KR100388164B1 - 스테노트로포모나스 말토필리아 티3-씨 균주와 이를이용한 생물학적 유류 제거방법 - Google Patents

스테노트로포모나스 말토필리아 티3-씨 균주와 이를이용한 생물학적 유류 제거방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유류(원유, 휘발유, 디젤유, 벤젠, 톨루엔, 에틸벤젠, 쟈일렌 등)를 분해하는 스테노트로포모나스 말토필리아 티3-c (Stenotrophomonas maltophiliaT3-c, KCTC 18036P) 균주 및 이 균주를 이용한 생물학적 유류 오염 정화 방법에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은, 유류를 탄소원과 에너지원으로 이용하여 최종 대사 산물인 이산화탄소를 생성하며, pH 5-8, 15-40℃의 넓은 조건에서 유류에 함유되어 있는 다양한 종류의 석유탄화수소 화합물을 동시에 효율적으로 분해할 수 있는 능력을 가진 스테노트로포모나스 말토필리아 티3-c (Stenotrophomonas maltophiliaT3-c, KCTC 18036P) 및 이 균주를 이용한 생물학적 유류오염 정화방법을 제공한다.
본 발명에 의하면, 다양한 종류의 석유탄화수소 화합물을 동시에 분해할 수 있기 때문에 유류로 오염된 토양, 지하수, 갯벌, 해안가 및 해양 등을 효율적으로 복원할 수 있을 뿐만 아니라 상온·상압에서 화학약품을 사용하지 않고 오염물질을 복원하기 때문에 2차적인 오염문제의 발생 없이 환경 친화적으로 정화할 수 있다.

Description

스테노트로포모나스 말토필리아 티3-씨 균주와 이를 이용한 생물학적 유류 제거방법{Stenotrophomonas maltophilia T3-c, and a Method for Bioremediation of Oil Contamination using the Strain}
발명은 유류를 분해하는 스테노트로포모나스 말토필리아 티3-c (Stenotrophomonas maltophiliaT3-c, KCTC 18036P) 균주 및 이 균주를 이용한 유류 오염 정화방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 유류(원유, 휘발유, 디젤유, 벤젠, 톨루엔, 에틸벤젠, 쟈일렌 등)를 탄소원과 에너지원으로 이용하여 최종 대사 산물인 이산화탄소를 생성하고, 유류에 함유되어 있는 다양한 종류의 석유탄화수소화합물을 동시에 분해할 수 있는 능력을 가지며, pH 5-8, 온도15-40℃의 넓은 조업범위에서 유류를 효율적으로 분해할 수 있는 스테노트로포모나스 말토필리아 티3-c (Stenotrophomonas maltophiliaT3-c, KCTC 18036P) 및 이를 이용하여 유류로 오염된 토양, 지하수, 갯벌, 해안가 및 해양 등을 효율적으로 복원할 수 있는 생물학적 유류 오염 정화 방법에 관한 것이다.
산업화와 도시화 현상이 급속하게 진행되면서 현대사회의 에너지원인 석유의 소비량이 기하급수적으로 증가하고 있다. 석유의 소비량이 증가함에 따라 석유의 채광, 정제, 운송, 저장 및 소비 단계에서 심각한 환경오염문제가 야기되고 있다. 특히, 최근 들어서는 유류의 수송단계에서 일어나는 유류 수송선에 의한 해양 및 해안가의 유류 오염 문제와 유류의 저장시설에서 유류의 누출로 인한 토양 및 지하수 오염 문제가 심각하게 대두되고 있다. 이러한 누출 유류에 의한 환경오염문제는 육상 및 해양 생태계를 파괴하고 있을 뿐만 아니라, 인간의 건강을 치명적으로 위협하고 있다. 따라서, 유류 오염으로부터 지구생태계를 보전하기 위해서는 유류로 오염된 토양이나 해양을 신속하고 경제적이며 환경친화적으로 복원하는 기술의 개발이 시급히 요구되고 있다.
