KR101289019B1

KR101289019B1 - 분뇨처리시스템 구조체

Info

Publication number: KR101289019B1
Application number: KR1020110136268A
Authority: KR
Inventors: 허관; 이상석; 이기석; 조기정; 박태선; 박찬호; 허재선
Original assignee: 허관
Priority date: 2011-12-16
Filing date: 2011-12-16
Publication date: 2013-07-23
Also published as: KR20130068859A

Abstract

본 발명은 분뇨처리시스템 구조체에 관한 것으로, 본 발명에 따른 분뇨처리시스템 구조체는, 축산 분뇨 내의 사상세균 및 곰팡이 제거와 악취가스의 발산을 억제하며, 축산분뇨의 냄새저감과 1차 산화 분해를 촉진시키는 목초액을 축산분뇨에 혼합시키는 1차분해 처리부; 상기 1차분해 처리부를 통과한 1차분해 축산분뇨가 분배되고, 각각에 미생물이 혼입되는 복수개의 회분식 활성조를 포함하는 회분식 활성부; 상기 복수개의 회분식 활성조로부터 배출된 2차분해 축산분뇨가 통합되는 액비활성부;를 포함하고, 상기 회분식 활성부에 혼입되는 상기 미생물은 바실러스 서브틸리스 GU01인 것을 특징으로 하며, 본 발명에 따른 분뇨처리시스템 구조체를 사용함으로써, 목초액에 의해 축산분뇨에서 발생하는 악취를 저감시킬 수 있고, 축산분뇨가 용이하게 분해되도록 축산분뇨를 산화분해시키기 때문에 미생물을 이용하여 축산분뇨를 활성화하는 과정을 촉진하여 잔류 슬러지량을 격감시킬 수 있고, 처리 공정시간을 단축시킬 수 있다. 뿐만 아니라, 공정 중에 투입되는 미생물은 축산분뇨가 산성 상태일 때에도 생육 가능하기 때문에 악취를 저감시키는 과정에서 축산분뇨의 산성도가 높아지더라도 미생물이 원활하게 성장하여 축산분뇨를 용이하게 분해시킬 수 있다. 게다가 분해과정에서 발생하는 열을 이용함으로써, 축사를 난방하거나 활성오니를 건조시켜 고체비료화할 수 있다.

Description

분뇨처리시스템 구조체{SYSTEM DEVICE FOR TREATING EXCERTION}

본 발명은 분뇨처리 시스템 구조체에 관한 것으로 더욱 상세하게는 처리과정에서 악취가 발산하는 것을 억제하고 비료의 품질 향상과 액비화 기간을 단축시킬 수 있고, 다양한 처리환경에서도 축산분뇨를 원활하게 정화처리할 수 있어 벌킹현상을 최소화할 수 있는 분뇨처리시스템 구조체에 관한 것이다.

축산분뇨는 고형물, 유기물, 질소의 함량이 높아 처리하기 어려운 폐수로, 물리화학적 처리로 고형물을 제거하고 난 후 2차로 생물학적 고도처리공정을 통하여 잔류 유기물 및 영양 염류를 제거하며, 3차 물리화학적 공정을 다시 진행하여 잔류하는 오염물질을 제거하였다. 즉, 축산폐수와 같이 고농도의 질소를 함유하는폐수를 처리하여 처리수 내의 질소 농도를 낮게 유지하기 위해서는 호기성 조건에서 질산화가 완료된 후에 탈질소공정을 진행한다. 이 과정에서 질산화를 위한 호기성조건에서는 폐수 내에 있는 유기물이 모두 산화되면서 악취가 발생하게 되고, 이러한 악취가스로 인하여 작업환경이 저해된다. 뿐만 아니라 액비화되는 기간이 장기화됨으로 인하여 탱크 용량이 커지는 문제가 있다. 따라서, 탈질소공정에서 유기물을 효율적으로 이용할 수 없게 되는 문제가 발생하고, 처리과정에서 발생하는 악취로 인하여 민원이 야기되며 시설을 확충하기 위해서는 넓은 공간이 필요함에 따라서, 경제적으로 처리비용이 증가한다는 문제점이 있었다. 또한, 기존의 호기성공정이 기본이 되는 축산폐수 처리방법은 혐기성 처리방법에 비해 슬러지 생성량이 많고 이에 따른 에너지 소모가 높으며 유용한 자원인 유기물을 효율적으로 회수하지 못하는 단점이 있고 특히 고농도 유기물이 함유된 폐수에 적합하지 않다는 문제점이 있었다. 또한 이러한 과정에서 축산분뇨가 산성화되거나 분해과정에서 분뇨의 온도가 높아질 경우, 호기성 공정이 진행되는 과정에서 분뇨를 분해하는 미생물이 서식하기 어려워지면서 축산 분뇨를 처리할 수 없다. 게다가 이러한 복합적인 현상에 의해 오니가 팽화하여 고액분리가 어렵고, 오니와 처리수가 동시에 넘쳐흐르면서 유출되는 벌킹현상에 의해 폐수처리가 불가능하다.

