KR101971537B1

KR101971537B1 - 악취 저감용 조성물

Info

Publication number: KR101971537B1
Application number: KR1020180124467A
Authority: KR
Inventors: 우창수
Original assignee: 이승엽
Priority date: 2018-10-18
Filing date: 2018-10-18
Publication date: 2019-04-23

Abstract

본 발명은 가축 축사, 폐수처리장, 분뇨처리장, 음식물류 폐기물처리장, 퇴비장 등 생물학적 처리 과정에서 발생하는 악취 저감용 조성물에 관한 것으로서, 상기 악취 저감용 조성물은 부식질 추출물, 활성규산염 및 바실러스(Bacillus)균 배양분말을 포함한다.

Description

악취 저감용 조성물{COMPOSITION FOR ODOR REDUCTION}

본 발명은 가축 축사, 폐수처리장, 분뇨처리장, 음식물류 폐기물처리장, 퇴비장 등 생물학적 처리 과정에서 발생하는 악취 저감용 조성물에 관한 것이다.

가축 축사, 폐수처리장, 분뇨처리장, 음식물류 폐기물 처리장, 퇴비장 등에서 발생하는 악취 제거 또는 완화 (이하, "저감"이라고 함)는 인근 지역사회의 중대한 현안이 되고 있다. 또한, 악취 저감은 악취관리법 등을 통한 국가적인 노력에도 불구하고 각 사업장의 투자여력 미비로 인해 쉽지 않은 상황이다.

이러한 악취유발 물질은 대개 양이온 형태로 존재하며, 대부분의 악취는 암모니아, 아민가스 등 질소계 화합물로부터 기인한다. 이로 인해 종래 악취 저감 기술은 악취유발 양이온을 포집하여 제거하는 방법, 악취유발 이온과 반응하는 물질을 사용하는 화학적 방법, 플라즈마를 이용하여 악취유발 이온을 파괴하는 물리적인 방법, 양이온의 냄새와 섞여 관능적으로 감지되는 악취량을 저감하는 방법, 호기성미생물을 이용하는 생물학적인 방법 등이 제안되었다.

구체적으로, 한국 등록특허공보 제771,049호(특허문헌 1)에는 수산화마그네슘; 수산화나트륨, 수산화칼륨 및 수산화칼슘으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 수산화물; 카르복시기를 갖는 분산제; 및 물;을 포함하는 악취 제거용 슬러리 조성물이 개시되어 있다. 그러나, 특허문헌 1의 악취 제거용 슬러리 조성물은 다량의 수산화물을 포함하여 악취 유발장소에 설치된 설비가 부식되거나 악취 제거율이 낮아지는 단점이 있었다.

또한, 한국 등록특허공보 제1,260,872호(특허문헌 2)에는 미생물 생균제 및 유산균 배양여액을 포함하는 축산 악취 제거제가 개시되어 있다. 그러나, 특허문헌 2의 축산 악취 제거제는 유산균 배양여액을 제조한 후 동결건조된 바실러스균, 엔테로코커스균, 스트렙토코커스균 및 효모균으로 구성된 세균 분말을 첨가하여 제조하는바, 제조공정이 번거롭고 이로 인해 제조원가가 높은 단점이 있었다.

따라서, 사용 현장에서 특별한 도구 없이 사용할 수 있으며, 제조원가가 낮고, 악취 제거율이 우수한 악취 저감용 조성물에 대한 연구개발이 필요한 실정이다.

한국 등록특허공보 제771,049호 (공개일: 2007. 10. 23.) 한국 등록특허공보 제1,260,872호 (공개일: 2013. 4. 29.)

이에, 본 발명은 사용 현장에서 특별한 도구 없이 사용할 수 있으며, 제조원가가 낮고, 악취 제거 또는 저감 효율이 우수한 악취 저감용 조성물을 제공하고자 한다.

본 발명은 부식질 추출물, 활성규산염 및 바실러스(Bacillus)균 배양분말을 포함하는 악취 저감용 조성물을 제공한다.

본 발명에 따른 악취 저감용 조성물은 사용 현장에서 특별한 도구 없이 사용가능하고, 제조원가가 낮으며, 악취 제거율이 우수하고, 환경오염을 유발하는 화합물을 포함하지 않고 천연소재를 사용하여 친환경적이다.

본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, '포함하다' 또는 '갖다' 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 본 발명을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

악취 저감용 조성물

본 발명에 따른 악취 저감용 조성물은 부식질 추출물, 활성규산염 및 바실러스(Bacillus)균 배양분말을 포함한다.

상기 부식질 추출물은 양이온 형태의 악취유발 물질을 흡착하는 역할을 한다. 구체적으로, 상기 부식질 추출물은 pH 3.5 이하의 부식질, 시트르산 및 물을 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계; 및 상기 혼합물을 가열 및 분별증류하여 추출물을 추출하는 단계;를 포함하는 방법으로 제조될 수 있다.

