KR20200037210A

KR20200037210A - 유기 화합물의 생분해 처리방법

Info

Publication number: KR20200037210A
Application number: KR1020207001456A
Authority: KR
Inventors: 노리후미 야마모토; 유지 사이토; 히로노리 다키
Original assignee: 다이세이 겐세쓰 가부시키가이샤
Priority date: 2017-06-19
Filing date: 2018-06-15
Publication date: 2020-04-08
Also published as: US20200180986A1; EP3643686A1; EP3643686B1; US11306013B2; EP3643686A4; JP2019000831A; WO2018235743A1; JP7053173B2

Abstract

본 발명은 구성형 1,4-디옥산 분해균 N23주에 의한 효율적인 유기 화합물의 처리방법을 제공하는 것을 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 해결수단으로서 pH 3.0 이상 5.5 이하의 조건하에 있어서, 수탁번호 NITE BP-02032로서 기탁된 구성형 1,4-디옥산 분해균인 N23주에 의해 유기 화합물을 생분해 처리하는 생분해 처리방법을 제공한다.

Description

유기 화합물의 생분해 처리방법

본 발명은 구성형 1,4-디옥산 분해균 N23주를 이용한 유기 화합물의 생분해 처리방법에 관한 것이다.

1,4-디옥산은 아래 화학식 1로 표시되는 환상 에테르이다. 1,4-디옥산은 물이나 유기 용매와의 상용성이 우수하여, 주로 유기 합성의 반응 용제로서 사용되고 있다.

2010년도 일본국에서의 1,4-디옥산의 제조·수입량은 약 4,500 t/년이며, 약 300 t/년이 환경 중으로 방출된 것으로 추측된다. 1,4-디옥산은 수용성이기 때문에 수환경 중으로 방출되면 광역으로 확산되어 버린다. 또한, 휘발성, 고체에 대한 흡착성, 광분해성, 가수분해성, 생분해성이 모두 낮기 때문에 수중으로부터의 제거가 곤란하다. 1,4-디옥산은 급성 독성 및 만성 독성을 가질뿐더러 발암성도 지적되고 있는 것으로부터, 1,4-디옥산에 의한 수환경의 오염은 사람이나 동식물에 악영향을 미칠 것이 우려되고 있다. 이 때문에 일본국에서는 수도수질기준(0.05 ㎎/L 이하), 환경기준(0.05 ㎎/L 이하) 및 배수기준(0.5 ㎎/L 이하)에 의해 1,4-디옥산의 규제가 이루어지고 있다.

또한, 비특허문헌 1에는 1,4-디옥산을 포함하는 산업폐수에는 1,4-디옥산 외에 1,3-디옥솔란 및 2-메틸-1,3-디옥솔란 등의 환상 에테르가 포함되어 있는 것이 보고되어 있다. 특히 1,3-디옥솔란은 급성 독성 등의 독성이 확인되고 있어, 1,3-디옥솔란을 포함하는 오염수 등은 적절히 처리하지 않으면 안 된다.

종래의 활성오니법이나 활성탄 흡착법 등의 처리방법의 경우는, 수중으로부터 1,4-디옥산 등의 환상 에테르를 충분히 제거하는 것이 불가능하다. 예를 들면 1,4-디옥산은 과산화수소를 첨가한 오존처리(O₃/H₂O₂), 자외선 조사하에서의 오존처리(O₃/UV), 방사선이나 초음파 조사하에서의 오존처리 등, 복수의 물리화학적인 산화방법을 병용하는 촉진산화법에 있어서만 처리의 유효성이 확인되고 있다. 그러나, 촉진산화법은 초기 투자비 및 운전비가 높기 때문에 보급에 이르지 못하였다. 또한, 비특허문헌 2에는 1,4-디옥산 이외의 유기물이 존재하면 촉진산화법에 의한 1,4-디옥산의 처리효율이 저하되는 것이 보고되어 있다.

저비용이면서 또한 안정적으로 1,4-디옥산 등의 환상 에테르를 포함하는 물을 처리하는 방법이 요구되고 있어, 특허문헌 1, 비특허문헌 3에서는 1,4-디옥산 분해균에 의한 1,4-디옥산 처리가 제안되어 있다. 1,4-디옥산 분해균은 1,4-디옥산을 단일 탄소원으로 하여 분해하는 균(자화균)과, 테트라히드로푸란 등의 특정 기질의 존재하에서 1,4-디옥산을 분해할 수 있는 균(공대사균)의 2종류로 크게 구별된다. 이 때문에 지하수나 폐수 등에 포함되는 1,4-디옥산을 1,4-디옥산 분해균으로 처리하는 경우, 특정 기질을 첨가할 필요가 없는 자화균을 활용하는 쪽이 효율적이다.

