KR19990083856A - 난분해 독성화학물질을 분해하는 세균 공동체 이비씨1000 및이를 이용하여 산업폐수, 폐기물, 토양 등을 오염시키는 난분해독성화학물질을 생물학적으로 교정하는 방법 - Google Patents

난분해 독성화학물질을 분해하는 세균 공동체 이비씨1000 및이를 이용하여 산업폐수, 폐기물, 토양 등을 오염시키는 난분해독성화학물질을 생물학적으로 교정하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 난분해 독성화학물질을 분해하는 신규한 세균 공동체 EBC1000(KCTC 0652 BP) 및 이를 이용하여 해역으로 배출되는 난분해성 산업폐수, 유해폐기물 및 염소화합물을 분해처리하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 신규한 세균 공동체 EBC1000(KCTC 0652 BP)은 호기성 및 통기성 균주들로서 배양이 간편하며, 주로 폐산, 폐알카리 계통의 난분해성 유기화학물질(IPA, MC, DMA, AN, SHS, BD, Tamol-SN, EDTA, FES, TDDM, PMH, DEHA, MeOH, NaOH, CH3CN 등의 폐액성 폐기물) 및 염소화합물로 오염된 폐수, 폐기물, 토양, 목재 등에서도 고농도의 유해물질을 빠른 시간내에 분해하여 환경오염의 방지와 오염된 환경의 정화, 재생에 탁월한 효과가 있다.

Description

난분해 독성화학물질을 분해하는 세균 공동체 이비씨1000 및 이를 이용하여 산업폐수, 폐기물, 토양 등을 오염시키는 난분해 독성화학물질을 생물학적으로 교정하는 방법{Baterial Consortium EBC1000, and A Method Using Bacterial Consortiuim EBC1000 for Remedying Biologically Recalcitrant Toxic Chemicals Contaminated in Industrial Wastewater, Waste Materials and Soils}
본 발명은 난분해 독성화학물질을 분해하는 신규한 세균 공동체 EBC1000 및 이를 이용하여 산업폐수, 폐기물, 토양 등을 오염시키는 난분해 독성화학물질을 생물학적으로 교정하는 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 토양, 폐수에서 분리되고, 고농도의 염소화합물 및 2만∼10만 ppm(CODMn)의 화학적 산소요구량을 나타내는 폐산, 폐알카리 계통의 난분해성 유기화학물질(IPA, MC, DMA, AN, SHS, BD, Tamol-SN, EDTA, FES, TDDM, PMH, DEHA, MeOH, NaOH, CH3CN 등의 폐액성 폐기물)을 탁월하게 분해하는 신규의 세균 공동체 EBC1000에 관한 것이다.
난분해성 유해물질로 인한 환경오염은 생물권의 먹이사슬에 의한 인류 식품의 불량화, 면역기능의 약화에 의한 전염성 질병의 만연, 만성질병의 확산, 에너지의 고갈 등 인류생태계를 근원적으로 파괴시키고 있으며, 그 회복은 수 억년이 걸릴지도 모른다.
해역으로 배출되는 난분해성 산업폐수, 유해폐기물에 의한 해양오염의 위급성을 인식하고 그 응급방법으로 소각, 매립, 화학약품, 전기분해, 막분리 등의 물리화학적인 방식에 의존하고 있으나, 이러한 방법 역시 경제적, 환경적인 심각한 문제에 직면하고 있다. 이를 해결하는 가장 안전하고 환경학, 보건학, 생태학, 경제적인 방법은 생물학적인 처리방법을 이용하는 것이다. 현재까지 생물학적인 기술을 많이 연구해오고는 있으며, 일부 자연생태계(갯벌 등)를 이용한 정화방법이 제시된 바 있으나 대량의 산업폐기물을 감당할 수는 없었다.
이러한 문제점을 실제적으로 해결하고자, 본 발명자는 토양생태계에 미량으로 존재하는 특수한 유용미생물 공동체들을 찾아내어, 산업폐수, 폐기물, 토양 등을 오염시키는 난분해 독성화학물질을 생물학적으로 제거하는 환경복원기술(Bioremediation)을 개발하고자 한다.
