KR20020009059A

KR20020009059A - 테트라메틸 암모늄 하이드록사이드를 분해하는 신규한바실러스 세레우스 ｉｂｎ-ｈ4 및 전기 균주를 이용한폐수처리방법

Info

Publication number: KR20020009059A
Application number: KR1020000042272A
Authority: KR
Inventors: 이대상; 이미경; 신철수; 윤정환; 염도영; 이정기; 박기돈; 최호준; 구본탁; 강기정
Original assignee: 구본탁; 주식회사 인 바이오넷
Priority date: 2000-07-22
Filing date: 2000-07-22
Publication date: 2002-02-01

Abstract

본 발명은 테트라메틸 암모늄 하이드록사이드(tetramethyl ammonium hydroxide, TMAH)를 분해하는 신규한 균주 및 전기 균주를 이용한 폐수처리 방법에 관한 것이다. 본 발명은 반도체 제조공정에서 실리콘 표면을 식각 처리할 때 주로 사용되며, 난분해성 및 독성을 지니는 테트라메틸 암모늄 하이드록사이드를 분해하는 신규한 균주 및 전기 균주를 회분식 배양한 다음, 전기 회분식 배양액에 TMAH를 포함하는 배지를 통과시키면서 연속 배양시키는 공정을 포함하는 폐수처리방법을 제공한다. 본 발명의 균주 및 폐수처리방법을 이용할 경우, 반도체 제조공장의 폐수에 존재하는 환경오염 물질 TMAH를 90% 이상 분해하므로 환경 친화적인 폐수처리방법으로써 산업현장에서 많이 활용될 것이다.

Description

테트라메틸 암모늄 하이드록사이드를 분해하는 신규한 바실러스 세레우스 ＩＢＮ-Ｈ4 및 전기 균주를 이용한 폐수처리방법{A Novel Bacillus cereus IBN-H4 for Decomposing TMAH, and Method for Waste-water Treatment using the Strain}

본 발명은 테트라메틸 암모늄 하이드록사이드(tetramethyl ammonium hydroxide; TMAH)를 분해하는 신규한 균주 및 전기 균주를 이용한 폐수처리 방법에 관한 것이다. 좀 더 구체적으로, 본 발명은 반도체 제조공정에서 실리콘 표면을 식각 처리할 때 주로 사용되며, 난분해성 및 독성을 지니는 테트라메틸 암모늄 하이드록사이드를 분해하는 신규한 균주, 및 전기 균주를 이용하여 TMAH를 포함하는 폐수를 회분식 또는 다양한 연속식으로 처리함으로써 TMAH를 함유하는 폐수를 정화하는 폐수처리방법에 관한 것이다.

근래에 들어 인터넷과 정보통신 산업의 발전에 힘입어 반도체의 수요가 폭발적으로 증가하고 있는 추세이다. 이와 더불어 반도체 생산업체에서 반도체 제조공정 중 실리콘 표면을 식각(etching) 처리하는 공정에서 사용되는 화학물질인 TMAH의 사용량이 지속적으로 증가하고 있다.

TMAH는 생물학적 분해가 어렵고 독성이 매우 강한 물질(toxicity LC₅₀= 460 PPM)이기 때문에 반도체 제조공장 내 폐수처리장의 생물학적 산소 요구량(biological oxygen demand; BOD)의 심한 변동이 발생되고 있는 상황이다. 따라서 산업폐수로부터 TMAH를 제거하는 것이 환경보호에 매우 중요한 이슈가 되고 있다.

현재 폐수중의 TMAH를 처리하는 방법으로는 폐수를 이온교환수지 컬럼, UF(한외여과) 또는 RO(역삼투) 등의 방법으로 TMAH를 농축하여 폐기하는 농축폐기법, 또는 농축된 TMAH를 연소시켜 제거하는 초임계 처리법 정도가 알려져 있다. 그러나 이러한 종래 정화방법은 매우 복잡한 단계를 거칠 뿐 아니라 농축 또는 연소에 따르는 2차 오염 문제가 발생한다는 중대한 결함이 있다.

