KR100424419B1 - 유기물 분해능이 우수한 신규 바실러스 에스피 균주 및 이를 이용한 음식물 쓰레기 처리방법 - Google Patents

유기물 분해능이 우수한 신규 바실러스 에스피 균주 및 이를 이용한 음식물 쓰레기 처리방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유기물 분해능이 우수한 신규 바실러스 에스피 균주 및 이를 이용한 음식물 쓰레기 처리방법에 관한 것으로, 아밀라아제와 프로테아제를 동시에 생성하여 유기물 분해능이 우수하면서도 우수한 내염성과 내열성을 갖고 있어 지속적인 음식물 쓰레기 처리가 가능할 뿐만 아니라 처리 효율도 우수한 음식물 쓰레기 처리용에 적합한 신규 바실러스 에스피(Bacillssp) GENO-200 균주는 단간균으로서 세포 크기가 1.1 × 3.8㎛ 정도이며, 운동성이 있고, 그람염색에 포지티브 반응을 나타내며, 타원형의 포자를 중앙에 형성하고, 성장 온도범위가 15 ∼ 65℃이며, 염농도 25%까지 생육 가능하고, 카탈라제 양성 및 전분, 카제인 셀룰로오스 분해능이 있으며, 아밀라아제의 역가가 6,000유니트(unit)/ml정도이고, 프로테아제 역가가 4,000유니트/ml 정도인 것으로 특징지워지며, 음식물 쓰레기 처리방법은 상기 미생물 균주 또는 배양물을 톱밥 등과 같은 우드 칩(wood chip)과 혼합하여 30 ∼ 40℃에서 1 ∼ 5시간 동안 숙성시킨 다음, 탈수되고 파쇄된 음식물 쓰레기를 투입한 후, 1일 동안 배양하고 익일부터 음식물 쓰레기와 상기 미생물 균주 또는 배양물을 첨가하여 연속적으로 처리하여 1달간 음식물 쓰레기를 감량하고 잔량은 유기질 비료 등으로 재사용하는 것으로 특징지워진다.

Description

유기물 분해능이 우수한 신규 바실러스 에스피 균주 및 이를 이용한 음식물 쓰레기 처리방법{The new Bacillus sp. having an excellent digestive effect of organic material and the treatment method of food waste}
본 발명은 유기물 분해능이 우수하면서도 내염성과 내열성을 갖는 신규 바실러스 에스피(Bacillssp) 균주 및 이를 이용한 음식물 쓰레기 처리방법에 관한 것이다.
일반적으로, 각 가정이나 음식점 등에서 전체 생활쓰레기양의 25 ∼ 35% 수준에 달하는 많은 양의 음식물 찌꺼기가 발생되고 있으며, 이러한 음식물 찌꺼기는수분을 과량으로 함유하고 있어 처리하는 데 상당한 비용과 어려움이 야기될 뿐만아니라 음식물 찌꺼기의 유기물이 분해될 때 악취가 심하게 발생하고 여러 가지 병원균이 자생하여 위생에 큰 영향을 끼치는 등의 문제점이 있었다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 종래의 음식물 찌꺼기 처리방법으로는 땅속에 매립하는 방법 및 소각로 등을 이용하여 소각하는 방법이 널리 적용되고 있다.
그러나, 음식물 찌꺼기를 매립시에는 많은 양의 침출수가 필연적으로 발생되므로써 주위환경은 물론 지하수를 오염시키는 문제점이 있을 뿐만 아니라 매립장의 확보 및 신설에 따른 경제적인 문제점이 유발되었다.
또한, 음식물 찌꺼기를 소각시에는 젖은 찌꺼기의 특성상 소각에 따른 많은 에너지를 필요로 하여 제반 경비가 많이 소요되는 문제점과 더불어 방향성 화학물질 혼입시 다이옥신(dioxin)과 같은 유독 물질의 발생으로 인체에 치명적인 영향을끼치게 됨은 물론 심각한 환경오염을 일으키는 문제가 있었다.
뿐만 아니라, 최근에는 건조기를 이용하여 음식물 찌꺼기에 함유된 수분을 강제로 건조시켜 음식물 찌꺼기의 양을 감량화시키는 건조방법, 비료 또는 사료로 재활용하는 방법 및 미생물을 이용하여 음식물 찌꺼기를 소멸시키는 방법 등이 제안되고 있다.
그러나, 건조방법은 인체에 유해한 폐가스 및 폐수의 배출 등에 따른 2차 오염 문제가 야기되고 있고, 많은 양의 수분을 건조시켜야 하므로 경비가 과다하게 소요되며, 비료 또는 사료로 재활용하는 방법 및 미생물을 이용하여 음식물 찌꺼기를 소멸시키는 방법에 있어서는 유기물 분해시 발생되는 심한 악취로 인해 사용이 기피되고 있고 효능이 만족스럽지 못하여 실사용에서는 거의 사용되지 않고 있는 실정이고, 음식물 쓰레기를 주재료로 하는 사료를 먹인 동물에서 인체에 해로운 것으로 알려진 병이 발병되므로서 최근에는 사료로서는 거의 사용되고 있지 않다. 특히, 퇴비화 방법은 재활용 측면에서 긍정적인 평가를 받고 있으나,찌꺼기내 염분의 축적에 따른 토양의 황폐화가 문제점으로 제기되고 있다.