석유는 탄소와 수소로 구성된 화합물로, 고대 식물과 유기물의 퇴적물로서 수백만 년간 높은 열과 압력 하에서 매장되어 생물체의 구성 성분들이 탄소와 수소화합물로 바뀌게 된 것이다. 따라서, 석유는 수백 가지 종류의 화합물로 구성되어있으며, 석유의 성분들은 매장 위치나 원산지에 따라 다르나 분자량이 작은 석유탄화수소화합물은 휘발성이 강하고 높은 증기압을 가지며 적은 양으로 인간의 건강에 유해한 영향을 미친다. 분자량이 큰 석유탄화수소화합물은 휘발성이 약하고 점성이 강하고 생분해성이 낮은 특성을 지닌다. 이와 같이 석유 중에는 탄소수가 6개인 저분자 화합물로부터 탄소수 60개의 고분자 화합물까지 다양한 종류의 화합물이 함유되어 있으므로, 유류로 오염된 환경을 정화하기에는 많이 어려움이 뒤따르게 된다.
유류로 오염된 환경을 정화하여 복원하는 방법은 크게 물리·화학적 방법 및 생물학적 방법으로 구분할 수 있다.
생물학적 방법은 유류를 분해하는 생물의 활성을 이용하여 유류로 오염된 환경을 정화하는 방법으로 자연의 정화작용 원리를 공학적으로 활용하는 방법이다. 생물학적 방법은 상온·상압하에서 조업되기 때문에 물리·화학적인 방법에 비해 경제적이고, 2차 오염문제가 발생하지 않는 환경 친화적인 기술이다.
유류 오염 정화를 위한 생물학적 방법은 다시 크게 3종류로 나눌 수 있는데, 첫 번째는 오염현장의 환경 중에 존재하는 토착성 미생물의 유류 분해 활성을 촉진하기 위해 미생물 성장에 필요한 산소, 수분, 영양배지 등을 인위적으로 공급하는 토착유용미생물의 활성화 방법(Biostimulation)이다. 이 기술은 이미 선진 외국에서는 파일럿 규모의 연구에서 성공을 거두고 있으나, 유류 분해 속도가 느린 것이 단점으로 지적되고 있다.
두 번째는 유류 오염 정화를 위한 생물학적 방법은 자연계에서 분리한 유류분해 미생물을 대량 배양해 오염현장에 살포하는 천연외래 유용미생물의 적용 기술(Bioaugmentation)이다. 이 기술은 유류 오염 정화 및 환경 복원 기간을 단축할 수 있고, 토착성균에 의해 분해를 기대할 수 없는 오염물의 분해도 가능한 방법이다.
세 번째 방법은 유전자 조작을 통해 인공적으로 화학물질 등의 분해능력을 획득한 유전자조작 유용미생물을 현장에 적용하는 기술이다. 이 기술은 현재 기초 연구 단계에 있으며, 유전자조작 미생물의 안전성에 대한 확신이 없는 한 상용화되기 곤란할 것으로 예상된다.
최근 들어 환경오염에 대한 위기가 고조되고 유류 오염에 대한 환경기준치가 강화됨에 따라 유류 오염 정화 기술이 시급히 요구되고 있는 현실을 감안한다면, 상기의 생물학적 방법 중 두 번째 방법인 천연외래 유용미생물의 적용 기술이 가장 효율적이며 현실성 있는 기술로 주목받고 있다.
천연외래 유용미생물을 이용하여 유류로 오염된 토양, 지하수, 해양, 해안가 등의 환경을 정화하는데 있어 정화 효율에 핵심적인 영향을 미치는 것이 사용 미생물의 활성이다. 기존 상용화되고 있는 생물학적 유류 오염 정화방법 보다 우수한 성능의 정화방법을 개발하기 위해서는 유류 분해능이 우수한 미생물의 확보가 필요하다. 그럼에도 불구하고 지금까지 개발된 기술의 주요 취약성 중의 하나가 우수한 성능의 미생물의 개발이 미약한 것이다. 특히, 유류에는 다양한 성상의 화합물이 함유되어 있으므로, 다양한 종류의 석유탄화수소화합물을 동시에 분해 가능한우수한 미생물의 확보가 요구된다. 또한, 유류로 오염된 지역의 환경 특성이 다양하게 때문에 넓은 영역의 pH와 온도 범위에서 유류 분해능을 발휘할 수 있는 전천후성 미생물의 확보가 절실히 요구되고 있다.
