KR100478470B1 - 고농도 유기물 폐수 처리용 미생물 처리제 및 그 제조 방법 - Google Patents

고농도 유기물 폐수 처리용 미생물 처리제 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 바실러스 종 에이아이브이19(Bacillus sp. AIV19, KCCM 10334), 바실러스 종 엘씨09(Bacillus sp. LC 09, KCCM 10335), 브레뷴도모나스 종 피비07(기탁번호 KCCM 10336), 바실러스 서브틸러스(Bacillus subtilis, KCTC 2210), 바실러스 종(Bacillus sp., KCTC 1730), 그리고 광합성 세균인 로도박터 캡슐라투스(Rhodobacter capsulatus, KCTC 2583) 균주가 혼합되어 이루어진 것을 특징으로 하는 식품 폐수 또는 고농도 유기물 폐수 처리용 미생물 처리제에 대한 것이다. 본 미생물 처리제를 이용하여 폐수를 처리하면 여러 종류의 기질을 경제적이고 효율적으로 분해할 수 있을 뿐만 아니라, 유, 무기 물질과 최종 침전조에서 슬러지의 침강도를 개선시킬 수 있다.

Description

고농도 유기물 폐수 처리용 미생물 처리제 및 그 제조 방법{High concentration organic waste water purifying microorganism agent and its production method}
본 발명은 폐수 처리용 미생물 제조 방법 및 그 제조 방법에 의해 제조된 폐수 처리용 미생물 처리제에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 폐수 처리장의 활성 슬러지 내에 존재하는 미생물 중 효소 활성이 뛰어난 것만을 선별하고 여기에 기타 유, 무기물질을 혼합하여 미생물 처리제를 제조하는 방법 및 이 방법을 통하여 제조된 폐수 처리용 미생물 처리제에 관한 것이다.
생물학적 폐수 처리의 원리는 폐수 내에 존재하는 유기물질을 미생물이 이용하여 무기 물질로 전환시키는 것으로 그 과정은 폐수 중의 영양 물질(유기 물질)과 미생물 세포의 접촉에 의해 흡착되는 단계, 흡착된 영양물질을 미생물이 각종 효소에 의해 분해하며 일부는 세포로 합성되는 단계, 또 미생물 세포를 침강성이 양호한 플럭(flock)으로 만들어 침전시키는 단계 등으로 구성된다. 상기 각 단계에서 중요한 것은 응집성, 증식성, 분해성, 침강성을 높이는 것이다. 이를 위해서는 응집능력이 우수하며 각종 유기 물질의 분해 능력과 증식성이 좋은 미생물을 선택하여 사용하는 것이며 이 미생물을 확대 배양하고 보존 능력을 향상시키는 것이 필수적인 요소이다.
그런데 종래의 미생물 제제는 적절치 못한 미생물과 영양원의 불균형등으로 인하여 플럭의 형성이 불량하고 유기물의 분해 속도가 느려 BOD(생물화학적 산소요구량) 및 COD(화학적 산소요구량)의 감소 시간이 길며, 특히 질소/인의 불균형 시에는 폭기조 과부하 상태에서 오니의 해체 현상까지 발생하게 되어 폐수처리 능력이 크게 떨어지는 경향이 있었다.
폐수의 처리 효율을 높이고, 동일 처리시설 규모에서도 처리 공정의 효율을 높게 유지하기 위해서는 폐수 내에 존재하는 여러 종류의 기질을 분해하는 다양하고 우수한 대사 활성을 가진 광범위한 미생물군의 복합적인 활동이 있어야 한다. 그러나, 이러한 기능을 수행하기 위해서는 처리 공정 상에서 발생하는 자연 발생적인 미생물이나 슬러지만으로는 여러 가지 복합적인 기질을 포함하고 있는 폐수를 처리하기에는 역부족이다.
그러므로, 이러한 결점을 보완하기 위해 우수한 기질 분해 능력을 갖는 미생물군을 선택하고, 이 미생물군으로 이루어져 있는 미생물 처리제를 사용하는 경우 보다 경제적이고 효율적으로 폐수를 처리할 수 있다. 이러한 점에서 새로운 미생물 처리제의 개발 필요성과 중요성은 크다고 할 수 있다.
이러한 중요성과 필요성을 반영하여 현재 많은 종류의 미생물 처리제가 상품화되어 판매되고 있으며 보다 나은 제품을 위한 개발과 연구도 계속적으로 수행되고 있다. 미생물 처리제 제조 방법에 관하여서는 한국특허공개 출원번호 10-1998-0001245(발명의 명칭 : 폐수 처리용 미생물 및 미생물 제제), 출원번호 특1992-0026349(발명의 명칭 : 폐수 처리 미생물제의 제조 방법), 출원번호 10-1997-0051254(발명의 명칭 : 폭기조 내의 미생물을 이용한 오, 폐수 처리용 미생물 처리제 및 그 제조 방법) 등에 기재되어 있다.
