KR101454895B1 - 미세공 구조를 갖는 미생물 서식용 매질 및 그의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 미세공 구조의 매질 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 환경미생물의 활성을 촉진 시킬 수 있는 미세공 매질을 제조하기 하여 식물계 바이오매스(원료)에 염기처리를 하는 것이 특징이다. 본 발명의 일 구현에 따른 매질은 음식물 쓰레기, 오수ㆍ하수ㆍ폐수 내의 활성 슬러지 또는 축산분뇨의 발효ㆍ소멸 처리에 이용할 수 있으며, 본 발명의 매질을 이용하여 오물을 발효ㆍ소멸 처리하면 부산물 및 슬러지의 중량이 현저하게 감소하는 효과가 있고, 발효ㆍ소멸 과정에서 발생하는 악취가 적게 발생하고, 미생물 서식용 매질의 내구성이 뛰어나므로 장기간 사용이 가능하다.
Description
본 발명은 미세공 구조를 갖는 미생물 서식용 매질 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 오물의 발효·소멸 처리에 사용될 수 있는 미생물 서식용 매질 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 발생되는 오물에는 생활쓰레기의 25 내지 35%를 차지하고 있는 음식물 쓰레기, 오수ㆍ하수ㆍ폐수 내의 활성 슬러지 또는 축산분뇨 등이 있고, 이들은 단백질 탄수화물, 지방 등을 함유하고 있어, 환경오염을 일으키는 원인이 되고 있다. 따라서 오물을 줄이거나 정화하는 노력이 지속되고 있으며, 그 중에서 특히, 환경미생물을 이용하는 분야는 매우 다양하게 발전하고 있다.
한편, 미생물은 0.1mm 이하의 크기인 미세한 생물로 주로 단일세포 또는 균사로써 몸을 이루며 조류(algae), 세균류(bacteria), 원생동물류(protozoa), 사상균류(fungi), 효모류(yeast)와 한계적 생물이라고 할 수 있는 바이러스(virus) 등이 있다. 이들은 지구상 어디에서나 온도와 습도 조건을 맞추면 어디서든지 생육할 수 있으며 인간생활과 밀접한 관계가 있다. 특히, 미생물의 특유한 성질을 이용하여 식품, 의약품 등에서는 생물자원으로 활용될 뿐 만 아니라, 수질, 폐기물 및 토양 등의 환경 기술에는 생물 반응기능으로 이용되고 있다.
최근에는 미생물 균주 개발에서 유전공학적 방법이 도입되어 수질, 폐기물 및 토양 등의 오염대상에 따라 유기물 분해 가능한 특수 미생물의 우점화, 개체증폭으로 오염저감 및 제거효율 향상을 도모하고 있다. 이러한 경우의 미생물을 '환경미생물'이라고 지칭하며, 수 마이크로에서 수십 마이크로 크기로 존재한다. 환경미생물은 음식물 쓰레기 처리용 발효ㆍ소멸조, 오수ㆍ하수ㆍ폐수 처리용 활성슬러지 반응조 또는 축산분뇨 등의 소화 촉진용 반응조에 유입되는 유기물을 분해하는 기능을 수행할 수 있다.
일반적으로, 환경미생물은 온도, 습도, 영양분의 조건이 충족되면 일정하게 유지되며 투입되는 처리물량 및 환경미생물의 활성에 따라 유기물이 분해되어 오염물질의 처리가 가능하다. 하지만, 환경미생물의 개체수, 우점화에 따라서 처리 효율이 달라지며, 발생되는 슬러지 및 부산물을 줄일 수 있고, 발생된 슬러지 및 부산물의 양에 따라 반응조의 용량을 감소시켜 처리시설 비용을 절감시킬 수 있게 된다. 따라서 미생물의 발생량을 증대시키기 위해서는 일정 용량의 공간 내에 함유할 수 있는 미생물의 활성을 촉진시킬 수 있는 매질이 필요하다. 환경미생물의 크기는 대부분 서브마이크로 단위로서 매질 제조에 있어서, 단위량당 미생물의 서식 가능한 유효 표면적을 확대시킬 수 있는 미세공의 응축에 의한 서식 공간 증폭이 필요하다.
