KR100737122B1 - 음식물 쓰레기 소멸처리용 목질 바이오칩과 그 제조방법 - Google Patents
음식물 쓰레기 소멸처리용 목질 바이오칩과 그 제조방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 음식물 쓰레기 소멸처리용 목질 바이오칩과 그 제조방법에 관한 것으로, 그 목적은 무균처리된 바이오칩내에 미생물을 활성화용 효소를 첨가하여 음식물 쓰레기의 처리시, 미생물을 활성화시키고, 이를 통해 처리능력을 향상시킬 수 있는 음식물 쓰레기 소멸처리용 목질 바이오칩과 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 목질세편을 산처리하는 무균처리단계; 상기 무균처리된 목질세편에 복합효소를 투입하여 첨가하는 효소첨가단계; 상기 효소가 첨가된 목질세편을 건조시키는 건조단계를 통해, 효소가 주입된 음식물 쓰레기 소멸처리용 목질 바이오칩을 제조하도록 되어 있다.
음식물쓰레기, 바이오칩, 무균처리, 목질바이오칩, 발효소멸
Description
도 1 은 본 발명에 따른 목질 바이오칩 제조과정을 보인 블록 예시도
도 2 는 바이오칩(Ｊ바이오칩)의 세공구조를 보인 SEM사진예시도
도 3 은 바이오칩(Ｔ바이오칩)의 세공구조를 보인 SEM사진예시도
도 4 는 바이오칩(Ｃ바이오칩)의 세공구조를 보인 SEM사진예시도
도 5 는 바이오칩별 COD 에 대한 ATP 농도의 비를 보인 예시도
도 6 은 바이오칩(J바이오칩)을 이용한 음식물쓰레기의 감량실험 결과를 보인 예시도
도 7 은 바이오칩(C바이오칩)을 이용한 음식물쓰레기의 감량실험 결과를 보인 예시도
도 8 은 바이오칩(C 바이오칩)의 함유량에 따른 음식물쓰레기 발효소멸에서의 COD 농도변화를 보인 예시도
도 9 는 바이오칩(C바이오칩)의 함유량에 따른 음식물쓰레기 발효소멸에서의 ATP 농도변화를 보인 예시도
도 10 은 바이오칩(C 바이오칩)의 함유량에 따른 음식물쓰레기 발효소멸에서의 ATP/COD 변화를 보인 예시도
도 11은 본 발명에 따른 발효반응의 원리를 보인 예시도
도 12는 본 발명에 따른 동화작용의 원리를 보인 예시도
도 13은 본 발명에 따른 음식물 쓰레기의 발효소멸원리를 보인 개념도
본 발명은 음식물 쓰레기 소멸처리용 목질 바이오칩과 그 제조방법에 관한 것으로, 무균처리된 목재세편에 음식물 쓰레기를 소화시켜 소멸처리하는 미생물의 활성을 위한 효소성분을 주입하여 미생물을 활성화 및 발효소멸을 촉진하여 다량의 음식물 쓰레기를 단시간내에 처리할 수 있는 음식물 쓰레기 소멸처리용 목질 바이오칩과 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 음식점이나 가정에서 발생되는 음식물 쓰레기의 양은 전체 생활쓰레기의 약 25∼35% 수준으로 상당량을 차지하고 있으며, 이러한 음식물 쓰레기는 수십년동안 땅속에 매립하거나 소각처리하였다.
그러나, 상기 음식물 쓰레기는 단백질, 탄수화물, 지방, 섬유소 등을 함유하고 있어, 매립하게 될 경우, 여러가지 오염물질을 방출하게 되며, 매립지의 침출수로 인하여 지하수가 오염되고, 유해가스의 발생에 의해 대기오염이 발생되었다.
현재는 이와 같은 환경오염의 발생을 줄이기 위하여, 음식물 쓰레기의 매립을 전면금지하고 있으며, 음식물 쓰레기의 별도 처리를 위하여, 음식물 쓰레기와 일반 쓰레기를 분리하여 배출하고 있다.
