KR101479679B1 - 신규한 에시디티오바실러스 티오옥시단스 sob5vt1 균주, 이를 이용한 악취 제거 장치 및 방법 - Google Patents

신규한 에시디티오바실러스 티오옥시단스 sob5vt1 균주, 이를 이용한 악취 제거 장치 및 방법 Download PDF

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김건우
손유리
김경화
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동의대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 신규한 황산화 세균 에시디티오바실러스 티오옥시단스(Acidithiobacillus thiooxidans) SOB5VT1 균주 및 이를 이용한 악취 제거 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 신규한 에시디티오바실러스 티오옥시단스(Acidithiobacillus thiooxidans) SOB5VT1 균주는 악취의 주성분인 황 함유 화합물을 분해하여 악취를 제거하고, 특히 황화수소 외에도 악취의 주성분인 암모니아, 메틸메르캅탄(methylmercaptans), 아세트알데히드, 프로피온알데히드, 부틸알데히드, n-발레르알데히드(n-valeraldehyde), 및 메틸에틸케톤(methylethylketone)을 동시에 제거하며, 산성에서도 잘 생육하므로, 황화수소를 포함하는 악취를 유발하는 화합물을 제거하는 장치 및 방법에 유용하게 이용될 수 있다.

Description

신규한 에시디티오바실러스 티오옥시단스 SOB5VT1 균주, 이를 이용한 악취 제거 장치 및 방법{Novel Acidithiobacillus thiooxidans SOB5VT1, apparatus and method for removing bad smells using the same}
본 발명은 신규한 황산화 세균 에시디티오바실러스 티오옥시단스(Acidithiobacillus thiooxidans) SOB5VT1 균주, 및 이를 이용한 악취 제거 장치 및 방법에 관한 것이다.
황화수소 및 암모니아와 같은 환경오염물질의 대기배출로 일어나는 악취는 대기의 질을 악화시킬 뿐만 아니라 인체의 건강에도 악영향을 미친다. 악취란 황화수소, 메르캅탄류, 아민류, 기타 자극성 있는 기체상 물질이 사람의 후각을 자극하여 불쾌감과 혐오감을 주는 냄새를 말한다. 주요 악취의 발생원인인 생활하수 및 산업폐수 내의 악취물질은 대개 저분자 화합물이거나, 비교적 휘발성이 있는 물질로서 대부분 유황계 및 질소계 유기물이 혐기성 분해되면서 발생된다. 이러한 오폐수 내의 유기물이 분해되면서 생성되는 기체로는 황화수소, 암모니아, 이산화탄소 및 메탄가스 등이 있으나 주요 악취물질은 황화수소와 암모니아이며, 이외에 스카톨, 메르캅탄류, 질소함유 유기물 등도 악취의 원인이 되고 있다. 이 중 계란 썩는 냄새를 지닌 황화수소는 독성이 강하고 철, 아연, 구리, 납, 카드뮴 등을 강하게 부식시키는 특징이 있다.
석유화학 및 제지, 합성수지 제조, 피혁가공 및 농수산물 가공공장, 하수처리장, 분뇨처리장, 쓰레기 적환장 및 매립지 등과 같은 오염물질 처리시설공장 등에서 방출되는 황화수소, 메틸메르캅탄, 황화메틸 등의 황화계 악취물질은 각종 환경문제를 야기하고 있다. 황화계 악취물질은 ppb 미만의 매우 낮은 농도에서도 사람의 후각을 자극하는 감각 오염물질로 소음과 함께 주요한 민원의 대상이 되고 있으며, 특히 하수처리장과 관련된 민원사례 중 가장 큰 비율을 차지하고 있다. 특히, 황화수소는 산성가스로 주변의 시설을 부식시키므로 이로 인한 경제적인 손실과 재해 발생 우려가 있다. 실제로 황화수소는 분뇨와 하수 처리시설에서 콘크리트 구조물과 하수관과의 부식현상을 유발하여 시설관리 측면에서 심각한 문제 중의 하나로 지적되고 있다.