본 발명은 난분해 독성화학물질을 분해하는 신규한 세균 공동체 EBC1000 및 이를 이용하여 산업폐수, 폐기물, 토양 등을 오염시키는 난분해 독성화학물질 및 염소화합물을 생물학적으로 교정하는 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 토양, 폐수에서 분리되고 고농도의 염소화합물 및 2만∼10만 ppm(CODMn)의 화학적 산소요구량을 나타내는 해양투기용 의약산업폐수에 함유된 이소프로필 알콜, 염화메틸린, NaOH, NaSO4, 다이메틸아민, 메탄올 등의 폐산알카리 폐액성 폐기물과 해양투기용 석유화학산업폐수에 함유된 하이드로아황산나트륨, 부타디엔, 알킬아릴나프탈렌 설폰산 나트륨, 아크릴로니트릴, 테트라소듐 에틸렌 다이아민 테트라 아세테이트 다이하이드레이트, 황산제1철 7가수화물, 테르트 도데실 머캅탄, 파라메탄 하이드로퍼옥사이드, N-다이에틸 하이드록시 아민, CH3CN 등의 폐산, 폐알카리 계통의 폐액을 탁월하게 분해하는 신규의 세균 공동체 EBC1000에 관한 것이다.
본 발명자는, 염소화합물을 효율적으로 분해할 뿐만 아니라 해역으로 투기되는 고농도의 난분해 폐기물질을 빠른 시간내에 분해하는 특성을 지니고 있는 신균주 공동체인 EBC1000(KCTC 0652 BP)을 울산공단 및 석유화학공단 등의 토양 및 폐수에서 분리하였다. 상기 세균 공동체 EBC1000은 9종의 균주로 이루어져 있으며, 각각 난분해 폐기물질을 분해하는 능력을 갖고 있다. 또한, 세균 공동체 EBC1000를 처리하면, 2만∼10만 ppm(CODMn)의 화학적 산소요구량을 나타내는 해양투기용 의약산업폐수에 함유된 이소프로필 알콜(isopropyl alcohol: IPA, 10000∼20000ppm), 염화메틸린(methylene chloride: MC, 100∼7000ppm), NaOH(유동적), NaSO4(유동적), 다이메틸아민(dimethylamine: DMA, 70∼2500ppm), 메탄올(MeOH, 27000∼54000ppm), 유기물 및 항생제잔류물 40000∼100000ppm, Cl-4000∼33000ppm, pH3, pH14 등의 폐산알카리 폐액성 폐기물과, 해양투기용 석유화학산업폐수에 함유된 하이드로아황산나트륨(sodium hydrosulfite: SHS,(NaO2S)2, 30ppm), 부타디엔(butadiene: BD, 유동적), 알킬아릴나프탈렌 설폰산 나트륨(sodium alkylaryl naphthalene sulfonate: Tamol-SN, 4000∼20000ppm), 아크릴로니트릴(acrylonitile: AN, 유동적), 테트라소듐 에틸렌 다이아민 테트라 아세테이트 다이하이드레이트(tetra sodium ethylene diamine tetra acetate dihydrate: EDTA, 20∼200ppm), 황산제1철 7가수화물(ferrous sulfate heptahydrate: FES, 60ppm), 테르트 도데실 머캅탄(tert dodecyl mercaptan: TDDM, 4000ppm), 파라메탄 하이드로퍼옥사이드(para methane hydroperoxide: PMH, 400ppm), N-다이에틸 하이드록시 아민(N-diethyl hydroxyl amine: DEHA, 200ppm), CH3CN(유동적), pH1.2, 3.0, 5.0 등의 폐산, 폐알카리 계통의 폐액을 7일 후 80%, 10일 후 90% 분해하며, 호기적인 방식에 의해 240시간 이내에 80∼90% 이상 분해시킨다는 것을 발견하였다.
따라서, 본 발명은 이를 기초로 하여 난분해 독성화학물질 및 염소화합물을 분해하는 신규한 세균 공동체 EBC1000 및 이를 이용하여 산업폐수, 폐기물, 토양 등을 오염시키는 난분해 독성화학물질 및 염소화합물을 생물학적으로 교정하는 방법을 제공하고자 한다.
아래에서는 본 발명에 따른 신균주 공동체의 분리, 동정 및 활성을 자세히 설명하고자 한다.
