KR20030065949A - 오폐수처리에 적합한 미생물제제 및 이의 제조방법 - Google Patents

오폐수처리에 적합한 미생물제제 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 오폐수처리에 적합한 미생물제제 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 미세하게 분쇄된 쌀겨를 생육기질 및 보존의 담체로서 사용하며, 중ㆍ고온(30 ∼ 45 ℃)에서도 생육이 가능하고, 성장속도가 빠르며, 유기물 분해활성이 우수한 세균, 특히 신균주 바실러스 세레우스 디에스씨 1021(Bacillus cereusDSC 1021)[KCTC 10161BP]을 조합하여 포함하고, 이외에 무기염류 혼합물을 첨가시켜 폐수처리속도를 더욱 향상시키며, 처리반응조의 규모를 축소하고 처리 가능한 대상폐수의 범위를 확대시킬 수 있는 미생물제제 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

Description

오폐수처리에 적합한 미생물제제 및 이의 제조방법{The microbial seeds for the sewage/wastewater treatment and the method for it's development}
본 발명은 오폐수처리에 적합한 미생물제제 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 미세하게 분쇄된 쌀겨를 생육기질 및 보존의 담체로서 사용하며, 중ㆍ고온(30 ∼ 45 ℃)에서도 생육이 가능하고, 성장속도가 빠르며, 유기물 분해활성이 우수한 세균, 특히 신균주 바실러스 세레우스 디에스씨 1021(Bacillus cereusDSC 1021)[KCTC 10161BP]을 조합하여 포함하고, 이외에 무기염류 혼합물을 첨가시켜 폐수처리속도를 더욱 향상시키며, 처리반응조의 규모를 축소하고 처리 가능한 대상폐수의 범위를 확대시킬 수 있는 미생물제제 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
산업발전 및 다양한 일상활동(인구의 도시 집중화)의 결과 발생하는 환경오염원은 이미 자연계의 자정작용을 상회하여 환경파괴를 가속화, 광역화하고 있으며, 우리 인류의 건강보건에 직ㆍ간접적인 영향을 미치고 있다.
오염된 자연환경을 개선, 복원하기 위한 방법으로는 물리, 화학적 및 생물학적 방법 등이 있으며, 오염양태에 따라 이들 방법이 병용되기도 한다. 이들 방법 중 생물학적 방법은 자연계의 자정작용에 일익을 담당하는 미생물의 기능(물질변환, 축적, 분해 등)을 이용하여 인위적으로 자정작용을 강화하는 방법으로 자연파괴를 동반하지 않고 자연법칙에 순응하는 기술로서의 특징이 있다.
산업혁명 이후 사회문제로 대두되고 있는 산업폐수를 처리하기 위한 방법으로 개발된 활성오니법은 생물학적 방법의 대표적 예로서 현장에서 발생하는 각종 문제점을 개선 보완하면서 현재까지 가장 일반적으로 적용되고 있는 폐수 처리방법이다. 활성오니의 주 구성원은 세균 및 조류, 그리고 이들 미생물군에 흡착된 미소동물이며, 이들 미생물의 작용으로 폐수중의 유기물 분해 제거 현상이 일어나 폐수처리에 기여하게 된다. 활성오니법을 이용한 실제 산업폐수의 처리에 있어 폐수중의 MLSS(Mixed Liquor Suspended Solids), BOD 부하량, 반송오니량, 폭기조의 산소요구량 및 각종 물리, 화학적 인자 등이 중요 조작인자들이지만 이들 조작인자를 결정하는 가장 중요한 요소는 활성오니 중에 존재하는 미생물의 종류 및 이들의 기능이다.
따라서, 활성오니법에 이용할 미생물의 능력 및 적용할 폐수성상에 따라 이들 조작인자는 다양한 양태로 변화할 수 있다. 환언하면 우수한 활성오니 종균을 개발함으로써 처리 공정의 단순화 및 이에 따른 설치, 운전비용의 절감과 처리효율 향상 등이 기대된다.
그러나, 비교적 규모가 작은 농가단위 또는 축산오장 등에서는 이러한 오폐수의 정화처리 시설을 설치하는 것이 곤란하여, 정화 처리되지 않은 상태로 방류됨으로써 하천의 수질을 악화시키고 있다.
