KR102229769B1

KR102229769B1 - 생분해도 퇴비화 조건 시험에 사용하는 표준퇴비 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR102229769B1
Application number: KR1020170040411A
Authority: KR
Inventors: 조항원; 구현진; 장갑식; 이석언
Original assignee: 재단법인 에프아이티아이시험연구원
Priority date: 2017-03-30
Filing date: 2017-03-30
Publication date: 2021-03-18
Also published as: KR20180110732A

Abstract

본 발명은 생분해 시험에 적합한 퇴비를 표준화하여 시험의 안정성을 기해 시험의 차질이 없도록 한 생분해도 퇴비화 조건 시험에 사용하는 표준퇴비 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 코코피트 20 중량%, 피트모드 17 중량%, 미강 17 중량%, 유박 14 중량%, 팜박 29 중량%, 미생물제제 3 중량%의 비율로 혼합하는 1차 혼합 및 수분 조절단계와; 상기 1차 혼합 및 수분 조절단계에 의해 수득된 혼합물을 55 ~ 75℃의 조건하에서 30 ~ 45일 동안 발효시키는 1차 발효단계와; 상기 1차 발효단계를 거친 혼합물을 다시 45일 이상 발효시키는 2차 발효단계와; 상기 2차 발효단계를 거친 혼합물을 다시 혼합하면서 이물질을 제거하고 입도를 조절하는 2차 혼합 및 선별단계와; 상기 2차 혼합 및 선별단계를 거친 혼합물에 질석 10 중량%, 미생물 배양액 10 중량%를 투입 및 접종시키는 질석, 미생물 투입단계;로 이루어진 것이다.

Description

생분해도 퇴비화 조건 시험에 사용하는 표준퇴비 및 그 제조방법{Standard compost for biodegradability composting condition test and manufacturing method therof}

본 발명은 퇴비화 조건에서 생분해도를 측정하기 위한 시험에 사용되는 표준퇴비 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 생분해 시험에 적합한 퇴비를 표준화하여 시험의 안정성을 확보함으로써 시험의 성공률을 증대시킬 수 있도록 한 생분해도 퇴비화 조건 시험에 사용하는 표준퇴비 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 생분해도 시험 표준은 퇴비화 조건에서 발생하는 이산화탄소의 양을 측정하여 유기 화합물인 플라스틱의 호기성 생분해도 및 붕괴도를 측정하는 방법에 대하여 규정하고 있다. 이 방법은 도시 고형 폐기물 중 유기 성분들의 호기성 퇴비화 상황을 모사하기 위해 고안되었으며 시험 물질은 퇴비로부터 발생한 접종원에 노출되고 퇴비화는 온도, 혼입공기, 습도가 조절되는 조건하에서 이루어진다. 시험방법은 시험물질중의 탄소가 이산화탄소로 전환되는 속도 및 전환율을 측정하기 위해 고안되었으므로 퇴비화 조건을 제공하는 퇴비의 조성 및 성질이 생분해 시험의 성패를 좌우하는 가장 큰 요인이며, 표준에서 정의하고 있는 호기성 생분해 (미생물에 의해 유기 화합물이 이산화탄소, 물, 무기 염류 및 새로운 미생물로의 분해)를 만족할 수 있는 물질을 시험 대상으로 삼아야 한다.

생분해성 고분자의 생산량을 보면 도 1과 같이 2002년 이후 매년 크게 증가하고 있으며, 국내에서도 이에 따른 대비가 필요한 실정이다. 이처럼 생분해성 고분자 생산량이 증가함에 따라 생분해 시험의 의뢰도 증가될 것이다. 하지만 시중에서 판매되는 퇴비는 적용범위가 제한적이다. 시중 퇴비는 부숙이 충분히 이루어지지 않았거나 활성이 떨어지고 규격에서 요구하는 범위에 들지 못하는 문제점이 있었다.

한편, 퇴비화 조건에서 생분해도를 측정하는 규격은 표 1과 같다. 생분해도 시험은 고분자가 퇴비화조건에 의해 저분자화 된 후 미생물의 대사 작용으로 완전분해 시험을 의미한다. 이때 사용 되는 시험법은 KS M ISO 14855-1 에서 퇴비는 기본적으로 표 2 와 같은 조건을 충족해야 한다. 또한 6개월 지속적으로 활성이 이루어 져야 하며 시험에 사용되는 표준물질(cellulose)이 45일 기준 70%, 180일 기준 90% 이상이 분해가 되어야 한다. 마지막 검토 결과 표 3과 같은 유효성에 적합해야 한다.