이들 악취물질들의 처리에 흡착, 흡수, 광촉매 산화 및 고온가열 산화 등의 시스템이 있으나, 이들 모두 에너지 소모가 많고, 물리 화학적인 방법으로 악취제거 후에 환경오염을 제거하기 위한 2차 처리가 필요하다. 이에 반해 미생물에 의한 산화과정을 기초로 한 이들 악취의 생물학적 처리법은 경제적인 면에서 비용이 비교적 적게 사용되며, 또한 2차 오염이 없다는 장점이 있어 최근에 가장 선호되는 방법이다. 특히 황화수소는 하수처리 장치나 퇴비화 공정에서 발생하는 악취의 대다수를 차지하며, 생물학적 방법으로 처리하면 최종 산물로 유황 원소와 황산이온이 생성된다. 일반적으로 생물학적 탈취를 위해서는 1) 탈취효율이 우수한 미생물의 선별, 2) 선별된 미생물이 잘 서식할 수 있는 환경을 제공하는 담체와 3) 미생물과 담체를 적절히 활용하는 탈취기술의 개발이 가장 중요하다.
특히 하수처리장에서 발생되는 악취는 주로 혐기적인 분해로 생성되는 황화수소와 암모나아가 다량 함유되어 있으며, 그 외 복합악취성분들은 분해조건에 따라 차이가 있으나, 미생물을 이용한 바이오필터시스템은 주로 수용성 악취제거에 매우 유용하다. 오늘날 바이오필터 시스템은 간편성과 한정된 공간 때문에 바이오 트리클링(biotrickling) 필터에 의한 악취저거법과 바이오 스크러버(bioscrubber) 필터에 의한 악취제거법이 흔히 사용되고 있으나, 바이오 트리클링 필터가 바이오 스트러버보다 비용이 적게 들고 비수용성 악취도 약간은 제거할 수 있다는 장점이 있다.
한편, 황화계 악취물질은 미생물에 의해 황산으로 전환되므로, 생물 탈취 장치를 장기간 운전하게 되면, 황산염이 고농도로 축적되어 균주 생장공간 내의 pH가 저하되며, 이로 인해 미생물의 활성이 치명적으로 저해 받아 황화수소 제거효율이 급격하게 저하되는 문제가 발생하는 것이다. 따라서, 고농도의 황산염과 낮은 pH에 대해 내성이 있어 장기간에 걸쳐 높은 황화수소 제거 효율을 유지할 수 있는 균주의 개발이 요구되고 있다.
상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 본 발명자들은 낮은 pH에 대한 내성이 있고 높은 황화수소 제거 효율을 유지할 수 있으머, 황화수소 외에도 여러 악취 성분을 동시에 제거할 수 있는 신규한 균주를 분리하여 동정한 후, 이를 이용하여 바이오필터 시스템을 제작함으로써 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 악취의 주성분인 황화수소, 암모니아, 메틸메르캅탄(methylmercaptans), 아세트알데히드, 프로피온알데히드, 부틸알데히드, n-발레르알데히드(n-valeraldehyde), 및 메틸에틸케톤(methylethylketone)을 동시에 제거하는 신규한 에시디티오바실러스 티오옥시단스(Acidithiobacillus thiooxidans) SOB5VT1 균주를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 상기 신규한 에시디티오바실러스 티오옥시단스(Acidithiobacillus thiooxidans) SOB5VT1 균주를 포함하는 악취제거용 조성물, 바이오필터, 상기 바이오필터를 포함하는 바이오필터 시스템 및 상기 균주를 이용한 악취 제거 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 악취의 주성분인 황화수소, 암모니아, 메틸메르캅탄(methylmercaptans), 아세트알데히드, 프로피온알데히드, 부틸알데히드, n-발레르알데히드(n-valeraldehyde), 및 메틸에틸케톤(methylethylketone)을 제거하는 신규한 에시디티오바실러스 티오옥시단스(Acidithiobacillus thiooxidans) SOB5VT1 균주를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 신규한 에시디티오바실러스 티오옥시단스(Acidithiobacillus thiooxidans) SOB5VT1 균주를 포함하는 악취 제거용 조성물 및 바이오필터를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 바이오 필터를 포함하는 바이오필터 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 균주를 이용한 악취 제거 방법을 제공한다.