그러나, 상기와 같은 음식물의 분리배출은 일시적으로 음식물 쓰레기의 양을 줄이는 효과는 있으나, 음식물 자체를 처리하는 것은 아니므로, 결국 음식물 쓰레기로 인한 환경문제가 다시 발생되는 문제점이 있다.
이와 같은 이유로 인하여, 음식물 쓰레기를 배출자가 자체적으로 처리하여 소멸시킬 수 있는 기술에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있으며, 특히 음식물 쓰레기를 생물화학적으로 분해시켜 소멸시킬 수 있는 미생물이 주입된 바이오 칩에 대한 개발이 활발하게 진행되고 있다.
그러나, 종래의 바이오 칩은 미세공내에 미생물을 주입한 것으로, 이와 같은 바이오 칩은 단순히 음식물 쓰레기와 혼합/교반에 의해 바이오 칩내 미생물이 유기물을 분해하여 음식물을 분해/소멸하도록 되어 있다. 즉, 미생물이 주입된 종래 바이오칩을 이용한 음식물 쓰레기의 처리는 미생물의 특성 및 적정환경을 고려하여 최적의 효과를 이루기 위한 것이 아니라, 다량의 미생물 투입에 따라 음식물 쓰레기를 처리하도록 되어 있어, 음식물 쓰레기의 처리시간 및 처리능력에 한계가 있으며, 환경적 요인으로 인하여 미생물의 활동이 미비하게 되고 이를 통해 음식물 쓰레기가 효율적으로 분해되지 않는 등 여러가지 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 것으로, 그 목적은 무균처리된 바이오칩내에 미생물을 활성화용 효소를 첨가하여 음식물 쓰레기의 처리시, 미 생물을 활성화시키고, 이를 통해 처리능력을 향상시킬 수 있는 음식물 쓰레기 소멸처리용 목질 바이오칩과 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 짧은 시간내에 음식물 쓰레기를 무기물로 효과적으로 분해 및 소멸시켜 자연으로 환원시킴으로써, 환경오염을 줄일 수 있는 음식물 쓰레기 소멸처리용 목질 바이오칩과 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 일반가정에서도 용이하게 음식물 쓰레기를 분해 소멸시킬 수 있는 음식물 쓰레기 소멸처리용 목질 바이오칩과 그 제조방법을 제공하는 것이다.
도 1 은 본 발명에 따른 목질 바이오칩 제조과정을 보인 블록 예시도를 도시한 것으로, 본 발명은 목질세편을 산처리하는 무균처리단계(S100)와; 상기 무균처리된 목질세편에 복합효소를 투입하여 첨가하는 효소첨가단계(S200)와; 상기 효소가 첨가된 목질세편을 건조시키는 건조단계(S300)를 통해 이루어지도록 되어 있다.
상기 무균처리단계(S100)는 목질세편을 산처리하여 무균상태로 함과 동시에, 목질세편의 세공구조를 변경하는 것으로, 4∼8% 이산화황 수용액에 목질세편을 투입하는 목질세편 투입단계(S110)와, 상기 목질세편을 이산화황 수용액내에 소정시간동안 함침시키는 함침단계(S120)와, 상기 이산화황수용액으로부터 목질세편을 분리하는 분리단계(S130)로 이루어져 있다.
상기 목질세편은 침엽수 계열의 톱밥을 사용하며, 복합효소의 첨가 및 음식 물 쓰레기와의 혼합을 고려하여 약 2∼10㎜ 의 크기를 구비하는 것이 바람직하다.
상기 이산화황 수용액은 목질세편을 산처리함과 동시에 목질세편이 다공성을 구비하도록 하는 것으로, 4% 미만의 이산화황 수용액에 목질세편을 첨가할 경우, 목질세편의 기공성에 거의 변화가 없으며, 8% 초과의 이산화황 수용액에 목질세편을 첨가할 경우 목질세편 자체에 이상이 발생되게 된다. 목질세편 및 기공성을 고려할 경우, 이산화황 수용액은 5% 이산화황 수용액을 사용하는 것이 가장 바람직하다.
또한, 상기 목질세편은 이산화황 수용액에 30분 이상 함침할 경우, 무균상태를 유지할 수 있으나, 무균상태 및 기공성을 고려할 경우, 1∼2시간 정도 함침시키는 것이 가장 바람직하다.
