KR102059892B1

KR102059892B1 - 황화수소 제거용 미생물 군집 및 이의 용도

Info

Publication number: KR102059892B1
Application number: KR1020190009272A
Authority: KR
Inventors: 송효순; 김영민; 박찬성; 안효성; 한무호; 권정회; 김지선; 신호철
Original assignee: 에코바이오홀딩스 주식회사
Priority date: 2019-01-24
Filing date: 2019-01-24
Publication date: 2019-12-27
Also published as: WO2020153607A1; WO2020153607A9

Abstract

본 발명에서는 황화수소로부터 원소 황으로의 우수한 전환능을 갖는 신규한 미생물 군집, 및 이를 이용하여 황화수소가 혼입되어 있는 가스에서 황화수소를 제거하는 방법 또는 바이오황을 제조하는 방법이 개시되어 있다.
본 발명에 따른 미생물 군집은 황화수소가 혼입되어 있는 가스 내 1,500 ~ 10,000 ppm의 고농도의 황화수소를 잔류 황화수소의 환경 안전기준인 200ppm 보다 훨씬 낮은 20ppm 이하에 이르도록 원소 황(바이오황)으로 전환하여 황 제거율이 약 99.7% 이상으로 매우 우수하다.

Description

황화수소 제거용 미생물 군집 및 이의 용도 {Microbial community for removal of hydrogen sulfide and its use}

본 발명은 황화수소 제거용 미생물 군집 및 이의 이용에 관한 것으로서, 더 상세하게는 황화수소(H₂S)로부터 원소 황으로의 우수한 전환능을 갖는 신규한 미생물 군집, 및 이를 이용하여 황화수소가 혼입되어 있는 가스에서 황화수소를 제거하는 방법 또는 바이오황을 제조하는 방법에 관한 것이다.

자연환경 내에서 미생물들은 단일 균종으로 존재하는 경우는 극히 드물며, 다른 균종의 미생물 등과 상호관계를 이루는 미생물 군집(microbial community)을 형성하며, 이러한 특성은 폐수처리, 정수시스템, 병원성 미생물의 생존과 항생제 내성, 오염환경 복원, 금속부식 등 주변환경에서 발견되는 거의 모든 미생물들에서 확인되고 있다. 미생물이 군집을 이룰 때의 발현 특성은 단일 균종으로 존재하는 경우와는 다르기 때문에 미생물 군집을 하나의 기능 발현 단위로서 발굴하여, 이를 구성하는 미생물들의 동력학적 특성, 환경 변화에 따른 미생물 표현형 및 활성 변화, 및 미생물 세포들 간의 상호관계의 분석을 통하여 미생물 군집의 산업적 응용 연구가 이루어지고 있다 (등록특허 10-1109120호).

황화수소는 고형폐기물 매립지에서 발생하는 혼합가스인 매립가스(landfill gas: LFG), 혐기성 소화조로부터 발생하는 소화가스(ADG), 원유 정제 시의 부생가스, 천연가스, 산업시설에서 발생하는 부생가스 등에 혼입되어 있다. 이들 가스에 혼입되어 있는 황화수소는 이송관로의 부식 등, 설비에 손상을 준다. 또한 황화수소는 악취를 유발하는 대표적인 물질이며, 실내 노출 제한기준농도를 10분간 10ppm으로 규제할 정도로 독성을 가지며, 수분과 결합하여 황산(H₂SO₄)으로 전환되어 산성비를 유발한다. 따라서 황화수소가 혼입되어 있는 가스에서 황화수소를 완전히 제거하는 것이 필요하다.

매립가스(LFG)는 환경적 측면에서는 해가 되지만, 매립가스의 50~60%에 이르는 메탄(CH₄)은 발전소, 열병합 발전소 및 지역냉난방용 대체에너지원으로 활용할 수 있어 환경적 문제뿐만 아니라 에너지의 효율적 이용 면에서도 유용하다. 매립가스는 메탄 이외에도 수분, 이산화탄소, 질소 등과 함께 황화수소 등의 유해성분도 포함하며, 매립가스의 가스연료화는 전처리 시설을 순차적으로 연계시켜 성분별로 단계적으로 정제하여 청정한 에너지원으로서 발열량이 높은 메탄 가스를 산출하고 있다 (등록특허 10-1024969).