1. 난분해 독성폐액폐기물을 분해할 수 있는 신규한 세균 공동체의 분리
(1) 울산공단 등의 토양, 폐수에서 채집한 시료를 해역배출용 난분해성 폐액이 혼합된 액체배지에서 진탕배양하여 40여종의 미생물을 분리하는 단계
울산공단 등지에서 채집한 토양 각 1g, 폐수 각 10㎖을, 폐산, 폐알카리 폐수 액체배지(K2HPO40.65g, KH2PO40.17g, MgSO40.1g, NaNO30.5g과 의약품 산업폐액 및 석유화학폐액의 난분해성 화학물질이 함유된 폐산폐알카리성폐액 10%를 탈염수(deionized water)1ℓ에 희석하여 형성한 배지, pH 0∼14)와 염소화합물액체배지(K2HPO40.65g, KH2PO40.17g, MgSO40.1g, NaNO30.5g과 오염소화합물 50 ppm을 deionized water 1ℓ에 녹여 형성한 배지, pH 7.2)에 순차적으로 접종하고 20∼30℃에서 5일 이상 진탕배양하였다.
상기 진탕배양액 1㎖를 취하여 폐산, 폐알카리 고체배지(폐산, 폐알카리 액체배지에 한천(agar)만 1.5% 첨가하여 형성한 배지, pH 중화)와 염소화합물고체배지(염소화합물 액체배지에 BTB 20㎎, 한천 1.5%를 첨가하여 형성한 배지)에 순차적으로 접종하고 20∼30℃에서 3∼10일간 배양하였다.
순수분리한 각 콜로니를 상기와 같은 배지에 재접종하여 진탕배양한 후, 개별적으로 형성된 각기 다른 모양의 콜로니 형태를 가지며 그 콜로니의 계대배양시 동일한 콜로니가 나타나는 유용세균 40 여종을 분리하였다.
(2) (1)단계에서 분리된 세균들을 난분해성 폐액의 농도를 점차 증가시킨 배지에서 배양하여 9종의 강력한 세균들을 분리하는 단계
상기 (1)단계에서 분리한 세균들을 의약품 산업폐액 및 석유화학폐액의 난분해성 화학물질이 함유된 원액폐액 및 폐액을 50%, 80% 첨가한 최소배지와 오염소화합물 500 ppm을 첨가한 최소배지에 각각 순차적으로 접종하여 상기 (1)단계와 같은 방법으로 반복하여, 보다 높은 농도에서 생존가능한 균주위주로 콜로니 형태에 따라 9종을 분리하였다.
여기서 얻은 9종의 세균들을 하나의 공동체로 구성하여 EBC1000으로 명명하였으며, 상기 세균 공동체를 이루는 각각의 세균을 각각 EBC100, 101, 103, 104, 105, 106, 107, 108 및 109로 명명하였다.
본 발명에 따른 세균 공동체 EBC1000은 1999년 8월12일 한국생명공학연구소내 유전자원센터에 기탁번호 KCTC 0652 BP로 국제기탁을 하였다
2. 세균 공동체 EBC1000의 성장을 위한 최적조건 확립
루리아-베르타니(Luria-Bertani)영양배지[박토-트립토판(bacto-tryptone) 10g, 박토-효모 추출물(bacto-yeast extract) 5g, NaCl 10g/탈염수 1ℓ]에서 pH5∼8, 온도 25∼35℃, 진탕(shaking) 분당회전수 50∼100rpm로 24∼48시간 배양하면 최적성장을 나타내며, 계대배양시에도 동일조건에서 잘 성장한다.
3. 세균 공동체 EBC1000의 동정
세균 공동체 EBC1000을 구성하고 있는 EBC 100, 101, 103, 104, 105, 106, 107, 108, 109 균주는 그람음성세균과 그람양성세균의 혼합상태였으며, 형태 및 크기가 각각 특이하였다. LB고체배지에서 24시간 동안 배양시 EBC100은 직경 1㎜의 원형콜로니, EBC101은 2㎜ 정도의 큰 원형, EBC103은 2㎜의 두꺼운 원형, EBC104와 EBC105는 0.5㎜정도의 작은 원형, EBC106은 3㎜정도의 두꺼운 모양, EBC107은 1.2㎜정도의 갈색 콜로니, EBC108은 1㎜정도의 노란색 콜로니, EBC109는 2㎜정도의 이중원형의 모양을 나타내었다. 9종의 균주는 호기성 및 통기성 균주들로서 EBC100, 101, 103, 106, 107, 108은 강산(pH3∼4), 강알카리(pH9∼11) 조건에서도 생존력이 강하였으며, EBC104, 105, 109는 생장이 느렸다. 운동성은 EBC100, 104, 105, 109에서 나타내었다.
세균 공동체 EBC1000을 구성하는 균주들의 속(屬)을 살펴보면, EBC100, 101, 103은 클레브시엘라 속이고, EBC105는 프로비덴시아 속, EBC104 및 EBC109는 에스체리치아 속, EBC106은 바실러스 속에 속하고, EBC107은 그람음성세균, EBC108은 그람양성세균이다.