본 발명의 신규한 에시디티오바실러스 티오옥시단스(Acidithiobacillus thiooxidans) SOB5VT1 균주는 악취의 주성분인 황 함유 화합물을 분해하여 악취를 제거하고, 특히 황화수소 외에도 악취의 주성분인 암모니아, 메틸메르캅탄(methylmercaptans), 아세트알데히드, 프로피온알데히드, 부틸알데히드, n-발레르알데히드(n-valeraldehyde), 및 메틸에틸케톤(methylethylketone)을 동시에 제거하며, 산성에서도 잘 생육하므로, 황화수소를 포함하는 악취를 유발하는 화합물을 제거하는 장치 및 방법에 유용하게 이용될 수 있다.
도 1은 황의 순환에 대하여 나타낸 도이다.
도 2는 에시디티오바실러스 티오옥시단스 SOB5VT1 균주의 배양 중 pH의 변화 및 황산 생산 정도를 나타낸 도이다.
도 3은 본 발명의 바이오필터를 이용한 황화수소 유입속도에 따른 황화수소의 제거능을 나타낸 도이다.
도 4는 본 발명의 바이오필터를 이용한 황화수소 유입 농도에 따른 황화수소의 제거능을 나타낸 도이다.
도 5는 본 발명의 바이오필터를 이용한 암모니아 유입 농도에 따른 암모니아의 제거능을 나타낸 도이다.
본 발명은 신규한 에시디티오바실러스 티오옥시단스(Acidithiobacillus thiooxidans) SOB5VT1 균주(KFCC 11581P)를 제공한다.
본 발명자들은 부산 근교의 하수처리장의 슬러지로부터 내산성 균주인 SOB5VT1 균주를 채집한 후, 한천 상에 획선분획(streaking)하여 형성된 단일 콜로니를 선발하여 16S rRNA 유전자 서열 분석을 통하여 동정하였다. 상기 과정을 통하여 상기 균주가 신균주임을 확인하였으며, 이를 에시디티오바실러스 티오옥시단스(Acidithiobacillus thiooxidans) SOB5VT1 균주로 명명하고 한국미생물보존센터(KFCC)에 2014년 2월 19일자로 기탁하였다(기탁번호: KFCC 11581P).
본 발명의 에시디티오바실러스 티오옥시단스(Acidithiobacillus thiooxidans) SOB5VT1 균주는 호기성 단 간균이며, 2~37℃ 및 pH 0.5~5.5에서 성장가능하고, 30 ℃ 및 pH 3~4에서 최적의 성장이 가능하다.
미생물은 pH에 상당히 민감하게 반응하며, 탈취미생물의 최적 pH는 일반적으로 중성이고, pH가 저하되면 미생물 저해가 발생할 수 있다. 그러나 본 발명의 에시디티오바실러스 티오옥시단스(Acidithiobacillus thiooxidans) SOB5VT1 균주와 같은 황산화균은 황화수소 분해하여 황산을 생성하므로 낮은 pH에서도 활성을 나타내어야 지속적으로 악취제거에 이용할 수 있다. 본 발명의 에시디티오바실러스 티오옥시단스(Acidithiobacillus thiooxidans) SOB5VT1 균주는 pH 1.0 이하에서도 생육가능하므로, 바이오필터에 적용하여 황화계 악취를 제거하는데 유용하게 이용될 수 있다.
또한, 상기 에시디티오바실러스 티오옥시단스(Acidithiobacillus thiooxidans) SOB5VT1 균주는 탄소원으로 CO2를 이용하는 자가영양세균(autotrophs)이며, 황화수소 외에도 악취의 주성분인 암모니아, 메틸메르캅탄(methylmercaptans), 아세트알데히드, 프로피온알데히드, 부틸알데히드, n-발레르알데히드(n-valeraldehyde), 및 메틸에틸케톤(methylethylketone)을 동시에 제거하는 특징을 가지고 있다.
또한 본 발명은 에시디티오바실러스 티오옥시단스(Acidithiobacillus thiooxidans) SOB5VT1 균주를 포함하는 악취 제거용 조성물을 제공한다.