일반적으로 500Å 세공은 흡착질 분자를 외부에서 입장내로 신속하게 운송하는 역할을 하는 것으로 도입(admission), 확산(diffusion), 또는 운송 공(Transport pore)이라 하여 국제적 분류로는 마크로 포어(macro pore )라 명명된다. 다공성 고체에서 200 내지 500Å 세공 및 그 이하의 세공에 의해 지배되어 그 같은 미생물 서식 및 흡착에 관여하는 세공 중간에 속한다 하여 메조 포어(meso pore) 라고 한다. 9 내지 20Å의 미세공은 미생물 서식 및 흡착에 관여하는 세공 중에서 미세공에 속하므로 마이크로포어(micropore) 라고 한다. 8Å 이하의 세공은 분자경과 거의 동일한 오더를 갖는 세공으로 서브마이크로포어(submicropore) 라고 한다. 사매질의 사용용도에 따라서 필요로 하는 균일한 크기의 세공으로 이루어진 매질의 제조도 요구되고 있다.
하지만 아직까지는 미생물의 서식지인 매질의 제조에서 균일한 크기의 미세공 구조를 이루고 있는 매질의 제조가 어려운 실정이다. 또한 매질을 이용하여 음식물 쓰레기, 하ㆍ폐수 내 활성슬러지, 또는 축산분뇨를 발효ㆍ소멸하는 과정에서의 또 다른 문제점은 매질 자체의 내구성이 떨어져 잘 부스러진다는 것이다. 상기한 바와 같이 발효ㆍ소멸 후의 부산물을 감소시키는 효과와 내구성이 증대된 매질의 제조방법은 해당 산업분야에서 산업적 가치는 매우 클 것으로 기대된다.
본 발명의 목적은 오물의 처리 효율을 증대시키고, 발생되는 슬러지 및 부산물을 줄이기 위하여, 미생물의 발생 및 활성이 촉진될 수 있고, 내구성이 뛰어난 미세공 구조의 미생물 서식용 매질을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 미생물의 발생 및 활성이 촉진될 수 있고, 내구성이 뛰어난 미세공 구조를 형성할 수 있도록 염기처리 및 고온 멸균하는 단계를 포함하는 미생물 서식용 매질의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 식물계 바이오매스에 염기성 용액을 처리하여 미세공을 형성시키고, 멸균 처리된 것을 특징으로 하는 미생물 서식용 매질을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 미생물 서식용 매질의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 미생물 서식용 매질 및 오물을 혼합하여 30 내지 50 ℃의 온도 및 30 내지 70 %의 습도 조건 하에서 오물의 발효ㆍ소멸 처리하는 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 미생물 서식용 매질의 제조방법에서 형성된 미세공의 직경은 8 내지 15㎛인 것이 특징이다.
본 발명에서 사용될 수 있는 식물계 바이오매스는 셀룰로오스를 포함하는 것이 바람직하며, 셀룰로오스를 포함하는 식물계 바이오매스는 목질세편(톱밥), 낙엽, 폐목재, 식물섬유 및 이들의 가공품 중에서 선택된 하나 이상인 것이 바람직하지만 이에 한정하지 않는다.
또한, 미세공을 형성시키기 위한 염기처리는 식물계 바이오매스 100g에 대하여, 1 내지 5 중량%의 염기성 용액 100 내지 400㎖를 주입하고, 교반 및 침적하는 반응하는 것이 특징이다. 상기 염기 처리 온도는 50 내지 60℃인 것이 바람직하지만 이에 한정하지 않는다.
또한, 상기 멸균 처리는 150 내지 200℃의 온도에서 교반 및 볶음 처리하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 매질의 제조방법으로 제조된 매질은 무균팩에 포장하여 반영구적으로 보관 사용할 수 있는데, 무균팩에 포장하기 직전에, 오물의 발효ㆍ소멸 반응을 촉진할 수 있는 효소, 미생물 또는 둘 다를 첨가할 수 있다. 상기 미생물 서식용 매질 100 중량부에 대하여, 5 내지 10 중량부의 효소, 미생물 또는 둘 다를 더 포함할 수 있다. 상기 첨가되는 효소로는 탄수화물 분해효소, 단백질 분해효소, 지방분해효소 중에서 선택된 하나 이상인 것이 바람직하지만, 이에 한정하지 않는다. 상기 첨가되는 미생물로는 바실러스, 슈도모나스, 방선균 및 나이트로모나스 중에서 선택된 하나 이상을 첨가하는 것이 바람직하지만, 이에 한정하지 않는다. 상기 효소와 미생물을 둘 다 포함하는 경우, 이들의 함량 비는 1:99 내지 99:1중량비인 것이 바람직하며, 첨가되는 단계는 멸균 처리 이후, 미생물 서식용 매질을 무균팩에 포장하기 전에 첨가하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 매질을 이용하여 오물의 발효ㆍ소멸 처리시, 발생하는 악취를 줄이기 위하여, 흡착제를 더 포함할 수 있다. 흡착제의 첨가량은 상기 미생물 서식용 매질 100 중량부에 대하여, 10 내지 30 중량부의 흡착제를 더 포함할 수 있고, 상기 흡착제는 활성탄(active carbon), 지오라이트(zeolite), 활성백토 등이 바람직하지만 이에 한정하지 않는다.
