황화수소 분해능을 가진 Enterobacter hormerchei JH의 분리 및 특성

Abstract

황화수소 분해능이 우수한 미생물을 분리하여 이를 산업적으로 응용 가능성을 타진하기 위하여 먼저 퇴비에서 thiosulfat 분해능이 우수한 균주를 분리, 동정하였다. 그리고 이 균의 황산화 정도를 조사하였고 분리 균주의 최적 성장 조건을 pH, 온도, 유기물 종류에 따른 성장특성을 확인하였다. 이렇게 확인된 균주의 특성을 이용하여 황화수소의 산업적 처리효과를 확인하기 위하여 먼저 batch reactor test에서 １차적인성능검증을 수행하였으며, 또한 bench scale인 biotrickling filter system에서 제거성능을시험하여 본 연구에 사용된 미생물의 황화수소 제거 효과를 확인하고 현장적용가능성을 실험한 결과를 요약하면 다음과 같다. 1. 퇴비에서 분리된 thiosulfate 분해능이 있는 균주를 분리하여 형태학적, 생화학적, 분자생물학적 특성에 따라 동정한 결과 Enterobacter hormaechei 로 확인되었고 이를 E. hormaechei JH로 명명하였다. 2. E. hormaechei JH 의 최적성장 조건은 온도 30℃, 최적 pH 7.0으로 확인되었으며 탄소원으로는 galactose를 질소원으로는 yeast extract를 가장 잘 이용하였다. 3. 본 실험에서 분리한 E. hormaechei JH의 경우 thiosulfate 농도가 0.12 M일 때 24시간 경과후 산화된 황산염을 7.3 g/ℓ를 생성하였다. 황산화능이 우수한 균주로 알려진 Thiobacillus delicates(KCTC 2851)의 경우는 같은 조건에서 4.7 g/ℓ을 생성하여 분리한 균주인 E. hormaechei JH의 황산화능이 더욱 우수함을 알 수 있었다. 4. Batch reactor test에서 황화수소 가스의 분해능을 알아보기 위하여 초기 황화수소 가스를 112ppm 첨가하고 E. hormaechei JH, E. hormaechei(ATCC 49162) 그리고 대조미생물인 T. delicates(KCTC 2851)을 각각 첨가량이 0.5 ㎖ 1.0 ㎖, 2.0 ㎖ 그리고 5.0 ㎖씩 되도록 주입하여 30℃에서 20시간 반응시겼다. 그 결과 미생물 첨가량(0.5 ㎖ 1.0 ㎖, 2.0 ㎖ 그리고 5.0 ㎖)에 따라 각각 잔존 황화수소 가스의 농도가 E. hormaechei JH의 경우 36.7 ppm, 25.7 ppm, 8.5 ppm 그리고 3.0 ppm이며, E. hormaechei(ATCC 49162)는 108.4 ppm, 102.3 ppm, 98.7 ppm 그리고 98.5 ppm이며, T. delicates(KCTC2851)의 경우 각각 33.2 ppm, 22.4 ppm, 18.0 ppm 그리고 3.1 ppm으로 나타났다. 5. Batch reactor test에서 황화수소가스 제거능이 가장 좋은 것으로 나타난 E. hormaechei JH 의 산업적 응용 가능성을 타진하기 위하여 bench scale인 biotrickling filter system에서 실험을 수행하였다. E. hormaechei JH를 메디아에 접종하여 황화수소 유입농도 500 ppmv, EBRT 1min의 운전조건에서 95%이상의 제거효과를 나타내었다. 운전조건별 제거 특성으로써 EBRT 1min의 조건에서 유입농도가 500 - 2000 ppmv로 증가할수록 95%에서 60%수준까지 감소하는 경향을 나타내었다. EBRT가 증가 할수록 제거효율이 높아지는 경향을 나타내었으며, EBRT 3min, 유입농도 500ppmv에서 거의 100%의 제거효율을 나타내었다. 본 미생물에 의한 황화수소 제거용량을 시험한 결과 최대제거용량 118 g/m3·hr로 나타났으며, 다른 연구자들이 수행한 연구결과들과 견주어 볼 때 유사한 성능을 보인 것으로 나타났다. 이상의 결과로부터 본 논문에서 분리한 미생물 Enterobacter hormaechei JH의 황화수소 제거 성능은 기존의 사용균주 보다 우수하였고산업 현장에서 사용 가능한 것으로 나타났다.

In an effort to discover sulphur-oxidizing microorganisms, a new bacterium was screened from barnyard manure. The conventional biochemical tests were performed using the Vitek. And its 16S rRNA gene sequence analyzed. This strain had highest similarity to Enterobacter hormaechei, 99%. The selected strain was named Enterobacter hormaechei JH. The selected strain was an aerobic gram negative rod-shaped bacterium. The pH range for E. hormaechei JH growth was 2.0-9.0, and the optimal pH was determined as pH 7.0. The optimal temperature for growth was 30℃. I compared the growth of this strain with Thiobacillus delicates(KCTC 2851), which is a well known thiosulfate oxidaizing microorganism. E. hormaechei JH presented greater growth than T. delicates(KCTC 2851). The strain converted from thiosulfate to sulfate at 0.16 M. highest. This strain very well utilized galactose and yeast extract for carbon and nitrogen source individually. E. hormaechei JH shown more effective growth compared with T. delicates(KCTC 2851). In a batch test, E. hormaechei JH , Enterobacter hormaechei(ATCC 49162; CIP 103441) and T. delicates(KCTC 2851) represented their H2S removing properties after 20hrs. E. hormaechei JH reduced H2S 36.5 ppm, 25.7 ppm, 8.5 ppm and 3.0 ppm in 0.5, 1.0, 2.0 and 5.0 ml incubation volumes. E. hormaechei (ATCC 49162; CIP 103441) detected H2S 108.4 ppm, 102.3 ppm, 98.7 ppm and 98.5 ppm in 0.5, 1.0, 2.0 and 5.0 ml incubation volumes. and T. delicates(KCTC 2851) have 33.2 ppm, 22.4 ppm, 18.0 ppm and 3.1 ppm in 0.5, 1.0, 2.0 and 5.0 ml incubation volumes. In a bench-scale biotrickling filter, E. hormaechei JH remove over 95% of H2S under EBRT(Empty Bed Retention Time) 1min, at a H2S concentration 500 ppmv. Various tests have been conducted to evaluate the effect of H2S inlet concentration and EBRT on H2S elimination. On EBRT 1 min, removal efficiency decreased from 95% to 60% at H2S concentration 500 to 2000 ppmv. After that removal efficiendy increased as increasing EBRT. On EBRT 3 min, it showed almost 100% removal of H2S. Maximum elimination capacity represented 118 g/m3·hr. From this study, the biotrickling filter have a excellent ability to removal efficiency of H2S and would be successfully useful in a commercial plant process. I suggest that this strain will be a good candidate for maintaining high H2S removability in biological deodorizing systems.