KR100957463B1 - 바이오트리클링 필터에서 황화합물의 생물학적 저감을 위한균주 알칼리게네스 sp. S-8 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 바이오트리클링 필터 시스템에서 황화합물의 생물학적 저감을 위한 알칼리게네스(Alcaligenes ) sp. S-8 균주에 관한 것으로, 하수 처리장의 활성화된 슬러지로부터 분리해낸 황 산화 박테리아로부터 분리해낸 균주 알칼리게네스 sp. S-8은 황 함유 화합물을 효과적으로 분해시킬 수 있으며, 바이오트리클링 필터 시스템에 이용가능하다.
황화수소, 티오황산염, 황 산화 박테리아, 바오트리클링 필터
Description
도 1은 본 발명에서 사용된 컬럼의 사진이다.
도 2는 본 발명의 바이오트릭클링 필터의 개략도이다.
도 3은 티오황산염 미네랄 배지에서 분리물의 성장을 나타내는 그래프이다.
도 4는 플라스크 실험에서 분리물의 티오황산염 제거 효율을 나타내는 그래프이다.
도 5는 옥시다아제, 카탈라아제 양성 및 그람 음성 S-8을 나타낸 사진이다.
도 6은 균주 S-8의 SEM 이미지이다.
도 7은 플라스크 실험 동안 S-8 균주의 최적 성장 및 pH 변화를 나타낸 그래프이다.
도 8은 균주 S-8에 대한 최적 성장 밀도와 건조 세포 중량 사이의 상관관계를 나타낸 그래프이다.
도 9는 상이한 기재 농도에서 균주 S-8의 특정 성장율을 나타낸 그래프이다.
도 10은 균주 S-8의 기재 흡수 패턴을 나타낸 그래프이다.
도 11은 플라스크 실험에서 티오황산염 및 황산염의 농도를 나타낸 그래프이 다.
도 12는 성장 패턴에서 pH의 효과를 나타낸 그래프이다.
도 13은 바이오트릭클링 필터; 균주 S-8이 주입된 R1-반응기; 활성화된 슬러지가 주입된 R2-반응기의 농도 프로파일을 나타낸 그래프이다.
도 14는 반응기; 균주 S-8이 주입된 R1-반응기; 활성화된 슬러지가 주입된 R2-반응기의 제거 효율 프로파일을 나타낸 그래프이다.
도 15는 반응기; 균주 S-8이 주입된 R1-반응기; 활성화된 슬러지가 주입된 R2-반응기의 방출 용량 프로파일을 나타낸 그래프이다.
도 16은 바이오트릭클링 필터의 황산염 농도 및 pH 변화를 나타낸 그래프이다.
본 발명은 바이오트리클링 필터에서 황화합물의 생물학적 저감을 위한 균주에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 하수 처리장의 활성화된 슬러지로부터 분리해낸 황 산화 박테리아로부터 황 함유 화합물을 분해시킬 수 있는 균주 알칼리게네스(Alcaligenes) sp. S-8(KACC 91254P)을 분리하고, 바이오트리클링 필터 시스템에서의 이용가능성에 관한 것이다.
하수 처리장의 다양한 공정에서는 고농도의 악취 성분, 주로 황화수소(H2S) 및 메탄티올(MT)과 같은 황 함유 화합물이 발생 되고 있다. 하수 처리장이 주로 주거지역 부근에 위치하기 때문에, 이러한 악취를 완전히 없앨 수는 없더라도, 이를 효율적으로 처리하는 것이 요구되고 있다.
환경으로의 환원된 황 화합물을 방출은 부식작용을 일으키고, 불쾌한 냄새를 생성시키며, 특정 조건하에서는 독성일 수 있다. 가스상 황화수소[H2S(g)]는 폐수 처리 시설 방출물 중의 주요 오염물질과 천연 가스 및 바이오가스의 구성 성분으로, 건강 및 환경에 대한 이들의 영향으로 인하여 조절이 필요하다.
통상적인 황화수소 스트림의 처리 방법은 수용액에 흡수시키는 방법을 포함한다. 고려될 수 있는 다른 단계로는 상기 흡수 방법과 H2S을 원소 황으로 산화시키는 방법을 결합하는 것이다. 그러나 이러한 2차 처리 공정으로 충분치 않다고 여겨지고 있다. 최근 몇 년 동안 황화수소의 생물학적 처리 방법이 효율성 및 경제성으로 인하여 광범위하게 사용되고 있다. 이러한 공정에 있어서는, 가스상 오염물질을 수용액에 용해시키고, 여기서 이들은 미생물에 의해 비휘발성 화합물, 예를 들어 원소 황 및 황산염으로 산화되어진다. 바이오 여과방법 중 한 형태가 바이오트릭클링 필터로서, 이는 황화수소와 같은 친수성 가스 처리물을 생성시키는 산의 처리에 효율적이라고 여겨지고 있다.
