카드뮴내성균(耐性菌)(Pseudomonas putida) 에 의한 균체내 카드뮴 축적 기작

조주식,허종수,한문규 한국환경농학회 1992 한국환경농학회지 Vol.11 No.1

카드뮴내성균인 Pseudomonas Putida C1의 세포 내 카드뮴 축적기작을 구명하기 위하여 균체내 축적된 카드뮴의 세포 구성성분별 분포도, 단백질 함량변화 및 세포구성물질의 변화를 조사한 결과, 세포내에 축적된 카드뮴의 약 57%는 cell wall에 분포되어 있었으며 약 43%는 cytoplasm에 분포되어 있었다. Cytoplasm에 축적된 카드뮴은 protein과 nucleic acid 두 성분 모두에 분포되어 있었으며, cell wall에 축적된 카드뮴의 약 84% 이상이 polyphosphate-polysaccharide fraction에 분포되어 있는 것으로 나타났다. 세포내 protein 합성에 미치는 카드뮴의 영향을 조사한 결과, 카드뮴 무첨가배지에서 생장한 균체와 카드뮴이 함유된 배지에서 생장한 균체의 세포내 protein 함량은 카드뮴을 첨가함으로써 감소되었으나, ammonium sulfate(30∼75% saturation)에 의하여 침전되는 soluble protein의 함량은 카드뮴을 첨가한 배지에서 생장한 균체에서 더 증가되었다. 고분자 가용성 단백질은 카드용 첨가배지에서 배양된 세포가 카드뮴 무첨가 배지에서 배양된 세포에 비하여 증가되었으나, 저분자 단백질 은 감소되었다. 따라서 세포내 protein의 합성은 카드뮴에 의하여 감소되었으나 ammonium sulfate(30-75% saturation)에 의하여 침전되는 고분자 단백질의 합성은 카드뮴에 의하여 촉진되는 것으로 나타났다. A mechanistic study by which Cadmium-tolerant P. Putida C1 accumulates high conc of Cd in its cell body was performed. Approximately 57% Cd accumulated was distributed on the cell wall and the other 43% portion was in cytoplasm. 84% Cd of the Cd in the cell wall fractions present in the polyphosphate-polysaccharide fractions, but most of Cd in the cytoplasm fraction was in protein and nucleic acid. Cadmium affected the protein synthesis in P. Putida. The intracellular protein content was decreased by cadmium addition, but the soluble protein precipitated by ammonium sulfate(30∼75% satruation) was increased as compared to that from the cells grwon without cadmium. Furthermore, in the cells grown with of cadmium, high-molecular-weight soluble protein was increased, with of cadmium, high-molecular-weight soluble protein was increased, compared with the cells grown without cadmium, but low-molecular-weight soluble protein was decreased. These results indicate that Cd inhibited the intracellular protein biosynthesis but enhance biosynthesis of the high-molecular-weight soluble protein precipitate by ammonium sulfate(30∼75% saturation).

완효성 피복요소의 수중/토양중 용출 특성 및 피복물질의 토양중 분해

조주식,강병화,하병연,손보균,정연규,김필주,이성태,허종수 한국토양비료학회 2001 한국토양비료학회 학술발표회 초록집 Vol.2001 No.5

카드뮴 내성균 ( Pseudomonas putida ) 의 균체내 카드뮴 축적특성 및 균체내 축적된 카드뮴의 회수

조주식,임영성,허종수 ( Ju Sik Cho,Yeong Sung Lim,Jong Soo Heo ) 한국물환경학회 1997 한국물환경학회지 Vol.13 No.1

Cadmium-tolerant bacteria, Pseudomonas putida which possessed the ability to accumulate cadmium, was isolated from mine wastewater polluted with various heavy metals. The characteristics of cadmium accumulation in the cells, recovery of the cadmium from the cells accumulating cadmium, were investigated. Removal rate of cadmium from the solution containing 100㎎/ℓof cadmium by Pseudomonas putida was more than 87% at 48 hours after inoculation of the cells. A large number of the electron-dense granules were found mainly on the cell wall and cell membrane fractions, when determined by transmission electron microscope. Energy dispersive X-ray spectroscopy revealed that the electron-dense granules were cadmium complex with the substances binding cadmium. The cadmium accumulated into the cells was not desorbed by distilled water, but more than 80% of the cadmium accumulated was desorbed by 0.1M-EDTA solution. The residues of the cells after combustion at 550% amounted to about 21% of the dry weight of the cells. EDS analysis showed that the residues were comparatively pure cadmium compound containing more than 81% of cadmium.

