KR20000034035A - Bioaugmentation of oil contaminated soil by microbial composition which can decompose hydrocarbons derived from petroleum - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 강력한 탄화수소 분해 균주인 에시네토박터(Acinetobacter sp) W1, 슈도모나스(Pseudomonas sp) HB26과 바실러스(Bacillus sp) L11 의 균주 조합을 이용한 유류오염토양의 생물학적 복원 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 에시네토박터 종 W1, 슈도모나스 종 HB26 과 바실러스 종 L11 의 균주 조합과, 이러한 미생물 조합의 유류오염토양에서의 적응력과 생존력을 높이기 위한 특수기질 함유 제제화 기술을 이용한 유류오염토양의 생물학적 정화방법에 관한 것이다.The present invention relates to a biological restoration method of oil-contaminated soil using strain combinations of Acinetobacter sp W1, Pseudomonas sp HB26, and Bacillus sp L11, which are powerful hydrocarbon degradation strains. The present invention relates to a biological purification method of oil contaminated soil using a combination of strains of E. sinobacter species W1, Pseudomonas species HB26 and Bacillus species L11, and a special substrate-containing formulating technique for enhancing adaptability and viability in oil-contaminated soils. .
유류오염 토양의 생물학적 정화 대상은 주로 저유시설 인근 토양이나 송유관 주변 토양, 그리고 주유소 등의 지하 저장탱크 인근 토양 등이다. 특히, 지하저장탱크 주변의 오염 토양은 미국 등에서 가장 중요한 처리 대상 중의 하나로 부각되어 있고 다양한 생물학적 정화 방법들이 시도되고 있다. 이러한 생물학적 정화 방법들은 다른 물리, 화학적인 방법들에 비해 환경 친화적이고 경제적이며 안전하다는 장점들을 가지고 있다.Biological cleanup of oil-contaminated soils includes soils near reservoirs, soils near oil pipelines, and soils near underground storage tanks such as gas stations. In particular, contaminated soil around underground storage tanks has emerged as one of the most important treatment targets in the United States, and various biological purification methods have been tried. These biological purification methods have the advantages of being environmentally friendly, economical and safe compared to other physical and chemical methods.
유류오염토양 및 지하수를 생물학적으로 처리하는 방법에는 크게 인시튜(In-situ) 생물학적 토양정화와 엑시튜(Ex situ) 생물학적 토양정화가 있다. 인시튜 생물학적 정화는 오염토양 주변에 건물이나 지하 관망 등이 있어서 오염토양을 굴착하기 어려운 상황에서 사용되는 기술이며 바이오벤팅(bioventing)과 공기 투입(air sparging) 방법 등을 포함한다. 이러한 방법들은 기본적으로는 토양 등의 유류분해 미생물을 활성화 시키기 위해 전자수용체로서의 산소 및 미생물 영양원 등을 공급하여 오염지역을 복원하는 기술들이다. 한편, 엑시튜 생물학적 정화는 토양을 굴착하여 처리하는 방법인데 매립(landfilling), 퇴비화(composting), 바이오파일(biopiles), 토양경작(landfarming) 등의 방법들이 있다.Biological treatment of oil contaminated soil and groundwater includes in-situ biological soil purification and Ex situ biological soil purification. In-situ biological purification is a technique used in situations where it is difficult to excavate contaminated soil due to the presence of buildings or underground pipe networks around the contaminated soil, and includes bioventing and air sparging methods. These methods are basically technologies to restore the contaminated area by supplying oxygen and microbial nutrient sources as electron acceptors to activate oil-degrading microorganisms such as soil. On the other hand, Exitu biological purification is a method of excavating and treating the soil, there are methods such as landfilling, composting, biopiles, landfarming.
토양경작(landfarming) 기술은 오염된 토양을 운반하는데 큰 부담이 되지 않는다면 다른 방법들에 비해 상대적으로 경제적인 장점이 있으나 저온에서는 수행하기 어렵다는 단점도 있다. 국내에서도 최근 문제가 되고 있는 주유소 지하저장탱크의 오염토양을 생물학적으로 정화하는 수단 중의 하나로 그 유용성이 높은 기술 중의 하나이다. 토양경작 기술에서는 액상 또는 고형의 무기질비료를 사용하는데 이는 토양 중의 석유계 탄화수소 분해 미생물들의 생육과 활성을 촉진 시키려고 하는 것이 목적이다. 또한 최근에는 미국의 EBT 사 등을 중심으로 실험실에서 분리, 대량 배양된 미생물 종균을 첨가하여 생물학적 정화의 속도를 증진시키려는 시도가 이루어지고 있는데 이러한 미생물 투입에 의한 생물학적 정화(bioaugmentation) 기술은 토양경작 기술의 유용성을 높여주는 중요한 기술 중의 하나이다. 특히 미생물 투입에 의한 생물학적 정화는 오염토양 내에 탄화 수소 분해균주가 낮은 수로 존재 하거나 분해가 어려운 유류오염물질 등이 유출되는 환경, 또는 높은 농도의 오염물질이 유입되는 상황에서 단기간 내에 토양복원을 수행하기 위해서는 필수적인 기술이다.Landfarming technology is relatively economical over other methods unless it is a heavy burden to transport contaminated soil, but it is also difficult to perform at low temperatures. It is one of the most useful technologies as a means of biologically purifying the contaminated soil of gas station underground storage tanks, which is a problem in Korea recently. Soil cultivation techniques use liquid or solid mineral fertilizers, which aim to promote the growth and activity of petroleum hydrocarbon-degrading microorganisms in the soil. In recent years, attempts have been made to increase the speed of biological purification by adding microbial spawns separated and mass-cultured in laboratories, especially in the US, such as EBT. The bioaugmentation technique by the introduction of microorganisms is a soil cultivation technique. It is one of the important techniques to increase the usefulness of. In particular, biological purification by microbial input is required to perform soil restoration within a short period of time in the presence of low hydrocarbon decomposition strains or difficult to decompose oil contaminants in the contaminated soil, or in the presence of high concentration of pollutants. In order to be an essential skill.
