KR101946461B1 - 축산분뇨의 악취저감효과를 갖는 발효액비 제조용 제제 및 이를 이용한 축산분뇨 악취저감용 발효액비 소멸성 순환장치 - Google Patents

축산분뇨의 악취저감효과를 갖는 발효액비 제조용 제제 및 이를 이용한 축산분뇨 악취저감용 발효액비 소멸성 순환장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 축산분뇨의 악취저감효과를 갖는 발효액비 제조용 제제 및 이를 이용한 축산분뇨 악취저감용 발효액비 소멸성 순환장치에 관한 것이다.
본 발명의 축산분뇨의 악취저감효과를 갖는 발효액비 제조용 제제는 서열번호 1로 표현되는 염기서열로 이루어지며, 축산분뇨의 악취저감효과를 갖는, 신규 미생물 바실러스 코치(Bacillus kochii) 4584균주(KCTC 13552BP)를 포함하는 것이 특징이다.
본 발명에 의해, 질화세균 유용 미생물이 대량 증식하여 제조된 발효액비가 축사 슬러리피트로 지속적으로 순환됨으로써 축사 슬러리피트 내 유용미생물이 우점화 되고, 이로 인해 축사내에서 발생되는 분뇨의 악취가 효과적으로 저감되면서 유해미생물의 증식도 억제됨에 따라 축사 사육환경이 크게 개선되게 된다.
아울러, 일일 분뇨 발생량의 120일~150일 저장량 이상 축산분뇨가 유용미생물로 액비화된 액상을 돈사와 발효조를 통하여 순환처리됨에 따라 유해미생물의 증식이 없으면서 통상적으로 사용되는 소독제 또는 항생제의 추가사용 없이도 축산분뇨의 악취를 보다 신속하고 경제적으로 제거 또는 감소시킬 수 있게 된다.

Description

축산분뇨의 악취저감효과를 갖는 발효액비 제조용 제제 및 이를 이용한 축산분뇨 악취저감용 발효액비 소멸성 순환장치{A preparation for producing of fermented liquid fertilizer with effect reducing odor of livestock waste, and fermented liquid fertilizer device for reducing odor of livestock waste using the same}
본 발명은 축산분뇨의 악취저감효과를 갖는 발효액비 제조용 제제 및 이를 이용한 축산분뇨 악취저감용 발효액비 소멸성 순환장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 축산분뇨의 악취저감효과를 나타내는 질화세균 유용미생물을 유효성분으로 하여 제조된 발효액비 제조용 제제를 축사 슬러리피트로 지속적으로 투입한 후 이를 순환시켜 상기 축사 슬러리피트 내 잔존하는 질화세균 유용미생물을 우점화 시킴으로써 축사에서 발생되는 분뇨의 악취를 저감시킴과 동시에 120일이상 축산분뇨 저장량이 순환처리됨에 따라 스러찌 분해 효과 및 유해미생물의 증식이 없으면서 통상적으로 사용되는 소독제 또는 항생제 사용의 기본 량에도 질화세균 유용미생물 증식이 가능하여 축산분뇨의 악취 및 환경개선을 보다 신속하게 하고 발효액비를 순환농법으로 활용하여 산업적, 경제적으로 제거 또는 감소시킬 수 있는 축산분뇨 악취저감용 발효액비 소멸성 순환장치에 관한 것이다.
축산환경정비기구 축산환경기술연구소는 최근 악취문제가 심각하여 민원발생 건수가 많은 축산시설의 악취문제와 대책기술에 관해 정리하였다. 축산경영에 기인하는 민원발생에서 악취 관련 민원은 약 60%를 차지하고 있으며, 악취 대책은 축산환경문제 중 하나로 해결해야 하는 긴급한 과제이다.
축산에서 악취대책의 어려움은 악취의 발생원이 면으로서 넓고, 악취를 포집하기 어려우며, 복합 악취이기 때문에 성질이 다른 악취물질에 대응할 수 있는 기술이 요구되고, 발생원에 따라서는 소풍량이라도 고농도 악취이거나, 저농도라도 대풍량이며, 농도와 풍량이 발생원에 의해 크게 달라진다는 것이다.
악취대책에 소요되는 비용은 축산물의 생산에는 기여하지 않고, 반대로 비용이 소요되면 경영부담이 되기 때문에 악취대책은 우선 순위가 뒤로 밀리는 경우가 많다.
악취방지법이 시행되고 일본에서는 분뇨처리시설에서 발생하는 악취를 대상으로 탈취기술이 개발되어 왔다. 미생물을 이용한 생물악취법에 의한 탈취장치는 민원대책으로서 효과적인 기술이지만, 시설비가 소요되기 때문에 공동이용형 퇴비센터 및 민원대응이 필요한 곳에 도입되어 있다.
한편, 축사환기 악취는 축산농가를 둘러싼 환경변화 때문에 최근 민원대상이 되고 있으며, 축사환경과 같은 저농도, 대풍량형 악취대책이 필요하게 되었다. 유럽과 미국에서는 축사 및 계사는 무창축사가 많으며, 최근 악취대책이 필요하게 되어 기술개발이 추진되고 있다.
관련 기술로는 대한민국 등록특허 제10-1120095호가 있다. 상기 특허는 감귤나무 톱밥과 마분 퇴비를 악취 저감 미생물과 함께 사용하여 돈분 악취를 통과시키거나 흡착시키는 방법을 개시하고 있다.