Column 장치를 이용한 도시쓰레기 침출수의 처리효과

조주식,허종수,이홍재,한문규 한국환경농학회 1992 한국환경농학회지 Vol.11 No.3

쓰레기 매립장 침출수를 모래, 연탄제, fly ash 및 활성탄을 각각 충전시킨 column에 8주간 매주 통과시켜 오염물질 제거율을 조사한 결과 COD는 활성탄 column에서 8주동안 평균 83%이상 제거되었으며, 연탄재와 fly ash column에서는 시간이 경과함에 따라 제거되는 비율이 낮아지는 경향이었으나 8주 평균 각각 45% 및 43% 제거되었고, 모레 column에서는 거의 제거되지 않았다. NH₄^+ -N는 모든 column에서 8주 평균 60%이상 제거되었으며, Hardness는 활성탄과 fly ash column에서는 8주간 지속적으로 제거된 반면 연탄재 및 모래 column에서는 불규칙적이었고 특히 8주째에는 거의 제거되지 않았다. PO₄^(3-)는 1주 이후부터 모든 column에서 불규칙적으로 제거되었으며, 특히 fly ash column에서는 4, 5주째 폐기물 침출수 원액에 비해 PO₄^(3-)가 4배 높게 나타났으며, Cl￣ 및 SO₄^(2-)등의 음이온은 1주 이후부터 모든 column에서 제거되지 않았으며, 이는 충전 물질과 침출수의 pH가 높았기 때문인 것으로 사료되었다. 각 column내 각 오염물질 흡착량을 토대로 각 횹착성분간 상관관계를 검토한 결과 활성탄, fly ash 및 연탄재 column에서는 양이온간에 서로 유의적인 정의 상관이 있었으며 모래 column에서는 유의적인 상관이 없었고, 활성탄과 fly ash column에서는 음이온간에 유의적인 상관이 있었다. 그리고 모든 column에서 양이온과 음이온간에는 대부분 유의적인 상관이 없었다. Municipal landfill leachate, a major source of soil contamination and ground water pollution, causes serious environmental problems. To investigate the removal efficiency of pollutants in the leachate by sand, briquet ash, fly ash, and activated carbon columns, COD and some pollutants in the leachate passed through each column for 8 weeks were examined. Average COD removal efficiency for 8 weeks was 83%, 45%, and 43% by activated carbon, briquet ash and fly ash columns, respectively. COD was not effectively reduced by sand column. Average NH₄^+ removal efficiency for 8 weeks was more than 60% by sil columns. Hardness was effectively removed for 8 weeks by fly ash and activated carbon columns. Anoins including PO₄^(3-), Cl￣ and SO₄^(2-) were not removed by all columns.