토양정화에 사용될 목적으로 실험실 내에서 분리되는 석유계 탄화수소 분해 균주들은 오염원에 대한 분해 능력과 함께, 외부의 다양한 환경 예를 들어서 저온에서나 고온 등에서의 생장 능력과 높은 농도의 오염물질이나 중금속 등에 내성, 그리고 유류 오염원의 경우 분해를 용이하게 하기 위한 생물학적 계면활성제의 분비 능력 등을 기준으로 탐색되고 선별된다.Petroleum-based hydrocarbon-degrading strains that are separated in the laboratory for use in soil purification, along with their ability to decompose to contaminants, are resistant to various environmental conditions such as low or high temperatures, high concentrations of contaminants and heavy metals, And oil pollutants are searched and selected based on the secretion ability of biological surfactants to facilitate degradation.
현재 선진 일부 국가에서 유류오염토양의 생물학적 분해를 위한 미생물 관련 제품들이 일부 개발, 시판되고 있으나 아직 기술적인 완성도 측면이나 경제성 측면에서의 부족함 때문에 실제 현장에서 채택, 적용되는 경우는 많지 않은 실정이다. 실험실에서 분리되어진 탄화 수소 분해 미생물들이 실제 환경에서의 적응력이 떨어질 경우 오염토양 내에서 고농도로 성장하거나 토착미생물들과 경쟁하여 우점종화 되기 어려워지고 결과적으로는 오염원의 생물학적 분해를 가속화 시키는데 실패하는 경우가 많기 때문이다.Currently, some microorganism-related products for the biodegradation of oil-contaminated soils are developed and marketed in some advanced countries. However, due to the lack of technical perfection or economic feasibility, they are not adopted or applied in actual field. Hydrocarbon-decomposed microorganisms isolated from laboratories are less likely to grow high in contaminated soils or compete with indigenous microorganisms if they are less adaptable to the real environment, and consequently fail to accelerate the biodegradation of the contaminants. Because there are many.
본 발명은 강력한 탄화수소 분해 균주를 분리하고 이러한 균주들 가운데 최고의 성능을 나타내는 조합을 구성하여 이를 최적 발효 생산 하고 제제화함으로써 유류오염 토양의 생물학적 복원을 위한 미생물종균제로 제공하는데 그 목적이 있다. 또한 각 미생물들이 특이적으로 선호하는 기질을 영양물질로 활용하여 제제화 하는 기술을 제공함으로써 상기 미생물 조합의 현장 적응력을 높여 결과적으로는 안정적이고 극대화된 생물학적 정화의 효율을 얻고자 하는데 그 목적이 있다.An object of the present invention is to provide a microbial spawning agent for biological restoration of oil-contaminated soil by isolating a strong hydrocarbon degradation strain and constructing a combination showing the best performance among these strains to produce an optimum fermentation and formulation. In addition, the purpose of the present invention is to provide a technology for formulating by using the substrate as a nutritional substance specifically preferred by each microorganism to increase the field adaptability of the combination of microorganisms, as a result, to obtain a stable and maximized efficiency of biological purification.
도 1은 무처리토양의 미생물 상태를 나타낸 그래프이다.1 is a graph showing the microbial state of untreated soil.
도 2는 NH4Cl 0.1%와 인산칼륨 완충용액(10mM)이 첨가된 토양의 미생물 상태분석을 나타낸 그래프이다.2 is a graph showing the microbial state analysis of soil to which 0.1% NH 4 Cl and potassium phosphate buffer solution (10 mM) were added.
도 3은 본 발명의 미생물 제제를 접종시킨 오염토양 내의 미생물상 분석을 나타낸 그래프이다.Figure 3 is a graph showing the microbiological analysis in contaminated soil inoculated with the microbial agent of the present invention.
도 4는 BTEX(벤젠, 톨루엔, 에틸벤젠, 크실렌)의 감소율을 나타낸 그래프이다.4 is a graph showing the reduction rate of BTEX (benzene, toluene, ethylbenzene, xylene).
도 5는 TPH(총 석유계 탄화수소)의 감소율을 나타낸 그래프이다.5 is a graph showing the reduction rate of TPH (total petroleum hydrocarbon).