상기와 같은 각 균주의 특성을 정리하면 아래 표 1 및 표 2와 같다.
시 료 EBC 100 EBC 101 EBC 103
그람 균주카탈라제옥시다제우레아제시트라제 이용(Citrase utilizat.)글루코스 이용(Glucose utilizat.)V-T 시험라이신 데카르복실라제오르니틴 데카르복실라제 -+-+++++- - -
시 료 EBC 100 EBC 101 EBC 103
이노시톨아라비노스만니톨람노스글루코스소르비톨α-시클로덱스트린덱스트린글리코겐아도니톨(adonitol)D-아라비톨셀로비오스D-프럭토오스L-푸코스D-갈락토스α-락토스말토스D-라피노오스D-트레할로스메틸-파이루베이트시트르산포름산말론산숙신산D-알라닌L-알라닌L-글루타민산L-세린D,L-락트산운동성D-만노스 ++++++-++++++-+-+++++ +++++-++++++++++++-+++++ ++++++---+++++-++++++++++++++
시 료 EBC 104 EBC 105 EBC 109
그람 균주ONPG아르기닌라이신오르니틴구연산 나트륨타이오황산 나트륨우레아트리토판인돌파이루베이트 크레아틴 나트륨콘 목탄 젤라틴(Kohn Charcoal Gelatin)글루코스, 질산칼륨만티올(Mantiol)이노시톨람노스수크로스멜리바이오스아미그달린아라비노스산화효소질산염의 아질산염으로의 환원질산염의 N2가스로의 환원운동성(Mobility)글루코스의 산화글루코스의 발효항생제 내성 -+-+--+--+--++-++---+-+-+++KmRApSTcS -------+++--++--+-----+-++-KmSApRTcR -+----+--+--++-++---+-+-+++KmSApRTcR
한편, 가스 크로마토그래피을 통해 각 균주의 지방산 메틸에스테르(Fatty Acid Methyl Esters: FAMEs)분석을 하였다.
FAMEs 분석에는 휴렛팩커드 시리즈 Ⅱ 가스 크로마토그래피 모델 5890A(Hewlett Packard series ⅡGas Chromatograph model 5890A; Microbial ID. Inc., Delaware, USA)가 이용되었으며, 분리 칼럼(sepation column)은 25m×0.22㎜×0.33㎛ 메틸페닐실리콘이 융합된 모세관 칼럼(HP 19091B-102)을 사용하였다.
상기 가스 크로마토그래피의 조건은, 운반가스(carrier gas)는 수소이고, 칼럼상부압력(column Head Pressure)은 10psi이고, 분할비(split ratio)는 100:1이며, 분할 배기구멍(split vent)는 50㎖/분이고, 격막 퍼지(Septum Purge)는 5㎖/분이며, FID 수소는 30㎖/분이고, FID 질소는 30㎖/분이며, FID 공기는 400㎖/분이고, 초기 온도는170℃이며, 프로그램 속도는 5℃/분이고, 최종온도는 270℃이며, FID 온도는 300℃이고, 주입포트는 250℃이며, 주입 부피는 2㎕이다.
FAMEs 그래프는 미생물 동정 시스템 소프트웨어(Microbial Idetification System Software; Microbial ID, Inc., Delaware, USA)를 이용하였으며 표준 혼합물(standard calibration mixture; Microbial ID, Inc., Delaware, USA)와 비교하여 피크 동정, 정체 시간, 피크 영역, 피크 퍼센트를 구하였다.
EBC100, 101, 103 각 균주에 대한 FAMEs분석 결과, EBC100의 세포내 지방산 조성(cellular fatty acids composition)은 C12:0, C14:0, C16:0, C16:1, C17:0 cyclo, C14:0 3OH 이며, EBC101은 C12:0, C14:0, C15:0, C16:0, C17:0 cyclo, C14:0 3OH이다. EBC103은 C14:0, C15:0, C16:0, C17:0 cyclo, C14:0 3OH로 나타났다.
4. 세균 공동체 EBC1000을 구성하는 각 세균들의 분리
세균 공동체 EBC1000에서 개별균주를 분리하는 방법은 다음과 같다.