상기 조성물은 황화수소, 암모니아, 메틸메르캅탄(methylmercaptans), 아세트알데히드, 프로피온알데히드, 부틸알데히드, n-발레르알데히드(n-valeraldehyde), 및 메틸에틸케톤(methylethylketone)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 화합물을 분해함으로써 악취를 제거하는데 이용될 수 있다.
또한 본 발명은 에시디티오바실러스 티오옥시단스(Acidithiobacillus thiooxidans) SOB5VT1 균주를 담체에 적용하여 제작한 악취제거용 바이오필터를 제공한다.
상기 바이오필터는 충진담체 표면에 미생물막을 형성시킨 후 부착미생물에 의해 악취 성분을 생분해시키는 것으로, 담체 표면에 부착된 미생물의 활동에 의해 악취물질을 산화분해 시킴으로써 악취를 제거하는 장치이다.
상기 바이오필터의 담체는 보수성이 양호하고, 표면적과 평균 공극이 클 뿐만 아니라, 압력손실이 적고, 장기간 사용에 의해 형태나 구조가 변하지 않는 내구성을 지니며, 가격이 저렴하고, pH 완충능력이 높아야 한다. 상기 바이오필터에 적용되는 담체는 퇴비, 토탄, 토양, 톱밥 등과 같은 유기성 담체, 활성탄, 폴리스티렌 구슬, 폴리우레탄 발포제와 같은 무기성 담체, 세라믹재질 입상구조체, 플라스틱 구조체, 우레탄 및 섬유성 구조체 등의 인공담체와 같은, 당업계의 공지된 임의의 담체를 이용할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
상기 바이오필터의 담체는 바람직하게 제오라이트 및 산성 몬모릴로나이트를 5 내지 9:1 내지 5의 비율로 혼합하여 이용하며, 더욱 바람직하게 제오라이트 및 산성 몬모릴로나이트를 7:3의 비율로 혼합하여 이용할 수 있다.
상기 에시디티오바실러스 티오옥시단스(Acidithiobacillus thiooxidans) SOB5VT1 균주는 산성에서 생육하는 균주이므로, 상기 담체는 산성으로 유지되어야 한다.
상기 바이오필터는 황화수소, 암모니아, 메틸메르캅탄 등의 악취물질을 함유한 악취가스가 담체표면의 미생물을 감싸고 있는 수막과 접촉하여 용해되면, 담체에 부착된 본 발명의 에시디티오바실러스 티오옥시단스(Acidithiobacillus thiooxidans) SOB5VT1 균주에 의하여 황화계 악취는 황산으로, 질소계 악취는 질산으로, 유기계 악취는 이산화탄소와 물로 전환시켜 탈취시키게 된다. 미생물의 체내에 흡수된 악취물질은 미생물의 효소활성에 의해 산화분해되어 세포외부로 배출이 될 뿐만 아니라, 미생물은 상기 분해산물을 증식을 위한 에너지원으로 사용하기도 한다. 상기와 같은 산화분해 작용으로 본 발명의 에시디티오바실러스 티오옥시단스(Acidithiobacillus thiooxidans) SOB5VT1 균주는 황화수소, 암모니아, 메틸메르캅탄(methylmercaptans), 아세트알데히드, 프로피온알데히드, 부틸알데히드, n-발레르알데히드(n-valeraldehyde), 메틸에틸케톤(methylethylketone)을 동시에 제거할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 에시디티오바실러스 티오옥시단스(Acidithiobacillus thiooxidans) SOB5VT1 균주(KFCC11581P)가 적용된 바이오필터를 포함하는 악취제거용 바이오필터 시스템을 제공한다.
상기 바이오필터 시스템은 바이오 트리클링(biotrickling) 필터 또는 바이오 스크러버(bioscrubber) 필터로 구성된 시스템일 수 있고, 바람직하게는 바이오 트리클링(biotrickling) 필터 및 바이오 스크러버(bioscrubber) 필터를 모두 포함하는 복합시스템이나, 이에 제한되지 않는다.
또한, 본 발명은 에시디티오바실러스 티오옥시단스(Acidithiobacillus thiooxidans) SOB5VT1 균주를 이용한 악취 제거 방법을 제공한다.