황-산화 박테리아는 황과 탄소의 생화학적 순환 과정에서 중요한 기능성 군을 대표한다. 이들은 몇몇의 신진대사 형태, 즉 완전 독립영양 형, 불완전 독립영 양 형 및 완전 종속영양 형이 포함된다. 독립영양 황 박테리아의 역할은 자연 환경 및 산업 환경에서 환원된 황 화합물을 산화시키는 것으로 널리 알려져 있을 뿐만 아니라, 그들의 생리기능, 생화학 기능, 계통발생 및 유전적 특징 또한 잘 확립되어 있다. 반면에, 이들의 신진대사에 대한 불완전 종속영양 형태의 관여 및 황 산화 역할은 현재까지 명확히 밝혀진 바 없다. 종속영양 황 산화 박테리아에는 두 가지 상이한 군이 포함된다. 이 중 한 군은 황 화합물을 테트라티오네이트로 불완전하게 산화시키며 해양 환경뿐만 아니라 소다 호수에도 널리 분포되어 있다.
또 다른 군의 불완전 독립영양 형태의 것은 황 화합물을 황산염으로 산화시킨다. 지금까지, 단지 소수의 대표적인 군만이 알려져 왔다. 폐수 유래 티오바실러스 큐.(Thiobacillus Q.), 민물 림노박터 티오옥시단스(Limnobacter thiooxidans) 및 오토위아 티오옥시단스(Ottowia thiooxidans), 고온 광천수 유래 중간 정도의 호열성 테피도모나스 이그나바(Tepidomonas ignava) 및 테피도모나스 아크아티사가(Tepidomonas aquatica) 베타프로테박테리아에 속한다. 토양유래 보세아 티오옥시단스(Bosea thiooxidans), 소다 호수 유래 로세이나트로노박터 티오옥시단스(Roseinatronobacter thiooxidans) 및 해양 박테리안 실리치박터 포메로이(Silicibacter pomeroyi) 및 알비도불룸 인엑스펙타툼(Albidovulum inexpectatum )이 대표적인 프로테오박테리아의 α-3 subdivision이다. 이들 종속영양 형 박테리아는 티오황산염 또는 황화물의 존재하에 성장 수율이 증가하며, 이는 리쏘헤테로트로픽 신진대사를 지시한다.
본 발명자들은 이와 같이 연구를 예의 거듭한 결과 본 발명에 이르게 되었 다.
본 발명의 목적은 하수 처리장의 활성화된 슬러지로부터 분리해낸 황 산화 박테리아로부터 알칼리게네스(Alcaligenes) sp. S-8 균주를 효과적으로 분리하는 것이다.
또한, 본 발명의 또다른 목적은 상기 균주를 이용한 바이오트리클링 필터 시스템을 제공하는 것이다.
상기와 같은 본 발명의 목적은 하수 처리장의 활성화된 슬러지로부터 배양하여 분리한 황 산화 박테리아로부터 균주를 분리하여 동정하고, 황 함유 화합물에 대한 이들의 분해능을 조사함으로 써 달성하였다.
본 발명은 하수 처리장의 활성화 슬러지로부터 황 산화 박테리아를 분리하고, 이로부터 균주를 분리 동정하고, 이 균주의 특성을 규명하여 황 함유 화합물의 분해능 여부를 확인하는 것으로 구성된다.
본 발명에 따른 하수 처리장의 활성화된 슬러지로부터 분리해낸 황 산화 박테리아로부터 알칼리게네스(Alcaligenes) sp. S-8 균주는 2006년 6월 13일자로 농업생명공학연구원에 P-06-060호로 기탁하여 2006년 7월 11일자로 기탁 번호 KACC 91254P로 기탁되었다.
본 발명에 따른 하수 처리장의 활성화된 슬러지로부터 분리해낸 황 산화 박테리아로부터 알칼리게네스(Alcaligenes) sp. S-8 균주는 2006년 6월 13일자로 농업생명공학연구원에 P-06-060호로 기탁하여 2006년 7월 11일자로 기탁 번호 KACC 91254P로 기탁되었다.
이하 본 발명의 구체적인 방법을 실시 예를 들어 상세히 설명하고자 하지만 본 발명의 권리범위는 이들 실시예에만 한정되는 것은 아니다.
<실시예>
실시예
1 :
영양화
및 분리
하수 처리장(대한민국 경기도 용인시)에서 얻은 활성화된 슬러지를 황화수소 가스를 통과시키는 컬럼(도 1 참조)에서 순화시켰다. 수분량은 유지시켰다.
