KR102508430B1 - 악취 저감용 액상 필터 및 이를 구비한 미생물 배양기 - Google Patents

악취 저감용 액상 필터 및 이를 구비한 미생물 배양기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 악취 저감용 액상 필터 및 이를 구비한 미생물 배양기에 관한 것으로서, 상기 액상 필터를 이용하여 미생물 배양기의 배양 공정 중 발생되는 악취 및 유해가스를 제거함으로써 배양기 내 미생물의 증식 속도를 빠르게 하여 배양시간을 단축시킬 수 있는 배양기의 제공이 가능하다.

Description

악취 저감용 액상 필터 및 이를 구비한 미생물 배양기 {Liquid filter for reducing odor and a microbial cultivator equipped with therefor}
본 발명은 악취 저감용 액상 필터 및 이를 구비한 미생물 배양기에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 상기 액상 필터가 미생물 배양기의 배양 공정 중 발생되는 악취 및 유해가스를 제거함으로써 배양기 내 미생물의 증식 속도를 빠르게 하여 미생물의 배양시간을 단축시킬 수 있는 액상 필터 및 이를 구비한 미생물 배양장치에 관한 것이다.
미생물 배양방법에는 호기성 배양법, 혐기성 배양법, 탄산가스 배양법, 미량호기성 배양법 등 다양한 배양방법이 있다. 이와 같은 배양방법은 배지 분해 및 혼합, 멸균 및 배양 중 대기 중의 오염가스나 악취를 배기하는 과정이 발생된다. 이렇게 배출되는 악취 및 유해가스는 대기오염과 작업자의 건강을 위협하는 문제점이 있다. 따라서 미생물 배양기는 이를 해결하기 위해, 직접 연소법, 흡착법, 세정법, 산화법, 중화법 등의 물리, 화학적 방법과 생물여과기, 생물세정기, 살수여과기 등을 이용한다.
현재 국내 미생물 배양기의 사용 규모는 제약회사, 연구기관, 국공립 대학교 등 1000곳, 2000억원에 규모이다. 배양기간이 짧게는 24시간 길게는 150시간에 이르는 공정가운데 작업자와 유해환경이 조성되는 상황이다. 따라서, 짧은 시간에 소규모장비에서도 대용량의 오염가스를 제거할 수 있고, 오염가스의 흡착성능이 향상된, 악취 제거 필터를 부착한 미생물 배양기를 개발하여야 할 필요성이 끊임없이 대두되었다. 그러나 미생물이 악취제거용으로 적용된 필터는 하수처리, 분뇨처리 등에만 적용될 뿐, 미생물 대량 배양장치에 이러한 필터는 현재까지는 확인된 바 없다.
이에 본 발명자들은 미생물 배양 공정에서 나오는 악취가스의 해결을 위해 상기 악취 가스를 성장을 위한 필수조건으로 소모하는 균주 복합체가 적용된 바이오 액상 필터를 적용함으로써 본 발명을 완성하게 되었다.
대한민국 등록특허 제10-0928445호 (발명의 명칭 : 고 흡수성을 가지며 미생물의 성장에 필요한 영양분이 내포된 바이오 필터용 미생물 담체 및 그 제조방법, 출원인 : (주)씨앤제이, 등록일 : 2009년11월18일)
본 발명의 목적은 악취 저감용 액상 필터 및 이를 구비한 미생물 배양기를 제공하는 데에 있으며, 보다 자세하게는 상기 액상 필터가 미생물 배양기의 배양 공정 중 발생되는 악취 및 유해가스를 제거함으로써 배양기 내 미생물의 증식 속도를 빠르게 하여 미생물의 배양시간을 단축시킬 수 있는 액상 필터 및 이를 구비한 미생물 배양장치를 제공한다.
