KR102040862B1 - 살균수를 이용한 생물자원 기반의 유기 폐기물 처리 공정의 악취 및 세균 제거 기술 개발 - Google Patents

살균수를 이용한 생물자원 기반의 유기 폐기물 처리 공정의 악취 및 세균 제거 기술 개발 Download PDF

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Abstract

음식물 쓰레기 등의 유기 폐기물을 지렁이 등의 생물자원을 이용한 처리를 통하여 토양을 개량하고 유기 비료를 생산할 수 있는 방법에 관한 것이다.

Description

살균수를 이용한 생물자원 기반의 유기 폐기물 처리 공정의 악취 및 세균 제거 기술 개발{DEVELOPMENT OF TECHNOLOGY FOR REMOVING ODOR AND BACTERIA IN ORGANIC WASTE TREATMENT PROCESS BASED ON BIOLOGICAL RESOURCES USING STERILIZED WATER}
본원은, 음식물 쓰레기 등의 유기 폐기물을 지렁이 등의 생물자원을 이용한 처리를 통하여 토양을 개량하고 유기 비료를 생산할 수 있는 방법에 관한 것이다.
현대 거주환경이 아파트 단지와 같이 대규모화 되어감에 따라, 공동 생활로 인해 발생하는 대량의 쓰레기 처리가 사회문제로 야기되고 있다. 특히, 그 중에서도 가정에서 배출되는 음식물 쓰레기에 대한 문제 해결이 가장 우선시 되고 있는 실정이다. 농촌의 경우에도, 음식물 쓰레기를 처리 없이 매립하는 경우가 많으며, 최근 가축분뇨의 해상투기가 금지되면서 이에 대한 처리 요구가 급증하고 있다.
상기 언급된 문제를 해결하기 위해 일반적으로 음식물 처리기에 건조기를 사용하여 습기를 제거한 다음 자외선 살균을 시도하지만, 자외선이 닿지 않는 곳은 살균 효과가 없으며, 자외선 장치는 음식물 쓰레기에서 발생하는 악취를 제거하는 탈취효과가 없으므로 음식물 쓰레기의 건조와 자외선 처리는 상기의 문제를 해결하기 위한 효과적인 방법은 아니다.
음식물 쓰레기의 미생물 오염 문제를 해결하기 위해, 일반적으로 소독력이 있는 화학 물질을 첨가하여 살균을 시도할 수 있으나, 음식물 쓰레기를 유기 비료로 발효하기 위해서는 화학 물질의 선택이 중요하게 여겨진다. 또한, 최근 화학 물질 사용에 대한 우려가 높아지는 시점에서 사용에 더욱 신중한 고려가 필요하다.
미생물 살균을 목적으로 음식물 쓰레기에 살균제를 사용할 경우, 살균제가 잔류하여 생산물인 분변토 발효과정에서 발효미생물의 생장 및 발효에 큰 영향을 미칠 수 있으며, 상품을 사용하는 작물 및 토양에 영향을 미칠 수 있으므로 살균제의 토양오염 및 유해성을 충분히 검토한 후 적용이 가능하다.
[선행문헌]
일본 공개특허 제2014-116758호
본원은, 음식물 쓰레기이나 가축분뇨와 같은 유기 폐기물을 효과적으로 처리하고 동시에 토양의 개량과 유기 비료를 생산할 수 있는 방법을 제공하고자 한다.
그러나, 본원이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본원의 제 1 측면은, 생물을 이용하여 유기 폐기물을 처리하는 것을 포함하는, 유기 폐기물의 처리 방법으로서, 상기 유기 폐기물을 살균수에 의하여 전처리하는 단계; 상기 살균수에 의해 처리된 유기 폐기물에서 생물을 생육시키는 단계; 및 상기 생물이 생육된 유기 폐기물에 상기 살균수를 추가 공급하여 후처리하는 단계를 포함하는, 유기 폐기물의 처리 방법을 제공한다.
본원에 의하여, 차아염소산을 이용하여 음식물 쓰레기 등 유기 폐기물의 악취 및 유해미생물을 제거하는 과정은 이용하여 음식물 쓰레기 등 유기 폐기물의 처리과정에서 야기되는 문제를 해결할 수 있을 뿐만 아니라, 토양 개량 및 유기비료 제조에도 효과적으로 사용이 가능할 것이다.
차아염소산은 살균 대상이 넓고 즉각적인 살균 효과를 나타내는 것으로 알려져 있으며, 차아염소산 나트륨보다 20 배에 달하는 살균력을 가지며, 이러한 차아염소산은, 살균 후 잔류되지 않고 물로 환원되어 잔류에 대한 오염 또는 독성에 대한 문제가 제기되지 않는다.