본 발명은 넓은 영역의 pH와 온도 범위에서 다양한 성상의 석유화학탄화합물을 효과적으로 분해하는 신규의 균주 및 이를 이용한 생물학적 유류 제거방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 본 발명에 의한 균주의 유류 분해능을 보여주는 그래프
도 2는 본 발명에 의한 균주의 휘발유 분해능을 보여주는 그래프
도 3은 본 발명에 의한 균주에 의한 pH 변화에 따른 벤젠과 톨루엔의 비분해속도를 보여주는 그래프
도 4는 본 발명에 의한 균주에 의한 온도 변화에 따른 벤젠과 톨루엔의 비분해속도를 보여주는 그래프
상기한 첫 번째 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 유류를 탄소원과 에너지원으로 이용하여 이산화탄소로 효율적으로 분해할 수 있는 능력을 가진 스테노트로포모나스 말토필리아 티3-c (Stenotrophomonas maltophiliaT3-c, KCTC 18036P)와 이를 이용하여 제조한 액상, 고상 또는 분말형태의 미생물 제제에 관한 것이다.
본 발명에서 유류(油類)란 원유, 휘발유, 디젤유 등과 같은 석유류 및 벤젠, 톨루엔, 에틸벤젠, 쟈일렌 등과 같이 석유류에 함유된 다양한 성상의 석유탄화수소화합물을 통칭하는 의미로 사용된다.
본 발명에 의한 상기 균주는 유류로 오염된 토양으로부터 선별 과정을 거쳐 분리하였다.
먼저 유류로 오염된 토양 시료를 멸균수로 희석한 후 영양이 풍부한 한천배지에 배양하여 우점종인 균주를 수종 얻었다. 이들 우점종을 분리하고, 무기염이 첨가된 배지에 유류를 탄소원으로 공급한 후 분리 순수균의 생장과 분해성능을 조사하여 유류의 분해능이 가장 우수한 한 균주인 티3-c를 분리하였다.
분리균 티3-c는 길이가 1.5∼2㎛ 가량의 단간균으로서 운동성이 없는 그람음성균이었고 효모추출액 한천 배지에서의 콜로니의 형태와 색은 원형과 크림색이었다. 분리한 균주에 대하여 일반적인 실험방법에 의거하여 그람염색, oxidase, catalase, 유기물의 이용, 최적 pH 등 생화학적 특성 및 균주의 세포벽 지방산 성분을 분석한 결과 분리균은 스테노트로포모나스 말토필리아 (Stenotrophomonas maltophiliaT3-c)에 속하는 신균주로 동정되어 그 명칭을 스테노트로포모나스 말토필리아 티3-c로 정하고 이를 한국과학기술연구원 부설 생물공학연구소내의 유전자은행(KCTC)에 기탁하여 균주번호 KCTC 18036P를 부여받았다.
본 발명에 의한 스테노트로포모나스 말토필리아 티3-c 균주는 유류를 탄소원과 에너지원으로 이용할 수 있는 종속영양세균으로, 유류 등과 같은 C6-c36의 석유탄화수소화합물을 탄소원과 에너지원으로 이용하여 최종 대사 산물인 이산화탄소로 완전히 광물화시켜 분해시키는 세균이다.
상기 균주는 유류에 함유되어 있는 C6-c36의 다양한 성상의 석유탄화수소화합물을 이산화탄소로 탄소원 수에 관계없이 동시에 균일하게 분해하는데, 휘발유를 단기간에 대부분 분해할 수 있으며, 휘발성 석유탄화수소화합물인 벤젠, 톨루엔, 에틸벤젠, 쟈일렌을 각각 4.3, 2.4, 1.5, 0.5 mmole/g-건조세포중량/h 라는 빠른 비분해속도로 분해할 수 있다. 또한, 상기 균주는 pH 5-8의 넓은 pH 영역과 15-40℃의 넓은 온도 영역에서 유류를 분해하는 범용적인 특성을 지닌다.