한편, 미생물을 이용하여 음식물 찌꺼기를 소멸시키는 방법에 있어서 음식물 쓰레기는 염분의 농도가 높아 미생물의 생육이 용이하지 못하기 때문에 음식물 쓰레기를 세척하고 탈수하여 사용하여야하므로 제반 설비가 많이 필요하게 되고 처리 비용이 과다하게 소요되는 문제점이 있을 뿐만 아니라 처리 효율도 좋지 않으며, 음식물이 미생물에 의하여 분해되면서 열이 발생하여 고온에서 성장하지 못하는 미생물의 경우에는 지속적인 음식물 쓰레기 처리에 만족할 만한 효과를 발현하지 못하는 단점이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 아밀라아제와 프로테아제를 동시에 생성하여 유기물 분해능이 우수하면서도 우수한 내염성과 내열성을 갖고 있어 지속적인 음식물 쓰레기 처리가 가능할 뿐만 아니라 처리 효율도 우수한 음식물 쓰레기 처리용에 적합한 신규 바실러스 에스피(Bacillssp) 균주를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 목적의 신규 바실러스 에스피(Bacillssp) 균주를 이용하여 음식물 쓰레기를 처리하는 방법을 제공하는 데 있다.
상술한 목적들 뿐만 아니라 용이하게 표출되는 또 다른 목적들을 달성하기 위하여 본 발명에서는 바닷가의 토양으로부터 균주를 분리하고 배양하여 배양액을 얻고, 이를 대한 약전 기준에 의거하여 유기물 분해능을 측정한 결과, 매우 높은 유기물 분해능을 가짐은 물론 우수한 내염성과 내열성을 갖기 때문에 음식물 쓰레기 처리에 효과가 뛰어남을 알 수 있었다.
도 1은 본 발명에서 사용한 일례의 음식물 쓰레기 처리장치를 도시한 사시도.
도 2는 도 1의 음식물 쓰레기 처리장치의 부분절개 사시도.
도 3은 도 1의 음식물 쓰레기 처리장치에서 공기주입장치의 구성을 도시한 단면도.
도 4는 도 1의 음식물 쓰레기 처리장치에서 탈취수단의 구성을 도시한 단면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 파쇄기 20 : 이송장치
21 : 스크류 30 : 분해반응조
31 : 교반장치 33 : 개구부
35 : 슬라이딩판 40 : 배출수단
41 : 제 1스크류 42 : 조인트
43 : 제 2스크류 44 : 구동모터
45 : 하우징 46 : 배출관
47 : 캡 50 : 필터박스
60 : 공기주입장치 61 : 공기 유입공
62 : 차단판 63 : 송풍팬
65 : 온도계측센서 67 : 히터부
70 : 탈취수단 71 : 개폐밸브
73 : 흡기관 75 : 제 1분기관
77 : 제 2분기관 79 : 배기관
80 : 제 1탈취기 80a : 제 2탈취기
81, 81a : 활성탄소섬유 83, 83a : 히팅코일
90 : 세라믹열선
본 발명에 따른 아밀라아제와 프로테아제를 동시에 생성하여 유기물 분해능이 우수하면서도 우수한 내염성과 내열성을 갖고 있어 지속적인 음식물 쓰레기 처리가 가능할 뿐만 아니라 처리 효율도 우수한 음식물 쓰레기 처리용에 적합한 신규 바실러스 에스피(Bacillssp) GENO-200 균주는 단간균으로서 세포 크기가 1.1 × 3.8㎛ 정도이며, 운동성이 있고, 그람염색에 포지티브 반응을 나타내며, 타원형의 포자를 중앙에 형성하고, 성장 온도범위가 15 ∼ 65℃이며, 염농도 25%까지 생육 가능하고, 카탈라제 양성 및 전분, 카제인 셀룰로오스 분해능이 있으며, 아밀라아제의 역가가 6,000유니트(unit)/ml정도이고, 프로테아제 역가가 4,000유니트/ml 정도인 것으로 특징지워진다.
또한, 본 발명에 따른 음식물 쓰레기 처리방법은 상기 미생물 균주 또는 배양물을 톱밥 등과 같은 우드 칩(wood chip)과 혼합하여 30 ∼ 40℃에서 1 ∼ 5시간 동안 숙성시킨 다음, 탈수되고 파쇄된 음식물 쓰레기를 투입한 후, 1일 동안 배양하고 익일부터 음식물 쓰레기와 상기 미생물 균주 또는 배양물을 첨가하여 연속적으로 처리하여 1달간 음식물 쓰레기를 감량하고 잔량은 유기질 비료 등으로 재사용하는 것으로 특징지워진다.
뿐만 아니라, 상기의 음식물 쓰레기 처리방법에서 바실러스속 에스피(Bacillussp.) GENO-200 균주 이외에 리파아제의 생성능이 우수한 미생물 및 섬유소 분해능이 우수한 미생물을 함께 사용하여 처리하면 음식물 쓰레기의 감량이 더욱 증진된다.