매립가스에 포함된 유해물질인 황화수소의 제거는 황화수소 가스를 물에 녹인 후, 황산화 박테리아로 산화하여 황(원소 황, S⁰)을 생성하는 공정을 통한 생물학적 제거로 이루어져 왔다:

H₂S + OH^- → HS^- + H₂O, HS^- + 1/2 O₂ → S⁰ + OH^-

최근 우리나라 매립지 등에는 건축폐기물 매립이 유기성 폐기물 매립과 같이 이루어져 매립가스 중에 황화수소가 점차 증가하는 추세이며, 수천 ppm 이상으로 고농도로 포함되게 되었다. 또한 최근의 하수처리장에서 처리하는 오폐수는 도시하수뿐만 아니라 음식물쓰레기 침출수, 매립장 침출수, 분뇨처리장 1차 처리수 등 황 성분의 함유량이 매우 높은 유입수를 처리하면서 발생하는 소화가스의 황화수소 농도는 계속 증가하고 있는 추세로, 1,500 ~ 2,000ppm을 상회하고, 때로는 3,000ppm을 넘는 처리장도 있다.

이에 따라 종래 알려진 티오바실러스 단일종이나 해외에서 도입되어 온 황산화 박테리아 군집을 이용하여서는 매립가스 등에 혼입된 고농도의 황화수소를 완전히 제거하기가 어려운 실정이었다.

따라서 고농도의 황화수소가 혼입되어 있는 가스로부터 황화수소를 완전히 제거할 수 있는 미생물 군집의 발굴이 절실히 요구되고 있는 실정이다.

이에 본 발명자들은 종래 기술에서의 요구에 부응하기 위해 연구를 지속하던 중에, 대전 쓰레기 매립지의 매립가스 전처리 공정에서 고농도의 황화수소를 황으로 전환하는 미생물 군집을 분리/동정하여 본 발명을 완성하게 되었다.

따라서 본 발명의 목적은 고농도의 황화수소를 원소 황으로 전환능을 갖는 신규한 미생물 군집을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 미생물 군집의 배양액을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 미생물 군집을 이용하여 황화수소가 혼입되어 있는 가스로부터 고농도의 황화수소를 제거하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 미생물 군집을 이용하여 바이오황을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 알칼리림니콜라 속 (Alkalilimnicola spp.), 싸이클로플렉서스 속(Psychroflexus spp.), 티오알카리박터 속(Thioalkalibacter spp.), 몰리쿠테스 속(Mollicutes spp.), 로도박카 속 (Rhodobaca spp.), 티오알카리비브리오 속(Thioalkalivibrio spp.), 알리이디오마리나 속(Aliidiomarina spp.) 및 할로모나스 속(Halomonas spp.)를 포함하는, 고농도의 황화수소를 원소 황으로 전환능을 갖는 미생물 군집을 제공한다.

본 발명에서 '황화수소'는, 황화수소가 혼입되어 있는 가스로부터 회수된 황화수소를 사용한다. 황화수소가 혼입되어 있는 가스는 매립가스(LFG), 혐기성 소화조로부터 발생하는 소화가스(ADG), 원유 정제 시의 부생가스, 천연가스, 산업시설에서 발생하는 부생가스 등이 있으며, 바람직하게는 매립가스(LFG)이다.

본 발명에서 '고농도의 황화수소'는 1,500~10,000ppm, 바람직하게는 3,000~10,000ppm, 가장 바람직하게는 6,000~10,000ppm 을 의미한다.

본 발명에서 '전환능'은 황화수소 및 이로부터 유래되는 황화합물을 최종적으로 원소 황으로 전환할 수 있는 특성을 의미한다.

본 발명자들은 대전시 금고동 매립지의 매립가스 전처리 공정에서 확보한 시료 중에서 고농도의 황화수소를 원소 황으로 거의 완전히(약99.7% 이상) 전환할 수 있는 미생물 군집을 확인하고, 차세대 시퀀싱(next generation sequencing; NGS) 분석법을 이용하여 미생물 군집을 분리/동정(다양성 확인)하였고, 한국생명공학연구원 생물자원센터(KCTC)에 2018년 12월 11일에 기탁하여, 수탁번호 KCTC13772BP를 부여받았다 (실시예 1).

