KR100350928B1 - 폴리비닐알코올 분해능을 가지는 미생물 크레브시엘라뉴모니에 씨제이-피브이 에이 에이, 슈도모나스 푸티다씨제이-피브이에이 비 및 슈도모나스 푸티다씨제이-피브이에이 씨 - Google Patents

폴리비닐알코올 분해능을 가지는 미생물 크레브시엘라뉴모니에 씨제이-피브이 에이 에이, 슈도모나스 푸티다씨제이-피브이에이 비 및 슈도모나스 푸티다씨제이-피브이에이 씨 Download PDF

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Abstract

본 발명은 폴리비닐알코올의 분해 능력이 우수한 신규한 미생물 크레브시엘라 뉴모니에 씨제이-피브이에이 에이(Klebsiella pneumoniae CJ-PVA a) (기탁번호 제KFCC-11126호), 슈도모나스 푸티다 씨제이-피브이에이 비(Pseudomonas putida CJ-PVA b) (기탁번호 제KFCC-11127호) 및 슈도모나스 푸티다 씨제이-피브이에이 씨(Pseudomonas putida CJ-PVA c) (기탁번호 제KFCC-11128호)를 제공한다.

Description

폴리비닐알코올 분해능을 가지는 미생물 크레브시엘라 뉴모니에 씨제이-피브이에이 에이, 슈도모나스 푸티다 씨제이-피브이에이 비 및 슈도모나스 푸티다 씨제이-피브이에이 씨{Klebsiella pneumoniae CJ-PVA a), Pseudomonas putida CJ-PVA b) and Pseudomonas putida CJ-PVA c) having an improved property for degrading polyvinylalcohol}
본 발명은 생물학적 폐수처리에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 생물학적 폐수처리의 호기성 조건하에서 생육이 양호하며, 폴리비닐알코올 분해에 탁월한 능력을 지닌 미생물 크레브시엘라 뉴모니에 씨제이-피브이에이 에이, 슈도모나스 푸티다 씨제이-피브이에이 비 및 슈도모나스 푸티다 씨제이-피브이에이 씨에 관한 것이다.
최근, 여러 합성 고분자들이 생산되어 폭넓게 이용되고 있으나 자연계에서 분해가 어렵기 때문에 이러한 고분자들이 환경을 오염시키는 문제가 발생하였다. 폴리비닐알코올(Polyvinyl alcohol: PVA)은 물에 용해되는 난분해성 고분자 물질로서 경사호제, 직물가공제, 접착제 및 유화안정제 등의 용도로 널리 사용되고 있으며, 특히 섬유의 호발공정중 폐수에 함유되어 배출된다. 따라서 염색 가공 공정중에 발생되는 폐수는 생물학적 난분해성 물질인 폴리비닐알코올을 다량 함유하고 있어 생물학적으로는 거의 제거되지 않고 유출수에 함유되어 배출되므로 공공수역의 수질에 상당한 악영향을 미치고 있다.
폴리비닐알코올은 순양되지 않은 미생물에 의해서는 거의 분해될 수 없으며, 일부 연구자들이 토양으로부터 폴리비닐알코올을 분해하는 세균을 분리한 바 있다(Suzuki etal., Agr. Biol. Chem., 37, 747: 1989; Sakazaw et al., Appl. Environ. Microbiol., 41, 261: 1991). 그러나 아직은 일부 국한된 미생물에 의한 분해성이 확인되었을 뿐 그 범위가 한정적이며 실제 폐수에서의 분해효율 및 안정성이 미흡하기 때문에, 실제 폐수에서도 그 분해효능이 효과적으로 발휘될 수 있는 미생물의 개발이 절실한 실정이다.
따라서, 본 발명의 목적은 폴리비닐알코올의 분해능이 개선된 신규의 미생물 균주를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 미생물들을 이용하여 예컨대 폴리비닐알코올 등이 포함된 각종 오폐수의 처리방법을 제공하는 것이다.
현재, 여러 종류의 합성고분자들이 생산되어 폭넓게 이용되고 있으나 자연계에서 분해가 어렵기 때문에 이러한 고분자들이 환경을 오염시키는 문제가 발생하였다. 폴리비닐알코올은 물에 용해되는 난분해성 고분자 물질로서 경사호제, 직물가공제, 접착제 및 유화안정제등의 용도에 널리 쓰이며 특히 섬유의 호발공정중 폐수에 함유되어 배출된다. 따라서 염색 가공공정중 발생되는 폐수는 생물학적 난분해성 물질인 폴리비닐알코올을 다량 함유하고 있어 생물학적으로는 거의 제거되지 않고 유출수에 함유되어 배출되므로 공공수역의 수질에 상당한 영향을 미치고 있다.