본 발명의 바실러스속 에스피(Bacillussp.) GENO-200 균주는 바닷가에 근접한 토양으로부터 분리된 것이다. 상기 균주를 액체배지에 배양하여 얻은 배양액은 소화 작용을 하는 효소 중에서 아밀라아제와 프로테아제를 높은 역가로 생성하여 음식물 쓰레기의 소화를 촉진시킬 뿐만 아니라 높은 염농도는 물론 고온에서도 성장이 우수하여 음식물 쓰레기의 처리에서 문제가 되는 염농도의 저하를 위한 전처리나 소화가 진행됨에 따른 온도의 상승으로 인한 미생물의 사멸 문제를 해결할 수 있다.
따라서, 본 발명의 균주 또는 그 배양물을 이용하게 되면 음식물 쓰레기를 95% 이상의 감량율이 되도록 용이하게 처리할 수 있게 된다.
본 발명의 음식물 쓰레기 처리 방법에 있어서, 우드 칩으로는 특별히 한정되는 것이 아니고, 입수가 용이한 톱밥을 사용하는 것이 효과적이며, 우드 칩과 바실러스속 에스피(Bacillussp.) GENO-200 균주 또는 배양물은 배양물을 기준으로 우드칩 : 배양물 = 20 ∼ 50 : 1의 비율로 하는 것이 미생물의 숙성은 물론 추후의 음식물 쓰레기 소화에 효과적이었다.
숙성은 바실러스속 에스피(Bacillussp.) GENO-200 균주가 음식물 처리장치에 적응되도록 하기 위한 것으로 30 ∼ 40℃에서 1 ∼ 5시간 동안 행하는 것이 바람직하였다.
음식물 쓰레기는 탈수하고 파쇄된 것을 사용하며, 경우에 따라서 염농도가 너무 높을 경우에는 수세를 하여 사용할 수도 있다.
음식물 쓰레기는 매일 50 ∼ 100㎏씩 투입하며, 100㎏을 초과할 경우에는 처리 효율리 저하되거나 처리 시간이 과다하게 소요되는 문제점이 있으며, 50㎏ 미만으로 투입될 경우에는 미생물의 영양분 고갈로 인하여 미생물의 성장이 만족스럽지 못하여 추후에 음식물 쓰레기의 처리 효율이 저하되는 단점이 있다.
뿐만 아니라, 상기의 음식물 쓰레기 처리방법에서 부가적으로 사용되는 리파아제의 생성능이 우수한 미생물 및 섬유소 분해능이 우수한 미생물은 특별히 한정되는 것은 아니지만 리파아제의 생성능과 탈취능이 우수한 것을 1종 이상 사용할 수 있으며, 본 발명에서는 리파아제의 생성능이 우수한 미생물로는 칸디다 사이린드라세아(Candida CylindraceaATCC 1483), 섬유소 분해능이 우수한 미생물로는 서모비피다 퓨스카(Thermobifida FuscaATCC 27730)을 사용하였다.
본 발명에서 프로테아제와 아밀라아제의 역가는 다음과 같은 방법으로 측정하였다.
※ 프로테아제
0.6% 카제인 용액(카제인 0.6g을 정밀히 달아 0.1N NaOH 용액 20ml에 가열하여 녹이고 식힌 다음, 0.1N 인산을 넣어 pH7.2로 조절하고 물을 넣어 100ml로 한 것) 1ml를 37℃에서 10분간 예열하고, 2,000배로 희석한 배양물 1ml를 넣고 10분간반응시킨 다음, 0.4M 삼염화초산용액(삼염화초산 65.4g을 물에 녹여 1ℓ로 한것) 2㎖를 넣고 25분간 방치한 후, 여액 1㎖, 0.4M 탄산나트륨용액(탄산나트륨(1급) 42.4g을 물에 녹여 1ℓ로 한것) 5㎖, 폴린시액 1㎖를 혼합하여 20분간 방치한 다음에 660nm에서 흡광도 E를 측정한다.
따로, 2,000배로 희석한 배양물 1ml를 정확히 취하여 시험관에 넣고 0.4M 삼염화초산용액 2㎖를 넣어 혼화한 다음, 0.6% 카제인액 1㎖를 넣고 10분 후에 여과한 후, 여액 1㎖로 같은 방법으로 조작하여 흡광도 Eo를 측정한다.
별도로 티로신 표준품을 ㎖당 50㎍로 만든 다음, 이 액 1㎖를 정확히 취하여 배양액과 같이 발색시켜 흡광도 Es를 측정한다.