상기와 같이 이산화황 수용액내에 함침된 목질세편은 채(2㎜)를 이용하여 건져내고, 무균처리된 목질세편은 복합효소의 첨가를 위하여 혼합조내로 투입된다.
상기 효소첨가단계(S200)는 미생물 활성화를 위한 복합효소를 무균처리된 목질세편에 첨가하는 것으로, 무균처리된 목질세편을 혼합조내에 투입하고, 상기 혼합조에 분말 또는 액상으로 이루어진 효소를 첨가하여 혼합한다.
상기 효소는 미생물의 활동 촉진기능을 부여하기 위한 것으로, 목질세편 100 중량부에 대하여 약 5∼15 중량부를 첨가한다. 즉, 상기 효소는 15 중량부 이상 첨가하여도 무방하나, 음식물 쓰레기 자체에서도 효소가 생성되고, 목질세편에 첨가되는 효소는 미생물의 활동을 촉진하는 정도면 충분하므로, 15 중량부를 초과하지 않는 것이 바람직하다. 또한, 5 중량부 미만으로 첨가할 경우, 미생물의 활성이 미 비하게 된다.
또한, 상기 효소는 글르코시다아제 등의 탄수화물 분해효소, 프로테아제 등의 단백질 분해효소, 리파아제 등의 지방분해효소 등을 첨가한다.
또한, 상기 효소는 Phosphotase(인산의 에스터와 무수물의 가수분해), β-Glucosidase(Glucoside류 화합물의 가수분해), Urease(Urea Aminohydrolase), Arylsulfatase(O-S결합의 분열에 의해 Arylsulfate의 가수분해를 촉매하는 효소), Dehydrogenase(탈수소 효소), Protease(단백질 분해), Glutaminase(glutamine amidohydrolase, amid-N의 가수분해에 영향을 주며 질소가용화에 기여) 등을 사용한다.
상기 건조단계(S300)는 효소가 첨가된 목질세편을 건조시키는 것으로, 오븐 등의 건조로내에 효소가 첨가된 목질세편을 투입하고, 약 100∼110℃ 의 온도를 유지하며, 30∼90분정도 건조하거나, 자연상태에서 건조하여 수분을 제거한다.
상기와 같이 이루어진 본 발명의 목질 바이오칩은 효소가 첨가되어 있어, 음식물 쓰레기내에 존재하는 미생물 활성화를 촉진함으로써, 음식물 쓰레기를 발효소멸시키게 되며, 온도 30∼50℃ 및 습도 30∼70% 에서 최적의 발효소멸반응이 진행된다.
이하 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.
실시예 1
현재 일본에서 판매되고 있는 바이오칩(이하 'Ｊ바이오칩'이라 칭함)과 침엽수 계열의 톱밥으로 이루어진 바이오칩(이하 'Ｔ바이오칩'이라 칭함)과, 이산화항으로 무균처리한 목질세편으로 이루어진 본 발명의 목질바이오칩(이하 'Ｃ 바이오칩'이라 칭함)에 대한 세공구조를 주사현미경에 의해 측정하여 비교하였으며, 그 결과는 도 2 내지 도 4 에 도시되어 있다. 이때, 상기 바이오칩의 경우에는 수분이 함유되어 있으므로, SEM의 시료로 사용되는 바이오칩 시료는 고정, 탈수, 건조 등의 전처리를 하였다.
도 2 는 J 바이오칩의 세공구조를 SEM으로 관찰한 결과로서, J 바이오칩은 혼합형 칩으로서 일본에서 생산, 판매되고 있는 제품으로서 톱밥에 미생물이 주입된 구조였다. 이러한 J 바이오칩은 미세한 구조의 세공이 다량 존재하는 형태로 존재하고 있었으며, 음식물쓰레기의 발효소멸반응에서 미생물이 발생 및 서식이 가능한 구조로 되어 있음을 알 수 있다. 특히 칩 사이에 둥근 형태의 구조를 가진 물질들은 일반적으로 효모구조와 유사하였다.