상기 오물은 음식물 쓰레기, 오수ㆍ하수ㆍ폐수의 슬러지 또는 축산분뇨인 것이 바람직하고, 상기 미생물 서식용 매질 및 오물의 혼합 비율은 1:1 내지 10:1 의 중량비인 것이 바람직하지만 이에 한정하지 않는다. 미생물 서식용 매질의 함량이 오물의 두 배 미만일 경우, 발효ㆍ소멸이 잘 이루어지지 않고, 5배를 초과하는 경우는 경제성 및 공간의 효율이 떨어지는 문제점이 있다.
본 발명은 미세공 구조를 갖는 미생물 서식용 매질 및 그의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명에서 제공하는 미세공 구조의 미생물 서식용 매질은 미생물의 활성을 촉진하여 음식물 쓰레기, 오수ㆍ하수ㆍ폐수의 활성 슬러지 또는 축산분뇨를 효율적으로 발효ㆍ소멸 시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 미생물 서식용 매질은 잘 형성된 미세공 구조를 갖는 것이 특징이다. 상기 미세공 구조는 넓은 표면적을 이루므로 작은 공간에서도 미생물의 서식이 원활하게 이루어질 수 있어, 오물의 발효ㆍ소멸 량이 증대되는 효과가 있다. 또한, 본 발명에 따른 미생물 서식용 매질은 오물의 발효 따른 악취를 흡착시켜 소취 효과가 있다.
따라서 본 발명에 따른 매질을 이용한 음식물 쓰레기, 오수ㆍ하수ㆍ폐수의 슬러지 또는 축산분뇨 등의 오물을 발효ㆍ소멸 처리는 매우 우수한 중량 감소 효과, 무취성 및 경제성이 있으며, 또한 상기 오물의 발효ㆍ소멸 처리방법이 매우 용이하므로 일반 가정에서도 손쉽게 사용할 수 있다.
도 1은 목질세편에 염기처리 및 가열멸균 처리하여 형성된 미생물 서식용 매질(실시예 1)의 세공 구조를 나타낸 주사현미경(SEM) 사진.
도 2는 일반 목질세편(비교예 1)의 세공 구조를 나타낸 주사현미경(SEM) 사진.
도 3은 미생물 혼합형 목질세편(비교예 2)의 세공 구조를 나타낸 주사현미경(SEM) 사진.
도 4는 실시예 1, 비교예 1 및 2의 미생물 서식용 매질에서의 COD에 대한 ATP 농도비를 나타낸 예시도.
도 5는 실시예 1, 비교예 1 및 2의 미생물 서식용 매질에서의 TN에 대한 ATP 농도비를 나타낸 예시도.
도 6은 목질세편에 염기처리 및 가열멸균 처리하여 형성된 미생물 서식용 매질(실시예 1)을 이용한 음식물 쓰레기의 감량 실험 결과를 보인 예시도.
도 7은 일반 목질세편(비교예 1)을 이용한 음식물 쓰레기의 감량 실험 결과를 보인 예시도.
도 8은 미생물 혼합형 목질세편(비교예 2)을 이용한 음식물 쓰레기의 감량 실험 결과를 보인 예시도.
도 2는 일반 목질세편(비교예 1)의 세공 구조를 나타낸 주사현미경(SEM) 사진.
도 3은 미생물 혼합형 목질세편(비교예 2)의 세공 구조를 나타낸 주사현미경(SEM) 사진.
도 4는 실시예 1, 비교예 1 및 2의 미생물 서식용 매질에서의 COD에 대한 ATP 농도비를 나타낸 예시도.
도 5는 실시예 1, 비교예 1 및 2의 미생물 서식용 매질에서의 TN에 대한 ATP 농도비를 나타낸 예시도.
도 6은 목질세편에 염기처리 및 가열멸균 처리하여 형성된 미생물 서식용 매질(실시예 1)을 이용한 음식물 쓰레기의 감량 실험 결과를 보인 예시도.
도 7은 일반 목질세편(비교예 1)을 이용한 음식물 쓰레기의 감량 실험 결과를 보인 예시도.
도 8은 미생물 혼합형 목질세편(비교예 2)을 이용한 음식물 쓰레기의 감량 실험 결과를 보인 예시도.