본 발명에 따른 미생물 군집에는 알칼리림니콜라 속(Alkalilimnicola spp.), 싸이클로플렉서스 속(Psychroflexus spp.), 티오알카리박터 속(Thioalkalibacter spp.), 몰리쿠테스 속(Mollicutes spp.), 로도박카 속(Rhodobaca spp.), 티오알카리비브리오 속(Thioalkalivibrio spp.), 알리이디오마리나 속(Aliidiomarina spp.) 및 할로모나스 속(Halomonas spp.)가 우점하였다 (도 1a ~ 도 3).

특히 본 발명에 따른 미생물 군집에는 알칼리림니콜라 속(Alkalilimnicola spp.)가 8.4% 이상, 싸이클로플렉서스 속(Psychroflexus spp.)가 6.5% 이상, 티오알카리박터 속(Thioalkalibacter spp.)가 6.4% 이상으로 점유하여 상호관계를 형성하고 있다.

본 발명의 미생물 군집에서 우점종 중 하나인 알칼리림니콜라 속(Alkalilimnicola spp.)는 종속영양세균으로 질산염, 티오유황 등을 이용하며 황화합물을 원소 황으로 전환하여 세포외로 배출하는 균종인데, 통상적으로 매립가스로부터 황화수소를 제거하기 위해 사용되는 황 전환 균주인 티오바실러스 속(Thiobacillus spp.)와는 전혀 상이하다.

상기와 같은 우점종들을 포함하여 이루어지는 본 발명의 미생물 군집을 대전 매립지에서 매립가스 정제공정 중의 바이오리액터에 접종하여 황화수소를 제거하는 공정을 수행하였던바, 매립가스 내 약7,200ppm 고농도의 황화수소를 제거하여 잔류 황화수소가 20ppm 이하에 이르도록 원소 황으로 전환하여 황 제거율은 약 99.7% 이상임을 확인하였다 (실시예 2).

본 발명의 또 다른 목적에 따라서, 본 발명은 상기 미생물 군집의 배양액을 제공한다.

본 발명의 또 다른 목적에 따라서, 상기 미생물 군집을 이용하여 황화수소가 혼입되어 있는 가스로부터 황화수소를 제거하는 방법을 제공하는 것이다. 상기 방법은

i) 황화수소가 혼입되어 있는 가스를 수산화나트륨(NaOH) 수용액으로 세정하여 황화수소 수용액을 제조하는 단계; 및

ⅱ) 미생물 군집이 접종된 생물반응기(바이오리액터)에 황화수소 수용액을 투입하여 원소 황으로 전환하는 단계를 포함한다.

본 발명의 또 다른 목적에 따라서, 본 발명은 상기 미생물 군집을 이용하여 바이오황을 제조하는 방법을 제공한다. 상기 방법은

i) 황화수소를 수산화나트륨 수용액으로 용해하여 황화수소 수용액을 제조하는 단계;

ⅱ) 미생물 군집이 접종된 생물반응기에 황화수소 수용액을 투입하여 원소 황으로 전환하는 단계; 및

ⅲ) 단계 ⅱ)로부터의 원소 황 함유 용액을 침전기에서 침강시켜 바이오황을 얻는 단계를 포함한다.

상기 방법은 필요에 따라서, 바이오황의 제품화를 위하여 단계 ⅲ)으로부터의 바이오황을 탈수하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.

본 발명에서 '바이오황(biosulfur)'은 생물학적 황 전환 과정을 통하여 생산되는 원소 황(S^o) 또는 이를 포함하는 수상 현탁액을 의미한다. 바이오황은, 화학적으로 생산된 황과 비교하면, 친수성이며, 10 ㎛ 이하의 입자크기로 원소 황이 현탁되어 있는 안정한 수상 현탁액 상태이다. 또한 바이오황은 독성이 거의 없어 화학적으로 생산된 황에서 필요로 하는 법제화 없이 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 미생물 군집 또는 미생물 군집의 배양액은 황화수소 제거용 또는 바이오황 제조용 종균으로 사용할 수 있다.