프로테아제 역가 = (E - Eo)/Es× 50 × 4/10 × 희석배수
※ 아밀라아제 역가
2% 용성전분액(머크(Merck)전분 2g을 소량의 물에 섞고 끓는 물 50㎖에 천천히 넣어 계속 5분간 비등시켜 식힌 다음, pH 5.6의 Mcilvain 완충액 10㎖ 및 물을 넣어 100㎖로 만든 것) 10㎖를 40℃에서 10분 동안 예열한 다음, 25,000배로 희석한 배양물 1㎖를 넣고 30분간 반응시키고, 페링시액(황산동 34.660g을 물에 녹여 500㎖로 한 것) 4㎖를 넣고 직화상에서 5분간 끓이고 유수중에서 냉각한 다음, 30% 알칼리성주석산염(주석산칼륨나트륨 173g 및 수산화나트륨 50g을 달아 물에 녹여 500㎖로 한 것) 2㎖, 25% 황산 2㎖를 넣어 흔든 후, 0.05N 치오황산나트륨액(치오황산나트륨 12.409g을 물에 녹여 1ℓ로 한 것)으로 적정하며, 배양물 대신 물을 사용하여 공시험을 행한다.
아밀라아제 역가 = 1.62 × (공시험치 - 검액의 측정치) × 0.1 × 희석배수 × f(0.05N 치오황산나트륨의 규정도 계수)
본 발명에서 사용한 음식물 쓰레기 처리장치는 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같은 장치를 사용하였다.
즉, 음식물을 투입하기 위해 덮개(4)에 의해 선택적으로 개폐되는 투입구(5)가 형성된 본체(2)를 가지고 상기 본체(2)의 일측에는 제어부(6)가 설치되며, 이 제어부(6)는 본체(2)의 상부 일측에 마련된 조작부(미도시)에 의해 조작된다.
상기 본체(2)에는 투입된 음식물 쓰레기를 절단, 분쇄 및 짓이기는 파쇄기(10)가 내장되어 있고, 상기 파쇄기(10)로부터 분쇄된 음식물 쓰레기를 이송하기 위한 이송장치(20)가 상기 파쇄기(10)의 하부에 설치되어 있다. 상기 이송장치(20)의 내부에는 회전력을 통해 음식물을 이송하기 위해 스크류(21)가 장착되어 있고, 상기 이송장치(20)와 연결되어 이송된 음식물 쓰레기를 수용할 수 있는 분해반응조(30)가 설치되어 있다.
상기 분해반응조(30)에는 내부에 투입된 음식물을 교반시키기 위한 교반장치(31)가 설치되어 있고, 그 하부에는 종방향을 따라 일정 폭을 갖는 개구부(33)가 형성되어 있다.
상기 개구부(33)를 개폐시킬 수 있는 슬라이딩판(35)이 상기 분해반응조(30)의 하부 일측에 설치되어 있으며, 상기 슬라이딩판(35)은 작업자가 수동으로 개폐시킬 수도 있고 자동으로 개폐시킬 수도 있다.
또한, 상기 분해반응조(30)에서 분해 및 소멸 처리된 음식물 쓰레기를 외부로 자동으로 배출하기 위해 상기 분해반응조(30)의 하부에 배출수단(40)이 설치되어 있다.
상기 배출수단(40)은 상기 분해반응조(30)의 하부에 일체로 장착되며 상기 개구부(33)와 연통하는 하우징(45)과 상기 하우징(45)의 일단부에 연결되어 자유자재로 움직일 수 있는 플렉시블 재질로 된 배출관(46)을 구비한다. 상기 하우징(45)의 내부에는 제 1스크류(41)가 분해 및 소멸 처리된 음식물 쓰레기를 배출하기 위해 설치되어 있고, 상기 배출관(46)의 내부에는 제 2스크류(43)가 설치되어 있으며, 상기 제1스크류(41)와 제 2스크류(43)는 조인트(42)에 의해 연결되어 있다.
또한, 구동모터(44)가 상기 하우징(45)의 일측 하부에 설치되어 상기 제 1스크류(41)와 연결됨으로써, 상기 구동모터(44)의 회전에 의해 상기 제 1스크류(41)이 회전하게 된다.
아울러, 음식물 쓰레기를 배출한 후 상기 배출관을 통해 발생하는 악취를 방지하기 위해서 상기 배출관(46)의 개구단부를 개폐시키기 위한 캡(47)이 상기 배출관(46)의 선단에 설치되어 있다.
한편, 상기 분해반응조(30)에는 히터부(미도시)가 설치되어 동절기 또는 차가운 쓰레기가 인입되어 분해반응조(30) 내부의 온도가 급격히 하강하는 경우에 분해반응조(30)를 가열시켜 준다.
상기 분해반응조(30)의 상부 일측에는 분해반응조(30)의 내부로 공기를 유입시키고 유입되는 공기의 온도를 조절하는 공기주입장치(60)가 설치된다. 상기 공기주입장치(60) 내의 하부에는 공기 유입공(61)으로부터 유입되는 공기를 가열하는 히터부(67)가 설치되어 유입 공기의 온도를 조절하고, 그 상부에는 소정의 간격을 두고 유입되는 공기의 흐름을 안내하는 다수의 차단판(62)이 형성되어 공기의 흐름을 안내하고 있으며, 일측에는 온도계측센서(65)가 설치되어 공기주입장치(60)내의 공기 온도를 감지하여 제어하게 된다. 즉, 온도계측센서(65)는 분해반응조(30)내의 온도보다 공기주입장치(60)내의 공기의 온도가 낮은 경우에는 이를 감지하여 히터부(67)를 작동시키게 되는데, 여기에서 히터부(67)는 차단판(62)을 가열하게 되므로 공기 유입로 자체는 열교환기와 같은 효과를 얻게 된다. 이때, 상기 공기유입공(61)의 안쪽에는 별도의 송풍팬(63)이 설치되어 있어 제어부의 명령에 의해 작동하여 외부의 공기를 공기주입장치(60) 내부로 강제로 유입할 수 있게 한다.
