PAH를 분해하는 균주 분리 및 특성에 관한 연구

Abstract

Polycyclic aromatic hydrocarbons(PAHs) are ubiquitous pollutants, some of which are on the US Enviromental Protection Agency priority pollutant list. PAHs have been detected in a wide variety of environmental samples, including air, soil, sediment, water, oils, tars, ane foodstuff. PAHs may enter the environment via many routes, however; the combustion of fossil fuels, coal gasification and liquifaction, incineration of wastes, wood treatment processes and the accidental spilling of hydrocarbons and oils are the major source of PAHs to the environment. There is concern about the presence of these compounds in the environment as they have been shown to exhibit toxic, mutagenic and carcinogenic effects. Although many physical and chemical methods have been developed for treating recalcitrant pollunts, biological remediation of soils contaminated with organic chemicals remains an alternative treatment technology. In these cases, it may be possible to enhance bioremediation by adding microorganisms that have appropriate catatbolic functions, a process referred to as bioaugrnentation. For bioaugrnentation to be successful, the environmental conditions that control the survival and activity of introduced microorganisms need to be identified and properly managed. In this study, a PAH-degrading bacterium was. isolated from oil-contaminated soil, Korea. Phe and Pyr degradation by the isolate was characterized in liquid and soil-slurry cultures. Moreover, simultaneous degradation of PAHs and crude oil by the isolate was estimated. We isolated pure strains capable of degrading naphthalene, phenanthrene, pyrene collected from sites of oil-contaminated soil in oil-storage tanks Korea. Activity test indicated that strain 2A-12, D5 were selected as the most superior. Based on the analytical results of the MIDl system, it can be classified as Burkholderia cepacia. For finding optimal condition of bacterium, experiments were performed PAHs initial concentration, carbon source, different incubation temperature, PAHs combination and individuality. Phenanthrene and pyrene degradation test at incubation temperatures ranging from lO℃ to 30℃ and pH values from 5.0 to 8.0, optimal conditions were determined as 30℃ and pH 7.0. Effects of different nitrate and carbon sources on phenanthrene and pyrene degradation that there were enhanced by the addition of 1g/L yeast extract. Bacterial growth and removal were enhanced with the addition of yeast extract. When two PAHs combination were simultaneously present, degradation rates were delayed for phenanthrene and pyrene. In case of 2A-12 strain that degradation rate of individual PAHs is faster seven times for phenanthrene, three times for pyrene than combined PAHs. Maximum Phe degradation rate (V_(max))and saturation constant (K_(s)) of 2A-12 strain were respectively 300 ㎛olㆍL^(-)lㆍh^(-l) and 12.89 mmol/L. Similarly V_(max) and K_(s) of D5 strain were separately 289㎛olㆍL^(-)lㆍh^(-l), 15.6 mmol/L. High molecular PAH compounds(pyrene)are degraded easily by addition of lg/L yeast extract. So 2A-12 strain and D5 strain of maximum Pyr degradation rate (V_(max)) were 52㎛olㆍL^(-)lㆍh^(-l)r no1 and 50㎛olㆍL^(-)lㆍh^(-l). Phenanthrene tends to degrade at faster rates than pyrene. Two strains degrading identification resulted in 2.00∼2.03 