폴리비닐알코올은 순양되지 않은 미생물에 의해서는 거의 분해될 수 없으며, 이러한 대사과정을 진행하는 미생물의 종류는 한정적이고 그 대사효율이 매우 낮으므로 폐수내에 함유되어 있는 폴리비닐알코올류와 같은 화합물을 신속히 분해하지 못하므로 폐수에 용존되어 있으면서 폐수처리에 관여하는 다른 미생물의 활성을 저하시키므로써 폐수처리의 효율을 떨어뜨릴 뿐만 아니라 그 화합물의 독성성분 때문에 자연계에 방출되었을 때 제 2의 환경파괴의 원인이 되고 있다.
따라서, 폴리비닐알코올을 분해하는 미생물을 선별하여 각종 폐수처리에 응용하는 것이 필요하며 이러한 난분해성 화합물을 분해하는 미생물을 선택·분리하기 위해서는 분리원의 선택과 대상물질을 선정하는 것이 중요하다고 할 수 있다.
본 발명자들은 염색공장의 폐수처리장에서 폐수를 처리하는 시험을 하던 중 폴리비닐알코올이 분해가 어렵고 또한 폐수처리 효율에도 악영향을 미치는 것을 발견하고, 이를 제거하는 능력이 우수한 미생물을 분리하는 시험을 하여 크레브시엘라 뉴모니에 씨제이-피브이에이 에이, 슈도모나스 푸티다 씨제이-피브이에이 비 및 슈도모나스 푸티다 씨제이-피브이에이 씨로 동정된 미생물이 우수한 폴리비닐알코올분해 능력을 지닌 것으로 판명되어 본 발명을 완성하였다.
도 1은 본 발명에 따라 순수 분리한 미생물들에 대한 폴리비닐알코올함유 최소배지에서의 성장을 비교한 그래프이다.
도 2는 본 발명에 따른 신규한 미생물 크레브시엘라 뉴모니에 씨제이-피브이에이 에이, 슈도모나스 푸티다 씨제이-피브이에이 비 및 슈도모나스 푸티다 씨제이-피브이에이 씨의 폴리비닐알코올 함유 최소배지에서 폴리비닐알코올의 제거경향을 나타낸 그래프이다.
본 발명에 따르면, 호기성 조건에서 생육이 양호하며, 폴리비닐알코올의 분해능력이 개선된 신규 미생물 크레브시엘라 뉴모니에 씨제이-피브이에이 에이(Klebsiella pneumoniae CJ-PVA a) (기탁번호 제KFCC-11126호), 슈도모나스 푸티다 씨제이-피브이에이 비(Pseudomonas putida CJ-PVA b) (기탁번호 제KFCC-11127호), 및 슈도모나스 푸티다 씨제이-피브이에이 씨(Pseudomonas putida CJ-PVA c) (기탁번호 제KFCC-11128호)가 제공된다.
본 발명의 상기 미생물들은 염화나트륨, 황산암모늄, 인산 제 1 칼륨, 인산 제 2 칼륨, 황산마그네슘, 황산 제 2 철, 염화칼슘, 암모늄몰리브데이트, 황산망간을 기본으로 하고 유일한 탄소원으로서 폴리비닐알코올을 사용하는 폴리비닐알코올 함유 최소배지로부터 선별된 것들이다.
본 발명의 다른 일면에 따르면, 상기 미생물들중 1종 이상을 사용하여 폴리비닐알코올이 함유된 폐수를 처리하는 단계를 포함하는 폴리비닐알코올이 함유된 폐수의 처리방법이 제공된다. 상기 폐수중의 폴리비닐알코올 함량은 바람직하게는 1000ppm 이하이다.
본 발명을 보다 상세하게 설명하자면, 본 발명은 폴리비닐알코올의 분해 능력이 우수한 크레브시엘라 뉴모니에 씨제이-피브이에이 에이, 슈도모나스 푸티다 씨제이-피브이에이 비 및 슈도모나스 푸티다 씨제이-피브이에이 씨 미생물에 관한 것이며, 이 신규한 미생물은 직접 염색공장의 폐수 처리장에서 분리, 선별한 균주들로서 2000년 1월 29일자로 서울 서대문구 홍제동 소재의 한국종균협회에 각각 기탁번호 제KFCC-11126호, 제KFCC-11127호 및 제KFCC-11128호로 기탁, 보관되어 있는 균주이다.