또한, 대한민국 공개특허 제10-2012-0068194호는 임업 부산물인 대나무 잎과 솔잎,락토바실러스 파라케피리(Lactobacillus parakefih)와 칸디다 글라브라타(Candida glabrata)로 이루어진 토착미생물, 무수포도당의 혼합물로 이루어진 조성물을 축산 분뇨 비료에 10~30 중량%로 혼합하여 축산 분뇨의 악취를 제거하는 방법을 개시하고 있다. 하지만, 상기 특허의 경우,인위적으로 배양한 미생물의 처리 효율이 분뇨의 부패 정도에 따라 큰 편차를 보이고,축산 분뇨의 악취 저감을 위해 이용되는 재료가 수급이 어려워, 대규모의 축산 분뇨 처리에 부적합하다.
또한, 대한민국 등록특허 제10-0378667호는 악취 분해 미생물의 조성물을 5~10% 가축분뇨와 혼합하고 톱밥, 왕겨 및 낙엽분말을 섞어 호기적으로 발효시켜 퇴비화하는 방법을 개시하고 있다.
또한, 대한민국 등록특허 제10-0848677호는 계분 100 중량부에 대하여 부엽토 30~50 중량부, 목질점토 10~30 중량부, 생석회 5~20 중량부, 폐화석 5~20 중량부, 친열성 미생물 0.5~2 중량부를 혼합하여 5~7주 동안 50~60°온도로 발효시키는 방법을 개시하고 있다. 하지만,상기 특허의 경우, 처리하고자 하는 분뇨량에 비하여 투입되는 부형제의 양이 많아 대단히 비효율적이며, 대규모 처리에 필요한 기계적인 설비 투자가 요구되어 비실용적이다. 따라서,축산분뇨의 효율적 처리를 위해,축산 분뇨의 악취를 보다 신속하고 경제적으로 제거 또는 감소시키는 방법의 개발이 요구된다.
대한민국 등록특허 제10-1120095호 '돈분악취 저감방법' 대한민국 공개특허 제10-2012-0068194호 '축산분뇨의 악취 제거용 조성물, 이를 이용한 비료 및 그 제조방법' 대한민국 등록특허 제10-0378667호 '가축분뇨 등의 신속한 무취화 및 퇴비화 방법 및 그 조성물' 대한민국 등록특허 제10-0848677호 '퇴비의 제조방법'
본 발명의 목적은 축사에서 발생되는 분뇨의 악취를 저감시킴과 동시에 120일이상 축산분뇨가 순환처리됨에 따라 스러찌 분해 효과를 통한 소멸성 및 유해미생물의 증식이 없으면서 통상적으로 사용되는 소독제 또는 항생제 사용의 기본량에도 질화세균 유용미생물 증식이 가능하여 축산분뇨의 악취 및 환경개선을 보다 신속하고 경제적으로 제거 또는 감소시킬 수 있는 축산분뇨의 악취저감효과를 갖는 발효액비 제조용 제제 및 이를 이용한 축산분뇨 악취저감용 발효액비 소멸성 순환장치를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 축산분뇨의 악취저감효과를 갖는 발효액비 제조용 제제는, 서열번호 1로 표현되는 염기서열로 이루어지며, 축산분뇨의 악취저감효과를 갖는, 신규 미생물 바실러스 코치(Bacillus kochii) 4584균주(KCTC 13552BP)의 균체 또는 이의 배양물을 포함하는 것이 특징이다.
또한, 상기 제제는 질화세균 유용미생물로 바실러스 사이크로듀란(Bacillus psychrodurans), 스타필로코쿠스 파스테우리(Staphylococcus pasteuri), 바실러스 베레젠시스(Bacillus velezensis), 지오바실러스 스테아로스모필러스(Geobacillus stearothermophilus), 바실러스 진센지후미(bacillus ginsengihumi) 중 어느 하나 이상을 더 포함한 혼합균주를 함유하되, 상기 혼합균주의 배양물을 유효성분으로 함유하며, 보다 바람직하게는 상기 질화세균 유용미생물로 락토바실러스 카세이(Lactobacillus casei), 바실러스 메틸로트로피쿠스(bacillus methylotrophicus), 락토바실러스 파라파라기니스(Lactobacillus parafarraginis), 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis), 아세토박터 로바니엔시스(Acetobacter lovaniensis), 바실러스 아밀로리쿼파시엔스(bacillus amyloliquefaciens)를 더 추가하여 구성되는 것이 특징이다.
또 다른 본 발명인 축산분뇨 악취저감용 발효액비 순환장치는, 축사 슬러리피트(10)로부터 이송되는 축산분뇨와 상기 발효액비 제조용 제제 및 탄소원인 킬레이트화된 천매암을 상기 제제 중량을 기준으로 2~5중량%를 투입한 후 혼합하는 혼합하는 원수조(100); 상기 원수조(100)로부터 공급받은 상기 발효액비 제조용 제제가 혼합된 축산분뇨를 발효시켜 호기성 발효액비를 제조하는 호기성 발효액비화조(200); 및 상기 호기성 발효액비화조(200)의 호기성 발효액비를 상기 축사 슬러리피트(10)로 공급하는 발효액비 공급관(300)을 포함하며, 상기 축사 슬러리피트(10)로 공급된 상기 호기성 발효액비는 축산분뇨와 혼합되어 상기 원수조(100), 상기 호기성 발효액비화조(200) 및 상기 발효액비 공급관(300)을 거쳐 상기 축사 슬러리피트(10)로 공급되어 반복 순환하는 것이 특징이다.
또한, 상기 호기성 발효액비화조(200)는 4개의 발효조(220)(230)(240)(250), 침전조(260), 활성수조(270)로 이루어지는 것이 특징이다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 의해, 질화세균 유용 미생물이 대량 증식하여 제조된 발효액비가 축사 슬러리피트로 지속적으로 순환됨으로써 축사 슬러리피트 내 유용미생물이 우점화 되고, 이로 인해 축사내에서 발생되는 분뇨의 악취가 효과적으로 저감되면서 유해미생물의 증식도 억제됨에 따라 축사 사육환경이 크게 개선되게 된다.
