대한환경공학회지 (Journal of Korean Society of Environmental Engineers)

  • 제28권2호
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  • Pages.128-136
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  • 2006
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  • 1225-5025(pISSN)
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  • 2383-7810(eISSN)
대한환경공학회 (Korean Society of Environmental Engineers)
권호 표지

불량매립지 안정화 지표 개발을 위한 분자생물학적 기술의 적용

Application of Molecular Biological Technique for Development of Stability Indicator in Uncontrolled Landfill

  • 발행 : 2006.02.28
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초록

본 연구에서는 분자생물학적인 방법을 이용하여 침출수 내의 미생물 군집 분석을 통한 매립지의 안정화 정도를 평가하는 기술을 개발하고자 하였다. 국내 사용종료매립지 중 정밀조사대상매립지 244개소를 대상으로 기초자료 조사 및 현장답사를 통해 천안 J 매립지와 원주 T 매립지를 연구대상 매립지로 선정하였다. 각 매립지의 침출수 시료에서 genomic DNA를 추출한 후 PCR을 이용한 16S rDNA 클로닝 과정을 거쳐 매립지 침출수 내에 분포하는 미생물 군집의 유전적 다양성을 확인하였다. 또한 탈질화 및 메탄생성 유전자를 대상으로 competitive PCR과 Real-Time PCR을 이용한 미생물 정량을 실시하여 오염인자와의 상관관계를 확인하였다. 분석된 DNA sequence를 BLAST search한 결과 97% 이상 유사성을 보이는 근연종은 J 매립지, T 매립지 각각 47.6%, 32.1%로 나타났으며 이 중 Proteobacteria phylum이 가장 많이 분포하는 것으로 나타났다. 탈질화 유전자 정량 결과 매립종료 후 경과기간이 13년인 T 매립지에 비해 7년인 J 매립지메서 nirS gene, cnorB gene이 각각 약 7배, 4배 정도 많이 분포하고 있는 것으로 확인되었다. 또한 메탄생성 유전자 정량 결과 J 매립지 내부 침출수(J1)에서 가장 많이 분포하고 있는 것으로 나타났으며, 매립지에서 지하수 흐름 방향으로 멀어질수록 미생물 개체수가 급격히 감소함을 확인하였다. nirS gene, cnorB gene 및 MCR gene의 개체수와 TOC, $NH_3-N,\;NO_3-N,\;NO_2-N,\;Cl^-$, alkalinity에 대한 비교 분석결과 $NO_3-N$을 제외하고 최대 99% 이상의 높은 상관관계를 보였다. 불량매립지로부터 침출수의 유출에 의한 경계 영역 주변에 대한 분자생태학적 영향평가 결과 종래 대표적인 수질평가 분석 항목과의 상관관계가 매우 높게 관측되어 분자생물학적 기술을 영향역 설정 및 안정화 지표로서 충분히 활용할 수 있음을 확인하였다.

This study was conducted for developing the stability parameter in uncontrolled landfill by using a biomolecular investigation on the microbial community growing through leachate plume. Landfill J(which is in Cheonan) and landfill T(which is in Wonju) were chosen for this study among a total of 244 closed uncontrolled landfills. It addressed the genetic diversity of the microbial community in the leachate by 165 rDNA gene cloning using PCR and compared quantitative analysis of denitrifiers and methanotrophs with the conventional water quality parameters. From the BLAST search, genes of 47.6% in landfill J, and 32.5% in landfill T, respectively, showed more than 97% of the similarity where Proteobacteria phylum was most significantly observed. It showed that the numbers of denitrification genes, i.e. nirS gene and cnorB gene in the J site are 7 and 4 times higher than those in T site, which is well reflecting from a difference of site closure showing 7 and 13 years after being closed, respectively. In addition, the quantitative analysis on methane formation gene showed that J1 spot immediately bordering with the sources has the greatest number of methane formation bacteria, and it was decreased rapidly according to distribute toward the outer boundary of landfill. The comparative investigation between the number of genes, i.e. nirS gene, cnorB gene and MCR gene, md the conventional monitoring parameters, i.e. TOC, $NH_3-N,\;NO_3-N,\;NO_2-N,\;Cl^-$, alkalinity, addressed that more than 99% of the correlation was observed except for the $NO_3-N$. It was concluded that biomolecular investigation was well consistent with the conventional monitoring parameters to interpret their influences and stability made by leachate plume formed in downgradient around the uncontrolled sites.

