2023.04.12 – (사이언스스토리) – 환경오염과 미생물 – 01
수생 환경에서 생분해
낮은 기질 농도에서 세균 대사
폐수 처리장과 달리 많은 자연수에는 유기물이 거의 포함되어 있지 않으므로 미생물 밀도가 낮습니다.
특정 화합물의 생분해가 발생하면 종종 심각한 양분 제한 조건에서 진행되며 낮은 제한 양분 농도에서는 성장 속도가 매우 낮습니다.
결과적으로 많은 오염 물질이 천천히 분해되며, 이는 이러한 시스템의 에너지 입력이 미생물 개체수를 유지하기에 불충분함을 의미합니다.
생존 인구가 그 이하로 유지될 수 없는 하한선이라는 개념이 개발되었습니다.
매우 낮은 기질 농도에서 경쟁하는 유기체는 기질 이용에 대해 높은 친화력(예: 매우 낮은 Ks) 시스템이 더 효과적일 것입니다.
실제로 일부 유기체는 높고 낮습니다.
Ks 시스템의 공동 소유권에 대한 증거가 있습니다.
그럼에도 불구하고 일부 화합물은 성장을 지원하기에 충분한 농도로 존재하지 않지만 다른 방식으로 분해될 수 있습니다.
공동 대사
Cometabolism 또는 cooxidation은 미생물이 성장을 위해 동화될 수 있는 탄소, 에너지 또는 기타 영양소를 유도하지 않고 특정 화합물을 부분적으로 변환할 수 있는 대사입니다.
이것은 유기체의 주요 탄소원의 분해와 관련하여 발생하는 것으로 생각되며 일부 효소는 기질에 덜 특이적이고 다른 화합물에 작용할 수 있기 때문에 매우 느린 과정입니다.
부분적으로 분해된 물질은 원래 물질을 분해할 수 없는 다른 미생물에 의해 완전히 분해될 수 있다.
공동대사는 특히 환경에서 분해하기 어려운 지환족 화합물의 분해에 중요한 경로이며, 살충제 분해에도 중요하다.
2,4,5-T 및 2.3.6-트리클로로벤조산은 모두 공동 대사될 수 있습니다.
혼합 배양에 의한 공동 대사는 이전에 다루기 힘든 것으로 간주되었던 화합물의 광범위한 분해가 발생할 수 있다는 제안을 검증할 수 있습니다.
그러나 자연 환경에서보다 실험실 배양에서 이러한 화합물 중 일부의 공동 대사를 입증하는 것이 훨씬 쉽습니다.
단일 탄소원으로 작용할 수 없고 현재 생분해성을 평가하기 위해 사용되는 여러 테스트에서 부정적인 결과를 나타내는 것은 동시 대사 화합물의 명백한 특성입니다.
공동 대사가 발생하는지 여부는 사용되는 주요 기질에 따라 달라집니다.
공동대사 변환에 관여하는 효소가 지속적으로 생산되는 구성효소가 아니라 간헐적으로 생산을 유도하는 유도효소라면 공동대사가 일어나기 위해서는 유도물질이 존재해야 한다.
하다.
생분해성 시험
수생 환경으로 방출되는 화학 오염 물질의 영향은 농도에 따라 크게 달라지며 농도는 분해 속도에 따라 결정됩니다.
물에서의 생분해는 중요한 경로이며, 이를 정량화하기 위해 화학 물질의 수 증가만큼 다양한 테스트가 개발되었습니다.
일상적으로 사용하려면 이러한 테스트가 빠르고 간단해야 합니다.
경제협력개발기구(OECD)는 다양한 환경에서 생분해성 시험을 두 가지 주요 범주인 즉석 생분해성 및 고유 생분해성 시험으로 분류할 것을 권장했습니다.
폐수 처리 조건의 에뮬레이션과 관련된 세 번째 테스트는 이후 게시물에서 논의될 것입니다.
(1) 빠른 생분해성
쉽게 생분해되는 물질은 테스트 접종물에 의해 단일 탄소 및 에너지원으로 사용될 수 있으며 테스트 시작 후 28일 이내에 매우 분해됩니다.
일부 테스트는 적절한 박테리아를 접종하고 희석된 테스트 혼합물이 포함된 영양분 및 무기염 용액이 들어 있는 밀봉된 병에서 용존 산소 농도의 감소를 측정한다는 점에서 생화학적 산소 요구량(BOD) 테스트와 유사합니다.
하다.
다른 테스트에는 폭기된 테스트 혼합물에서 생성된 이산화탄소 측정이 포함됩니다.