상기 부식질은 토양에 포함된 유기물의 총칭이며, 일반적으로 검은색 고분자 토양을 의미한다. 토양 내의 유기물은 긴 시간을 거치며 미생물의 먹이활동을 통해서 분해와 중축합을 거듭하며, 이산화탄소, 물 및 질소계 저분자화합물로 화학적으로 안정된 고분자 혼합물의 형태로 변한다. 따라서, 상기 부식질은 이러한 고분자 혼합물을 포함할 수 있다.

상기 혼합물은 pH 3.5 이하의 부식질 100 중량부에 대하여 15 내지 40 중량부의 시트르산 및 500 내지 1,000 중량부의 물을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 혼합물은 pH 3.5 이하의 부식질 100 중량부에 대하여 20 내지 35중량부, 또는 20 내지 30중량부의 시트르산 및 500 내지 1,000중량부의 물을 포함할 수 있다.

상기 부식질 추출물의 원료 물질로 pH 3.5 이하의 부식질을 사용할 경우, 부식질에 포함된 유효 유기산의 함량이 높아 이로부터 제조된 부식질 추출물의 양이온 치환능력이 높으므로 이를 포함하는 조성물의 악취 저감 효과가 우수하다. 또한, 상기 부식질은 pH 3.5 이하, pH 2.0 내지 3.5, 또는 pH 3.0 내지 3.5일 수 있다.

상기 추출하는 단계에서는 혼합물을 80℃ 이상으로 가열 및 분별증류하여 추출물을 추출할 수 있다. 구체적으로, 상기 추출하는 단계에서는 혼합물을 80℃ 내지 90℃로 가열 및 분별증류하여 추출물을 추출할 수 있다.

상기 부식질 추출물은 양이온 치환능력이 700 내지 900 meq/100g인 유기산을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 부식질 추출물은 양이온 치환능력이 700 내지 850 meq/100g, 또는 800 내지 900 meq/100g인 유기산을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 부식질 추출물은 800 내지 900 meq/100g인 유기산으로 이루어질 수 있다. 부식질 추출물의 양이온 치환능력이 상기 범위 내일 경우, 제조원가의 경제성 확보와 함께 양이온 형태의 악취유발 물질을 효과적으로 흡착하여 조성물의 악취 제거효과를 극대화시키는 효과가 있다.

상기 활성규산염은 양이온 형태의 악취유발 물질을 흡착하고 바실러스균 배양분말에 산소를 공급하여 악취유발 물질을 제거하는 역할을 한다. 구체적으로, 상기 활성규산염은 결정성 함수 알루미나 활성규산염 광물일 수 있으며, SiO₂, Al₂O₃, H₂O, K₂O 및 CaO을 포함할 수 있다.

상기 활성규산염은 양이온 치환능력이 100 내지 300 meq/100g 일 수 있다. 구체적으로, 상기 활성규산염은 양이온 치환능력이 150 내지 300 meq/100g, 또는 200 내지 300 meq/100g 일 수 있다. 활성규산염의 양이온 치환능력이 상기 범위 내일 경우, 양이온 형태의 악취유발 물질을 효과적으로 흡착하여 조성물의 악취 저감 효과를 향상시키는 효과가 있다.

또한, 상기 활성규산염은 비중이 2.0 내지 2.5이고 평균 기공 직경이 1 내지 10 Å인 다공질체일 수 있다. 구체적으로, 상기 활성규산염은 비중이 2.1 내지 2.5이고 평균 기공 직경이 3 내지 10 Å인 다공질체일 수 있다.

나아가, 상기 활성규산염은 활성규산염 총 부피를 기준으로 50부피% 이상의 기공을 포함하는 다공질체일 수 있다.

상기 활성규산염으로 상술한 바와 같은 물성을 만족하는 다공질체를 사용할 경우, 악취물질을 흡착하는 기능과 함께 바실러스균에 산소공급을 원활히 하여 조성물의 악취 저감 효율이 향상되는 효과가 있다.

또한, 상기 활성규산염은 평균 직경이 10㎛ 이하의 분말 형태일 수 있다. 구체적으로, 상기 활성규산염은 평균 직경이 7㎛ 내지 10㎛의 분말 형태일 수 있다. 활성규산염의 평균 직경이 상기 범위 내일 경우, 바실러스균에 산소공급을 원활히 하여 조성물의 악취 저감 효과 및 경제성이 향상되는 효과가 있다.

상기 바실러스(Bacillus)균 배양분말은 악취물질을 분해하여 악취를 저감하는 역할을 한다.