아울러, 일일 분뇨 발생량의 120일~150일 저장량 이상 축산분뇨가 유용미생물로 액비화된 액상을 돈사와 발효조를 통하여 순환처리됨에 따라 유해미생물의 증식이 없으면서 통상적으로 사용되는 소독제 또는 항생제의 추가사용 없이도 축산분뇨의 악취를 보다 신속하고 경제적으로 제거 또는 감소시킬 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 실시예1에 따른 발효액비 제제를 이용한 축산분뇨의 악취저감용 발효액비 순환장치를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 축산분뇨의 악취저감용 발효액비 순환장치는 축사 슬러리피트(10)로부터 이송되는 축산분뇨에 미생물 배양기(280)로부터 이송되는 발효액비 제조용 제제와, 탄소원인 킬레이트화된 천매암을 상기 제제 중량을 기준으로 2~5중량%를 투입한 후, 혼합하는 원수조(100)와, 원수조(100)로부터 공급받은 발효액비 제조용 제제가 혼합된 축산분뇨를 발효시켜 호기성 발효액비를 제조하는 호기성 발효액비화조(200)와, 호기성 액비화조의 호기성 발효액비를 축사 슬러리피트로 공급하는 발효액비 공급관(300)을 포함하여 구성되며, 축사 슬러리피트(10)로 공급된 호기성 발효액비는 축산분뇨와 재혼합되어 원수조(100), 호기성 발효액비화조(200) 및 발효액비 공급관(300)을 거쳐 축사 슬러리피트(10)로 재공급되어 반복 순환되도록 하는 것이 특징이다.
이때, 상기 발효액비 제조용 제제의 유효성분으로 탄소원은 킬레이트화 된 천매암 2~5%를 투입하여 빠른속도로 유용미생물 증식이 이루어지는 것을 특징으로한다. 또한 특정 질화세균 복합유용미생물이 투입됨에 따라 축사의 악취가 효과적으로 저감되며 특히, 상기 본 발명의 축산분뇨의 악취저감용 발효액비 순환장치를 통해 일일 분뇨 발생량의 120일~150일 저장량 이상 축산분뇨가 유용미생물로 액비화된 액상을 돈사와 발효조 축산분뇨가 순환처리됨에 따라 상기 축사 슬러리피트(10) 내에 환경이 개선되어 유해미생물의 증식이 없으면서 통상적으로 사용되는 소독제 또는 항생제의 추가사용 없이도 축산분뇨의 악취를 보다 신속하고 경제적으로 제거 또는 감소시킬 수 있게 되는 것이 특징이다.
본 발명에서 일일 분뇨 발생량의 120일~150일 저장량 이상 축산분뇨 처리가 제시되었지만, 예를 들면 유용미생물 투입량을 2배, 3배, 10배 이상 늘리면 적게는 15일부터 많게는 150일 저장량의 축산분뇨를 처리할 수 있고, 또한 더 적은 량의 투입으로 빠른 시간에 축산분뇨를 처리할 수 있기 때문에, 한정한 것이 아님을 밝혀둔다.
이하, 본 발명의 축산분뇨의 악취저감용 발효액비 순환장치의 일 구현 예들로서, 포함되는 주요구성요소들 및 상기 축산분뇨의 악취저감용 발효액비 순환장치에 이용되는 특정 발효액비 제조용 제제의 유효성분을 구체적으로 살피면 다음과 같다.
(축산분뇨의 악취저감용 발효액비 순환장치의 주요구성요소들)
1) 축사 슬러리피트(10), 축산분뇨 이송관(30), 고액분리기(20)
축사 슬러리피트(10)는 축사로부터 유출되는 가축분뇨를 입수하여 저장하는 공간으로써, 상기 축사 슬러리피트(10)에 저장된 가축분뇨의 상태를 살펴보면 COD는 30000~40000ppm, SS는 50000~60000ppm, T-N은 9000~10000ppm 이다.
상기 축사 슬러리피트(10)에 모아진 축산분뇨는 축산분뇨 이송관(30)을 통해 원수조(100)로 이송하되, 상기 축산분뇨 이송관(30)의 중간에는 고액분리기(20)가 설치되어 있으며, 상기 고액분리기(20)에 의해 고상의 축산분뇨와 액상의 축산분뇨여액이 분리되어 상기 고상의 축산분뇨(고형분)가 20% 이상 제거된 액상의 축산분뇨만을 원수조(100)로 이송하여 저장한다. 이때, 고액 분리된 고형분은 1일 1회 이상 수거하여 퇴비처리하여 퇴비화하며, 상기 액상의 축산분뇨는 COD는 15000~20000ppm, SS는 25000~30000ppm, T-N은 8000~8500ppm를 나타나게 된다.
2) 원수조(100), 미생물 배양기(280)
상기 원수조(100)에 저장된 액상의 축산분뇨에는 미생물 배양기(280)를 통해 이송되는 특정 발효액비 제조용 제제와 탄소원이 투입되어 혼합된다. 이때 탄소원으로 킬레이트화 된 천매암을 상기 축산분뇨의 중량을 기준으로 2~5중량%를 투입하여 질소원과 탄소비를 맞춰 빠른속도로 유용미생물 증식이 이루어지는 것 특징이다. 또한, 상기 원수조(100)에는 탄소원으로 휴믹산을 상기 축산분뇨의 중량을 기준으로 2~5중량%로 더 추가하여 넣어 상기 유용미생물 증식에 도움을 주기도 한다.