따라서 증대되는 환경보호의 요구에 부응하여 보다 경제적이고 효율적인 TMAH 처리 방법개발의 필요성이 대두되고 있다.

이에, 본 발명자들은 온화한 조건에서 효율적으로 TMAH를 분해·제거할 수 있는 생물학적 처리방법에 대하여 예의 연구 노력한 결과, TMAH에 대하여 내성을보이고, TMAH를 유일한 탄소원 및 에너지원으로 이용하는 신규한 균주를 분리하고, 전기 균주를 이용하여 TMAH가 함유된 폐수를 처리함으로써 TMAH가 함유된 폐수의 생화학적 산소 요구량을 현저히 저하시킬 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하게 되었다.

따라서, 본 발명의 주된 목적은 TMAH를 분해하는 신규한 균주를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 전기 균주를 이용한 생물학적 TMAH 폐수처리방법을 제공한다.

도 1은 본 발명 균주들의 TMAH 농도별 생존 밀도를 나타낸 그래프이다.

도 2a는 본 발명 IBN-H1 균주의 배양 온도에 따른 생장곡선을 나타낸 그래프이다.

도 2b는 본 발명 IBN-H4 균주의 배양 온도에 따른 생장곡선을 나타낸 그래프이다.

도 2c는 본 발명 IBN-H7 균주의 배양 온도에 따른 생장곡선을 나타낸 그래프이다.

도 3a는 본 발명 IBN-H1 균주의 배양 pH에 따른 생장곡선을 나타낸 그래프이다.

도 3b는 본 발명 IBN-H4 균주의 배양 pH에 따른 생장곡선을 나타낸 그래프이다.

도 3c는 본 발명 IBN-H7 균주의 배양 pH에 따른 생장곡선을 나타낸 그래프이다.

도 4는 본 발명 IBN-H4 균주의 연속 배양에 따른 생장곡선을 나타낸 그래프이다.

도 5는 본 발명에 의한 순환형 연속식 폐수처리 장치의 모식도이다.

도 6은 도 5의 장치를 이용한 폐수처리에 따른 균주의 생장곡선을 나타낸 그래프이다.

도 7은 본 발명에 의한 Pack-bed reactor를 이용한 폐수처리장치의 모식도이다.

본 발명은 반도체 제조공정에서 실리콘 표면을 식각 처리할 때 주로 사용되며, 난분해성 및 독성을 지니는 테트라메틸 암모늄 하이드록사이드를 분해하는 신규한 균주 및 전기 균주를 이용한 생물학적 TMAH 폐수처리방법에 관한 것이다.

본 발명에 의한 균주는 다음과 같은 과정을 거쳐 분리·동정하였다.

먼저, 국내 반도체 제조공장의 폐수를 시료로 채취한 후 시료를 영양이 풍부한 배지에 접종하여 1차적으로 폐수에 존재하는 균주들을 증식시켰다. 이어서 상기 균주들을 TMAH가 함유된 배지에 배양하여 생장하는 즉, TMAH에 내성을 가지는 균주 7종을 분리하여 각각 IBN-H1 ~ IBN-H7로 명명한 후, 이 중에서 TMAH 분해능이우수한 균주 IBN-H1, IBN-H4 및 IBN-H7 등 3 종류의 균주를 선별하였다.

최종 선별된 균주를 바이오로그 시스템, MIDI 및 16s RNA의 부분 염기서열 결정 등을 이용하여 동정한 바, 각각 클루이베로마이세스 델펜시스(Kluyveromyces delphensis), 바실러스 세레우스(Bacillus cereus) 및 아시네토박터 속(Acinetobactersp.)에 해당하는 신규한 균주임을 확인하고, 각각 클루이베로마이세스 델펜시스 IBN-H1, 바실러스 세레우스 IBN-H4 및 아시네토박터 속 IBN-H7으로 명명하여 2000년 7월 18일에 균주 국제기탁기관인 생명공학연구소 유전자은행(KCTC)에 기탁번호 KCTC 0834BP, KCTC 0835BP 및 KCTC 0836BP로 기탁하였다.