생분해 시험 표준

국내·국제표준	검토결과
KS M 3100-1 (국가표준)	표준명 : 퇴비화 조건에서의 플라스틱의 호기성 생분해도 및 붕괴도의 측정 적용범위 : 플라스틱 소재 (‘14.12.16 폐지 → KS M ISO 14855-1로 대체)
ISO 14855-1 (국제표준)	영문표준명 : Determination of the ultimate aerobic biodegradability of plastic materials under controlled composting conditions -- Method by analysis of evolved carbon dioxide -- Part 1: General method 적용범위 : 플라스틱 소재
ISO 14855-2 (국제표준)	영문표준명 : Determination of the ultimate aerobic biodegradability of plastic materials under controlled composting conditions -- Method by analysis of evolved carbon dioxide -- Part 2: Gravimetric measurement of carbon dioxide evolved in a laboratory-scale test 적용범위 : 플라스틱 소재
ISO 17556 (국제표준)	영문표준명 : Plastics -- Determination of the ultimate aerobic biodegradability of plastic materials in soil by measuring the oxygen demand in a respirometer or the amount of carbon dioxide evolved 적용범위 : 플라스틱 소재
ASTM D5338 (해외표준)	영문표준명 : Standard Test Method for Determining Aerobic Biodegradation of Plastic Materials Under Controlled Composting Conditions, Incorporating Thermophilic Temperatures 적용범위 : 플라스틱 소재
EN 13432 (해외표준)	영문표준명 : Packaging - Requirements for packaging recoverable through composting and biodegradation. Test scheme and evaluation criteria for the final acceptance of packaging 적용범위 : 플라스틱 소재 포장지

분해성 퇴비의 조건

구분	pH	건조 고형분 함량 (%)	휘발성 고형분 함량 (%)		C/N비 (%)
			건조대비	습윤대비
요구조건^주 ⁾	7.0~9.0	50~55	30 이상	15 이상	10~40

유효성 평가기준

KS M ISO 14855-1 시험의 유효성 평가기준

표준 물질은 시험 45일 이내에 70% 이상 분해되었는가

동일 물질의 서로 다른 용기 사이의 분해도 차이가 20% 이하인가

바탕 시험에서 시험 시작 10일 이내에 퇴비의 휘발성 고형분 1g당 발생되는 이산화탄소의 양이 평균 (50~150) ㎎ 의 범위에 속하는가

등록특허 제0847932호(2008.07.22.공고) "통기성의 생분해 및 퇴비화 가능한 라미네이트"

이에 본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 창안된 것으로서, 그 목적은 생분해 시험에 적합한 퇴비를 표준화하여 시험의 안정성을 확보함으로써 시험의 성공률을 증대시킬 수 있도록 한 생분해도 퇴비화 조건 시험에 사용하는 표준퇴비 및 그 제조방법을 제공함에 있다.