본 발명은 탄화수소 분해능이 우수한 미생물의 분리, 생산, 이들의 조합 및 제제화에 관한 방법과 이들 미생물의 활성을 최대화하고 오염 토양 환경에서 우점을 차지할 수 있도록 하는 특수 영양물질의 제조 방법, 그리고 제제화된 미생물과 특수 영양물질을 이용한 유류오염토양의 생물학적 복원방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for the isolation, production, combination and formulation of microorganisms having good hydrocarbon degradability, and a method for preparing special nutrients to maximize the activity of these microorganisms and take advantage in contaminated soil environments, and formulated microorganisms. And biological restoration method of oil polluted soil using special nutritional substance
즉, 강력한 유류 분해력을 가진 균주 에시네토박터 W1, 슈도모나스 HB26, 바실러스 L11 등의 미생물 균주를 조합하여 제조된 미생물제제를 이용하여 토양경작 방법으로 유류오염토양의 생물학적 정화방법에 관한 것이다.That is, the present invention relates to a method for biological purification of oil contaminated soil by soil cultivation using a microorganism prepared by combining microbial strains such as strain Esinetobacter W1, Pseudomonas HB26, and Bacillus L11.
이때 유류 오염 토양으로부터 채취한 300여 종의 우점종 미생물들을 순수 분리하고, 이들을 각기 원유와 경유를 포함한 고체배지와 액체배지에서 배양한 후, 원유 및 경유에 대한 분해율과 유화활성이 높은 균주를 선별, 원유와 경유 등 다양한 탄화수소류를 포함한 고체 평판 배지에서 투명환의 직경이 크고 최소배지와 3%의 탄화수소를 포함하는 액체 배지에서 생육정도와 원유 전환율이 높은 균주를 선별 분리함을 특징으로 하는 에시네토박터 W1, 슈도모나스 HB26, 바실러스 L11 등의 미생물 균주의 분리방법을 제공하고, 상기의 방법에 따라 분리된 에시네토박터 W1, 슈도모나스 HB26, 바실러스 L11 등의 미생물 균주를 제공한다.At this time, 300 kinds of dominant species microorganisms collected from oil-contaminated soils are purely separated and cultured in solid and liquid medium including crude oil and diesel oil, and then strains having high decomposition rate and emulsifying activity for crude oil and diesel oil are selected, Esinetobacter, characterized in that the solid plate medium containing a variety of hydrocarbons, such as crude oil and diesel, is selected for the separation of strains having a large diameter of the transparent ring and a high growth rate and crude oil conversion rate in a liquid medium containing a minimum medium and 3% hydrocarbons. The present invention provides a method for separating microbial strains such as W1, Pseudomonas HB26, and Bacillus L11, and provides microbial strains such as Ecinetobacter W1, Pseudomonas HB26, and Bacillus L11 that are separated according to the above method.
또한 상기 균주의 생장율을 높이기 위한 배지의 조성에 있어서, 포도당 17∼23 g/L, 효모추출물 2∼4 g/L, 인산수소나트륨 3∼4 g/L, 인산이수소칼륨 0.7∼1.0 g/L, 황산암모늄 2∼4 g/L, 미량의 황산마그네슘 등의 미량성분을 함유함을 특징으로 하는 균주 배양용 배지를 제공하며, 상기 미생물 균주를 상기 배지에서 배양시킨 후, 장기간 보존을 위해 미생물 균주에 염화나트륨 0.2∼0.4%, 구연산 0.2∼0.4%, 안식향산나트륨 0.15∼0.25 % 및 미량의 인산일수소칼륨, 인산이수소칼륨 등을 혼합하여 제조된 미생물제제를 제공하는 것이다.In addition, in the composition of the medium for increasing the growth rate of the strain, glucose 17-23 g / L, yeast extract 2-4 g / L, sodium hydrogen phosphate 3-4 g / L, potassium dihydrogen phosphate 0.7-1.0 g / It provides a culture medium for strain culture, characterized in that it contains a trace component such as L, ammonium sulfate 2-4 g / L, traces of magnesium sulfate, the microorganism for long-term preservation after culturing the microorganism strain in the medium To provide a microbial agent prepared by mixing the strain 0.2 to 0.4% sodium chloride, 0.2 to 0.4% citric acid, 0.15 to 0.25% sodium benzoate and a small amount of potassium dihydrogen phosphate, potassium dihydrogen phosphate and the like.
이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
1. 석유계 탄화수소 분해 미생물의 분리 및 탐색1. Isolation and Screening of Petroleum Hydrolyzed Microorganisms
국내 20여개의 유류 오염 토양으로부터 채취한 300여 종의 우점종 미생물들을 순수 분리하였으며 이들을 각기 원유와 경유를 포함한 표 1의 고체배지와 액체배지에서 배양하여 원유 및 경유에 대한 분해율과 유화활성이 높은 균주를 탐색하였다.Over 300 kinds of dominant species microorganisms collected from 20 oil-contaminated soils in Korea were purely isolated and cultured in solid and liquid media of Table 1 including crude oil and diesel oil, respectively, and strains having high decomposition rate and emulsifying activity for crude oil and diesel oil. Was searched.