본 발명의 미생물 군집의 황화수소 제거(바이오황 제조)에 최적 조건은 pH 가 9.0 이하, 바람직하게는 7.5~8.5이며, 온도는 32℃ 미만, 바람직하게는 25.0~ 30.0℃이며, 산화환원전위(ORP)가 -340 ~ -410mV, 알카리도는 0.3 ~ 1.1mol/L, 전기전도도는 40~90 mS/cm, 바람직하게는 65 mS/cm이며, 접종 농도는 5.0×10⁶ ~ 8.0×10⁷ cfu/ml 이다.

본 발명에 따른 미생물 군집은 종래 황화수소 제거용으로 사용되던 티오바실러스 종을 기반으로 하는 미생물 종균과는 상이한 우점종들이 상호관계를 이루고 있는 새로운 미생물 군집이다.

본 발명의 미생물 군집은 황화수소가 혼입되어 있는 가스 내 1,500 ~ 10,000 ppm의 고농도의 황화수소를, 잔류 황화수소의 환경 안전기준(200ppm) 보다 훨씬 낮은 20ppm 이하에 이르도록 원소 황으로 전환하여 황 제거율이 약 99.7% 이상으로 매우 우수하다. 또한 본 발명의 미생물 군집은 바이오황의 제조용 종균으로 사용될 수 있다.

본 발명의 미생물 군집을 사용하여 황화수소를 제거하는 방법은 황화수소가 혼입되어 있는 가스를 이용하는 설비에 대한 부식성이 높은 고농도의 황화수소를 거의 완전히 제거하여 안전한 가스의 공급이 가능하다.

본 발명의 미생물 군집을 사용하여 바이오황을 제조하는 방법은 고농도의 황화수소를 원소 황으로 전환하여 효율적이다. 본 발명에 따라 제조된 바이오황은, 종래 화학적으로 제조된 유황과는 달리, 물에 대한 친수성이 높고 인체에 무해하며 동식물에도 무해하여 다양한 산업에서 소재와 제품으로 활용성이 높다.

도 1a 및 도 1b는 Illumina 차세대 시퀀싱(NGS)의 결과 확인된 본 발명의 미생물 군집을 구성하는 박테리아 분류군을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 미생물 군집을 구성하는 박테리아 분류군의 분포를 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 미생물 군집을 구성하는 우점종 분류군의 분포를 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 미생물 군집을 이용하여 황화수소 제거 공정의 일례를 나타내는 개략도이다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 구체적인 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명을 보다 명확하게 이해시키기 위하여 예시한 것일 뿐이며, 본 발명의 권리범위가 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

실시예 1. Illumina NGS 분석

<시료 채취>

2017년 4월(매립가스 내 H₂S 평균농도 약 7,000ppm)에 대전시 금고동 매립지의 매립가스의 전처리 공정(정제)에 사용되는 바이오리액터 유래의 공정수에서 시료를 채취하여 4℃에서 보관한 후, 이를 대상으로 16S rRNA 염기서열 기반의 Illumina 차세대 시퀀싱(NGS) 방법으로 미생물 군집을 구성하는 미생물(박테리아)의 종류 및 분포를 조사하여 분석하였다.

<DNA 추출>

시료를 토양용 FastDNA Spin Kit(MP Biomedicals)을 사용하여 DNA를 추출하였고, 추출된 DNA 양은 Epoch 분광계(BioTek)로 측정하였으며 분석에 사용된 DNA 농도는 최소 200ng 이었다.

<앰플리콘 라이브러리 제작>

추출된 DNA를 주형으로 하여 하기 표 1에 나타낸 바와 같은 16S rRNA 유전자의 V3 내지 V4 영역을 표적으로 하는 정방향(forward) 및 역방향(reverse) 앰플리콘 프라이머(amplicon primers)를 제작하여 다음과 같은 조건으로 1차 PCR 증폭을 수행하였다:

Forward 1st_341F	TCGTCGGCAGCGTC-AGATGTGTATAAGAGACAG-CCTACGGGNGGCWGCAG (50mer)
Reverse 1st_805R	GTCTCGTGGGCTCGG-AGATGTGTATAAGAGACAG-GACTACHVGGGTATCTAATCC (55mer)
구성: NexTera concensus - Sequencing adaptor - Target sequence N: G 또는 A 또는 T 또는 C, W: A 또는 T, H: A 또는 T 또는 C, V: G 또는 A 또는 C

10X PCR 버퍼 2.5 ㎕, 10mM dNTP Mix 2.5 ㎕, Taq polymerase(Dr. Max DNA polymerase, 500U) 0.25 ㎕, 각각의 정방향 프라이머(10pmol; 서열번호 1) 1 ㎕, 역방향 프라이머 (10pmol; 서열번호 2) 1 ㎕ 및 주형 DNA 2 ㎕에 증류수(D.W) 16.75 ㎕를 혼합한 후, Thermocycler를 사용하여 95℃에서 3분 초기 변성, 95℃에서 30초 변성, 55℃에서 30초 프라이머 어닐링, 및 72℃에서 연장 30초, 마지막 연장은 72℃에서 5분을 25 사이클 수행하였다. 1차 PCR이 완료된 후, 아가로스 겔 전기영동으로 PCR 생성물을 확인하였다 (약 500bp). 그리고 나서 Illumina Index (NexTera 바코드)를 부착하기 위하여 1차 PCR 생성물을 주형으로 하여 하기 표 2에 나타낸 바와 같은 2차 PCR 프라이머 세트, 정방향 프라이머 (Index i5; 서열번호 3) 및 역방향 프라이머 (Index i7; 서열번호 4)를 사용하여 2차 PCR 증폭을 수행하였다:

Index i5(S522) 51mer	AATGATACGGCGACCACCGAGATCTACAC-TTATGCGA-TCGTCGGCAGCGTC (구성: Left - i5(XXXXXXXX) - Right)
Index i7(N703) 47mer	CAAGCAGAAGACGGCATACGAGAT-TTCTGCCT-GTCTCGTGGGCTCGG (구성: Left - i7(XXXXXXXX) - Right)
X는 바코드 영역을 나타냄

2차 PCR 증폭의 조건은 증폭 사이클을 8회로 설정하는 것을 제외하고는 1차 PCR 증폭의 조건과 동일하게 수행하였다.

PCR 증폭을 완료 후, PCR 생성물을 1% 아가로스 겔 전기영동을 사용하여 확인하고 (약 600bp), Gel Doc 시스템 (BioRad, Hercules, CA, USA)하에서 가시화하였다. 그리고 나서 Agencourt AMPure XP (A63880, Beckman Coulter, Inc.)로 각각의 PCR 생성물을 정제한 후, Quanti-iT PicoGreen dsDNA Assay Kit (P11496, Invitrogen)을 이용한 Picogreen 방법으로 정량하여 모든 샘플을 동량으로 모아서(pooling) 앰플리콘 라이브러리를 제조하고, 이 라이브러리를 Picogreen 방법으로 정량하여 Agilent 2100 Bioanalyzer System (Agilent technologies, US)을 이용하여 라이브러리 크기를 확인하였다. 200bp 이하의 짧은 단편은 Agencourt AMPure XP (A63880, Beckman Coulter, Inc.)를 이용하여 제거하였다. DNA 7500 chip을 사용하여 Bioanalyzer 2100 (Agilent, Palo Alto, CA, USA)에서 PCR 생성물의 품질 및 생성물 크기를 확인하였고, 구축된 앰플리콘 라이브러리는 다음 실험에 사용하였다.

<Illumina MiSeq 시퀀싱 및 분석>

구축된 앰플리콘 라이브러리를 Illumina MiSeq Sequencing system (Illumina, USA)을 사용하여 제조자의 지시에 따라서 차세대 시퀀싱(NGS)을 수행하였고 16S 메타지놈 시퀀싱 데이터(raw read data)를 얻었다. 시퀀싱 데이터는 하기와 같이 MiSeq 파이프라인 방법으로 분석하였다.