활성화된 슬러지를 순화시킨 지 10 일 후, 전자 공여체로서 티오황산염을 함유한 미네랄 배지에서 영양화시키고, 28 ℃, 150 rpm에서 3 일 동안 배양하였다. 동일한 미네랄 배지로 구성되고 1.5 %(w/v) 아가를 함유한 3차 계대배양 아가 플레이트에 영양화 배양액의 일련의 희석액을 주입하고, 28 ℃에서 배양하였다.
<표 1>
황 산화 티오황산염 배지 조성
조성 | 양(g/L) |
KH2PO4 | 2.0 |
K2HPO4 | 2.0 |
Na2S2O4 | 8 |
NH4Cl | 0.4 |
MgCl2-6H2O | 0.2 |
FeCl3-6H2O | 0.02 |
조건 | 28℃, 150 rpm, pH=7.0 |
단일 클론을 분리하고, 균주를 정제하기 위하여 동일한 배지의 아가 플레이트에 재차 스트리킹하였다.
일련의 희석액으로 활성화된 슬러지로부터 상이한 형태 및 색상을 갖는 6개의 콜로니를 분리해낸 후, 티오황산염 아가 플레이트에 도말-평판하였다. 분리물로 티오황산염의 성장 및 제거를 연구하여 결과를 도 3 및 4에 나타내었다.
분리물 S-6이 빠르게 성장하였음에도 불구하고, 40 시간 후의 제거 효율은 60% 미만이었다. 40 시간 후, 분리물 S-7의 제거 효율은 약 75%인 반면, 20시간 후의 S-8의 제거 효율은 70%였다. S-8 분리물에 의한 티오황산염 제거율은 초기 주입한지 25 시간 후 약 85%였다. 따라서 S-8이 추가의 연구에 이용되었다.
실시예
2 : 특성화
1. 옥시다아제 실험
호기성 박테리아뿐만 아니라 몇몇 불완전기생 혐기성 및 미호기성 박테리아가 옥시다아제 활성을 나타낸다. 박테리아의 사이토크롬 옥시다아제 생산능은 실험 시약인 p-아미노디메틸아닐린 옥살레이트를 플레이트 배지 상에 배양시킨 클론에 가하여 측정할 수 있다. 이러한 연분홍색 시약이 인공 기재 역할을 하여 전자를 공여함으로써 실험 시약의 존재 하에 흑색 화합물로 산화되고, 이는 사이토크롬 옥시다아제 생산의 증가를 지시하며 양성 실험을 나타낸다. 클론이 색 변화가 없거나 연분홍색을 띄는 것은 옥시다아제 활성이 없음을 지시하며, 이는 음성 실험을 나타낸다.
플레이트 배지상에서 성장한 콜로니에 p-아미노디메틸아닐린 옥살레이트를 가하여 박테리아의 사이토크롬 옥시다아제 생산능을 측정하였다. 이러한 엷은 분홍색의 시약은 인공 기재의 역할을 하여, 전자를 공여함으로써 사이토크롬 옥시다아제 생성의 현상액인 시약의 존재하에 흑색 화합물로 산화되고, 이는 양성 시험을 나타낸다. 콜로니 상의 색 변화가 없거나, 엷은 분홍색의 착색은 옥시다아제 활성이 없다는 것을 지시히고, 이는 음성 시험이다. 옥시다아제 시약(BioMerieux, Inc, Durham USA, 조성 : 10.0g/L N,N,N,N-테트라메틸-1.4-페닐렌디아민, 2.0g/L 아스코르브산, 1.0L 탈이온수) 2 방울을 용리물의 콜로니에 가하였다.
2 카탈라아제 실험
몇몇 미생물은 효소 카탈라아제를 생성시켜 과산화수소를 분해시키는 능력을 갖고 있다. 미생물은 호기성 호흡 동안 과산화수소를 발생시키고, 몇몇의 경우 극히 유독성인 수퍼옥사이드를 발생시킨다. 이러한 물질의 축적은 이들을 효소적으로 분해시키지 않는다면 생물들의 죽음을 초래할 것이다. 이러한 물질들은 호기성 생물, 종속영양 혐기성 생물 및 미호기성 생물들이 에너지를 생산하기 위해 탄수화물을 분해시키는 동안, 산소가 최종 전자 수용체가 되는 호기성 호흡 경로를 이용할 때 생성되며, 카탈라아제를 생산할 수 있는 유기체들은 하기의 식과 같이 과산화수소를 분해시킨다.