EBC106(바실러스 속), EBC107(그람음성세균) 및 EBC108(그람양성세균)은, 루리아-베르타닌 한천(박토-트리토판 10g, 박토-효모 추출물 5g, Nacl 10g, 한천 1.5% + 950㎖ 탈염수)의 영양소 고체배지에서 배양하면, EBC106은 전형적인 바실러스 형태의 두꺼운 주름모양이고, EBC107은 갈색 콜로니, EBC108은 노란색 콜로니의 형태적 특징으로 구별될 수 있다.
그외 균주들은 데스옥시콜레이트 아가[Desoxycholate agar; 박토 펩톤 10g, 박토 락토스 10g, 데스옥시콜레이트 나트륨 1g, 염화나트륨 5g, 이칼륨(dipotasium) 2g, 구연산 철(Fe citrate) 1g, 구연산 나트륨(sodium citrate) 1g, 박토 한천(bacto agar) 15g, 뉴트랄 레드(nuteral red) 0.03g/탈염수(deionized water) 1ℓ- Difco manual, 1984)에서 세균공동체 EBC1000을 희석도말하면 각 균주의 콜로니 형태를 확인할 수 있다. 24시간 데스옥시콜레이트 아가에 배양하고 나면 EBC100, 101, 103은 붉은색상에 흰색의 점성이 나타나며, 크기상 미세한 차이를 보인다. EBC104는 붉은색에 흰부분이 나타나며 무점성이며, EBC105는 갈색, EBC106, 107은 엷은 갈색, EBC108은 무색, EBC109는 붉은색에 점성을 나타낸다(Dictionary of Microbiology and Molecular Biology, 2nd, Paul Singleton Diana Sainsbury 1987)
5. 세균 공동체 EBC1000의 특성
(1) 세균 공동체 EBC1000에 의한 알킬아릴나프탈렌 설폰산 나트륨(sodium alkylarylnaphthalene sulfonate: Tamol-SN)의 분해속도
K2HPO40.065g, KH2PO40.017g, MgSO40.1g, NaNO30.5g을 탈염수 1ℓ에 용해시켜 만든 최소배지(pH 7.2)에 Tamol-SN을 500, 1000, 2000, 4000 ppm으로 점차 증가하여 투여하고 세균 공동체 EBC1000을 접종한 뒤 시간별로 흡광도와 Tamol의 농도를 측정하였다.
Tamol-SN(ppm) 분해속도(㎎/ℓ/h)
500100020004000 1.33.85.24.0
표 3에 나타난 바와 같이, 시간당 Tamol의 분해속도는 500 ppm일 때 분해속도는 1.3(㎎/ℓ/h)이고, 4000 ppm일 때는 4.0(㎎/ℓ/h)이었다.
(2) 세균 공동체 EBC1000에 의한 오염소화합물의 분해속도
상기 (1)과 같은 최소액체배지 조건에 BTB 20mg를 탈염수 1ℓ에 용해시켜 만든 후 오염소화합물을 표 4와 같이 투여하고 세균 공동체 EBC1000을 접종한 뒤 시간별로 흡광도와 오염소화합물의 농도를 측정하였다. 그 결과는 표 4에 나타나 있다.
오염소화합물(ppm) 분해속도(㎎/ℓ/h)
20050010002000 0.96.55.04.5
6. 세균 공동체 EBC1000을 사용하여 난분해성 산업폐액 처리하기
<실험예 1; 세균 공동체 EBC1000를 석유화학 산업폐수 중에 함유되어 배출되는 난분해성 특수유화제에 처리하기>
석유화학공장에서 사용되는 대표적인 난분해성 화학물질인 알킬아릴나프탈렌 설폰산 나트륨(Tamol-SN) 원액을, K2HPO40.065g, KH2PO40.017g, MgSO40.1g, NaNO30.5g을 탈염수 1ℓ에 용해시켜 만든 최소배지(pH 7.2) 50㎖에 1%로 혼합하여 첨가하고, 세균공동체 EBC1000을 2.0×104/㎖로 접종한 다음, 25∼30℃에서 100rpm으로 10일간 진탕 배양하였다.
처리시간(일) Tamol-SN(ppm) 미생물 수(CFU/㎖)
023410 1000060003600850500 2.0×1043.5×1053.0×1062.5×1073.0×107
표 5에서 알 수 있는 바와 같이, 4일간 배양한 후의 Tamol-SN의 농도는 850ppm이었으며 이때 세균 수는 2.5×107(CFU/㎖)이었다.