이러한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 생분해도 퇴비화 조건 시험에 사용하는 표준퇴비의 제조방법의 한 형태는, 코코피트 20 중량%, 피트모드 17 중량%, 미강 17 중량%, 유박 14 중량%, 팜박 29 중량%, 미생물제제 3 중량%의 비율로 혼합하는 1차 혼합 및 수분 조절단계와; 상기 1차 혼합 및 수분 조절단계에 의해 수득된 혼합물을 55 ~ 75℃의 조건하에서 30 ~ 45일 동안 발효시키는 1차 발효단계와; 상기 1차 발효단계를 거친 혼합물을 다시 45일 이상 발효시키는 2차 발효단계와; 상기 2차 발효단계를 거친 혼합물을 다시 혼합하면서 이물질을 제거하고 입도를 조절하는 2차 혼합 및 선별단계와; 상기 2차 혼합 및 선별단계를 거친 혼합물에 질석 10 중량%, 미생물 배양액 10 중량%를 투입 및 접종시키는 질석, 미생물 투입단계;로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 본 발명은 코코피트 20 중량%, 피트모드 17 중량%, 미강 17 중량%, 유박 14 중량%, 팜박 29 중량%, 미생물제제 3 중량%의 비율로 혼합하는 1차 혼합 및 수분 조절단계와, 상기 1차 혼합 및 수분 조절단계에 의해 수득된 혼합물을 55 ~ 75℃의 조건하에서 30 ~ 45일 동안 발효시키는 1차 발효단계와, 상기 1차 발효단계를 거친 혼합물을 다시 45일 이상 발효시키는 2차 발효단계와, 상기 2차 발효단계를 거친 혼합물을 다시 혼합하면서 이물질을 제거하고 입도를 조절하는 2차 혼합 및 선별단계와, 상기 2차 혼합 및 선별단계를 거친 혼합물에 질석 10 중량%, 미생물 배양액 10 중량%를 투입 및 접종시키는 질석, 미생물 투입단계의 방법에 의해 표준퇴비를 제조함으로써 생분해 시험에 적합한 퇴비를 표준화하여 시험의 안정성을 기해 시험의 성공률을 한층 증대시킬 수 있는 효과를 갖게 된다.

도 1은 생분해성 고분자의 세계적 생산량을 나타낸 그림.
도 2는 본 발명에 의한 제조 방법을 나타낸 블록도.
도 3은 미생물 동정 결과를 나타낸 그림.
도 4는 퇴비내의 미생물 개체수 확인 그림.
도 5는 시중퇴비 및 생분해용 퇴비의 표준물질의 생분해도를 나타낸 그래프.
도 6은 표준물질의 생분해도를 나타낸 그래프.

이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명에 의한 생분해도 퇴비화 조건 시험에 사용하는 표준퇴비의 제조방법을 상세히 설명하기로 한다.

본 발명은 도 2에 도시된 바와 같이 1차 혼합 및 수분 조절단계 - 1차 발효단계 - 2차 발효단계 - 2차 혼합 및 선별단계 - 질석, 미생물 투입단계로 이루어진다.

상기 1차 혼합 및 수분 조절단계는 코코피트 20 중량%, 피트모드 17 중량%, 미강 17 중량%, 유박 14 중량%, 팜박 29 중량%, 미생물제제 3 중량%의 비율로 혼합하는 것으로서, 코코피트는 야자열매(coconut)의 껍질 부위에서 야자섬유를 뽑고난 후 자연상태에서 부식시킨 다음 압축성형하여 규격화한 제품이다. 코코피트를 얻기 위해 자연상태에서 부식시키는 기간이 대략 3 ~ 5개월 사이가 걸리는데, 부식 기간 동안에 식물 성장에 장애가 될 수 있는 탄닌성분과 염분이 빠져나가 식물 생장에 유용한 자원으로 사용되고 있다. 코코피트는 보수력이 높고, 통기성이 좋으며 코코피트를 얻기 위한 부식과정에서 식물에 해로운 성분이 감소하고, 식물 생장에 필요한 영양성분이 증가되어 식물 재배용의 인공토양의 성분으로 널리 사용되고 있다.

또한, 코코피트는 상기에서 언급한 특성 이외에 단위 무게당 부피가 일반퇴비의 5 ~ 8배 될 뿐만 아니라 가격도 kg당 수입도착 단가가 200원 내외로 매우 저렴하다. 또한 탄소율(carbon/nitrogen, C/N)과 리그린 함량이 높고, 중성이며, 양분함량이 적어 토양중에서 2 ~ 3년 되어야 분해되는 등 토양의 물리성 개선제로서 일반 퇴비 보다 월등이 좋은 특성을 가지고 있다.