본 발명은 식물계 바이오매스에 염기성 용액을 처리하여 미세공을 형성시키고, 멸균 처리하는 것을 특징으로 하는 미생물 서식용 매질 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
상기 식물계 바이오매스는 유기성 영양분의 공급이 가능한 것은 어느 것이든 무방하게 사용될 수 있으며, 셀룰로오스를 포함하는 식물계 바이오매스인 것이 바람직하며, 더 바람직하게는 목질세편(톱밥), 낙엽, 폐목재; 및 식물섬유, 목질세편(톱밥), 낙엽, 폐목재 또는 식물섬유의 가공품 중에서 선택된 하나 이상인 것이 바람직하며, 가장 바람직하게는 목질세편(톱밥)을 사용하는 것이다. 목질세편(톱밥)은 유기성 영양분 공급이 가능한 셀룰로오스 구조로 이루어져 있으며, 세공구조의 변형이 용이하므로 매우 바람직한 매질의 원료이다.
미생물의 발생 및 활성을 촉진할 수 있는 미세공 구조를 갖는 미생물 서식용 매질의 제조방법은
(1) 유기화합물의 물성이 유사한 하나 이상의 식물계 바이오매스를 파쇄 또는 절단하는 단계;
(2) 상기 단계 (1)에서 파쇄 또는 절단된 식물계 바이오매스를 세척하여 불순물을 제거하는 단계;
(3) 상기 단계 (2)에서 불순물이 제거된 식물계 바이오매스의 성상을 균질화하는 단계;
(4) 상기 단계 (3)에서 성상이 균질화 된 식물계 바이오매스를 염기 처리하여 미세공을 형성하는 단계; 및
(5) 상기 단계 (4)에서 미세공을 멸균 처리하는 단계;를 포함하는 미생물 서식용 매질의 제조방법이다.
상기 단계(1)에서, 식물계 바이오매스는 미생물이 원활하게 서식할 수 있는 공간을 제공할 수 있는 것이어야 한다. 따라서 상기 식물계 바이오매스는 물리화학적 특성이 유사한 물질을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 단계 (1)에서 식물계 바이오매스의 파쇄 또는 절단은 1 내지 5 cm 크기로 균일하게 파쇄 또는 절단하는 것이 바람직하다. 상기 식물계 바이오매스의 크기가 1cm 미만에서는 오물의 발효ㆍ소멸 처리과정에서 미생물 서식용 매질이 부스러져 부스러기 발생한다. 따라서 오물의 발효ㆍ소멸에서 생성되는 부산물 또는 슬러지 양이 증가하게 되며, 5cm 초과하는 경우는 미세공 형성이 잘 이루어지지 않아 미생물 특히 환경미생물의 서식지로서 부적당하게 된다.
상기 단계(2)에서는 상기 패쇄 및 절단된 식물계 바이오매스를 세척수(수돗물)에 담궈서 1 내지 2 시간동안 교반하면서 함침 하는 것이 바람직하다.
상기 식물계 바이오매스 100g에 대하여, 세척수는 0.5 내지 2.0ℓ를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 세척수로부터 고액 분리된 식물계 바이오매스를 2 내지 3일 동안 상온에서 자연건조 하는 것이 바람직하다.
상기 단계 (3)에서 성상의 균질화는 1 내지 5㎝ 크기로 수행하는 것이 바람직하다.
상기 단계 (4)에서 미세공 형성을 위한 염기처리는 50 내지 60 ℃ 염기성 용액에 상기 식물계 바이오매스를 10 내지 15 시간 교반 및 침적하는 것이 바람직하다. 상기 염기성 용액의 처리는 매질 100g 당 1 내지 5 중량%의 염기성 용액 100 내지 400㎖를 주입하는 것이 바람직하지만 이에 한정하지 않는다.
상기 염기성 수용액의 농도가 1 중량% 미만인 경우는 식물계 바이오매스의 기공성에 거의 변화가 없으며, 5 중량%를 초과하는 경우는 식물계 바이오매스 자체에 이상이 발생하게 된다.
상기 단계 (5)에서의 멸균 처리는 150 내지 200 ℃의 온도에서 3 내지 5시간동안 교반 및 볶음 하는 것이 바람직하지만 이에 한정하지 않으며, 멸균된 미생물 서식용 매질은 무균실에서 자연건조 하는 것이 바람직하다. 또한 상기 단계 (5) 이후에, 상기 제조된 매질에 효소, 미생물 또는 둘 다를 더 포함하도록 첨가할 수 있다. 상기 미생물 서식용 매질 100 중량부에 대하여, 5 내지 10 중량부의 효소, 미생물 또는 둘 다를 더 포함할 수 있으며, 상기 첨가될 수 있는 효소로는 탄수화물 분해효소, 단백질 분해효소, 지방분해효소 중에서 하나 이상인 것이 바람직하지만, 이에 한정하지 않는다. 또한, 상기 첨가될 수 있는 미생물로는 바실러스, 슈도모나스, 방선균 및 나이트로모나스 중에서 선택된 하나 이상을 첨가하는 것이 바람직하지만, 이에 한정하지 않는다.
