential was the highest in MLE process and the reactor of the nitrogen deficiency showed the lowest. Genomic DNA of activated sludge was obtained and consequently, real-time PCRuse the primer sets of nirK and nirS were conducted to quantify genes involving denitrification reductase production. As the result of real-time PCR, nirK gene showed more significant influence on denitrification potential comapred with nirS gene.
농법에 따른 토양성분과 $N_2O$ 발생량, 탈질세균 수, 탈질세균의 군집 구조와 T-RFLP 패턴을 계절별로 조사하였다. 토양성분 분석결과 총 탄소량과 총 유기탄소량은 유기농법에서 각각 1.57%, 1.28%, 무농약 농법은 1.52%, 1.24%, 관행농법은 1.40%, 0.95%로 친환경농법에서 유기 탄소량이 비교적 높게 나타났다. $N_2O$ 발생량은 5월과 11월 토양이 높았지만 속도는 8월 토양이 빨랐다. 탈질세균 수는 유기농토양은 평균 $1.32{\times}10^4MPN/g$,무농약 토양은 평균 $1.17{\times}10^4MPN/g$, 관행농 토양은 평균 $6.29{\times}10^3MPN/g$으로 친환경농법 토양이 관행농법 토양에 비해 탈질세균 수가 많은 것을 확인하였다. 계통수 분석 결과, 전체 10개 Cluster 중 유기농법 토양이 6개의 Cluster에 분포되어 친환경 농법 토양이 다양한 군집을 갖는 것을 확인하였다. T-RFLP 패턴의 PCA profile 분석 결과, 유기농법은 넓은 분포를, 관행농법은 좁은 범위의 분포를 나타내고, 무농약농법은 유기농법과 관행농법의 중간에 분포하는 것으로 확인되었다. 따라서 계절과 농법에 따라 탈질세균의 분포와 군집구조가 달라지는 것을 확인하였다.
혐기-무산소조건으로 구성된 회분식 반응조에서 질산염을 이용하여 인(P)도 동시에 제거될 수 있는 가능성을 알아보기 위해서 인의 제거 양상을 혐기-호기조건의 반응조와 비교하여 조사하였고, 질산염과 인을 동시에 제거하는 미생물분포를 분석하였다. 그 결과 비교적 낮은 농도의 유기물이 적용되었을 때(평균 CODcr=130mg/ι)두 반응조 모두 인이 효과적으로 제거되었으며 반응조내의 최종 인의 농도를 1 mg P/L. 이하로 유지하였다. 특히, 질산염을 전자수용체로 이용한 혐기-무산소조건의 반응조는 기존의 영양소제거 시스템과 비교하여 5-7 mg (P+N)/ι의 영양소를 추가적으로 제거하여 유기물의 효과적 인 이용이 가능한 것으로 판명되었다. 혐기-무산조 조건의 방응조내 미생물 분포를 조사 한 결과 질소원을 제거하는 미생물군(denitrifying bacteria)과 인을 제거하는 미생물군(polyphosphate accumulating bacteria)이 함께 존재하고 있음이 밝혀졌고, 이들 중 $\beta$-proteobacteria에 속하는 Zoogloea ramigera와 Rhodocyclus에 포함되는Alcaligenes defragrans 등은 탈질능력 이 있으면서 anoxic상태에서 인을 동시에 축적할 수 있는 탈질-탈인균주(denitrifying phosphate accumulating organisms; dPAO)로 조사되었다.
Ion-exchange technology is one of the best for removing nitrate from drinking water. However, problems related to the disposal of spent brine from regeneration of exhausted resins must be overcome so that ion exchange can be applied more widely and economically, especially in small communities. In this background, a combined bio-regeneration and ion-exchange system was operated in order to prove that nitrate-laden resins could be bio-regenerated through direct contact with denitrifying bacteria. A nitrate-selective A520E resin was successfully regenerated by denitrifying bacteria. The bio-regeneration efficiency of nitrate-laden resins increased with the amount of flow passed through the ion-exchange column. When the fully exhausted resin was bio-regenerated for 5 days at the flowrate of 30 BV/hr and MLSS concentration of $125{\pm}25mg/L$, 97.5% of ion-exchange capacity was recovered. Measurement of nitrate concentrations in the column effluents also revealed that less than 5% of nitrate was eluted from the resin during 5 days of bio-regeneration. This result indicates that the main mechanism of bio-regeneration is the direct reduction of nitrate by denitrifying bacteria on the resin.
국내의 대표적 섬이나 생태환경이 잘 보존된 토양으로부터 저영양세균 3,471주를 분리하였고 이로부터 질소발생 분석법에 의해 탈질균 135주를 최종 선발하였다. 이들 균주의 16S rDNA를 염기서열 분석한 결과 이들의 90% 가량이 Proteobacterium문에 속하였으며 다른 44속에 대부분 포함되었다. 대표적인 44속에 대해 분자생물학적 동정을 한 후 다양한 외부환경(온도, pH, 염, 무기질소염) 조건에 대한 이들의 생존성 범위를 조사한 결과, 넓은 온도($4^{\circ}C{\sim}42^{\circ}C$)와 pH(4~10)범위에서 자랄 수 있는 탈질균 12종을 최종 선발하였다.
