KR20000020770A - 부후개떡버섯균주를 이용한 카드뮴 함유 폐수의 처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 특정의 균주를 이용하여 카드뮴을 함유하는 폐수의 처리방법에 관한 것으로써, 대표적인 중금속 독성물질인 카드뮴이 함유된 폐수를 처리하기 위한 방법으로써 현재 시행되고 있는 화학, 물리적인 처리시스템을 친환경적인 미생물처리 시스템으로 바꾸어 주고, 보다 저가의 환경처리 시스템을 제공하며, 처리후의 잔류물이 자연분해가 가능하도록 하는 미생물에 의한 카드뮴 함유폐수의 처리방법을 제공함에 그 목적이 있으며, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 균주처리에 의한 카드뮴을 함유하는 폐수처리방법에 있어서, 구멍장이 버섯과에 속하는 개떡버섯 속의 균주인 부후개떡버섯(Tyromyces palustris) 균주 배양시킨 후 카드뮴 함유폐수와 접촉 배양시킴으로써 카드뮴을 흡착시켜 제거함을 특징으로 하는 부후개떡버섯 균주를 이용한 카드뮴 함유 폐수의 처리 방법을 제공한다.

Description

부후개떡버섯균주를 이용한 카드뮴 함유 폐수의 처리방법(The method of uptake treatment of Cadmium containing waste water by Tyromyces palustris)

본 발명은 특정의 균주를 이용하여 카드뮴을 함유하는 폐수의 처리방법에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 독성물질로써 공업용 폐수중에 다량 함유되어 있는 카드뮴을 균체가 생산하는 화합물과 반응시키는 방법에 의하여 정화시키는 방법에 관한 것이다.

최근에 이르러 카드뮴은 건전지, 염색원료, 자동차 타이어 제조공정에서 뿐만 아니라 금속공업, 석유화학공업, 초자가공, 사진 재료 등의 광범위한 분야에 걸쳐 그 산업적 이용이 늘어나고 있는 추세에 있으며 최근의 카드뮴의 수요량은 연간 약 20,000톤에 이르고 있는 실정이다.

그러나 상기의 카드뮴은 대표적인 중금속 오염물질로써 이를 함유한 폐수가 정화되지 않은 상태로 방출될 경우 토양이나 해수를 크게 오염시킬 수 있으며 자연분해가 이루어 지지 않아 지구상의 생물체에 심각한 악영향을 미치게 될 뿐만 아니라 결국은 생태계의 최종 포식자인 인간 스스로가 가장 큰 피해를 입게되는 문제점이 있다.

상기한 이유로 인하여 산업현장에서는 카드뮴이 함유되어 있는 폐수를 정화처리하기 위하여 여러가지 노력을 기울이고 있는 실정이며, 예를 들어 카드뮴 함유 폐수를 황산화물과 반응시켜 침전시키는 기술이 소개되어 있으나, 이러한 방법은 침전물을 별도로 여과하고 또는 농축시키는 공정이 필요할 뿐만 아니라 단순히 화학반응에 의한 처리효율의 한계로 인하여 일정농도이하로 제거하는 것이 불가능하므로 처리후 방류된 폐수내에 잔존하는 카드뮴에 의한 수질 및 토양오염의 가능성은 여전히 존재할 수 밖에 없는 문제점이 있다.

또한 상기의 침전물 슬럿지는 자연분해가 이루어지지 않아 별도의 처리시설이 요구될 수 밖에 없으며 이러한 처리과정이 수반되지 않을 경우 2차적인 환경오염이 발생되는 문제점이 있다.

따라서 상기한 처리과정 이외에도 활성탄으로 처리하여 카드뮴을 물리적으로 흡착시키거나 이온교환수지 등을 이용하여 폐수내의 중금속 미립자들을 모두 제거하는 공정을 수행하여야 하나, 이러한 방법은 고가의 비용이 소요되는 문제점이 있어 대량의 폐수처리시에는 적용하기 어려운 문제점이 있다.