키워드

참고문헌

  1. Status report on policy of environment conservation. MOE (Ministry of Environment, Korea)(2003)
  2. 정밀조사대상 매립지 정밀 조사 결과, 환경부(2000)
  3. 이남훈, 김 경, 이채영, 전연호, 이철효, '폐기물매립지 안정화 평가기법 개발에 관한 사례연구,' 한국폐기물학회 추계학술연구발표회 논문집, 계명대학교, 대구, pp. 53 -56 (2000)
  4. Youcai, Z., Zhugen, C, Qingwen, S., and Renhua, H., 'Monitoring and long-term prediction of refuse composition and settlement in large-scale landfill,' Waste Management & Research, 19, 160-168(2001) https://doi.org/10.1177/0734242X0101900207
  5. Kumar, D. and Alappat, B. J., 'Monitoring leachate composition at a municipal landfill site in New Delhi, India,' Int. J. Environment and Pollution, 19(5), 454 - 465(2003) https://doi.org/10.1504/IJEP.2003.004322
  6. 정승현, 신현무, 정병곤, '매립지 사용기간 경과에 따른 침출수 특성변화,' 대한환경공학회 춘계학술연구발표회 논문집, 한국과학기술원, 대 전, pp. 984-992(2003)
  7. Amann, R. I., Ludwig, W., and Schleifer, K. H., 'Phylogenetic identification and in situ detection of individual microbial cells without cultivation,' Microbiol. Rev., 59, 143 - 169(1995)
  8. 김여원, 민병례, 최영길, '지하수 세균 군집의 유전적 다양성,' Korean J Environ. Biol., 18(1), 53-31(2000)
  9. Tanner, M. A, Everett, C. L.., Coleman, W. J., Yang, M. M., and Youvan, D. C, 'Complex Microbial Communities Inhabiting Sulfide-rich Black Mud from Marine Coastal Environments,' Biotechnology et alia, 8, 1 - 16 (2000)
  10. Gregory, L.. G., Karakas-Sen, A, Richardson, D. J., and Spiro, S., 'Detection of genes for membrane-bound nitratereductase in nitrate-respiring bacteria and in community DNA,' FEMS Microbiol Lett., 183, 275 -279(2000) https://doi.org/10.1111/j.1574-6968.2000.tb08971.x
  11. Prieme, A, Baker, G., and Tiedje, J. M., 'Diversity of nitrite reductase (nirK and nirS) gene fragments in forested upland and wetland soils,' Appl. Environ. Microbial., 68, 1893 - 1900(2002) https://doi.org/10.1128/AEM.68.4.1893-1900.2002
  12. Liu, X., Tiquia, S. M., Holguin, G., Wu, L., Nold, S. C., Devol, A. H., Luo, K., Palumbo, A. V., Tiedje, J. M., and Zhou, J., 'Molecular diversity of denitrifying genes in continental margin sediments within the oxygen-deficient zone off the pacific coast of Mexico,' Appl. Environ. Microbial., 69(6), 3549-3560(2003) https://doi.org/10.1128/AEM.69.6.3549-3560.2003
  13. Baker, G. and Tiedje, J. M., 'Nitric oxide reductase(norB) genes from pure cultures and environmental samples,' Appl. Environ. Microbial., 69, 3476-3483(2003) https://doi.org/10.1128/AEM.69.6.3476-3483.2003
  14. Scala, D. and Kerkhof, L. J., 'Diversity of nitrous oxide reductase(nosZ) genes in continental shelf sediment,' Appl. Environ. Microbial., 65, 1681 - 1687(1999)
  15. Hales, B. A., Edwards,C., Ritchie, D. A, Hall, G., Pickup, R. W., and Saunders, J. R., 'Isolation and identification of methanogen-specific DNA feom blanket bog peat by PCR amplification and sequence analysis,' Appl. Environ. Microbial., 62, 668 - 675(1996)
  16. 정량 PCR : cPCR과 Real-Time PCR, Bio. Information Doner, http://bifido.net, July(2001)
  17. Lee, J. Y, Cheon, J. Y, Kwon, H. P., Yoon, H. S., Lee, S. S., Kim, J. H., Park, J. K., and Kim, C. G., 'Comparison of Hydrogeologic and Hydrochemical Conditions between Two Uncontrolled Landfills,' submitted to Soil and Sediment Contamination(2005)