<실험예 2; 석유화학공장의 난분해 폐수원액에 세균 공동체 EBC1000을 처리하기>
울산공단 등의 석유화학공장에서 해양으로 배출되는 폐산, 폐알카리 계통의 난분해성 폐수를 수거하여 실험하였다. 상기 폐수는 알킬아릴나프탈렌 설폰산 나트륨(Tamol-SN) 4000ppm, 하이드로아황산나트륨[(NaO2S)2], 부타디엔(BD), 아크릴로니트릴(AN), 테트라소듐 에틸렌 다이아민 테트라 아세테이트 다이하이드레이트(EDTA), 황산제1철 7가수화물(FES), 테르트 도데실 머캅탄(TDDM), 파라메탄 하이드로퍼옥사이드(PMH), N-다이에틸 하이드록시 아민(DEHA), CH3CN 등이 함유된 원액폐수로, 상기 원액폐수 각 200㎖에 EBC1000을 1.2×107/㎖로 접종한 다음 30℃에서 80rpm으로 10일간 진탕배양하였다. 실험결과는 표 6에 나타나 있다.
처리시간(일) CODMn(ppm) TOC(ppm) BOD(ppm) 미생물 수(CFU/㎖)
04610 400018821136750 334816701220980 610-400200 1.2×1074.0×1094.8×1095.1×109
표 6에 나타난 바와 같이, 10일간 배양 후 원액폐수의 COD는 750ppm으로 감소하여 80%의 분해효율을 나타내었다. TOC와 BOD도 비슷한 경향을 보였으며 세균의 수는 5.1×109(CFU/㎖)로서 100배이상 증가되었다.
참고로 본 발명에 관한 실험에서 사용된 분석방법은 다음과 같다.
1) COD(망간법) 분석; 수질오염, 폐기물 공정시험방법(환경처 고시 제1993-42호)과 표준방법들(APHA, AWWA, WPCF, 18th ed.)에 의거하여 COD 망간법으로 화학적산소요구농도를 측정하였다. 공장의 원액폐수 또는 해양투기용 폐기물질과 미생물에 의한 유해물질의 분해처리 이후의 폐액을 10㎖ 이상씩 채취하여 황산(H2SO4)과 0.025N KMnO4을 첨가한 후 100℃에서 30분간 중탕하였다. 그리고 나서, 0.025N Na2C2O4를 첨가하고 KMnO4로 적정하여 COD의 실제감소를 조사하였다.
2) BOD 분석; 수질오염, 폐기물공정시험방법과 표준공정(Standard methods)에 따라 20℃에서 생물학적인 작용에 의해 5일간 소모되는 용존산소의 양으로 생화학적 산소요구농도를 조사하였다.
3) TOC 분석; 표준공정에 따라 원액폐기물, 폐수 및 각 측정시간별 시료를 원심분리하여 그 상등액으로서 총유기탄소량을 TOC 분석기(TOC-5000 A, Shimadzu com.)에 의해 조사하였다.
4) CFU 조사; 표준공정의 미생물 조사방법에 따라 각 처리구의 토착미생물과 접종미생물의 공동체을 플래이트 계수방법(plate count method)으로 조사하였으며, 초기 및 각 시간별로 유해물질의 감소에 따른 미생물의 증식현상을 확인하였다.
5) 염소화합물의 추출, 분석은 한국특허 제154295호 또는 특허출원번호 제98-20706호)에 기재된 내용 및 본발명자의 논문(Journal of Applied Microbiology 85-1-1~8, 1998; 한국토양환경학회지1-1-39~46, 1996)에 따라 실시하였다.
<실험예 3; 의약품 제조공장의 난 분해 폐수를 세균 공동체 EBC1000로 처리하기>
울산공단 및 중북부 지역의 의약품 제조공장에서 해역으로 배출되는 난분해성 폐산 폐알카리 계통의 폐액을 수거하여 실험하였다. 상기의 폐기물은 이소프로필알콜(IPA), 염화메틸렌(MC), NaOH, NaSO4, 다이메틸아민(DMA), 메탄올 폐액 등과 약품잔류물이 포함된 것으로 CODMn가 2만∼10만ppm인 고농도의 폐산 폐알카리 폐액이다. 상기 폐액 각 200㎖에 EBC1000을 2.0×107/㎖로 접종한 다음 실온(20∼25℃)에서 통기(aeration)시키면서 14일간 배양하였다. 실험결과 표 7에 나타나 있다.