상기 분해반응조(30)의 상부에는 악취가스(암모니아가스, 트리메틸아민, 메틸메캅탄, 황화수소, 초산)에 포함된 분진을 여과하는 필터박스(50)가 설치되어 있는데, 상기 필터박스(50)의 내부에는 도시되지는 않았지만 필터와 습도계측센서가 설치되어 있다. 상기 습도계측센서는 배기되는 악취가스의 습도를 감지하여 분해반응조(30) 내부로 유입되는 공기의 양을 조절할 수 있다.
상기 필터박스(50)를 경유하면서 1차로 여과된 악취가스를 최종적으로 여과하고 그 분진을 연소시켜 제거하는 탈취수단(70)이 본체(2) 내부에 설치된다.
상기 탈취수단(70)의 구성을 살펴보면, 상기 필터박스(50)로부터 일차 여과된 악취가스가 흡기관(73)으로부터 제 1분기관(75) 또는 제 2분기관(77)으로 선택적으로 유동하는데, 이는 제어부의 명령에 의해 작동하는 개폐밸브(71)에 의해 이루어진다. 상기 제 1분기관(75)상에는 상기 제 1분기관(75)으로부터 유입된 악취가스를 여과하고 연소시키기 위한 제 1탈취기(80)가 설치되어 있고, 상기 제 2분기관(77)상에는 상기 제 2분기관(77)으로부터 유입된 악취가스를 여과하고 연소시키기 위한 제 2탈취기(80a)가 설치되어 있다. 또한, 상기 제 1 및 제 2 탈취기(80)(80a)에 의해 여과된 배기가스를 재차 연소시키기 위한 세라믹열선(90)이 배기관(79)상에 설치되어 있어, 최종적으로 악취가 거의 발생하지 않는 배기가스가 배기관(79)을 통해 외부로 방출될 수 있는 것이다.
아울러, 상기 제 1탈취기(80)에는 다수의 활성탄소섬유(81)가 상호간에 이격되어 설치되어 있고, 각각의 활성탄소섬유(81)의 하부에는 소정간격을 두고 히팅코일(83)이 설치된다. 마찬가지로, 상기 제 2탈취기(80a)에는 다수의 활성탄소섬유(81a)가 상호간에 이격되어 설치되어 있고, 각각의 활성탄소섬유(81a)의 하부에는 소정간격을 두고 히팅코일(83a)이 설치된다.
상기 활성탄소섬유는 5 ∼ 10Å의 미세공이 형성되어 있으며, 비표면적이 1,000 ∼ 2,000 ㎡/g인 것으로, 흡착력이 활성탄보다 200배 이상이고, 일반 활성탄소 보다 낮은 온도에서 재생이 가능하며, 부직포 타입으로 만들어져 유지관리가 좋은 우수한 물질이다.
이의 작동을 설명하면, 먼저 본체(2)의 외부에 형성된 덮개(4)를 열고 음식물 쓰레기를 투입구(4a)에 투입한다. 투입된 음식물 쓰레기는 파쇄기(10)에 의해 분쇄 및 파쇄되어 이송장치(20)로 이동한다. 음식물 쓰레기는 이송장치(20)의 내부에 장착된 스크류(21)의 회전에 의해 분해반응조(30)로 이송된다.
분해반응조(30)로 이송된 음식물 쓰레기는 교반장치(31)의 회전에 의해 교반되고, 이때 음식물 쓰레기와 미생물이 섞이게 되고 그로 인해 분해작용이 신속하게 이루어진다. 또한, 상기 분해반응조(30)의 내부는 적정한 습도 유지 및 산소공급이 이루어져야 하는데, 이는 공기주입장치(60)에 의해 달성될 수 있다. 즉, 공기주입장치(60)의 송풍팬(63)이 모터(미도시)에 의해 회전하면 공기 유입공(61)을 통해 외부공기가 내부로 강제 유입되고, 유입된 공기는 차단막(62)에 의해 형성된 유로를 따라 이동하여 상기 분해반응조(30)의 내부로 공급되는 것이다.
이때, 온도계측센서(65)가 유입 공기의 온도를 감지하여 설정온도보다 낮으면 히터부(67)를 통해 가열시켜 공급하고, 또한 필터박스(50)에 내장된 습도계측센서(미도시)가 배기가스의 습도를 측정하여 유입되는 공기의 양을 조절하게 된다.
음식물의 분해 및 소멸 처리를 과정 동안에, 발생되는 악취가스는 필터박스(50)를 통해 일차로 여과되고 이송관(미도시)을 통해 탈취수단(70)으로 이동한다.