피트모스(泥炭 : peat moss)는 이끼류갈대사초 등의 화본과 식물 등의 수목질의 유체(遺體)가 분지에 두껍게 퇴적하여 물의 존재 하에서 균류 등의 생물화학적인 변화를 식물질의 주성분인 리그닌, 셀룰로오스 등이 주로 지표에서 긴 세월동안 분해, 중합, 축합되고 산화된 것으로서, 피트모스 주성분의 75 중량%가 액상으로 물을 지니는 성질이 좋고 알갱이 사이에 공기를 지닐 수 있는 공간이 풍부하여 통기성이 우수하고 유기질이 풍부해서 일반토양이나 인조 용토와 섞어서 원예용으로 많이 이용되고 있으며, 식물을 심는 것 이외에도 파종배양토, 토양개량 등에도 이용되고 있다. 또한 양분보존능력이 높고 지효성으로 흙속의 유기물생성을 돕고 자체유기물이 분해되어 지속적인 효과를 유지하는 특성이 있다

한편, 모내기한 농지에 미강을 살포하면, 2~3일 후 모내기한 농지의 담수가 붉게 변하여 자외선을 차단함으로서, 피 등과 같은 잡초가 자라는 것을 방지하고, 살포된 미강이 자연발효되어 유기질 비료로 이용되는 것으로서, 미강은 쌀을 도정한 후의 부산물로, 쌀은 원래 다른 곡류에 비해 당 함량이 높은 반면, 지방 및 단백질 함량이 낮고 특히 미네랄 및 비타민 함량이 매우 낮은 편이다. 그러나 최근 쌀에 함유된 쌀눈은 배유와 비교하여 양질의 단백질과 지방, 그리고 무기질 및 비타민 A, B, E 등이 함유된 좋은 영양원으로서 그 기능성을 인정받고 있으며, 아울러 쌀 기름은 올레산, 리놀레산 및 리놀렌산과 같은 불포화지방산을 다량 함유하고 있을 뿐 아니라 식물스테롤(phytosterol), γ-오리자놀(γ-oryzanol) 및 토코페롤 유도체와 같은 항암, 항고혈압, 항혈액 응고 및 항산화물질의 함량이 높아 기능성 신소재로써 각광을 받고 있다. 또한, 발아(현)미는 항노화 및 항고혈압성생리활성물질로 알려진 GABA(γ-aminobutyric acid) 뿐만 아니라 필수아미노산인 류신, 이소류신 및 메티오닌 함량이 높고 식이성섬유소를 다량 함유하고 있어 최근 그 소비가 크게 증가하고 있다. 그리고, 유박은 오일을 생산하고 남은 슬러지이고, 팜박은 팜 오일을 생산하고 남은 슬러지로서, 기름 성분이 포함되어 있고, 단백질 성분도 높으며, 파이버가 함유되어 있어 배양토에 적당하다.

상기 1차 발효단계는 1차 혼합 및 수분 조절단계에 의해 수득된 혼합물을 55 ~ 75℃의 조건하에서 30 ~ 45일 동안 발효시키는 것이고, 상기 2차 발효단계는 1차 발효단계를 거친 혼합물을 다시 45일 이상 발효시키는 것이며, 상기 2차 혼합 및 선별단계는 2차 발효단계를 거친 혼합물을 다시 혼합하면서 이물질을 제거하고 입도를 조절하는 것이다. 또한 상기 질석, 미생물 투입단계는 2차 혼합 및 선별단계를 거친 혼합물에 질석 10 중량%, 미생물 배양액 10 중량%를 투입 및 접종시키는 것이다.

도 3은 미생물 동정 결과를 나타낸 그림이고, 도 4는 퇴비내의 미생물 개체수 확인 그림으로서, 음식물 쓰레기를 이용한 퇴비에서 균을 분리하여 동정한 결과 대부분 고온성 미생물 bacillus 계열로 확인 되었으며 bacillus lichenifomis 가 우점균으로 나타났다. 우점균 bacillus lichenifomis 를 MB 배지에 24 시간 58 ℃에서 배양 후 개체수는 배지 약 1.1 x 10⁹cfu /mL 이었으며 균을 퇴비에 접종하여 생분해 시험기간 중 1주마다 1g 씩 채취하여 퇴비의 미생물 개체수를 측정한 결과 약 1.1 x 10¹¹cfu /g 의 개체수를 유지하였다.

생분해시험용 표준 퇴비를 pH, 휘발성 고형분, 비 휘발성 고형분, C/N 비를 측정한 결과 아래의 표 4와 같이 모두 범위에 만족하는 결과를 나타냈다.