상기 분리된 균주들은 필수 미네랄 성분과 탄소원으로 TMAH만이 함유된 최소배지에서 모두 OD = 0.2 내외가 될 정도로 생장이 가능한 것으로 밝혀졌다. 또한 25℃ 및 30℃에서 거의 차이 없이 생장이 가능하였으며, 중성 내지 약산성 조건에서 우수하게 생장하였다.

본 발명에 의한 균주들은 TMAH에 대하여 내성이 있을 뿐 아니라 이를 유일한 탄소원으로 하여 생장이 가능하므로 이들 균주를 이용하여 TMAH가 함유된 폐수의 생물학적 처리가 가능하였다. 이때 상기 종의 균주를 각각 독자적으로 이용할 수도 있으며, 3 종류의 균주 중 2 종 혹은 3 종이 혼합 배양된 상태로 이용할 수도 있다.

본 발명에 의한 균주를 이용한 TMAH 함유 폐수의 생물학적 처리 공정은 회분식(batch culture)으로 하는 것도 가능하지만, 공정의 효율성과 연속성을 위하여 유가식(fed-batch culture) 또는 연속식(continuous culture)을 적용하는 것이 바람직하다. 연속식인 경우에는 먼저 균주를 (영양)배지 들어있는 발효조에 접종하여 소정의 밀도(예를 들면 OD = 0.15) 이상까지 회분 배양시킨 다음, TMAH가 첨가된 폐수를 일정 희석속도로 유입시키면서 연속으로 폐수를 처리하도록 한다.

한편, 어떤 방식을 선택하더라도 균주의 반복이용과 처리수 내의 균주 제거를 위한 공정의 편리성을 위하여 상기 균주를 소정의 담체에 고정하여 이용하는 것이 바람직하다. 이때 담체는 알지네이트(alginate), 우레탄폼(urethan foam) 등 통상의 미생물 고정용 소재를 활용할 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예에 의하여 더욱 구체적으로 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 구체적으로 설명하는 것으로, 이들 실시예에 의해 본 발명의 범위가 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자들에게 있어서 자명할 것이다.

실시예 1 : TMAH에 대하여 내성을 지니는 균주의 분리

(1) 반도체 공장의 폐수에 존재하는 균주의 증식

국내 각 반도체 제조공장의 폐수 처리 공정 중에서 원수, 폭기수, 반송 슬러지 등의 폐수시료를 준비하였다.

상기 시료를 순차적으로 희석한 다음, 탄소원이 풍부한 영양한천평판배지(소고기 추출물 0.3%(DIFCO), 펩톤 0.5%(DIFCO), 한천 1.5%(DIFCO))에 도말하여 30℃ 배양기에서 18 시간 동안 배양하였다.

(2) TMAH에 대하여 내성을 지니는 균주의 분리

상기 증식단계에서 얻은 균주들의 TMAH에 대한 내성여부를 확인하였다.

탄소원이 풍부한 영양배지(소고기 추출물 0.3%(DIFCO), 펩톤 0.5%(DIFCO))에 TMAH의 농도를 각각 0.25%, 0.5%, 1.0 %, 1.5 %, 2.0%이 되도록 준비하고 상기 증식된 균주를 도말한 후, 30℃ 배양기에서 250rpm의 속도로 18시간 동안 진탕배양하였다.

이 중에서 육안으로 균체의 생장이 확인되는 7개의 배지를 선별하여 각각 IBN-H1 ~ IBN-H7로 명명하였고, 선별된 최종 배양액을 순차 희석법으로 상기 영양한천평판배지에 도말하여 전체 세균수를 배양액 ㎖ 당 형성된 콜로니 수(colony forming unit, CFU)로 나타내었다(도 1).