도 3 은 T 바이오칩의 세공구조를 SEM 으로 관찰한 결과로서, T 바이오칩은 국내에서 생산되는 일반적인 침엽수계열의 톱밥이다. 세공의 크기는 약 2 ㎛로서 J 바이오칩과 비교해서 상대적으로 미세한 구조의 세공은 보이지 않았으나, 음식물쓰레기의 발효소멸반응에서 미생물이 발생 및 서식이 가능한 구조로는 미흡할 우려가 있다고 사료되었다.
도 4 는 C 바이오칩의 세공구조를 SEM 으로 관찰한 결과로서, C 바이오칩은 국내에서 생산되는 일반적인 침엽수계열의 T 바이오칩을 이산화황으로 무균화 처리 하여 효소를 첨가한 바이오칩이다. 상기 C 바이오칩은 0.1㎛이하의 미세공 구조가 관찰되었으며 음식물쓰레기의 발효소멸반응에서 미생물이 발생 및 서식이 가능한 구조를 가지고 있음을 알 수 있다.
실시예 2
상기 Ｊ바이오칩과 Ｔ바이오칩 및 Ｃ 바이오칩에 대한 총질소(TN)을 분석하여 비교하였으며, 그 결과는 [표1]과 같다.
시료의 전처리는 실시예 1 과 동일하게 진행하였으며, 시료 중 질소화합물을 알칼리성 과황산칼륨의 존재하에 120 ℃에서 유기물과 함께 분해하여 질산이온으로 산화시킨 다음 산성에서 자외부 흡광도를 측정하여 질소를 정량하는 방법으로 HACH(DR-4000)를 이용하여 측정하였다.
실시예 3
상기 Ｊ바이오칩과 Ｔ바이오칩 및 Ｃ 바이오칩에 대한 아데노신3인산(ATP)을 분석하여 비교하였으며, 그 결과는 [표1]과 같다.
ATP 측정은 DKK TOA사의 AF-50 을 사용하여 측정하였으며, 측정감도는 0.1pg ATP (2×10-16㏖ ATP 0.2fmole ATP, 23℃)이고, 측정용기 DISPOTUBE(12㎜×55㎜)에 시료를 넣고 루시페라제(Luciferase), 루시페린(Luciferin)에 의한 생물화학발광법으로 측정하였다. 측정온도범위는 5℃∼35℃이며, AF-50의 외형크기는 164(W)×93(H)×250D(㎜)이였다. 또한, 측정시료 1g을 1%황산용액 10㎖에 용해시키고 증류 수로 100배 희석한 용액의 상등수 0.2㎖ 채취하여 ATP를 측정하였다.
[표1]
바이오칩별 COD 및 TN의 농도범위는 20∼270㎎/g 그리고 2.6∼46㎎/g의 범위 존재하였고, C 바이오칩의 COD 및 TN의 농도는 다른 바이오칩에 비해서 상대적으로 낮음을 알 수 있다. 또한, 바이오칩별 ATP의 농도범위는 30∼53㎎/g 으로 COD 및 TN보다 농도범위가 상대적으로 협소하였다.
도 5 는 바이오칩별 COD 에 대한 ATP 농도의 비를 도시한 것으로, COD에 대한 ATP의 비(ATP/COD)는 J 바이오칩의 경우 T 바이오칩의 경우와 유사하였으며, 특히, C 바이오칩은 ATP/COD가 다른 종류의 바이오칩에 비교하여 약 10배 이상 높음을 알 수 있다.
즉, ATP/COD 이 높은 것은 COD로 대별되는 유기물의 농도에 비해서 ATP의 농도가 상대적으로 많이 함유되어 있는 것으로서, ATP가 다량 함유된 바이오칩이라고 할 수 있다. 상기 ATP는 미생물의 증식을 돕는 효소의 주성분으로서 ATP 농도가 높을수록 미생물의 활동을 활발히 촉진시킬 수 있으며, 음식물 쓰레기의 발효소멸에 적절한 조건을 제공할 수 있게 된다.