특히, 차아염소산은 피부염이나 알레르기 반응을 일으키지 않으며, 독성이 전혀 없는 것으로 알려져 식수를 비롯하여 식품 의약에 이르기까지 다양한 영역에 적용하여 효과적으로 살균이 가능하다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 탈취력과 살균력이 우수한 살균수로서 차아염소산수를 이용하여, 음식물 쓰레기와 같은 유기 폐기물의 악취 및 유해 미생물을 제거할 수 있으며, 상기 유기 폐기물 처리 과정에서 지렁이를 생육하고, 지렁이를 생육하여 생성된 분변토에 상기 차아염소산수를 사용하여, 분변토의 유해 미생물을 제거함으로써 양질의 친환경 유기 비료를 제조할 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 차아염소산수를 이용하여 음식물 쓰레기과 같은 유기 폐기물의 수집, 보관, 및 운송 과정에서 발생하는 악취를 효과적으로 제거할 수 있으며, 악취 제거와 동시에 식중독 균 등 질병을 유발할 수 있는 유해 미생물을 살균 또는 생장 억제시켜, 보건 환경 증진의 효과가 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 음식물 쓰레기와 같은 유기 폐기물의 유해 미생물을 제거함으로써 지렁이의 생육환경에 긍정적인 효과를 제공하여 양질의 유기비료를 제조할 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 유기 폐기물을 차아염소산으로 처리한 후 생물에게 급이 하였을 때, 살균 효과로 인해 해충이 발생하지 않았으며, 생물의 개체 수가 눈에 띄게 증가하였으므로, 상기 차아염소산이 생물의 생육에 있어 긍정적인 영향을 미치는 것을 확인하였다.
도 1은, 본원의 일 구현예에 있어서, 차아염소산수에 의한 음식물 쓰레기 악취 저감 효과를 나타낸 실험 모식도이다.
도 2는, 본원의 일 구현예에 있어서, 차아염소산수에 의한 음식물 쓰레기 처리 및 생육을 위한 수분 공급을 통한 미생물 살균 효과를 나타낸 실험 이미지이다.
도 3의 (a) 및 (b)는, 본원의 일 실시예에 있어서, (a) 지렁이 생육상자 및 (b) 분변토의 사진이다.
도 4의 (a) 및 (b)는, 본원의 일 실시예에 있어서, (a) 지렁이 무게 측정 및 (b) 실험에 사용된 지렁이의 사진이다.
도 5의 (a) 내지 (d)는, 본원의 일 실시예에 있어서, 각각 (a) 급이에 차아염소산수를 처리하는 모습, (b) 급이 사진, (c) 수분을 제거한 급이 사진, 및 (d) 생육 상자에 수분 공급을 하는 사진이다.
도 6의 (a) 및 (b)는, 본원의 일 실시예에 있어서, (a) 60 일 후 지렁이를 선별하는 모습, (b) 60 일 후 지렁이의 개체수 및 무게를 측정하는 모습을 나타낸 사진이다.
도 7은, 본원의 일 실시예에 있어서, 실험군별 지렁이의 개체수 변화를 나타낸 그래프이다.
도 8은, 본원의 일 실시예에 있어서, 실험군별 지렁이의 중량 변화를 나타낸 그래프이다.
도 9 의 (a) 내지 (d)는, 본원의 일 실시예에 있어서, (a) 차아염소산을 처리한 실험군에서 해충이 발생하지 않은 모습, (b) 차아염소산을 처리하지 않은 실험군에서 해충이 발생한 모습을 나타낸 사진이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 “연결”되어 있다고 할 때, 이는 “직접적으로 연결”되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 “전기적으로 연결”되어 있는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 “상에” 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 “포함” 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 “약”, “실질적으로” 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 “~(하는) 단계” 또는 “~의 단계”는 “~ 를 위한 단계”를 의미하지 않는다.
본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 “이들의 조합(들)”의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.
본원 명세서 전체에서, “A 및/또는 B”의 기재는 “A 또는 B, 또는 A 및 B”를 의미한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본원의 구현예 및 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 본원이 이러한 구현예 및 실시예와 도면에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 제 1 측면은, 생물을 이용하여 유기 폐기물을 처리하는 것을 포함하는, 유기 폐기물의 처리 방법으로서, 상기 유기 폐기물을 살균수에 의하여 전처리하는 단계; 상기 살균수에 의해 처리된 유기 폐기물에서 생물을 생육시키는 단계; 및 상기 생물이 생육된 유기 폐기물에 상기 살균수를 추가 공급하여 후처리하는 단계를 포함하는, 유기 폐기물의 처리 방법을 제공한다.