상기 탈취수단(70)의 흡기관(73)을 통과한 악취가스는 제 1분기관(75)을 경유해 제 1탈취기(80) 내부로 유입된다. 이때, 상기 제 2분기관(77)은 개폐밸브(71)에 의해 폐쇄되어 악취가스가 유입되지 않는다. 유입된 악취가스는 다수의 활성탄소섬유(81)를 통과하면서 분진 등이 여과되는데, 대략 6 ∼ 10시간 정도 여과시킨다. 따라서, 미리 설정된 시간만큼 여과작업을 진행한 후에 제어부에 의해 전원이 공급되어 각각의 히팅코일(83)이 가열되어 상기 각각의 활성탄소섬유(81)에 달라붙은 분진 등의 악취물질을 5 ∼ 20분 동안 350∼500℃로 연소시키며 재생하는 것이다. 이때, 상기 개폐밸브(71)는 제어부의 명령에 의해 제 1분기관(75)을 폐쇄시키고, 제 2분기관(77)을 개방시키게 됨과 동시에 악취가스가 상기 제 2탈취기(80a)로 이동하게 된다.
상기 제 2탈취기(80a)에서의 동작은 상기에 언급된 제 1탈취기(80)의 동작과 동일하다.
아울러, 상기 제 1탈취기(80) 및 상기 제 2탈취기(80a)로부터 여과된 배기가스는 세라믹열선(90)을 통과하면서 재차 연소되어, 마지막으로 남은 악취물질이 제거될 수 있는 것이다. 이때, 세라믹열선(90)의 온도는 약 800∼1100℃가 적당하다.따라서, 최종적으로 악취가 거의 없는 배기가스가 외부로 배출되는 것이다.
또한, 모든 분해 및 소멸 처리가 완료된 음식물 쓰레기는 분해반응조(30)의 하부에 설치된 배출수단(40)에 의해 자동으로 외부로 배출될 수 있다.
즉, 분해반응조(30)의 하부에 설치된 슬라이딩판(35)을 개방시키면, 처리가 완료된 음식물 쓰레기는 상기 분해반응조(30) 하부의 개구부(33)를 통과해 하우징(45)으로 이동한다. 그 상태에서 상기 배출관(46)을 막고 있는 캡(47)을 개방시키고 구동모터(44)를 작동시키면 그 회전력에 의해 제 1스크류(41)가 회전하고 조인트(42)에 의해 연결된 제 2스크류(43)가 회전한다. 상기 제 1스크류(41)와 제 2스크류(43)의 정회전에 의해 음식물 쓰레기는 외부로 배출되게 된다. 이때, 상기 배출관(46)은 플레시블 재질로 된 것으로 자유자재로 움직일 수 있기 때문에, 처리된 음식물 쓰레기를 원하는 저장용기나 저장장소에 담을 수 있다.
한편, 구동모터(44)를 역회전시키면, 상기 제 1스크류(41) 및 제 2스크류(43)가 역회전하면서 하우징(45)과 배출관(46)에 남아 있는 음식물 쓰레기를 상기 분해반응조(30) 안으로 이송시킨다. 이송이 완료되면, 상기 슬라이딩판(35)을 폐쇄시켜 재차 투입되는 음식물 쓰레기를 분해 및 소멸처리하기 위한 준비를 한다.
이하에서는, 본 발명을 실시예에 의하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 하기의 실시예는 본 발명을 설명하기 위하여 제시되는 것이며, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다.
실시예 1 : 본 발명의 미생물 균주의 선별
전라남도 광양의 바닷가 근접 토양으로부터 분리한 균주를 NB 액체배지(육즙 0.3%, 펩톤 0.5%)에 백금이로 1회 접종하고, 37℃에서 5일 동안 진탕배양하였다.
배양액을 대한 약전 기준으로 아밀라아제와 프로테아제의 생성능을 측정하고, 분리 균주들 중에서 아밀라아제와 프로테아제를 가장 높은 역가로 생산하는 균주를 선별하여 동정한 결과, 새로운 바실러스 에스피(Bacillussp.)임을 확인하였다. 이것을 바실러스 에스피 GENO-200(Bacillussp.GENO-200)이라 명명하고, 이 균주를 2001년 4월 30일자로 사단법인한국종균협회의 한국미생물보존센터에 기탁하여 수탁번호(수탁번호:KCCM-10,263)를 부여받았다.
균주의 동정은 Bergey's manual of determinative bacteriology, Microbiological methods, Manual of methods for general bacteriology, Microbiology a laboratory manual, Bergey's manual of systematic bacteriology및 식품공학실험서 등에 수록되어 있는 일반적인 세균동정법과 MIDI방법을 이용하여 행하였다.
본 발명의 바실러스 에스피 GENO-200(Bacillussp.GENO-200) 균주의 동정 결과 및 배양특성을 다음의 표들에 나타내었다.
본 발명 바실러스 에스피 GENO-200 균주의 배양학적 특성
콜로니 형태 부정형
콜로니 표면 매끄러움
콜로니 모서리 거칠음
콜로니 에리베이션 돌출
콜로니 흐림도 불투명면
콜로니 색깔 엷은 크림색
콜로니 광택성 광택
뉴트리언트(Nutrient) 한천 평판 배지에서의 콜로니 형태는 부정형이었고, 색깔은 엷은 크림색이었으며, 표면은 광택이 나면서 매끄러운 상태이었고, 뉴트리언트 액체 배지에서 균체의 생육은 좋았고, 펠리클(pellicle)을 형성하지 않으며, 균체의 침전현상은 나타났다.