폐하수중 합성세제분해균을 이용한 다처리기능균주의 개발

조주식,임영성,허종수,이홍재,하영래,한문규 한국환경농학회 1993 한국환경농학회지 Vol.12 No.3

폐하수중 합성세제와 중금속을 동시에 효과적으로 처리할 수 있는 다처리기능균주를 개발코자 합성세제 분해능이 우수한 P. fluorescens S1과 Pb 축적균인 P. aeruginosa P1을 conjugation 시켜, 합성세제(ABS) 분해능과 Pb 축적능을 동시에 지니는 다처리기능균주 KE101, KE102 및 KE103을 개발하였다. 개발된 다처리기능균주는 Pb축적균인 P. aeruginosa P1 Plasmid가 합성세제 분해균인 P. fluorescens S1 세포내로 전달되었음을 확인하였다. 개발균주의 기질단독처리능력을 조사한 결과는 다음과 같다. 합성세제(ABS)만 단독처리했을 경우 개발균주의 합성세제(ABS) 분해능력은 합성세제 분해 원균주에 비하여 약간 감소하였으나 Pb축적 원균주의 합성세제(ABS) 분해능력에 비하여는 훨씬 증가되었다. Pb만 단독처리 했을 경우 개발균주의 Pb처리능력은 Pb축적 원균주에 비하여 감소하였으나 합성세제 분해원균주의 Pb처리능력에 비하여 월등히 증가되었다. 개발균주의 기질혼합 처리능력을 조사한 결과는 다음과 같다. 합성세제(ABS)와 Pb를 혼합처리했을 경우 개발균주 KE101의 합성세제(ABS) 분해능력은 합성세제(ABS)만 단독처리했을 경우에 비하여 악 30%정도 감소되었으며, Pb처리능력은 Pb만 단독처리했을 경우와 비슷하였다. 그리고 개발균주 KE102의 합성세제(ABS)와 Pb를 혼합처리했을 경우의 합성세제(ABS) 분해능력은 합성세제(ABS)만 단독처리했을 경우에 비하여 약 20% 감소되었으나, Pb처리능력은 Pb만 단독처리했을 경우에 비하여 약 25% 증가하였다. 따라서 개발균주 KE101 및 KE102 strain은 원균주의 각 기질처리능력에 비하여는 약간 떨어겼으나 합성세제(ABS)와 중금속의 일종인 Pb를 동시에 효과적으로 처리할 수 있는 능력을 지니고 있었다. To develop multifunctional microorganisms for effective wastewater treatment, the cell of P. aeruginosa P1 enable to accumulate lead in its cell were conjugated with the cell of P. fluorescens S1 enable to degrade efficiently synthetic detergents. The plasmids of the P. aeruginosa P1 and the P. fluorescens S1 were found in the cell of the conjugants when determined by agarose gel electrophoresis. The conjugants obtained from P. fluorescens S1 as a recipient cell and P. aeruginosa P1 as a donor cell possessed the ability to degrade synthetic detergents as well as to accumulate lead.