상기 효소와 미생물을 둘 다 포함하는 경우, 이들의 함량 비는 1:99 내지 99:1 중량비인 것이 바람직하며, 첨가되는 단계는 미생물 서식용 매질을 무균팩에 포장하기 전에 첨가하는 것이 바람직하다.
또한, 오물의 발효ㆍ소멸과정에서 발생하는 악취를 줄이기 위하여, 상기 미생물 서식용 매질 100 중량부에 대하여, 10 내지 30 중량부의 흡착제를 더 포함할 수 있다. 상기 흡착제는 활성탄(active carbon), 지오라이트(zeolite), 활성백토 등이 바람직하지만 이에 한정하지 않는다.
본 발명의 제조방법으로 제조된 미생물 서식용 매질은 무균팩으로 포장하여 30 내지 40 ℃에서 보관하는 경우, 반영구적 보관이 가능하므로 유통기한의 제한이 없는 것이 특징이다.
본 발명의 미생물 서식용 매질에서 서식할 수 있는 미생물의 종류는 제한되지는 않지만, 바람직한 미생물은 단백질, 지방 또는 전분을 분해하는 바실러스, 석유화학 계통 유기물을 분해하거나 탄소동화작용을 일으킬 수 있는 슈도모나스, 섬유질을 분해하는 방선균 또는 암모니아의 분해 또는 질화 물질을 분해하는 나이트로모나스인 것이 바람직하지만 이에 한정하지 않는다.
또한, 본 발명은 미생물 서식용 매질을 이용한 오물의 발효ㆍ소멸 처리방법을 제공한다. 보다 상세하게는 미생물 서식용 매질 및 오물을 혼합하는 단계; 및
30 내지 50 ℃의 온도 및 30 내지 70 %의 습도 하에서 미생물을 배양하는 단계;를 포함하는 오물의 발효ㆍ소멸 처리방법을 제공하는 것이다.
상기 오물은 음식물 쓰레기, 오수ㆍ하수ㆍ폐수의 슬러지 또는 축산분뇨인 것이 바람직하지만 이에 한정하지 않고, 상기 미생물 서식용 매질 및 오물의 혼합 비율은 1회 투여되는 오물 량을 기준으로 매질 대 오물의 비율은 1:1 내지 10:1의 중량비인 것이 바람직하지만 이에 한정하지 않는다. 미생물 서식용 매질 량이 오물 량의 한배 미만일 경우, 발효ㆍ소멸이 잘 이루어지지 않고, 10 배를 초과하는 경우는 매질 양이 오물에 비해 너무 크게 되므로, 경제성 및 공간의 효율이 떨어지는 문제점이 있다.
본 발명의 매질은 1회 투여되는 양이 오물 100 중량부 일때, 최초에 매질을 100 내지 1,000 중량부를 넣고 발효ㆍ소멸 처리한다. 이후, 약 10 내지 100 중량부의 오물을 매일 추가하여 처리하였을 경우, 더 이상의 매질을 추가하지 않고 6 내지 8개월 동안 오물을 발효ㆍ소멸처리 할 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 자명한 것이다.
실시예
1. 염기처리 및 고온멸균 처리된 미생물 서식용 매질의 제조.
목질세편, 폐·목재, 톱밥, 폐 섬유, 낙엽, 등의 식물계 바이오매스 100 kg을 2cm의 크기로 파쇄 및 절단 하여 수돗물 2×103ℓ로 세척하고, 2일 동안 자연 건조하였다. 상기 건조된 식물계 바이오매스를 2cm 크기로 채 거름하여 식물계 바이오매스의 성상을 균질하게 하였다. 균질한 식물계 바이오매스 100kg을 55 ℃에서 3% 암모니아수 200ℓ에 넣고 12시간동안 교반 및 침적하였다. 이후, 180 ℃의 반응조에서 4시간동안 교반하면서 볶음 하여 멸균하였고, 상온의 무균실에서 3일 동안 건조하여 미생물 서식용 매질을 제조하였다.
실시예 2. 효소 및 활성탄이 첨가된 염기처리 및 고온멸균 처리된 미생물 서식용 매질의 제조.