OECD는 5개의 급속 생분해성 테스트에 특정 항목을 할당했습니다.
이들 모두의 공통적인 특징은 일단 성능 저하가 시작되면 10일 이내에 합격 레벨에 도달해야 하지만 테스트 시작 후 28일 이내에 합격 레벨에 도달해야 한다는 것입니다.
수정된 AFNOR(Association Francaise de Normalization) 테스트는 40mg/L(탄소 함량)의 테스트 용액 농도에서 용존 유기 탄소(DOC)의 감소를 측정합니다.
통과수는 70% DOC 감소이며 mL당 최소 10^5 박테리아 수를 포함하는 오염된 지표수 샘플 3개에서 접종물을 만듭니다.
세포를 0.22 μm 공극 필터 멤브레인에 수집하고 mL당 (5±3)X10^7의 최종 농도로 재혼합했습니다.
접종물의 적절한 활성은 포도당 분해로 확인하며, 그 중 80%는 7일 이내에 해결되어야 합니다.
Glucolysis는 또한 테스트 화합물이 억제제인지 여부를 결정하는 데 사용됩니다.
멸균 컨트롤도 테스트에 포함됩니다.
수정된 Sturm 테스트는 이산화탄소가 없는 공기로 폭기된 10 ~ 20 mg/L의 테스트 화합물 용액에서 이산화탄소 생산 측정을 기반으로 합니다.
합격 수준은 이론적 이산화탄소 생산량의 60%를 생산하는 것입니다.
이산화탄소는 수산화바륨 용액에서 불용성 탄산바륨으로 포집되며, 남은 수산화바륨은 산 적정으로 결정됩니다.
사용된 접종물은 산업폐수에 노출되지 않은 상태에서 얻은 활성오니를 혼합하여 침전시켜 얻은 상등액이다.
수정된 MITI 테스트는 용존 산소 프로브(DO 전극)가 장착된 폐쇄 시스템에서 BOD 감소를 측정하기 위해 일본에서 개발된 방법입니다.
사용된 접종물은 매우 다른 위치에서 채취한 혼합 샘플에서 얻은 거칠게 여과된 활성 슬러지의 상청액입니다.
통과 수준이 60% BOD 감소인 이 테스트는 BOD 테스트와 매우 유사합니다.
시험물질은 2~10mg/L 정도 사용한다.
사용된 접종물은 동량의 거칠게 여과된 정원 토양 현탁액과 하수 유출물 및 실험실 규모 활성 슬러지 모델의 유출물의 혼합물입니다.
수정된 OECD 테스트는 유사한 접종물을 사용하여 어두운 곳에서 폭기하는 동안 테스트 물질의 최종 생분해성을 5~40mg/L(탄소)로 결정합니다.
이러한 기술의 표준화는 접종 균주의 품질과 기능이 다양하기 때문에 어렵습니다.
표준물질은 권장하지 않지만 아닐린, 아세테이트 또는 벤조에이트를 사용하여 접종 기능을 테스트합니다.
(2) 본질적인 생분해성
본질적인 생분해성에 대한 테스트는 물질이 생분해될 수 있는 가능성을 결정하기 위해 고안되었습니다.
고유 생분해성 시험에서 얻은 음성 결과는 때때로 물질이 수중 환경에 남아 있다고 가정할 수 있음을 의미합니다.
20% 이상의 분해 수준은 본질적인 1차 분해의 증거로 간주될 수 있으며, 70% 이상의 광물화는 궁극적인 분해의 증거로 간주될 수 있습니다.
수정된 SCAS 테스트는 활성 슬러지 채우기 및 인출 시스템을 사용하며, 이 시스템은 폭기되고 23시간 동안 침전되어 상층액을 침전된 생활 하수로 대체합니다.
테스트는 컨트롤 역할을 하는 한 유닛과 20 mg/L 농도의 테스트 물질을 포함하는 DIC 역할을 하는 다른 유닛과 동시에 수행됩니다.
이 테스트는 최소 12주 동안 실시됩니다.
수정된 Zahn-Wellens 테스트에서 활성 슬러지(0.2 – 1.0 g/L)는 28일 동안 DOC로서 50 – 400 mg/L 농도의 테스트 물질을 포함하는 영양분 및 미량 원소의 용액에서 폭기됩니다.
수정된 MITI(II) 테스트는 기존의 BOD 테스트와 매우 유사하지만 접종원으로 100mg/L 농도의 활성 슬러지를 사용하는 급속 생분해도에 대한 동등한 테스트와 유사합니다.
출처 : 환경미생물학 / 도서출판 화수목