도 1에서 볼 수 있듯이, 선별된 7 종의 균주들 모두 TMAH가 1.7% 이상에서는 생장이 거의 없었으며, 특히 IBN-H3, IBN-H4, IBN-H5, IBN-H7 등이 상기 농도 이하에서 비교적 활발하게 생장하였다.

실시예 2 : TMAH 내성 균주로 선별된 균주의 TMAH 분해율 조사

상기 실시예 1에서 선별된 TMAH 내성 균주의 TMAH 분해율를 조사하였다.

균주의 생장에 필수적으로 요구되는 미네랄 성분이 함유되어 있는최소배지((NH₄)₂SO₄3g/L, Trace element(H₃BO₃0.3g, CoSO₄7H₂O 0.2g, ZnSO₄ㆍH₂O 0.1g, MnCl₂ㆍH₂O 0.03g, NaMoO₄ㆍH₂O 0.03g, NiCl₂ㆍH₂O 0.02g, CuSO₄ㆍH₂O 0.01g, FeSO₄ㆍH₂O 20g, CaCl₂ㆍH₂O 10g/L) 2㎖/L, MgSO₄ㆍ7H₂O(40 %) 2㎖/L, 1M 인산염 완충용액(pH 7))에 탄소원으로 1% TMAH를 가하여 30℃에서 72시간 동안 진탕 배양하였다.

최종 배양액의 BOD를 3중 실험(triple test)으로 측정한 결과, IBN-H1, IBN-H4, IBN-H6 및 IBN-H7 균주에서 90% 이상의 BOD 제거율을 보였다(표 1).

실시예 3: TMAH 분해능이 우수한 균주의 동정

상기 실시예 1 및 2를 거쳐 TMAH 분해능이 우수한 IBN-H1, IBN-H4, IBN-H7 3 종류의 균주를 선정하고 BIOLOG 시험, 지방산 분석, MIDI 및 16S rRNA 부분 염기서열 등을 이용한 균주의 동정을 실시하였다.

먼저, 본 발명 균주들의 형태학적 및 생화학적 특성을 조사한 결과, 본 발명의 세 균주 모두 카탈라아제 활성을 지니고 있었으며, 세균 동정시 관찰하는 그람염색 반응에 IBN-4 균주는 양성 반응을 나타낸 반면, IBN-H7 균주는 음성 반응을 나타내었다(표 2). IBN-H1 균주는 효모로서 그람염색 반응이 적용되지 않았다.

IBN-H1 균주를 동정하기 위한 BIOLOG 분석은 실험하고자 하는 탄소원들이 건조된 상태로 첨가된 96-웰 마이크로 플레이트에 본 발며의 균주 현탁액을 접종하고 배양한 다음 이용성을 색상변화 및 혼탁정도로 인식하여 표준 균주의 결과로 구축된 약 1,400 여종(호기성 균주, 혐기성 균주 및 효모)의 데이터 베이스와 비교 분석한 결과, 클루이베로마이세스 델펜시스(Kluyveromyces delphensis)로 동정되었다(표 3).

IBN-H4 및 IBN-H7 균주의 균체 지방산을 분석한 결과, IBN-H4 균주는 탄소수 15개의 지방산, IBN-H7 균주는 탄소수 18개의 지방산이 가장 많은 것으로 나타났다(표 4). 표 2에서 보듯이, IBN-H4 균주의 경우, 탄소수 15개의 지방산 중 이중결합이 없는 iso 형태가 23.71%, anteiso 형태가 8.49%로 나타났다.