원유와 경유 등 다양한 탄화수소류를 포함한 고체 평판 배지에서 투명환의 직경이 크고 상기의 최소배지에 3%의 탄화수소를 포함하는 액체 배지에서의 생육정도와 원유 전환율이 높은 것을 선택하였다. 각 균주의 유화활성을 측정하기 위해서는 표 2의 배양액으로 각 균주를 30℃ 에서 3일간 배양한 액을 이용하였다.The solid plate medium containing various hydrocarbons such as crude oil and diesel oil was selected to have a large transparent ring diameter and a high growth rate and a high crude oil conversion rate in a liquid medium containing 3% of hydrocarbons in the minimum medium. In order to measure the emulsifying activity of each strain, the culture medium of Table 2 was used for each strain cultured at 30 ℃ for 3 days.
또한 유화활성의 측정은 배양액 0.1ml를 Tris-HCl 완충액 (pH 7.2) 7ml와 원유 0.1ml이 포함된 시험관에 넣고 25℃, 60rpm 에서 1시간 진탕배양 후 OD 600 에서 흡광도를 측정하여 0.1 OD(optical density) 차이를 1 unit으로 하였다. 균체수의 측정은 배양액 및 토양시료를 최종 균체농도 104내지 107CFU/ml으로 희석하여 뉴트리언트 아가에 0.1ml 씩 도말하여 40∼400사이의 콜로니를 형성한 플레이트를 선택하여 계수하였다.In addition, the emulsion activity was measured by adding 0.1 ml of the culture solution to a test tube containing 7 ml of Tris-HCl buffer (pH 7.2) and 0.1 ml of crude oil. After shaking for 1 hour at 25 ° C and 60 rpm, the absorbance was measured at OD 600 to measure 0.1 OD (optical). density) was 1 unit. The number of cells was measured and counted by diluting the culture medium and the soil sample to a final cell concentration of 10 4 to 10 7 CFU / ml, smearing 0.1ml each on the nutrient agar to form colonies between 40 and 400.
* + : 투명환의 형성* +: Transparent ring formation
* KH2PO41.5 g/L, Na2HPO44.5 g/L, MgSO4·7H2O 0.1 g/L* KH 2 PO 4 1.5 g / L, Na 2 HPO 4 4.5 g / L, MgSO 4 7H 2 O 0.1 g / L
NH4Cl 0.3 g/L, oil 3% 에서 30℃, 3일 배양NH 4 Cl 0.3 g / L, oil 3% at 30 ° C for 3 days
순수 분리된 균주의 균체생육과 유화활성 및 오일전환율은 표 3에서 보는 바와 같다. 대다수의 균들은 원유와 경유 3%의 원유 또는 경유가 첨가된 배지에서 잘 생육을 하지 못하는 반면 선별된 균주들은 생장률이 우수한 것으로 나타났다. 또한 유화활성과 오일전환율이 반드시 일치하지는 않았으며 원유와 경유함유 고체배지에서 투명환을 형성하지 않았어도 액체배지에서 기름분해능이 우수한 균이 존재하는 것으로 나타났다. 이들 중 각기 원유와 경유 분해능이 뛰어난 균주인 W1과 HB26, 그리고 유화활성이 뛰어난 L11을 최종 선별하였다. L11은 원유나 경유에 대한 분해율은 낮았으나 주로 팜유와 식용유 등의 식물성 탄화수소에 대해 높은 분해능을 보였고 생물학적 계면활성제의 분비에 의한 유화활성이 뛰어난 생산균주로 나타났다.Cell growth, emulsification activity and oil conversion rate of purely isolated strains are shown in Table 3. The majority of bacteria did not grow well in medium containing 3% crude oil or diesel oil or diesel, while the selected strains showed good growth rates. In addition, the emulsification activity and oil conversion rate did not necessarily coincide with each other, and even though no clear ring was formed in the crude oil and the oil-containing solid medium, the bacteria having excellent oil degradability existed in the liquid medium. Of these, W1 and HB26, which are excellent in crude oil and diesel oil, and L11, which have excellent emulsifying activity, were selected. L11 showed low degradation rate for crude oil and diesel oil, but showed high resolution for vegetable hydrocarbons such as palm oil and edible oil, and showed good emulsification activity due to secretion of biological surfactant.
2. 강력한 탄화 수소 분해 균주의 동정2. Identification of Strong Hydrocarbon Strains
최종 선별된 균주의 동정은 미국의 바이오록사(BIOLOG, Inc.)의 세균자동동정시스템(Automated Bacterial Identification System)을 이용하여 실시하였다.Identification of the final screened strain was carried out using the BIOLOG, Inc. Automated Bacterial Identification System.
선별된 3개의 균주 W1, HB26과 L11을 동정한 결과 W1은 에시네토박터 속인 것으로 나타나 동 균주를 아시네토박터 W1이라 명명하였고 HB26은 슈도모나스 속과 유사한 균으로 동정되어 동 균주를 슈도모나스 HB26이라 명명하였으며 L11은 바실러스 속으로 동정되어 바실러스 L11로 명명하였다.Three strains W1, HB26, and L11 were identified, and W1 was found to be of the genus Ecinetobacter. The strain was named as acinetobacter W1, and HB26 was identified as Pseudomonas genus, which was named Pseudomonas HB26. L11 was identified as Bacillus and named Bacillus L11.