한편, 오폐수처리 방법 중 살수여상법은 여상에 살수되는 하수가 여재를 통과하면서 표면에 부착 성장하고있는 미생물의 작용에 의하여 오폐수 중의 유기물을 제거하는 생물화학적 처리법으로서 최근에는 이러한 방법을 응용하여 톱밥을 여재로 이용한 장치가 고안되고 있다. 또한, 외국기업에서는 다종다양한 활성오니 종균제를 개발시판하고 있으며(polybac, IRL사 등), 국내에서도 중·소기업을 중심으로 상품화되어 시판되고 있다.
그러나, 이러한 종래 기술들은 여재의 교환, 미세립자에 의한 막힘 현상, 폐수처리능의 현저한 저하, 미생물의 유기물 분해능 뿐 아니라 생육의 감소 등의 문제점이 대두되고 있으며, 폐수성상 및 기본조작 인자의 변화에 적합한 미생물제제가 절실하다.
이에, 본 발명자들은 상기와 같은 점을 감안하여 중ㆍ고온에서도 생육이 가능하고 성장속도가 빠르며 다양한 효소활성에 의한 유기물 분해활성이 우수한 미생물을 탐색하여 신균주 바실러스 세레우스 디에스씨 1021(Bacillus cereusDSC1021)[KCTC 10161BP]을 발견하였으며, 미세하게 분쇄된 쌀겨가 생육기질 및 보존의 담체로서 사용하여 상기 유기물 분해활성이 우수한 미생물들과 함께 배양시켜 생산된 미생물제제를 개발함으로써 본 발명을 완성하게 되었다.
따라서, 본 발명은 중ㆍ고온(30 ∼ 45 ℃)에서도 생육이 가능하고 성장속도가 빠르며, 다양한 효소활성에 의한 유기물 분해활성이 우수한 미생물을 담체(쌀겨)에 적절히 조합되어 포함되어있고, 이외에 무기염류 혼합물을 첨가시켜 오폐수처리 속도를 더욱 향상시키며, 처리 가능한 대상폐수의 범위를 확대시킬 수 있는 미생물제제를 제공하는데 있다 .
또한, 본 발명은 유기성분 분해활성을 가지는 바실러스 세레우스 디에스씨 1021[KCTC 10161BP]를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
도 1은 신균주 바실러스 세레우스 디에스씨 1021(Bacillus cereusDSC 1021)[KCTC 10161BP]이 생산하는 각종 효소의 활성을 나타낸 사진이다.
본 발명은 유기성분 분해활성을 가지는 신균주 바실러스 세레우스 디에스씨 1021(Bacillus cereusDSC 1021)[KCTC 10161BP]를 그 특징으로 한다.
또한, 분쇄된 쌀겨를 미생물 균주의 생육기질 및 보존담체로 이용하여 중ㆍ고온(30 ∼ 45 ℃)에서도 유기성분 분해활성이 우수한 미생물 1종 또는 2종 이상의 균주를 조합하여 생산된 미생물제제 및 이의 제조방법을 포함한다.
이와 같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 미세하게 분쇄된 쌀겨를 생육기질 및 보존의 담체로서 사용하며, 중ㆍ고온(30 ∼ 45 ℃)에서 생육이 가능하고, 성장속도가 빠르며, 유기물 분해활성이 우수한 세균, 특히 신균주 바실러스 세레우스 디에스씨 1021)[KCTC 10161BP]을 적절히 조합하여 포함하고, 이외에 무기염류 혼합물을 첨가시켜 폐수처리속도를 더욱 향상시키며, 처리반응조의 규모를 축소하고 처리 가능한 대상폐수의 범위를 확대시킬 수 있는 오폐수처리용 미생물제제 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
먼저, 오폐수처리장 부근의 토양 및 슬러지로부터 미생물균주를 순수분리하여 이중에서 30 ∼ 45 ℃에서 생육속도가 빠른 균주를 최종선별하고, 이를 동정한 결과, 바실러스 세레우스 디에스씨 1021(Bacillus cereusDSC 1021)라 명명하였다.