상기 시퀀싱에서 얻어진 raw read data 가공은 처리는 Trimmomatic 0.32을 사용하여 품질 검사를 하여 퀄리티 스코어 25 미만인 낮은 품질(<Q25)을 필터링하여 QC 패스 후, PANDAseq를 사용하여 쌍을 이룬 말단의 시퀀스 데이터를 서로 병합하였다. 그리고 나서 프라이머를 유사도 컷오프 0.8에서 트림한 후, 16S rRNA를 코딩하지 않는 비특이적 앰플리콘은 16S rRNA 프로파일을 가진 HMMER의 hmmsearch 프로그램으로 검출하였다. DUDE-Seq를 사용하여 노이즈를 제거하고 비-중복(non-redundant) reads를 UCLUST-클러스터링으로 추출하였다.

EzBioCloud data base와 USEARCH (8.1.1861_i86linux32)를 사용하여 분류학적으로 할당하였고, UCHIME과 EzBioCloudare로부터의 비-키메라 16S rRNA 데이터베이스가 유사성이 97% 미만인 reads에서 키메라를 탐지하였고, 최종적으로 CD-HIT 및 UCLUST를 사용하여 시퀀스 데이터를 클러스터링하여 분류군(taxon)으로 분류하였고, 52종 이상의 박테리아 분류군를 확인하였으며, NCBI BLAST와 서열과 비교한 박테리아 분류군 분포 결과를 도 1a 및 도 1b에 나타냈다. 상기와 같이 분리/동정된 미생물 군집을 'Bacteria Mixture DJ'로 명명하고 한국생명공학연구원 생물자원센터(KCTC)에 2018년 12월 11일에 기탁하여, 수탁번호 KCTC13772BP를 부여받았다.

도 1a ~ 도 2에 나타낸 결과를 세부적으로 살펴보면, 본 발명의 미생물 군집에서는 알칼리림니콜라 속(Alkalilimnicola spp.), 싸이클로플렉서스 속(Psychroflexus spp.), 티오알카리박터 속(Thioalkalibacter spp.), 몰리쿠테스 속(Mollicutes spp.), 로도박카 속(Rhodobaca spp.), 티오알카리비브리오 속(Thioalkalivibrio spp.), 알리이디오마리나 속(Aliidiomarina spp.) 및 할로모나스 속(Halomonas spp.)의 8종의 우점종 분류군(taxon)이 확인되었으며, 이들의 분포를 표 3 및 도 3에 나타냈다:

우점종 분류군	점유율(%)
Alkalilimnicola ssp.	8.4
Psychroflexus spp.	6.5
Thioalkalibacter ssp .	6.4
Mollicutes ssp .	22.5
Rhodobacter ssp.	8.4
Thioalkalivibrio ssp.	25.8
Aliidiomarina ssp.	11.7
Halomonas ssp.	3.1
그 외	7.2
총계	100.0

본 발명의 미생물 군집에는 상기 표 3과 같은 우점종을 포함하여 이들 유점종들이 서로 상호관계를 형성하여 1,500 ~ 10,000ppm의 고농도 황화수소를 거의 완전히 원소 황으로 전환하는 우수한 기능성을 나타낸다.

특히 알칼리림니콜라 속(Alkalilimnicola spp.) 8.4% 이상, 싸이클로플렉서스 속(Psychroflexus spp.) 6.5% 이상, 티오알카리박터 속(Thioalkalibacter spp.) 6.4% 이상의 점유율을 나타냈는데, 종래 매립가스로부터 황화수소를 제거하기 위해 사용되는 황 전환 균주인 티오바실러스 속(Thiobacillus spp.)와는 전혀 상이한 종이다.

실시예 2. 매립가스에서 황화수소 제거

본 발명의 미생물 군집을 사용하여 대전시 금고동 매립지에 위치한 (주)에코바이오홀딩스의 매립가스 전처리 공장에서 매립가스 내 황화수소 제거 공정을 수행하였다 (도 4).