이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1. 시료 채집 및 균주의 분리
부산 근교의 하수처리장에서 슬러지를 채집한 후, 채집한 시료를 1%의 유황 분말이 첨가된 MW 배지(pH 5.0)에 넣고, 30℃에서 1 내지 2 주간 진탕배양하였다. 상기 MW 배지는 기본 염류 (Basal salt; BS-2)로 KH2PO4 (3.0g), MgSO4·7H2O (0.5g), CaCl2·2H2O (0.3g) NH4Cl (0.1g) 및 FeSO4·7H2O (0.01g)를 가하고 별도로 멸균된 Na2S2O35H2O (8g; sterilized by filtration) 또는 유황 분말 (10g; UV irradiation for 12hr)을 가한 후 멸균 증류수 1L에 용해하였다. 상기 배양액 중 pH가 2.0 이하로 저하되는 배양액을 선별하고, 선별된 배양액을 다시 새로운 배지에 희석 접종하여 배양하기를 수 회 반복한 후, 유황 분말 대신 Na2S2O3·5H2O가 함유된 한천 배지 상에 획선분획하고 30℃에서 배양하여 단일 콜로니가 한천 상에 자라났을 때, 이를 분리하고 "SOB5VT1"로 명명하였다.
실시예 2. 형태학 및 분자적 분류학적 분석
실시예 1에서 분리한 SOB5VT1 균주를 현미경으로 관찰한 결과, 상기 균주가 그람 음성 세균이고, 호기성 단간균(1~5 ㎛)임을 확인하였다. 또한, 상기 균주는 탄소원으로 CO2를 이용하는 자가영양세균(autotroph)이며, 배양 중에 유황을 산화하여 황산을 생성함으로써 배지의 pH를 저하시키는 특징을 확인하였다.
또한 실시예 1에서 분리한 SOB5VT1 균주의 분자적 분류학적 위치를 확인하기 위하여, 16S rRNA 유전자 서열분석을 실시하였다. 상기 DNA 서열분석은 (주)솔젠트(대한민국)에 의뢰하여 수행되었다.
상기 실험을 통해 얻어진 DNA 염기서열들을 NCBI 데이터베이스에 제출하고, 이들과 에시디티오바실러스 티오옥시단스 ATCC 19377 균주의 상동성과 DNA 염기서열의 유사성을 비교하였고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
[표1] SOB5VT1의 16S rRNA 블라스트 검색(BLAST search) 결과
Figure 112014059144439-pat00001
표 1에 나타낸 바와 같이, SOB5VT1 균주는 에시디티오바실러스 티오옥시단스 ATCC 19377 균주와 염기 서열이 99% 동일하나, 16S rRNA유전자 마커의 염기서열이 기존에 알려진 에시디티오바실러스 티오옥시단스(Acidithiobacillus thiooxidans) 균주들과 염기서열이 일부 상이한 것을 확인하였다.
이상의 분석 결과를 통하여, 상기 SOB5VT1 균주가 신규한 에시디티오바실러스 티오옥시단스 균주임을 확인하였으며, 이를 한국미생물보존센터(KFCC)에 2014년 2월 19일자로 기탁하였다(기탁번호:KFCC 11581P).
실시예 3. 에시디티오바실러스 티오옥시단스 SOB5VT1 균주의 유황 산화력 측정
3-1. pH 및 온도에 따른 에시디티오바실러스 티오옥시단스 SOB5VT1 균주의 유황 산화력 측정
에시디티오바실러스 티오옥시단스(Acidithiobacillus thiooxidans) SOB5VT1 균주의 pH 및 온도에 따른 유황산화력을 측정하였다. 구체적으로, 유황(1%)이 함유된 MW배지에 1N 황산과 가성소다를 가하여 배지의 pH를 각각 조정한 후 pH가 조정된 각각의 배지에 에시디티오바실러스 티오옥시단스(Acidithiobacillus thiooxidans) SOB5VT1균을 접종하여 30℃에서 5일간 진탕 배양하였다. 각 pH에 따른 유황 산화력을 측정하였으며, 그 결과를 표 2에 나타내었다.