mgL^(-l)h^(-1) for Nap, 3.57∼3.72 mgㆍL^(-)lㆍh^(-l) for Phe, 0.22∼0.23 mgㆍL^(-)lㆍh^(-l) for Pyr in soil slurry system. PAHs of effective degradation is not only liquid culture but degradation is also soil slurry system. Biodegration test of PAHs in oil was peformed. the results of test are effective degrading PAHs in oil. Can know that strains through this can utilize to remove included PAH crude oil and material that viscosity such as tar is high. Strains as well as Nap, Phe that is low molecular weight PAHs, high molecular weight PAHs such as Pyr can be degraded effectively. Also, there is characteristic that application can be possible, and degrade included PAHs efficiently crude oil, deposit and material that viscosity such as tar is high to soil as well as liquid phase cultivation. Can reconstruct contaminated soil, deposit, underground water, silt, shore and sea etc. efficiently by various kind of PAHs. And there is excellent effect that can unuse chemical agents at normal temperature ㆍnormal pressure and purify environment friendly without appearance of secondary pollution problem because reconstruct contaminant.;Polycyclic aromatic hydrocarbons은 독성이 매우 강하고 발암, 돌연변이 물질로 환경에 오랜기간 광범위하게 존재하여 관심이 높아지고 있다. PAHs는 산불과 같은 자연적인 원인뿐만 아니라 화석연료의 연소나 산업활동 등의 결과로 발생된다. 그리고 환경에 존재하는 PAHs는 인간의 건강에 위험요인이 될 뿐만 아니라, 생태계를 변화시킬 수 있기 때문에 문제가 된다. 비록 물리 화학적인 반응에 의해서 낮은 분자량을 갖은 PAHs의 농도가 줄기도 하지만, 일반적으로 PAHs가 토양 또는 수중에서 제거되는 mechanism은 생물학적 반응에 의해서이다. 따라서 본 연구에서는 유류로 오염된 지역의 토양 미생물 중 PAHs를 분해할 수 있는 미생물을 분리하고 특성을 조사하였다. 유류로 오염된 토양에서 Naphthalene(Nap), Phenanthrene(Phe), Pyrene(Pyr)을 유일 탄소원으로 이용할 수 있는 균주 7종을 분리하였다. 그중 가장 활성이 우수한 균주 2A-12, D5를 선정하여 이들 균주에 의한 PAHs의 최적 분해 조건을 도출하기 위해 PAHs 초기농도, 온도, pH, 탄소원첨가 및 혼합 기질이 PAHs 분해에 미치는 영향을 조사하였다. Phe와 함께 1g/h의 yeast extract를 첨가한 무기염 배지에서 2A-12, D5 균주는 yeast extract를 첨가하지 않은 배지에서 보다 훨씬 빠른 속도로 성장하였고, phe을 빠른 속도로 분해하였으며, 배양액 pH 7, 배양온도 30에서 최대 분해활성을 보였다. 생장속도와 Phe 분해속도에 미치는 Phe 초기 농도의 영향 조사한 결과 2A-12 균주의 Phe 최대분해속도(V_(max))와 포화상수(K_(s))는 각각 300 μmol·L^(-1)·h^(-1), 12.89 mmol/L, 그리고 D5 균주의 V_(max)와 K_(s)는 각각 289 μmol·L^(-l)·h^(-1), 15.6 mmol/L이었다. Yeast extract를 첨가함으로써 Pyr과 같은 high molecular PAH compounds의 분해가 용이하였으며, Pyr에 의한 2A-12 균주의 최대비생장속도(μ_(max))는 0.27h^(-1), Pyr 최대분해속도(V_(max))는 52 μmol·L^(-1)·h^(-1). D5 균주의 경우 μ_(max)는 0.27h^(-1), V_(max)는 50 μmol·L^(-1)·h^(-1)이었다. Phe과 Pyr을 기질로 단독·혼합으로 첨가하였을 경우의 2A-12, D5 균주의 분해 특성은 Phe과 Pyr 을 동시 분해가 가능하였으나, PAHs 혼합배양에서 Phe와 Pyr의 분해속도와 세포생장속도 모두 각 PAH를 단독으로 공급한 경우보다 감소하였다. Soil slurry계에서의 2A-12, D5 균주의 분해 특성을 알아본 결과, 2A-12 균주의 Nap 분해속도는 2.03μmol·L^(-1)·h^(-1), Phe는 3.72 μmol·L^(-1)·h^(-1), Pyr는 0.23 μmol·L^(-1)·h^(-1) 이었고, D5균주의 Nap분해속도는 2.00 μmol·L^(-1)·h^(-1), Phe는 3.57 μmol·L^(-1)·h^(-1), Pyr는 0.22 μmol·L^(-1)·h^(-1)로 액상배양계에서 뿐만 아니라, soil slurry system에서도 PAH를 효율적으로 분해함을 알 수 있다. 또한 2A-12 균주에 의한 원유에 함유된 PAHs의 제거능을 조사한 결과 원유 중에 함유되어 있는 Nap, Phe 및 Pyr을 지연기 없이 효과적으로 분해하였다. 이를 통해 2A-12 균주는 원유 및 타르와 같은 점성이 높은 물질에 함유된 PAH를 제거하는데 활용 가능함을 알 수 있다. 지방산 분석결과 Burkhoderia cepacia로 동정된 2A-12, D5 균주는 low-molecular weight PAHs인 Nap, Phe 뿐만 아니라, Pyr과 같은 high-molecular weight PAHs도 효과적으로 분해할 수 있다. 또한 액상 배양계 뿐만 아니라 토양, 퇴적물에 적용이 가능하며, 원유와 타르와 같은 점성이 높은 물질에 함유된 PAHs를 효율적으로 분해할 수 있는 특징이 있으며 다양한 종류의 PAHs로 오염된 토양, 퇴적물, 지하수, 갯벌, 해안가 및 해양 등을 효율적으로 복원할 수 있을 뿐만 아니라, 상온·상압에서 화학약품을 사용하지 않고도 오염물질을 복원하기 때문에 2차적인 오염문제의 발생없이 환경 친화적으로 정화 할 수 있는 뛰어난 효과가 있음을 알 수 있었다.