도 1을 통해, 본원의 일 구현예에 따른 유기 폐기물의 처리 방법을 설명할 수 있다. 먼저, 음식물 쓰레기 등과 같은 유기 폐기물에 살균수를 전처리하여 상기 유기 폐기물에서 발생할 수 있는 악취 및 유해 미생물을 제거한다. 그 후, 상기 살균수에 의해 처리된 유기 폐기물에서 생물을 생육시키고, 상기 생물이 생육된 유기 폐기물에 상기 살균수를 추가 공급하여 후처리함으로써, 상기 생물이 생육된 유기 폐기물 및/또는 상기 생육된 생물의 배설물에서 발생할 수 있는 악취 및/또는 유해 미생물을 제거할 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 유기 폐기물은 음식물 쓰레기, 식품 부산물, 농업 부산물, 산업 폐수, 인분뇨, 생활 하수, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 생물은 지렁이, 구더기, 곰팡이, 박테리아, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 유기 폐기물에 살균수를 처리한 후, 고온 다습한 환경에서 약 1 일 내지 약 30 일간 방치하여 상기 유기 폐기물을 부패시키는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 유기 폐기물은 생물을 생육시키기 위하여 염분을 제거하는 처리를 추가 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 유기 폐기물은 산성일 경우 중화하는 과정을 추가 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 유기 폐기물은 생물을 생육시키기 위하여 액티칼FOD를 이용하여 중화시키는 과정을 추가 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 생물을 생육시키는 단계에서 수분을 추가로 공급할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 유기 폐기물에서 생물을 생육시키는 단계에서, 수분 공급을 위해 살균수를 지속적으로 공급할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 살균수에 의하여 상기 유기 폐기물에 포함된 악취 및/또는 유해 미생물이 제거되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 대장균, 포도상구균, 살모넬라, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 살균수에 의하여 상기 유기 폐기물에 포함된 아민류(amines) 또는 암모니아(ammonia) 등의 악취 성분이 제거되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 살균수에 의해 처리된 유기 폐기물에서 생육된 생물은 살균수가 처리되지 않은 유기 폐기물에서 생육된 생물보다 그 개체수가 증가하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 살균수는 전해수 또는 차아염소산수를 포함하는 것일 수 있으며, 예를 들어, 상기 전해수 또는 차아염소산수는, HCl 및/또는 NaCl이 포함된 용액을 전기 분해하여 제조되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 NaCl은 상기 전기 분해의 효율을 높이거나, 미산성 유지를 위해 첨가되는 것일 수 있으며, 예를 들어, 전체 용액의 약 2%까지 첨가되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 차아염소산수는 HCl 및 물을 전기 분해하여 생성되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
예를 들어, 상기 Cl의 농도는 약 10 내지 80 ppm, 약 10 내지 60 ppm, 약 10 내지 40 ppm, 약 10 내지 20 ppm, 약 20 내지 80 ppm, 약 20 내지 60 ppm, 약 20 내지 40 ppm, 약 40 내지 80 ppm, 약 40 내지 60 ppm, 또는 약 60 내지 80 ppm 범위일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
예를 들어, 상기 차아염소산수의 산도는 약 pH 5.0 내지 6.5, 약 pH 5.0 내지 6.0, 약 pH 5.0 내지 5.5, 약 pH 5.5 내지 6.5, 약 pH 5.5 내지 6.0, 또는 약 pH 6.0 내지 6.5 범위일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
상기 차아염소산은 의약품 용도, 물, 식품, 식기 등을 살균하는 살균제로서, 하기 반응식 1과 같이 불안정하고 산소를 방출하여 분해하며 염산 및 염소산을 생성하여 강한 산화작용을 보이는 것일 수 있다:
HCl + H2O HOCl + H2 (1)