따라서, 근래에는 축산분뇨 처리과정에서의 악취가스 발산의 억제와 액비화 기간 단축, 슬러지 발생량 저감 및 벌킹현상 방지를 위해서 다양한 축산분뇨 처리 환경 개선과 고온이나 산성의 상태에서도 축산 분뇨의 분해가 가능한 분뇨처리시스템 구조체의 필요성이 대두되고 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 다양한 축산분뇨 처리환경에서도 축산분뇨를 원활하게 정화처리하도록 처리과정에서의 악취가스가 발산하는 것을 억제하고 액비화 기간을 단축시키며, 슬러지 발생량 저감 및, 벌킹현상을 최소화할 수 있는 분뇨처리시스템 구조체를 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 축산 분뇨 내의 사상세균 및 곰팡이 제거와 악취가스의 발산을 억제하며, 축산분뇨의 냄새저감과 1차 산화 분해를 촉진시키는 목초액을 축산분뇨에 혼합시키는 1차분해 처리부;

상기 1차분해 처리부를 통과한 1차분해 축산분뇨가 분배되고, 각각에 미생물이 혼입되는 복수개의 회분식 활성조를 포함하는 회분식 활성부; 및

상기 복수개의 회분식 활성조로부터 배출된 2차분해 축산분뇨가 통합되는 액비활성부;를 포함하고,

상기 회분식 활성부에 혼입되는 상기 미생물은 바실러스 서브틸리스 GU01인 것을 특징으로 하는 분뇨처리시스템 구조체를 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 분뇨처리시스템 구조체는, 상기 액비활성부를 통과한 액비화 축산분뇨에서 활성오니를 제거하는 고액분리부;를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 목초액은 광합성 작용을 하는 식물의 잎, 줄기, 뿌리, 열매, 꽃 중에서 선택된 어느 하나 이상을 열분해, 가온, 증류, 추출, 및 덖음 중에서 선택된 하나 이상의 과정에서 생성한 액체 또는 정유 또는 증기를 포집하여 냉각, 응축, 분리, 숙성, 여과, 증발, 및 증류 중에서 선택된 하나 이상의 가공과정을 통하여 제조되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 목초액은 0.01 중량% 내지 1.0중량%로 상기 축산분뇨에 혼입되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 미생물은 상기 혼입된 목초액 1㎖당 1.0×10⁸CFU인 미생물 농도 기준으로 0.01중량% 내지 1.0중량%로 상기 1차분해 축산분뇨에 혼입되는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 목초액에 의해 처리과정에서 축산분뇨에서 발생하는 악취를 저감시킬 수 있고, 축산분뇨가 용이하게 분해되도록 축산분뇨를 산화분해시키기 때문에 미생물이 축산분뇨의 분해를 도와 처리 공정시간을 단축시킬 수 있다. 뿐만 아니라, 공정 중에 투입되는 미생물은 축산분뇨가 산성 상태일 때에도 생육 가능하기 때문에 악취를 저감시키는 과정에서 축산분뇨의 산성도가 높아지더라도 미생물이 원활하게 성장하여 축산분뇨를 용이하게 분해시킬 수 있다. 게다가 분해과정에서 발생하는 열을 이용함으로써, 축사를 난방하거나 활성오니를 건조시켜 고체비료화할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 분뇨처리시스템 구조체의 작동 개략도이다.

이하, 바람직한 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이에 의하여 제한되지 않는다는 것은 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.