2H2O2 → 2H2O + O2 ↑
수퍼옥사이드 디스뮤타아제는 카탈라아제-음성 호기성 유기체에서 특히 유독성 수퍼옥사이드를 분해시킬 수 있는 효소이다. 제한된 혐기성 생물들이 카탈라아제, 퍼옥시다아제 또는 수퍼옥사이드 디스뮤타아제를 합성하지 못하는데, 이로부터 산소가 이들 미생물에 유해한지를 설명할 수 있다. 이들 유기체를 산소의 존재 하에 배양할 경우, 상기와 같은 효소가 없으면 독성 농도의 H2O2는 분해되지 않을 수 있다.
카탈라아제 생산 여부는 기재 H2O2를 적절하게 배양된 트립티카아제 소이 아가 경사 배양균에 가하여 측정할 수 있다. 카탈라아제가 실재하는 경우, 유리 산소 가스(O2) 버블이 상기에 언급한 화학 반응이 일어났음을 지시한다. 이것이 양성 카탈라아제 실험이고, 버블이 형성되지 않으면 음성 카탈라아제 실험이다. ID 착색제(BioMerieux, Inc, Durham USA, 조성 : 10-부피 과산화 수소(3%), 증점제 2%, 에반스 블루 0.00125%) 1 방울을 실험 용리물이 포함된 아가 배지에 가하였다.
3. 그람 염색
그람-염색에 의해 박테리아 세포를 그람-양성 및 그람-음성의 두 주요 군으로 나누었다. 아가 경사면에서 사전에 성장시킨 시험 미생물은 유리 슬라이드에 도말하고, 가열-고정하였다. 유리 슬라이드를 크리스탈 바이올렛으로 완전히 덮고, 60 초 동안 놓아두었다. 이어서, 슬라이드를 물로 5 초 동안 세척하였다. 표본은 육안으로 관찰하였을 때 블루-바이올렛을 나타내야 한다. 슬라이드를 요오드 용액에 담그고, 1 분 동안 기다린 후, 물로 5 초 동안 재차 세정하였다. 표본 색은 이전의 블루-바이올렛과 동일하여야 한다. 물로 세척한 즉시, 에탄올-탈색제를 적가하여 표본이 더이상 블루-바이올렛 색을 띠지 않도록 하였다. 전 단계에서와 같이, 물로 5 초 동안 세정하였다. 최종 단계로서 대비염색제인 사프라닌으로 연색하였다. 슬라이드를 염료에 담그고, 약 1 분 동안 놓아두어 박테리아에 염료가 혼입되도록 하였다. 재차, 슬라이드를 물로 5 초 동안 세정하여 임의의 과량 염료 를 제거하였다. 슬라이드를 현미경으로 관찰하여 그람-음성(분홍색 균주)로부터 그람-양성(블루-바이올렛)을 구별지었다.
4. 주사 전자 현미경 분석
용리물의 형태를 측정하기 위하여 이미지 형성에 전자를 이용하는 현미경인주사 전자 현미경(SEM; S-3500N VP SEM, Hitachi, Tokyo, Japan)을 사용하였다. 세포를 미네랄 배지에서 27 ℃ 및 15 rpm으로 12 시간 동안 성장시켰다. 이어서, 세포를 4 ℃ 및 5,000 rpm에서 30 분 동안 원심분리하여 채취하였다. 펠릿을 멸균 인산염 완충제(pH 7.2)로 2 회 세척하였다. 시료를 인산염 완충제에 재차 재현탁시켰다. 투석 멤브레인을 사용한 후, 세포가 멤브레인에 흡착될 때까지 세포를 여과하였다. 세포가 흡착된 투석 멤브레인을 인산염 완충제에 약 2 시간 동안 용해시킨 4% 글루타르알데하이드 용액 25 mL에 침지시켰다. 글루타르알데하이드에 침지시킨 후, 멤브레인을 1X 멸균 PBS 완충제에 2회 15 분 동안 침지시켰다. 멤브레인을 탈수시키기 위하여, 농도별 알콜(30%, 50% 및 96%)에 10 분 동안 연속적으로 침지시켰다. 이어서, 시료를 공기건조하고 4 ℃에서 보관하였다.
실시예
3 : 동정
1.
API
키트
20E
본 실험에서는 엔테로박테리아세아에(Enterobacteriaceae) 및 다른 논-패스티디오우스(non-fastidious) 그람-양성 로드에 대한 동정 시스템인 21개의 표준화 되고 소형화된 생화학 실험 및 데이터베이스를 사용하는 API 키트 20E (bioMerieux, Inc., Durham, USA)를 사용하였다. API 키트 20E 스트립은 탈수된 기재를 함유한 20 개의 마이크로튜브로 구성된다. 이 실험에 배지를 재구성시키는 박테리아 현탁액을 주입하였다. 이를 배양하는 동안, 신진대사에 의해 색 변화가 발생하였으며, 이는 자발적이거나, 시약 첨가에 의해 나타난 것이다. 반응은 판독 테이블에 따라 리드되고, 분석용 프로파일 인덱스를 참고 하거나 동정 소프트웨어를 사용하여 동정하였다.