Enviromental Science: Global concern & Research challenge

조주식 한국환경농학회 2015 한국환경농학회 학술대회집 Vol.2015 No.-

정수처리과정중 응집및 여과에 미치는 조류의 영향

조주식,허종수,이홍재,임영성,송원섭 한국환경농학회 2000 한국환경농학회지 Vol.19 No.1

낙동강 원수에 대한 정수처리과정의 주요 공정인 응집과 여과에 미치는 조류의 장애를 조사하기 위하여 낙동강 하류지역인 칠서정수장 취수원에서 1995년 1월부터 1998년2월까지 발생되는 계절별, 종별 조류 천이과정과 조류가 응집과 여과에 미치는 영향을 실제 정수장에서 적용 사례를 중심으로 조사한 결과는 다음과 같다. 취수원인 낙동강의 Chlorophyll-a 농도는 최저 20.7㎍/ℓ에서 최고 180.9㎍/ℓ 이었고, 총질소와 총인의 농도는 각각 3.4㎎/ℓ와 0.1㎎/ℓ이상으로 년중 과영양상태로 평가되었다. 조류 우점종은 Stepanodiscus sp. → Asterionella sp. → Melosira sp. → Microcystis sp. → Synedra sp. → Stepanodiscus sp.로 천이되었다. 정수장애는 여과시 폐쇄 및 응집, 침전불량 이었고, 장애 발생빈도는 Stepanodiscus sp.와 Synedra sp.가 각각 42%와 38%이었다. 조류 개체수가 Stepanodiscus sp.와 Synedra sp.는 각각 1,820cells/㎖와 800cells/㎖일 때 정수장애가 시작되었다. Chlorophyll-a 농도가 18.9㎍/ℓ일 때 Alum과 PACS의 최적응집제 주입량은 각각 40㎎/ℓ과 16㎎/ℓ에서 처리수 탁도가 가장 양호하였으며, Chlorophyll-a 농도가 154.1㎍/ℓ로 증가될 때 Alum과 PACS의 최적응집제 주입량은 각각 75㎎/ℓ과 35㎎/ℓ에서 처리수 탁도가 양호하여 Chlorophyll-a 농도가 증가할수록 응집제 주입량이 증가하였다. 응집제를 최적으로 주입하였을때의 조류 제거율은 Stepanodiscus sp. 경우 Alum과 PACS 주입량이 각각 60㎎/ℓ과 30㎎/ℓ 일 때 각각 85%와 83%이었으며, Synedra sp. 경우 Alum과 PACS 주입량이 각각 50㎎/ℓ과 25㎎/ℓ일 때 각각 79%와 81%이었다. 여과지에 유입된 Synedra sp.의 개체수가 1,500cells/㎖일 때 여과지 폐쇄를 유발하였고, 이 때 여과지속시간은 8hr이었다. 여과지 폐쇄를 일으키는 대부분의 조류는 안트라사이트 표층으로부터 10㎝ 깊이에서 억류되었으며, Synedra sp.는 표층 5㎝ 깊이에서 97% 억류되었다. Seasonal variations of dominant algae species and the effects of these algae on coagulation and filteration of water treatment were investigated at Chilseo water treatment plant in downstream of Nakdong river from January in 1995 to Desember of 1998. The water quality of Nakdong river was found to he a hyper eutrophic state during the investigation periods. In the measurement, Chlorophyll-a contents ranged 20.7∼180.9㎍/ℓ and total nitrogen contents(T-N) and total phosphorus contents(T-P) exceeded more than 3.4㎎/ℓ and 0.1 ㎎/ℓ, respectively. The changes in dominant algae species was in the order of Stepanodiscus sp. Asterionella sp., Melosira sp., Microcystis sp. and Synedra sp. from spring to winter. Microcystis sp. especially, was blooming during summer and Synedra sp. and Stepanodiscus sp. during winter. Although most diatomous algae appeared in the water treatment process caused filter clogging and reduced efficiency of coagulation and sedimentation, Synedra sp. and Stepanodiscus sp were revealed as the main trouble algae. Malfunction of water treatment process caused by Synedra sp. and Stepanodiscus sp started at the algae concentrations of 800cells/㎖ and 1,820cells/㎖, respectively. When chlorophyll-a content was 18.9㎍/ℓ, the optimum amounts of coagulant were found to be 40㎎/ℓ of Alum and 16㎎/ℓ of PACS. Under condition of chlorophyll-a content of 154.1㎍/ℓ, addition of Alum at the level of 75㎎/ℓ and PACS at the level of 35㎎/ℓ showed the lowest turibidity. The result indicates that increased amounts of the coagulants should be added for a better water treatment as chlorophyll-a contents increased Addition of Alum at the amount of 60㎎/ℓ and 30㎎/ℓ of PACS removed Stepanodiscus sp. algae at the rate of 85% and 83%, respectively. In case of Synedra sp., 50㎎/ℓ of Alum and 25㎎/ℓ of PACS showed removal rates of 79% and 81%, respectively. Synedra sp. algae at the standing crops of 1,500cells/㎖ started filter clogging and a filtering process was completely inhibited after 8 hours. At this situation the filter clogging by Synedra sp. algae occurred at the depth of 5㎝ from the top anthracite layer. On the other, other algae did filter clogging at the depth of 10㎝.

아연 내성균의 균체내 아연 축적특성 및 균체내 축적된 아연의 회수

조주식,한문규,이홍재,허종수 한국환경과학회 1996 한국환경과학회지 Vol.5 No.3

This study was performed to develop the biological treatment technology of wastewater polluted with heavy metals. Zinc-tolerant microorganism, such as Pseudomonas chlororaphis which possessed the ability to accumulate zinc, was isolated from industrial wastewaters polluted with various heavy metals. The characteristics of zinc accumulation in the cells, recovery of the zinc from the cells accumulating zinc, were investigated. Removal rate of zinc from the solution containing 100 ㎎/ℓ of zinc by zinc-tolerant microorganism was more than 90% at 48 hours after inoculation of the microorganisms. A large number of the electron-dense granules were found mainly on the cell wall and membrane fractions, when determined by transmission electron microscope. Energy dispersive X-ray spectroscopy revealed that the electron-dense granules were zinc complex with the substances binding heavy metals. The zinc accumulated into cells was not desorbed by distilled water, but more than 80% of the zinc accumulated was desorbed by 0.1M-EDTA. The residues of the cells after combustion at 550℃ amounted to about 21% of the dry weight of the cells. EDS analysis showed that the residues were comparatively pure zinc compounds containing more than 79% of zinc.