상기한 두 번째 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 수송 과정이나 저장시설로부터 유출된 유류로 오염된 토양, 지하수, 해양, 해안가 등의 환경을 정화하기 위해, 스테노트로포모나스 말토필리아 티3-c 균주를 이용하여 오염된 유류를 이산화탄소로 전환·제거하는 생물학적 유류 오염 정화 방법을 제공한다.
본 발명에 의한 유류 제거방법에서는 상기 스테노트로포모나스 말토필리아 티3-c 균주의 액체 배양액, 동결건조 균체 혹은 이 균주를 이용하여 만든 액체 혹은 고형물 형태의 미생물 제제를 사용할 수 있다. 예를 들면, 본 발명에 의해서 제공되는 스테노트로포모나스 말토필리아 티3-c 균주 혹은 이를 이용하여 제조한 미생물 제제를 유류로 오염된 환경에 살포하여 상기 균주의 분해작용에 의해 유류를 이산화탄소로 전환·제거하는 것이 가능하다. 본 발명에 의한 정화방법에 의해 주유소 주변 유류 오염 토양을 처리한 결과, 휘발성 석유탄화수소화합물은 99% 이상, 총 석유탄화수소 화합물은 94% 정도 제거하는 우수한 정화능을 제공하였다.
본 발명에 의한 유류 제거방법에 있어서 살포된 스테노트로포모나스 말토필리아 티3-c 균주의 생장과 활성을 유지하기 위하여 호기적인 조건이 조성되도록 공기를 불어넣어 주고, 습도 95∼100%, 온도 15∼40℃로 조절하는 것이 바람직하고, 무기염배지(KH2PO4 1.5g, Na2HPO4·12H2O 9g, (NH4)2SO4 3g, CaCl2·2H2O 0.01, MgSO4 0.5g, 증류수 1리터)를 간헐적으로 공급하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 스테노트로포모나스 말토필리아 티3-c 균주는 유류 뿐만 아니라 벤젠, 톨루엔 쟈일렌 등의 용제를 효과적으로 분해할 수 있기 때문에 스테노트로포모나스 말토필리아 티3-c 균주의 현탁균 또는 고정화균이 들어있는 생물반응기 또는 휘발성 유기화합물 제거장치에 휘발성 유기화합물을 포함하고 있는 오염가스를 주입시켜, 마이크로박테리움 에스테르아로마티컴 티3-c 균주의 산화작용에 의해 휘발성 유기화합물을 이산화탄소로 접촉시켜 생물학적 분해작용에 의해 이산화탄소로 분해시키는 것도 가능하다.
이하, 본 발명을 실시 예를 통하여 상세히 설명한다. 실시 예 에서는 필요에 따라 본 발명의 균주를 이용하여 제조한 미생물 제제를 이용하여 실험하였다. 그러나 하기 실시 예는 본 발명을 예시적으로 설명하는 것일 뿐 이에 의해 본 발명의 기술적 사상이나 발명의 범위가 영향받는 것은 아니다.
실시예 1 : 유류의 분해능이 우수한 균주의 분리 및 동정
본 발명의 스테노트로포모나스 말토필리아 티3-c 균주는 유류로 오염된 토양으로부터 선별 과정을 거쳐 분리하였다.
유류로 오염된 토양 시료 10g(습중량)을 90ml의 멸균수에 넣고 250rpm에서 30분간 진탕 혼합한 후, 이 현탁액을 멸균수로 단계적으로 희석하였다. 희석액을 효모추출액 한천 배지(KH2PO4 1.5g, Na2HPO4·12H2O 9g, (NH4)2SO4 3g,CaCl2·2H2O 0.01, MgSO4 0.5g, Yeast extract 1g, Agar 15g, 증류수 1리터, pH 7.0)에 도말한 후 30℃에서 3일간 배양하여, 효모추출액 한천 배지 위에 우점종의 균주를 수종 얻었고, 이어서 분리 우점종을 0.5리터 용량의 밀폐가 가능한 혈청병에 무기염배지(KH2PO4 1.5g, Na2HPO4·12H2O 9g, (NH4)2SO4 3g, CaCl2·2H2O 0.01, MgSO4 0.5g, 증류수 1리터, pH 7.0) 20ml에 각각 접종하였다. 혈청병을 미니넛 밸브로 완전히 밀폐한 후, 주사기를 이용하여 유일 탄소원과 에너지원으로 유류(휘발유 또는 디젤유)를 단독으로 또는 혼합하여 배지에 첨가한 후, 30℃, 180rpm에서 진탕 배양하였다. 배양액에서 우점종의 생장속도를 흡광도로 측정하여 우점종 중에서 유류 분해능이 가장 우수한 균주 한 종을 분리하였다.