본 발명은 분뇨처리시스템 구조체에 관한 것으로, 일반적인 축산분뇨 처리방법과 달리 목초액을 사용하여 축산분뇨를 산성화하여 악취를 제거하면서도 목초액에 의해 산성화된 축산분뇨에서도 생장이 가능한 미생물을 투입함으로써, 축산분뇨의 발효, 분해가 촉진되어 액비기간이 단축되고 잔존하는 슬러지의 양도 매우 적도록 하였다. 이와 같이 목초액과 목초액이 혼합된 축산분뇨 내에서 생장가능한 미생물을 투입함으로써, 축산분뇨가 분해되는 과정에서 악취발산이 억제되고 액비기간이 단축되며, 벌킹현상이 감소하게 된다. 여기서 목초액에는 죽초액이 포함되며, 죽초액은 목초액 중 특히 대나무에 의해 제조된 것으로 실시예의 예시로 들어 사용하였다.

도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 분뇨처리시스템 구조체의 작동 개략도가 도시되어 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 분뇨처리시스템 구조체는, 축산 분뇨 내의 사상세균 및 곰팡이 제거와 악취가스의 발산을 억제하며, 축산분뇨의 냄새를 저감시키고, 1차 산화 분해를 촉진시키는 목초액을 축산분뇨에 혼합시키는 1차분해 처리부(10);

상기 1차분해 처리부(10)를 통과한 1차분해 축산분뇨가 분배되고, 각각에 미생물이 혼입되는 복수개의 회분식 활성조(22)를 포함하는 회분식 활성부(20); 및

상기 복수개의 회분식 활성조(22)로부터 배출된 2차분해 축산분뇨가 통합되는 액비활성부(30);를 포함하고,

상기 회분식 활성부(20)에 혼입되는 상기 미생물은 바실러스 서브틸리스 GU01인 것을 특징으로 한다.

1차분해 처리부(10)에서는 축산분뇨 내의 고농도 유기물이 1차적으로 산화분해시킴으로써, 회분식 활성부(20)에서 바실러스 서브틸리스 GU01에 의해 1차분해 축산분뇨가 2차분해 축산분뇨로 용이하게 분해되도록 할 수 있다. 따라서, 활성오니를 용이하게 생산하고 체류시간을 단축시킬 수 있다. 회분식 활성부(20)에 사용되는 회분식 활성조(22)에 1차분해 축산분뇨가 투입되면 미생물이나 효소를 이용하여 반응시킬 때 1차분해 축산분뇨와 미생물 등이 연속적으로 투입되지 않고, 한 번의 반응이 완료될 때까지 1차분해 축산분뇨나 미생물과 같은 원료의 투입을 차단하는 것이다. 이와 같이 회분식 배양법에 의해 회분식 활성부(20)를 구동시키게 되면 반응을 원활하게 제어할 수 있고, 잡균이 회분식 활성조(22)에서 번식하는 것을 막을 수 있다. 또한, 1차적으로 목초액에 의해 축산분뇨 내의 잡균 발육을 억제하고 바실러스 서브틸리스 GU01을 우점화시키기 때문에 이중으로 잡균의 번식을 방지할 수 있다. 이러한 잡균 중에는 벌킹 현상을 일으키는 사상세균이나 곰팡이 등이 포함될 수 있다. 따라서, 목초액이 축산분뇨 내에 혼입되면 1차적으로 벌킹현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

또한, 회분식 활성조(22)를 복수개 구비함으로써, 동일한 양의 1차분해 축산분뇨를 2차분해 축산분뇨화 할 때, 바실러스 서브틸리스 GU01과의 유효접촉면적을 넓힐 수 있다. 즉, 동일한 양의 바실러스 서브틸리스 GU01과 1차분해 축산분뇨를 혼합하더라도 1차분해 축산분뇨가 한 덩어리로 있는 경우와 여러 덩이로 나눠지는 경우를 비교하면 여러 덩이로 나줘진 축산분뇨의 외주면 면적이 더 크기 때문에 바실러스 서브틸리스 GU01와 더욱 원활하게 반응할 수 있다. 이와 같이 복수 개의 회분식 활성화조를 운영함으로써, 액비의 품질을 높이고 제조 기간 단축으로 경제적이며, 난분해성 유기물까지도 분해시키기 때문에 잔재물이 적어 고액분리기를 설치하지 않아도 되는 장점이 있다. 다만, 장기간 사용에 의해 누적된 무기질을 배출해야할 경우, 고액분리부(40)를 구비하는 것이 바람직하다.

