암모니아성 질소 제거에 특화된 미세조류를 축산 폐수의 영양염을 최대한 흡수할 수 있도록 조작…폐수 내 요도감염 유발 박테리아도 감소
한국생명공학연구원 세포공장연구센터 안치용 박사팀은 양돈 농가에서 발생하는 폐수를 별도의 희석과정 없이도 정화하는 동시에 폐수 내 박테리아도 효과적으로 제어할 수 있는 미세조류 활용 기술 개발에 성공하였다고 밝혔다.
이를 통해 축산 폐수로 인한 환경오염 문제해결과 공중보건 증진에 이바지할 수 있을 것으로 기대되고 있다.
소득수준 향상과 식생활 변화로 축산물 소비량은 꾸준히 증가하고 있으며 이에 비례한 사육 규모의 확대로 축산 폐수 또한 늘어나고 있어 이로 인한 환경오염이 사회문제로 대두되고 있다.
특히, 축산폐수는 고농도의 유기물과 난분해성 유기물, 질소, 인 등을 포함하고 있어 이를 처리하기 위해서는 기술적, 경제적인 어려움이 크다.
축산폐수는 정화시설에서 처리 공정을 거쳐 배출하지만, 이 과정에서 병원성 박테리아를 제어하기 위해 오존처리와 같은 추가 공정으로 비용과 시간이 증가하는 한계가 있다.
이러한 한계를 극복하고 나아가 바이오연료나 유용물질을 생산할 수 있는 바이오매스까지 확보하기 위해 미세조류를 이용한 폐수처리 공정개발이 추진되고 있지만, 병원성 박테리아까지 제어할 수 있는 기술은 개발된 바가 없다.
연구팀은 고농도 암모니아성 질소 제거에 특화된 것으로 알려진 Coelastrella라는 미세조류를 질소 결핍 상태로 만들어 축산 폐수의 영양염을 보다 많이 흡수할 수 있도록 하였다.
개발된 미세조류는 실험실 환경에서는 암모니아의 99%와 화학적 산소요구량(chemical oxygen demand, COD)의 92%를 제거하였으며, 파일럿 규모에서도 실험실 환경의 80% 수준에 달하는 정화 효과가 있는 것을 확인하였다.
연구팀이 개발한 미세조류는 폐수 내 병원성 박테리아의 성장도 저해하였다. 정화된 폐수를 차세대 염기서열 분석으로 확인한 결과 폐수 내 박테리아의 다양성이 높아졌으며, 특히 요도감염을 유발하는 Oligella 계열의 병원성 박테리아가 현저히 감소함을 발견하였다.
연구책임자인 안치용 박사는 “미세조류를 활용한 양돈폐수 처리는 폐수 영양염을 바이오연료의 원료 즉, 바이오매스로의 전환 기술인 바이오-리파이너리(bio-refinery)와 폐수 내 병원성 박테리아의 효율적 제어라는 두 마리 토끼를 함께 잡은 연구”라며 “향후 더욱 다양한 축산 기반 폐수에 적용한다면 기존 폐수처리 시스템에 버금가는 폐수 고도처리 공정으로 발전될 수 있다”라고 밝혔다.
이번 연구는 마이크로바이옴 분야의 세계적인 저널인 Microbiome (IF 16.837) 2022년 08월 31일자 온라인 판에 게재되었으며, (논문명 : Extra benefit of microalgae in raw piggery wastewater treatment: pathogen reduction / 교신저자 : 안치용 박사 / 제1저자 : 이상아․김민식 박사) 과학기술정보통신부의 유용물질 생산을 위한 Carbon to X 기술개발사업과 한국생명공학연구원의 주요사업의 지원으로 수행되었다.
김지예 기자
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