본 발명자들은 경기도와 경상도지역의 염색공장 폐수처리장의 폐수 및 폐수가 유출되는 하천주위의 물과 토양을 채취하여 균주분리용 시료로 사용하여 미생물들을 순수분리 하였다.
상기 분리한 미생물들을 폴리비닐알코올을 유일한 탄소원으로 함유하는 최소배지를 사용하여 일정기간 순응시켜 적응시킨 후, 폴리비닐알코올을 함유한 고체배지에서 우수한 성장을 보인 단일군락의 미생물들을 1차선별하였다. 각각의 미생물들을 다시 폴리비닐알코올함유 액체 최소배지상에서 배양할 때 우수한 생육을 보이는 미생물을 최종선별하였으며 각종 시험을 거쳐 크레브시엘라 뉴모니에 씨제이-피브이에이 에이, 슈도모나스 푸티다 씨제이-피브이에이 비 및 슈도모나스 푸티다 씨제이-피브이에이 씨로 동정하였다. 또한, 선별된 미생물이 우수한 폴리비닐알코올의 분해능력을 지닌 것으로 판명되었다.
상기에서 설명한 것처럼 폴리비닐알코올의 분해는 일부 미생물에 제한되어 있으며 따라서 폴리비닐알코올의 분해능력이 우수한 미생물을 선별하는 것은 중요한 의미를 갖는다.
본 발명에 따른 신규 미생물의 성상은 다음과 같다
크레브시엘라 뉴모니에 씨제이-피브이에이 에이, 슈도모나스 푸티다 씨제이-피브이에이 비 및 슈도모나스 푸티다 씨제이-피브이에이 씨는 복합배지상에서 둥글고 볼록한 콜로니를 형성하며 이의 특성은 표 1, 표 2 및 표 3에 기재되어 있다.
크레브시엘라 뉴모니에 씨제이-피브이에이 에이, 슈도모나스 푸티다 씨제이-피브이에이 비 및 슈도모나스 푸티다 씨제이-피브이에이 씨의 형태적, 배양적 특성
항목 특성
크레브시엘라 뉴모니에 씨제이-피브이에이 에이 슈도모나스 푸티다 씨제이-피브이 에이 비 슈도모나스 푸티다 씨제이-피브이에이 씨
그램염색 - - -
모양 간균 간균 간균
운동성 - + +
크레브시엘라 뉴모니에 씨제이-피브이에이 에이, 슈도모나스 푸티다 씨제이-피브이에이 비 및 슈도모나스 푸티다 씨제이-피브이에이 씨의 생리, 생화학적 특성
항목 특성
크레브시엘라 뉴모니에 씨제이- 피브이에이 에이 슈도모나스 푸티다 씨제이-피브이에이 비 슈도모나스 푸티다 씨제이-피브이에이 씨
용혈성 - - -
O/F 시험 + + +
산화효소 - - -
산소요구성 조건적 혐기성 호기성 호기성
인돌형성 - - -
질산의 환원능 + - -
우레아제 형성 - - -
보가스-프로스카우에르 시험 + - -
황화수소 생성 - - -
사이트레이트 시험 + + +
말로네이트 시험 + + +
아르기닌 가수분해 - + +
폴리믹신-비 시험 - - -
크레브시엘라 뉴모니에 씨제이-피브이에이 에이, 슈도모나스 푸티다 씨제이-피브이에이 비 및 슈도모나스 푸티다 씨제이-피브이에이 씨의 유기물 이용능력
항목 특성
크레브시엘라 뉴모니에 씨제이-피브이에이 에이 슈도모나스 푸티다 씨제이-피브이에이 비 슈도모나스 푸티다 씨제이-피브이에이 씨
글루코스 + + +
말토스 + + +
자일로즈 + + +
락토스 + - -
수트로즈 + + +
솔비톨 + + -
만니톨 + + +
m-이노시톨 + - -
아도니톨 + + +
라피노즈 + + +
람로즈 + - -
L-아라비노즈 + + +
이상과 같이 폴리비닐알코올 분해 능력이 우수한 크레브시엘라 뉴모니에 씨제이-피브이에이 에이, 슈도모나스 푸티다 씨제이-피브이에이 비 및 슈도모나스 푸티다 씨제이-피브이에이 씨 미생물이 최종 선별되었다.
이하의 실시예에서는 본 발명을 구체적으로 설명하되, 본 발명이 이들 실시예에 제한되는 것은 아니다.