2. 16s
RNA
서열화
S-8 균주로 성장시킨 전개 플레이트를 16s RNA 서열화를 분석하기 위하여 마크로젠(MACROGEN)(대한민국 서울)으로 보냈다. 서열 결과를 박테리아 계통의 리보좀 데이터베이스 프로젝트(Ribosomal Database Project, RDP) 웹사이트 온라인 데이터 분석 및 동정에 코딩하였다.
16s RNA 서열화를 기초로 한 S-8의 서열을 서열번호 1로 나타내었다.
계통에 대한 결과
계통에 대한 결과
삭제
삭제
문의 서열에 대한 결과 : S-08, 1208개의 단일 올리고
계 박테리아(20) (매치 서열)
문 프로테오박테리아(Proteobacteria) (20)
강 베타프로테오박테리아((Betaproteobacteria) (20)
목 부르크홀데리알레스(Burkholderiales) (20)
과 알칼리게나세아(Alcaligenaceae) (20)
속 보르데텔라(Bordetella) (17)
S-8이 알칼리게네스(Alcaligenes) sp. Q-6(AB246810)과 최고의 유사성(96.2%)을 가졌다. 이 결과는 API 키트 20E의 결과와 일치하였고, 이는 또한 알칼리게네스 sp.로서 동정되었다. 이는 또한 혼합물로부터 미생물 군집에 의한 저항성 화학합성 수지의 분해에 대하여 키시모토(Kishimoto) N., 카다니(Kadani) Y., 후지타(Fujita) T.에 의해 분리된 바 있다.
균주 S-8의 세포는 그람 음성이고, 옥시다아제 및 카탈라아제 양성(도 6 참조)이며, 아가 플레이트 상의 콜로니는 백황색(whitish-yellow)이고, 원소 황 및 티오황산염으로 양성 성장되고, 최적 pH는 6.5 - 8.5 였고, 최적 온도는 28-30℃였다.
실시예
4 : 성장, 특정 흡수율 및
pH
영향의 측정
티오황산염 배지 중에서 최종 성장 단계에 있는 배양 브로쓰 3 mL를 250 mL 진탕 플라스크에서 KH2PO4 0.7; K2HPO4 0.7; NH4Cl 0.4; MgCl2-6H2O 0.2, 미량 원소 용액 1 mL 및 상이한 양(5; 10 and 20g/L)의 Na2S2O3-5H2O을 함유한 배지 100 mL에 주입하였다. g-S-cell-1h-1로 나타낸 특정 섭취율을 일정 기간 동안의 총 소비량을 주입된 세포 수로 나누어 계산하였다.
1. 티오황산염 제거에 대한
pH
의 효과
티오황산염 배지 중에서 최종 성장 단계에 있는 배양 브로쓰 3 mL를 250 mL 진탕 플라스크에서 상기에서 언급한 조성을 갖고 각각 pH 8, pH 6 및 pH 4인 배지 100 mL에 주입하였다. 적정계로 티오황산염 농도를 측정하였다. 황산염 이온을 HACH DR/2010 휴대용 데이터로깅 분광광도계(HACH Company, USA)를 이용하는 탁도계로 측정하였다.
2. 특정
성장율
및 흡수율의 측정
최대 특정 성장율 및 pH 변화를 연구하기 위해 균주 S-8을 미네랄 배지에서 미리 성장시켰다(도 7 참조). pH는 초기 값 6.4 내지 7.0에서 약간 증가하였다. 배양한지 12 시간 후, 세포는 성장 정체 상태에 있었다. 바이오매스 데이터(도 8 참조)를 얻기 위해 건조 세포 중량을 최적 생장 밀도와 관련지었고, 최대 특정 성장율을 계산하는 데 사용하였다(도 9 참조)
도 11에 있어서, 티오황산염 농도는 감소하였고, 황산염 농도는 증가하였다. 플라스크중의 황산염 농도가 증가하였음에도 불구하고, pH는 감소하지 않았고 약간 증가하였다. 이는 기재로서 티오황산염의 사용함으로써 산화 경로가 테트라티오네이트 및 하이드록실 이온의 생성을 거치고, 이는 황산염으로 추가로 산화된다. 하이드록실 이온의 생성은 황산염 이온의 생성을 억제한다.
2Na2S2O3 + 1/2O2 + H2O -> Na2S4O6 + 2NaOH
황 함유 화합물의 미생물 산화는 pH의 저하를 야기하고, 미생물 활성의 감소를 가져온다. 따라서, 이들 화합물의 충분한 분해 활성을 위하여 최적 pH를 분석하는 것이 중요하다.
pH 4에서 균주 S-8은 성장하지 않았고, 이느 활성의 감소를 가져왔다. 최적 pH는 6.5 - 8.5 인 것으로 밝혀졌다(도 12 참조). 악취나는 화합물을 충분히 분해시키기 위해 pH 조절은 매우 중요한 요소이다.