각 균주의 16s RNA 부분 염기서열(서열번호 1, 2)의 상동성 분석 결과, IBN-H4 균주의 경우 바실러스 세레우스(Bacillus cereusIAM 12605T)와 100%의 상동성을 나타내며(표 5), IBN-H7 균주의 경우 아시네토박터 칼코아세티쿠스(Acinetobacter calcoaceticusATCC 23055T)와 94.95%의 상동성을 나타내어(표 6), IBN-H4 및 IBN-H7 균주를 각각 바실러스 세레우스 및 아시네토박터 속으로 결정하였다.

실시예 4: 선별·동정된 균주의 TMAH 이용성

상기 동정된 본 발명의 균주 IBN-H1, H4 및 H7 균주가 TMAH를 유일한 탄소원으로 이용할 수 있는지를 확인하였다.

균주의 생장에 필수적으로 요구되는 미네랄 성분이 함유되어 있는 최소배지(참조: 실시예 2)에 탄소원으로 0.5%의 TMAH를 부가적으로 첨가한 다음, 전기 균주를 각각 접종하여 30℃에서 72시간 진탕 배양한 다음, 배양액을 순차적으로 희석하여 배양액 성분과 같은 조성을 가진 평판 배지를 제조하여 도말하였다.

본 발명의 세 균주가 각각 평판배지에 콜로니를 형성함을 관찰하고, 본 발명의 균주들이 TMAH를 유일 탄소원과 에너지원으로 이용하여 생장할 수 있다는 것을 확인할 수 있었다.

비교를 위하여 본 발명에 의한 균주들과 유연관계가 있는 균주들의 TMAH 이용성을 확인하였다.

본 발명의 IBN-H1 균주 대신에 클루이베로마이세스 델펜시스, 사카로마이세스 세레비지에를, IBN-H4 균주 대신에 바실러스 세레우스, 바실러스 서브틸리스, 바실러스 브레비스를, IBN-H7 균주 대신에 아시네토박터 칼코아세티쿠스, 아시네토박터 제노스페시스를 각각 배양하여 TMAH 탄소원 이용유무를 조사하였다.

그 결과 본 발명에 의한 균주들과 유연관계가 있는 모든 균주들이 콜로니를 형성하지 않았으며, 이로 인해 전기 균주가 탄소원으로서 TMAH를 이용하지 못하는것으로 나타났다(표 7).

이 결과로부터, 본 발명에 의한 균주인 IBN-H1, IBN-H4 및 IBN-H7이 각각 클루이베로마이세스 델펜시스, 바실러스 세레우스 및 아시네토박터 속에 속하지만, 종래의 균주들과는 생리화학적 특성이 상이한 신규한 균주임을 재차 확인할 수 있었다.

실시예 5 : 동정된 균주의 TMAH 내성

상기 동정된 본 발명의 균주 IBN-H1, H4 및 H7 균주의 TMAH에 대한 내성을 조사하였다.

본 발명에 의한 각 균주를 영양배지(Bacto Beef Extract 3g, Bacto Peptone 5g / L) 3㎖에 접종하여 30℃에서 18시간 동안 진탕 배양하였다. 이후 각 균주 배양액의 OD(600nm) 값을 측정하여 내성을 시험할 균주 배양액의 밀도 및 균체수를조정하였다. 전기 시료를 12,000rpm에서 5분간 원심분리한 다음, 생리 식염수로 3회 세척하여 배양액을 제거하고, 2% TMAH를 1㎖ 가하여 현탁시킨 다음, 30℃에서 한 시간 동안 방치하였다. 이를 다시 원심분리하여 상등액을 제거하고, 생리 식염수로 세 번 세척하여 TMAH 잔존물을 제거하였다. 이후 남아 있는 균주를 200㎕의 생리식염수에 현탁시켜 영양배지 성분이 포함된 한천 배지에 도말한 다음, 30℃에서 18시간 동안 정체 배양하고, 각 균주의 콜로니 수를 순차적 희석법으로 측정하였다.