자화균은 추가로 1,4-디옥산 분해효소의 유도 유무에 따라 유도형과 구성형으로 나누어진다. 비특허문헌 4에 기재되어 있는 바와 같이, 유도형 1,4-디옥산 분해균은 1,4-디옥산 등의 유도물질이 존재함으로써 분해효소가 생산·분비되기 때문에, 1,4-디옥산 처리에 사용하기 전에 사전에 순양(馴養)할 필요가 있다. 한편, 구성형 1,4-디옥산 분해균은 상시 분해효소를 생산하고 있기 때문에, 순양하지 않고 바로 1,4-디옥산 처리에 사용할 수 있다.

여기서, 1,4-디옥산 분해균은 증식이 극히 느려 다른 미생물이 혼입되어 있으면 다른 미생물이 우선적으로 증식되어 버린다. 이 때문에 1,4-디옥산 분해균을 배양하려면 다른 미생물이 혼입되지 않도록 사전에 배양장치와 배지를 충분히 멸균할 필요가 있다. 멸균처리에는 오토클레이브를 사용하는 증기 멸균, 오븐 등으로 가열하는 건열 멸균, 감마선을 사용하는 방사선 멸균, 에틸렌옥사이드 가스를 사용하는 화학 멸균 등의 방법이 있다. 그러나, 멸균을 위한 설비가 지나치게 대규모가 되어 버리거나, 에너지 비용이 지나치게 들거나, 사용하는 약품량이 방대해져 비용·안전성의 측면에서 문제가 있는 등, 어떤 멸균방법도 대규모 스케일로 행하는 것은 곤란하다.

이 출원 발명자들은 특허문헌 2에 있어서, 디에틸렌글리콜을 포함하는 배지를 사용하여 1,4-디옥산 분해균을 증대시키는 1,4-디옥산 분해균의 배양방법을 제안하였다. 1,4-디옥산 분해균은 다른 미생물과 비교하여 디에틸렌글리콜을 탄소원으로서 이용하는 능력이 우수하기 때문에, 디에틸렌글리콜을 함유하는 배지를 사용함으로써, 멸균 처리를 행하지 않고 다른 미생물이 생식하고 있는 조건하에서도 우선적으로 증식시킬 수 있다.

또한, 본 발명자들은 특허문헌 3에 있어서 구성형 1,4-디옥산 분해균인 N23주를 보고하고 있다. N23주는 지금까지 보고되어 있는 구성형 1,4-디옥산 분해균 중에서 가장 높은 1,4-디옥산 최대 비분해속도를 나타내, 1,4-디옥산을 비롯한 환상 에테르의 생분해에 매우 유망하다.

N23주는 1,4-디옥산 분해능을 갖지 않는 미생물과 비교하여 1,4-디옥산, 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 1,4-부탄디올을 탄소원으로서 이용하는 능력이 우수하다. 또한, 상기한 N23주가 탄소원으로서 이용하기 쉬운 유기물 중에서, 에틸렌글리콜은 pH 5.0 이하의 산성 환경하에 있어서 거의 생분해되지 않는 것이 보고되어 있다(비특허문헌 5).

일본국 특허공개 제2008-306939호 공보 일본국 특허 제5877918호 공보 일본국 특허 제6117450호 공보

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구성형 1,4-디옥산 분해균 N23주에 의한 효율적인 유기 화합물의 처리방법을 제공하는 것을 과제로 한다.

1. pH 3.0 이상 5.5 이하의 조건하에 있어서, 수탁번호 NITE BP-02032로서 기탁된 구성형 1,4-디옥산 분해균인 N23주에 의해 유기 화합물을 생분해 처리하는 것을 특징으로 하는 생분해 처리방법.

2. 상기 유기 화합물이 환상 에테르를 포함하는 것을 특징으로 하는 1.에 기재된 생분해 처리방법.

3. 상기 유기 화합물이 1,4-디옥산, 1,3-디옥솔란, 2-메틸-1,3-디옥솔란, 테트라히드로푸란 중 어느 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 1. 또는 2.에 기재된 생분해 처리방법.