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 살균수에 의하여 상기 생물이 생육된 유기 폐기물에 포함된 악취 및/또는 유해 미생물이 제거되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 대장균, 포도상구균, 살모넬라, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 살균수에 의하여 상기 유기 폐기물, 상기 생물이 생육된 유기 폐기물, 또는 생육된 생물의 배설물에 포함되거나, 이에 의하여 발생되는 아민류(amines) 또는 암모니아(ammonia)와 같은 악취 성분이 제거될 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 살균수의 농도는 약 1 ppm 내지 약 100 ppm 범위일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 살균수의 농도는 약 1 ppm 내지 약 100 ppm, 약 1 ppm 내지 약 80 ppm, 약 1 ppm 내지 약 60 ppm, 약 1 ppm 내지 약 50 ppm, 약 1 ppm 내지 약 50 ppm, 약 1 ppm 내지 약 40 ppm, 약 1 ppm 내지 약 30 ppm, 약 1 ppm 내지 약 20 ppm, 약 1 ppm 내지 약 10 ppm, 약 1 ppm 내지 약 10 ppm, 약 1 ppm 내지 약 80 ppm, 약 10 ppm 내지 약 50 ppm, 약 10 ppm 내지 약 40 ppm, 약 10 ppm 내지 약 30 ppm, 약 10 ppm 내지 약 20 ppm, 약 20 ppm 내지 약 50 ppm, 약 20 ppm 내지 약 40 ppm, 약 20 ppm 내지 약 30 ppm, 약 30 ppm 내지 약 50 ppm, 약 30 ppm 내지 약 40 ppm, 약 80 ppm 내지 약 100 ppm, 또는 약 40 ppm 내지 약 50 ppm 범위일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 처리 방법에 의하여 토양을 개량하거나 친환경 유기 비료를 생산할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 유기 비료는, 상기 유기 폐기물에 살균수를 전처리하여 상기 유기 폐기물의 악취 및/또는 유해 미생물을 제거하고, 상기 유기 폐기물에서 생물을 생육시키고, 상기 생물이 생육된 유기 폐기물에 상기 살균수를 추가 공급하여 후처리함으로써, 상기 생물이 생육된 유기 폐기물 또는 상기 생육된 생물의 배설물의 악취 및/또는 유해 미생물을 제거함으로써 수득되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 음식물 쓰레기에 살균수를 전처리하여 악취 및/또는 유해 미생물을 제거하고, 상기 음식물 쓰레기에 지렁이를 생육시키고, 상기 지렁이의 분변토에 상기 살균수를 추가 공급하여 후처리함으로써, 악취 및/또는 유해 미생물을 제거하여 친환경 유기 비료를 생산할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 유기 비료는 식물 생장에 도움을 주는 인산, 칼슘, 칼륨, 마그네슘, 카드뮴, 구리, 납, 아연, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 추가 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
이하, 본원의 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 하나, 하기의 실시예는 본원의 이해를 돕기 위하여 예시하는 것 일뿐, 본원의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
1. 차아염소산수 전처리의 탈취 효과 실험
1-1. 차아염소산수 또는 전해수 처리
2 내지 6% HCl 및 1 내지 2% NaCl 전해질을 포함하는 물을 전기 분해하여 수득한 40 ppm 내지 50 ppm의 차아염소산수를 수집한 음식물 쓰레기의 중량과 동일한 중량으로 음식물 쓰레기에 처리하고, 10 L 밀폐용기에 담아 37℃로 온도가 유지되고 빛이 잘 드는 곳에서 15 일 내지 30 일 동안 보관하여 음식물 쓰레기 부패를 유도 하였다. 본원에 따른 차아염소산수의 음식물 쓰레기 탈취 효과를 확인하기 위하여, 차아염소산수 대신에 수돗물을 이용한 것을 제외하고는 상기 방법과 동일한 방법으로 음식물 쓰레기를 처리하였다.
1-2. 차아염소산수 또는 전해수 처리에 의한 음식물 쓰레기의 악취 제거 효과
차아염소산수 또는 수돗물(대조군)을 처리한 후 부패시킨 상기 음식물 쓰레기 시료를 사용하여, 음식물 쓰레기에서 발생하는 악취제거 효과 실험을 수행 하였다. 상기 실시예 1-1에 나타낸 바와 같이, 음식물 쓰레기의 부패는 10 L 밀폐용기에서 진행되었고, 30 일이 지난 후 밀폐용기 내의 암모니아 또는 아민 가스 농도를 가스검지관법을 통하여 측정하였다. 하기 표 1에 나타낸 바와 같이, 차아염소산수를 처리한 음식물 쓰레기에서 발생하는 암모니아 발생율은 수돗물을 처리한 대조군와 비교하였을 때 약 82.3% 감소하였으며, 아민가스 발생율은 약 40% 감소하였다.
하기 표 1에 나타낸 결과는 차아염소산수 처리에 의해 음식물 쓰레기에서 악취를 발생시키는 미생물 또는 기타 요인이 제거되었음을 나타내는 것으로, 부패 후 악취 발생율에 차이가 나타났다.
Figure 112017131117501-pat00001
2. 차아염소산수의 탈취 효과 실험
2-1. 차아염소산수 처리
상기 실시예 1-1에 나타낸 방법과 같이, 차아염소산수 또는 수돗물을 전처리한 후 10 L 밀폐용기에서 부패시킨 음식물 쓰레기 시료를 준비하였다. 준비한 각각의 시료에, 6% HCl, 2% NaCl 전해질을 전기 분해하여 수득한 40 ppm 내지 50 ppm의 차아염소산수 10 mL를 분사하여 처리하였다.