처리시간(일) CODMn(ppm) TOC(ppm) BOD(ppm) 미생물 수(CFU/㎖)
03571014 380001200010800830040003300 3400021000146001020072004300 34500----4080 2.0×1073.4×1072.0×1091.4×10111.6×10103.6×1010
표 7에 나타난 바와 같이 10일간 배양 후의 원액폐액의 COD는 4000ppm으로 감소하여 약 90%의 분해효율을 나타내었다. TOC와 BOD도 비슷한 경향을 보였으며, 이때 EBC1000의 세균의 수는 1.6×1010(CFU/㎖)로서 1000배 정도 증가하였다.
7. 염소화합물로 오염된 토양 및 목재에 대한 실험
<실험예 4; 세균공동체 EBC1000을 염소화합물 오염토양에 처리하기>
오염소화합물로 오염된 토양 600g을 1일동안 정치하여 전처리한 수돗물 5ℓ에 분산시켜 투입한 슬러리장치에서 Bu34 균주 + 11종류의 분해균주(특허출원 제98-20706호에서 기탁된 균주 Bu1과 미동정된 PCP분해균주 10종류) + 자생균주(분해균주와 별도의 대조구에서 나타난 것으로 토착균주의 분포에 따른 상대적인 비교에 의해 분리된 균주이며, 동정은 되지 않음)에 의한 PCP의 분해결과에 비해서 본 발명의 EBC1000을 사용한 경우가 표 8에서와 같이 약간 더 높은 분해효율를 나타내었다. Bu34균주 등을 사용한 실험에서는 14일 후 96%의 분해효율을 보였으나, EBC1000의 경우는 98%의 염소화합물 제거효과를 나타내었다.
처리시간(일) Bu34 +11종의 분해균주 + 자생균주 EBC1000
흡광도(A660) PCP(ppm) 흡광도(A660) PCP(ppm)
02581014 0.4000.6990.7100.9471.0501.164 25011375503810 0.3500.9001.1801.2001.5001.560 2501006035205
<실험예 5>
박편 및 톱밥형태의 폐목재 각 5g에 최소액체배지 각 65㎖를 첨가하고 EBC1000을 첨가한 후 90∼100rpm으로 진탕하면서 30℃에서 90시간 배양하여 비교하였다. 그 결과는 표 9에 나타나 있으며, 표 9에서 알 수 있는 바와 같이 80시간후 EBC1000을 접종한 경우 98%의 PCP를 분해하였으며, 미생물의 수도 100배 정도 증가되었다.
배양시간(시간) 톱밥 또는 박편(Bu1+Bu34) 톱밥 또는 박편(EBC1000)
PCP(㎍/g 건조목) 미생물수(CFU/㎖) PCP(㎍/g 건조목) 미생물수(CFU/㎖)
0488090 1080--27 1.4×107--5.0×108 10804602620 2.5×1077.9×1083.0×1093.1×109
<실험예 6>
톱밥 형태의 폐목재 200g에 최소액체배지 250㎖를 첨가하여 EBC1000을 2.0×108/g목재를 접종한 다음, 톱밥목재 덩이에 수분과 균주를 넣고 실온에 방치하는 상태("composting 방법", McBain et al., Biodegradation 6, 47-55, 1995)에서 200일간 처리 했을 때 표 10과 같이 Bu1과 Bu34를 처리한 경우 보다 더 빠른 시간내에 더 높은 분해효율을 나타내었다.
처리시간(일) Bu1 Bu1+Bu34 EBC1000
PCP(㎍/g 건조목) 미생물수(CFU/㎖) PCP(㎍/g 건조목) 미생물수(CFU/㎖) PCP(㎍/g 건조목) 미생물수(CFU/㎖)
01020406080120200 1080900635408375365330150 5.2×1081.2×10101.9×10101.4×10108.5×10101.6×10108.3×1091.0×1010 1080732655327307299311145 1.4×10111.4×10111.4×10111.4×10111.4×10111.4×10111.4×10111.4×1011 108070052031123014011070 2.0×1087.0×10108.0×10109.0×10109.2×10108.7×10103.8×1091.6×109
상기의 실험예들에서 알 수 있는 바와 같이, 해역배출용 고농도의 난분해성 독성폐액을 효율적으로 처리하는 EBC1000은 염소화합물의 분해에도 사용될 수 있음을 알 수 있다.