이러한 경제적 환경적인 문제점을 고려하여 최근에는 각종 산업폐수의 분해 처리시 미생물을 이용하는 방법에 관한 연구가 활발히 진행되고 있는 실정이나 이는 유기오염물질의 처리에 국한된 것으로 무기물 특히 중금속류를 담자균에 의해 제거시키데 대한 연구는 거의 수행된 바 없다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 대표적인 중금속 독성물질인 카드뮴이 함유된 폐수를 처리하기 위한 방법으로써 현재 시행되고 있는 화학, 물리적인 처리시스템을 친환경적인 미생물처리 시스템으로 바꾸어 주고, 보다 저가의 환경처리 시스템을 제공하며, 처리후의 잔류물이 자연분해가 가능하도록 하는 미생물에 의한 카드뮴 함유폐수의 처리방법을 제공함에 그 목적이 있는 것이다.

도 1은 카드뮴 농도에 따른 균사 생장 곡선

도 2는 pH에 따른 부후개떡버섯 균주의 생장율 곡선

도 3은 온도에 따른 부후개떡버섯 균주의 생장율 곡선

도 4의 배양일에 따른 중금속의 제거량 그래프

도 5의 카드뮴이 첨가된 배지에서의 균사의 생장형태 사진

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 구멍장이 버섯과에 속하는 개떡버섯 속의 균주인 부후개떡버섯(Tyromyces palustris)을 적절한 온도 및 산도조건하에서 배양시킨 후 카드뮴 함유폐수와 접촉시킴으로써 상기 부후개떡버섯의 균체 자체의 카드뮴을 흡착시켜 카드뮴 함유 폐수를 처리하는 방법을 제공한다.

본 발명에서 사용되는 부후개떡버섯의 자실체는 1년생이며, 자루가 없거나, 반배착상으로 균모는 편평하기도 하고 때로는 둥근산 모양을 한다.

표면에 껍질이 없으나 드물게는 확실하지 않은 껍질이 있기도 하고 밋밋한 털이 있고 살은 자랄 때 습기가 많으며 육질은 연하며 섬유상으로 되어 있는 것으로 마르면 약간 단단해 지지만 때로는 매우 견고하게도 되고 자실층 자루는 판공상이며 단층이다.

균사층의 살은 균모와 살과 이질이고, 구멍은 작거나 중간정도의 크기이며, 원형, 타원형 또는 부정형으로 되어 있는 갈색 부후균주이다.

상기한 바의 부후개떡버섯 균주는 다른 균주에 비해 대량 증식이 쉽고 톱밥과 같은 유기물을 기재로 담체생산이 가능하기 때문에 손쉽게 얻을 수 있는 장점이 있는 것으로 본 발명자는 상기 부후개떡버섯 균주가 카드뮴의 존재하에서도 높은 활성도를 나타내며 균체는 카드뮴에 대한 우수한 흡착능을 나타내고 있음을 확인할 수 있었다.

이하 본 발명을 하기의 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.

<실시예 1>

본 실시예는 카드뮴 존재하에서 부후개떡버섯의 활성도에 관한 것이다.

임업연구원 목재보존연구실로부터 분양받은 부후개떡버섯 균주(미생물번호 FRI 21055)를 글루코스 25g, 펩톤 10g, 맥아추출물 5g 및 MgSO₄·7H₂O 2g, KH₂PO₄3g, 및 한천 20g을 증류수 1000ml에 녹인 한천배지에 접종한 후 공시배양기에서 배양시킨 후, 배지내의 카드뮴 농도를 각각 250ppm, 500ppm, 1000ppm 및 2000ppm으로 하여 배양시킨 결과 부후개떡버섯은 카드뮴 존재하에서도 매우 강한 활성을 나타내었으며 균사 생장량의 경우에도 도 1의 카드뮴 농도에 따른 균사 생장 곡선에 나타난 바와 같이 배양액에 첨가되는 카드뮴의 농도에 따라 성장유도기가 다소 길어지고는 있으나 초기 카드뮴 농도를 2000ppm으로 하여 배양시킨 경우에도 약 9일이 경과한 후에는 균사의 생장이 충분히 이루어졌음을 알 수 있었다.