본 발명의 목적은 기질 분해 능력이 뛰어난 미생물을 분리하여 폐수 내 유기물 제거 능력이 우수한 고효율의 미생물 처리제를 제조함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 미생물 처리제를 제조함에 있어 침강성 향상과 생태계에 악영향을 주지 않는 유, 무기물질을 이용하여 자연 친화적이면서 경제적인 미생물 처리제 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 상기 미생물 처리제을 이용한 고농도 유기 폐수의 처리 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 목적으로 달성하기 위하여, 호기성 조건에서 성장성이 우수하고 폐수의 처리 능력이 우수한 미생물 바실러스 종 에이아이브이19(Bacillus sp. AIV19, KCCM 10334), 바실러스 종 엘씨09(Bacillus sp. LC 09, KCCM 10335), 브레뷴도모나스 종 피비07(기탁번호 KCCM 10336), 바실러스 서브틸러스(Bacillus subtilis, KCTC 2210), 바실러스 종(Bacillus sp., KCTC 1730), 그리고 광합성 세균인 로도박터 캡슐라투스(Rhodobacter capsulatus, KCTC 2583) 균주가 혼합되어 이루어진 것을 특징으로 하는 식품 폐수 및 고농도 유기물 폐수 처리용 미생물 처리제를 제공한다.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여 상기 미생물을 이용하여, 미생물들을 LB배지 및 광합성 세균용 배지에 전 배양하는 단계;
상기 미생물들을 50mM 인산완충용액 10-30g, 포도당 2-50g, 황산암모늄 2-5g, 전분 3-10g, 펩톤 3-20g, 글리세롤 0.5-5g, 오일 1-3g, 계면활성제 0.5-3g을 1ℓ 증류수에 혼합하여 멸균 후 미량원소 10g, 비타민 0.2-2g을 첨가해 제조하는 단계;
상기 액상 조성물을 광합성 세균인 로도박터 캡슐라투스(Rhodobacter capsulatus, KCTC 2583)를 포함하고 있는 배양액을 1:2~3:1의 부피비로 혼합하는 단계를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 액상 미생물 처리제 제조 방법을 제공한다. 상기에서 광합성 세균인 로도박터 캡슐라투스 KCTC 2583와의 혼합비는 5:3인 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여 바실러스 종 에이아이브이19(Bacillus sp. AIV19, KCCM 10334), 바실러스 종 엘씨09(Bacillus sp. LC 09, KCCM 10335), 브레뷴도모나스 종 피비07(기탁번호 KCCM 10336), 바실러스 서브틸러스(Bacillus subtilis, KCTC 2210), 바실러스 종(Bacillus sp., KCTC 1730) 미생물이 들어 있는 일반 미생물 배양액 100-300㎖과 광합성 세균 배양액 100-200㎖을 증류수 50-300㎖과 혼합하는 단계;
상기 혼합된 배양액에 글리세롤 20-50g, 넣고 섞어 주는 단계;
상기에 왕겨 150-800g과 제올라이트 50-300g 및 실리카 50-200g을 넣는 단계; 및
상기 조성물을 25~30℃로 1일간 원통회전 혼합배양기에서 숙성 배양하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고상 처리제 제조 방법을 제공한다.
상기 고상 처리제 제조 방법에 있어서, 상기 혼합된 배양액에 키토산 10-70g을 넣고 잘 섞어 주는 단계를 더 포함할 수 있으며, 상기 혼합된 배양액에 사포닌 10-80mg을 넣고 잘 섞어 주는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또다른 목적을 달성하기 위하여, 유기 폐수를 폐수 처리조에 도입하는 단계;
상기 폐수 처리조에 상기 미생물 처리제를 접종하는 단계;
상기 미생물이 접종된 폐수를 교반 배양기에서 반응시키는 단계를 포함하는 상기 미생물 처리제를 이용한 유기물 함유 폐수의 처리 방법을 제공한다. 상기, 폐수 처리 방법에서 상기 유기물 함유 폐수의 COD가 100 ~ 4000 ppm인 것이 바람직하다.
이하, 본 발명의 식품 폐수 및 고농도 유기물 폐수 처리용 미생물 처리제에 대해 상세히 설명한다.
미생물 처리제를 제조하기 위해서는 최우선적으로 미생물의 분리 및 선별하는 단계를 거친다. 기본적으로 식품 폐수 내 존재하는 유기물의 대부분이 탄수화물과 지방, 단백질 성분이라는 점을 감안해 이 물질들을 주성분으로 하여 식품을 제조하는 공장인 서울과 경기도 지역의 전분 가공, 식용유 가공, 육류 가공 공장을 중심으로 폐수 처리장 반송 오니에서 시료를 채취하였으며, 또한 제지 공장의 반송 오니와 경기 지역의 논, 밭 등지의 토양에서 샘플을 채취하였다.