3. 탄화수소 분해균주 조합을 이용한 유류오염토양에서의 생장율 및 분해율 측정3. Measurement of Growth Rate and Degradation Rate in Oil Polluted Soils Using a Hydrocarbon Degrading Strain Combination
(1) 미생물의 유전적 표지(1) genetic labeling of microorganisms
강력한 탄화수소 분해 균주인 에시네토박터 W1과 슈도모나스 HB26의 실제 토양에서의 적응력을 검정하기 위하여 두 균주를 유전적 표지를 하여 토양에서의 생장을 측정하였다. 에시네토박터의 경우, 0.1 ml 현탁액을 뉴트리언트 아가에 도말한 후 섭씨 30℃ 에서 2∼3시간 배양을 한 후 각 농도 별로 조제한 항생제 용액 0.2ml을 중앙에 부어 건조 시키고 30℃에서 24시간 배양한 후 나타난 콜로니들을 선택하여 그 항생 물질에 대한 내성을 갖는 돌연 변이주로 사용하였다.In order to test the adaptability of Echinetobacter W1 and Pseudomonas HB26, which are powerful hydrocarbon-degrading strains, in real soils, two strains were genetically labeled to measure growth in soil. In the case of Ecinetobacter, 0.1 ml suspension was plated on nutrient agar and incubated for 2 to 3 hours at 30 ° C. Then, 0.2ml of the antibiotic solution prepared for each concentration was poured into the center and dried at 30 ° C for 24 hours. The colonies shown later were selected and used as mutants with resistance to the antibiotics.
0.2 ,0.5 및 1.0 mg/ml의 리팜피신(rifarmpicin)용액을 사용하여 에시네토박터의 항생제 내성 균주를 선별하였으며 슈도모나스의 경우에도 같은 방법으로 리팜피신 용액을 사용하여 내성균주를 선별하였다. 단, 슈도모나스의 경우 리팜피신의 경우와 동일한 방법으로 0.2 , 0.5, 1.0 mg/ml의 날리딕산(nalidixic acid) 용액을 이용하여 내성균주를 선별함으로써 리팜피신과 날리딕산에 대해 모두 내성을 갖는 2중 돌연변이주을 만들어서 유전적 표지 균주로 사용하였다.Rifampicin solutions of 0.2,0.5 and 1.0 mg / ml of rifampicin solution were used to select antibiotic resistant strains of Ecinetobacter, and in the case of Pseudomonas, resistant strains were selected using rifampicin solution in the same manner. However, Pseudomonas is resistant to both rifampicin and nalidic acid by selecting resistant strains using 0.2, 0.5, 1.0 mg / ml of nalidixic acid solution in the same way as rifampicin. Mutants were made and used as genetic marker strains.
(2) 유류 오염 토양에서의 생장율 및 석유계 탄화수소의 분해율 측정(2) Measurement of growth rate and decomposition rate of petroleum hydrocarbon in oil contaminated soil
유류 오염된 토양에서의 상기 유전적 표지된 균주의 생장율 및 석유계 총 탄화수소의 분해능을 실험하기 위하여 실험실 규모에서의 실험을 실시하였다. 주유소 주변에서 채취한 경유오염 토양시료(오염농도 1,500ppm)를 시험반응조(20cm×15cm×10cm)에 각기 2kg 씩 옮기고 토양 내의 함수율이 15∼20%가 되도록 상온에서 유지하면서 1주일에 2번 뒤집기를 하였다. 상기의 유전적 표지된 두 균주를 뉴트리언트 배지(nutrient broth)에서 각각 30℃로 2일간 배양한 후 최종 토양 그램 당 1×106CFU가 되도록 접종을 하였다. 또한 무기염류인 NH4Cl(최종 0.1%)과, 포타슘 포스페이트 완충용액(potassium phosphate buffer)을 최종 10mM의 농도가 되도록 되게 오염토양에 첨가하였다.Experiments on a laboratory scale were conducted to test the growth rate of the genetically labeled strains in oil contaminated soil and the resolution of petroleum-based total hydrocarbons. Transfer lightly contaminated soil samples (pollution concentration 1,500ppm) from the gas station to the test reactor (20cm × 15cm × 10cm) 2kg each and flip them twice a week while maintaining at room temperature so that the water content in the soil is 15-20%. Was done. The two genetically labeled strains were incubated at 30 ° C. in nutrient broth for 2 days, and then inoculated to 1 × 10 6 CFU per gram of final soil. In addition, inorganic salts NH 4 Cl (0.1% final) and potassium phosphate buffer (potassium phosphate buffer) was added to the contaminated soil to a final concentration of 10mM.
총 석유계 탄화수소(TPH)는 토양 30g 에 무수황산 나트륨 용액을 넣고 디클로로메탄/아세톤 1:1 용액 100m에서 16시간 추출한 후 추출액을 GC/FID로 분석하여 정량하였다.Total petroleum hydrocarbon (TPH) was quantified by adding anhydrous sodium sulfate solution to 30 g of soil, extracting for 16 hours from 100 m of dichloromethane / acetone 1: 1 solution, and analyzing the extract by GC / FID.