상기 실시예 1에서 제조된 미생물 서식용 매질 1kg 에 오물의 발효ㆍ소멸을 촉진하기위해 바실러스 50g과 악취를 효과적으로 제거하기 위해 흡착제인 활성탄 200g을 첨가하여 매질을 제조하였다.
실시예 3. 미생물 서식용 매질의 미세공 구조 분석.
(1)
실시예
1에서 제조된 미생물 제조용 매질
본 발명의 실시예 1에서 제조된 미생물 서식용 매질의 세공구조를 주사현미경(Scamming Electron Microscopy; SEM)을 이용하여 15.0kw×3.00K, 10㎛의 단위로 측정하였다. 상기 실시예 1에서 제조된 미생물 서식용 매질은 셀룰로오스 계열의 조직 구조를 유지하면서 10㎛ 내외 세공이 형성된 것이 확인되었다. 이와 같은 미세공의 형성은 미생물 서식에 매우 적합한 구조이다. 즉, 미세공의 응축에 의한 유효 표면적이 확대된 구조를 가지고 있는 미생물 서식용 매질은 미생물의 서식 공간 증폭으로 미생물의 발생 및 서식에 있어서 매우 적합한 구조를 형성하고 있음이 확인 되었다.
(2)
비교예
1: 일반 목질로 이루어진 매질(이하 '
비교예
1 또는
비교예
1의 매질'이라고 한다.)
비교예 1로써, 시판되고 있는 일반목질로 이루어진 미생물 서식용 매질의 세공구조를 주사현미경(Scamming Electron Microscopy; SEM)을 이용하여 15.0kw×3.00K, 10㎛의 단위로 측정하였다.
비교예 1의 매질은 셀룰로오스 계열의 조직구조를 갖는 전형적인 침엽수 계열의 목질세편으로 일부 세공이 확인되었다. 본 발명의 실시예 1에서 제조된 미생물 서식용 매질 뿐만 아니라 비교예 2의 매질과 비교해도 상대적으로 적게 미세공이 관찰되었으며, 이는 음식물 쓰레기의 발효ㆍ소멸 반응에서 미생물이 발생 및 서식이 가능한 구조로는 미흡할 우려가 있는 것으로 판단되었다.
(3) 비교예 2: 미생물 혼합형 목질의 미생물 서식용 매질(이하 '비교예 2 또는
비교예
2의 매질'이라고 한다.)
비교예 2로써, 시판용 미생물 혼합형 목질의 미생물 서식용 매질의 세공구조를 주사현미경(Scamming Electron Microscopy; SEM)을 이용하여 15.0kw×3.00K, 10㎛의 단위로 매질의 구조를 측정하였다.
비교예 2의 매질은 일본에서 생산 및 판매되고 있는 제품으로 목질세편에 미생물이 주입된 매질이다. 본 발명의 실시예와 유사한 모양은 아니지만, 미세공이 다량 존재하는 형태가 확인 되어 오물의 발효ㆍ소멸 반응에서 미생물의 발생 및 서식 가능한 구조로 확인 되었다. 매질 사이에 둥근 형태의 구조를 가진 물질들은 효모 구조와 유사하였다.(도 1 내지 3 참조)
실시예
4. 생물학적 성상 분석 실시.
매질의 화학적 성상에 대한 항목으로, 화학적 산소요구량(Chemical Oxygen Demand, COD), 총질소(Total Nitrogen, TN) 및 아데노신3인산(Adenosine Tri-Phosphate, ATP)의 함량을 비교하였다.
상기 실시예 1, 비교예 1 및 2의 미생물 서식용 매질을 막자사발에서 갈아 0.075㎜(200메쉬)의 표준체로 체걸 한 후, 105℃에서 건조 시켰다.
상기 1g 실시예 1, 비교예 1 및 2의 미생물 서식용 매질을 정확하게 취해 1 %(V/V)의 황산용액 100㎖에 넣고 완전 혼합시킨 후 상등액을 채취하여 분석하였다.
(1) 화학적 산소요구량(
COD
)
상기 매질 A, B, 및 C 실시예 1, 비교예 1 및 2의 미생물 서식용 매질을 황산성화하여 과망간산칼륨 일정 과량을 넣고 30분간 수욕상에서 가열반응 시킨 다음 소비된 과망간산칼륨 양으로부터 상당하는 산소의 양을 측정하는 방법으로 HACH(DR~4000)를 이용하여 측정하였다.
(2)
총질소
(
TN
)
상기 실시예 1, 비교예 1 및 2의 미생물 서식용 매질 내의 질소 화합물을 알칼리성 과황산칼륨의 존재 하에 120 ℃에서 유기물과 함께 분해하여 질산이온으로 산화시킨 다음, 산성조건에서 자외선 흡광도를 측정하여 질소를 정량하는 방법으로 HACH(DR~4000)를 이용하여 측정하였다.