[표2] 에시디티오바실러스 티오옥시단스(Acidithiobacillus thiooxidans) SOB5VT1균의 각 pH 따른 유황 산화력
Figure 112014059144439-pat00002

표 2에 나타낸 바와 같이, pH3.0 내지 5.0의 배양액에서는 에시디티오바실러스 티오옥시단스 SOB5VT1균의 생육과 황산의 생성량이 양호하였으나, 초기 배양액 pH 6.0에서는 에시디티오바실러스 티오옥시단스 SOB5VT1균의 생육과 황산의 생산량이 pH 3.0 내지 5.0에서 보다 다소 미비하였다.
또한 1% 유황이 함유된 배양액 (pH5.0)에서 SOB5VT1균의 배양온도에 따른 유황 산화력을 조사하였으며, 그 결과를 표 3에 나타내었다.
[표3] 에시디티오바실러스 티오옥시단스(Acidithiobacillus thiooxidans) SOB5VT1균의 온도에 따른 유황 산화력
Figure 112014059144439-pat00003

표 3에 나타낸 바와 같이, 40℃이상에서는 SOB5VT1균의 생육이 불량하여 유황 산화력이 저하되어 배지의 pH 변화도 거의 없었으나, 30℃에서는 SOB5VT1균의 생육 및 유황 산화력에 의한 황산 생산량이 증가되어 배지의 pH도 상당히 저하되었음을 확인하였다.
3-2. 배지의 유황 농도에 따른 에시디티오바실러스 티오옥시단스 SOB5VT1 균주의 유황 산화력 측정
배지의 유황 농도에 따른 에시디티오바실러스 티오옥시단스(Acidithiobacillus thiooxidans) SOB5VT1 균주의 유황 산화력 측정하기 위하여, 유황 농도를 달리한 배지에서 에시디티오바실러스 티오옥시단스 SOB5VT1 균주의 황산 생산량을 측정하였다. 그 결과를 표 4에 나타내었다.
[표4] 에시디티오바실러스 티오옥시단스(Acidithiobacillus thiooxidans) SOB5VT1균의 배지의 유황 농도에 따른 유황 산화력
Figure 112014059144439-pat00004

표 4에 나타낸 바와 같이, 1%, 내지 4%의 유황이 첨가된 배지에 에시디티오바실러스 티오옥시단스(Acidithiobacillus thiooxidans) SOB5VT1 균주를 배양한 후 생산된 황산의 양은 유황의 농도에 따라 유의적인 차이를 보이지 않음을 확인하였다. 이는 본 발명의 에시디티오바실러스 티오옥시단스(Acidithiobacillus thiooxidans) SOB5VT1 균주가 낮은 pH 에서도 유황 산화력이 저하되지 않음을 나타내며, 이러한 우수한 내산성으로 인하여 본 본 발명의 에시디티오바실러스 티오옥시단스 SOB5VT1 균주를 바이오필터에 적용하여 악취의 주성분인 황화수소를 장기간 안정적으로 제거하는데 유용하게 이용할 수 있음을 알 수 있다.
3-3. 배양일수에 따른 에시디티오바실러스 티오옥시단스 SOB5VT1 균주의 유황 산화력 측정
배양일수에 따른 에시디티오바실러스 티오옥시단스(Acidithiobacillus thiooxidans) SOB5VT1 균주의 유황 산화력 측정하기 위하여, 3% 유황이 함유된 배지(pH 5.0)에 에시디티오바실러스 티오옥시단스 SOB5VT1 균주를 접종하여, 30 ℃에서 약 1주일 동안 진탕배양하면서 생육시킨 후, 균체의 양, pH 변화 및 황산의 생성량을 측정하였다. 그 결과를 도 2에 나타내었다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 에시디티오바실러스 티오옥시단스(Acidithiobacillus thiooxidans) SOB5VT1 균주는 배양 시작 5일째까지 성장률이 미미하였으나, 배양 6일째부터는 급속히 증식하였고, 상기 균주의 황산 생성량은 배양 3일째까지는 거의 없었으나, 배양 4일째부터는 급속하게 증가하였다. 상기 균주의 황산 생성량의 증가에 따라 배양 4일째부터 배지의 pH도 급속히 저하되었으며, 배양 8일째에는 pH가 1.4까지 저하되었음에도 균주의 생육이 유지되었다.