여기서 벌킹현상이란 사상세균이나 곰팡이 등이 이상적으로 증식되고 최종 침전지에서는 오니가 침강하지 않게 되는 현상을 말한다. 따라서, 벌킹된 오니가 팽화한 상태를 유지하면 고액분리가 불가할 뿐만 아니라 오니가 처리수와 동시에 넘쳐 흐르기 때문에 폐수처리를 할 수 없게 된다.

상기 목초액은 광합성 작용을 하는 식물의 잎, 줄기, 뿌리, 열매, 꽃 중에서 선택된 어느 하나 이상을 열분해, 가온, 증류, 및 추출 중에서 선택된 하나 이상의 과정에서 생성한 액체 또는 정유 또는 증기를 회수하여 냉각, 응축, 분리, 숙성, 여과, 증발, 및 증류 중에서 선택된 하나 이상의 가공과정을 통하여 제조되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 본 발명의 목초액은 광합성 작용을 하는 식물의 잎, 줄기, 뿌리, 열매, 꽃 중에서 선택된 하나 또는 둘 이상을 혼합하여 150 내지 350 에서 직접 또는 간접 열분해 하거나, 가마솥에서 대기압 또는 감압 상태에서 80 내지 150 로 가온하거나, 용매 추출 또는 초임계유체 추출 방법에 의하여 추출하고, 상기 열분해, 가온, 및 추출 과정에서 발생하는 액체 물질 또는 증기를 포집하여 이를 냉각 및 응축한다. 또한, 목초액은 상기 냉각 또는 응축된 목초액 속에 함유된 식물 정유 성분을 회수하기 위한 유수 분리, 상기 목초액 속에 함유된 이물질 및 타르 여과, 상기 목초액을 화학적 안정화를 위하여 상온 또는 가온하여 숙성, 상기 목초액 속에 함유된 이물질 및 타르 분리 중에서 선택된 하나 이상의 과정을 통하여 제조한다. 특히 열분해하여 탄화시키지 않은 온도에서 가마솥에 넣어 상압 또는 감압 상태로 80 내지 150 에서 가온하거나, 용매 추출 또는 초임계유체 추출 방법에 의하여 추출하거나, 가온 또는 증류 또는 덖는 과정에서 발생하는 액체 물질 또는 증기 또는 정유를 포집하고 이를 냉각 및 응축 및 분리 과정을 거쳐 제조된 목초액 조성물이 타르 함량이 낮아 바람직하다. 본 발명의 목초액은 원재료나 제조방법이 다른 2종 이상의 목초액을 혼합하여 사용할 수 있다..

회분식 활성부(20)에 투입된 미생물은 목초액이 축산분뇨에 혼입되어 제1분해 축산분뇨가 산성상태를 유지하여도 그 내에서 원활하게 생육할 수 있어야 한다. 벌킹 현상이 발생하는 원인은 여러 가지가 있다. 수중의 용존 산소량이 적거나, 유기물 부하가 적거나 원수가 부패하거나 고농도 황화물이 섞여있을 때, 질소 및 인을 포함하는 영양염이 결핍되어 있거나 PH가 낮아 미생물의 생육을 저해할 때 벌킹 현상이 발생한다.

따라서, 본 발명은, 회분식 활성부(20)에서 투입되는 미생물로 바실러스 서브틸리스 GU01를 사용한다. 상기 바실러스 서브틸리스 GU01은, 전라남도 담양에서 생산된 pH 3.0 내외의 죽초액에서 분리 및 동정하였고, 분리된 균주는 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis) GU01로 명명하고, 한국유전자은행에 2007년 11월 21일 기탁번호 KCCM 10890P로 부다페스트조약에 따라 국제기탁하였다.