(3) 아데노신 3인산(
ATP
)
상기 실시예 1, 비교예 1 및 2의 미생물 서식용 매질을 1 % 황산용액 10㎖에 용해시키고 증류수로 100배 희석한 용액의 상등수 20㎕을 채취하여 측정용기 DISPOTUBE(12mm×55mm)에 시료를 넣고 측정온도범위 5 내지 35 ℃에서 DKK TOA사 AF-50을 사용하여 루시퍼라제(Luciferase), 루시페린(Luciferin)에 의한 생물화학발광법으로 측정하였다. 측정결과는 하기 표 1에 기재하였다. (도 3 및 4 참조)
표 1. 실시예 1, 비교예 1 및 2의 미생물 서식용 매질의 COD, TN 및 ATP의 측정 결과.
상기 매질 별 COD 및 TN의 농도 범위는 100 내지 1250 mg/g 및 13 내지 50mg/g의 범위내로 존재하였고, ATP 의 농도범위는 30 내지 53pg/g이었다. 상기 표 1에 기재된 바와 같이 ATP/COD 및 ATP/TN의 비율이 본 발명의 실시예 1에서 제조된 미생물 서식용 매질이 비교예 1 및 2에서 제조된 미생물 서식용 매질보다 높은 값을 나타내고 있음을 알 수 있다.
실시예 5. 음식물 쓰레기 발효 및 소멸 효과 비교 분석.
실험에 사용한 음식물 쓰레기 발효 소멸 장치는 하루 최대 2㎏ 처리용량의 반응기를 이용하여 온도는 30 내지 50 ℃이며, 습도는 30 내지 70%인 조건으로 운전하였다. 본 실시예 5에서 투입된 음식물 쓰레기는 가정용 및 식당용 음식물 쓰레기로 하루에 투입되는 양은 120 내지 1,150g으로 10 일간 투입하였으며, 음식물 쓰레기의 무게 변화는 투입될 음식물량과 잔류 혼합물량(매질 + 잔류 음식물 쓰레기)을 측정하였다. 본 실시예 5에서 사용된 실시예 1, 비교예 1 및 2의 미생물 서식용 매질들은 실험초기에 1,500g을 1회 투입하였다. 이후에는 상기 실시예 1, 비교예 1 및 2의 미생물 서식용 매질들이 주입된 반응조 각각에 동일한 조건의 음식물 쓰레기를 1일 간격으로 투여했고, 동일한 기준의 날짜마다 실시예 1, 비교예 1 및 2의 미생물 서식용 매질에 의해 감소된 음식물 쓰레기 무게를 측정하고, 하기 <식 1>에 따라 음식물 쓰레기 감량효율(%)을 계산 하였다.
<식 1>
상기 식 1에서 잔류 음식물 쓰레기 무게는 잔류혼합물의 무게(매질의 무게 + 순수 음식물 쓰레기의 무게)에서 초기에 투입한 매질의 무게(1500g)을 제외한 것이다.
(1)
실시예
1의 미생물 서식용 매질의 경우
10일간 음식물 쓰레기의 총 투입량은 누적 무게로 6,710g이었으며, 최종 잔류량은 2,070g이었다. 실험초기에 주입한 실시예 1의 미생물 서식용 매질의 무게 1500g을 제외하면 음식물 쓰레기 잔류량은 570g이 남았다. 따라서 실시예 1의 미생물 서식용 매질에 의한 음식물 쓰레기의 감량 효율은 92%임을 확인하였다.
표 2. 실시예 1의 미생물 서식용 매질에 의한 음식물 쓰레기의 감량효과를 확인하기 위하여 일자별 음식물 쓰레기 주입량(g), 음식물 쓰레기 누적주입량(g) 및 잔류혼합물량(g)을 나타낸 표.
(2) 비교예 1의 미생물 서식용 매질의 경우
음식물 쓰레기의 총 투입량은 누적 무게로 6,710g이었으며, 최종 잔류량은 3,980g이었다. 상기 최종 잔류량의 무게는 최초에 주입된 비교예 1의 미생물 서식용 매질의 무게(1500g)가 포함되어 있으므로 투입 음식물 쓰레기의 발효 소멸 후의 순수한 잔류량은 2,480g이다. 따라서 상기 비교예 1의 미생물 서식용 매질에 의한 음식물 쓰레기 감량 효율은 상기 식 1으로 계산하여 63% 효율을 획득하였다.