상기 바실러스균 배양분말은 바실러스균을 탈지미강 분말에 접종하고 20 내지 30℃ 및 pH 6.5 내지 7.5에서 배양하여 제조될 수 있다. 구체적으로, 상기 바실러스(Bacillus)균 배양분말은 예컨대 Bacillus subtilis(고초균)을 직경이 450메쉬(mesh) 이하, 또는 10㎛ 내지 70㎛의 탈지미강 분말에 접종하고 25 내지 30℃, 또는 25 내지 28℃ 및 pH 6.8 내지 7.3, 또는 pH 6.9 내지 7.2에서 개체밀도가 1×10⁸ 내지 5×10⁹ cfu/g, 1×10⁸ 내지 3×10⁹ cfu/g, 또는 1×10⁸ 내지 1×10⁹ cfu/g가 될 때까지 배양하여 제조될 수 있다.

상기 조성물은 20 내지 40중량부의 부식질 추출물, 40 내지 60중량부의 활성규산염, 및 10 내지 30중량부의 바실러스균 배양분말을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 조성물은 20 내지 35중량부, 25 내지 35중량부, 또는 27 내지 32중량부의 부식질 추출물, 40 내지 58중량부, 42 내지 55중량부, 또는 45 내지 52중량부의 활성규산염, 및 10 내지 30중량부, 12 내지 25중량부, 또는 15 내지 23중량부의 바실러스균 배양분말을 포함할 수 있다. 그러나, 상기 부식질 추출물, 활성규산염 및 바실러스균 배양분말의 혼합비는 악취 저감 대상물에 따라 조절할 수 있다. 예를 들어, 음식물류 폐기물과 같이 고농도 악취를 갖는 대상물의 경우, 부식질 추출물과 활성규산염을 보다 다량으로 포함할 수 있다. 즉, 고농도 악취를 갖는 대상물의 경우, 상기 조성물은 28 내지 40중량부의 부식질 추출물, 45 내지 60중량부의 활성규산염, 및 18 내지 30중량부의 바실러스균 배양분말을 포함할 수 있다.

상기 조성물은 평균 직경이 10㎛ 이하의 분말 형태일 수 있다. 구체적으로, 상기 조성물은 평균 직경이 5㎛ 내지 10㎛, 또는 7㎛ 내지 10㎛의 분말 형태일 수 있다. 상기 조성물의 평균 직경이 상기 범위 내인 분말 형태일 경우, 악취 저감 대상물에 최대한 고르게 살포가 가능하며, 미생물이 쉽게 소화 흡수할 수 있어 악취 저감 성능이 향상되는 효과가 있다. 또한, 상기 조성물을 물에 희석하여 분무하는 경우, 분무기의 노즐이 막히는 현상이 적어 작업성이 우수하다.

상술한 바와 같은 악취 저감용 조성물은 사용 현장에서 특별한 도구 없이 사용가능하고, 제조원가가 낮으며, 악취 저감율이 우수하고, 환경오염을 유발하는 화합물을 포함하지 않고 천연소재를 포함하여 친환경적이다. 따라서, 상기 악취 저감용 조성물은 축산농가, 하수처리장, 음식물처리장, 퇴비장 등 악취가 발생하는 다양한 장소에 악취 저감제로 적용할 수 있다.

이하 본 발명을 실시예를 통하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

[실시예]

제조예 1. 부식질 추출물의 제조

pH 3.5의 부식질 100 중량부에 25 중량부의 시트르산 및 750 중량부의 물을 혼합하고, 80~90℃에서 물을 보충하면서 3시간 동안 가열 및 분별증류하여 부식질 추출물을 제조하였다.

제조된 부식질 추출물은 양이온 치환능력이 850meq/100g이었다.

제조예 2. 바실러스균 배양분말의 제조

탈지미강을 450메쉬 이하로 가공한 분말을 배양체로 사용하였으며, 고초균(Bacillus subtilis)을 상기 배양체에 접종한 후 25~30℃ 및 pH 7.0에서 개체밀도가 1×10⁸ 내지 1×10⁹ cfu/g가 될때까지 배양하여 바실러스균 배양분말을 제조하였다.

실시예 1. 악취 저감용 조성물의 제조

제조예 1의 부식질 추출물 30중량부와 활성규산염(양이온 치환능력: 220~230 meq/100g, 비중: 2.3, 평균 직경: 8㎛, 평균 기공 직경이 6Å인 다공질체) 50중량부를 혼합하고, 8중량부의 물을 첨가하였다. 이후 55℃로 2시간 동안 가열하여 함수율이 3중량%에 도달할 때까지 건조한 후 평균 입자 직경이 10㎛ 이하가 되도록 분쇄하여 건조분말을 제조하였다. 이후 건조분말 80중량부에 제조예 2의 바실러스 배양분말 20중량부를 첨가하고 혼합하여 악취 저감용 조성물을 제조하였다.