이때, 여기서 말하는 상기 킬레이트화된 천매암은 천매암(phyllite)의 분쇄 입자를 초 미립화하여 천매암의 흡수력을 높여주도록 생성된 것을 의미하는 것으로써, 상기 천매암은 점토질의 퇴적층이 열수변질에 의한 가수분해작용 및 변성, 풍화, 부식 등의 과정을 거쳐 생성된 광석으로써 다양한 미네 랄이 적당히 혼합되어있으며, 천매암 내부에 나노크기의 미세한 공간들을 많이 형성하고 있어 물리적 흡착력과 화학적 양이온 치완작용 등이 아주 탁월하며, 특히 게르마늄(ge)의 함량이 0.11ppm으로 인삼, 온천수의 게르마늄 함량 보다 월등한 수치를 나타내는 바, 천매암의 물리적 흡착력과 화학적 양이온 치완작용 등에 의하여 유해물질이 중화되거나 제거하는 역할을 하기도 한다.
상기 휴믹산(humic acid)은 산성조건에서 고체화되고 알칼리조건에서 액체화 되는 분자량이 10,000 ~ 100,000으로 비교적 큰 고분자 물질로서, 소화흡수력을 높여 영양흡수를 개선하고 혈액순환을 조장하며, 병원성 세균, 바이러스, 독성물질의 구성분자 단백질, 탄수화물의 성분을 분해, 킬페이트 결합하여 체외로 배설하는 기능이 있으며, 부패, 산화를 막는 작용을 하는 것으로 알려져 있다.
이러한 상기 킬레이트화된 천매암 또는 상기 휴믹산은 각각의 중량을 2 중량% 미만으로 투입할 경우에는 추가에 따른 유용미생물의 증식능을 얻기 어려우며, 5 중량%를 초과하여 투입할 경우에는 유용미생물의 증식능이 급속히 증가함에 따라 오히려 하기 각 발효조 단계에서 유용미생물의 증식능이 떨어지게 되는 바, 추가물질 첨가에 따른 상승된 효능을 얻지 못하게 될 우려가 있게 된다.
또한, 상기 유용미생물배양기(280)에는 축산분뇨의 악취저감효과를 갖는 특정 발효액비 제조용 복합유용미생물 제제를 포함하고 있는 것을 특징으로, 상기 발효액비 제조용 제제의 유효성분으로는 질화세균 유용미생물 단독 또는 혼합물의 배양물이 적용되는 것이 특징이다 .
여기서 말하는 질화세균 유용미생물의 종류로는 서열번호 1로 표현되는 염기서열로 이루어지며, 축산분뇨의 악취저감효과를 갖는 신규 미생물 바실러스 코치(Bacillus kochii) 4584균주(KCTC 13552BP) 단독 사용하는 것이 특징이다.
다시말해, 상기 신규 미생물은 축산분뇨에 대하여 악취저감효능이 우수하게 나타나는 것을 확인한 바, 본 발명의 발명자는 이러한 바실러스 코치(Bacillus kochii) 균주를 한국생명공학연구원(KRIBB)에 2018년 06월 20일에 기탁하였다.(기탁번호: KCTC 13552BP)
또한, 상기 질화세균 유용미생물은 상기 신규 미생물 바실러스 코치(Bacillus kochii) 4584균주(KCTC 13552BP)에 바실러스 사이크로듀란(Bacillus psychrodurans), 스타필로코쿠스 파스테우리(Staphylococcus pasteuri), 바실러스 베레젠시스(Bacillus velezensis), 지오바실러스 스테아로스모필러스(Geobacillus stearothermophilus), 바실러스 진센지후미(bacillus ginsengihumi) 중 어느 하나이상을 더 혼합하여 이루어진 혼합균주로 구성되기도 하며, 보다 바람직하게는 상기 혼합균주에 바실러스 아밀로리쿼파시엔스(bacillus amyloliquefaciens), 락토바실러스 카세이(Lactobacillus casei), 바실러스 메틸로트로피쿠스(bacillus methylotrophicus), 락토바실러스 파라파라기니스(Lactobacillus parafarraginis), 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis), 아세토박터 로바니엔시스(Acetobacter lovaniensis) 중 선택된 1종이상을 더 추가하여 구성되기도 한다.
이러한 상기 특정 질화세균 유용미생물 혼합균주들은 현재까지 작물생장촉진 효능에 대해서는 언급되어 있긴 하나, 악취감소능에 대해서는 사용한 예가 없으며, 상기 혼합물 상태로 이루짐에 따라 단독균주 적용대비 보다 상승된 악취감소능을 얻을 수 있게 되어 본 발명이 목적하는 효능을 얻을 수 있게 된다.
본 명세서에서 배양물이란, 균주를 배양한 배지 내에 포함되어 있는 모든 물질을 포함하는 물질을 의미할 수 있으며, 예컨대 균주 배양의 결과물인 대사물 또는 분비물을 포함하는 물질 또는 그 파쇄물을 의미할 수 있고 균주 자체도 배양물 내에 포함되어 있을 수 있다. 또한 상기 배양물은 당업계에 통상적으로 이용되는 방법에 따라 배양할 수 있다.
상기 배지로는 통상의 배지가 사용될 수 있으며, 상기 질화세균 유용미생물 균주들을 23~35℃에서 92~240시간 동안 배양하여 1×10 CFU/ml 이상 농도의 유용 미생물 혼합물의 배양물을 준비하는 것이 특징이며, 더욱 바람직하게는 상기 배지에 상기 질화세균 유용미생물 균주들을 모두 동량 접종한 다음 20~35℃에서 100~120시간동안 0.05 내지 0.4 vvm(vol/vol/min.)의 통기량과 교반속도 100 내지 200 rpm(rotary/min.), 내압 0.1 내지 1 kgf/㎠으로 배양할 수 있으며, 상기 배지의 pH는 6.0 내지 9.0 인 것이 가장 적합하다.