BTEX(벤젠, 톨루엔, 에틸벤젠, 크실렌)는 토양 15g을 메탄올 10ml로 침지 시킨 후 잘 섞은 후의 상등액을 GC/FID로 분석하였다.BTEX (benzene, toluene, ethylbenzene, xylene) was analyzed by GC / FID after supernatant of 15 g of soil was immersed in 10 ml of methanol.
총세균의 경우는 뉴트리언트 평판배지에서 계수하였으며 에시네토박터 W1의 경우는 리팜피신 0.02mg/ml이 첨가한 배지에서, 슈도모나스 HB26의 경우 리팜피신 0.02mg/ml 과 날리딕산 0.02mg/ml이 첨가한 배지에서 계수하였다.Total bacteria were counted in nutrient plate medium, Esinetobacter W1 was added to 0.02mg / ml of Rifampicin, and 0.02mg / ml of Rifampicin and 0.02mg / ml of Nalidic Acid in Pseudomonas HB26. Count in media.
총 석유계 탄화수소 분해균주의 분석은 KH2PO41.5 g/L, Na2HPO44.5 g/L MgSO4·7H2O 0.1 g/L, NH4Cl 0.3 g/L, CaCl2·2H2O 0.01 g/L, MnSO4·2H2O 0.01 g/L, 디젤유 20g/ml, 한천 15 g/L 이 첨가된 평판배지에서 계수하였다.The analysis of total petroleum hydrocarbon decomposition strains was performed using KH 2 PO 4 1.5 g / L, Na 2 HPO 4 4.5 g / L MgSO 4 7H 2 O 0.1 g / L, NH 4 Cl 0.3 g / L, CaCl 2 · 2H 2 O 0.01 g / L, MnSO 4 .2H 2 O 0.01 g / L, diesel oil 20 g / ml, and agar 15 g / L were counted in a flat medium.
pH의 측정은 1(토양) : 5(증류수)로 잘 섞은 후 5분간 방치하고 pH 미터로 측정하였다.The pH was measured by mixing well with 1 (soil): 5 (distilled water) and standing for 5 minutes and measuring with a pH meter.
수분함량의 측정은 증발 접시에 토양 10g을 넣은 후 데시케이터에서 120℃로 4시간 증발시킨 후 정량하였다.Water content was measured by putting 10 g of soil in an evaporating dish and evaporating at 120 deg. C for 4 hours in a desiccator.
4. 상기 균주를 이용한 유류분해 미생물의 제제화4. Formulation of lycolytic microorganisms using the strain
(1) 발효 방법(1) fermentation method
표 4의 배지 조성으로 500L의 발효조에서 pH 7.0으로 유지하면서 30℃에서 48시간 발효했을 때, 에시네토박터 W1의 경우 5×109CFU/ml, 슈도모나스 HB26의 경우 1×1010CFU/ml 까지의 고농도 배양이 가능하였다.When fermentation was carried out at 30 ° C. for 48 hours while maintaining the pH of 7.0 in a 500 L fermenter, the composition of Table 4 was 5 × 10 9 CFU / ml for Ecinetobacter W1 and 1 × 10 10 CFU / ml for Pseudomonas HB26. High concentration cultures were possible.
(1) 발효 생산된 석유계 탄화수소 분해 균주의 액제화 방법 및 보존방법(1) Liquidification and Preservation Methods of Fermented Petroleum Hydrocarbon Degrading Strains
상기 (1)에서 발효 생산된 미생물을 오염을 방지하고 제품화하고 장기간 보존하기 위하여 다음의 제제화 조성에 의하여 액제화 되었다.The microorganisms fermented and produced in (1) were liquefied by the following formulated composition to prevent contamination, to commercialize and to preserve for a long time.
보관 시간에 따른 생균수의 변화는 표 6에 나타내었다.The change in viable cell number with storage time is shown in Table 6.
표 6에서와 같이 3개월 까지 80% 이상 생균수를 유지하였으며 타 미생물에 의한 오염은 관찰되지 않았다.As shown in Table 6, more than 80% viable cell count was maintained for up to 3 months, and no contamination by other microorganisms was observed.
5. 미생물에 특이적인 기질(microbe-specific substrate)을 이용한 특수 제제화 방법5. Special formulation method using microbe-specific substrate
상기 제조된 유류분해 미생물의 현장에서의 적응력을 높이기 위하여 촉진 영양 물질로서 각 균주가 선택적으로 가장 잘 이용하는 특정 탄소원을 영양물질과 함께 첨가해 줌으로써 접종 초기에 높은 밀도로 우점화 할 수 있고 결과적으로 유류분해의 효율을 증가 시킬 수 있었다.In order to increase the adaptability of the prepared oil-degrading microorganisms, by adding a specific carbon source, which is best used by each strain as a nutrient substance, together with the nutrient, it can be predominantly at a high density at the beginning of the inoculation. The efficiency of the solution could be increased.
위의 조성은 유류오염토양의 생물학적 복원을 하는데에 미생물의 생장을 촉진하기 위하여 첨가하는 무기염류이다. 이러한 제제에 슈도모나스 HB26와 에시네토박터 W1의 특정 탄소원으로 작용하는 젖산(lactic acid)과 트윈80(tween80)을 첨가할 경우 토양 적용시의 초기 밀도가 증가 하였다.The above composition is an inorganic salt added to promote the growth of microorganisms in the biological restoration of oil contaminated soil. The addition of lactic acid and tween80, which act as specific carbon sources for Pseudomonas HB26 and Ecinetobacter W1, increased the initial density of soil application.