4. 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 1,4-부탄디올, 1,4-디옥산 중 어느 1종 이상을 탄소원으로서 첨가하는 것을 특징으로 하는 1. 내지 3. 중 어느 하나에 기재된 생분해 처리방법.

5. 상기 유기 화합물이 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 1,4-부탄디올 중 어느 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 1.에 기재된 생분해 처리방법.

6. 페드 배치(fed-batch) 프로세스인 것을 특징으로 하는 1. 내지 5. 중 어느 하나에 기재된 생분해 처리방법.

7. 연속 프로세스인 것을 특징으로 하는 1. 내지 5. 중 어느 하나에 기재된 생분해 처리방법.

pH가 3.0 이상 5.5 이하인 산성 환경하에서는 다른 미생물의 활동은 억제되지만, N23주의 활동성은 거의 저하되지 않는다. 이 때문에 pH가 3.0 이상 5.5 이하인 산성 환경하에서는 N23주에 의한 유기 화합물의 생분해 처리를 효율적으로 행할 수 있다. N23주는 구성형 1,4-디옥산 분해균으로, 상시 분해효소를 생산하고 있다. N23주는 순화(馴化), 유도 등을 하지 않고 환상 에테르를 분해할 수 있기 때문에 효율적으로 환상 에테르의 처리를 행할 수 있다. 또한, N23주는 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 1,4-부탄디올의 생분해 처리에도 사용할 수 있다. N23주는 pH 3.0 이상 5.5 이하라고 하는 넓은 산성영역 내에서 활동 가능하기 때문에, 처리 시의 pH를 엄밀하게 조정할 필요가 없어, 관리가 용이하다.

높은 농도의 유기 화합물을 처리하는 경우는, N23주는 처리 대상인 유기 화합물을 탄소원으로서 활동시킴으로써 생분해 처리를 행할 수 있다. 낮은 농도의 유기 화합물을 처리하는 경우는, 탄소원으로서 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 1,4-부탄디올, 1,4-디옥산 중 어느 1종 이상을 첨가함으로써, N23주의 균체 농도를 높게 유지할 수 있기 때문에, 유기 화합물의 생분해 처리를 효율적으로 행할 수 있다.

오염수의 처리를 페드 배치 프로세스로 행하면, 프로세스를 반복할 때마다 N23주량이 증가하기 때문에, 1회의 프로세스에 필요한 시간을 서서히 짧게 할 수 있다. 또한, 페드 배치 프로세스는 오염물의 초기 농도가 높아 N23주에 의한 분해활성을 높게 유지할 수 있기 때문에, 오염물을 단시간에 분해할 수 있다. 오염수의 처리를 연속 프로세스로 행하면, 기존의 정화 설비를 그대로 사용할 수 있기 때문에 저비용으로, 또한 생분해 처리 프로세스를 신속하고 용이하게 구축할 수 있다.

도 1은 N23주의 SEM 화상이다.
도 2는 N23주의 초기 1,4-디옥산 농도에 대한 비분해속도를 나타내는 도면이다.
도 3은 실험 1에 있어서의 초기 pH와 환상 에테르 분해속도의 관계를 나타내는 도면이다.
도 4는 실험 2의 실시예 1과 비교예 1에 있어서의 1,4-디옥산 농도의 경시 변화를 나타내는 도면이다.
도 5는 실험 3에 있어서의 다른 탄소원에서의 초기 pH와 균체 농도 증가량의 관계를 나타내는 도면이다.

아래에 본 발명을 상세하게 설명한다.

「N23주」

본 발명에서 사용하는 구성형 1,4-디옥산 분해균 N23주(이하, N23주라 한다.)는 수탁번호 NITE BP-02032로서 독립행정법인 제품평가기술기반기구 특허미생물기탁센터(NPMD)(일본국 치바켄 기사라즈시 가즈사카마타리 2-5-8(우편번호 292-0818))에 2015년 4월 10일자로 국제기탁되어 있다. N23주의 SEM 화상을 도 1에 나타낸다. N23주는 그람 염색성이 양성, 카탈라아제 반응이 양성이다.

N23주는 구성형 1,4-디옥산 분해균으로, 상시 분해효소를 생산하고 있다. 일반적으로 구성형 1,4-디옥산 분해균은 유도형 1,4-디옥산 분해균과 비교하여 낮은 1,4-디옥산 최대 비분해속도를 나타내는 것이 알려져 있다. N23주의 초기 1,4-디옥산 농도에 대한 비분해속도를 도 2에 나타낸다.