상기 방법으로 분리한 균주에 대하여 일반적인 실험방법에 의거하여 그람염색, 옥시다제, 카탈라제, 유기물의 이용, 최적 pH 등 생화학적 특성과 균주의 세포벽 성분의 지방산 분포를 조사하여 분리된 균주를 동정하였다.
분리균은 길이가 1.5∼2㎛ 가량의 단간균으로서 운동성이 없는 그람 음성균이다. 효모추출액 한천 배지에서의 콜로니의 형태와 색은 원형과 크림색이었고 시토크롬 옥시다제(cytochrome oxidase)와 카탈라제(catalase) 활성실험 결과 모두 양성의 반응을 보였다. 세포막 지방산의 주요성분은 15:0(iso), 15:00(anteiso), 및 16:00(non-hydroxy)을 나타내었다.
이상과 같은 조사결과, 분리균은 스테노트로포모나스 말토필리아 (Stenotrophomonas maltophilia)에 속하는 신균주로 동정되었고, 한국과학기술연구원 부설 생물공학연구소내의 유전자은행(KCTC)에 기탁하여 균주번호 KCTC ?????를부여받고 그 명칭을 스테노트로포모나스 말토필리아 티3-c로 정하였다.
실시예 2 : 분리균주의 유류 분해
본 발명에 의한 스테노트로포모나스 말토필리아 티3-c 균주를 이용하여 유류 분해능을 조사하였다.
먼저 오염현장으로부터 채취한 유류 오염 토양을 채취하여 직사각형의 반응기(100 cm ×50cm)에 높이가 100cm가 되도록 주입하였다. 반응기 아래에는 공기를 주입할 수 있도록 유공관(직경 0.1m, 설치갯수 1기, 관에 형성된 구멍의 지름 = 1 mm, 구멍의 수 = 10)을 설치하였다. 효모추출배지로 대량 배양한 스테노트로포모나스 말토필리아 티3-c 균주 배양액 1L를 반응기 상부에서 살포한 후, 반응기하부 유공관을 통해 공기를 주입하여 토양 내부가 호기적인 조건이 조성되도록 하였다. 하루에 한번씩 물을 살포하여 토양의 수분함량이 70%이상이 되도록 조절하였다.
정화 처리하기 전과 처리 4일 후의 토양 시료를 채취하고 유류 성분을 추출하여 가스크로마토그래피로 그 함량변화를 분석하였다(도 1). 유류에 함유된 석유탄화수소화합물을 가스크로마토그래피롤 분석하면, 탄소수가 적은 저분자 화합물이 먼저 검출되며, 분자량이 커질수록 늦게 검출된다.
도 1에서 볼 수 있듯이 실험에 사용된 유류 오염 토양 시료는 저분자부터 고분자 화합물에 이르기까지 매우 다양한 종류의 석유탄화수소화합물로 오염되어 있었다. 그러나, 스테노트로포모나스 말토필리아 티3-c 균주를 이용하여 유류 오염 토양을 처리한 결과, 4일 이후에는 탄소수가 적은 저분자화합물 뿐만 아니라, 탄소수가 많은 고분자화합물까지 동시에 균일하게 제거됨을 확인할 수 있었다. 즉, 본 발명에서 제공하는 스테노트로포모나스 말토필리아 티3-c 균주는 유류 에 함유되어 있는 C6-c36의 다양한 성상의 석유탄화수소화합물을 이산화탄소로 탄소원 수에 관계없이 동시에 균일하게 분해하는 우수한 유류 분해 균주임을 증명할 수 있었다.
실시예 3 : 분리 균주의 휘발유 분해
본 발명에 의한 스테노트로포모나스 말토필리아 티3-c 균주를 이용하여 대표적인 유류인 휘발유의 분해능을 조사하였다.