EM(Effective microorganisms) 발효액, 로도블럼 설피도필럼(Rhodovulum sulfidophilum) 균체, 말굽버섯(Fomes fomentarius) 균사체 및 잔나비불로초버섯(Ganoderma applanatum) 균사체를 혼합한 균주 혼합물; 및
동애등에 유충의 분변토, 옻나무 톱밥, 무수석고, 토버모라이트(Tobermolite) 및 펄라이트(Perlite)를 혼합하여 제조한 담체;
를 함유하는 것을 특징으로 하는 악취 저감용 액상 필터에 관한 것이다.
상기 로도블럼 설피도필럼은 로도블럼 설피도필럼(Rhodovulum sulfidophilum) ATCC®35886TM 일 수 있다.
상기 액상 필터의 외부 상부층에 활성탄층이 결착될 수 있다. 상기 활성탄층은 가스포집층의 기능을 할 수 있다.
상기 액상 필터는 0.1~3㎜ 두께를 갖는 폴리에스테르 필름 또는 기판으로 제조된 팩 내에 봉입되어 외부와 분리되는 것이 바람직하다. 상기 액상 필터는 활성탄층에 결착되기 전에 분리막 팩이 2개 이상 (직렬)연결될 수 있으며, 최종 직렬연결된 분리막 팩 상부에 활성탄층이 결착되는 것이 바람직하다.
또한 액상 필터는 배양기 기준으로 2세트 내지 3세트가 병렬 장착될 수도 있다.
상기 균주 혼합물은 EM 발효액 100 중량부 기준으로, 로도블럼 설피도필럼 균주 균체 1~5 중량부, 말굽버섯 균사체 1~5 중량부 및 잔나비불로초버섯 균사체 1~5 중량부를 포함한 것일 수 있다.
상기 담체는 동애등에 유충의 분변토 100 중량부 기준으로 옻나무 톱밥 10~30 중량부, 무수석고 10~30 중량부, 토버모라이트 10~30 중량부 및 펄라이트 10~30 중량부가 혼합된 것일 수 있다.
상기 균주 혼합물과 담체는 1:1 내지 1:2의 중량비로 혼합된 것일 수 있으며, 균주 혼합물과 담체를 총 100 중량부로 할 때, 질소 및 인 농축 수용액 1000~3000 중량부를 더 추가하여 액상 형태로 제형화하였다. 상기 질소 및 인 농축 수용액은 물에 KNO3 1.0~3.0 g/ℓ, KH2PO3 0.5~0.1 g/ℓ 및 Na2HPO4·12H2O 1.0~2.0 g/ℓ가 첨가된 것일 수 있다.
상기 로도블럼 설피도필럼은 종균을 시중에서 구입한 것을 사용할 수 있고, 배양액으로부터 분리된 균체 상태 또는 동결건조 분말 상태로 이용가능하다. 바람직하게는 LB 배지(Lysogeny broth medium)에서 대량배양된 것의 균체를 사용하는 것이 좋다. 상기 LB 배지는 총 부피 1ℓ 기준, 트립톤 8~12 g, 염화나트륨 8~12 g 및 효모 추출물 3~7 g이 포함된 것이다.
말굽버섯 또는 잔나비불로초버섯은 자실체를 PDA에서 1~3주 동안 배양하여 얻은 균사체를 PDB에서 추가 배양하여 배지를 제거한 균체를 사용하는 것이 좋다.
상기 PDA(Potato Dextrose Agar)는 총 부피 1ℓ 기준, 감자전분 3~5g, 덱스트로오스 10~30g, 아가로오즈 10~30g이 포함된 것을 멸균하여 제조한 것일 수 있다. 이 때 물은 잔량으로 총 부피 1ℓ가 되도록 첨가될 수 있다. 상기 멸균은 적어도 1.3~1.7기압에서 120~125℃에서 15~20분 동안 수행하는 것이 바람직하며, 이는 모든 배지의 멸균 조건에 동일하게 적용할 수 있다. PDA(Potato Dextrose Agar)의 가장 바람직한 제조조건은 감자 전분 4g, 덱스트로오스 20g 및 아가로오즈 15g을 총 부피 1ℓ가 되도록 물을 첨가하여 멸균한 것일 수 있다.