실시예
5 : 알칼리게네스
SP
. S-8이 포함된 실험실-규모의
바이오트릭클링
필터의 배출 용량 및 제거 효율
1. 미생물 및 주입
황 산화 알칼리게네스 sp S-8을 기재로서 티오황산염을 함유한 1 L 미네랄 배지에 부유시켰다. 이어서, 대수 성장 상으로 부유된 균주를 5000xg 으로 20 분 동안 원심분리하고, 펠릿화된 세포를 사전에 고온 멸균시킨 탈이온수 500 mL와 혼합하였다. 세포를 포함한 용액은 폴리우레탄 발포체 421 g(건조중량) 상에 분무하였다. 폴리우레탄 발포체를 컬럼(100 mm i.d x 600 mH)에 충전하였다. 컬럼을 연동 펌프에 연결하고, 팩킹 표면상에서 충분한 바이오필름 전개를 얻기 위해 2 주 동안 티오황산염 미네랄 배지를 공급하였다. 매 2일 마다 미네랄 배지를 갈아주었다.
2. 실험 구성
바이오트릭클링 필터 구성 및 조작 조건을 표 2 및 도 2에 니티내었다. HCl과 Na2S 용액을 반응시켜 H2S를 도입시켰다. Na2S 농도 및(또는) 침지율을 변화시켜 0 내지 200 ppm 농도의 H2S를 수득하였다.
<표 2>
디자인 | |
베드 높이와 내경 | 30×10 cm2 |
베드 용적 | 3 L |
팩킹 | 폴리우레탄 발포체(90 % 기공율) |
재순환액 부피 | 2 L |
가스/액체 유량 | 역류 방식 |
pH 조절 방식 | 0.3 M NaOH, 1 M HCl 수동 첨가 |
운전 | |
기체 유속 | 5~8 L/h (45~10s) |
대량 적재 | 6~43 g/m3h |
H2S 유입 농도 | 200 ppm 까지 다양함 |
재순환 액체 pH | 7.0 |
재순환 비율 | 250 mL/in |
영양분 첨가 | 250 mL/day |
3. 분석 방법
가스텍 튜브(Gastec tube)(Tokyo, Japan)로 황화 수소를 측정하였다. 트릭클링 용액의 pH를 pH 미터(Thermo Orion, USA)로 측정하였다. 황산염 이온은 HACH DR/2010 휴대용 데이터로깅 분광광도계(HACH Company, USA)를 이용하는 탁도계로 측정하였다.
활성화된 슬러지로부터 분리한 알칼리게네스 sp. S-8은 미네랄 배지중에서 황 화합물을 분해할 수 있는 능력이 있는 것으로 입증되었다. 이러한 능력을 입증하기 위하여 균주 S-8의 세포를 멸균된 폴리우레판 발포체에 주입하였다. 순수한 균주 분해능의 결과를 활성화된 슬러지가 주입된 바이오트릭클링 필터의 결과와 비교하였다. 트릭클링 용액은 티오황산염이 없는 미네랄 배지였다. 각각의 반응기에 있어, 트릭클링 용액을 매주 교환해 주었고, 다른 때는 이를 완전하게 재순환시켰다.
도 13 및 14에 나타난 바와 같이, 50 ppm의 유입구 농도를 갖는 EBRT의 11s 에서dml 출발단계에서, 알칼리게네스 sp. S-8에 의한 황화 수소의 제거 및 활성화된 슬러지 바이오트릭클링 필터는 100%였다. EBRT가 8s까지 감소한 후, 알칼리게네스 sp. S-8 제거는 70%까지 감소하였다. 로딩의 갑작스런 쇼크로 인하여, 제거 효율이 감소하였고, 이는 순응 시간이 성공적인 제거에 필요하다는 사실을 제안하였다. 6일 후, 제거 효율은 99%로 유지되었다. 다른 연구에 있어서, 12s의 EBRT를 갖는 고정 베드 바이오스크러버에서, 20ppm의 유입구 농도로 제거 효율은 75%였다.
농도가 100 ppm에 달할 때, 두 개의 반응기에서 제거 효율은 감소하였다. 5일 후, 균주 S-8이 포함된 반응기의 제거 효율은 99%에 달한 반면, 활성화된 슬러지 시스템은 85%였다.