(실시예 1) 미생물제제의 제조Example 1 Preparation of Microbial Preparation
다음은 유류 오염토양 1kg에 상기의 유류분해 미생물제를 1×106CFU/g이 되게 접종한 후 표 7의 무기염류 조성과 젖산을 다음의 농도별로 첨가하고 24시간 동안 30℃에서 항온 배양한 후 미생물의 생균수를 측정한 결과이다.Next, inoculate the oil-degrading microbial agent to 1 × 10 6 CFU / g in 1kg of oil-contaminated soil, and add the inorganic salt composition and lactic acid of Table 7 by the following concentrations, and then incubate at 30 ° C. for 24 hours. This is the result of measuring the viable cell count of microorganism.
표 8에서 볼 수 있듯이 특정기질인 젖산의 첨가시에 슈도모나스 HB26의 생균수가 월등히 증가함을 확인할 수 있었다.As can be seen in Table 8, the number of viable bacteria of Pseudomonas HB26 increased significantly when the specific substrate lactic acid was added.
(실시예 2) 미생물제제의 제조Example 2 Preparation of Microbial Preparation
실시예 1와 동일한 방법으로 측정한다. 이때 표 9에서 볼 수 있듯이 트윈80 의 농도가 증가 할수록 에시네토박터 W1의 생균수가 증가함을 확인 할 수 있었다.It measures in the same manner as in Example 1. As shown in Table 9, as the concentration of Tween 80 increases, the number of viable bacteria of Ecinetobacter W1 increases.
(실시예 3) 현장 적용Example 3 Field Application
1. 상기의 미생물제제를 이용한 토양경작에 의한 생물학적 복원1. Biological restoration by soil cultivation using the microbial agent
상기의 미생물제와 상기 활성촉진제를 제조하여 오염현장에서 토양경작(landfarming) 방식에 의한 유류오염토양의 생물학적 복원을 시도하였다. 조성된 1700m2면적의 부지에 1m 높이로 토양을 적층하여 에시네토박터 W1, 슈도모나스 HB26 및 바실러스 L11 등 세종류의 미생물을 제제화한 제품과 표 7과 표 8의 미생물 성장 촉진제를 사용하여 정유와 등유가 주성분으로 TPH 기준 1900ppm으로 오염된 토양에 적용하였다.The microbial agent and the activation promoter were prepared to attempt the biological restoration of oil contaminated soil by landfarming method at the pollution site. Refined oil and kerosene using three microorganisms such as Ecinetobacter W1, Pseudomonas HB26, and Bacillus L11 by stacking soil at a height of 1m on the 1700m 2 site. The main ingredient was applied to soil contaminated with 1900 ppm TPH.
적용방법 1. 부지조성Application Method 1. Site Construction
오염 토양을 처리하기 위한 부지를 평탄 작업을 하고 전체 부지의 중앙 부분으로 경사를 주어 침출수를 모을 수 있는 침출수 집수 파이프를 설치한다. 그 위에 모래를 20cm 높이로 적층한다. 부지의 외각 부분은 오염토양의 유실을 방지하기 위하여 1m이상 높이의 방어벽을 오염이 되지 않은 토양으로 조성하고 내벽을 0.5 내지 3mm 비닐로 방수 처리하여 토양 및 유류의 유출을 막도록 하였다.Sites for the treatment of contaminated soil are to be flattened and a leachate collection pipe is installed to collect the leachate by inclining to the central part of the entire site. Lay sand on top of it 20 cm high. In order to prevent the loss of the contaminated soil, the outer part of the site was formed with a non-polluted defense wall of more than 1m height and the inner wall was waterproofed with 0.5 to 3mm vinyl to prevent the outflow of soil and oil.
적용방법 2. 오염토양 전처리Application Method 2. Pretreatment of Polluted Soil
오염된 토양을 조성된 부지에 적층하기 전에 토양 중에 혼합되어 있는 100mm이상의 굵은 돌을 100mm의 체를 이용하여 분리하였다.Before stacking the contaminated soil on the composition site, 100mm or more coarse stones mixed in the soil were separated using a 100mm sieve.
적용방법 3. 뒤집기 장비Application Method 3. Flipping Equipment
오염 토양의 뒤집기 및 미생물 혼합을 위한 장비는 트랙터에 적재된 외날쟁기, 네날쟁기 및 로터리를 이용하여 실시하였다. 외날쟁기는 토양 깊이 600mm 내지 1000mm 깊이로 뒤집어 줄 수 있는 날이 하나 달려있는 쟁기이다. 네날쟁기는 토양깊이 400mm 내지 600mm 깊이로 뒤집어 줄 수 있는 네개의 날을 가진 쟁기이다. 로터리는 토양 깊이 400mm 이내 깊이의 토양을 뒤집기 및 토양 입지를 파쇄할 수 있는 장비를 사용하였다.The equipment for flipping contaminated soil and mixing microorganisms was carried out using single plows, four plows and roundabouts loaded on the tractor. Single blade plow is a plow with one blade that can be turned over to a depth of 600 mm to 1000 mm deep. The four-blade plow is a four-blade plow that can be turned over to a depth of 400 mm to 600 mm in soil depth. The rotary used equipment to flip the soil and crush the soil location within 400mm of soil depth.