이러한 부후개떡버섯 균주는 생장시 다량의 수산성분을 분비하고 이는 계속적으로 배양액 중에 축적되므로써 결국에 배양액의 수소이온농도(pH)는 수산의 포화농도에 가까운 pH는 1.4정도의 강산성으로 변화된다. 그러나 본 발명에서 사용하는 부후개떡버섯 균주의 경우 배양액의 산도가 상기한 바와 같이 매우 낮을 경우에는 생장에 저해를 받는 문제점이 있다. 또한 배양시 균주의 생장을 촉진시키기 위해서는 생장시 적절한 온도를 유지시켜 줌이 바람직하다.

<실시예 2>

본 실시예는 부후개떡버섯 균사의 배양시 pH 및 온도에 따른 균사의 생장변화에 관한 실시예 이다.

임업연구원 목재보존연구실로부터 분양받은 부후개떡버섯 균주(미생물번호 FRI 21055)를 글루코스 25g, 펩톤 10g, 맥아추출물 5g 및 MgSO₄·7H₂O 2g, KH₂PO₄3g, 및 한천 20g을 증류수 1000ml에 녹인 한천배지에 접종한 후 공시배양기에서 배양시킨 후, pH를 2 내지 3으로 고정시킨 상태에서 2일간격으로 생장량을 조사하여 도2의 pH에 따른 부후개떡버섯 균주의 생장율 곡선에 도시하였으며, 이와는 별도로 배양시의 온도를 20℃, 25℃, 30℃, 35℃로 하여 2일 간격으로 생장량을 측정하여 도 3의 온도에 따른 부후개떡버섯 균주의 생장율 곡선에 도시하였다.

상기 도 2 및 도 3의 생장률 곡선으로부터 알 수 있는 바와 같이 본 발명의 부후 개떡 버섯은 pH 4 내지 5 및 20 내지 30℃의 배양조건하에서 균체가 8 내지 9cm 길이의 대수기에 도달하는 시간이 가장 빨라 이러한 배양조건 하에서 배양시킴이 가장 적절함을 알 수 있었다.

<실시예 3>

본 실시예는 배양일에 따른 중금속 제거량 시험에 관한 것이다.

임업연구원 목재보존연구실로부터 분양받은 부후개떡버섯 균주(미생물번호 FRI 21055)를 글루코스 25g, 펩톤 10g, 맥아추출물 5g 및 MgSO₄·7H₂O 2g, KH₂PO₄3g, 및 한천 20g을 증류수 1000ml에 녹인 한천배지에 접종한 후 공시배양기에서 4일간 배양시켜 배양기내의 균체가 대수기에 도달하도록 한 후, 여기에 일정량의 카드뮴 용액을 첨가하여 1, 3, 5, 7, 9, 11일 동안 배양시킨 다음 배양여과액을 분석한 결과 도 4의 배양일에 따른 중금 속의 제거량 그래프에 나타난 바와 같이 1일 경과 후 카드뮴이 약 89%가 제거되었으며, 3일 이후 부터는 제거율이 60 내지 70%를 유지하였다.

<실시예 4>

본 실시예는 톱밥을 담체로 이용한 칼럼에서의 카드뮴 흡착율에 관한 시험이다.

상수리나무 톱밥 80%, 미강 18%, 백설탕 1.5%, 탄산칼슘 0.6%, 질산카리움 0.4%로 조성된 혼합물을 잘 교반하여 내연성 폴리에칠렌 필름 봉투에 1kg씩 채우고, 종이캡으로 마개를 한 후 120℃에서 수증기압 1.2kg/cm²로 고온, 고압 멸균한 톱밥 배양기의 중앙부에, 임업연구원 목재보존연구실로부터 분양받아 진탕배양시킨 부후개떡버섯 균주(미생물번호 FRI 21055)를 무균적으로 접종하여 2개월간 배양시켰으며, 배양기의 전면에 공시균이 만연되었을 때 톱밥을 회수하여 직경 50mm, 길이 35cm의 유리컬럼(하부를 유리섬유로 막아 톱밥의 누출을 방지하였음)에 채우고 카드뮴 용액을 1분에 5 내지 6방울 간격으로 떨어지게 콕크를 조정하였으며, 하기한 수학식 1을 통하여 칼럼을 통과한 여액의 카드뮴 제거율을 계산한 결과 24시간 경과 후에는 약 73%의 분해율 48시간 경과 후에는 약 67%의 제거율을 나타내었다.