실시예 4
상기 바이오칩의 세공 구조와 유기물에 대한 ATP농도비(ATP/COD 혹은 ATP/TN)를 비교검토한 결과를 토대로 J 바이오칩과 C 바이오칩에 대한 음식물쓰레기의 무게감량효과를 실험하였다. 실험에 사용한 발효소멸장치는 하루 1.5kg 처리용량의 반응리액터에서 온도 30∼50℃, 습도 30∼70%의 발효조건으로 설정하여 운전하였다. 주입하는 음식물쓰레기는 가정용 및 식당용 음식물쓰레기를 매일 700∼1,500g을 15일간 투입하였으며 무게변화는 주입음식물량과 잔류량(바이오칩+음식물)을 측정하여 조사하였으며, 그 결과는 도 6 및 도 7 과 같다. 여기서 바이오칩은 기본적으로 1,500g을 주입하였다.
도 6 은 J 바이오칩을 이용한 음식물쓰레기의 감량실험 결과를 도시한 것으로, 시험일수는 15일로서 음식물 쓰레기의 총 투입량은 누적 무게로 6,707g이였으나 최종 잔류량은 2,500g이였다. 단, 최종잔류무게에는 최초에 주입된 바이오칩 1,500g 이 포함되어 있으므로 투입 음식물쓰레기의 발효소멸 후의 잔류량은 1,000g이였으며 J 바이오칩에 의한 음식물쓰레기의 감량효율은 85%이였다.
그러나, 음식물쓰레기의 발효소멸 반응이 진행되는 동안 냄새가 다량발생하였으며 실제 관리에 애로가 발생되는 문제점이 있다.
도 7 은 C 바이오칩을 이용한 음식물쓰레기의 감량실험 결과를 도시한 것으로, 시험일수는 15일로서 음식물 쓰레기의 총 투입량은 누적 무게로 5,178g이였으나 최종 잔류량은 2,070g이였다. 단, 최종잔류무게에는 최초에 주입된 바이오칩 1,500g 이 포함되어 있으므로 투입 음식물쓰레기의 발효소멸 후의 잔류량은 570g이였다. 그러므로 C 바이오칩에 의한 15일간 투입한 음식물쓰레기의 감량효율은 약 90%이였으며, 별도의 냄새는 크게 발생되지 않았다.
이하, 본 발명의 C 바이오칩과 종래의 J 바이오칩에 대하여 무게감량효율, 세공/다공성 구조, 미생물 활동성 및 무취성을 등을 종합적으로 대비하면 [표2]와 같다.
[표2]
바이오칩별 무게감량효율에 대해서 J 바이오칩 및, C 바이오칩은 80%∼90%의 높은 효율을 구비하고, 0.1㎛의 미세공이 다량 존재하는 구조가 관찰되었다.
그러나, 상기 C 바이오칩은 ATP/COD의 값이 1.50으로 J 바이오칩에 비교하여 약 7배이상 높았으며, 이를 통해 미생물의 활발한 활동성을 기대할 수 있다.
또한, 음식물 쓰레기를 직접 투입한 실험으로부터 무취성에 대해서는 J 바이오칩의 경우 냄새가 유발되어 심미감에 영향을 미쳤으나 C 바이오칩은 냄새 유발이 미소하였다.
그러므로, 무게감량효율이 높고, 미세공의 다공성 구조를 가지며 미생물활동성이 높으며 냄새유발이 적은 C 바이오칩이 음식물쓰레기 발효소멸에 있어서 J 바이오칩 보다 더욱 우수함을 알 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 목질 바이오칩(Ｃ 바이오칩)은 단독으로 음식물쓰레기와 혼합되어 사용될 수 있으나, 침엽수 계열의 톱밥으로 이루어진 목질 바이오칩(Ｔ 바이오칩)등과 같은 일반적인 목질칩에 20wt% 이상 혼합되어 사용될 수 있으며, 바람직하게는 본 발명에 따른 목질 바이오칩(Ｃ 바이오칩) 20∼40wt%와 침엽수 계열의 목질 바이오칩 60∼80wt% 를 배합하는 것이 음식물 쓰레기의 발효소멸반응을 가장 활발하게 진행할 수 있다.