N23주는 지금까지 보고되어 있는 구성형 1,4-디옥산 분해균 중에서 가장 높은 1,4-디옥산 최대 비분해속도를 가지며, 그 값은 유도형 1,4-디옥산 분해균과 동등 이상이다. 또한, N23주는 1,4-디옥산을 0.017 ㎎/L 이하의 극저농도까지 분해할 수 있어, 약 5,200 ㎎/L라는 고농도의 1,4-디옥산을 처리할 수 있다.

N23주는 1,4-디옥산 등을 사용하여 사전에 순양(馴養)할 필요가 없다. 또한, N23주는 높은 1,4-디옥산 최대 비분해속도를 가져 1,4-디옥산을 극저농도까지 분해할 수 있어, 고농도의 1,4-디옥산을 처리할 수 있다. 이 때문에 N23주는 1,4-디옥산의 처리에 매우 적합하게 이용할 수 있다.

N23주는 1,4-디옥산뿐 아니라, 1,3-디옥솔란, 2-메틸-1,3-디옥솔란, 테트라히드로푸란 등의 환상 에테르를 효율적으로 분해할 수 있다. 또한, 복수의 환상 에테르를 동시에 처리하는 것도 가능하다. 또한, N23주는 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 1,4-부탄디올의 분해성도 우수하다. 이 때문에 N23주는 1,4-디옥산, 1,3-디옥솔란, 2-메틸-1,3-디옥솔란, 테트라히드로푸란 등의 환상 에테르, 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 1,4-부탄디올의 생분해 처리에 매우 적합하게 이용할 수 있다.

N23주는 pH 3.0 이상 5.5 이하의 산성 환경하에서도 거의 활동성이 저하되지 않는다. 즉, N23주는 pH 7.0 부근에서 가장 높은 1,4-디옥산 분해활성을 나타내는데, pH 7.0에 있어서의 분해활성에 대해 pH 5.0에서 90% 이상, pH 3.8에서 80% 이상의 분해활성을 유지한다. 이에 대해 많은 미생물은 pH 6.0∼8.0 정도의 중성 환경하가 최적 pH이다. 예를 들면 N23주가 탄소원으로서 이용하는 능력이 뛰어난 유기물 중에서, 에틸렌글리콜은 중성 환경하(pH 6∼8)가 생분해의 최적 pH이고, pH 5.0 이하의 산성 환경하에서는 거의 생분해되지 않는 것이 보고되어 있다(비특허문헌 5). 또한, 산성 환경하에 있어서 높은 1,4-디옥산 분해활성을 발휘하는 디옥산 분해균은 지금까지 보고되어 있지 않아, 예를 들면 구성형 1,4-디옥산 분해균인 D17주(수탁번호 NITE BP-01927)는 pH 8.0에 있어서 가장 높은 분해활성을 나타내며, pH 5.0에 있어서의 분해활성은 pH 8.0에 있어서의 분해활성의 50% 정도에 불과하다(비특허문헌 4).

「생분해 처리방법」

본 발명의 생분해 처리방법은 pH 3.0 이상 5.5 이하의 산성 환경하에 있어서, N23주에 의해 유기 화합물을 생분해 처리하는 것을 특징으로 한다.

생분해 처리 대상으로서는 유기 화합물을 포함하는 지하수, 공장폐수 등의 오염수, 불법 폐기 사이트의 오염토양 등을 들 수 있다. 오염수, 오염토양 등에는 다종다양한 미생물(이하, 잡균이라 함)이 생식하고 있다. 상기한 바와 같이, 일반적인 잡균은 중성 환경하가 최적 pH이기 때문에, pH 3.0 이상 5.5 이하의 산성 환경하에서는 잡균의 활동은 억제된다. pH 3.0 이상 5.5 이하의 산성 환경하에서는 잡균의 활동·증식이 억제되어 N23주가 우선적으로 활동하기 때문에, N23주에 의한 유기 화합물의 생분해 처리를 효율적으로 행할 수 있다. 또한, 본 발명의 생분해 처리는 산성 환경하에서 행하기 때문에, 생분해 처리 후에 중성으로 되돌릴 필요가 있다. 토양의 중성화 작업은 대규모 설비가 필요하기 때문에, 오염토양을 정화하는 경우도, 토양을 사전에 물로 세정하여 처리 대상인 유기 화합물을 수상(水相)으로 이행시켜서 오염수로서 처리하는 것이 바람직하다.