대조군으로는 각각의 균주에 대하여 2% TMAH 대신 생리 식염수를 사용하였으며, 정확한 균주의 수를 동등하게 맞추기 위하여 각각의 시험군과 대조군에서 형성된 균주의 콜로니 수를 TMAH를 처리하지 않은 대조군의 콜로니 수와 상호 보정해 주었다.

비교를 위하여 본 발명에 의한 균주들과 유연관계가 있는 균주들의 TMAH 내성을 확인하였다.

그 결과 본 발명에 의한 균주들과 유연관계가 있는 모든 균주들이 본 발명에 의한 균주들 보다 현저히 낮은 수의 콜로니를 형성하였으며, 이로 인해 전기 균주가 TMAH에 대한 내성이 저조함을 확인 할 수 있었다(표 8).

이 결과로부터, 본 발명에 의한 균주인 IBN-H1, IBN-H4 및 IBN-H7이 각각 클루이베로마이세스 델펜시스, 바실러스 세레우스 및 아시네토박터 속에 속하지만, 종래의 균주들과는 생리화학적 특성이 상이한 신규한 균주임을 역시 확인할 수 있었다.

이상과 같이 본 발명에 의한 균주 IBN-H1, H4 및 H7이 아직 보고된 적이 없는 신규한 균주임을 확인하고, 각각 클루이베로마이세스 델펜시스 IBN-H1(Kluyveromyces delphensisIBN-H1), 바실러스 세레우스 IBN-H4(Bacillus cereusIBN-H4) 및 아시네토박터 속 IBN-H7(Acinetobactersp. IBN-H7)으로 명명하여 2000년 7월 18일에 균주 국제기탁기관인 생명공학연구소 유전자은행(KCTC)에 기탁번호 KCTC 0834BP, KCTC 0835BP 및 KCTC 0836BP로 기탁하였다.

실시예 6: 동정된 균주의 생장특성

(1) 배양온도에 따른 생장특성

분리된 균주의 최적 배양 온도를 알아보기 위하여, 분리한 균주를 실시예 2에서 사용한 배지와 같은 성분의 배지 200㎕를 96-웰 마이크로플레이트에 가하여 25℃ 및 30℃에서 72시간 동안 250rpm으로 진탕 배양하였다. 균주의 OD 값은 마이크로플레이트 판독기(MR5000, Dynatech, U.S.A.)를 사용하여 600nm에서 측정하였다(도 2a, 2b, 2c).

도 2a, 2b 및 2c에서 볼 수 있듯이, 전체 배양과정 중에서 온도가 30℃인 경우가 25℃인 경우보다 생장이 더 우수하였으며, 각 온도조건에서 배양시간에 따른 균체수(OD값)은 거의 일정하여 IBN-H1은 약 0.2, 0.05, IBN-H4는 약 0.15, 0.15, IBN-H7은 약 0.25, 0.15를 나타내었다.

(2) pH에 따른 생장특성

분리된 균주의 최적 배양 pH를 알아보기 위하여, 분리한 균주를 실시예 3에서 사용한 배지와 같은 성분의 배지 200㎕를 96-웰 마이크로플레이트에 가하여 pH 5, pH 7 및 pH 9에서 30℃, 72시간 동안 250rpm에서 진탕 배양하였다. 균주의 OD 값은 마이크로플레이트 판독기(MR5000, Dynatech, U.S.A.)를 사용하여 600nm에서 측정하였다(도 3a, 3b, 3c).

IBN-H1은 pH 5~7 범위에서 약 0.2의 OD를, IBN-H4는 pH 7에서 약 0.15의 OD를, IBN-H7은 pH 7 범위에서 약 0.2의 OD를 나타낸 것으로 보아 세 균주 모두 중성내지 약산성 조건에서 양호하게 생장함을 알 수 있다.

실시예 8 : 본 발명에 의한 균주를 이용한 TMAH의 생물학적 처리공정

상기 실시예에서 본 발명에 의한 균주가 TMAH를 유일한 탄소원으로 이용하여 생장이 가능함을 확인하였기에, TMAH가 함유된 폐수의 수처리 모델에서 배양액 중의 균체수를 모니터함으로써 TMAH의 생물학적 처리 여부를 간접적으로 확인하였다.