이렇게 제조된 상기 발효액비 제조용 제제에는 상기 배양물이 100중량%로 사용되거나, 또는 부형제를 더 포함하여 구성되기도 한다. 상기 부형제의 경우 탄소원또는 질소원 또는 이들의 혼합물을 사용하며, 바람직하게는 전분, 아미노산, 비타민C, 비타민E, 포도당, 글리세린을 단독으로 사용하거나 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 전분은 당 성분으로 인한 막 형성 방지를 위해 사용될 수 있다. 상기 전분은 10~20부피%의 양으로 사용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 전분의 양이 많아질 경우 미생물이 희석되어 총균수가 낮아진다. 비타민C(아스코르빈산)의 pH 조절 및 비타민 용도로 사용될 수 있다. 상기 비타민C는 0.1~0.5부피%의 양으로 사용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 비타민C는 과다 투여 시 pH를 떨어뜨려 균주의 성장과 활성에 영향을 미칠 수 있다. 상기 포도당이나 글리세린은 미생물을 안정화시키기 위해 사용되기도 한다.
이렇게 제조된 상기 발효액비 제조용 제제는 미생물배양기(280)에 저장되어 공급되는 것을 특징으로, 상기 미생물배양기(280)는 하기 호기성 발효액비화조(200)를 초기에 신속하게 안정화시키고 지속적으로 액비화조를 유지 관리할 수 있도록 해주는 것으로써, 축사의 악취 저감 및 환경 개선은 상기 미생물배양기(280)내에 구비된 혼합균주들의 활성에 영향을 받는다.
설명하면, 본 발명에서는 호기성 발효액비가 축사의 슬러리피트(10)에 공급되어 얼마나 미생물 활성도가 이루어지느냐가 효과의 핵심이다. 따라서 축산분뇨 발생량과 미생물 처리능력의 밸런스를 유지하는 것이 중요하며, 미생물배양기(280)를 통해 미생물을 잘 관리하는 것이 매우 중요하다.
또한, 상기 발효액비 제조용 제제는 상기 원수조(100)에서 상기 액상의 축산분뇨와 혼합하는 것으로써, 상기 액상의 축산분뇨 중량을 기준으로 상기 발효액비 제조용 제제는 0.1~30 중량%로 혼합되도록 하는 것이 좋으며, 더욱 바람직하게는 1~20중량%로 혼합되도록 하는 것이 가장 좋다. 이는 상기 미생물 제제가 0.1 중량%미만 포함되는 경우 축산분뇨의 악취 제거 효능이 미미할 수 있으며, 30 중량% 초과하는 경우 효과가 그 이하일 경우와 거의 동일하며 효과 대비 비경제적이다.
상기 축산분뇨로는 소, 돼지, 양, 염소 등의 포유류와 꿩, 닭, 오리, 칠면조 등의 가금류의 분뇨를 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
3) 호기성 발효액비화조(200)
호기성 발효액비화조(200)는 최소한 4개 이상을 사용하는 것을 특징으로, 이는 호기성 발효액비화조를 최소한 4개 이상 연속적으로 설치함에 따라 반응온도 및 공기공급량을 조절하면서 축산분뇨의 악취는 효과적으로 제거하면서 질화 반응을 촉진시켜 액비의 성능이 높아지며, 유해미생물은 사멸시키기 위함이다. 이에 본 발명의 보다 바람직하게는 호기성 발효액비화조(200)는 4개~6개의 발효조를 사용하는 것을 특징으로, 4개미만으로 사용할 경우 일정한 균수의 확보가 어려워 본 발명이 목적하는 악취감소능을 얻기 어려우며, 6개를 초과하여 사용할 경우에는 추가 발효조 설비에 따른 상승된 효능은 얻기 어렵게 된다.
도 1에 도시되어 있듯이 본 발명의 일실시예에 따른 호기성 발효액비화조(220)는 발효조(220)(230)(240)(250), 침전조(260), 활성수조(270)로 이루어지도록 하며 원수조(100)의 발효액비 제조용 제제가 혼합된 축산분뇨는 발효조(220), 발효조(230), 발효조(240), 발효조(250), 침전조(260)를 순차로 거쳐 호기성 발효액비로 제조되고, 그 제조된 호기성 발효액비는 침전조(260)를 통해 잔존하는 고형물을 분리시킨 후 액상형태의 호기성 발효액비만을 활성수조(270)에 저장하게 된다.
이때, 상기 발효조들(220)(230)(240)(250)에는 호기성 조건 하에서 발효액비 제조용 제제가 혼합된 축산분뇨의 유기물질과 악취성분이 안정화되도록 하는 것을 특징으로, 24시간 기준 4시간 간격으로 1시간 동안 산소를 공급함이 바람직하다.
산소 공급 즉, 폭기는 산기장치를 통해 이루어질 수 있고, 산기장치는 산소 전달 효율이 큰 고효율의 산기관을 발효조들(220)(230)(240)(250) 내에 설치하여 브로어의 용량 절감 및 동력비를 절감하는 것이 좋다. 축산분뇨가 고액 분리되어도 유기물질의 농도가 높기 때문에 안정적인 발효액비를 얻기 위해서는 많이 공기량이 필요하다. 따라서 고효율의 산기관을 사용하여 송풍기에 의한 전력비를 줄이는 것이 바람직하다. 거품을 조절하는 시간에 맞춰 산소 공급을 조절할 경우 부득히 소포시설을 설치할 필요가 없다.