N23주를 사용한 오염수 중 유기 화합물의 생분해 방법은 특별히 제한되지 않으나, (1) 오염수의 N23주에 의한 생분해 처리 공정, (2) N23주를 포함하는 활성오니나 담체 등을 침전시시키고, 처리 후의 상청액을 배수하는 배수 공정, (3) 새로운 오염수를 투입하는 오염수 투입 공정을, (1)→(2)→(3)→(1)→···의 순서로 반복하는, 소위 페드 배치 프로세스, 상류에서의 오염수의 투입과 하류에서의 처리수의 배수를 동량으로 연속적으로 행하는 연속 프로세스 등에 의해 행할 수 있다. 페드 배치 프로세스는 폭기조에서의 초기 오염물 농도가 높기 때문에, 생분해 처리속도를 높게 유지할 수 있다. 또한, 배수 시에 N23주는 거의 유출되지 않아 프로세스를 반복할 때마다 N23주량이 증가하기 때문에, 1회의 프로세스에 필요한 시간을 서서히 짧게 할 수 있다. 연속 프로세스는 기존 설비의 배수처리설비를 그대로 사용할 수 있다.

생분해 처리하는 유기 화합물로서는 N23주를 분해할 수 있는, 즉 탄소원으로서 이용할 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면 1,4-디옥산, 1,3-디옥솔란, 2-메틸-1,3-디옥솔란, 테트라히드로푸란 등의 환상 에테르, 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 1,4-부탄디올 등을 들 수 있다. 이들 중에서 N23주가 상시 분해효소를 분비하고 있는 환상 에테르가 특히 적합하다.

아래에 오염수의 경우를 예로 하여 설명한다.

오염수 중에 포함되는 처리 대상인 유기 화합물(이하, 처리 유기 화합물이라 한다.)의 농도가 높은 경우, N23주는 오염수에 포함되는 처리 유기 화합물을 탄소원으로서 이용하여, 균체량을 유지하면서 효율적으로 생분해 처리할 수 있다.

오염수 중의 처리 유기 화합물 농도가 낮은 경우는, N23주의 균체 농도가 낮아져, 생분해 처리의 효율이 저하되어 버리는 경우가 있다. 이 때문에 처리 유기 화합물 농도가 낮은 경우는, 탄소원으로서 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 1,4-부탄디올, 1,4-디옥산 중 어느 1종 이상을 오염수 중에 첨가하는 것이 바람직하다. 이들은 단독 또는 혼합해서 첨가할 수 있다. 이들 중에서 에틸렌글리콜이 산성 환경하에서는 잡균이 이용하기 어려워 잡균의 번식이 억제되는 것, 및 가령 외부로 유출되었다고 하더라도 중성 환경하에서는 신속하게 생분해되는 것 등으로부터 바람직하다.

N23주는 산성 조건하에 있어서 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 1,4-부탄디올, 1,4-디옥산을 탄소원으로서 증식시킬 수 있다. 이 때문에 처리 유기 화합물 농도가 낮은 경우라도, 오염수 중에 이들의 1종 이상을 탄소원으로서 첨가함으로써, N23주의 균체 농도를 높게 유지할 수 있고, N23주에 의한 저농도의 처리 유기 화합물의 처리를 효율적으로 행할 수 있다. 오염수 중에 탄소원을 첨가하는 기준으로서는, 처리 유기 화합물 농도가 400 ㎎/L 이하 정도이다. 또한, 오염수에 첨가하는 탄소원의 총농도는 10 ㎎/L 이상 100 g/L 이하가 바람직하고, 100 ㎎/L 이상 10 g/L 이하가 보다 바람직하며, 200 ㎎/L 이상 5 g/L 이하가 더욱 바람직하다.

「배양방법」

생분해 처리에 사용하는 N23주는 pH 3.0 이상 5.5 이하의 산성 환경하에서 배양하는 것이 바람직하다. pH 3.0 이상 5.5 이하의 산성 환경하에서는 잡균의 번식이 억제되기 때문에, N23주를 효율적으로 배양할 수 있다. 보다 확실하게 잡균의 오염을 방지하기 위해, 배양 시의 pH는 낮은 쪽이 바람직하고, pH 4.9 이하가 보다 바람직하며, pH 4.5 이하가 더욱 바람직하다.