유입구 농도가 증가함에 따라, R2의 제거 효율은 90%까지 감소하기 시작한 반면, R1은 97-99%를 유지하였다. 다른 결과를 비교할 때, 제거 효율은 통상적인 범위였다. Deshusses M. 등은 낮은 유입구 농도이나 2.2s와 같은 낮은 EBRT에서 100% 제거율 얻었다. 반응기의 제거 효율 프로파일을 도 15에 도시하였다. 또한 증가된 제거 효율이 트릭클링 용액에서 황산염 이온의 증가를 지시한다. 황산염 농도는 2400 mg/L까지 달하였다.
8s의 EBRT에서 가스 로딩율 1.2 m3h-1, 매스 로딩 77.15g H2S m3h-1, 활성화된 슬러지의 방출 용량은 71.09g H2S m3h- 1였다. 알칼리게네스 sp. S-8은 활성화 슬러지 반응기 보다 높은 방출 용량 77.15g H2S m3h-1을 가졌다(도 15 참조).
트릭클링 용액에서 황산염 및 pH를 연구하였다. 황화 수소의 산화로 인하여, 황산염 농도는 증가한 반면, 용액의 pH는 크게 감소하였다. 반응기에서, pH는 6.5 부터 빠르게 감소하였고, 1 시간 후, 활성화된 슬러지를 포함한 반응기의 pH는 3에 도달하였으며, 서서히 감소하였고 약 2.3 을 유지하였다. 반면에, 알칼리게네스 sp. S-8을 포함한 반응기에서, pH는 서서히 감소하였고, 단지 40 시간 후 2.5에 도달하였다. 황산염 농도는 증가하였고, 40 시간 후 R1에서 2500 mg/L SO4 2 -/L, R2에서 1700 mg/L SO4 2 -/L에 도달하였다.
상기한 실시예에서 살펴 본 바와 같이, 활성화된 슬러지로부터 분리한 지배적인 균주를 분리하였고, 알킬리게네스 sp. S-8로서 동정하였다. 특정의 성장율 및 흡수율을 플라스크 실험을 기준으로 얻었다. 균주를 멸균된 폴리우레탄 바이오트릭클링 필터에 주입하였을 때, 제거 효율은 77.15g H2S m3h-1 매스 로딩으로 포함 한 8s EBRT에서 약 99%였다. 황산염 농도는 제거 효율이 증가함에 따라 증가하였다. 이러한 결과는 본 발명의 균주가 바이오트릭클링 시스템에서 황화수소의 제거 효율을 증가시킬 수 있다는 사실을 보여준다.
상기한 바와 같이, 본 발명은 바이오트리클링 필터에서 황화합물의 생물학적 저감을 위한 균주에 관한 것으로, 하수 처리장의 활성화된 슬러지로부터 분리해낸 황 산화 박테리아로부터 분리해낸 균주 알칼리게네스 sp. S-8은 황 함유 화합물을 효과적으로 분해시킬 수 있으며, 바이오트리클링 필터 시스템에 이용가능하여, 하수 처리 산업상 매우 유용한 발명인 것이다.
<110> CHUNG, WOOK JIN
<120> Strain Alcaligenes sp. S-8 for the degradation of sulfide in
biotrickling filter
<150> KR
<151> 2006-05-26
<160> 1
<170> KopatentIn 1.71
<210> 1
<211> 1314
<212> DNA
<213> Alcaligenes sp. S-8
<400> 1
tctttctggc ggcgagtggc gaacgggtga gtaatgtatc ggaacgtgcc cagtagcggg 60
ggataactac gcgaaagcgt agctaatncn gcatacgccc tacgggggaa agcgggggac 120
cttcgggcct ctcactattg gagcggccga tatcgnatta gctagttggt ggggtaacgg 180
ctcaccaagg cgacgatccg tagctggttt gagaggacga ccagccacac tgggactgag 240
acacggccca gactcctacg ggaggcagca gtggggaatt ttggacaatg ggggcaaccc 300
tgatccagcc atcccgcgtg tgcgatgaag gccttcgggt tgtaaagcac ttttggcagg 360
aaagaaacgg cgctggttaa tacctggcgc aactgacggt acctgcagaa taagcaccgg 420
ctaactacgt gccagcagcc gcggtaatac gtagggtgca agcgttantc ggaattactg 480
ggcgtaaagc gtgcgcaggc ggttcggaaa gaaagatgtg aaatcccagg gcttaacctt 540
ggaactgcat ttttaactac cgggctagag tgtgtcagag ggaggtggaa ttccgcgtgt 600
agcagtgaaa tgcgtagata tgcggaggaa caccgatggc gaaggcagcc tcctgggata 660
acactgacgc tcatgcacga aagcgtgggg agcaaacagg attagatacc ctggtagtcc 720
acgccctaaa cgatgtcaac tagctgttgg ggccttcggg ccttggtagc gcagctaacg 780
cgtgaagttg accgcctggg gagtacggtc gcaagattaa aactcaaagg aattgacggg 840
gacccgcaca agcggtggat gatgtggatt aattcgatgc aacgcgaaaa accttaccta 900
cccttgacat gtctggaatg ccgaagagat ttggcagtgc tcgcaagaga accggaacac 960
aggtgctgca tggctgtcgt cagctcgtgt cgtgagatgt tgggttaagt cccgcaacga 1020
gcgcaaccct tgtcattagt tgctacgaaa gggcactcta atgagactgc cggtgacaaa 1080
ccggaggaag gtggggatga cgtcaagtcc tcatggccct tatgggtagg gcttcacacg 1140
tcatacaatg gtcgggacag agggttgcca acccgcgagg gggagctaat cccagaaacc 1200
cgatcgtagt ccggatcgca gtctgcaact cgactgcgtg aagtccgaat cgctagtaat 1260
cgcggatcag catgtcgcgg tgaatacgtt cccgggtctt gtacacaccg cccg 1314
Claims (4)
- 황화수소 또는 티오황산염을 포함하는 황 함유 화합물을 분해시키기 위한 알칼리게네스(Alcaligenes) sp. S-8 (KACC 91254P)균주.