채취한 각각의 시료는 멸균 생리 식염수(0.85% 염화나트륨 용액)에 연속 희석한 후 전분 가공 공장의 시료는 아밀라제 고체배지에, 식용유 가공 공장의 시료는 리파제 고체 배지에, 육류 가공 공장의 시료는 프로테아제 고체 배지, 제지 공장의 시료는 셀루라제 고체 배지에 도말하여 24시간 동안 30℃ 인큐베이터에서 배양시켰다.
배양 후 배지 상에서 우수한 성장을 보이는 미생물들의 단일 군락을 분리한 후 해당 효소의 활성도 실험과 합성 폐수 유기물 제거능 실험을 거쳐 최종적으로 바실러스 종 에이아이브이19(Bacillus sp. AIV19, KCCM 10334), 바실러스 종 엘씨09(Bacillus sp. LC 09, KCCM 10335), 브레뷴도모나스 종 피비07(기탁번호 KCCM 10336)등을 선별하였다.
이하, 상기 3종의 미생물이 식품 폐수 및 고농도 유기물 폐수 처리에 각각 어떤 역할을 할 수 있는지 상세하게 기술한다.
본 발명에 따른 미생물 바실러스 종 에이아이브이19(Bacillus sp. AIV19, KCCM 10334)의 특성은 표1 및 표2 에 기재되어 있다.
바실러스 종 에이아이브이19(Bacillus sp. AIV19, KCCM 10334)의 형태 및 배양 특성
항목 특성
그람염색 +
모양 간균
바실러스 종 에이아이브이19(Bacillus sp. AIV19, KCCM 10334)의 유기물 이용 능력
항목 특성
글리세롤 +
에리쓰리톨(erithritol) -
D-아라비노스 -
L-아라비노스 +
리보스 +
D-자일로스 -
L-자일로스 -
아도니톨 -
베타메틸자일로시드 -
갈락토스 -
D-글루코스 +
D-프럭토스 +
D-마노스 +
L-소르보스 -
람노스(rhamnose) -
둘시톨 -
이노시톨 +
만니톨 +
솔비톨 +
알파메틸디만노시드 -
알파메틸디글루코시드 +
n-아세틸글루코사민 -
아미그달린(amygdaline) -
알부틴 -
에스큘린 +
살리신 -
셀로비오스 -
말토스 +
락토스 -
멜리비오스 +
사카로스 +
트레할로스 +
이눌린 +
멜레지토스 -
D-라피노스 -
아미돈 +
글리코겐 -
자일리톨 -
베타젠티오비오스 -
D-투라노스 -
D-라이속스 -
D-타가토스 -
D-푸코스 -
L-푸코스 -
D-아라비톨 -
L-아라비톨 -
글루코네이트 -
2-세토글루코네이트 -
5-세토글루코네이트 -
본 발명의 발명자들은 바실러스 종 에이아이브이19(Bacillus sp. AIV19, KCCM 10334)의 아밀라제 효소 활성 및 전분 함유 폐수의 처리 효능을 알아보고자 우선적으로 합성 폐수를 제조하여 처리 실험을 실시 하였다.
전분 함유 합성 폐수의 조성은 포도당 2g/L, 인산 완충 용액 50mM, 효모 추출물 10mg/L, 염화나트륨 0.1g/L, 황산암모늄 10g/L, 황산마그네슘 0.2g/L, 염화철 5mg/L, 염화칼슘 50mg/L을 기본으로 하고 전분 3g/L을 첨가한 조성으로 최종적으로 COD 2500ppm으로 조정한 후 멸균기에서 120 로 15분 동안 멸균하여 사용하였다.
이렇게 제조된 합성 폐수를 100ml 삼각플라스크에 50ml씩 넣고 상기의 원심 분리기에서 회수한 균체를 현탁한 후 합성 폐수 부피의 1%씩 접종하였다. 접종한 후 진탕회전 배양기에서 30 ℃로 3일 동안 배양하면서 일정량의 배양액을 무균적으로 채취하여 적당량 희석한 후 원심 분리기에서 처리한 상등액의 COD를 측정하여 균주를 접종한 폐수와 그렇지 않은 폐수의 유기물량을 비교하였으며, 그 결과는 표 3에 있다.
그 결과 바실러스 종 에이아이브이19(Bacillus sp. AIV19, KCCM 10334)를 접종한 폐수의 경우 반응 전 COD 2500ppm에서 3일 반응 후 COD 537.5ppm으로 COD 제거율이 약 80%정도인 것으로 나타났으며, 따라서 바실러스 종 에이아이브이19(Bacillus sp. AIV19, KCCM 10334) 미생물이 COD 2500ppm으로 조정된 전분 함유 합성 폐수에 대해 처리 능력이 우수한 것으로 판명되었다.