즉, 목초액이 단독으로 사용될 시에 초기 분해과정에서 악취를 제거하고 사상세균 및 곰팡이가 번식하는 것을 방지할 수는 있다. 다만, 일정 시간이 지난 후에 낮은 PH로 인해 축산분뇨 분해에 사용되어야 하는 미생물이 사멸하여 결국 벌킹현상이 발생할 수밖에 없다. 그러나 본 발명에 따른 분뇨처리 시스템 구조체의 경우, 미생물로 바실러스 서브틸리스 GU01을 사용하기 때문에, 바실러스 서브틸리스 GU01이 생육하면서 제1분해 축산분뇨의 분해를 촉진하여 액체비료 제조기간을 단축시킬 수 있다. 또한, 낮은 PH에도 분해작용이 원활하게 진행되고, 이로 인하여 벌킹현상을 방지할 수 있어, 고품질의 액체비료를 제조할 수 있다.

이와 같이 순차적으로 목초액 및 바실러스 서브틸리스 GU01과 혼합되면서 축산분뇨에는 물과 이산화탄소가 발생하게 되고, 이 과정에서 액체비료가 생성된다. 즉, 각각의 회분식 활성조(22)에서 생성된 제2분해 축산분뇨를 액비활성조에서 통합함으로써, 각각의 회분식 활성조(22)에서 생성된 제2분해 축산분뇨의 농도를 균일하게 함과 동시에 미생물이 액체비료를 생성하는 과정을 한번 더 거치면서 액체비료가 안정화되어 품질을 높이게 된다. 이러한 과정을 거치면서 축산분뇨에 포함된 대부분의 유기물질은 분해되기 때문에 고액분리를 하지 않아도 액체비료를 수거하는데 영향을 주지 않는다. 그러나 장시간 사용에 따른 누적된 무기질의 원활한 배출을 위해 고액분리부(40)를 두는 것이 유리하다.

축산분뇨를 분해하는 과정에서 열이 발생하게 된다. 따라서, 본 발명에 따른 분뇨처리시스템 구조체는 회분식 활성부(20) 및 상기 액비활성부(30)에 발생하는 폐열을 회수하는 열회수장치(60)를 더 구비할 수 있다. 이러한 폐열은 축사의 난방 등에 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 분뇨처리시스템 구조체는, 분뇨처리시스템 구조체 내에서 삽입되는 목초액 및 바실러스 서브틸리스 GU01은 일정 비율 내로 혼합함으로써 벌킹현상을 방지할 수 있다. 이를 위하여, 상기 목초액은 0.01 중량% 내지 1.0중량%로 상기 축산분뇨에 혼입되고, 상기 미생물은 상기 혼입된 목초액 1㎖당 1.0×10⁸CFU인 미생물 농도 기준으로 0.01중량% 내지 1.0중량%로 상기 1차분해 축산분뇨에 혼입되는 것이 바람직하다.

여기서, 목초액이 0.01중량% 미만으로 투입될 경우, 축산분뇨에서 발생하는 악취를 저감시킬 수 없고, 바실러스 서브틸리스 GU01을 우점화할 수 없어서 사상균체나 곰팡이 등이 여전히 서식하게 되기 때문에 벌킹현상이 발생할 수밖에 없다. 또한, 목초액이 1.0중량%을 초과하는 경우, 바실러스 서브틸리스 GU01의 배양 증가율이 더 이상 증가하지 않기 때문에, 과다한 양의 목초액을 소비하게 된다. 따라서, 목초액은 0.01중량% 내지 1.0중량%로 상기 축산분뇨에 혼입되는 것이 바람직하다.

또한, 바실러스 서브틸리스 GU01이 0.01 중량% 미만으로 투입될 경우, 축산분뇨의 분해가 원활하지 않아 유기물의 일부가 분해되지 않은 채 하천 등으로 유입되어 수질을 오염시키게 된다. 또한, 1.0 중량%을 초과하여 투입할 경우, 실제 유기물을 분해하는 데에 사용되는 양보다 과다한 양의 유기물을 소비하게 되어 바실러스 서브틸리스 GU01을 배양하는데 걸리는 시간 및 비용이 증가하게 된다. 따라서, 바실러스 서브틸리스 GU01은 1㎖당 1.0×10⁸CFU인 미생물 농도 기준으로 0.01중량% 내지 1.0중량%로 상기 1차분해 축산분뇨에 혼입되는 것이 바람직하다.