또한, 본 발명의 발효액비 제조용 제제의 유효성분인 질화세균 유용미생물 혼합물의 균수의 사멸율은 최소화하며, 그들의 활성도를 최상으로 하여 악취감소능을 최대로 얻을수 있도록 하기 위해, 상기 발효조(220)의 반응온도는 30~50℃로 하여 1.0×102~9.0×102 CFU/ml 농도의 질화세균 유용미생물 혼합물이 생성되도록 하며, 상기 발효조(230)의 반응온도는 30~50℃로 하여 1.0×103~9.0×104CFU/ml 농도의 질화세균 유용미생물 혼합물이 생성되도록 하며, 상기 발효조(240)의 반응온도는 30~50℃로 하여 1.0×105~9.0×105CFU/ml 농도의 질화세균 유용미생물 혼합물이 생성되도록 하며, 마지막 발효조(250)의 반응온도는 40~60℃로 하여 1.0×106~9.0×106CFU/ml 농도의 질화세균 유용미생물 혼합물이 생성되면서, 유해미생물인 대장균 또는 살모넬라를 사멸시키게 하는 것이 특징이다.
4) 발효액비 공급관(300), 순환저류조(400)
발효액비 공급관(300)은 상기 활성수조(270)의 호기성 발효액비를 축사 슬러리피트(10)로 공급하여 순환시키며, 중간에 순환저류조(400)를 설치하여 여러 곳에 설비된 축사 슬러리피트(10)에 순환 공급할 수 있도록 한다.
이처럼, 질화세균 유용 미생물이 대량 증식하여 제조된 호기성 발효액비가 축사 슬러리피트(10)로 지속적으로 순환 공급됨으로써 축사 슬러리피트(10) 내 유용미생물의 우점화가 이루어지고, 이로 인해 축사에서 발생되는 분뇨가 희석되며 유해미생물의 증식이 억제되고, 따라서 악취가 저감되며 사육환경이 크게 개선된다. 또한, 호기성 발효액비가 축사 슬러리피트(10)를 반복 순환함으로써, 미생물 분해가 일어나 축산분뇨가 썩지 않아 악취가 저감되고, 사육환경이 획기적으로 개선됨으로 인해 질병이 차단되고 최적의 환경이 마련되어 가축 증체율과 질병 항병력 증진효과 및 친환경이 구현될 수 있다.
아울러, 원수조(100)와 호기성 발효액비화조(200)를 합한 총 처리 용량은 1일 돈분량 1마리 기준 5㎏을 기준으로 120일~150일 돈분량을 저장하여 처리할 수 있는 능력을 가짐이 바람직하며, 3개월 후 호기성 발효액비처리가 완성되면, 돈분뇨의 고액 분리없이 호기성 발효액비의 처리가 가능하다. 따라서 3개월 후에는 축분뇨 소멸이 이루어져 고액분리기(20)가 필요없게 된다.
이하에서는 실시예 및 실험예를 들어 본 발명에 관하여 더욱 상세하게 설명할 것이나, 이들 실시예 및 실험예는 단지 설명의 목적을 위한 것으로 본 발명의 보호 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.
<실시예 1> 본 발명의 축산분뇨의 악취저감효과를 갖는 발효액비 제조용 제제1 제조
질화세균 유용미생물로 서열번호 1로 표현되는 염기서열로 이루어지며, 축산분뇨의 악취저감효과를 갖는 신규 미생물 바실러스 코치(Bacillus kochii) 4584균주(KCTC 13552BP)를 준비한 후, 30℃에서 약 240시간동안 배양하여 1×10 CFU/ml 농도의 배양물을 준비하여 이를 유효성분으로 한 본 발명의 발효액비 제조용 제제1을 제조하였다.
<실시예 2> 본 발명의 축산분뇨의 악취저감효과를 갖는 발효액비 제조용 제제2 제조
서열번호 1로 표현되는 염기서열로 이루어지며, 축산분뇨의 악취저감효과를 갖는 신규 미생물 바실러스 코치(Bacillus kochii) 4584균주(KCTC 13552BP), 바실러스 사이크로듀란(Bacillus psychrodurans), 스타필로코쿠스 파스테우리(Staphylococcus pasteuri), 바실러스 베레젠시스(Bacillus velezensis), 지오바실러스 스테아로스모필러스(Geobacillus stearothermophilus), 바실러스 진센지후미(bacillus ginsengihumi)의 질화세균 유용미생물들을 동량으로 혼합한 후, 30℃에서 약 240시간동안 배양하여 1×10 CFU/ml 농도의 배양물을 준비하여 이를 유효성분으로 한 본 발명의 발효액비 제조용 제제2를 제조하였다.
<실시예 3> 본 발명의 축산분뇨의 악취저감효과를 갖는 발효액비 제조용 제제3 제조
상기 실시예 2의 제제2의 유용미생물들 외 락토바실러스 카세이(Lactobacillus casei), 바실러스 메틸로트로피쿠스(bacillus methylotrophicus), 락토바실러스 파라파라기니스(Lactobacillus parafarraginis), 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis), 아세토박터 로바니엔시스(Acetobacter lovaniensis), 바실러스 아밀로리쿼파시엔스(bacillus amyloliquefaciens)를 동량으로 더 추가하여 본 발명의 발효액비 제조용 제제3을 제조였다.
<실시예 4> 본 발명의 축산분뇨의 악취저감효과를 갖는 발효액비 제조용 제제2를 이용한 축산분뇨 악취저감용 발효액비 순환장치의 사용방법
1일 기준 돈분 1마리 기준 5kg씩을 축사 슬러리피트(10) 3곳에 각각 넣어 준비하였다.
원수조(100)로 상기 축사 슬러리피트(10) 3곳에 담겨있는 돈분들을 축산분뇨 이송관(30)을 통해 이송시키되, 상기 축사 슬러리피트(10)와 상기 축산분뇨 이송관30) 사이에 고액분리기(20)를 구비하여 상기 돈분의 고형분을 제거하여 액상형태의 돈분만이 상기 원수조(100)로 이송되도록 하였다.
또한 상기 원수조(100)에는 미생물 배양기(280)에 담겨있는 상기 실시예 3의 발효액비 제조용 제제도 상기 액상형태의 돈분 100톤당 1~1.2톤으로 정도 이송시키며, 탄소원으로 킬레이트화된 천매암 100~120 리터를 함께 넣어 혼합하였다.