실시예 1
균주의 분리
폴리비닐알코올의 분해 능력과 생육이 우수한 미생물을 분리하고자 하여 경기도와 경상도지역의 염색공장 폐수처리장 폐수 및 폐수가 유출되는 하천 주위의 물과 토양을 채취하여 일정기간 순응시킨 후, 순응된 미생물을 멸균식염수에 현탁하여 루리아-버타니 배지(Luria-Bertani, LB배지; 트립톤 0.1g, 효모추출물 0.05g, 염화나트륨 0.05g, 포도당 0.01g, 한천 0.2g)를 상기 폐수의 혼합액(무균필터 0.2㎛로 여과) 1리터에 녹여 만든 평판배지에 도말하였다.
도말한 페트리디쉬를 25 내지 30℃의 인큐베이터에서 1 내지 3일간 배양하여 평판배지상에서 우수한 성장성을 보이는 20여종의 단일군락의 미생물들을 분리하였다. 분리한 미생물들에 대한 폴리비닐알코올분해 능력을 측정하기 위하여 폴리비닐알코올함유 최소배지(폴리비닐알코올 500mg 내지 1000mg, 염화나트륨 0.1g, 황산암모늄 2g, 인산제1칼륨 4.5g, 인산제2칼륨 5g, 황산마그네슘 0.2g, 황산제2철 0.02g, 염화칼슘 0.02g, 암모늄몰리브데이트 0.002g, 황산망간 0.01g를 1리터에 녹여 만든 액체배지)에 각각 한 백금이씩 접종한 후 일정기간 순응시켰다.
그후 성장이 이루어졌을 때 한천을 포함한 상기 조성의 폴리비닐알코올함유 최소배지에 도말하여 단일 군락을 보인 10여종을 1차 선별하였다. 한편 상기의 1차 선별한 미생물을, 상기 조성의 폴리비닐알코올 함유 최소 배지가 5ml씩 들어있는 배양시험관에 한 백금이씩 접종한 후 진탕회전 배양기에서 25 내지 30℃로 24시간동안 배양하고 그 배양액을 원심분리기(Vision, VS15000CFN)에서 5분간 원심분리하여 균체를 회수하였다. 회수한 미생물을 일부는 다음의 계속적인 실험에 사용하였으며 일부는 동결건조하여 보관하였다.
실시예 2
폴리비닐알코올 분해능력을 지닌 균주의 선별과 폴리비닐알코올의 제거능력 확인
상기의 1차 선별된 10종의 미생물들을 멸균증류수에 현탁한 후, 폴리비닐알코올을 500ppm으로 조정한 폴리비닐알코올함유 최소배지에 대하여 각 미생물을 1%(v/v)씩 접종하고 진탕회전 배양기에서 25 내지 30℃로 배양하였다. 이후 폴리비닐알코올을 유일한 탄소원으로 이용하는 능력이 우수한 균주를 선별하기 위하여 생육도를 비교 관찰하였다.
폴리비닐알코올을 500ppm으로 조정한 폴리비닐알코올 함유 최소배지에 대하여 48시간 생육을 관찰한 결과 도 1에 나타낸 것과 같이 크레브시엘라 뉴모니에 씨제이-피브이에이 에이, 슈도모나스 푸티다 씨제이-피브이에이 비 및 슈도모나스 푸티다 씨제이-피브이에이 씨로 동정된 미생물들이 기타 미생물에 비하여 생육이 우수하여 최종 우수균주로 선별하였다.
실시예 3
폴리비닐알코올 분해 균주에 의한 폴리비닐알코올 함유폐수의 처리성 확인
폴리비닐알코올의 혼합 함유폐수에 대해 처리성을 확인하기 위하여 폴리비닐알코올의 혼합성분을 18.2% 함유한 합성폐수에 대하여 진탕회전 배양기에서 25 내지 30℃로 배양하면서 일정량을 채취하여 적당량 희석한 후 원심분리하고, 그 상등액을 크롬산화방법에 의한 화학적 산소요구량(CODcr)을 측정하였다.
본 발명자들이 사용한 합성폐수의 조성은 염화나트륨 0.1g/ℓ, 황산암모늄 2g/ℓ, 인산제1칼륨 4.5g/ℓ, 인산제2칼륨 5g/ℓ, 황산마그네슘 0.2g/ℓ, 황산제2철 0.02g/ℓ, 염화칼슘 0.02g/ℓ, 암모늄몰리브데이트 0.002g/ℓ, 황산망간 0.01g/ℓ를 기본으로 하였으며, 이 기본 합성폐수에 폴리비닐알코올이 18.2% 함유되게 하였다. 이렇게 제조한 폴리비닐알코올 혼합 함유폐수를 본 발명의 미생물에 의하여 처리성을 비교하였다.
