[미생물]
○기출문제
-Autotrophic(독립영양)과 Heterotrophic(종속영양) 비교 설명
-활성슬러지미생물의생리적인 특성에 의한 분류4가지
- 개요
1) 하천에 투입된 오염물질이 하천 내 미생물에 의해 분해되거나 물리적인 침전, 여과등을 통해 제거되는 과정을 자정작용이라고함.
2) 유기물은 수중의 미생물에 의해 탄산가스와 물로 분해됨과 동시에 발생되는 에너지는 새로운 생물체를 합성하는데 이용됨.
3) 미생물 물질대사는 물질이 분해되며 에너지를 생성하는 이화작용과 유기물이 분해되면서 세포로 합성되어 제거되는 과정인 동화작용으로 구분되며 이러한 물질대사를 통해 하천등의 오염물질을 제거함.
2. 에너지 생성
1) 물질대사
(1) 이화작용(Catabolism) : 크고 복잡한 분자 → 작고 단순한 분자 → 에너지 생산
(2) 동화작용(Anabolism) : 단순한 분자 → 복잡한 분자로 재구성 → 에너지 이용
2) 미생물의 에너지원
(1) 광 영양생물 → 태양광
(2) 유기영양생물 → 화학유기영양
(3) 무기영양생물 → 화학무기영양
3) ATP
ATP는 서로 다른 화학 반응 간에 화학적 에너지를 전달하는데 사용된다. 세포에는 소량의 ATP만 존재하고, 에너지 요구량에 부합하기 위해 세포는 계속해서 ATP를 빠르게 재생성한다.
ATP는 동화작용과 이화작용 사이에서 다리 역할을 한다. 이화작용은 분자를 분해하는 과정이고 동화작용은 결합하는 과정이다. 이화작용을 통하여 ATP가 생산되고 동화작용은 ATP를 소모한다. 그 밖에도 ATP는 인산화 반응에서 인산기를 운반하기도 한다.
3. 이화작용 3단계
반응식
1) 1단계 : 단백질, 다당류, 지질등의 큰 유기분자를 세포 바깥의 작은 성분으로 소화
2) 2단계 : 1단계 분해산물의 세부적 분해
→ 호기성, 혐기성조건에서 모두 가능
→ NADH, FADH2, ATP 일부생성
3) 3단계 : 에너지원의 완전이용
→ TCA cycle, 전자전달계 포함
→ 다량의 에너지 생성
→ 호기성 반응
1) 1단계 : 아미노산, 단당류, 아이소프레노이드등의 전구물질을 생산한다.
2) 2단계 : ATP에 저장된 에너지를 이용하여 전구물질을 활성이 있는 형태로 바꾼다.
3) 3단계 : 전구물질을 조립하여 단백질, 다당류, 지질핵산등 복잡한 분자를 생산한다.
5. 내호흡
반응식
1) 영양소가 없거나 불충분하여 합성된 세포를 소모하여 에너지원으로 사용한다.
2) 세균류는 증식하면서 일부 자산화에 의해 산화분해 한다.
dPAO(denitrifying Phosphorus Accumulating Organisms) 질소 인 동시제거 미생물
1.개요
dPAO(denitrifying Phosphorus Accumulating Organisms)란 활성슬러지 공법에서 질소와 인을 동시에 제거할 수 있는 미생물로 인축적미생물인 PAOs중 최종전자수용체로서 산소와 질산성질소를 동시에 사용가능한 미생물이다.
국내 하수의 경우 유입되는 질소와 인의 농도가 유기물 농도가 낮아 부하가 발생한다.
dPAO는 무산소조에서 탈질과 인의 과잉섭취를 동시에 진행하고 낮은 유기물농도에서도 질소와 인 동시 제거가 가능해 외부탄소원이 필요없어 효과적이다.
2. 원리
1) 혐기상태
혐기성 대사의 산물인 VFA (Volatile fatty acids)가 생성되고 dPAO는 VFA를 PHB형태로 세포내에 축적시킨 후 인의 방출이 이루어진다.
이때 필요한 에너지는 생명체가 에너지를 얻는 방법인 ATP - ADP의 순환을 통해 얻는다.
2) 무산소상태
PAO 미생물들이 NO3-N를 최종전자수용체로 이용하여 PHB 산화, 인의 과잉섭취, 탈질 반응이 일어난다.
3) 호기성상태
dPAO가 O2를 최종 전자수용체로 이용하여 PHB산화, 질산화, 인 과잉섭취가 이루어 진다.
제거원리 그래프
3. dPAO 특징
1) dPAO 미생물은 증식계수가 낮아 슬러지 발생량이 적다.
2) 혐기조에서 세포내 축적한 유기물을 탈질에 이용하므로 탈질효율이 높아지고 외부탄소원 사용량이 저감된다.
3) 호기성 조건에서 PHB산화를 위한 산소요구량을 절감할수 있다.
