활성 슬러지 기반의 다양한 공정으로 하·폐수에서 질소 화합물을 제거하는 방법이 성공적으로 개발되어 왔다. 매질에 고정화된 미생물은 바이오매스 농도를 증가시켜 생물학적 효율을 향상시켰으나, 매질 내 미생물 군집 조성은 충분히 규명되지 않았다. 폴리비닐 알코올과 폴리에틸렌 글리콜을 이용한 고정화 매질로 수정된 Ludzack-Ettinger(MLE) 공정을 운전하였다. 호기성 반응기에서는 MLSS를 50,000 mg/L로 유지하였고, 무산소(혐기성/무산소) 반응기에서는 매질에 의해 40,000 mg/L로 유지하였다. 유입수의 암모늄 중 99%는 산화되었으나, 미생물 성장으로 인해 생성된 유기성 질소는 운전 동안 총 산화율을 감소시켰다. C/N 비를 4.5로 조정하기 위해 포도당을 첨가한 결과 질산염 환원 속도가 증가하였다. 총질소 농도를 기준으로 C/N 비 조정 후 질소 제거 효율은 48.2%였으며, 이는 MLE에서 질소 제거 효율의 중간 범위를 나타냈다. 미생물 군집 조성은 16S rRNA 유전자의 V3-V4 영역을 대상으로 한 NGS 기법을 통해 호기성 및 무산소 매질 간에 비교하였다. 호기성 및 무산소 매질 모두에서 Proteobacteria가 우점 문(門)이었으며, 호기성 매질에서 39.7%, 무산소 매질에서 65.9%였다. Bacteroidetes가 두 번째로 큰 문이었다. 호기성 매질에서 우점 속(genus)은 Nitrospira와 Povalibacter였다. 질산화 관련 속의 비율은 45%였다. 반면, 무산소 매질에서는 Desulfomicrobium, Desulfobulbus, Methyloversatilis가 우점도 순으로 우점 속이었다. Dechloromonas와 Flavobacterium을 포함한 환원탈질 관련 총 속의 비율은 63%였다. 각 반응기에서의 미생물 개체군은 QIIME 2 알고리즘을 이용해 다양성 측면에서 비교하였다. α-다양성의 Chao1 지수 값은 호기성 및 무산소 매질에서 각각 606.05와 415.53으로, 무산소 매질보다 호기성 매질에서 더 높은 개체군 다양성을 보였다. 고정화된 호기성 및 무산소 매질에서의 미생물 군집은 하·폐수 처리 공정에서의 향후 미생물 연구에 도움이 될 것이다.

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