특별한 언급이 없는 경우 발효조의 용량은 5L이며, 초기 배지량은 3L이고 배양온도는 30℃이다.

(1) 공정에 이용하기 위한 균체의 고밀도 배양

TMAH가 함유된 폐수의 수처리에 활용하기 위하여 본 발명에 의한 균주를 각각 고밀도로 배양하였다.

포도당 함유 영양배지(포도당 10g/L, 효모 추출물 10g/L, MgSO₄ㆍ7H₂O 1.2g/L, KH₂PO₄13.3g/L, (NH₄)₂ㆍHPO₄4g/L, pH 7.0(HCl)) 3L가 들어있는 5L 용량의 발효조에 본 발명에 의한 균주를 각각 접종하여 30℃에서 교반배양하면서, 24시간 간격으로 고영양배지(포도당 274g/L, 효모 추출물 211g/L, MgSO₄ㆍ7H₂O 1g/L, (NH₄)₂ㆍHPO₄1.5g/L, pH 7.0(HCl))를 100mL 씩 가하는 방식으로 70시간 이상 유가배양하였다.

그 결과 본 발명에 의한 3 종의 균주 모두 OD가 40 이상될 정도로 고밀도를 유지하였다. 이에 따라 본 발명에 의한 균주들을 산업적으로 이용할 수 있을 정도로 증식시키는 것이 가능함을 확인할 수 있었다.

(2) 회분식 처리

5L 용량의 발효조에 TMAH 1.0% 첨가된 배지(효모 추출물 1g/L, MgSO₄ㆍ7H₂O 0.8g/L, KH₂PO₄1g/L, (NH₄)₂ㆍHPO₄1g/L, pH 7.0(HCl)) 3L를 가하고 본 발명의 균주 IBN-H1, IBN-H4 및 IBN-H7을 각각 접종한 다음, 30℃에서 72시간 동안 교반하면서 회분식으로 배양한 결과, 660nm에서의 OD 값이 각각 2.2, 1.8, 2.5에 이르렀다.

따라서 본 발명의 균주는 스케일업된 상태에서도 TMAH에 내성을 유지하면서 이를 유일한 탄소원으로 이용하여 생장할 수 있으며, 본 발명에 의한 균주를 이용하여 TMAH 함유 폐수를 회분식으로 처리하는 것이 가능함을 알 수 있다.

(3) 연속식 처리

본 발명에 의한 균주 IBN-H1, IBN-H4, IBN-H7을 각각 상기 회분식 처리방식과 동일하게 배양하다가 OD가 각각 2.2, 1.7, 2.5에 도달한 시점에서 시간당 0.15의 희석비율로 상기 TMAH 첨가 배지 및 처리수를 각각 유출입 시키면서 연속처리하였다.

시간별로 발효조 배양액을 OD 값을 조사한 결과 연속배양 시작과 동시에 OD값이 하락하다가 약 60시간 이후부터 OD가 각각 1.1, 0.9, 1.2 부근에서 안정화되었다(도 4).

따라서 본 발명에 의한 균주들은 연속식 처리공정에서도 상당한 밀도로 생장을 유지하면서 TMAH 함유 폐수를 연속처리할 수 있음을 확인할 수 있었다.

하기 실시예 부터는 각각 고밀도로 배양된 본 발명에 의한 3 종의 균주를 동일한 비율로 혼합한 혼합균주를 이용하여 실험하였다.

(4) 순환형 연속식 처리

도 5에 도시된 바와 같이 연속식 처리 공정 중에서 배출되는 배양액을 공중사로 이루어진 균체분리 유니트를 통과시켜 균체를 다시 발효조로 회수하는 순환형 연속식 배양을 수행하였다.