시험예 1. 음식물류 폐기물 처리장의 악취 저감

하루 200톤의 음식물 쓰레기를 처리하는 음식물류 폐기물 자원화(퇴비화) 시설의 퇴비장 유입 이송라인에 정량분말 투입기를 설치하여 매일 슬러지 70톤에 실시예 1의 악취 저감용 조성물 22kg을 고르게 투입한 후 퇴비화하였다. 30일 동안 지속적으로 실시예 1의 악취 저감용 조성물을 투입하면서 습식세정탑 배출 악취를 경기도 보건환경연구원에 의뢰하여 공기희석관능법으로 측정하였으며, 그 결과를 표 1에 나타냈다.

조성물 투입기간	세정탑 배출악취 (공기희석관능법)
미투입	12,600배
3일 후	4,481배
6일 후	2,080배
12일 후	1,000배
30일 후	450배

표 1에서 보는 바와 같이, 실시예 1의 악취 저감용 조성물 투입 후 세정탑 배출 악취가 저감되었으며, 30일 동안 투입 후 배출악취가 500배 이하로 악취관리법 기준을 만족시켰다.

시험예 2. 양돈장 폐수 저류조의 악취 저감

40,000두 사육 양돈장 폐수저류조(저장량: 3,000톤, 축사 슬러리 피트에서 방출된 폐수를 저장하는 저류조)에 폐수 10톤당 실시예 1의 악취 저감용 조성물 1kg을 고르게 살포하였다. 살포 후 저류조의 질소량을 측정하여 표 2에 나타냈다.

구체적으로, 질소량은 UV-Vis spectrophotometer로 측정하였다.

조성물 사용기간	항 목	측정치
투입 전	총 질소량	3,185 ppm
투입 전	암모니아(NH₃)량	1,425 ppm
투입 1일 후	총 질소량	2,783 ppm
투입 1일 후	암모니아(NH₃)량	634 ppm
투입 14일 후	총 질소량	315 ppm
투입 14일 후	암모니아(NH₃)량	231 ppm

표 2에서 보는 바와 같이, 실시예 1의 악취 저감용 조성물을 투입한 후 질소량 및 암모니아량이 현저히 저감되었고, 실시예 1의 악취 저감용 조성물을 살포한 후 약 1시간 경과 시점부터 체감 악취가 급격히 줄었으며, 살포 후 약 12시간이 경과한 다음날에는 악취가 거의 체감되지 않았다. 특히, 상기 양돈장의 경우 하루 150톤의 축산폐수를 정화하여 방류하는데, 방류되는 축산폐수의 총 질소 수치가 법적 방류기준치인 850ppm을 초과하는 문제가 있었다. 그러나, 실시예 1의 조성물을 투입하고 한달이 지난 후부터는 270ppm 전후로 법적 방류기준치를 만족하였다.

따라서, 본 발명의 악취 저감용 조성물은 사용 현장에서 특별한 도구 없이 사용가능하고, 제조원가가 낮으며, 악취제거율이 우수함을 알 수 있었다.

Claims

부식질 추출물, 활성규산염 및 바실러스(Bacillus)균 배양분말을 포함하는 악취 저감용 조성물로서,
상기 부식질 추출물은 양이온 치환능력이 700 내지 900 meq/100g인 유기산을 포함하고,
상기 부식질 추출물은 pH 3.5 이하의 부식질, 시트르산 및 물을 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계; 및 상기 혼합물을 80 내지 90 ℃에서 가열 및 분별증류하여 추출물을 추출하는 단계;를 포함하는 방법으로 제조되며,
상기 활성규산염은 평균 직경이 7㎛ 내지 10㎛의 분말 형태이고,
상기 조성물은 평균 직경이 5㎛ 내지 10㎛의 분말 형태이며,
상기 바실러스균 배양분말은 바실러스균을 직경이 450메쉬(mesh) 이하의 탈지미강 분말에 접종하고 25 내지 30℃ 및 pH 6.5 내지 7.5에서 개체밀도가 1×10⁸ 내지 5×10⁹ cfu/g가 될 때까지 배양하여 제조되는, 악취 저감용 조성물.
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삭제
청구항 1에 있어서,
상기 활성규산염은 양이온 치환능력이 100 내지 300 meq/100g인, 악취 저감용 조성물.
청구항 1에 있어서,
상기 활성규산염은 비중이 2.0 내지 2.5이고 평균 기공 직경이 1 내지 10 Å인 다공질체인, 악취 저감용 조성물.
삭제
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 바실러스균은 Bacillus subtilis(고초균)인, 악취 저감용 조성물.
청구항 1에 있어서,
상기 조성물은 20 내지 40중량부의 부식질 추출물, 40 내지 60중량부의 활성규산염, 및 10 내지 30중량부의 바실러스균 배양분말을 포함하는, 악취 저감용 조성물.
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