가장 바람직하기는 목초액은 0.05중량% 내지 0.1중량%를 축산분뇨에 혼입하고 바실러스 서브틸리스 GU01은 0.02 중량% 내지 0.1 중량%로 1차분해 축산분뇨에 혼입되는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시예에 따른 분뇨처리시스템 구조체에 혼입되는 미생물의 열 안정성, 내산성, 악취제거 효과, 및 벌킹 저감효과는 다음과 같다.

(1) 내열성

바실러스 속 미생물은 효소, 무독성 항균물질, 살충물질 등을 포함한 여러 가지의 유용한 물질들을 생산하며 또한 그램양성(陽性)균으로 높은 온도에서 포자(胞子)를 형성하는 특징이 있다. 본 발명의 미생물(바실러스 서브틸리스 GU01)의 내열성 검사를 위해 흡광도(Opical Density, 600nm) 값이 1.0 일때 각각의 온도에서 10분동안 열처리 후 미생물 수의 값을 아래 표 1에 나타내었다. 바실러스 서브틸리스 GU01은 일반 미생물의 통상적인 사멸온도인 40℃ 내지 60℃보다 훨씬 높은 75℃ 내지 85℃로 처리한 경우에도 생존력이 뛰어난 것을 볼 수 있다. 따라서, 다량의 축산분뇨가 분해하는 과정에서 축산분뇨 온도가 80℃ 가량까지 상승하더라도 여전히 미생물이 생존하기 때문에 분해활동을 원활하게 진행할 수 있다.

온도(℃) 측정위치	30	45	60	80	100
GU01 개체수	2.×10⁸	1.5×10⁸	1.×10⁷	9.×10⁶	7.×10⁴
일반균주 개체수	5.×10⁸	3.5×10⁶	1.×10⁴	-	-

2)내산성

상기 목초액은 pH 3.0 내외의 강산성 조건으로 일반적인 미생물과 본 발명에 사용되는 바실러스 서브틸리스 GU01가 목초액을 증류수에 일정비율로 희석한 후 각 농도에서의 배양시간에 따른 균수의 변화를 측정하여 표 2에 나타내었다. 목초액은 각각 10, 20, 30, 40 및 50 중량 %로 희석하였고, 초기 미생물 농도는 100%이고, 37℃에서 배양하였다. 이때 일반적인 미생물은 강산성인 목초액에 의해 생장이 불가하며, 모두 사멸되기 때문에, 본 발명에 사용되는 바실러스 서브틸리스 GU01에 의해서만 축산분뇨의 분해가 가능하다.

구분	1.0 (중량%)		5 (중량%)		10 (중량%)		15 (중량%)		20 (중량%)
구분	일반균주	GU01	일반균주	GU01	일반균주	GU01	일반균주	GU01	일반균주	GU01
0 hr	2.0×10³	4.0×10⁶	1.2×10²	8.0×10⁵	9.0×10¹	2.0×10⁵	-	6.0×10⁴	-	1.4×10⁴
24hr	2.1×10⁴	1.0×10⁷	3.0×10³	1.2×10⁶	1.0×10²	5.0×10⁵	-	1.0×10⁵	-	3.0×10⁴
48hr	3.0×10⁴	1.0×10⁷	1.0×10³	1.0×10⁶	1.0×10²	1.0×10⁶	-	2.0×10⁵	-	5.0×10⁴