초기에는 단순 회분식 배양하다가 OD가 2.0에 이르렀을 때 부터 순환형 연속식 배양을 하였다. 희석비율은 시간당 0.3으로, 발효조에서 유출되는 배양액의 80% 부피에 해당하는, 균체가 제거된 배지를 최종적으로 배출하였다. 즉, reflextion rate를 0.2로 하였다.

그 결과 배양개시 약 50시간 이후부터 발효조 내의 배양액 OD가 6~7에서 장기간 안정하게 유지되었다(도 6).

따라서 본 발명에 의한 균주를 이용하여 TMAH가 함유된 폐수를 순환형 연속식으로 처리하더라도 매우 우수한 TMAH 분해효과를 얻을 수 있음을 확인하였다.

(5) fluidized-bed reactor를 이용한 연속식 처리

상기 연속식 처리방식으로 균체를 배양하다가 OD가 2.0에 이르렀을 때 발효조 내에 통상 사용되는 폴리우레탄 폼(polyurethane foam; 규격 0.5×0.5×0.5 cm3)을 보이드 볼륨(void volume)이 90%가 되는 양을 가하여 균주를 흡착시키고 연속식으로 배양하였다.

이 경우 상기 단순 연속식 배양의 희석비율(0.15/시간) 보다 훨씬 높은 희석비율(0.3/시간)에서도 단순 연속식 배양과 동일한 균체밀도를 유지할 수 있었다.

(7) pack-bed reactor를 이용한 순환형 연속식 처리

본 발명에 의한 균주가 흡착된 폴리우레탄 폼으로 채워진 pack-bed reactor(반응기 규격 = 지름 10, 높이 30 cm; 보이드 볼륨 = 70%)에 배지 및 순환수를 각각 희석비율 0.3/시간 및 0.2/시간으로 상방향으로 가압유동시켰다(즉, 반응기를 기준으로는 희석비율이 0.5/시간). 반응기에서 유출되는 유출수의 40%(부피비)는 회수하여 순환수로 하였다(도 7).

그 결과 두 달 이상 OD값이 1.4로 안정적으로 유지되었으며 생물학적 산소요구량(BOD)은 466.5에서 169.7로 74%가 감소되었다.

본 발명은 반도체 제조공정에서 실리콘 표면을 식각 처리할 때 주로 사용되며, 난분해성 및 독성을 지니는 테트라메틸 암모늄 하이드록사이드를 분해하는 신규한 균주 및 전기 균주를 회분식 배양한 다음, 전기 회분식 배양액에 폐수를 통과시키면서 연속배양시키는 공정을 포함하는 폐수처리방법을 제공한다. 따라서, 본 발명의 균주 및 폐수처리방법을 이용할 경우, 반도체 제조공장의 폐수에 존재하는 환경오염 물질 TMAH를 90% 이상 분해하므로 환경 친화적인 폐수처리방법으로서 산업현장에서 많이 활용될 것이다.

Claims

테트라메틸 암모늄 하이드록사이드에 대하여 내성이 있고, 상기 화학물질을 탄소원으로 하여 생장이 가능한 바실러스 세레우스 IBN-H4(Bacillus cereusIBN-H4; KCTC 0835BP)균주.
제 1 항에 의한 균주를 이용한, 테트라메틸 암모늄 하이드록사이드를 함유한 폐수의 생물학적 처리방법.
제 2 항에 있어서,

폐수의 처리는 회분식으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 테트라메틸 암모늄 하이드록사이드를 함유한 폐수의 생물학적 처리방법.
제 2 항에 있어서,

폐수의 처리는 연속식으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 테트라메틸 암모늄 하이드록사이드를 함유한 폐수의 생물학적 처리방법.
제 4 항에 있어서,

상기 균주를 고정화하는 것을 특징으로 하는 테트라메틸 암모늄 하이드록사이드를 함유한 폐수의 생물학적 처리방법.