By using PCR with nirS gene primers, three nirSharboring denitrifying bacteria (strain N6, strain N23, and strain R13) were newly isolated from activated sludge of a weak municipal wastewater treatment plant. Small-subunit rRNA gene-based analysis indicated that strain N6, strain N23, and strain R13 were closely related to Arthrobacter sp.,Staphylococcus sp., and Bacillus sp., respectively. In an attempt to identify their roles in biological nitrate and nitrite removal from sewage, we investigated their specific denitrification rates (SDNRs) for $NO_-^3$ - and $NO_-^2$ - in various cultures. All purecultures of each isolated nirS-harboring bacterial strain could remove $NO_-^3$ - and $NO_-^2$ - simultaneously in high efficiency, and the carbon requirements for $NO_-^3$ - removal of strain N6 and strain R13 were effectively low at 3.1 and 4.1 g COD/g $NO_3N$, respectively. In the case of mix-cultures of the strains (N6+N23, N6+R13, N23+R13, and N6+N23+R13), their SDNRs for $NO_-^3$ - were also effective, and their carbon requirements for $NO_-^3$ - removal were also effective at 3.0- 3.8 g COD/g NO3N. However, all tested mix-cultures accumulated $NO_-^2$ - in their culture media. On the other hand, the continuous culture of activated sludge mixed with strain N6 showed no significant increase of $NO_-^3$ - removal in comparison with strain N6's pure culture. These results suggest that nitrate and nitrite removal in biological wastewater treatment might be dependent on complicated bacterial interactions, including several effective denitrifying bacteria isolated in this study, rather than the specific bacterial types present and the number of bacterial types in activated sludge.
The diversity of the denitrifying bacterial populations in Daejeon Sewage Treatment Plant was examined using a culture-dependent approach. Of the three hundred and seventy six bacterial colonies selected randomly from agar plates, thirty-nine strains that showed denitrifying activity were selected and subjected to further analysis. According to the morphological and biochemical properties, the thirty nine isolates were divided into seven groups. This grouping was supported by an unweighted pair group method, using an arithmetic mean (UPGMA) analysis with fatty acid profiles. Restriction pattern analysis of 16S rDNA with four endonucleases (AluI, BstUI, MspI and RsaI) again revealed seven distinct groups, consistent with those defined from the morphological and biochemical properties and fatty acid profiles. Through the phylogenetic analysis using the 16S rDNA partial sequences, the main denitrifying microbial populations were found to be members of the phylum, Proteobacteria; in particular, classes Gammaproteobacteria (Aeromonas, Klebsiella and Enterobacter) and Betaproteobacteria (Acidovorax, Burkholderia and Comamonas), with Firmicutes, represented by Bacillus, also comprised a major group.
Microbial community plays important roles in the culture environment of mud crab Scylla serrata. One of the environmental management efforts for the cultivation of S.serrata is by stabilizing microorganisms involved in nitrogen cycle process. The availability of dissolved inorganic nitrogen in its culture environment under a recirculating system closely relates to the nitrogen cycle, which involves both anaerobic and aerobic bacterial activities. Anaerobically, there are two major nitrogen compound degradation processes, i.e., denitrification and dissimilatory nitrate reduction to ammonium (DNRA). This study aimed to identify denitrifying and DNRA bacteria isolated from the recirculating cultivation of S. serrata. The water samples were collected from anaerobic filters called close filter system, which is anaerobically conditioned with the addition of varying physical filter materials in the recirculating mud crab cultures. The results showed that three denitrifying bacterial isolates and seven DNRA bacterial isolates were successfully identified. The phylogenetic analysis based on 16S rRNA gene of the denitrifying bacteria revealed that HIB_7a had the closest similarity to Stenotrophomonas daejeonensis strain MJ03. Meanwhile, DNRA bacterial isolate of HIB_92 showed a 100% similarity to Bacillus sonorensis strain N3, Bacillus vallismortis strain VITS-17, Bacillus tequlensis strain TY5, Geobacillus sp. strain DB24, Bacillus subtilis strain A1, and Bacillus mojavensis strain SSRAI21. This study provides basic information denitrifying and DNRA bacterial isolates identity which might have the potential to be applied as probiotics in aquaculture systems in order to maintain optimal environmental conditions.
본 연구는 토양미생물을 활성화한 영양염류 제거 공정의 질소, 인 제거 특성을 Denitrifying Phosphorus removing Bacteria(DPB)의 영향에 의한 관점에서 파악하고자 행하였으며, 또한 DPB의 무산소 상태 하에서의 탈질 및 인 섭취 특성에 대해서도 연구가 진행되었다. Batch test 결과, 토양미생물을 이용한 영양염류 제거 공정에서의 질소, 인 제거는 무산소 상태에서 탈질과 동시에 인을 섭취하는 DPB(Denitrifying Phosphorus removing Bacteria)의 영향이 상당한 것으로 나타났으며 무산소 상태에서의 DPB에 의한 인 섭취 속도가 호기상태에서의 약 50%에 달하였고 초기 nitrate 농도가 DPB의 인 섭취 속도에 대한 영향인자임을 알 수 있었다. 그리고 영양염류 제거 공정에서의 DPB의 존재는 전체 공정의 효율을 증대시키는 것으로 판단되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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