본 발명 바실러스 에스피 GENO-200 균주의 형태학적 특성.
형 태 단간균
세포 크기 1.1 × 3.8㎛
운 동 성 +
프라겔라(Flagella) +
포자 형성 +
그람 염색 +
상기 표 2에 기재된 바와 같이, 본 발명의 바실러스 에스피 GENO-200 균주는 단간균이며, 세포 크기가 1.1 × 3.8㎛이고, 운동성이 있고, 그람 염색에 포지티브 반응을 나타내며, 타원형의 포자를 중앙에 형성하였다.
본 발명 바실러스 에스피 GENO-200 균주의 생리학적 특성.
성장 온도 범위 15 ∼ 65℃
성장 pH 범위 4 ∼ 10
성장 NaCl 한계 <25%
카탈라제 +
옥시다제 +
유레아제 +
리파제(트윈 80 하이드로라이시스) +
??-갈락토시다제 +
알기닌 디하이드로라제 -
전분 가수분해 +
카제인 가수분해 +
셀룰로오스 가수분해 +
에스쿨린 가수분해 -
인돌형성 -
TSI 한천배지에서의 H2S 형성 +
슈크로오스로부터 레반 형성 +
펩톤으로부터 NH3형성 -
알기닌으로부터 NH3형성 +
젤라틴 액화 +
사이트레이트 이용 +
메틸레드 테스트 +
질소환원 +
탈질소 +
우유반응 : 응고 -
우유반응 : 펩토니제이션 +
O-F 테스트 발효
티로신 분해 -
페닐알라닌 디아미나제 +
* 상기 표에서 +는 양성을 나타내고, -는 음성을 나타낸다.
상기 표 3에서 나타낸 바와 같이, 본 발명 바실러스 에스피 GENO-200 균주의 생육 온도 범위는 15 ~ 65℃이고, 생육 pH 범위는 4 ~ 10이며, 염농도 25%까지 생육이 가능하다. 그리고, 카탈라제 양성 및 전분, 카제인, 셀룰로오스 분해능이 있었다.
실시예 2 : 본 발명 균주의 대량생산조건 및 쓰레기 처리 효과에 대한 검토
100ml의 삼각 플라스크에 옥수수 전분 4%, 대두박 2%, (NH4)2HPO41%, NaCl0.02%, MgSO40.02%로 구성되는 배지 20ml를 첨가하고, 사면 배양한 분리 균주를 백금이로 1회 접종한 후, pH 6.8 ∼ 7.0, 배양 온도 37℃를 유지하면서 24시간 진탕배양한 균주를 종균으로 사용하였으며, 상기 배지 20ml에 종균 배양액 1.0%(v/v)씩 접종하고 진탕배양하면서, 24시간 간격으로 배양액을 취하여 아밀라아제와 프로테아제의 역가를 대한 약전 기준으로 측정한 결과, 배양 36시간 경과시의 아밀라아제는 6,000 유니트/ml, 프로테아제는 4,000유니트/ml 정도의 역가를 나타내었다.
배양물을 동결 건조한 다음, 동결 건조된 배양액 2㎏과 톱밥 60㎏을 발명의 상세한 설명에 기재된 음식물 쓰레기 처리 장치에 투입하여 35℃에서 3시간 동안 숙성시킨 다음, 음식점에서 수거하여 탈수하고 파쇄한 음식물 쓰레기 70㎏을 투입하여 1일 동안 처리하였다.
1일 후부터는 매일 음식물 쓰레기 70㎏과 미생물 및 배양액을 탈지분유(10%)와 함께 동결건조한 것 100g을 함께 투입하여 30일 동안 처리한 결과, 음식물 쓰레기의 감량율이 89%이었다.
실시예 3 : 혼합 균주에 의한 음식물 쓰레기 처리 효율에 대한 검토
실시예 2와 동일한 방법을 사용하되 미생물로서 바실러스 에스피 GENO-200(Bacillussp.GENO-200), 리파아제 생성능이 우수한 세균으로서 칸디다 사이린드라세아(Candida CylindraceaATCC 1483), 섬유소 분해능이 우수한 미생물로는 서모비피다 퓨스카(Thermobifida FuscaATCC 27730)을 사용하였다.
리파아제 생성능이 우수한 세균 칸디다 사이린드라세아(Candida CylindraceaATCC 1483), 섬유소 분해능이 우수한 미생물 서모비피다 퓨스카(Thermobifida FuscaATCC 27730)는 공시 방법에 따라 즉, 칸디다 사이린드라세아는 증류수 1ℓ당 글루코오스 40g, 펩톤 5g, 이스트 추출물 5g이 첨가된 배지에서 pH 5.0, 배양온도 25℃, 호기적으로 36 ∼ 42시간 동안 배양하고, 서모비피다 퓨스카는 증류수 1ℓ당 트립토판 3.0g, 이스트 추출물 50g, 글루코오스 3g, K2HPO41g이 첨가된 배지에서 pH 7.4, 배양온도 37℃, 호기적으로 48 ∼ 72시간 동안 배양하고 동결 건조하여 사용하였으며, 생균수가 108cfu/g으로 하였을 때 6 : 2 : 2의 비율로 혼합하여 사용한 결과, 음식물 쓰레기의 감량율이 98%이었다.