바실러스 종 에이아이브이19(Bacillus sp. AIV19, KCCM 10334)의 전분 합성 폐수의 유기물 제거율
반응일 COD(ppm) 제거율(%)
반응전 2,500 -
1일 762 70
2일 625 75
3일 537 79
본 발명에 따른 미생물 바실러스 종 엘씨09(Bacillus sp. LC 09, KCCM 10335)의 특성은 표4 및 표5 에 기재되어 있다.
바실러스 종 엘씨09(Bacillus sp. LC 09, KCCM 10335)의 형태 및 배양 특성
항목 특성
그람염색 +
모양 간균
바실러스 종 엘씨09(Bacillus sp. LC 09, KCCM 10335)의 유기물 이용 능력
항목 특성
글리세롤 +
에리쓰리톨(erithritol) -
디-아라비노스 -
엘-아라비노스 +
리보스 +
디-자일로스 -
엘-자일로스 -
아도니톨 -
베타메틸자일로시드 -
갈락토스 -
디-글루코스 +
디-프럭토스 +
디-마노스 +
엘-소르보스 -
람노스(rhamnose) -
둘시톨 -
이노시톨 +
만니톨 +
솔비톨 +
알파-메틸디만노시드 -
알파-메틸디글루코시드 -
n-아세틸글루코사민 -
아미그달린(amygdaline) -
알부틴 -
에스큘린 +
살리신 -
셀로비오스 -
말토스 +
락토스 -
멜리비오스 -
사카로스 +
트레할로스 +
이눌린 +
멜레지토스 -
디-라피노스 -
아미돈 -
글리코겐 -
자일리톨 -
베타-젠티오비오스 -
디-투라노스 -
디-라이속스 -
디-타가토스 -
디-푸코스 -
엘-푸코스 -
디-아라비톨 -
엘-아라비톨 -
글루코네이트 -
2-세토-글루코네이트 -
본 발명의 발명자들은 바실러스 종 엘씨09(Bacillus sp. LC 09, KCCM 10335)의 리파아제 효소 활성 및 지방 함유 폐수의 처리 효능을 알아보고자 우선적으로 합성 폐수를 제조하여 처리 실험을 실시 하였다.
원심 분리기에서 회수한 균체를 멸균증류수에 현탁한 후 COD 2000ppm으로 조정한 지방 함유 합성 폐수에 1부피%씩 접종하였다. 접종한 후 진탕회전 배양기에서 30℃로 배양하면서 일정량의 배양액을 무균적으로 채취하여 적당량 희석한 후 원심 분리기에서 처리한 상등액의 COD를 측정하여 각 폐수에 대한 미생물의 유기물 처리 능력을 판정하였다.
지방 함유 합성 폐수의 조성은 포도당 2g/L, 인산완충용액 50mM, 효모추출물 10mg/L, 염화나트륨 0.1g/L, 황산암모늄 10g/L, 황산마그네슘 0.2g/L, 염화철 5mg/L, 염화칼슘 50mg/L을 기본으로 하고 글리세롤 3g/L, 올레익산 3g/L, 미강유 3g/L, 터지톨 3g/L을 첨가한 조성으로 최종적으로 COD 2000ppm으로 조정한 후 멸균기에서 120℃로 15분 동안 멸균하여 사용하였다.
이렇게 제조된 합성 폐수를 100ml 삼각플라스크에 50ml씩 넣고 상기의 원심 분리기에서 회수한 균체를 현탁한 후 합성 폐수 1부피%씩 접종하였다. 접종한 후 진탕회전 배양기에서 30℃로 5일 동안 배양하면서 일정량의 배양액을 무균적으로 채취하여 적당량 희석한 후 원심 분리기에서 처리한 상등액의 COD를 측정하여 균주를 접종한 폐수와 그렇지 않은 폐수의 유기물량을 비교하였으며, 그 결과는 표 6에 있다.
그 결과 바실러스 종 엘씨09(Bacillus sp. LC 09, KCCM 10335)를 접종한 폐수의 경우 반응 전 COD 2000ppm에서 5일 반응 후 COD 764ppm으로 COD 제거율이 약 62% 정도인 것으로 나타났으며, 따라서 바실러스 종 엘씨09(Bacillus sp. LC 09, KCCM 10335) 미생물이 COD 2000ppm으로 조정된 지방 함유 합성 폐수에 대해 처리 능력이 우수한 것으로 판명되었다.
바실러스 종 엘씨09(Bacillus sp. LC 09, KCCM 10335)의 합성 폐수의 유기물제거율
반응일 COD(ppm) 제거율(%)
반응전 2,000 -
1일 1,430 29
2일 1,200 40
5일 754 62
본 발명에 따른 미생물 브레뷴도모나스 종 피비07(기탁번호 KCCM 10336)의 특성은 표7, 표8 및 표9에 기재되어 있다.
