KR0183318B1 - 바실러스속 미생물을 이용한 폐수처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 신규한 균주를 이용한 생물학적 폐수처리방법에 관한 것이고, 이 방법은 폐수 처리능을 갖는 균주로서 바실러스속 미생물 KH 3-2 (KCTC 8695P)을 이용하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 방법은 종래 미생물 혼합 제제를 사용하는 방법과는 달리 단일 균주를 이용하면서도 폐수 처리효과가 뛰어난 장점이 있다. 나아가, 본 발명에 따른 균주는 염분에 대한 내성이 우수하여 염분을 고농도로 함유하는 폐수의 처리에도 유용하게 사용될 것으로 예측된다.

Description

바실러스(Bacillus)속 미생물을 이용한 폐수처리방법

본 발명은 생물학적 처리에 의한 폐수처리방법에 관한 것이고, 보다 상세하게는 바실러스(Bacillus)속의 신규 미생물 KCTC 8695P를 이용한 폐수처리방법에 관한 것이다.

폐수처리시설은 일반적으로, 먼저 폐수로부터 물리적인 방법으로 고형성분을 제거한 후 이를 생물학적으로 처리하는 시스템으로 운영되는데, 이중 생물학적 처리방법으로는 활성오니방법, 생물막법, 또는 이들 두가지 방법의 개념을 혼합한 접촉여재법(예를 들면 한국특허공고 92-9788호)이 사용된다.

폐수처리방법이나 시설에 관한 연구는, 처리시간을 단축하고, 처리시설을 소형화하여 공사비를 절감하면서도 충분히 폐수를 처리하려고 하는 목적에서 행해지고 있다. 예를 들면, 원생동물을 이용하여 오니를 소비하는 기존의 시스템을 대체하기 위하여 원생동물을 이용하지 않는 시스템이 제안된바 있다(일본특허공고 81-48235호).

생물학적으로 폐수내 유기질소성분을 제거하는 미생물원으로 폐수처리시설내 오니(슬러지)로부터 분리한 미생물을 순양시켜 사용하거나(일본특허공고 81-27104호, 한국특허공고 92-10805호), 슬러지를 순환하여 재사용하였다(미국특허 4,749,494호). 또한, 폐수의 종류가 매우 다양한 것에 기초하여, 폐수의 성질에 따라 첨가해야 할 미생물을 선별할 필요성이 제안되었으며(일본특허공고 81-48235호), 미생물을 첨가하는 대신에 효소를 직접 첨가하는 방법도 개발되었다(일본특허공개 92-71697호, 한국특허공고 93-2264호).

또한, 유입량이 변동하는 폐수를 처리하는 경우 또는 생물학적 폐수처리 시스템을 가동하는 초기시점에서는 외부로부터 다양한 미생물군으로 이루어진 미생물 제제를 투입하여 빠른 시간내에 미생물군을 확보하여 정화능력을 증가시키고, 악취의 발생을 억제시키고자 하는 시도도 있었다. 이들 미생물 제제는 생물학적으로 분해가 곤란한 물질이 함유된 폐수처리에 있어서도 효과를 나타내므로, 폐수처리 시스템을 운영하고 있는 작업장에서는 폐수내 미생물의 총수를 항상 유지해야 한다는 어려운 점을 개선할 수 있었다.

미생물 제제에 함유되는 미생물들은 오니로부터 분리되므로 다양한 미생물의 종류를 갖고 있지만, 포괄하여 처리하게 되므로 기술적인 측면에서의 예측이 어렵다고 하는 문제점이 있었다.

특히, 지금까지 순수하게 분리되어 특성이 밝혀진 폐수처리용 미생물은 바실러스 유니플라제라무스 ATCC 15134(Bacillus uniflagellatus: 미국특허 4,061,488호), 락토바실러스 플란타룸 ATCC 14917(Lactobacillus plantarum: 미국특허 4,214,985호), 슈도모나스속(미국특허 3,963,576호와 4,391,887호), 로도슈도모나스속(일본특허공고 78-86370호와 미국특허 3,963,576호), 리조비움속(미국특허 4,875,921호), 사카로마이세스속 FERM 4886(일본특허공고 81-52636호), 캔디나속 FERM 4884-5(일본특허공고 81-52636호), 트리코스포론속 FERM 4887(일본특허공고 81-52636호), 아스퍼질러스 오리자에 NRRL 458(미국특허 4,670,037호)에 불과하고, 또 이들을 단독으로 사용된 예도 없다. 이는, 이들 균주를 순수하게 분리하여 특성을 밝히더라도, 실제 폐수처리에 사용하는 경우 단독 균주로는 폐수의 정화가 전혀 이루어지지 않기 때문이다.