이렇게 상기 액상돈분, 발효액비 제조용 제제, 탄소원이 혼합된 상기 원수조(100)에서는 상기 액상돈분의 악취를 저감시킴과 동시에 상기 발효액비 제조용 제제의 활성을 극대화 시키기 위해 발효조(220)(230)(240)(250), 침전조(260), 활성수조(270)로 이루어진 호기성 발효액비화조(220)를 통과시켜 호기성 발효액비가 생성되도록 하였다.
이렇게 생성된 호기성 발효애비를 발효액비 공급관(300)을 통해 순환저류조(400)로 이송되도록 한 후, 이를 다시 상기 축사 슬러리피트(10)로 공급되도록 하며, 다시 상기 축사 슬러리피트(10)에 돈분을 1일 기준 5kg씩 넣어 상기 과정을 반복 순환되도록 하여 돈분의 악취를 저감시킴과 동시에 120일이상 축산분뇨 저장량이 순환처리됨에 따라 슬러지 분해효과 및 유해미생물의 증식이 없으면서 통상적으로 사용되는 소독제 또는 항생제의 추가사용 없이도 축산분뇨의 악취가 제거됨을 확인하였다.
이때, 상기 120일분 돈분량을 처리한 후(약 3개월 정도 후) 상기 반복순환과정이 완료되면, 돈분뇨의 고액 분리과정없이 호기성 발효액비의 처리가 가능하게 되어, 보다 경제적으로 사용이 가능하게 된다.
<비교예 1> 발효액비 제조용 제제1 제조
상기 실시예 2와 같은 방법으로 제조하되, 적용 균주로 락토바실러스 카세이(Lactobacillus casei), 바실러스 메틸로트로피쿠스(bacillus methylotrophicus), 락토바실러스 파라파라기니스(Lactobacillus parafarraginis), 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis), 아세토박터 로바니엔시스(Acetobacter lovaniensis), 바실러스 아밀로리쿼파시엔스(bacillus amyloliquefaciens)로만 구성된 유용미생물 혼합물을 사용하여 발효액비 제조용 제제1을 제조하였다.
<비교예 2> 발효액비 제조용 제제2 제조
선 등록받은 특허 제10-1670651호의 혼합균주를 적용하는 것으로써, 상세하게는 락토바실러스 파라파라기니스(Lactobacillus parafarraginis), 락토바실러스 파라카제이(Lactobacillus paracasei), 락토바실러스 톨러란스(Lactobacillus tolerans), 락토바실러스 부츠네리(Lactobacillus buchneri), 락토바실러스 하르비넨시스(Lactobacillus harbinensis), 락토바실러스 페로렌스(Lactobacillus perolens), 락토바실러스 람노서스(Lactobacillus rhamnosus), 락토바실러스 벡시노스테르쿠스(Lactobacillus vaccinostercus), 아세토박터 로바니엔시스(Acetobacter lovaniensis), 아세토박터 페록시단스(Acetobacter peroxydans), 피키아 퍼멘탄스(Pichia fermentans), 칸디다 에탄올리카(Candida ethanolica), 사카로미콥시스 스코에니(Saccharomycopsis schoenii), 티오바실러스 티오옥시던스(Thiobacillus thiooxidans), 바실러스 튜링겐시스(Bacillus thuringiensis), 바이셀라 시바리아(Weissella cibaria), 바이셀라 파라메센테로이드(Weissella paramesenteroides) 및 바실러스 아밀로리쿼파시엔스(Bacillus amyloliquefaciens)로 이루어진 유용 미생물을 혼합한 후, 25℃에서 120시간동안 배양하여 1×107 CFU/ml 농도의 유용미생물 배양액을 유효성분으로 한 발효액비 제조용 제제2를 제조하였다.
<실험예 1> 축산분뇨의 악취감소능 확인
1. 실험방법
가축분뇨에 실시예 1,2,3의 발효액비 제조용 제제들 및 비교예 1,2의 발효액비 제조용 제제를 상기 가축분뇨 중량을 기준으로 20중량%로 넣고 혼합한 후, 이를 30℃에서 10일간 발효하면서 황화수소(H2S)의 가스농도 및 암모니아(NH3)가스농도를 측정하였다.
이때, 시험가스의 농도는 가스검지관(구 KS I 2218:2009)에 의해 측정하였다.
2. 실험결과
상기 실험결과, 하기 표 1과 같이 나타났다.
황화수소 감소율(%) 암모니아 감소율(%)
비교예1 70.1% 65.2%
비교예2 75.1% 70.9%
실시예1 80.2% 80.0%
실시예2 85.2% 85.0%
실시예3 89.5% 89.6%
상기 표 1에 나타나 있듯이, 본 발명인 실시예1,2,3의 발효액비 제조용 제제는 적은 농도의 균수에서도 단기간에 높은 악취감소능을 나타냄을 확인하였다.
<실험예 2> 발효조 단계별 악취감소능 확인
1. 실험방법
실시예 4의 축산분뇨 악취저감용 발효액비 순환장치의 사용방법을 통해 돈분의 악취를 저감시키되, 각 발효조 마다 생성되는 상기 실시예 2의 발효액비 제조용 제제의 활성(각 질화세균 유용미생물 혼합균주의 균수확인 및 암모니아(NH3)가스농도를 측정)을 확인하였다. 이때, 비교예들로는 상기 실시예 4의 순환장치를 이용하되 비교예1의 발효액비 제조용 제제를 적용하거나(비교예3) 또는, 상기 호기성 발효액비화조(200) 내 발효조를 1개 또는 3개를 설치(비교예4, 5)하여 그 활성을 함께 확인하였다.
2. 실험결과
상기 실험결과, 하기 표 2와 같이 나타났다.