한편, 중ㆍ고온(30 ∼ 45 ℃)에서도 유기성분 분해활성이 우수한 미생물 1종 또는 그 이상의 균주를 일차 액체배지에 접종하여 25 ∼ 30 ℃에서 24시간동안 배양한 후 분쇄된 쌀겨를 미생물 균주의 생육기질 및 보존담체로 이용하여 30 ∼ 37 ℃에서 48시간동안 이차 고체배양하여 종균을 만든다. 이때, 중ㆍ고온(30 ∼ 45 ℃)에서도 유기성분 분해활성이 우수한 미생물의 균주로는 바실러스 브레비스 (Bacillus brevis), 바실러스 코아귤란스(Bacillus coagulans), 바실러스 메가테리움(Bacillus megaterium) 등의 바실러스 속이 바람직하며, 특히 상기 신균주 바실러스 세레우스 디에스씨 1021[KCTC 10161BP]이 가장 바람직하다. 이들 균주는 1종 또는 2종 이상 조합하여 사용 가능하다.
또한, 생산된 종균에 무기염류((NH4)H2PO4, (NH4)2HPO4, CaCl2ㆍ2H2O가 2 : 2 : 1의 비율로 혼합)를 1 : 1의 중량비로 첨가한 후 상온에서 4시간 동안 통풍 건조시켜서 미생물제제를 최종 제조한다.
상기한 바와 같이 생육속도가 빠르고, 유기물 분해활성이 우수한 미생물을 종균으로서 사용하기 때문에 폭기조에서 일어나는 문제점(다양한 조작인자, 처리공정의 복잡성, 운전비용의 과다, 처리효율 저하)을 극복할 수 있다. 그리고, 무기염류의 첨가로 인하여 미생물의 생육에 필수성분인 질소 및 인 성분의 공급과 효소의 보조인자로 많은 작용을 하고, 응집시 가교역할을 하는 칼슘이온의 공급으로써 미생물의 성장에 필요한 기질을 함유하고 있지 않은 폐수의 처리에도 탁월한 효과를 보이며, 높은 응집효과도 기대할 수 있다.
이하, 본 발명은 다음 실시예에 의거하여 구체적으로 설명하겠는 바, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1: 미생물균주의 분리
오폐수처리장 부근의 토양 및 슬러지 10여점을 시료로 하여 미생물 30균주를 순수분리하였다. 시료 0.1 g을 생리식염수(NaCl 0.85%) 9.9 ㎖에 현탁시킨 후 105배 희석하여 영양한천배지(beef extract 0.3%, peptone 0.5%, agar 1.7%)에 도말한 다음 30 ℃에서 48시간 배양하였다. 배양 후 형성된 미생물군체를 영양한천배지에 획선법으로 순수분리하였다.
순수분리된 균주를 접종하여 균의 생육정도와 투명환 생성(유기물 분해활성)유무를 조사하여 균의 생육이 빠르고, 투명환을 보인 30균주를 선별하였다.
순수분리된 30균주 중 30 ∼ 45 ℃에서 생육속도가 빠른 균주를 선별하기 위하여 영양배지에 각 균주를 접종한 후 24시간동안 30 ℃에서 진탕배양한 다음 660nm에서 흡광도를 측정하여 생육정도가 가장 우수한 균주를 최종 선별하였다.
실시예 2: 미생물의 동정
오폐수처리를 위하여 분리한 효소활성과 증식정도가 우수한 미생물을 분리한 것으로서 버어지스 매뉴얼(Bergy's Manual of Determinative Bacteriology)와 의약 박테리아의동정 매뉴얼(Manual for the Identification of Medical Bacteria)를 참고하여 균주의 형태학적, 생리학적 및 생화학적 특성을 조사한 후 균주 동정을 실시하였고, 균체 지방산 분석은 대수증식기의 습균체 40 ∼ 50 mg에서 지방산을 추출하여 MIS(Microbial Identification System)[휴렛-팩커드 5890A]에 의해 가스액체크로마토그래피를 사용하여 분석하였다.