2-2. 차아염소산수 처리에 의한 음식물 쓰레기의 악취 제거 효과
차아염소산 또는 수돗물 전처리 이후 차아염소산을 분사한 지 30 분 후, 각각의 밀폐용기내의 암모니아 또는 아민 가스의 농도를 가스검지관법을 통하여 측정하였다. 하기 표 2에 나타낸 바와 같이, 부패된 상기 음식물 쓰레기에서 발생하는 암모니아 가스의 제거율은 차아염소산수 전처리 후 차아염소산을 처리한 시료에서 51.7%, 수돗물 전처리 후 차아염소산을 처리한 시료에서 42.9%로 아민 가스 제거율은 각각 35.8%, 0%로 확인되었다. 이러한 결과는 차아염소산수 전처리와는 상관없이, 차아염소산수가 악취 제거에 효과가 있음을 입증한다.
Figure 112017131117501-pat00002
3. 차아염소산수 전처리의 탈취 효과 실험
3-1. 차아염소산수 전처리
차아염소산수를 처리하지 않은 2 개의 None 타입(NT) 음식물 쓰레기 시료, 및 3 M 차아염소산수(42 ppm, pH 5.9)을 처리한 2 개의 HOCl 타입(HT) 음식물 쓰레기 시료를 준비하여, 10 L 밀폐용기에 15 mL씩 넣어 30 일 동안 부패를 유도하였다.
3-2. 차아염소산수 전처리에 의한 음식물 쓰레기의 악취 제거 효과
상기 실시예 3-1에 나타낸 바와 같이, 차아염소산수 또는 수돗물을 전처리한 후 부패시킨 상기 음식물 쓰레기 시료들의 부패는 10 L 밀폐용기에서 진행되었고, 30 일이 지난 후 밀폐용기 내의 암모니아 또는 아민 가스 농도를 가스검지관법을 통하여 30 분 동안 측정하였다. 상기 가스검지관의 검정 가스는 NH3(암모니아) 200 mL/10 L, R·NH2(아민) 200 mL/10 L를 이용하였다. 측정 결과, 하기 표 3에 나타낸 바와 같이, 차아염소산수를 전처리한 음식물 쓰레기에서 측정된 암모니아 및 아민 가스의 농도는 각각 15 ppm, 6 ppm(평균)으로 측정되었으나, 차아염소산수를 전처리하지 않은 음식물 쓰레기에서 측정된 암모니아 및 아민 가스의 농도는 각각 75 ppm, 10 ppm으로 측정되었다.
이와 같은 결과는, 최초에 음식물 쓰레기에 존재하던 부패 미생물이 차아염소산수 처리에 의해 감소하여, 차아염소산수가 처리된 음식물 쓰레기의 부패 속도를 감소시킨 효과로 확인된다. 또한, 부패된 상기 음식물 쓰레기에서 발생된 암모니아 및 아민 가스는, 차아염소산수를 분사한 다음 30 분 후에 차아염소산수에 의한 암모니아 가스 감소 효과를 확인할 수 있었다.
또한, 하기 표 3에 나타낸 바와 같이, 차아염소산수를 전처리한 음식물 쓰레기(HT1, HT2)에서 측정된 암모니아 및 아민 가스는, 차아염소산수를 전처리하지 않은 음식물 쓰레기(NT1, NT2)에서 측정된 암모니아 및 아민 가스보다 40%가 제거되었음을 확인할 수 있다.
Figure 112017131117501-pat00003
차아염소산수는 음식물 쓰레기의 초기 미생물 군집에 변화를 주어 부패 속도에 영향을 미친 것으로 사료되며, 차아염소산수를 전처리한 음식물 쓰레기의 암모니아 가스 발생 농도는, 차아염소산수를 처리하지 않은 음식물 쓰레기보다 약 80% 이상 감소된 것을 확인할 수 있다. 암모니아 외 아민류의 가스 농도 역시, 40%가량 감소하였으며, 황화수소 또는 황산 등의 가스는 검출되지 않았다. 음식물 쓰레기의 종류, 염분 농도, 수분량에 따라 상기 음식물 쓰레기의 부패는 차이가 있을 수 있으나, 재현성 및 반복 실험 결과 상기 표 3에 나타난 실험 결과는 차아염소산수 전처리에 의한 차이인 것으로 확인되었다.
4. 차아염소산수의 탈취 효과 실험
4-1. 차아염소산수 처리
상기 실시예 1-1에 나타낸 방법과 같이, 차아염소산수 또는 수돗물을 전처리한 후 10 L 밀폐용기에서 부패시킨 음식물 쓰레기 시료를 준비하였다. 처리한 시료는 각각 차아염소산 전처리 시료를 HT로, 수돗물 처리 시료를 NT로 명명하였다. 준비한 각각의 시료에, 6% HCl, 2% NaCl 전해질을 전기 분해하여 수득한 40 ppm 내지 50 ppm의 차아염소산수 10 mL를 분사하여 처리하였다.