그 결과는 도 3에 나타내었으며, 폴리비닐알코올의 혼합 함유폐수의 농도가 1000ppm까지 증가되었을 때 활성슬러지만을 첨가한 대조군에 비하여 크레브시엘라 뉴모니에 씨제이-피브이에이 에이, 슈도모나스 푸티다 씨제이-피브이에이 비 및 슈도모나스 푸티다 씨제이-피브이에이 씨 미생물을 추가로 첨가한 비교군의 경우에 처리속도가 높게 나타났다. 따라서 본 발명에 의한 폴리비닐알코올의 분해 미생물은 폴리비닐알코올 및 폴리비닐알코올 화합물을 함유한 폐수에서도 그 능력이 우수함을 확인하였다.
염색공장 폐수처리장에서 분리, 선별된 폴리비닐알코올의 분해가 우수한 신규의 크레브시엘라 뉴모니에 씨제이-피브이에이 에이, 슈도모나스 푸티다 씨제이-피브이에이 비 및 슈도모나스 푸티다 씨제이-피브이에이 씨 미생물은 실제 현장폐수처리에 이용이 가능하며, 이 미생물을 이용한 환경처리제의 개발 및 다양한 생물학적 환경정화기술(Bioremediation)에 응용할 수 있을 것으로 기대된다.

Claims (8)

  1. 호기성 조건에서 생육이 양호하며, 폴리비닐알코올의 분해능력이 개선된 신규 미생물 크레브시엘라 뉴모니에 씨제이-피브이에이 에이(Klebsiella pneumoniae CJ-PVA a) (기탁번호 제KFCC-11126호).
  2. 호기성 조건에서 생육이 양호하며, 폴리비닐알코올의 분해능력이 개선된 신규 미생물 슈도모나스 푸티다 씨제이-피브이에이 비(Pseudomonas putida CJ-PVA b) (기탁번호 제KFCC-11127호).
  3. 호기성 조건에서 생육이 양호하며, 폴리비닐알코올의 분해능력이 개선된 신규 미생물 슈도모나스 푸티다 씨제이-피브이에이 씨(Pseudomonas putida CJ-PVA c) (기탁번호 제KFCC-11128호).
  4. 제 1항에 있어서, 염화나트륨, 황산암모늄, 인산 제 1 칼륨, 인산 제 2 칼륨, 황산마그네슘, 황산 제 2 철, 염화칼슘, 암모늄몰리브데이트, 황산망간을 기본으로 하고 유일한 탄소원으로서 폴리비닐알코올을 함유하는 폴리비닐알코올 함유 최소배지로부터 선별된 것을 특징으로 하는 미생물, 크레브시엘라 뉴모니에 씨제이-피브이에이 에이.
  5. 제 2항에 있어서, 염화나트륨, 황산암모늄, 인산 제 1 칼륨, 인산 제 2 칼륨, 황산마그네슘, 황산 제 2 철, 염화칼슘, 암모늄몰리브데이트, 황산망간을 기본으로 하고 유일한 탄소원으로서 폴리비닐알코올을 함유하는 폴리비닐알코올 함유 최소배지로부터 선별된 것을 특징으로 하는 미생물 슈도모나스 푸티다 씨제이-피브이에이 비.
  6. 제 3항에 있어서, 염화나트륨, 황산암모늄, 인산 제 1 칼륨, 인산 제 2 칼륨, 황산마그네슘, 황산 제 2 철, 염화칼슘, 암모늄몰리브데이트, 황산망간을 기본으로 하고 유일한 탄소원으로서 폴리비닐알코올을 함유하는 폴리비닐알코올 함유 최소배지로부터 선별된 것을 특징으로 하는 미생물, 슈도모나스 푸티다 씨제이-피브이에이 씨.
  7. 폐수의 처리방법으로서, 제 1항 내지 제 6항중의 어느 한 항에 따른 미생물을 사용하여 폴리비닐알코올이 함유된 폐수를 처리하는 것을 특징으로 하는 폴리비닐알코올이 함유된 폐수를 처리방법.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 폐수중의 폴리비닐알코올 함량이 1000ppm 이하인 것을 특징으로 하는 방법.
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