저장탱크로 누출된 휘발유로 오염된 토양을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 2의 방법과 동일하게 실험하여 그 처리결과를 표 1에 나타내었다.
표 1에서 볼 수 있듯이, 처리 2일 후에는 49%, 3일 후에는 71%, 4일 이후에는 95% 이상의 휘발유가 분해되었다.
또한, 정화 처리 전과 4일 동안 처리한 후의 토양 시료의 휘발유 성분을 추출하여 가스크로마토그래피로 분석한 결과(도 2), 탄소수가 적은 저분자화합물 뿐만 아니라, 탄소수가 많은 고분자화합물까지 동시에 균일하게 제거됨을 확인하였다.
표 1. 스테노트로포모나스 말토필리아 티3-c 균주의
휘발유 오염 토양 정화 처리 능력
처리시간 정화처리전 정화처리후
2일 3일 4일
휘발유 제거효율 (%) 0 49 71 95
실시예 4 : 분리균주에 의한 휘발성 석유탄화수소화합물 분해
스테노트로포모나스 말토필리아 티3-c 균주의 유류 성분 중 휘발성 석유탄화수소화합물인 벤젠, 톨루엔, 에틸벤젠, 쟈일렌의 비분해속도를 조사하였다.
먼저, 밀폐가 가능한 0.5 리터 용량의 혈청병에 무기염배지(KH2PO4 1.5g, Na2HPO4·12H2O 9g, (NH4)2SO4 3g, CaCl2·2H2O 0.01, MgSO4 0.5g, 증류수 1리터, pH 7.0) 20ml를 넣고 상기 분리 균주를 접종하였다. 혈청병을 미니넛 밸브로 완전히 밀폐한 후, 주사기를 이용하여 유일 탄소원과 에너지원으로 벤젠, 톨루엔, 에틸벤젠, 쟈일렌을 단독으로 또는 혼합하여 배지에 첨가한 후, 30℃, 180rpm에서 진탕 배양하였다. 배양시간에 따라 혈청병 상부의 가스를 주사기로 채취하고 가스크로마토그래피를 이용하여 채취가스 중의 휘발성 유기화합물의 농도를 측정하여 비분해속도를 계산하였다(표 2).
벤젠 및 톨루엔을 단독으로 혈청병에 주입한 경우, 본 발명에 의한 티3-c 균주는 단위 시간당(h) 단위 건조 중량당(g) 벤젠을 4.3 mmole, 톨루엔을 2.4 mmole 분해하였으며, 벤젠과 톨루엔의 2성분 혼합가스, 벤젠, 톨루엔 및 에틸벤젠의 3성분 혼합가스 뿐만 아니라, 벤젠, 톨루엔, 에틸벤젠 및 쟈일렌의 4성분 혼합가스를 모두 효율적으로 분해할 수 있음을 확인하였다.
표 2. 스테노트로포모나스 말토필리아 티3-c 균주의 유류 성분 중
휘발성 석유탄화수소화합물 비분해 속도
유류종류 비분해속도(mmole·g-1 균체건조중량·h-1)
단독성분 혼합성분
벤젠 톨루엔 벤젠+톨루엔 벤젠+톨루엔+에틸벤젠 벤젠+톨루엔+에틸벤젠+쟈일렌
벤젠 4.3 - 6.9 1.4 1.8
톨루엔 - 2.4 3.5 1.8 1.7
에틸벤젠 - - - 1.5 1.5
쟈일렌 - - - - 0.5
실시예 5 : pH에 따른 분리균주의 휘발성 석유탄화수소화합물 분해
pH 조건별 스테노트로포모나스 말토필리아 티3-c 균주의 유류 성분 중 휘발성 석유탄화수소화합물 분해능력을 조사하였다.