4-2. 차아염소산수 처리에 의한 음식물 쓰레기의 악취 제거 효과
분사한 지 30 분 후, 각각의 밀폐용기내의 암모니아 또는 아민 가스의 농도를 가스검지관법을 통하여 30 분 동안 측정하였다. 상기 가스검지관의 검정 가스는 NH3(암모니아) 200 mL/10 L, R·NH2(아민류) 200 mL/10 L를 이용하였다. 차아염소산수 또는 수돗물 전처리 후 차아염소산수를 처리한 4 개 시료의 검정 결과를 하기 표 4에 나타냈다.
Figure 112017131117501-pat00004
상기 표 4에 나타낸 바와 같이, 차아염소산수는 암모니아 가스에 대해 우수한 탈취 효과를 나타냈다. 아민류의 탈취력은 음식물 쓰레기 종류 및 전처리 과정에 따라 실험 결과가 다르게 나타났으며, 이는 추가 실험을 통해 확인될 것이다.
차아염소산수의 탈취 효과가 각 시료마다 다르게 나타난 이유는, 동일한 농도 및 용량의 차아염소산수를 분사하였지만, 초기에 존재하는 암모니아 가스의 농도 차이에 의하여 제거되는 암모니아의 효과도 다르게 나타난 것으로 분석된다.
상기 실시예에 따라, 차아염소산수의 탈취력은 차아염소산수의 농도가 높을수록, 또한 pH가 낮을수록 높아진다는 것을 확인할 수 있다. 즉, 다양한 종류의 악취가 복합적으로 발생하는 음식물 쓰레기의 탈취를 위해서는, 차아염소산수의 농도를 높이고 pH를 낮춘, 약산성 또는 강산성의 차아염소산수를 사용한 실험이 추가적으로 필요하다.
5. 차아염소산의 살균 효과 실험
5-1. 미생물 배양용 시료 제조
차아염소산수를 처리하지 않은 2 개의 None 타입(NT) 음식물 쓰레기 시료, 및 3 M 차아염소산수(42 ppm, pH 5.968)을 처리한 2 개의 HOCl type(HT) 음식물 쓰레기 시료를 준비하여, 15 mL 밀폐용기에 1 mL씩 분주한 다음 0.85% NaCl(생리 식염수) 9 mL과 각각 혼합하여 미생물 배양용 시료를 제조하였다. 제조된 상기 시료를 페트리 필름(YM: 효모, 곰팡이, CC: 대장균, AC: 일반 세균, STX: 황색포도상구균, SALX: 살모넬라)에 각각 1 mL 용량으로 접종하고, 37℃에서 24 시간 내지 36 시간 동안 배양하였다.
5-2. 차아염소산 처리 후 살균력 검정
상기 실시예에서 제조된 시료를 각각 차아염소산수와 1:1(v/v)로 혼합하여 총 2 mL의 혼합물을 제조하였고, 혼합된 차아염소산수가 살균 효과를 나타낼 수 있도록 상온에서 5 분 동안 반응시켰다. 차아염소산수 살균 반응이 끝난 시료 2 mL는, 생리 식염수 8 mL와 혼합하여 미생물 배양용 시료로 희석하였다. 배양이 끝난 각각의 페트리 필름의 생균수를 비교하여, 차아염소산수 용액에 의한 살균력을 평가하여 도 2에 나타냈다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 음식물 쓰레기에 전처리한 차아염소산의 살균력 검정 실험에서 전처리한 차아염소산수는 살균력을 전혀 나타내지 않았다. 음식물 쓰레기에는 대장균이나 포도상구균, 살모넬라 등의 병원성 미생물은 검출되지 않았으나, 푸른곰팡이류의 진균이 검출되었으며, 차아염소산수에 의해 살균력을 나타내지는 않았다. 또한, 차아염소산수 처리 또는 미처리된 음식물 쓰레기에 추가로 차아염소산수를 처리한 시료에서, 상기와 동일하게 차아염소산수에 의한 살균력 효과는 확인할 수 없었다. 즉, 차아염소산수의 살균력은 유기물의 농도 및 염 농도 등에 의해 영향을 받는 것으로, 다양한 종류의 유기물과 염분이 복합적으로 존재하는 음식물 쓰레기에 처리한 차아염소산은 고유의 살균력 효과를 나타내지 않았다.
