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Ankistrodesmus bibraianus의 최적 배양조건 설정을 통한 수질오염물질 제거 및 축산 폐수 처리 적용

Removal of water pollutants and its application to swine wastewater treatment through the establishment of best optimal growth conditions of Ankistrodesmus bibraianus

이예은|박지수|박영민|유진|김덕원|오은지|정근욱|황인성
한국환경생물학회 (Korean Society Of Environmental Biology)|2020.03|환경생물 (Korean Journal of Environmental Biology)|제38권 제1호|pp. 82-92|DOI 10.11626/KJEB.2020.38.1.082

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heavy metalnutrientAnkistrodesmus bibraianusbest optimal growth conditionswine wastewater

초록

축산 폐수는 고농도의 영양염류와 중금속을 함유하고 있어, 배출될 때 수질을 악화시킨다. 기존 처리 기술과 비교하여 bioremediation은 축산 폐수 처리에 유능하다. 특히, 미세조류는 오염물질 제거에 잠재력을 가지고 있다. 본 연구에서는 Ankistrodesmus bibraianus를 이용하여 축산 폐수 내 영양염류 (질소 (N), 인 (P))와 중금속 (구리 (Cu), 아연 (Zn))의 제거 가능성을 평가하고, A. bibraianus의 최적 배양조건을 확립하였다. 연구결과, 최적 배양조건은 28°C, pH 7, 광주기는 14 : 10 h로 설정되었다. N과 P의 단일 처리구 (500, 1,000, 5,000, 10,000 mg L-1)에서 제거효율은 각각 22.9~80.6%와 11.9~50.0%였다. 또한, N과 P의 복합 처리구에서 제거효율은 각각 16.4~58.3%와 7.80~49.8%였다. Cu와 Zn의 단일 처리구 (10, 30, 50 mg L-1)에서 제거효율은 각각 15.5~81.5%와 6.28~34.3%였다. 유사하게, Cu와 Zn의 복합 처리구에서 제거효율은 각각 16.7~74.5%와 5.58~27.5%였다. 또한 영양염류 (N 및 P)와 중금속 (Cu 및 Zn)의 성장 및 제거효율을 축산 폐수에 적용할 수 있음을 나타냈다. 본 연구의 결과에 따르면 A. bibraianus는 축산폐수 내 영양염류와 중금속 제거에 이용할 수 있을 것으로 사료된다.

Abstract

Since swine wastewater contains high concentrations of nutrients and heavy metals, it deteriorates water quality when discharged. Compared to conventional methods, bioremediation can be a promising method for its treatment. Specifically, microalgae have the potential to remove these pollutants. In this study, the removal of nutrients (nitrogen (N) and phosphorus (P)) and heavy metals (copper (Cu) and zinc (Zn)) from swine wastewater by Ankistrodesmus bibraianus was evaluated and the organism’s optimal growth conditions were investigated. The optimal growth conditions were established at 28°C, pH 7, and light and dark cycles of 14:10 h. The removal efficiencies of N and P by a single treatment (500, 1,000, 5,000, and 10,000 mg L-1) ranged from 22.9 to 80.6% and from 11.9 to 50.0%, respectively. The removal efficiencies of N and P in the binary treatments ranged from 16.4 to 58.3% and from 7.80 to 49.8%, respectively. The removal efficiencies of Cu and Zn by a single treatment (10, 30, and 50 mg L-1) ranged from 15.5 to 81.5% and from 6.28 to 34.3%, respectively. Similarly, the removal efficiencies of Cu and Zn in the binary treatments ranged from 16.7 to 74.5% and from 5.58 to 27.5%, respectively. In addition, the study showed the optimal growth conditions for microalgae and the removal efficiency of nutrients (N and P) and heavy metals (Cu and Zn), which could be applied to swine wastewater. Based on the results in this study, it appears that Ankistrodesmus bibraianus could be used for the removal of nutrients and heavy metals present in swine wastewater.

참고문헌 (37)