Autotrophic(독립영양)과 Heterotrophic(종속영양) 비교 설명
- 개요
1) Autotrophic(독립영양)
독립영양생물은 자연속에 존재하는 이산화탄소, 암모늄이온, 황이온등의 무기물을 영양물질로 이용하여 성장하는 생물로 일부 식물과 세균이 이에 속한다.
독립영양생물은 에너지반응에서 유기물 대신 무기물을 이용한다는것이 특징이며 몸을 구성하는 유기물 또한 무기물로부터 합성해낸다.
독립영양생물은 빛에너지를 이용하는 광합성 독립영양생물과 화학반응에너지를 이용하는 화학합성 독립영양생물로 구분된다.
2) Heterotrophic(종속영양)
종속영양생물은 독립영양생물이 생성한 유기화합물을 이용하며 먹이사슬에 구조에서 소비자 또는 분해자가 된다.
인간,동물,식물,세균 영양물질을 이용하여 성장하는 대부분이 종속영양계에 속한다.
종속영양생물은 화학적 반응에 의해 에너지를 취하는 화학합성 종속영양생물과 광반응에 의해 에너지를 얻는 광합성 종속영양생물로 구분된다.
2. Autotrophic(독립영양)과 Heterotrophic(종속영양) 비교
|
미생물 종류
|
에너지원
|
수소,전자
|
탄소원
|
|
광무기 독립영양생물
|
빛에너지
|
무기수소, 전자(H/e^-)공여체
|
CO2
|
|
광유기 종속영양생물
|
빛에너지
|
유기수소, 전자(H/e^-)공여체
|
유기탄소원
|
|
화학무기 독립영양생물
|
무기물
|
무기수소, 전자(H/e^-)공여체
|
CO2
|
|
화학유기 종속영양생물
|
유기물
|
유기수소, 전자(H/e^-)공여체
|
유기탄소원
|
출처 위키백과
|
구분
|
종속영양
미생물
|
독립영양
미생물
|
탈질
미생물
|
인제거
미생물
|
|
기작
|
유기물제거
|
질산화
|
탈질
|
인제거
|
|
DO
|
필요
|
필요
|
불필요
|
혐기조:불필요
호기조:필요
|
|
경쟁력순위
|
1
|
경쟁x
|
2
|
3
|
미생물의 성장에서 증식과정, 미생물의 성장과 F/M비
- 미생물의 성장과정
미생물의 성장은 여러 인자조건에 의해 정해지는데 일반적으로 하폐수에서는 유입수의 영양물질, 유기물질등의 의해 서식조건이 조성된다.
여러 조건에 따라 미생물은 구조 및 크기가 증가하면서 세포분열을 일으키고 세포수가 늘어나는 증식을 하게된다.
미생물은 보통 이분법(Binary fission)에 의해 증식되며 이분법은 하나의 모세포에서 두개의 세포로 등분되는것을 뜻한다.
2. 성장과정
1) 대수성장단계
미생물을 새로운 환경에 적응하기위한 잠복기를 거쳐 대수성장기에 돌입하게 되는데 대수성장기에서의 미생물은 신진대사율이 가장 높고 활발하게 증식한다.
유기물 제거율을 가장 높게하기 위한 성장 단계로 BOD제거율과 침강성이 안좋다.
2) 감소성장단계
대수성장을 마친 미생물이 안정기에 들어가는 단계로 대수성장한 미생물이 소비할 영양분이 부족하여 점차 번식률이 감소하는 단계로 Floc의 형성 시작, 침전성의 양호, BOD제거효율 증가등 수처리에 이용되는 단계이다.
3) 내생성장단계
먹이가 부족해진 미생물은 서로 경쟁하며 점차 자산화에 돌입한다. 자산화가 진행된 미생물들은 Floc이 가벼워지며 Pin-ploc이 발생된다. 미생물의 분해는 더이상 일어나지 않는 최종단계로 BOD제거율이 가장 높고 침강성이 좋다.
미생물 증식곡선 / 출처 위키배움터
미생물 성장곡선 / 출처 위키배움터
3. 미생물의 성장과 F/M비
1) F/M (Food/Microorganism Ratio)비란 반응조내의 유기영양물과 미생물량의 비를 나타낸것으로 미생물 대비 먹이의 양이라는 뜻으로 사용되며 F/M비가 높을수록 대수성장단계를 나타낸다.
2) F/M비 계산식
출처 위키배움터
*적정 F/M비 : 0.2~0.4kg BOD/kg MLSS 일
3) F/M비에 따른 특성
|
F/M비 높을때
|
F/M비 낮을때
|
|
대수성장단계
|
내생성장단계
|
|
신진대사율 최고단계
|
신진대사율 감소단계
|
|
Floc의 응집성,침강성이 안좋다
|
Floc의 응집성,침강성이 좋다
|
|
BOD 제거율이 낮다
|
BOD 제거율이 높다
|