즉, 침엽수 계열의 일반적인 목질칩에 본 발명에 따른 목질 바이오칩(Ｃ 바이오칩)이 20wt% 미만으로 배합될 경우, 유기물의 분해속도, ATP 농도변화, ATP/COD 의 비율에 현저한 차이가 발생되므로, 미생물의 활동을 활발하게 촉진할 수 없으며, 침엽수 계열의 목질 바이오칩에 본 발명에 따른 목질 바이오칩(Ｃ 바이오칩)이 40wt% 초과하여 배합될 경우, 우수한 효과를 얻을 수 있으나, 많은 량의 본 발명에 따른 목질 바이오칩(Ｃ 바이오칩)이 배합되므로, 첨가되는 배합량에 비해 월등한 효과를 얻지는 못하게 된다.
그러므로, 본 발명에 따른 목질 바이오칩(Ｃ 바이오칩) 20∼40wt%에 침엽수 계열의 목질 바이오칩 60∼80wt% 를 배합하는 것이 미생물의 활동을 활발하게 촉진하여 음식물 쓰레기의 발효소멸에 적절한 조건을 제공할 수 있는 것이다.
실시예 5
침엽수 계열 목질 바이오칩(T 바이오칩)에 C 바이오칩 3%, 13% 그리고 33%를 배합하여 혼합목질 바이오칩을 형성하였으며, 상기 서로 다른 분율의 C 바이오칩을 함유한 목질바이오칩을 각각 1,500g 준비하고, 각각의 목질바이오칩에 음식물쓰레기 1,000g을 주입하여 10시간 동안 음식물쓰레기의 발효소멸에서의 COD농도 변화를 조사하였으며 그 결과는 도 8 과 같다. 여기서, 최초의 음식물쓰레기와 바이오칩의 혼합COD의 농도는 1,500∼2,000㎎/g이였다.
도 8 은 C 바이오칩의 함유량에 따른 음식물쓰레기 발효소멸에서의 COD 농도변화를 도시한 것으로, (a)는 C바이오칩 33% 함유한 혼합목질 바이오칩, (b)는 C바이오칩 13% 함유한 혼합목질 바이오칩, (c)는 C바이오칩 3% 함유한 혼합목질 바이오칩에 의한 음식물 쓰레기의 COD 감량속도를 도시한 것으로, C바이오칩 함유량이 높을수록 COD 농도의 감소가 빠르게 진행됨을 알 수 있다. 즉, C바이오칩 함유량과 음식물쓰레기의 발효소멸반응에서의 COD 농도감소는 밀접한 상관관계가 있음을 알 수 있으며, C바이오칩 33% 함유한 혼합목질 바이오칩은 COD 농도가 82.5% 감소되었으나, C바이오칩 13%, 3% 함유한 혼합목질 바이오칩은 COD 농도가 27%, 20%로 상대적 감량효율이 낮았다.
실시예 6
침엽수 계열 목질 바이오칩(T 바이오칩)에 C 바이오칩 3%, 13% 그리고 33% 를 배합하여 혼합목질 바이오칩을 형성하였으며, 상기 서로 다른 분율의 C 바이오칩을 함유한 혼합목질 바이오칩을 각각 1,500g 준비하고, 각각의 혼합목질 바이오칩에 음식물쓰레기 1,000g을 주입하여 10시간 동안 음식물쓰레기의 발효소멸반응 시간에 따른 아데노신3인산(ATP)농도 변화를 조사하였으며 그 결과는 도 9 와 같다.
도 9 는 C 바이오칩의 함유량에 따른 음식물쓰레기 발효소멸에서의 ATP 농도변화를 도시한 것으로, 음식물쓰레기의 발효소멸에서 ATP농도는 증가하는 경향을 나타내었다. 특히, C 바이오칩 33%를 함유한 혼합목질바이오칩의 경우 ATP농도가 운전초기에 비해서 77.3%증가하였으며, C 바이오칩 13%, 3%를 함유한 목질바이오칩은 ATP 농도가 운전초기에 비해서 45.1%, 18.3% 증가하였다. 즉, C바이오칩의 함유량이 많을수록 반응속도상수가 커지고 유기물의 분해속도가 빠르게 진행되며 이에 따른 미생물의 활발한 활동으로 인한 ATP농도가 증가하고 있음을 알 수 있다.