김치 등의 식품을 가공하는 과정에서 발생된 폐수는 그 자체가 염분을 고농도로 포함하고 있을 뿐만 아니라 그를 처리하는 과정에서도 염분의 농도가 증가하는데, 염분에 대한 내성을 갖는 미생물을 선발하는 연구는 지금까지 진행되어 있지 않다.

따라서 본 발명자는 전분과 단백질을 분해하는 능력이 뛰어난 신규 미생물 바실러스 에스피. KH 3-2를 선별하고 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

즉, 본 발명의 목적은 폐수 처리에 이용될 수 있는 신규 미생물 바실러스 에스피. KH 3-2를 제공하는 것이다.

본 발명은 또한 생물학적 폐수 처리방법에 있어서, 바실러스 에스피. KH 3-2를 이용하여 폐수를 처리하는 것을 특징으로 하는 폐수 처리방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 나아가 고농도의 염분을 함유하는 폐수의 처리에 있어서, 바실러스 에스피. KH 3-2를 이용하여 폐수를 처리하는 것을 특징으로 하는 폐수 처리방법을 제공하는 것이다.

상기한 본 발명의 목적 및 다른 목적, 그리고 본 발명의 특징들은 하기 발명의 상세한 설명란에 의해 당업자에 의해 명백하게 드러날 것이다.

이하 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

본 발명에서는 폐수로부터 염분에 대해 내성을 나타내는 미생물을 분리한 후, 그들의 BOD(생물학적 산소 요구량)를 저하시키는 능력을 측정하여 우수한 폐수처리능을 나타내는 신규한 균주를 분리하고 KH 3-2로 명명하였다. 이 균주는 후술하는 검정 기술에 의해 바실러스(Bacillus)속으로 동정되었고, 한국과학기술원 생명공학연구소내 유전자은행에 1995년 11월 1일자로 KCTC 8695P의 수탁번호로 기탁되어 있다.

일반적으로 바실러스속 미생물은 슈도모나스속, 마이크로코커스속, 시피럴룸속 미생물과 함께 탈질화반응에도 관여한다(Jank Idenitrification in activated sludge processes, Chap. 51, ed. by M. Moo-Young, Comprehensive biotechnology, Pergamon Press, 1985). 본 발명의 미생물 바실리스속 KCTC 8695P는 종래 폐수처리를 위해 사용되던 여러 균주의 혼합제제인 미생물 제제에 비해 현저하게, 폐수의 BOD를 실험실에서나 현장에서 저하시킨다. 특히, 염분에 대한 내성이 우수하므로 식품산업, 특히 김치 등의 저장시품을 생산하는 공장에서 발생하는 폐수의 처리에 특히 유효하게 이용될 수 있다.

그러나, 일반적으로 본 발명의 미생물을 이용하여 처리할 수 있는 폐수의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 폐수의 처리방법 및 조건 등은 생물학적 폐수처리분야에 주지되어 있으며, 당업자가 폐수의 종류, 처리하고자 하는 목적이나 정도 등에 따라 적의 선정할 수 있다.

이하 본 발명을 실시예를 통해 상세히 소개한다. 그러나 본 발명의 개념이 실시예에만 국한되는 것은 아니다.

[실시예 1]

충청북도에 소재한 M사의 농장의 도축 폐수폐수액을 취하여 NA Difco) 고체배지상에서 집락을 형성하는 미생물만을 분리하여 3회 더 계대하여 순수분리한 뒤, 그램 염색시 양성을 나타내는 미생물 8종을 선발하였다. 선발한 8종의 미생물을 NB(Difco) 배지에 배양하고, 아밀로스(Phadebas Amylase test)와 단백질(시그마사의 Hide Powder azure)를 첨가하여 아밀라제와 단백분해효소의 생산여부를 측정하였다.

아밀라제와 단백분해효소를 동시에 생산하는 미생물 2주를 분리하고 이를 각각 KH 2, KH 3-2라고 명명하였다.

미생물 KH 2, KH 3-2의 아밀라제와 단백분해효소 활성은 각각 2.67 unit/㎖, 14.9 unit/㎖, 그리고 11,0 unit/㎖, 57.9unit/㎖이었다.

이들 두 균주는 소금 용액을 10%의 농도로 첨가한 NB 배지에서도 생장하였다.