따라서, 본 발명의 에시디티오바실러스 티오옥시단스(Acidithiobacillus thiooxidans) SOB5VT1 균주는 바이오필터에 적용하여도 생육에 지장이 없을 뿐만 아니라 산성 조건에서 황화수소를 효율적으로 제거할 수 있음을 확인하였다.
실시예 4. 에시디티오바실러스 티오옥시단스 SOB5VT1 균주가 적용된 바이오필터의 제작 및 이를 이용한 악취제거 성능 측정
4-1. 에시디티오바실러스 티오옥시단스 SOB5VT1 균주가 적용된 바이오필터 시스템의 제작
바이오필터의 구성 담체는 제오라이트와 산성 몬모릴로나이트를 7:3의 비율로 사용하여 산성 담체를 제작하고 여기에 본 발명의 에시디티오바실러스 티오옥시단스(Acidithiobacillus thiooxidans) SOB5VT1 균주를 적용한 후, 바이오필터를 제작하였고, 이를 이용하여 악취제거용 바이오필터 시스템을 제작하였다.
상기 바이오필터 시스템은 4 개의 필터로 이루어져 있으며, 첫번째 필터는 가스가 바이오필터에 유입되면서 많은 미세한 분진이 함께 유입되는 것을 막기 위한 전처리 필터(pre-filter)이고, 두번째 및 세번째 필터는 상기와 같이 제작한 본 발명의 에시디티오바실러스 티오옥시단스(Acidithiobacillus thiooxidans) SOB5VT1 균주가 적용된 바이오필터이며, 네번째 필터는 첫번째 필터와 동일한 담체로 구성된 필터이다. 상기 바이오필터 시스템은 바이오 트리클링 및 바이오 스크러버를 결합한 복합시스템으로 운영된다. 즉, 상기 바이오필터 시스템은 4개의 바이오 필터가 함유된 아랫부분의 탱크에 본 발명의 에시디티오바실러스 티오옥시단스(Acidithiobacillus thiooxidans) SOB5VT1 균주를 배양하면서 이 배양액을 4 개의 바이오필터에 순환시킴으로써 악취 성분이 바이오필터의 담체 및 배양액 모두에서 상기 균주에 의해 제거되도록 제작되었다. 상기 바이오필터 시스템의 운영 조건은 하기 표 5와 같다.
[표5] 바이오필터 시스템의 운영 조건
Figure 112014059144439-pat00005

4-2. 바이오필터 시스템에 의한 황화수소(H 2 S)의 제거능 측정
상기 4-1과 같이 바이오필터 시스템을 제작한 후, 유입되는 황화수소 농도를 일정(50 ppm, 100 ppm)하게 유지하면서 유속을 4단계로(569.4 h-1, 604.4h-1, 639.4h-1, 674.3h-1) 달리하여 바이오필터 시스템에 의한 황화수소의 제거율을 측정하였고, 그 결과를 도 3에 나타내었다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 황화수소가 500 ppm 의 농도로 유입되었을 때에는 유속에 상관없이 모두 100%의 제거율을 나타내었고, 황화수소거 1000 ppm 의 농도로 유입되었을 때에는 낮은 유속인 569.4 h-1, 604.4h-1에서는 100% 제거되었으나, 높은 유속인 639.4h-1, 674.3h-1에서는 각각 95~100%, 90~95% 의 제거율을 나타내었다.
또한, 상기 바이오필터 시스템에서 황화수소의 유입속도를 569.4 h-1로 고정시키고 유입되는 황화수소의 농도를 달리하면서 그 제거율을 측정하였으며, 그 결과를 도 4에 나타내었다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 50 ppm에서는 100%, 100 ppm에서는 99.8%, 200 ppm에서는 97.7%, 252 ppm에서는 96.6%, 320 ppm에서는 90.7%를 제거하였으며, 이때 최대 유화수소 제거효율은 240g-S m-3h-1을 타나태었다.
4-3. 바이오필터에 의한 암모니아(NH 3 )의 제거능 측정
상기 4-1과 같이 바이오필터를 제작한 후, 암모니아가 포함된 악취성분을 상기 바이오필터 시스템에 일정한 속도로 암모니아의 농도를 달리하면서 유입시킨 후, 그 제거율을 측정하였다. 그 결과를 도 5에 나타내었다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 암모니아는 최소 100 ppm 까지는 주입되는 농도와 관계없이 거의 동일하게 95~98%의 제거율을 나타냄을 확인하였다.