또한 PDB(Potato Dextrose Broth)는 PDA(Potato Dextrose Agar)의 제조 조건에서 아가로오즈 대신 물을 더 추가하여 제조한 것일 수 있다. PDB(Potato Dextrose Broth)의 가장 바람직한 제조조건은 감자 전분 4g 및 덱스트로오스 20g을 총 부피 1ℓ가 되도록 물을 첨가하여 멸균한 것일 수 있다.
본 발명은 또한 상기 액상 필터가 구비(내장)된 것을 특징으로 하는 미생물 배양기를 제공한다.
상기 액상 필터는 활성탄과 함께 필터 하우징 내에 장착되어 미생물 배양기에 연결될 수 있다.
상기 미생물 배양기는 일반적으로 사용되는 각종 미생물의 배양이 가능하며, 종균 접종 전 배지를 멸균하는 멸균기능을 구비한 것일 수 있다.
이에 덧붙여, 상기 미생물 배양기에는 배양조 내에서 미생물 배양 중 생성된 황화수소, 암모니아 또는 메탄이 함유된 공기가 액상 필터로 이송 및 흡입되는 제1순환로가 필터의 분리막 팩 하부에 연결된 것이 특징이다. 또한 제1순환로를 통해 흡입된 배양조의 공기가 상기 액상 필터 내의 액상층 및 활성탄층을 연속적으로 통과한 후 배양조로 다시 이송 및 토출되는 제2순환로가 구비될 수 있다.
상기 액상 필터 상층부에 위치한 활성탄층은 배양조 외부의 공기를 활성탄 내로 주입하는 주입부, 및, 포집된 가스를 배양조 외부로 배출하는 배출부와 연결되는 것이 바람직하다.
이 때, 미생물 배양 중 생성된 이산화탄소, 메탄, 황화수소, 암모니아 등이 일정 농도 이상으로 증가될 때 센서를 통해 인식되고, 배양조 내의 공기가 액상 필터로 이송되는 것이 특징이다. 배양조 내의 공기가 액상 필터로 이송될 때, 강제 순환을 위해 진공 펌프를 사용할 수도 있다.
상기 미생물 배양기는 일 예로서, 배양조; 상기 배양조 내에 배치되며 배양액을 교반하기 위해 회전하는 교반수단; 상기 교반수단으로 동력을 전달하는 모터; 상기 배양조 내의 바닥면에 설치되는 공기공급부;를 포함하되, 배양기의 좌측 또는 우측 상부에 배양조 내의 공기(배양을 통해 생성되는 배기가스)가 액상필터와 연결된 연결부를 구비한다. 상기 공기는 배기수단을 통해 액상필터로 이송될 수 있다.