3)악취 제거효과

본 발명의 균주의 악취물질 제거 효과를 확인하기 위하여, 0.1중량% 죽초액(pH3.0) 수용액 100 ml에 본 발명의 바실러스 서브틸리스 GU01 균주를 1.0×10⁵ cfu/ml를 접종한 실시예 1, 물 100 ml에 본 발명의 바실러스 서브틸리스 GU01 균주를 1.0×10⁵ cfu/ml를 접종한 실시예 2, 1.0중량% 죽초액(pH3.0) 수용액 100 ml에 본 발명의 GU2 균주를 1.0×10⁵ cfu/ml를 접종한 실시예 3, 1.0중량% 편백추출수(pH4.3) 수용액 100 ml에 본 발명의 바실러스 서브틸리스 GU01 균주를 5.0×10⁴ cfu/ml를 접종한 실시예 4를 제조하였다. 대조군으로 악취물질 제거제를 사용하지 않고 물 100ml만 첨가한 군(비교예1) 및 죽초액 100ml 만 첨가한 군(비교예 2)을 제조하여 실험에 사용하였다. 본 실험예에 사용된 죽초액은 전남 담양에서 생산된 것으로 30 내외로 절단된 대나무를 250~300에서 간접 가열하고 이 때 연돌의 연기 속에 함유된 수액 증기를 80~150의 온도에서 포집하여 냉각 및 응축시킨 조죽초액을 6개월 이상 숙성하고 기공이 5.0 인 필터로 1회 여과하여 제조된 것이다. 또한 본 실험예에 사용된 편백추출수는 전남 장성에서 생산된 것으로 10 내외로 절단된 편백나무 잎을 103~105에서 증류하고, 이 때 배기구로 배출되는 증기를 냉각, 응축하여 포집하고 유수분리 과정에서 분리된 상부의 유분은 제외한 액체만으로 제조된 것이다.

아이오와 대학에서 사용되는 PVC컬럼을 이용한 악취물질 제거 효과실험방법을 이용하였다(www.nationalhogfarmer.com). 길이 15 inch인 PVC 컬럼에 돼지분뇨 10cm를 넣고 실시예 1 내지 4의 균주 희석액, 비교예 1은 증류수, 비교예 2의 죽초액을 돼지분뇨의 0.2 중량% 첨가한 후 악취물질의 함량 변화(단위ppm)를 시간에 따라 측정하여 표 3에 나타내었다.

구분	hr	암모니아	황화수소
비교예1	0	18	6
	12	10	5.5
	24	12	5.5
	48	14	5.5
비교예2	0	15	6.5
	12	3	3
	24	4.5	3.5
	48	6	4
실시예1	0	16	6
	12	6.5	2.5
	24	4.5	2
	48	4	1.5
실시예2	0	16	6
	12	8.5	3.5
	24	6	3
	48	4.5	2
실시예3	0	16	6
	12	3.5	2.5
	24	2	1.5
	48	1.5	1
실시예4	0	16	6
	12	5	3.5
	24	3.5	1
	48	3	1

비교예 1에 비해 죽초액만 첨가한 비교예 2는 암모니아 저감효과가 초기 15ppm에서 12시간까지 3.0ppm으로 감소하였으나 24시간 이후 다시 증가하였다. 반면에 본 발명의 실시예 1 내지 4에서는 초기 16ppm에서 12시간까지 3.5~8.5ppm으로 감소하고 시간이 경과함에 따라 균주의 대사작용에 의해서 지속적으로 낮아지는 것으로 나타났으며, 초기악취물질 농도에 비해 저감되는 비율을 지속적으로 낮게 유지하고 있었다. 특히 실시예 1, 3 및 4에서는 12시간째의 암모니아 저감효과는 죽초액만 포함된 비교예 2에 비해 다소 높은 농도를 나타냈지만, 24시간 및 48시간으로 반응을 오래 시킬수록 죽초액만을 첨가한 비교예 2에서는 오히려 암모니아 농도가 상승함에 비해 실시예1, 3, 및 4에서는 지속적으로 낮아져 현저히 낮은 농도를 나타냄을 확인할 수 있었다.

황화수소의 저감효과는 비교예 1에 비해 죽초액만 첨가한 비교예 2는 암모니아 저감효과가 초기 6.5ppm에서 12시간까지 3.0ppm으로 감소하였고 이후 48시간까지 증가하였으며, 실시예 1 내지 4에서는 초기 6.0ppm에서 시간이 지날수록 감소되어 48시간째에 1.0~2.0ppm으로 감소하였다.