생분해 시험 퇴비 요구조건 및 분석결과

구분	pH	건조 고형분 함량 (%)	휘발성 고형분 함량 (%)		C/N비 (%)
구분	pH	건조 고형분 함량 (%)	건조대비	습윤대비	C/N비 (%)
분석결과	7.68	51	71.4	36.4	34.2
요구조건^주 ⁾	7.0~9.0	50~55	30 이상	15 이상	10~40

	생분해용 퇴비
	1차	2차	3차	4차
pH	8.04	7.68	8.23	8.15
C	39%	37%	28%	27%
N	0.88%	1.08%	0.98%	0.95

표준물질의 45일간 생분해도를 KS M ISO 148555-1에 따라 생분행용도 퇴비와 시중 퇴비를 표준물질로 비교하여 시험하였다. 표준물질 생분해도 측정 결과는 도 5와 같다. 시험결과 시중 퇴비는 45일 표준물질 생분해도 70% 가 넘지 못해 유효성 검증에서 충족하지 못하였다. * 표준물질 : 입자 크기가 20 ㎛ 이하인 TLC(박막 크로마토그래피)급의 셀룰로오스

표준물질의 생분해도 표준물질의 45일간 생분해도를 가수분해 처리시간별 시료를 채취하여 KS M ISO 148555-1에 따라 측정한다. 1년간 4번에 걸친 표준물질 생분해도 측정 결과는 도 6과 같이 4차에 반복 시험한 결과 생분해 시험용으로 사용하기 적합한 것으로 나타났다.

이같이 본 발명은 코코피트 20 중량%, 피트모드 17 중량%, 미강 17 중량%, 유박 14 중량%, 팜박 29 중량%, 미생물제제 3 중량%의 비율로 혼합하는 1차 혼합 및 수분 조절단계와, 상기 1차 혼합 및 수분 조절단계에 의해 수득된 혼합물을 55 ~ 75℃의 조건하에서 30 ~ 45일 동안 발효시키는 1차 발효단계와, 상기 1차 발효단계를 거친 혼합물을 다시 45일 이상 발효시키는 2차 발효단계와, 상기 2차 발효단계를 거친 혼합물을 다시 혼합하면서 이물질을 제거하고 입도를 조절하는 2차 혼합 및 선별단계와, 상기 2차 혼합 및 선별단계를 거친 혼합물에 질석 10 중량%, 미생물 배양액 10 중량%를 투입 및 접종시키는 질석, 미생물 투입단계의 방법에 의해 표준퇴비를 제조함으로써 생분해 시험에 적합한 퇴비를 표준화하여 시험의 안정성을 기해 시험의 성공률을 한층 증대시킬 수 있게 되는 것이다.

이상에서 본 발명에 의한 퇴비화 조건 시험에 사용하는 표준퇴비 및 그 제조방법을 구체적으로 설명하였으나, 이는 본 발명의 가장 바람직한 실시양태를 기재한 것일 뿐, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의해서 그 범위가 결정되어지고 한정되어진다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 명세서의 기재내용에 의한 다양한 변형 및 모방을 행할 수 있을 것이나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어난 것이 아님은 명백하다고 할 것이다.

Claims

코코피트 20 중량%, 피트모드 17 중량%, 미강 17 중량%, 유박 14 중량%, 팜박 29 중량%, 미생물제제 3 중량%의 비율로 혼합하는 1차 혼합 및 수분 조절단계와;
상기 1차 혼합 및 수분 조절단계에 의해 수득된 혼합물을 55 ~ 75℃의 조건하에서 30 ~ 45일 동안 발효시키는 1차 발효단계와;
상기 1차 발효단계를 거친 혼합물을 다시 45일 이상 발효시키는 2차 발효단계와;
상기 2차 발효단계를 거친 혼합물을 다시 혼합하면서 이물질을 제거하고 입도를 조절하는 2차 혼합 및 선별단계와;
상기 2차 혼합 및 선별단계를 거친 혼합물에 질석 10 중량%, Bacillus licheniformis 를 포함하는 미생물 배양액 10 중량%를 투입 및 접종시키는 질석, 미생물 투입단계;
로 이루어진 것을 특징으로 한 플라스틱의 생분해도를 측정하기 위한 KS M ISO 14855-1 시험에 사용하는 표준퇴비의 제조방법.
제1항의 방법에 의해서 제조된 것을 특징으로 한 플라스틱의 생분해도를 측정하기 위한 KS M ISO 14855-1 시험에 사용하는 표준퇴비.