브레뷴도모나스 종 피비07(기탁번호 KCCM 10336)의 형태 및 배양 특성
항목 특성
그람염색 -
모양 구간균
브레뷴도모나스 종 피비07(기탁번호 KCCM 10336)의 생리 및 생화학적 특성
항목 특성
질산염을 아질산으로 환원 +
아질산염을 질소로 환원 -
트립토판 이용(인돌 생성) -
글루코스 이용(산화) -
아르기닌 이용(아르기닌 디하이드롤레이즈 생산) -
우레아 이용(우레이즈 생산) -
에스큘린 이용(에스큘린 가수분해) +
젤라틴 이용(젤라틴 가수분해) -
피엔피지(피-니트로페닐-베타-디갈락토피라노시드)이용(베타-칼락토시다제 생산) +
옥시다제(시토크롬 옥시다제 생산) +
브레뷴도모나스 종 피비07(기탁번호 KCCM 10336)의 유기물 이용 능력
항목 특성
글루코스 +
아라비노스 -
만노스 -
만니톨 -
엔-아세틸-클루코사민 -
말토스 +
글루코네이트 -
카프레이트 -
애디페이트 -
말레이트 +
시트레이트 -
페닐아세테이트 +
본 발명의 발명자들은 브레뷴도모나스 종 피비07(기탁번호 KCCM 10336)의 단백질 함유 폐수의 처리 효능을 알아보고자 우선적으로 합성 폐수를 제조하여 처리 실험을 실시 하였다.
단백질 함유 합성 폐수의 조성은 포도당 2g/L, 인산완충용액 50mM, 효모추출물 10mg/L, 염화나트륨 0.1g/L, 황산암모늄 10g/L, 황산마그네슘 0.2g/L, 염화철 5mg/L, 염화칼슘 50mg/L을 기본으로 하고 펩톤 3g/L, 트립톤 3g/L을 첨가한 조성으로 최종적으로 COD 1600ppm으로 조정한 후 멸균기에서 120℃로 15분 동안 멸균하여 사용하였다.
이렇게 제조된 합성 폐수를 100ml 삼각플라스크에 50ml씩 넣고 원심 분리기에서 회수한 균체를 현탁한 후 합성 폐수 부피의 1%씩 접종하였다. 접종한 후 진탕회전 배양기에서 30℃로 3일 동안 배양하면서 일정량의 배양액을 무균적으로 채취하여 적당량 희석한 후 원심 분리기에서 처리한 상등액의 COD를 측정하여 균주를 접종한 폐수와 그렇지 않은 폐수의 유기물량을 비교하였고, 그 결과는 표 10에 나타나 있다.
그 결과 브레뷴도모나스 종 피비07(기탁번호 KCCM 10336)을 접종한 폐수의 경우 반응 전 COD 1600ppm에서 3일 반응 후 COD 248ppm으로 COD 제거율이 약 85%정도인 것으로 나타났으며, 따라서 브레뷴도모나스 종 피비07(기탁번호 KCCM 10336) 미생물이 COD 1600ppm으로 조정된 단백질 함유 합성 폐수에 대해 처리 능력이 우수한 것으로 판명되었다.
브레뷴도모나스 종 피비07(기탁번호 KCCM 10336)합성 폐수의 유기물 제거율
반응일 COD(ppm) 제거율(%)
반응전 1,600
1일 883 45
2일 312 81
3일 248 85
본 발명의 미생물 처리제는 상기 3종의 균주인 바실러스 종 에이아이브이19(Bacillus sp. AIV19, KCCM 10334), 바실러스 종 엘씨09(Bacillus sp. LC 09, KCCM 10335), 브레뷴도모나스 종 피비07(기탁번호 KCCM 10336) 및 바실러스 서브틸러스(Bacillus subtilis, KCTC 2210), 바실러스 종(Bacillus sp., KCTC 1730), 그리고 광합성 세균인 로도박터 캡슐라투스(Rhodobacter capsulatus, KCTC 2583)을 첨가하여 제조하였다.
이하, 본 발명의 미생물 처리제를 포함하는 액상 조성물 제조 방법을 제공한다.
광합성 세균을 제외한 상기 바실러스 종 에이아이브이19(Bacillus sp. AIV19, KCCM 10334), 바실러스 종 엘씨09(Bacillus sp. LC 09, KCCM 10335), 브레뷴도모나스 종 피비07(기탁번호 KCCM 10336)에 바실러스 서브틸러스(Bacillus subtilis, KCTC 2210), 바실러스 종(Bacillus sp., KCTC 1730)의 미생물들을 각각 LB배지 5㎖에 접종한 후 회전 배양기에서 30℃로 24시간 동안 배양시킨다. 광합성 세균은 광합성 세균용 액체 배지 5㎖에 백열 전구로 빛 조건을 넣어 주고 나머지는 같은 조건으로 배양시킨다.