4) 벌킹 저감효과

표 4에는 표 3의 비교예 및 실시예를 사용하여 각각의 경우에 벌킹현상이 발생하는 비율을 나타내었다. 즉, 각각의 비교예 및 실시예가 벌킹현상에 의해 얼만큼 부피 팽창하는지를 비교분석하였다. 벌킹 부피를 나타내는 부피 배율은 초기 부피에서 몇 배의 체적으로 부피팽창 했는지를 나타낸다.

	hr	벌킹된 부피(배율)
비교예1	0	1
	12	1.3
	24	2.2
	48	4.8
비교예2	0	1
	12	1.1
	24	1.2
	48	1.2
실시예1	0	1
	12	1.17
	24	1.2
	48	1.2
실시예2	0	1
	12	1.2
	24	1.23
	48	1.23
실시예3	0	1
	12	1.05
	24	1.1
	48	1.1
실시예4	0	1
	12	1.1
	24	1.15
	48	1.15

죽초액 또는 바실러스 서브틸리스 GU01 균주를 첨가하지 않는 비교예 1의 경우는 시간이 지남에 따라 축산분뇨의 부패 등의 영향에 의하여 pH가 낮아지고 이로 인하여 곰팡이, 세균 등이 우점종을 차지함에 따라 벌킹 현상이 나타나 침전성을 크게 저하시키고 악취 발생을 높이는 것으로 나타났다.

비교예 1에 비해 죽초액만 첨가한 비교예 2는 초반 12시간 내에 벌킹되어 증가한 부피가 비교예 1에 비해 크게 적게 나타났다. 이는 초기에 죽초액에 의해 유기물의 산화가 진행되어 부피의 증가가 낮게 나타났으며, 24시간이 지나면서 죽초액을 영양원으로 하는 바실러스 서브틸리스 GU01이 증식되면서 벌킹된 부피의 증가가 낮은 것은 부피의 증가 속도와 발효균에 의하여 유기물이 분해되는 속도가 균형을 이루기 때문으로 판단된다. 또한, 본 발명의 실시예 1 내지 4에서는 초기 부피보다 다소 체적이 증가하지만, 벌킹 현상에 의한 부피팽창으로 보기 어려울 정도로 미세한 값으로 부피가 증가 하였다. 즉, 실시예 1 내지 4에 의해 분해된 축산분뇨에서는 죽초액과 미생물의 작용으로 인하여 벌킹 현상 발생을 방지하는 것으로 판단할 수 있다.

본 발명의 단순한 변형 또는 변경은 모두 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.

10: 1차분해 처리부 20: 회분식 활성부
22: 회분식 활성조 30: 액비활성부
40: 고액분리부 60: 열회수장치

Claims

축산 분뇨 내의 사상세균 및 곰팡이 제거와 악취가스의 발산을 억제하며, 축산분뇨의 냄새저감과 1차 산화 분해를 촉진시키는 목초액을 축산분뇨에 혼합시키는 1차분해 처리부;
상기 1차분해 처리부를 통과한 1차분해 축산분뇨가 분배되고, 각각에 미생물이 혼입되는 복수개의 회분식 활성조를 포함하는 회분식 활성부; 및
상기 복수개의 회분식 활성조로부터 배출된 2차분해 축산분뇨가 통합되는 액비활성부;를 포함하고,
상기 회분식 활성부에 혼입되는 상기 미생물은 바실러스 서브틸리스 GU01인 것을 특징으로 하는 분뇨처리시스템 구조체.
제1항에 있어서,
상기 분뇨처리시스템 구조체는, 상기 액비활성부를 통과한 액비화 축산분뇨에서 활성오니를 제거하는 고액분리부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분뇨처리시스템 구조체.
제1항에 있어서,
상기 목초액은 광합성 작용을 하는 식물의 잎, 줄기, 뿌리, 열매, 꽃 중에서 선택된 어느 하나 이상을 열분해, 가온, 증류, 추출, 및 덖음 중에서 선택된 하나 이상의 과정에서 생성한 액체 또는 정유 또는 증기를 포집하여 냉각, 응축, 분리, 숙성, 여과, 증발, 및 증류 중에서 선택된 하나 이상의 가공과정을 통하여 제조되는 것을 특징으로 하는 분뇨처리시스템 구조체.
제1항에 있어서,
상기 목초액은 0.01 중량% 내지 1.0중량%로 상기 축산분뇨에 혼입되는 것을 특징으로 하는 분뇨처리시스템 구조체.
제1항에 있어서,
상기 미생물은 상기 혼입된 목초액 1㎖당 1.0×10⁸CFU인 미생물 농도 기준으로 0.01중량% 내지 1.0중량%로 상기 1차분해 축산분뇨에 혼입되는 것을 특징으로 하는 분뇨처리시스템 구조체.