적용방법 4. 미생물 투입 장비Application Method 4. Microorganism Input Equipment
미생물 및 보조제의 투입은 5 마력 엔진에 농업용 분무기를 자체 조립한 분무기를 이용하여 오염토양에 투입하였다.Microorganisms and supplements were fed to contaminated soil using a sprayer self-assembled with an agricultural sprayer on a 5-horsepower engine.
적용방법 5. 오염 토양의 미생물 투입 방법Application Method 5. Microorganism Input Method for Contaminated Soil
미생물의 투입은 토양 1g당 기름 분해 미생물 1×105내지 1×107CFU 첨가되도록 투여하였다. 미생물 영양제의 첨가량은 토양 1톤 당 1.2kg 첨가하였다. 미생물 및 보조제의 투여 시기 및 횟수는 1주일 간격으로 3회 투입하였다.The microorganisms were administered to add 1 × 10 5 to 1 × 10 7 CFU of oil-degrading microorganisms per gram of soil. The amount of microbial nutrient added was 1.2 kg per ton of soil. The timing and frequency of administration of microorganisms and supplements were injected three times at a weekly interval.
미생물의 투입은 상기 적용방법 3의 뒤집기 장비를 이용하여 뒤집기와 동시에 투입하였다.Microorganisms were introduced at the same time flipping using the flip equipment of the application method 3 above.
미생물 투입과 뒤집기는 초기 미생물과 영양제의 1/2을 토양 표면에 골고루 살포한 후 네날 쟁기로 1회 뒤집기를 실시한 후 로터리를 이용하여 파쇄 및 교반을 실시하고 다시 네날 쟁기로 1회 뒤집기 후 로터리로 교반 파쇄를 실시하고 외날 쟁기로 토양을 뒤집기 1회 실시한 후 미생물 과 보조제를 나머지 1/2을 투입하여 네날쟁기, 로터리, 네날쟁기, 로터리 순으로 각각 1회씩 교반 파쇄하였다. 나머지 2차 3차 미생물 및 영양제의 투입도 같은 방법으로 실시하였다.The microorganisms are fed and inverted evenly with half of the initial microorganisms and nutrients on the soil surface, and then flipped once with a four-day plow. After agitating and crushing the soil with a single blade plow, the remaining 1/2 of the microorganism and the auxiliary was added to each other and then crushed once for each four-day plow, rotary, four plow and rotary. The addition of the remaining secondary tertiary microorganisms and nutrients was carried out in the same manner.
적용방법 6. 토양의 뒤집기Method of application 6. Inversion of soil
미생물 투입 후 토양의 뒤집기 작업은 2일에 1회 반복 실시하였다. 뒤집기의 방법은 로터리, 네날쟁기, 로터리, 외날쟁기, 로터리, 네날쟁기, 로터리의 순으로 각각 1회씩 실시하였다.After the microorganisms were added, the soil flipping operation was repeated once every two days. The method of flipping was performed once in the order of rotary, four-day plow, rotary, one-day plow, rotary, four-day plow and rotary.
적용 방법 7. 토양 오염도 분석 및 미생물의 분석Application method 7. Soil pollution analysis and microorganism analysis
오염 토양의 TPH농도 및 BTEX 농도의 분석, 오염 토양의 미생물상의 분석 및 pH, 수분함량의 분석은 상기에서 언급한 분석 방법과 같으며 1주일 간격으로 실시하였다.Analysis of TPH and BTEX concentrations of contaminated soils, analysis of microorganisms of contaminated soils, and analysis of pH and water content were carried out at the intervals of one week.
적용 결과 1. 오염 농도Application Result 1. Pollution concentration
적용결과 2. 미생물상 변화Application Result 2. Microbial Change
적용결과 3. 수분함량의 변화Application Result 3. Change in moisture content
적용결과 4. pH의 변화Application Result 4. Change of pH
본 발명의 효과는 강력한 탄화수소 분해 균주를 분리하고 이러한 균주들 가운데 최고의 성능을 나타내는 조합을 구성하여 이를 최적 발효 생산 하고 제제화함으로써 유류오염 토양의 생물학적 복원을 위한 미생물종균제로 제공하는 것으로, 각 미생물들이 특이적으로 선호하는 기질을 영양물질로 활용하여 제제화 하는 기술을 제공함으로써 상기 미생물 조합의 현장 적응력을 높여 결과적으로는 안정적이고 극대화된 생물학적 정화의 효율을 얻을 수 있다.The effect of the present invention is to provide a microbial spawning agent for biological restoration of oil-contaminated soils by isolating strong hydrocarbon degradation strains, constructing a combination that shows the best performance among these strains, and optimally producing and formulating them. By providing a technology for formulating by using the preferred substrate as a nutritional substance, it is possible to increase the field adaptability of the microbial combination as a result, it is possible to obtain a stable and maximized efficiency of biological purification.
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