- 제1항에 있어서, 상기 균주가 서열 TCTTTCTGGCGGCGAGTGGCGAACGGGTGAGTAATGTATCGGAACGTGCCCAGTAGCGGGGGATAACTACGCGAAAGCGTAGCTAATNCNGCATACGCCCTACGGGGGAAAGCGGGGGACCTTCGGGCCTCTCACTATTGGAGCGGCCGATATCGNATTAGCTAGTTGGTGGGGTAACGGCTCACCAAGGCGACGATCCGTAGCTGGTTTGAGAGGACGACCAGCCACACTGGGACTGAGACACGGCCCAGACTCCTACGGGAGGCAGCAGTGGGGAATTTTGGACAATGGGGGCAACCCTGATCCAGCCATCCCGCGTGTGCGATGAAGGCCTTCGGGTTGTAAAGCACTTTTGGCAGGAAAGAAACGGCGCTGGTTAATACCTGGCGCAACTGACGGTACCTGCAGAATAAGCACCGGCTAACTACGTGCCAGCAGCCGCGGTAATACGTAGGGTGCAAGCGTTANTCGGAATTACTGGGCGTAAAGCGTGCGCAGGCGGTTCGGAAAGAAAGATGTGAAATCCCAGGGCTTAACCTTGGAACTGCATTTTTAACTACCGGGCTAGAGTGTGTCAGAGGGAGGTGGAATTCCGCGTGTAGCAGTGAAATGCGTAGATATGCGGAGGAACACCGATGGCGAAGGCAGCCTCCTGGGATAACACTGACGCTCATGCACGAAAGCGTGGGGAGCAAACAGGATTAGATACCCTGGTAGTCCACGCCCTAAACGATGTCAACTAGCTGTTGGGGCCTTCGGGCCTTGGTAGCGCAGCTAACGCGTGAAGTTGACCGCCTGGGGAGTACGGTCGCAAGATTAAAACTCAAAGGAATTGACGGGGACCCGCACAAGCGGTGGATGATGTGGATTAATTCGATGCAACGCGAAAAACCTTACCTACCCTTGACATGTCTGGAATGCCGAAGAGATTTGGCAGTGCTCGCAAGAGAACCGGAACACAGGTGCTGCATGGCTGTCGTCAGCTCGTGTCGTGAGATGTTGGGTTAAGTCCCGCAACGAGCGCAACCCTTGTCATTAGTTGCTACGAAAGGGCACTCTAATGAGACTGCCGGTGACA AACCGGAGGAAGGTGGGGATGACGTCAAGTCCTCATGGCCCTTATGGGTAGGGCTTCACACGTCATACAATGGTCGGGACAGAGGGTTGCCAACCCGCGAGGGGGAGCTAATCCCAGAAACCCGATCGTAGTCCGGATCGCAGTCTGCAACTCGACTGCGTGAAGTCCGAATCGCTAGTAATCGCGGATCAGCATGTCGCGGTGAATACGTTCCCGGGTCTTGTACACACCGCCCG을 갖는 것을 특징으로 하는 알칼리게네스 sp. S-8 균주.
- 제1항에 있어서, 28 내지 30 ℃의 온도 범위 및 pH 6.5 내지 8.5 범위에서 최적 활성을 나타내는 것을 특징으로 하는 균주.
- 제1항에 따른 황화수소 또는 티오황산염을 포함하는 황 함유 화합물을 분해시키기 위한 알칼리게네스(Alcaligenes) sp. S-8 균주를 이용하는 바이오트리클링 필터.
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