  1. 안치용, "N: P ratio 조절에 의한 미세조류 생장과 경쟁 제어", 환경생물, 31(2), pp.61~68 (2013), 한국환경생물학회
  2. Azov Y, "Free ammonia inhibition of algal photosynthesis in intensive cultures", Appl. Environ. Microbiol, 43, pp.735~739 (1982)
  3. Bailey SE, "A review of potentially low-cost sorbents for heavy metals", Water Res, 33, pp.2469~2479 (1999)
  4. Baker MD, "Toxicity of pH, heavy metals and bisulfite to a freshwater green alga", Chemosphere, 12, pp.35~44 (1983)
  5. Bates SS, "Zinc adsorption and transport by Chehlamydomonas varuiabilis and Scenedesmus subspicatus(Chlorophyceae)grown in semicontinuous culture 1", J. Phycol, 18, pp.521~529 (1982)
  6. 최희정, "온도, 광세기 및 pH에 따른 Chlorella Vulgaris 증식률", 대한환경공학회지, 33(7), pp.511~515 (2011), 대한환경공학회
  7. Conley DJ, "Controlling eutrophication: nitrogen and phosphorus", Science, 323, pp.1014~1015 (2009)
  8. Ehrlich HL, "Microbial Mineral Recovery" (1990), McGraw-Hill
  9. Engl A, "Biosorption of heavy metals by Saccharomyces cerevisiae : effects of nutrient conditions", J. Chem. Technol. Biotechnol, 63, pp.257~261 (1995)
  10. Ilavarasi A, "Optimization of various growth media to freshwater microalgae for biomass production", Bio-technol, 10, pp.540~545 (2011)
  11. Jung KY, "Comparison of liquid composting efficiency using liquid pig manure in different condition", Korean J. Environ. Agric, 17, pp.301~305 (1998)
  12. 강시온, "미세조류 옥외 배양시스템을 이용한 도시하수 정화 및 미생물 군집다양성 분석", 미생물학회지, 48(3), pp.192~199 (2012), 한국미생물학회[DOI]
  13. 김다희, "미세조류를 이용한 영양염류의 최적 처리조건과 운전특성 연구", 한국도시환경학회지, 13(1), pp.43~50 (2013), 한국도시환경학회
  14. 김필주, "OECD 양분수지를 이용한 축산선진국의 농경지 축산분뇨 이용실태 평가", 한국환경농학회지, 27(4), pp.337~342 (2008), 한국환경농학회
  15. 김선진, "Mixotrophic 미세조류를 이용한 유기물 및 영양염류 제거에 미치는 pH 및 폭기의 영향", 상하수도학회지, 27(1), pp.69~76 (2013), 대한상하수도학회
  16. 김태형, "LED 광원과 미세조류를 적용한 차세대 하폐수고도처리 시스템 개발", 박사, 환경응용과학과 환경공학전공, pp.2013
  17. Lananan F, "Optimization of biomass harvesting of microalgae, Chlorella sp. utilizing auto-flocculating microalgae, Ankistrodesmus sp. as bio-flocculant", Int. Biodeter. Biodegr., 113, pp.391~396 (2016)
  18. Lau PS, "Effect of algal density on nutrient removal from primary settled wastewater", Environ. Pollut., 89, pp.59~66 (1995)
  19. Lee HY, "Livestock wastewater treatment technology using microalgae", J. Bioindustry, 12, pp.36~39 (1999)
  20. 이장호, "실제 하수조건에서 고지질 함량 조류자원의 생체생성과 하수처리 특성 분석", 대한환경공학회지, 32(4), pp.333~340 (2010), 대한환경공학회
  21. 이장호, "실제 하수조건에서 조류-세균 복합군집의 생태적 상호작용 및 영양염류 제거 특성 규명", 대한환경공학회지, 33(5), pp.314~324 (2011), 대한환경공학회
  22. 이주연, "조류성장에 따른 하수 박테리아 군집 변화에 관한 분자생태학적 연구", 대한환경공학회지, 33(11), pp.847~854 (2011), 대한환경공학회
  23. Lee YK, "Microalgal mass culture systems and methods:their limitation and potential", J. Appl. Phycol, 13, pp.307~315 (2001)
  24. 리앙징, "생물흡착제 감태를 이용한 중금속 흡착특성", 한국폐기물자원순환학회지, 33(1), pp.85~91 (2016), 한국폐기물자원순환학회[DOI]
  25. 임병란, "양돈폐수의 영양염류 제거를 위한 녹조류 Chlorella vulgaris 성장 모형의 비교", 한국농공학회논문집, 52(6), pp.19~26 (2010), 한국농공학회
  26. Lim BS., "Effect of competitive interference on the biosorption of heavy metals by immobilized algae", MS, pp.2009
  27. Mehta SK, "Use of algae for removing heavy metal ions from wastewater: progress and prospects", Crit. Rev. Biotechnol, 25, pp.113~152 (2005)
  28. MOE, "Water Pollution Process Test Standards" (2011), Ministry of Environment
  29. Development of a BNR Process and a Bioethanol Production Technology using Microalgae, "MOE", Ministry of Environment, ~ (2014)
  30. Investigation on the Impact of Aquatic Ecosystem on Discharge Water Temperature and Establishment of Management Plan (I), "MOE", Ministry of Environment, ~ (2016)
  31. Munoz R, "Algal -bacterial processes for the treatment of hazardous contaminants: a review", Water Res, 40, pp.2799~2815 (2006)
  32. A Pilot Investigation on the Environmental Impact of the Livestock Manure and Organic Fertilizers (II), "NIER", National Institute of Environmental Research, ~, pp.NIER-RP2013-289 (2013)
  33. 오은지, "Chlorella vulgaris를 이용한 양돈폐수 내 영양염류 및 중금속 제거", 한국환경과학회지, 27(11), pp.1059~1072 (2018), 한국환경과학회[DOI]
  34. 박지수, "미세조류 Scenedesmus obliquus 영양염류와 중금속(Cu, Zn) 거동특성 및 축산 폐수 처리 적용성 평가", 공업화학, 30(2), pp.226~232 (2019), 한국공업화학회[DOI]
  35. 박기영, "축산폐수 고도처리를 위한 미세조류 Scenedesmus acuminatus의 이용 가능성", 한국농공학회논문집, 53(1), pp.63~69 (2011), 한국농공학회
  36. Richmond A, "Factors affecting the output rate of Spirulina platensis with reference to mass cultivation", Biomass, 10, pp.253~264 (1986)
  37. Wilkie AC, "Recovery of dairy manure nutrients by benthic freshwater algae", Bioresour. Technol, 84, pp.81~91 (2002)

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