유용미생물 혼합균주의 균수 암모니아 감소율(%) 대장균 또는 살모넬라 검출여부
실시예4의 발효조(220) 1.2×102 CFU/ml 85.2% 없음
실시예4의 발효조(230) 2.1×103 CFU/ml 89.7% 없음
실시예4의 발효조(240) 2.2×105 CFU/ml 92.3% 없음
실시예4의 발효조(250) 2.2×106 CFU/ml 98.6% 없음
비교예3 2.2×108 CFU/ml 85.2% 없음
비교예4 2.2×106 CFU/ml 98.6% 검출됨
비교예5 2.2×106 CFU/ml 98.6% 검출됨
상기 표 2에 나타나 있듯이, 비교예 3의 균주는 호기성 발효액비화조를 통해 균수가 증가되긴 하였으나, 증가균수 대비 암모니아 감소율이 그다지 높지 않음을 확인하였으며, 비교예 4(발효조 1개사용) 및 비교예 5(발효조 3개사용)의 경우에는 발효조간의 미생물 활성은 유지되긴 하나, 한 발효조에 오랫동안 발효과정을 거치다 보니, 돈분에서 발생되는 유해미생물들이 재발생되어 유해미생물들(대장균, 살모넬라)이 검출됨을 확인한 반면, 본 발명의 실시예 4의 경우에는 유해미생물들도 검출되지 않으면서 악취감소능도 뛰어난 바, 본 발명이 목적하는 순환장치로써의 사용이 가능함을 확인하였다.
이와 같이, 질화세균 유용 미생물이 대량 증식하여 제조된 발효액비가 축사 슬러리피트로 지속적으로 순환됨으로써 축사 슬러리피트 내 유용미생물이 우점화 되고, 이로 인해 축사에서 발생되는 분뇨의 악취가 효과적으로 저감되면서 유해미생물의 증식도 억제됨에 따라 축사 사육환경이 크게 개선되게 됨을 확인하였으며, 아울러, 120일이상 축산분뇨가 순환처리됨에 따라 유해미생물의 증식이 없으면서 통상적으로 사용되는 소독제 또는 항생제의 추가사용 없이도 축산분뇨의 악취를 보다 신속하고 경제적으로 제거 또는 감소시킬 수 있게 됨을 알 수 있었다.
상기의 본 발명은 바람직한 실시예를 중심으로 살펴보았으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적 기술 범위 내에서 상기 본 발명의 상세한 설명과 다른 형태의 실시예들을 구현할 수 있을 것이다. 여기서 본 발명의 본질적 기술범위는 청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 축사 슬러리피트
20: 고액분리기
30: 축산분뇨 이송관
100: 원수조
200: 호기성 발효액비화조
220, 230, 240, 250: 발효조
260: 침전조
270: 활성수조
280: 미생물 배양기
300: 발효액비 공급관
400: 순환저류조
기탁기관명 : 한국생명공학연구원
수탁번호 : KCTC13552BP
수탁일자 : 20180620
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Claims (5)

  1. 축사 슬러리피트(10)로부터 이송되는 축산분뇨와 발효액비 제조용 제제 및 탄소원인 킬레이트화된 천매암을 상기 제제 중량을 기준으로 2~5중량%를 투입한 후 혼합하는 원수조(100);
    상기 원수조(100)로부터 공급받은 상기 발효액비 제조용 제제가 혼합된 축산분뇨를 발효시켜 호기성 발효액비를 제조하는 호기성 발효액비화조(200); 및
    상기 호기성 발효액비화조(200)의 호기성 발효액비를 상기 축사 슬러리피트(10)로 공급하는 발효액비 공급관(300)을 포함하며,
    상기 축사 슬러리피트(10)로 공급된 상기 호기성 발효액비는 축산분뇨와 혼합되어 상기 원수조(100), 상기 호기성 발효액비화조(200) 및 상기 발효액비 공급관(300)을 거쳐 상기 축사 슬러리피트(10)로 공급되어 반복 순환하는 것을 특징으로 하되,
    상기 원수조(100)에 투입되는 상기 발효액비 제조용 제제는 서열번호 1로 표현되는 염기서열로 이루어지며, 축산분뇨의 악취저감효과를 갖는 신규 미생물 바실러스 코치(Bacillus kochii) 4584균주(KCTC 13552BP)의 균체 또는 이의 배양물을 포함하는 것이 특징인,
    축산분뇨 악취저감용 발효액비 순환장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제제는 질화세균 유용미생물로 바실러스 사이크로듀란(Bacillus psychrodurans), 스타필로코쿠스 파스테우리(Staphylococcus pasteuri), 바실러스 베레젠시스(Bacillus velezensis), 지오바실러스 스테아로스모필러스(Geobacillus stearothermophilus), 바실러스 진센지후미(bacillus ginsengihumi) 중 어느 하나 이상을 더 포함한 혼합균주를 함유하되, 상기 혼합균주의 배양물을 유효성분으로 함유하는,
    축산분뇨 악취저감용 발효액비 순환장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 질화세균 유용미생물로 락토바실러스 카세이(Lactobacillus casei), 바실러스 메틸로트로피쿠스(bacillus methylotrophicus), 락토바실러스 파라파라기니스(Lactobacillus parafarraginis), 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis), 아세토박터 로바니엔시스(Acetobacter lovaniensis), 바실러스 아밀로리쿼파시엔스(bacillus amyloliquefaciens) 중 어느 하나이상을 더 추가하여 구성되는 것이 특징인,
    축산분뇨 악취저감용 발효액비 순환장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 호기성 발효액비화조(200)는 4개의 발효조(220)(230)(240)(250), 침전조(260), 활성수조(270)로 이루어지는 것이 특징인,
    축산분뇨 악취저감용 발효액비 순환장치.
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