N23주를 배양하는 배지로서는, 액체 배지 또는 고체 배지를 들 수 있다. 배지로서는 N23주를 배양할 수 있는 것이라면 특별히 한정되지 않고, MGY 배지나 CGY 배지 등의 공지의 배지를 사용할 수 있다. N23주를 대량으로 배양하기 위해서는 액체 배재를 사용하는 것이 바람직하다. 액체 배재를 공급하면서, 액체 배지의 공급량과 동량의 N23주를 포함하는 배양액을 취출하는 연속 배양을 행하는 것이 더욱 바람직하다.

산성 환경하에서는 잡균의 활동·증식이 억제되기 때문에, 배양 전에 완전한 멸균 처리를 행하지 않고도 N23주를 배양할 수 있다. 또한, 산성 환경하에서의 N23주의 배양은 잡균의 오염이 일어나기 어렵기 때문에, 구석구석까지 확실한 멸균 처리를 행하는 것이 곤란한 대용량의 배양장치를 사용할 수 있다. 구체적으로는, 산성 환경하에 있어서 N23주를 액체 배지에서 배양하는 경우는, 배양조의 용량을 10 L 이상 1,000 L 이하로 할 수 있다.

실시예

「N23주」

N23주는 MGY 배지(조성：10 g/L Malt Extract, 4 g/L 글루코오스, 4 g/L Yeast Extract, pH 7.3)를 사용하여 2주간 배양하였다. 이 배양액을 10,000×g, 4℃, 3분간 원심분리하여 집균하고, 무기염 배지(배지 조성：1 g/L K₂HPO₄, 1 g/L (NH₄)₂SO₄, 50 ㎎/L NaCl, 200 ㎎/L MgSO₄·7H₂O, 10 ㎎/L FeCl₃, 50 ㎎/L CaCl₂, pH ：7.3)를 사용하여 2회 세정한 균체를 사용하였다.

「실험 1」

pH의 환상 에테르 분해활성에 대한 영향

100 mL 용량의 배플 부착 삼각 플라스크에 액체 배지(조성：500 ㎎/L 1,4-디옥산, 1 g/L K₂HPO₄, 1 g/L (NH₄)₂SO₄, 50 ㎎/L NaCl, 200 ㎎/L MgSO₄·7H₂O, 10 ㎎/L FeCl₃, 50 ㎎/L CaCl₂)를 19 mL 첨가하고, N23주의 균체 농축액을 1 mL 첨가하여(균체 최종농도：200 ㎎-cell/L), 28℃에서 회전 진탕 배양(120 rpm)을 행하였다(n＝3). 액체 배지의 pH는 염산용액 및 수산화나트륨용액을 사용하여 pH 3.8, 5.0, 5.9, 7.0, 8.2로 조정하였다.

배양 개시 2.5시간 후, 10시간 후 및 12시간 후에 샘플링을 행하여, 용액 중의 1,4-디옥산 농도를 헤드스페이스 가스크로마토그래프 질량분석계(시마즈 제작소：GC/MS-QP2010 PLUS, TURBOMATRIX HS40　이하, 헤드스페이스 GC/MS라 한다.)를 사용해서 측정하였다. 각 시간별 1,4-디옥산 농도의 감소속도에 직선성이 있는 것을 확인하고, 1,4-디옥산 분해속도를 산출하였다. 또한, 배양 전후에 있어서의 용액 중의 pH를 측정하였다. 도 3에 초기 pH와 분해속도의 관계를, 표 1에 배양 전후의 pH를 나타낸다.

N23주는 pH 7.0에서 가장 높은 1,4-디옥산 분해속도를 나타내었다. 또한, N23주는 산성 환경하에 있어서 500 ㎎/L 농도의 1,4-디옥산을 생분해할 수 있는 것이 확인되었다. N23주는 pH 7.0에 있어서의 분해활성에 대해 pH 5.9, 5.0에서 90% 이상, pH 3.8에서 80% 이상의 분해활성을 유지하고 있는 것을 확인할 수 있었다.

또한, 배양 후에 pH가 저하되어 있는 것을 확인할 수 있었다. 이는 1,4-디옥산의 분해에 의해 중간 대사물인 글리옥실산이 생성되었기 때문으로 생각된다.