[실시예 2]

실시예 1의 KH 3-2를 대상으로 미생물학적 특성을 검정한 결과, 바실러스속 미생물로 동정되었다. 특성중 대부분은 API kit(프랑스 바이오메리유사)를 이용하여 얻은 것이다. 결과는 다음과 같다.

그램 양성으로, 세포의 크기는 0.8×l.5cm이며, 혐기적인 조건에서도 생장하였다.

또한 NB에 소금을 10% 되도록 첨가한 배지에서 생장하였다.

O/F test : 발효

옥시다제 : +

카탈라제 : +

운동성 : +

질산 환원능 : +

인돌생성 : -

포도당 발효능 :

포도당으로부터 산생성 : +

아르기닌 데히드롤라제 : +

우레아제 : -

에스쿨린 가수분해능 : +

젤라틴 액화능 : -

전분 액화능 : +

베타-갈락토시다제 : +

당, 유기산의 자화상 :

포도당 : +

아라비노스 : +

만노스 : 1

만니톨 : +

N-아세틸글루코사민 : +

말토스 : +

글루콘산 : +

카프린산 : -

아디핀산 : -

말린산 : +

구연산 : +

초산페닐 : -

이상의 결과로부터 본 발명에 따른 균주 KH 3-2는 바실러스속 미생물로 동정되었고, 이 균주 바실러스 속 KH 3-2 균주는 한국과학기술원 생명공학연구소 내 유전자은행에 1995년 11월 1일자로 기탁되어 KCTC 8695P의 수탁번호를 부여받았다.

[실시예 3]

상기 실시예 2에서 분리정제한 바실러스속 KH 3-2(8695P)를 NB 배지에 접종하고 약 37℃의 온도에서 호기 조건하에 배양하였다.

충청북도에 소재한 M사의 농장의 도축 폐수 1리터를 메스실린더에 옮기고, 용존 산소를 4.2-4.9ppm으로, 25℃로 유지하면서, 상기에서 얻은 바실러스 에스피. KH 3-2(KFCC 8695P) 배양액 20㎖을 투여하였다. 대조군으로 M사에서 판매하고 있는 미생물 제제(30종 이상의 미생물 균주 포함)를 동량 첨가하였다.

수질오염-폐기물 공정시험방법(동화기술편집위원회간, 1993)에 따라 측정한 1일과 2일후의 SV30(매스실린더에 1ℓ 를 취하여 넣은 후 30분 방치 후 형성되는 슬러지 부피(Sludge Volume in ㎖), BOD 값은 표 1과 같다.

이상에서 본 발명에 따른 균주를 이용하여 폐수를 처리하는 경우 처리효과가 월등함을 알 수 있다.

[실시예 4]

경기도의 한 위생처리장의 탈리액 1차 처리된 탈리액 1리터를 메스실린더에 옮기고, 용존산소를 3.5-4.0ppm으로, 30℃로 유지하면서, 실시예 3의 배양액 20㎖을 투여 하였다.

대조군으로 미국 Dyamlond사의 미생물 제제 Dymon™를 동량 첨가하였다. 1차 처리수의 BOD는 1100mg/ℓ 이며, 2차 처리수의 BOD는 84.6mg/ℓ 이었다. 10시간과 1일후의 BOD 값은 표 2와 같다.

이상에서 본 발명에 따른 미생물은 종래의 미생물 제제에 비해 우수한 폐수처리효과를 나타냄을 알 수 있다.

[실시예 5]

실시예 3의 농장에서는 폐수유입 시간은 매일 6시간으로 일일 1천톤의 폐수를 처리하고 있다. 이 시스템에서 응집부상방법으로 1차 처리한 폐수에 실시예 3의 미생물을 투입하고 24시간 가동하였다. 24시간 처리 후의 pH, BOD, COD, SS(Suspended solids; 부유 고형분) 및 N-H(Normanl Hexane 추출물 양)를 측정한 결과는 표 3과 같다.

상기 결과에서 알 수 있듯이, 본 발명의 미생물로 처리된 폐수는 배출허용기준을 만족한다. 따라서, 본 발명의 바실러스속 미생물 KCTC 8695P은 폐수처리에 효과적임이 확인된다.

Claims (1)

1. 미생물을 이용하여 폐수를 처리하는 생물학적 폐수처리방법에 있어서, 미생물로서 바실러스속 미생물 KH 3-2(KCTC 8695P)을 이용하는 것을 특징으로 하는 방법.