상기 전배양이 끝나면 최소배지 500㎖에 위의 전배양액 5㎖을 모두 혼합 접종시켜 다시 회전 배양기에서 30℃로 24시간 동안 배양시킨다. 최소배지의 성분은 50mM 인산완충용액 10-30g, 포도당 2-50g, 황산암모늄 2-5g, 전분 3-10g, 펩톤 3-20g, 글리세롤 0.5-5g, 오일 1-3g 및/또는 계면활성제 0.5-3g을 1ℓ 증류수에 혼합한 것일 수 있으며, 이를 다시 멸균 후 미량원소 5-15g 및/또는 비타민 0.2-2g을 첨가해 상기 미생물을 포함하는 액상 조성물을 제조할 수 있다.
광합성 세균은 광합성 세균용 액체 배지 500㎖에 백색 광원을 공급하고 회전 배양기에서 30℃로 48시간 동안 배양시킨다. 광합성 세균용 배지는 효모 추출물 1-2g, 에탄올 0.5-2g, 숙신산 1-3g, 시트릭산(0.1%) 5-20g, 제1인산칼륨 0.5-4g, 황산마그네슘 0.4-2g, 염화나트륨 0.4-1.5g, 염화암모늄 0.2-2.4g, 염화칼슘 0.05-0.23g 및/또는 미량원소 1-5g을 1ℓ 증류수에 넣어 멸균한 것을 사용할 수 있다.
키토산은 유, 무기물질에 대한 흡착력이 강하여 실리카와 함께 침전조에서 슬러지와 기타 유, 무기물질들의 침강도를 높여 주는 기능을 수행한다. 사포닌은 비이온 활성제로서 미생물의 발육에 있어서 미생물 막의 최적 표면 장력을 조절하여 영양소와 세포 대사 노폐물과의 교환이 미생물의 세포막을 통하여 쉽게 이루어질 수 있도록 도와주는 기능을 수행한다. 따라서 사포닌을 미생물 처리제에 첨가함으로써 미생물의 증식 및 대사 작용을 증진시키는 효과를 얻을 수 있다.
왕겨는 미생물 흡착 및 성장 기질, 수분 조절을 하며, 비타민와 미량 원소는 미생물 성장 보조 기능을 도와 처리제 활성증진에 도움이 된다. 또한, 무기질인 제올라이트는 미생물 물질대사촉진, 악취제거에 효과가 있고 실리카는 미생물 흡착, 고정, 플럭 형성에 도와 침강능을 향상시킨다.
상기 고농도의 미생물 배양액 100-300㎖과 상기 광합성 세균 배양액 100-200㎖을 증류수 50-300㎖과 혼합하여 액상 조성물을 제조한다. 상기, 액상 조성물에는 키토산 10-70g과 글리세롤 20-50g, 및/또는 사포닌 10-80mg 등이 첨가될 수 있다. 이때, 바람직하게는 상기 미생물 배양액과 광합성 세균 배양액의 부피비는 5:3이 되는 것이 좋다.
상기 액상 조성물에 왕겨 150-800g과 제올라이트 50-300g 그리고 실리카 50-200g을 넣고 25~30℃로 1일간 원통 회전 혼합배양기에서 숙성 배양하여 고상 미생물 처리제를 제조할 수 있다. 상기 고상 미생물 처리제는 혼합 배양 후 30℃ 순환 배양기에서 건조하여 제조할 수 있다.
액상 미생물 처리제는 왕겨를 제외한 상기 고상 미생물 처리제와 동일한 성분으로 제조할 수 있다.액상 미생물 처리제는 상기 미생물 배양액 10-30g, 광합성 세균 배양액 10-40g, 증류수 10-30g, 효모추출물 1-5g, 글리세롤 1-8g, 키토산 3-7g, 실리카 5-10g 및 사포닌 0.3-3g을 증류수 200㎖에 혼합하여 제조할 수 있다.
상기 미생물 처리제의 제조 방법에 따라 제조된 미생물 처리제의 실제 폐수 처리 효능을 알아보고자 하기와 같은 실험을 수행하였다. 이하 본 실시예에 의거하여 본 발명을 설명하며, 본 발명이 다음의 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
실시예 1
본 발명에 의해 제조된 미생물 처리제 내의 총균체수와 효소 활성 측정하였다. 본 발명에 의해 제조된 미생물 처리제와 현재 시판 중에 있는 타사 제품을 비교하기 위해 처리제 내의 총균체수와 효소 활성을 각각 측정해 보았다. 총균체수는 각 미생물 처리제를 멸균수에 희석하여 10-6~10-10까지의 시료 100㎕을 NA배지에 도말하고 30℃로 24시간 동안 배양한 후 자란 콜로니의 수를 측정하였다. 효소 활성은 아밀라제, 리파아제, 프로테아제 3종류의 효소에 대해 실시하였으며 각 효소의 액체 배지에 처리제를 접종하고 30℃로 24시간 동안 배양시킨 후 배양액의 상등액만을 얻어 각 효소에 해당하는 활성도 측정 실험을 실시하였다. 결과는 표 1에 나타내었다.