그 결과, 다음 표 1에 나타낸 바와 같이 상기 분리균주는 고체배지에서 원형의 집락(colony)을 형성하며, 집락 색깔은 노란색을 띄었다. 모양은 간균이며 크기는 직경이 0.4 내지 0.7 ㎛이고, 길이는 1,2 내지 2.5 ㎛였다. 본 균주는 그람 양성균으로 생육 pH 범위는 5.0 ∼ 10.0이었고, 생육 온도 범위는 20 ∼ 45 ℃이며, 호기적 조건과 혐기적 조건에서 생육이 가능한 편성 혐기성 세균이며, 운동성과 포자형성능이 있는 간균이다. 카탈라제는 생성하며 옥시다제는 없었으며, 글루코즈를 이용하여 산을 생성하였다. 젤라틴 액화, 카제인과 우레아제 및 니트레이트(nitrate) 환원능은 양성이고, 전분 가수분해와 인돌생성은 음성이었다. 탄수화물(carbohydrate)로 마니톨과 자일로즈 및 아라비노즈로부터 호기적 조건에서 산을 생성하지 못하였다.
이상의 결과로부터 본 균주는 바실러스 세레우스로 추정되었지만 더 정확한 균주 동정을 위하여 균체 지방산 조성을 분석한 결과, 주성분은 C 15:0와 13:0 로 확인되어 상기한 형태학적, 배양학적 및 생리학적 특성에 기초하여 본 균주가 바실러스 세레우스와 가장 유사한 균체 지방산을 나타내므로 본 발명에서 분리된 미생물을 바실러스 세레우스 디에스씨 1021(Bacillus cereusDSC 1021)라 명명하고 균주기탁기관인 한국생명공학연구원 유전자은행(KCTC)에 2002년 1월 15일자로 기탁하고 수탁번호 10161BP를 부여받았다.
또한, 바실러스 세레우스 디에스씨 1021의 배양은 LB, NB의 액체 및 고체배지를 이용하였으며, 중온(30 ℃) 과 고온(45 ℃)에서 생육이 왕성하였으며, 군락(colony) 형성능이 우수하였다.
신균주의 형태학적, 배양학적 및 생리학적 특성
인 자 특 성
형태학적 특성그람염색모양크기 (㎛)운동성포자형성 +간균0.4 ∼ 0.7 × 1.2 ∼ 2.5++
배양학적 특성호기적 배양혐기적 배양생육온도 30℃45℃65℃생육 pH 5.7생육 7% 염분 ++++-++
생리학적 특성카탈라제 생성옥시다제 생성글루코즈로부터 산 생성탄수화물(O/F1/-)탄수화물로부터 산 생성마니톨아라비노즈자이로즈시트레이트 이용니트레이트 환원젤라틴 액화카제인 가수분해전분 가수분해인돌우레아제브이-피 시험라이소자임지방산 주성분 +-d3O---++++--++r215:0 (32%)13:0 (11%)
1: 산화-발효시험, 2: 저항, 3: 종(species)마다 틀림
다음 표 2에 나타낸 바와 같이, 상기 바실러스 세레우스 디에스씨 1021는 아밀라제(amylase), 프로테아제(protease), 리파제(lipase) 등의 효소활성이 높은 것으로 나타났다[도 1].
신균주의 효소활성
구 분 아밀라제 프로테아제 셀룰라제 리파제
활성정도 ++++ +++++ - ++
주) +++++ : 매우 우수함, ++++: 매우 높음,++ : 높음
실시예 3: 오폐수처리용 미생물제제 제조방법
본 발명에 따른 신균주 바실러스 세레우스 디에스씨 1021[KCTC 10161BP]는 상기한 바와 같이 중·고온에서 생육이 우수하고, 각종 효소등의 활성이 높으며, 유기물 분해활성이 우수한 것으로 나타났으며, 담체(쌀겨) 흡착 실험을 통하여 미생물제제를 제조하였다.