구체적으로는 2017년 5월 31일에 대전시 금고동 쓰레기 매립장 유래의 매립가스(H₂S 농도: 7,200 ppm)를 가스 세정기로 약 779 m³/hr의 유입유량으로 도입하면서 20% 가성소다 수용액 약 20.83 L/hr으로 세정하여 황화수소 수용액을 제조한 후(황화수소 수용액 중에서 황 원자만의 양으로 환산된 값인 S-load는 약 7.99 Kg-S/hr), 본 발명의 미생물 군집과 뉴트리믹스가 표 4와 같이 접종된 수용액이 담기고 반응기 조건이 설정된 Working volume 20 m³인 생물반응기(바이오리엑터)에 상기 황화수소 수용액을 97 m³/hr의 순환유량(circulation flow)으로 도입하여 원소 황으로 전환하였고, 그리고 나서 저장탱크에 저장하여 침전된 바이오황(원소 황)을 분리배출하였다 (도 4 참조).

항목	조건
접종 농도	1.08 × 10⁷ cfu/ml
뉴트리믹스	Nutrimix(Thiopaq사) 1 ml/L
산화환원전위(ORP)	-340 ~ -410mV
pH	8.3
전기전도도	65 mS/cm
온도	27 ℃
알카리도	1.0 mol/L

본 제조과정에서 배출되는 메탄가스 내의 황화수소 잔류량은 약 20ppm으로 측정되었다(약 99.72% 황화수소 제거 효율).

상기와 같은 결과로부터, 본 발명의 미생물 군집은 매립가스로부터 고농도의 황화수소를 99.7% 이상 원소 황(바이오황)으로 전환하여 제거할 수 있는 고기능성임을 확인할 수 있다.

한국생명공학연구원

KACC13772BP

20181211

<110> ECO BIO HOLDINGS CO.,LTD <120> Microbial community for removal of hydrogen sulfide and its use <130> P-10274 <160> 4 <170> KoPatentIn 3.0 <210> 1 <211> 50 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer <400> 1 tcgtcggcag cgtcagatgt gtataagaga cagcctacgg gnggcwgcag 50 <210> 2 <211> 55 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse primer <400> 2 gtctcgtggg ctcggagatg tgtataagag acaggactac hvgggtatct aatcc 55 <210> 3 <211> 51 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer <400> 3 aatgatacgg cgaccaccga gatctacact tatgcgatcg tcggcagcgt c 51 <210> 4 <211> 47 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse primer <400> 4 caagcagaag acggcatacg agatttctgc ctgtctcgtg ggctcgg 47

Claims

황화수소를 원소 황으로 전환능을 갖는 수탁번호 KCTC13772BP로 기탁된 미생물 군집.
제 1항에 있어서, 상기 황화수소는 1,500 ~ 10,000ppm의 고농도인 것인 미생물 군집.
제 1항에 있어서, 상기 황화수소는 3,000 ~ 10,000ppm의 고농도인 것인 미생물 군집.
제 1항에 있어서, 상기 황화수소는 6,000 ~ 10,000ppm의 고농도인 것인 미생물 군집.
제 1항에 있어서, 상기 미생물 군집은 알칼리림니콜라 속(Alkalilimnicola spp.), 싸이클로플렉서스 속(Psychroflexus spp.), 티오알카리박터 속 (Thioalkalibacter spp.), 몰리쿠테스 속(Mollicutes spp.), 로도박카 속(Rhodobaca spp.), 티오알카리비브리오 속(Thioalkalivibrio spp.), 알리이디오마리나 속(Aliidiomarina spp.) 및 할로모나스 속(Halomonas spp.)을 우점종으로 포함하는 것인 미생물 군집.
제 1항에 따른 미생물 군집의 배양액.
제 6항에 있어서, 황화수소가 혼입되어 있는 가스로부터 황화수소 제거용 또는 바이오황 제조용인 것인 미생물 군집의 배양액.
제 1항에 따른 미생물 군집을 이용하여 황화수소가 혼입되어 있는 가스로부터 황화수소를 제거하는 방법.
제 8항에 있어서, 상기 황화수소가 혼입되어 있는 가스는 매립가스(LFG)인 것인 황화수소를 제거하는 방법.
제 1항에 있어서, 상기 미생물 군집은 알칼리림니콜라 속(Alkalilimnicola spp.)가 8.4%의 점유율, 싸이클로플렉서스 속(Psychroflexus spp.)가 6.5%의 점유율, 및 티오알카리박터 속(Thioalkalibacter spp.)가 6.4%의 점유율로 점유하고 있는 것인 미생물 군집.