그러나, 완전한 살균은 이루어지지 않았으나, 부패 등에 영향을 줄 수 있는 미생물의 생장에는 영향을 미칠 수 있음을 상기 실시예 1 내지 4의 탈취력 검정 실험을 통해 확인하였다.
따라서, 음식물 쓰레기에 처리한 차아염소산수는 살균력보다는 초기 미생물 군집에 영향을 미치는 것으로 확인된다.
6. 차아염소산수가 유기 폐기물 처리과정에서 지렁이 생육에 미치는 영향 분석
차아염소산수가 지렁이 생육에 미치는 영향을 확인하기 위해, 다음과 같은 조건에서 지렁이를 생육하였다. 먼저, 외경(LxDxH) 40x30x30 cm, 내경 36x26x28 cm의 상자 하단면에 배수 구멍을, 상자의 측면에 공기 구명을 뚫어 지렁이 생육 상자를 제작하였다. 제작된 생육 상자에 판매용 분변토를 상자 당 1,250 g씩 (약 18 cm 깊이) 넣어 총 6 개의 생육 상자를 제작하였다(도 3). 이 때, 실험군은 각각 2 개씩의 상자로 구성하여, 대조군을 통해 검증을 진행하였다.
6 개의 각 생육상자 중, 첫 번째 2 개의 상자(실험군 1, 대조군)는 급이와 수분 처리 모두 수돗물을 공급하였으며, 두 번째 2 개의 상자(실험군 2)는 급이에 차아염소산수를, 수분 처리를 수돗물로 공급하였고, 세 번째 2 개의 상자(실험군 3)는 급이와 수분 처리 모두 차아염소산수를 공급하였다. 실험군 2 및 실험군 3의 차아염소산수의 공급량은 500 mL, 농도는 10 내지 80 ppm이었으며, 약 5 분간 처리되었다.
실험 대상인 지렁이는 줄지렁이(Eisenia fetida)를 사용하였으며, 지렁이 1마리씩 무게를 잰 후 각각의 생육 상자 당 20 마리를 넣어 60 일간 실험을 진행하였다(도 4). 이 때, 총 중량은 10 g/상자 (평균 약 0.50 g/상자)였으며, 표준 편차는 0.1 내지 0.2 g이다.
급이 종류는 구내 식당에서 발생하는 음식물 쓰레기를 3 일 동안 발효한 후, 염분 제거 등을 위해 전처리 한 후 7 일 기준으로 각각의 트레이에 평균 200 g씩 한쪽 면에 공급하였다. 실험 시, 지렁이 생육에 적절한 습도인 50 내지 70%로 유지하기 위해 급이 시 수분 공급을 약 500 mL씩 처리하였다(도 5).
각각의 생육 상자에서 60 일간 지렁이를 생육한 후, 지렁이를 선별하여 개체수 및 각 지렁이의 무게를 측정하였다(도 6).
실험 결과, 급이와 수분 공급을 모두 수돗물로 처리한 실험군 1의 경우, 초기 대비 개체수는 약 3.8 배 증가하였으며, 중량은 약 1.9 내지 2.3 배 증가하였다. 급이에 차아염소산수를 처리하고, 수분 공급을 수돗물로 한 실험군 2의 경우, 초기 대비 개체수는 약 4.8 내지 5.2 배 증가하였으며, 중량은 약 2.8 배 증가하였다. 급이와 수분 공급 모두 차아염소산수로 처리한 실험군 3의 경우, 초기 대비 개체수는 5.9 내지 6.5 배로 가장 많이 증가하였으며, 중량은 약 3.3 내지 3.9 배로 역시 가장 많이 증가하였다.
즉, 하기 표 5에 정리한 바와 같이, 실험군 3의 경우, 실험군 1(수돗물로만 처리) 및 실험군 2(급이는 차아염소산수 처리, 수분 공급은 수돗물로 처리)에 비하여 개체수는 각각 64%(96 마리) 및 25%(49 마리) 증가하였고, 중량은 각각 74%(29.81 g) 및 22%(12.66 g) 증가하였다(도 7 및 도 8).
Figure 112017131117501-pat00005
60 일의 실험 종료 후, 각 실험군 1 내지 3의 개체수와 총 중량은 증가하였으나, 개별 평균 중량은 감소하였다. 급이와 수분 공급을 모두 수돗물로 처리한 실험군 1에 비해, 급이에 차아염소산수 처리 및 수분 공급으로 수돗물 처리한 실험군 2와 급이 및 수분 공급을 모두 차아염소산수로 처리한 실험군 3의 개체수 증가율이 더 컸으며, 총 중량 역시 증가한 것을 확인할 수 있다.