물리화학적 전처리에 의한 중금속 내성세균의 균체내 중금속 축적 변화

조주식,허종수,이홍재 한국환경농학회 1997 한국환경농학회지 Vol.16 No.4

광산폐수, 산업폐수등으로 부터 Cd, Pb, Zn 및 Cu등의 중금속에 강한 내성을 지니고 있을 뿐만 아니라 균체내 중금속 축적능력이 우수한 중금속 내성 미생물 균주 Pseudomonas putida(Cd), Pseudomonas aeruginosa(Pb), Pseudomonas chlororaphis(Zn) 및 Pseudomonas stutzeri(Cu)를 각각 분리하여, 여러가지 물리화학적인 방법으로 세포를 전처리하여 세포구성성분을 인위적으로 조절한 후 세포내 중금속이온의 흡수 거동 및 조단백질 함량과 중금속 축적관계를 조사한 결과는 다음과 같다. 세포를 알카리로 전처리하였을 경우 세포내 중금속 축적은 매우 감소되었으며, 메탄올과 클로포름으로 전처리하였을 경우에는 중금속 축적에 큰 영향을 미치지 않았으나, 메탄올과 클로로포름으로 전처리한 후 다시 알카리로 재차 처리하였을 경우에는 중금속 축적이 매우 감소되었다. 전처리된 세포내 중금속 축적은 용출되지 않고 남아있는 조단백질 함량이 감소됨에 따라 더 얼마나 크게 감소되었으므로 세포 구성물질중 단백질이 중금속 축적에 중요한 역할을 하는 물질인 것으로 판단되었다. Heavy metal-tolerant microorganisms, such as Pseudomonas putida, P. aeruginosa, P. chlororaphis and P. stutzeri which possessed the ability to accumulate cadmium, lead, zinc and copper, respectively, were isolated from industrial wastewaters and mine wasewaters polluted with various heavy metals. Metal binding sites in the cells were investigated by extracting the components of the cells through pretreatments with hot water, acid, alkli, chloroform-methanol or chloroform-methanol/concentrated alkali. The heavy metal accumulation was drastically decreased by pretreatment with alkali or chloroform-methanol/concentrated alkali, but the heavy metal accumulation was not changed by pretreatment with chloroform-methanol. The amount of heavy metal accumulation was remarkably decreased by decreasing crude protein remaining in the cell. These results suggested that proteins of cell components played an important role on the heavy metal accumulation.

중금속오염폐수처리에의 미생물 이용 전망

조주식 한국응용생명화학회 1994 한국응용생명화학회 학술발표회 Vol.1994 No.1

As a basic research on applying the microbial strains which had been isolated and proved to remove heavy metals, such as Pb, Cd, Zn, and Cu in This laboratory to actual wastewater treatment, optimum condition of the treatment system with addition of single or multiple species of pollutants and microorganisms were investigated at small scale. Concentration of the bacterial inoculum was 3000㎎/L and 1500㎎/L of MLSS for treatment with single and multiple species, respectively. Removal rates of heavy metals were expressed at HRT`s (Hydraulic Retention Time) of 12, 24, and 48 hr. Removal rates of Pb, Cd, Zn, and Cu after 12 days at HRT of 24hr with addition of single and multiple species were 93%, 90%, 80%, and 39%, and 75%, 90%, 74%, and 48%, respectively. Judging from these results, treatment capability of the isolated strains is excellent. Hence, the microorganisms are expected to be applicable to actual wastewater treatment.