처리제측정목록 본 발명 A 제품
총균체수(CFU) 7.4x109cell/g 4.5×108cell/g
아밀라제 활성(단위) 5.8 0.46
리파아제 활성(단위) 57.4 42.4
프로테아제 활성(단위) 1.05 0.02
* 단위 = 시간당 기질 전환률
상기 실험 결과에서 알 수 있듯이 본 발명에서 개시한 미생물 처리제의 총균체 수가 압도적으로 많으며, 아밀라제 활성, 리파이제 활성, 프로티아제 활성이 비교 대상 제품보다 뛰어난 것으로 판명되었다.
실시예 2
본 발명에 의해 제조된 미생물 처리제의 실제 폐수에의 적용하였다. 실제 폐수 처리장에 본 발명의 미생물 처리제를 적용시키기 위해 현재 운행 중인 폐수 처리장의 실제폐수에 직접 처리제를 적용해 보기로 하였다. 본 발명의 미생물 처리제의 적용 범위가 일반적인 식품 폐수에서부터 고농도 유기물 폐수까지 인 것을 감안해 고농도의 COD값을 갖는 폐수를 찾던 중 COD농도가 약 3000ppm정도인 경기도에 위치한 M 식품 제조 공장의 실제 폐수와 슬러지를 얻어 실험실 규모로 실험을 실시하였다.
유기 폐수와 슬러지를 5 : 3으로 혼합 후 상기 유기 폐수를 폐수 처리조에 도입하였다. 상기 도입된 상기 폐수 처리조에 본 발명의 미생물 처리제를 1,000ppm 접종하였다. 상기 본 발명의 미생물이 접종된 상기 유기 폐수를 25℃에서 공기를 2-5ℓ/분의 양으로 주입시켜주면서 각 플라스크를 폭기 시켜 주면서 교반 배양기에서 반응시키는 방법으로 폐수를 처리하였다.
대조군으로는 현재 시판 되고 있는 여러 제품 중 일련의 폐수 내 유기물 제거능 실험을 통해 가장 우수한 효능을 보이는 E 제품을 선정하여 위와 동일한 조건으로 비교 실험을 실시하였다. 반응 시간은 총 3일이었으며 24시간, 48시간, 72시간 단위로 CODcr, CODmn, BOD, SV30, SVI, 탁도를 측정하였다.
그 결과는 도 1부터 도 6에 도시되어 있는 것처럼 본 발명이 타사제품보다 실제 폐수 내 유기물 제거 효율이 우수하다는 것을 알 수 있다.
상기 실시예 2에서 적당한 COD 범위를 결정하기 위하여 COD 농도를 제외한 모든 조건은 실시예 2와 동일하게 하고, COD 농도 100~4,000ppm에서 실험한 실시예 2에서와 유사한 결과를 얻을 수 있었으며, COD 농도 300~3,000ppm에서 더욱 바람직한 결과가 도출되었다.
또한 실시예 2에서 온도를 제외한 모든 조건은 실시예 2와 동일하게 하고, 온도 범위 10 ~ 35℃에서 실험한 결과 실시예 2와 유사한 결과를 얻을 수 있었으며, 온도 범위 15 ~ 30℃에서 더욱 더 바람직한 결과가 도출되었다.
또한 실시예 2에서 미생물 농도를 제외한 모든 조건은 실시예 2와 동일하게 하고, 미생물 농도 범위 0.5 ~ 8부피%에서 실험한 결과 실시예 2와 유사한 결과를 얻을 수 있었으며, 미생물 농도 범위 1 ~ 5부피% 범위에서 더욱 더 바람직한 결과가 도출되었다.
따라서, 본 발명에 의해 제조된 미생물 처리제는 합성 폐수 뿐만 아니라 실제 폐수에서도 유기물 처리 능력이 우수한 것으로 판명되었다.
이상과 같이 하여 본 발명에 의해 제조된 미생물 처리제는 미생물의 효소 활성도가 뛰어나며, 전분, 지방 및/또는 단백질을 함유하고 있는 폐수의 유기물 처리 능력이 우수하고, 침전조 내에서 신속하고 우수한 침강도를 나타내어 생물학적 폐수 처리분야에 기여를 할 수 있다.
도 1은 실제 폐수 처리장에서 처리되고 있는 고농도 식품 폐수에 대하여 본 발명에 따라 제조된 미생물 처리제를 투여했을 때 변화된 CODcr값을 비교하여 나타낸 것이다.