차아염소산수를 통해 급이 처리와 수분 공급을 진행한 실험군 3의 경우, 실험군 1(수돗물로만 처리)과 실험군 2(급이는 차아염소산수 처리, 수분 공급은 수돗물 처리)에 비해 개체수는 각각 64%(96 마리)와 25%(49 마리) 증가하였고, 중량은 각각 74%(29.81 g)와 22%(12.66 g) 증가하는 결과를 나타냈다. 또한, 급이만 차아염소산수로 처리한 실험군 2의 경우에도, 실험군 1에 비해 개체수는 31%(47 마리)가 증가하였고, 중량은 43%(17.15g)이 증가한 결과를 보였다.
특히, 실험군 3의 경우, 개체수와 총 중량의 증가율이 가장 크게 나타난 것을 확인할 수 있다.
7. 실험군별 지렁이의 개체별 중량 검증
각 실험군별 지렁이의 개체별 중량을 검증하기 위하여, 각 실험군의 지렁이에 대해 분산분석(Anova test)를 실시하였다.
Figure 112017131117501-pat00006
Figure 112017131117501-pat00007
상기 표 6 및 표 7에 나타낸 바와 같이, 상기 실험군 3의 경우 두 개의 트레이가 통계적으로 평균의 차이를 보이지 않아, 실험 결과가 통계적으로 95% 신뢰수준에서 유의미한 것으로 판단되었다.
상기 실험군 1 내지 3의 시작 시점의 지렁이 개체의 중량에 대한 평균의 차이를 확인하기 위해, ANOVA를 통하여 세 개의 실험군의 지렁이 개체별 평균 중량이 같다는 결과를 확인하였다(표 6).
또한, 상기 실험군 1 내지 3 의 실험 종료 시점의 지렁이 개체의 중량에 대한 평균의 차이도 없는 것으로 분석되었다(표 7).
8. 지렁이 생육상자의 환경 분석
실험종료 후, 상기 실험군 1 내지 3의 생육 상자의 환경을 분석한 결과, 지렁이 생육을 위한 급이 5 주차에 차아염소산수를 처리하지 않은 실험군 1에서 해충이 발생한 것을 확인할 수 있었다[도 9의 (b)]. 그에 비해, 급이만 차아염소산수 처리한 실험군 2와, 급이 및 수분공급을 차아염소산수로 처리한 실험군 2는 해충이 발생되지 않았다[도 9의 (a)]. 해충 발생뿐만 아니라 차아염소산수를 처리하지 않은 생육 상자(실험군1, 대조군)에서는 악취가 발생하였으며, 차아염소산수를 처리한 실험군 2와 실험군 3에서는 악취가 발생하지 않았다. 이러한 실험 결과를 통해, 차아염소산수 처리가 음식물 쓰레기 및 지렁이 분변토의 악취 및 유해 미생물을 제거하는 데에 탁월한 효과가 있음이 증명되었다.
본원은, 탈취력과 살균력이 우수한 살균수로서 차아염소산수를 이용하여 유기 폐기물의 악취 및 유해 미생물을 제거하며, 상기 악취 및 유해 미생물이 제거된 유기 폐기물로부터 생물인 지렁이를 생육하고, 상기 지렁이가 생육된 유기 폐기물에 상기 살균수인 차아염소산수를 사용하여, 상기 유기 폐기물의 악취 및 유해 미생물을 제거하는, 유기 폐기물의 처리 방법에 관한 것이다.
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (8)

  1. 생물을 이용하여 유기 폐기물을 처리하는 것을 포함하는, 유기 폐기물의 처리 방법으로서,
    상기 유기 폐기물을 살균수에 의하여 전처리하는 단계;
    상기 살균수에 의해 처리된 유기 폐기물에서 생물을 생육시키는 단계; 및
    상기 생물이 생육된 유기 폐기물에 상기 살균수를 추가 공급하여 후처리하는 단계를 포함하며,
    상기 살균수는 전해수 또는 차아염소산수를 포함하는 것이고,
    상기 살균수에 의하여 상기 유기 폐기물 및 상기 생육된 생물의 배설물의 악취 및/또는 세균이 제거되는 것인,
    유기 폐기물의 처리 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    유기 폐기물의 처리 방법에 의하여 토양을 개량하거나 유기 비료를 생산할 수 있는 것인, 유기 폐기물의 처리 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 유기 폐기물은 음식물 쓰레기, 식품 부산물, 농업 부산물, 산업 폐수, 인분뇨, 생활 하수, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것인, 유기 폐기물의 처리 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 생물은 지렁이, 구더기, 곰팡이, 박테리아, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것인, 유기 폐기물의 처리 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 생물을 생육시키는 단계에서 수분을 추가로 공급하는 것을 포함하는, 유기 폐기물의 처리 방법.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
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