4-4. 바이오필터에 의한 황화수소 및 암모니아 이외의 악취 성분의 제거
본 발명의 바이오필터 시스템에 유입된 악취 성분을 조사하여, 황화수소 및 암모니아 이외의 악취 성분 유무를 조사하고, 상기 바이오필터를 통해 제거되는 양을 측정하였다. 그 결과를 아래 표 6에 나타내었다.
[표6] 바이오필터에 의한 황화수소 및 암모니아 이외의 악취성분 제거
Figure 112014059144439-pat00006

상기 표 6에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 에시디티오바실러스 티오옥시단스(Acidithiobacillus thiooxidans) SOB5VT1 균주를 이용한 바이오필터는 단일 균주를 사용하였음에도 불구하고, 황화수소 및 암모니아는 물론이고, 메틸아민, 메틸메르캅탄(methylmercaptans), 아세트알데히드, 프로피온알데히드, 부틸알데히드, n-발레르알데히드(n-valeraldehyde), 메틸에틸케톤(methylethylketone)을 동시에 제거할 수 있음을 확인하였다.
한국미생물보존센터(국내) KFCC11581P 20140219

Claims (10)

  1. 황화수소, 암모니아, 메틸아민(methylamine), 메틸메르캅탄(methylmercaptans), 아세트알데히드(acetaldehyde), 프로피온알데히드(propionaldehyde), 부틸알데히드(butylaldehyde), n-발레르알데히드(n-valeraldehyde) 및 메틸에틸케톤(methylethylketone)을 동시에 제거하는, 신규한 에시디티오바실러스 티오옥시단스(Acidithiobacillus thiooxidans) SOB5VT1 균주(KFCC11581P).
  2. 삭제
  3. 에시디티오바실러스 티오옥시단스 SOB5VT1 균주(KFCC11581P)를 포함하며,
    상기 균주는 황화수소, 암모니아, 메틸아민, 메틸메르캅탄, 아세트알데히드, 프로피온알데히드, 부틸알데히드, n-발레르알데히드 및 메틸에틸케톤으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 화합물을 분해하는 것을 특징으로 하는, 악취 제거용 조성물.
  4. 삭제
  5. 에시디티오바실러스 티오옥시단스 SOB5VT1 균주(KFCC11581P)를 정착시킨 담체를 포함하며,
    상기 균주는 황화수소, 암모니아, 메틸아민, 메틸메르캅탄, 아세트알데히드, 프로피온알데히드, 부틸알데히드, n-발레르알데히드 및 메틸에틸케톤으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 화합물을 분해하는 것을 특징으로 하는, 악취 제거용 바이오필터.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 에시디티오바실러스 티오옥시단스 SOB5VT1 균주(KFCC11581P)를 정착시킨 담체는 제오라이트와 산성 몬모릴로나이트를 5 내지 9: 1 내지 5의 비율로 혼합한 것을 특징으로 하는, 악취 제거용 바이오필터.
  7. 에시디티오바실러스 티오옥시단스 SOB5VT1 균주(KFCC11581P)를 포함하며,
    상기 균주는 황화수소, 암모니아, 메틸아민, 메틸메르캅탄, 아세트알데히드, 프로피온알데히드, 부틸알데히드, n-발레르알데히드 및 메틸에틸케톤으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 화합물을 분해하는 것을 특징으로 하는, 악취제거용 바이오필터 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 바이오필터 장치는 바이오 트리클링 또는 바이오 스크러버 필터로 구성된 것을 특징으로 하는, 악취제거용 바이오필터 장치.
  9. 에시디티오바실러스 티오옥시단스 SOB5VT1 균주(KFCC11581P)를 바이오필터에 순환시켜, 황화수소, 암모니아, 메틸아민, 메틸메르캅탄, 아세트알데히드, 프로피온알데히드, 부틸알데히드, n-발레르알데히드 및 메틸에틸케톤으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 악취 성분을 제거하는 단계;를 포함하는, 악취 제거 방법.
  10. 삭제
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