8. EBC1000의 각 균주에 의한 난 분해성폐액의 COD(망간법) 및 오염소화합물 분석시험
EBC 100, 101, 103, 104, 105, 106, 107, 108, 109로 순수분리한 각 콜로니들을 폐산, 폐알카리 폐수 액체배지(K2HPO40.65g, KH2PO40.17g, MgSO40.1g, NaNO30.5g과 의약품 산업폐액 및 석유화학폐액의 난분해성 화학물질이 함유된 폐산폐알카리성폐액 10%를 탈염수 1ℓ에 희석하여 형성한 배지, pH 0∼14) 20㎖와 염소화합물액체배지(K2HPO40.65g, KH2PO40.17g, MgSO40.1g, NaNO30.5g과 오염소화합물 50 ppm을 탈염수 1ℓ에 녹여 형성한 배지, pH 7.2) 20㎖에 순차적으로 접종하고 20∼30℃에서 10일이상 진탕배양한 후, 화학적산소요구농도와 오염소화합물농도를 측정하였다. COD와 오염소화합물의 실제감소를 조사한 결과 평균적으로 EBC100을 접종한 경우는 85%, EBC101와 EBC103은 각각 67%, EBC106, EBC107, EBC108은 각각 50∼55%, EBC104, EBC105, EBC109는 각기 20% 정도로 나타내었다. 따라서, EBC1000의 각 개별균주도 난분해성 화학물질 및 염소화합물을 분해하는 것을 알 수 있다. 그러나, 세균 공동체 EBC1000형태로 있는 경우가 개별 균주로 있는 것보다 높은 성장률과 분해효율을 나타내었다.
본 발명에 따른 세균 공동체 EBC1000은 신규한 것으로, 해역으로 배출되는 고농도의 난분해성 산업폐수, 유해폐기물을 빠른 시간내에 분해하며, 염소화합물이 오염된 토양, 목재, 침출수, 지하수 등을 정화시킬 수 있다. 따라서, 세균 공동체 EBC1000은 환경오염의 방지효과와 오염된 환경의 복원재생을 위한 탁월한 기능을 갖는다.
나아가, 세균 공동체 EBC1000은 호기적인 방식으로, 신균주 공동체을 해양으로 투기되는 고농도의 난 분해성 폐기물, 염소화합물로 오염된 토양, 목재, 침출수, 지하수등을 처리하는데 사용될 수 있으며, 목재도 통나무 그대로 재생할 수 있다. 또한, 본 발명은 오염소화합물의 분해균주인, 수도모나스 Bu34(한국특허 제154295호) 및 클레브시엘라 Bu1 균주(특허출원 제98-20706호)와 혼합하여 오염된 목재, 토양을 재생할 수 있다.

Claims (8)

  1. 세균 공동체 EBC1000
  2. 세균 공동체 EBC1000을 이용하여, 해양투기용 의약산업폐수에 함유된 이소프로필 알콜(isopropyl alcohol), 염화메틸린(methylene chloride), NaOH, NaSO4, 다이메틸아민, 메탄올 등의 폐산알카리 폐액성 폐기물과 해양투기용 석유화학산업폐수에 함유된 하이드로아황산나트륨(sodium hydrosulfite,(NaO2S)2), 부타디엔(butadiene), 알킬아릴나프탈렌 설폰산 나트륨(sodium alkylaryl naphthalene sulfonate), 아크릴로니트릴(acrylonitile), 테트라소듐 에틸렌 다이아민 테트라 아세테이트 다이하이드레이트(tetra sodium ethylene diamine tetra acetate dihydrate), 황산제1철 7가수화물(ferrous sulfate heptahydrate), 테르트 도데실 머캅탄(tert dodecyl mercaptan), 파라메탄 하이드로퍼옥사이드(para methane hydroperoxide), N-다이에틸 하이드록시 아민(N-diethyl hydroxyl amine), CH3CN 등의 폐산, 폐알카리 계통의 폐액과 같은 난분해성 유해물질, 또는 PCP와 같은 염소화합물을 처리하는 방법.
  3. 난분해성 유해물질 또는 염소화합물을 분해할 수 있는 클레브시엘라 속 균주 EBC100
  4. 난분해성 유해물질 또는 염소화합물을 분해할 수 있는 클레브시엘라 속 균주 EBC101
  5. 난분해성 유해물질 또는 염소화합물을 분해할 수 있는 클레브시엘라 속 균주 EBC103
  6. 난분해성 유해물질 또는 염소화합물을 분해할 수 있는 에스체리치아 속 균주 EBC104
  7. 난분해성 유해물질 또는 염소화합물을 분해할 수 있는 프로비덴시아 속 균주 EBC105
  8. 난분해성 유해물질 또는 염소화합물을 분해할 수 있는 에스체리치아 속 균주 EBC109
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