표 3. 비교예 1의 미생물 서식용 매질에 의한 음식물 쓰레기의 감량효과를 확인하기 위하여 일자별 음식물 쓰레기 주입량(g), 음식물 쓰레기 누적주입량(g) 및 잔류혼합물량(g)을 나타낸 표.
(3)
비교예
2의 미생물 서식용 매질의 경우
비교예 2의 미생물 서식용 매질을 이용하여 음식물 쓰레기의 감량 실험을 실시한 결과 음식물 쓰레기의 총 투입량은 누적 무게로 6,710g 이었으며, 최종 잔류혼합물량(g)은 2500g이었다. 따라서 순수하게 남은 음식물쓰레기의 양은 1000g이므로, 비교예 2의 미생물 서식용 매질에 의한 음식물 쓰레기의 감량 효율은 85%임을 알 수 있었다.
표 4. 비교예 2의 미생물 서식용 매질에 의한 음식물 쓰레기의 감량효과를 확인하기 위하여 일자별 음식물 쓰레기 주입량(g), 음식물 쓰레기 누적주입량(g) 및 잔류혼합물량(g)을 나타낸 표.
Claims (13)
- 식물계 바이오매스에 염기성 용액을 처리하여 미세공을 형성시키는 단계;
상기 미세공을 멸균 처리하여 미생물 서식용 매질을 제조하는 단계;
상기 멸균 처리 후, 탄수화물 분해효소, 단백질 분해효소, 지방분해효소 중에서 선택된 하나 이상의 효소; 바실러스, 슈도모나스, 방선균 및 나이트로모나스 중에서 선택된 하나 이상의 미생물; 또는 상기 효소 및 미생물의 혼합물을 상기 미생물 서식용 매질 100 중량부에 대하여, 5 내지 10 중량부 첨가하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 미생물 서식용 매질의 제조방법. - 제 1항에 있어서,
상기 형성된 미세공의 직경이 8 내지 15㎛인 것을 특징으로 하는 미생물 서식용 매질의 제조방법. - 제 1항에 있어서,
상기 식물계 바이오매스는 셀룰로오스를 포함하는 것을 특징으로 하는 미생물 서식용 매질의 제조방법. - 제 3항에 있어서,
상기 셀룰로오스를 포함하는 식물계 바이오매스는 목질세편(톱밥), 낙엽, 폐목재 및 식물섬유, 이들의 가공품 중에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 미생물 서식용 매질의 제조방법. - 제 1항에 있어서,
상기 염기성 용액의 처리는 식물계 바이오매스 100g에 대하여, 1 내지 5 중량%의 염기성 용액 100 내지 400㎖를 주입하고, 교반 및 침적하는 것을 특징으로 하는 미생물 서식용 매질의 제조방법. - 제 1항에 있어서,
상기 염기성 용액의 처리는 50 내지 60℃에서 처리하는 것을 특징으로 하는 미생물 서식용 매질의 제조방법. - 제 1항에 있어서,
상기 멸균 처리는 150 내지 200℃의 온도에서 교반 및 볶음처리하는 것을 특징으로 하는 미생물 서식용 매질의 제조방법. - 삭제
- 제 1항에 있어서,
상기 미생물 서식용 매질 100 중량부에 대하여,
멸균처리 이후에, 활성탄(active carbon), 지오라이트(zeolite), 활성백토 중에서 선택된 하나 이상의 흡착제를 10 내지 30 중량부 첨가하는 것을 특징으로 하는 미생물 서식용 매질의 제조방법. - 제 1항 내지 제 7항 및 제 9항 중 어느 한 항에 따른 제조방법으로 제조된 미생물 서식용 매질.
- 제 10항에 따른 미생물 서식용 매질 및 오물을 혼합하는 단계; 및
30 내지 50 ℃의 온도 및 30 내지 70 %의 습도하에서 미생물을 배양하는 단계;를 포함하는 오물의 발효ㆍ소멸 처리방법. - 제 11항에 있어서,
상기 오물은 음식물 쓰레기, 오수ㆍ하수ㆍ폐수 내의 슬러지 또는 축산분뇨인 것을 특징으로 하는 오물의 발효ㆍ소멸 처리방법. - 제 11항에 있어서,
상기 미생물 서식용 매질 및 오물의 혼합 비율은 1:1 내지 10:1 중량비인 것을 특징으로 하는 오물의 발효ㆍ소멸 처리방법.
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| KR20120102773A KR101454895B1 (ko) | 2012-09-17 | 2012-09-17 | 미세공 구조를 갖는 미생물 서식용 매질 및 그의 제조방법 |
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| KR20140036547A KR20140036547A (ko) | 2014-03-26 |
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