미생물제제의 제조방법은 신균주 바실러스 세레우스 디에스씨 1021[KCTC 10161BP]의 종균배양액을 일차 액체배지에 접종하여 30 ℃에서 24시간동안 배양한 후 분쇄된 쌀겨를 생육기질 및 보존담체로 이용하여 37 ℃에서 48시간동안 이차 고체배양을 통하여 종균을 만들었다. 또한, 생산된 종균에 무기염류((NH4)H2PO4, (NH4)2HPO4, CaCl2ㆍ2H2O가 2 : 2 : 1의 비율로 혼합)를 1 : 1의 중량비로 섞은 후 상온에서 4시간 동안 통풍 건조시켜서 미생물제제를 최종 제조하였다. 이렇게 분쇄된 탈지강을 배지로 하여 37 ℃에서 48시간동안 배양 후 총균수는 3.5 × 109CFU/g 정도이었으며, 본 발명의 균주가 확인되었다.
실시예 4: 오폐수 처리 효과
상기 실시예 3에서 제조된 오폐수처리용 미생물제제의 효과를 시험하기 위하여 강원도 속초 소재의 오폐수처리 반응조에서 시료를 채취하여 실험을 수행하였다. 다음 표 3에 나타낸 바와 같이 오폐수에 미생물제제를 처리한 다음 유입수와 방류수를 분석한 결과 화학적 산소요구량(COD)은 약 90%, 생물학적 산소요구량(BOD)은 84%의 제거율을 나타내었다.
특히, 기존 처리 방법에서는 처리가 미미했던 질소와 인의 분해도 확인되었다. 이외에 무기염류 혼합물을 첨가시켜 폐수처리속도를 더욱 향상시키며, 처리반응조의 규모를 축소하고, 처리 가능한 대상폐수의 범위를 확대시킬 수 있는 것으로 나타났다.
미생물을 이용한 오폐수 처리 효과
유입수(mg/l) 방류수(mg/l) 제거율(%)
pH 7.36 6.4 -
CODMn 82.0 8.5 89.6
TOC 54.0 13.0 75.9
BOD 63.0 10.0 84.1
T-N 60.0 47 21.7
T-P 1.17 0.92 21.4
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 중ㆍ고온(30 ∼ 45 ℃)에서도 생육이 가능하고 성장속도가 빠르며, 다양한 효소활성에 의한 유기물 분해활성이 우수한 미생물, 특히 신균주 바실러스 세레우스 디에스씨 1021(Bacillus cereusDSC 1021)[KCTC 10161BP]를 적절히 조합하여 포함하고, 이외에 무기염류 혼합물을 첨가시켜 오폐수처리 속도를 더욱 향상시키며, 처리 가능한 대상폐수의 범위를 확대시킬 수 있는 미생물제제 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
따라서, 본 발명에 따른 미생물제제는 오염된 자연환경을 개선 복원하는데 매우 유용하다.

Claims (7)

  1. 유기성분 분해활성을 가지는 바실러스 세레우스 디에스씨 1021(Bacillus cereusDSC 1021)[KCTC 10161BP].
  2. 분쇄된 쌀겨를 생육기질 및 보존담체로 이용하고 바실러스 세레우스 디에스씨 1021[KCTC 10161BP]을 조합하여 생산한 것임을 특징으로 하는 미생물제제.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 바실러스 세레우스 디에스씨 1021[KCTC 10161BP]와 30 ∼ 45 ℃에서 유기성분 분해활성을 가지는 1종 이상의 균주를 조합하여 생산한 것임을 특징으로 하는 미생물제제.
  4. 바실러스 세레우스 디에스씨 1021[KCTC 10161BP]을 일차 액체배지에 접종하여 25 ∼ 30 ℃에서 일차 액체배양한 후 분쇄된 쌀겨를 생육기질 및 보존담체로 이용하여 30 ∼ 37 ℃에서 이차 고체배양하는 것을 특징으로 하는 미생물제제의 제조방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 바실러스 세레우스 디에스씨 1021[KCTC 10161BP]와 30 ∼ 45 ℃에서 유기성분 분해활성을 가지는 1종 이상의 균주를 접종하여 배양하는 것을 특징으로 하는 미생물제제의 제조방법.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 고체배양 후 추가적으로 무기염류를 혼합시키는 것을 특징으로 하는 미생물제제의 제조방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 무기염류는 (NH4)H2PO4: (NH4)2HPO4: CaCl2ㆍ2H2O = 2 : 2 : 1의 비율로 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 미생물제제의 제조방법.
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