고농도 석유화학 폐수에서 성장가능한 미생물 분리 및 특성

Abstract

석유화학 산업에서 발생하는 폐수의 경우 일반적으로 유기물의 농도가 높으며 페놀과 같은 독성물질을 함유하고 있다. 고농도 석유화학 폐수는 주로 액상 소각, 습식 산화 등의 물리·화학적 방법으로 처리되고 있다. 하지만 이러한 처리법들은 유지 및 운전 비용이 높으며, 사용 약품의 폐기 등에서 2차 환경오염이 발생하는 문제점이 존재한다. 따라서 운전 비용이 비교적 낮으며 환경오염 문제가 거의 발생하지 않는 생물학적 처리 방법의 적용이 요구된다. 본 연구에서는 고농도 석유화학 폐수 내에서 성장 가능한 미생물을 분리하여 고농도 석유화학 폐수의 생물학적 처리 효율을 증진하고자 하였다. 첫 단계로 35℃에서 성장하는 26개의 미생물의 순수배양을 얻었으며, 분리 미생물을 석유화학 폐수에 접종하였을 때 14개의 미생물만이 내성을 가지는 것을 확인하였다. 14개의 분리 미생물은 모두 15℃에서 잘 자랐으나 55℃에서 3개의 분리 미생물은 자라지 않았다. 또한, 분리 미생물 모두 염분 농도가 3%인 배지에서 잘 성장하였고, 염분 농도가 6%인 배지에서는 5개의 분리 미생물만 성장하였다. 고농도 석유화학 폐수 내에서 14개의 분리 미생물은 모두 성장하였으며, 분해능 측정 결과 분리 미생물들이 폐수 내에 존재하는 물질을 탄소원/에너지원으로 이용하는 것을 확인할 수 있었다. 14개의 분리 미생물은 모두 그람 양성 세균으로 관찰되었고 내생포자를 형성할 수 있는 것을 확인하였다. 16S rRNA 유전자 염기서열에 기초하여 분자적으로 동정했을 때, Bacillus 속은 9개로, closest match 확인 결과 Bacillus cereus가 4개, Bacillus subtilis가 2개, Bacillus proteolyticus 및 Bacillus tequilensis가 각각 1개로 확인되었고 나머지 2개는 Bacillus sp.로 종소명이 확인되지 않았다. Brevibacillus 속은 3개로 closest match 확인 결과 Brevibacillus fluminis 2개와 Brevibacillus parabrevis 1개로 확인되었다. Lysinbacillus 속은 1개로 closest match 확인 결과 Lysinbacillus bronitolerans로 확인되었다.|Wastewater generated from the petrochemical industry typically exhibits a high concentration of organic matter and contains toxic substances. The treatment of high-strength petrochemical wastewater traditionally relies on physical and chemical methods such as liquid incineration and wet oxidation. However, these approaches incur significant maintenance and operational costs and contribute to secondary environmental pollution through the disposal of used chemicals. Thus, a shift towards a biological treatment method is imperative, aiming to mitigate operational expenses and minimize environmental impact. The purpose of this study was to contribute to the biological treatment of high-strength petrochemical wastewater by isolating microorganisms capable of thriving in this challenging environment. As the first step, we successfully established 26 pure cultures of bacteria which showed growth on solid medium at 35°C. Subsequent inoculation of these microorganisms into petrochemical wastewater revealed the resistance of only 14 strains. These 14 microorganisms exhibited robust growth at 15°C, while only three strains capable of growth at 55°C. Moreover, their adaptability was demonstrated by thriving in a medium with a 3% salt concentration, with only five strains capable of growth at 6% salt concentration. Resolution measurements in a medium containing high concentrations of petrochemical wastewater confirmed the utilization of wastewater substances as carbon and energy sources by the isolated microorganisms. All 14 isolated microorganisms were identified as Gram-positive bacteria capable of forming endospore. Molecular identification based on the 16S rRNA gene sequences revealed that nine belonged to the Bacillus genus, with Bacillus cereus (4), Bacillus subtilis (2), Bacillus proteolyticus (1), and Bacillus tequilensis (1) as closest matches. The remaining isolates were identified as Bacillus sp. (2) without a specified species designation. Three isolates belonged to the Brevibacillus genus, with Brevibacillus fluminis (2) and Brevibacillus parabrevis (1). Additionally, one isolate from the Lysinbacillus genus was identified as Lysinbacillus bronitolerans. This comprehensive microbial characterization underscores the potential of these strains, particularly within the Bacillus, Brevibacillus, and Lysinbacillus genera, for the biological treatment of high-concentration petrochemical wastewater. These findings contribute valuable insights toward developing cost-effective and environmentally sustainable solutions for the petrochemical industry.