C(%)=(M(F+S)/M-1)×100

상기 수학식 1에서, C: 카드뮴의 제거율(%)

F: 여과액중의 카드뮴의 농도

S: 배양톱밥중의 카드뮴의 농도

M: 투여시의 카드뮴의 농도

<실시예 5>

본 실시예는 균사체 세포(Cell) 내에서의 카드뮴 흡착성상을 시험하기 위한 것이다.

부후개떡버섯 균체에 의한 카드뮴의 흡착여부가 균사체내의 효소적인 작용에 의한 것인지 아니면 단순 균체성분에 의한 화학적인 흡착성에 기인된 것인지를 알아보기 위하여, 부후개떡버섯을 배양한 후 균체만을 수거한 액티브셀(active cell)과 균체내 효소활성을 없애기 위해 비이커에 담고 10분간 끓인 데드셀(dead cell)에 일정량의 카드뮴액을 혼합한 후 각각 24시간과 48시간 동안 배양한 후 카드뮴 제거율을 측정한 결과 액티브셀의 경우 24시간 배양 후 약 66%, 48시간 배양후에는 65%로 나타났으며, 데드셀의 경우에는 24시간 배양 후 약 58%, 48시간 배양 후에도 64%로 나타나 상기 액티브셀과 데드셀에서는 카드뮴 흡착율에 있어서 별다른 차이를 나타내지 않고 있음을 확인할 수 있었으며, 따라서 카드뮴의 흡착제거는 부후개떡버섯 균체의 배양시 분비되는 효소물질에 의한 작용이 아니며 단지 균체성분에 의한 화학적인 결합에 의한 것임을 추정할 수 있었다.

이는 도 5의 카드뮴이 첨가된 배지에서의 균사의 생장형태 사진으로부터 알 수 있는 바와 같이 균체가 정상적인 길이 생장을 못하고 마이셀리움볼(mycelium ball)을 형성하였으며 또한 균사의 직경이 카드뮴의 흡착에 의해 굵어져 있는 것으로 상기의 추정을 뒷바침해주는 것이다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명은 대표적인 중금속 독성물질인 카드뮴이 함유된 폐수를 처리하기 위한 방법으로써 현재 시행되고 있는 화학, 물리적인 처리시스템을 친환경적인 미생물처리 시스템으로 바꾸어 주고, 보다 저가의 환경처리 시스템을 제공하며, 처리후의 잔류물이 자연분해가 가능하도록 하는 미생물에 의한 카드뮴 함유폐수의 처리방법을 제공하는 유용한 발명인 것이다.

Claims (3)

1. 균주처리에 의한 카드뮴을 함유하는 폐수처리방법에 있어서, 구멍장이 버섯과에 속하는 개떡버섯 속의 균주인 부후개떡버섯(Tyromyces palustris) 균주 배양시킨 후 카드뮴 함유폐수와 접촉 배양시킴으로써 카드뮴을 흡착시켜 제거함을 특징으로 하는 부후개떡버섯 균주를 이용한 카드뮴 함유 폐수의 처리 방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 부후개떡버섯 균주의 단독 또는 카드뮴 함유폐수와의 접촉배양시 pH를 4 내지 5로 유지하고 배양온도를 25 내지 30℃로 하여 4일 이상 배양시킴을 특징으로 하는 부후개떡버섯 균주를 이용한 카드뮴 함유 폐수의 처리방법.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 부후개떡버섯 균주의 배양시에 사용되는 배지가 상수리나무 톱밥배지인 것을 특징으로 하는 부후개떡버섯 균주를 이용한 카드뮴 함유 폐수의 처리방법.