0.5리터 용량의 밀폐가 가능한 혈청병에 무기염배지(KH2PO4 1.5g, Na2HPO4·12H2O 9g, (NH4)2SO4 3g, CaCl2·2H2O 0.01, MgSO4 0.5g, 증류수 1리터, pH 7.0) 20ml를 넣고 티3-1 균주를 접종하였다. 혈청병을 미니넛 밸브로 완전히 밀폐한 후, 벤젠 및 톨루엔을 각각 배지에 첨가한 후, 30℃, 180rpm에서 진탕 배양하면서 혈청병 상부의 가스를 주사기로 채취하여 벤젠 및 톨루엔의 농도를 가스크로마토그래피를 이용하여 측정하였다. 각 pH 조건에서 측정된 티3-c 균주의 벤젠 및 톨루엔 비분해속도(mmole·g-균체건조중량-1·h-1)를 도 3에 도시하였다.
스테노트로포모나스 말토필리아 티3-c 균주는 pH 7에서 최대 벤젠 및 톨루엔 분해활성을 보였으며, pH 5부터 pH 8의 모든 영역에서 높은 벤젠 및 톨루엔 분해활성을 가짐을 확인할 수 있었다.
실시예 6 : 온도에 따른 분리균주의 휘발성 석유탄화수소화합물 분해
배양온도에 따른 스테노트로포모나스 말토필리아 티3-c 균주의 유류 성분 중 휘발성 석유탄화수소화합물 분해능력을 조사하였다.
0.5리터 혈청병에 무기염배지(KH2PO4 1.5g, Na2HPO4·12H2O 9g, (NH4)2SO4 3g, CaCl2·2H2O 0.01, MgSO4 0.5g, 증류수 1리터, pH 7.0) 20ml를 넣고 티3-c 균주를 접종하였다. 혈청병을 미니넛 밸브로 완전히 밀폐한 후, 벤젠 및 톨루엔을 각각 배지에 첨가한 후, 15, 20, 30, 37 및 40℃, 180rpm에서 진탕 배양하면서 혈청병 상부의 가스를 주사기로 채취하여 벤젠 및 톨루엔의 농도를 가스크로마토그래피를 이용하여 측정하였다. 각 배양 온도에서 측정된 티3-c 균주의 벤젠 및 톨루엔 비분해속도(mmole·g-균체건조중량-1·h-1)를 도 4에 도시하였다.
스테노트로포모나스 말토필리아 티3-c 균주는 30℃에서 최대 벤젠 및 톨루엔 분해활성을 보였으며, 15℃의 낮은 온도 조건뿐만 아니라, 40℃의 고온 조건에서도 높은 벤젠 및 톨루엔 분해 활성을 가짐을 확인할 수 있었다.
실시예 7 : 분리균주로 제조한 미생물 제제를 이용한 유류 오염 토양의 정화처리
본 발명에 의한 스테노트로포모나스 말토필리아 티3-c 균주를 이용하여 제조한 미생물 제재를 이용한 유류 오염 토양의 현장 처리 성능을 조사하였다.
유류로 오염되어 있는 주유소 3곳의 지표면으로부터 7.0m 깊이로 3.3m2당 1 곳씩 굴착한 후 유공관(유공관의 지름 0.3m, 5cm의 일정한 간격으로 2mm 구멍)을 설치하였다. 0.5 m 깊이의 유공관을 통하여 스테노트로포모나스 말토필리아 티3-c 균주를 이용하여 제조한 액상의 미생물 제제를 주입한 후 압축 공기를 유공관을 통하여 주입하면서 오염토양의 복원을 수행하였다. 티3-c 균주를 이용하여 제조한 미생물 제제를 살포하기 전과 20일 경과 후의 토양 시료를 채취하여 유류를 분석한 결과를 표 3에 나타내었다.
표 3에서 볼 수 있듯이 본 실시예에 의한 정화방법은 오염된 유류 성분 중 휘발성 석유탄화수소화합물을 99% 이상, 총 석유탄화수소 화합물을 94% 정도 제거하는 우수한 정화능력을 보임을 확인하였다.