도 10 은 C 바이오칩의 함유량에 따른 음식물쓰레기 발효소멸에서의 ATP/COD 변화를 도시한 것으로, ATP/COD의 비율이 음식물쓰레기의 발효소멸반응시간이 경과됨에 따라 증가하며 목질바이오칩에 C 바이오칩의 함유비율이 많을수록 증가폭이 높았다. ATP/COD가 높은 것은 COD로 대별되는 유기물의 농도에 비해서 ATP의 농도가 상대적으로 많이 함유되어 있는 것이므로, 이를 통해 C 바이오칩 33%를 함유한 혼합목질바이오칩이 발효소멸반응을 빠르게 진행시킴을 알 수 있다.
상기에서와 같이, 본 발명의 목질 바이오칩 적정량을 T 바이오칩과 같이 크기(0.5∼5㎜)를 가공한 침엽수 계열의 목질세편 바이오칩과 배합하고, 이를 음식물 쓰레기를 혼합하여도 음식물 쓰레기를 효율적으로 발효소멸시킬 수 있음을 알 수 있다.
이하 본 발명에 따른 반응메카니즘을 첨부된 도면에 의해 설명하면 다음과 같다.
도 11 은 본 발명에 따른 발효반응의 원리를 보인 예시도를, 도 12 는 본 발명에 따른 동화작용의 원리를 보인 예시도를 도시한 것으로, 발효반응은 도 11 에 도시된 바와 같이, 전형적인 당(糖) 분해반응으로서, 먼저 당이 인산화 분열되어 2분자의 글리세르알데히드인산으로, 다시 산화 ·인산화되어 글리세르산인산이 되며, 이것을 ADP(Adenosine Di-Phosphate)→ATP(Adenosine Tri-Phosphate)계와 공액한 형태로 탈인산되어 피루브산이 된다. 피루브산은 각 생물의 특유한 발효에 최종생성물이 되는데, 전 과정을 통해서 ATP 2분자가 소비되어 4분자가 형성된다.
또한, 상기 동화작용은 도 12 에 도시된 바와 같이, 탄수화물, 단백질, 지질(脂質), 핵산, 호르몬 등의 많은 물질이 동화작용에 의해 생성되며, 합성과정은 에너지가 필요한 흡열반응이므로, 동화작용이 일어나기 위해서는 에너지 공급이 필요하다. 일반적으로 독립영양생물은 빛 에너지나 무기물의 산화 에너지를 동화작용에 이용하는데, 이때 고정된 화학 에너지는 이화작용과 동화작용 사이의 에너지 교환에 관계하는 ATP(Adenosin TriPhosphate)을 비롯한 고 에너지화합물이 사용된다.
도 13 은 본 발명에 따른 음식물 쓰레기의 발효소멸원리를 보인 개념도를 도시한 것으로, 본 발명에 따른 바이오칩을 이용한 음식물쓰레기를 소멸현상은 미생물의 증식 및 활동이 유리한 조건을 제공하는 효소를 함유한 바이오칩과 음식물쓰레기와의 혼합반응에 의하여 진행된다. 즉, 본 발명에 의한 음식물쓰레기의 발효소멸반응은 고농도 유기물의 음식물 쓰레기가 탄수화물, 지방, 단백질로의 미세 유기물분자로 동화, 분해되면서 생물세포가 합성되고, 탄수화물, 지방, 단백질 등은 합성된 생물세포에서 1차적으로 포도당, 아미노산, 지방산 등의 미세 분자 유기물로 소화되어 단당류인 포도당, 아미노산, 지방산으로 분해되게 된다.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위내에 있게 된다.
이와 같이, 본 발명은 특별 미생물 식종을 주입한다는 종래의 방법과 달리, 음식물의 반응에서 미생물 활성을 촉진시키도록 무균화된 목질세편에 복합 효소군을 주입하도록 되어 있어, 바이오칩을 용이하게 대량 생산할 수 있다.