도 2은 실제 폐수 처리장에서 처리되고 있는 고농도 식품 폐수에 대하여 본 발명에 따라 제조된 미생물 처리제를 투여했을 때 변화된 CODmn값을 비교하여 나타낸 것이다.
도 3은 실제 폐수 처리장에서 처리되고 있는 고농도 식품 폐수에 대하여 본 발명에 따라 제조된 미생물 처리제를 투여했을 때 변화된 BOD값을 비교하여 나타낸 것이다.
도 4는 실제 폐수 처리장에서 처리되고 있는 고농도 식품 폐수에 대하여 본 발명에 따라 제조된 미생물 처리제를 투여했을 때 변화된 탁도, SV30, SVI값을 비교하여 나타낸 것이다

Claims (9)

  1. 바실러스 종 에이아이브이19(Bacillus sp. AIV19, KCCM 10334), 바실러스 종 엘씨09(Bacillus sp. LC 09, KCCM 10335), 브레뷴도모나스 종 피비07(기탁번호 KCCM 10336) 균주가 혼합되어 이루어진 것을 특징으로 하는 고농도 유기물 폐수 처리용 미생물 처리제.
  2. 제 1항에 있어서, 바실러스 서브틸러스(Bacillus subtilis, KCTC 2210), 바실러스 종(Bacillus sp., KCTC 1730), 그리고 광합성 세균인 로도박터 캡슐라투스(Rhodobacter capsulatus, KCTC 2583) 균주를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고농도 유기물 폐수 처리용 미생물 처리제.
  3. 제 1항 내지 제2항 중 어느 한 항에 있어서 키토산, 글리세롤, 사포닌, 실리카, 왕겨 및 제올라이트로 이루어진 그룹에서 적어도 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고농도 유기물 폐수 처리용 미생물 처리제.
  4. 바실러스 종 에이아이브이19(Bacillus sp. AIV19, KCCM 10334), 바실러스 종 엘씨09(Bacillus sp. LC 09, KCCM 10335), 브레뷴도모나스 종 피비07(기탁번호 KCCM 10336), 바실러스 서브틸러스(Bacillus subtilis, KCTC 2210), 바실러스 종(Bacillus sp., KCTC 1730) 미생물들을 LB배지 및 광합성 세균용 배지에 전 배양하는 단계;
    상기 미생물들을 50mM 인산완충용액 10-30g, 포도당 2-50g, 황산암모늄 2-5g, 전분 3-10g, 펩톤 3-20g, 글리세롤 0.5-5g, 오일 1-3g, 계면활성제 0.5-3g을 1ℓ 증류수에 혼합하여 멸균 후 미량 원소 5-15g, 비타민 0.2-20g을 첨가하여 상기 미생물을 포함하는 액상 조성물을 제조하는 단계;
    상기 단계에서 상기 액상 조성물과 광합성 세균인 로도박터 캡슐라투스(Rhodobacter capsulatus, KCTC 2583)을 포함하고 있는 배양액을 1:2 내지 3:1의 부피비로 혼합하는 단계를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 액상 미생물 처리제 제조 방법.
  5. 바실러스 종 에이아이브이19(Bacillus sp. AIV19, KCCM 10334), 바실러스 종 엘씨09(Bacillus sp. LC 09, KCCM 10335)바실러스 종 엘씨09(Bacillus sp. LC 09, KCCM 10335)M 10336) 미생물이 들어 있는 일반 미생물 배양액 100-300㎖과 광합성 세균 로도박터 캡슐라투스(Rhodobacter capsulatus, KCTC 2583) 배양액 100-200㎖을 증류수 50-300㎖과 혼합하는 단계;
    상기 혼합된 배양액에 글리세롤 20-50g, 넣고 섞어 주는 단계;
    상기에 왕겨 150-800g과 제올라이트 50-300g 및 실리카 50-200g을 넣는 단계; 및
    상기 조성물을 25~30℃로 1일간 원통회전 혼합배양기에서 숙성 배양하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고상 처리제 제조 방법.
  6. 제 5항에 있어서 상기 혼합된 배양액에 키토산 10-70g을 넣고 섞어 주는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고상 처리제 제조 방법.
  7. 제 4항과 제 5항 중 어느 한 항에 있어서 상기 혼합된 배양액에 사포닌 10-80mg을 넣고 섞어 주는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고상 처리제 제조 방법.
  8. 제1항의 미생물 처리제를 이용한 유기물 함유 폐수의 처리 방법으로서,
    유기 폐수를 폐수 처리조에 도입하는 단계;
    상기 폐수 처리조에 상기 미생물 처리제를 접종하는 단계;
    상기 미생물이 접종된 폐수를 교반하여 반응시키는 단계를 포함하는 폐수 처리 방법.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 유기물 함유 폐수의 COD가 100 ~ 4000
    ppm인 것을 특징으로 하는 폐수 처리 방법.
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