「실험 2」

환상 에테르의 페드 배치 프로세스에 의한 생분해 처리

실시예 1

용량 1.2 L의 액조에 1,4-디옥산을 포함하는 모의 폐수 0.9 L와 영양제(조성의 최종농도：1 g/L K₂HPO₄, 1 g/L (NH₄)₂SO₄, 200 ㎎/L MgSO₄·7H₂O, 10 ㎎/L FeCl₃, 50 ㎎/L CaCl₂)를 첨가하고, N23주를 균체 농도가 970 ㎎-cell/L가 되도록 첨가하여 액량을 1 L로 하였다.

이 폐수를 pH 컨트롤러를 사용하여 pH 5.0으로 하고, 1 L/min의 에어레이션을 행하면서 24시간, 30℃에서 생분해 처리를 행하였다. 24시간의 생분해 처리 후, 에어레이션을 정지하고, N23주를 포함하는 활성오니를 침전시켜, 상청액을 0.9 L 배수하였다. 그 후, 새롭게 모의 폐수 0.9 L와 영양제를 첨가하고, 동일한 생분해 처리를 반복하는 페드 배치 프로세스를 8일간 행하였다.

비교예 1

pH를 7.0으로 한 이외는 상기 실시예 1과 동일하게 페드 배치 프로세스를 행하였다.

「환상 에테르 농도」

실시예 1, 비교예 1에 있어서 액조 중 물의 1,4-디옥산 농도를 헤드스페이스 GC/MS로 측정하였다. 1,4-디옥산 농도의 측정 결과를 도 4에 나타낸다.

실시예 1, 비교예 1 모두 8일간의 실험기간을 통해, 페드 배치 프로세스에 의해 1,4-디옥산을 안정적으로 분해할 수 있었다. 즉, N23주는 pH 5.0의 산성 환경하에 있어서 pH 7.0의 중성 환경하와 마찬가지로, 환상 에테르인 1,4-디옥산의 생분해 처리가 가능한 것이 확인되었다. 또한, 실시예 1, 비교예 1 모두 프로세스를 거칠 때마다 균체량이 증가하였기 때문에, 처리 능력이 향상되었다.

「실험 3」

유기 화합물의 생분해 처리

300 ㎖ 용량의 플라스크에 pH 3.6∼7.9로 조정한 영양염 배지(조성：0.5 g/L K₂HPO₄, 5 g/L 효모 추출물)를 첨가한 후, 탄소원을 4 g/L가 되도록 첨가하여, 액량을 100 mL로 하였다. 그 후, N23주를 70 ㎎-cell/L가 되도록 첨가하고, 28℃, 120 rpm으로 회전 진탕 배양을 행하였다(n＝1). 탄소원으로서는 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 1,4-부탄디올을 사용하였다. 도 5에 7일간의 배양에 의해 증가한 균체 농도를 나타낸다.

N23주가 4 g/L 농도의 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 1,4-부탄디올을 탄소원으로 하여 pH 3.0∼5.0의 산성 환경하에서 증식 가능한 것이 확인되었다. 그리고, N23주는 구성형 1,4-디옥산 분해균으로, 상시 분해효소를 생산하고 있기 때문에, 이들을 탄소원으로 함으로써 N23주에 의한 환상 에테르의 생분해 처리가 가능한 것이 확인되었다.

독립행정법인 제품평가기술기반기구 특허미생물기탁센터

NITEBP-02032

20150410

Claims

pH 3.0 이상 5.5 이하의 조건하에 있어서, 수탁번호 NITE BP-02032로서 기탁된 구성형 1,4-디옥산 분해균인 N23주에 의해 유기 화합물을 생분해 처리하는 것을 특징으로 하는 생분해 처리방법.
제1항에 있어서,
상기 유기 화합물이 환상 에테르를 포함하는 것을 특징으로 하는 생분해 처리방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 유기 화합물이 1,4-디옥산, 1,3-디옥솔란, 2-메틸-1,3-디옥솔란, 테트라히드로푸란 중 어느 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 생분해 처리방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 1,4-부탄디올, 1,4-디옥산 중 어느 1종 이상을 탄소원으로서 첨가하는 것을 특징으로 하는 생분해 처리방법.
제1항에 있어서,
상기 유기 화합물이 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 1,4-부탄디올 중 어느 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 생분해 처리방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
페드 배치 프로세스인 것을 특징으로 하는 생분해 처리방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
연속 프로세스인 것을 특징으로 하는 생분해 처리방법.