또한, 본 발명은 음식물 쓰레기를 분해하는 미생물의 활성을 촉진하여, 미생 물이 주입된 종래의 바이오칩과 대비할 경우, 우수한 발효소멸반응을 진행하고 있으며, 이를 통해 음식물쓰레기를 최적감량하는 효과를 구비하고 있다.
또한, 본 발명은 미세한 다공성과 통기성 및 넓은 표면적을 구비하므로, 악취유발우려가 있는 물질들에 대하여 우수한 흡착 분해능력을 구비하고 있으며, 이를 통해 음식물 쓰레기 발효소멸반응시 무취성을 구비한다.
또한, 본 발명은 목질세편에 적정량을 배합하여 사용하여도 우수한 효과를 구비하므로, 경제적 부담감을 해소할 수 있다.
또한, 본 발명은 온도 30∼50℃ 및 습도 30∼70% 에서 최적의 발효소멸반응을 구비하므로, 저온뿐 만 아니라 고온에서도 음식물 쓰레기를 용이하게 발효소멸할 수 있다.
또한, 본 발명은 음식물 쓰레기의 우수한 중량감소, 무취성 및 경제성을 구비하고 있어, 일반가정에서도 손쉽게 구입하여 사용할 수 있는 등 산업적으로 우수한 파급효과를 구비하고 있다.
Claims (8)
- 상기 효소가 첨가된 목질세편으로 이루어진 목질 바이오칩 20∼40wt%와,침엽수 계열의 목질 바이오칩 60∼80wt%로 이루어지되,상기 효소가 첨가된 목질세편으로 이루어진 목질 바이오칩은 무균처리된 목질세편 100 중량부에 미생물 활성촉진용 효소 5∼15 중량부가 첨가된 것을 특징으로 하는 음식물 쓰레기 소멸처리용 목질 바이오칩.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서;상기 효소는 탄수화물 분해효소, 단백질 분해효소, 지방분해효소 중에서 하나 이상을 혼합하여 첨가한 것을 특징으로 하는 음식물 쓰레기 소멸처리용 목질 바이오칩.
- 목질세편을 산처리하는 무균처리단계;상기 무균처리된 목질세편에 복합효소를 투입하여 첨가하는 효소첨가단계;상기 효소가 첨가된 목질세편을 건조시키는 건조단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 음식물 쓰레기 소멸처리용 목질 바이오칩 제조방법.
- 제 4 항에 있어서;상기 무균처리단계는 4∼8% 이산화황 수용액에 목질세편을 투입하는 목질세편 투입단계와,상기 목질세편을 이산화황 수용액내에 소정시간동안 함침시키는 함침단계와,상기 이산화황수용액으로부터 목질세편을 분리하는 분리단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 음식물 쓰레기 소멸처리용 목질 바이오칩 제조방법.
- 제 4 항에 있어서,상기 목질세편 100 중량부에는 5∼15 중량부의 효소가 첨가되는 것을 특징으로 하는 음식물 쓰레기 소멸처리용 목질 바이오칩 제조방법.
- 제 4 항 내지 제 6 항중 어느 한 항에 있어서;상기 효소는 탄수화물 분해효소, 단백질 분해효소, 지방분해효소, Phosphotase(인산의 에스터와 무수물의 가수분해), β-Glucosidase(Glucoside류 화 합물의 가수분해), Urease(Urea Aminohydrolase), Arylsulfatase(O-S결합의 분열에 의해 Arylsulfate의 가수분해를 촉매하는 효소), Dehydrogenase(탈수소 효소), Protease(단백질 분해), Glutaminase(glutamine amidohydrolase, amid-N의 가수분해에 영향을 주며 질소가용화에 기여)로 이루어진 군에서 하나 이상을 선택하여 첨가하는 것을 특징으로 하는 음식물 쓰레기 소멸처리용 목질 바이오칩 제조방법.
- 제 4 항에 있어서;상기 건조단계는 100∼110℃의 온도를 유지하며, 30∼90분 건조하는 것을 특징으로 하는 음식물 쓰레기 소멸처리용 목질 바이오칩 제조방법.
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| KR20060040259A KR100737122B1 (ko) | 2006-05-04 | 2006-05-04 | 음식물 쓰레기 소멸처리용 목질 바이오칩과 그 제조방법 |
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