표 3. 스테노트로포모나스 말토필리아 티3-c 균주를 이용하여 제조한
미생물 제제를 이용한 유류 오염 토양의 현장 처리 성능
정화처리여부 시료번호 유류성분농도 (mg/kg)
총석유탄화 수소화합물 벤젠 톨루엔 에틸벤젠 쟈일렌
정화처리전 1 4,130 0.7 0.1이하 18.5 20.0
2 2,610 0.1이하 0.2 3.2 0.9
3 3,720 0.2 0.1이하 2.5 0.2이하
평균 3,487 0.4 0.1 8.1 7.0
정화처리20일 경과후 1 163 0.001이하 0.001이하 0.001이하 0.001이하
2 279 0.001이하 0.001이하 0.001이하 0.001이하
평균 221 0.001이하 0.001이하 0.001이하 0.001이하
평균 제거효율 (%) 93.7 99.8 99.0 99.9 99.9
실시예 8 : 고정화된 분리균주에 의한 휘발성 유기화합물의 분해
스테노트로포모나스 말토필리아 티3-c 균주를 고정화한 반응조에 의한 휘발성 유기화합물(벤젠, 톨루엔, 에틸벤젠 및 쟈일렌)의 분해능력을 조사하였다.
스테노트로포모나스 말토필리아 티3-c 균주의 액상제제를 크기가 20mm인 발포 폴리스틸렌과 혼합하여 고정화하였다. 티3-c 균주가 고정화된 담체를 아크릴 칼럼(1800mm H x 120mm x 120mm)에 7.2리터 충전하였다. 톨루엔, 벤젠, 에틸벤젠 및 쟈일렌을 혼합하여 밀폐된 혈청병에 넣고 정량펌프로 가스발생장치에 주입하여 일정한 농도로 발생시킨 4성분 혼합 가스를 반응조에 주입하였다. 스테노트로포모나스 말토필리아 티3-c 균주를 고정화한 반응조에 상기의 4성분 혼합가스를 공간속도 200h-1 조건에서 유입농도를 150ppm으로 주입하면서 각각의 가스의 제거 효율을 불꽃이온검출기가 장착된 가스크로마토그라피를 이용하여 측정하였다.
그 결과, 스테노트로포모나스 말토필리아 티3-c 균주는 벤젠, 톨루엔, 에틸벤젠 및 쟈일렌의 4성분을 모두 분해할 수 있으며, 유입 휘발성 유기화합물의 전체 제거효율은 95% 이상임이 확인되었다.
본 발명에 의한 스테노트로포모나스 말토필리아 티3-c 균주를 사용함으로써 pH 5-8과 15-40℃의 넓은 조업영역에서 유류에 함유된 다양한 성상의 석유탄화수소화합물을 동시에 또한 균일하게 처리할 수 있는 능력이 매우 뛰어나기 때문에 유류로 오염된 토양, 지하수, 해양, 해안가 등 각종 환경지역을 효과적으로 정화하여 복원시킬 수 있다. 또한, 상기 균주는 종래의 균주들과는 달리 유류에 함유된 저분자 석유탄화수소화합물 뿐만 아니라, 고분자 석유탄화수소화합물을 동시에 분해할 수 있는 능력이 매우 뛰어나기 때문에 종래의 균주를 활용한 생물학적 유류 오염 정화 방법에 비해 매우 효과적으로 유류 오염을 처리 할 수 있다.

Claims (5)

  1. 유류에 함유된 다양한 성상의 석유탄화수소화합물을 탄소원과 에너지원으로 이용할 수 있으며, pH 5-8, 온도 15-40℃의 범위에서 석유탄화수소화합물 분해능력을 보유한 균주 스테노트로포모나스 말토필리아 티3-c (Stenotrophomonas maltophiliaT3-c, KCTC 18036P).
  2. 제 1 항의 균주를 함유하는 액상, 고상 또는 분말형태의 균주 제제.
  3. 유류를 제 1 항의 균주와 접촉시켜 이산화탄소로 전환·제거하는 것을 특징으로 하는 생물학적 유류 제거방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    유류로 오염된 지역에 제 2 항의 균주 제제를 살포함으로써 상기 유류를 이산화탄소로 전환·제거하는 것을 특징으로하는 생물학적 유류 제거방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 균주의 현탁액 또는 고정화 담체가 들어있는 생물반응기에 휘발성 유기화합물을 포함하고 있는 오염가스를 주입시킴으로써 상기 휘발성 유기화합물을 이산화탄소로 전환·제거하는 것을 특징으로 하는 생물학적 휘발성 유기화합물 제거방법.
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