실시예 4 : 경구독성시험
7 ∼ 8 주령의 특정 병원체 부재(specific pathogens free) ICR 마우스로서 체중 25 ∼ 29g의 암컷 6마리와 체중 34 ∼ 38g의 수컷6마리를 온도 22 ± 1℃, 습도 55 ± 5%, 조명 12L/12D의 동물실내에서 사육하였다. 마우스는 실험에 사용되기 전 1주일 정도 순화시켰다. 실험동물용 사료((주)제일제당, 마우스 및 랫드용) 및 음수는 멸균한 후 공급하였으며 자유섭취시켰다.
실시예 4에서 얻은 균주의 배양 상등액을 마우스 체중 20g 당 0.2㎖씩 경구투여하였다. 시료는 1회 경구 투여하였으며, 투여 후 10일 동안 다음과 같이 부작용 또는 치사 여부를 관찰하였다. 즉, 투여당일은 투여 후 1시간, 4시간, 8시간, 12시간 뒤에, 그리고 투여 익일부터 10일째까지는 매일 오전, 오후 1회 이상씩 일반증상의 변화 및 사망동물의 유무를 관찰하였다. 또한, 투여 10일째에 동물을 치사시켜 해부한 후 육안으로 내부 장기를 검사하였다. 투여당일부터 1일 간격으로 체중의 변화를 측정하여 약물에 의한 동물의 체중 감소 현상을 관찰하였다.
본 실험은 본 발명 균주의 배양 상등액에 대하여 경구경로에서의 급성독성의 정도를 파악함으로써 독성에 대한 기초 자료를 도출함을 목적으로 실시하여 아래와 같은 결과를 얻었다.
급성 경구독성의 경우는 본 발명 균주 배양 상등액 1,000㎎/kg의 투여량에서 10일동안 치사동물이 관찰되지 않았다. 10일 후 생존동물에 대한 부검을 실시한 바, 특별한 병변 육안 소견이 없었으며, 투여 익일부터 10일간 어떠한 체중의 감소 없이 정상적인 체중의 증가가 관찰되었다.
결론적으로, 본 발명 균주 배양 상등액은 상기의 농도로 경구투여시 독성이 관찰되지 않았다.
상술한 바와 같이 본 발명에서는 미생물 균주 또는 배양물을 톱밥 등과 같은 우드 칩(wood chip)과 혼합하여 30 ∼ 40℃에서 1 ∼ 5시간 동안 숙성시킨 다음, 탈수되고 파쇄된 음식물 쓰레기를 투입한 후, 1야간 배양하고 익일부터 음식물 쓰레기와 상기 미생물 균주 또는 배양물을 첨가하여 연속적으로 처리하여 1달간 음식물 쓰레기를 감량하고 잔량은 유기질 비료 등으로 재사용하므로서 음식물 쓰레기를 용이하게 처리할 수 있었다.

Claims (5)

  1. 단간균으로서 세포 크기가 1.1 × 3.8㎛ 정도이며, 운동성이 있고, 그람염색에 포지티브 반응을 나타내며, 타원형의 포자를 중앙에 형성하고, 성장 온도범위가 15 ∼ 65℃이며, 염농도 25%까지 생육 가능하고, 카탈라제 양성 및 전분, 카제인 셀룰로오스 분해능이 있으며, 아밀라아제의 역가가 6,000유니트(unit)/ml정도이고, 프로테아제 역가가 4,000유니트/ml 정도인 것을 특징으로 하는 바실러스 에스피 GENO-200(Bacillussp.GENO-200, 미생물 수탁번호 : KCCM-10,263) 균주.
  2. 우드 칩(wood chip)과 바실러스 에스피 GENO-200(Bacillussp.GENO-200, 미생물 수탁번호 : KCCM-10,263) 균주 또는 이의 배양물은 배양물을 기준으로 우드칩 : 배양물 = 20 ∼ 50 : 1의 비율로 혼합하여 30 ∼ 40℃에서 1 ∼ 5시간 동안 숙성시킨 다음, 탈수되어 파쇄된 음식물 쓰레기를 투입한 후, 1일 동안 배양하고 익일부터 음식물 쓰레기와 상기 미생물 균주 또는 배양물을 첨가하여 연속적으로 처리하여 1달간 음식물 쓰레기를 감량하고 잔량은 유기질 비료로 재사용하는 것을 특징으로 하는 음식물 쓰레기의 처리방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 리파아제의 생성능이 우수한 미생물로써 칸디다 사이린드라세아(Candida CylindraceaATCC 1483) 및 섬유소 분해능이 우수한 미생물로써 서모비피다 퓨스카(Thermobifida FuscaATCC 27730)를 함께 사용하는 것을 특징으로 하는 음식물 쓰레기의 처리방법.
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