또한 상기 미생물 배양기는 일 예로서, 입자분리판과 고정된 수직 배플판에 혼합물과 공기가 통과되는 분리통공을 형성하여 배양조 내의 혼합물과 공기의 입자를 미세화하는 구조를 갖는 것일 수 있다. 보다 바람직하게는 지면에 세워지며, 상부의 일측에 배지 투입부가 구비되고, 내부의 하부에는 공기 투입부가 구비되는 배양조와; 상기 배양조의 상부 중앙에 구비된 모터와; 상기 배양조의 내부에 구비되고, 상기 배양조의 내부 중앙에는 상기 모터와 연결되는 회전축이 수직으로 구비되며, 상기 회전축에는 다단으로 다수의 회전원판이 구비되고, 각각의 상기 회전원판의 둘레에는 상하부와 외측으로 돌출되게 세워지는 다수의 판형 입자분리판이 등간격으로 형성되고, 상기 판형 입자분리판에는 혼합물과 공기를 통과시켜 혼합물과 공기의 입자를 미세하게 분리시키는 다수의 분리통공이 형성되는 회전 교반부와; 상기 배양조의 내주면에 등간격으로 돌출되게 수직으로 형성되는 다수의 수직 배플판을; 포함하는 미생물 배양장치에 있어서; 상기 회전원판은 3개가 상하로 이격되게 상기 회전축에 설치되고, 상기 판형 입자분리판은 6개가 등간격으로 상기 회전원판에 수직으로 부착되며, 상기 회전 교반부는, 상기 회전축의 하부에 수평으로 돌출되게 장착되고 상기 회전축의 둘레에서 침전된 혼합물을 상부로 이동시킬 수 있도록 4개의 하부 경사날개가 형성되어 상기 회전축의 회전에 의해 상기 배양조 내부의 혼합물을 상부측으로 유도하는 하부 회전날개부와, 상기 회전축의 상부에 수평으로 돌출되게 장착되고 상기 회전축의 둘레에서 부상된 혼합물을 하부로 이동시킬 수 있도록 상기 하부 경사날개와 반대 방향으로 경사진 4개의 상부 경사날개가 형성되어 상기 회전축의 회전에 의해 상기 배양조 내부의 혼합물을 하부측으로 유도하는 상부 회전날개부와, 상기 상부 회전날개부와 하부 회전날개부의 사이로 상기 회전축의 전체 둘레를 따라 나선형으로 돌출되게 6회전에 걸쳐 연속되게 감기어 형성되어 상기 회전축의 회전과 함께 회전되면서 상기 회전원판과 회전원판의 사이에 적체되는 혼합물을 외측으로 유도하는 스크류형 돌출판을, 더 포함하며; 상기 하부 경사날개, 상부 경사날개, 스크류형 돌출판 및 수직 배플판은, 상기 하부 경사날개, 상부 경사날개, 스크류형 돌출판 및 수직 배플판에 각각 동일한 크기로 형성되어 혼합물과 공기를 통과시켜 혼합물과 공기의 입자를 미세하게 분리시키는 다수의 분리통공을, 포함하고; 상기 수직 배플판은, 상기 배양조의 내주면에 90도의 각도로 4개가 수직으로 부착되고 상하의 길이가 상기 상부 회전날개부와 하부 회전날개부의 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 미생물 배양기일 수 있다.
본 발명은 악취 저감용 액상 필터 및 이를 구비한 미생물 배양기에 관한 것으로서, 상기 액상 필터를 이용하여 미생물 배양기의 배양 공정 중 발생되는 악취 및 유해가스를 제거함으로써 배양기 내 미생물의 증식 속도를 빠르게 하여 배양시간을 단축시킬 수 있는 배양기의 제공이 가능하다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 내용이 철저하고 완전해지도록, 당업자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제공하는 것이다.
<실시예 1 내지 5, 비교예 1 내지 10. 악취 저감용 액상 필터의 제조>
실시예 1
본 발명의 액상 필터 제조를 위한 EM 발효액은 ㈜에버미라클에서 원액을 구입하여 준비하였다. 로도블럼 설피도필럼 균주로는 Rhodovulum sulfidophilum ATCC®35886TM를 구입하여 LB 배지에 배양 후 균체만을 수거하여 사용하였다. 말굽버섯 균사체와 잔나비불로초버섯 균사체는 각각의 버섯 자실체를 PDA 배지에서 배양하여 얻은 균사체를 PDB를 통해 대량 배양하여 수득하였다.
상기 EM 발효액 100g 당 로도블럼 설피도필럼 균주 균체 3g, 말굽버섯 균사체 3g 및 잔나비불로초버섯 균사체 3g을 혼합하여 균주 혼합물을 제조하였다.
다음으로는 동애등에 유충의 분변토 100g 당 옻나무 톱밥 20g, 무수석고 20g, 토버모라이트 20g 및 펄라이트 20g을 혼합하여 121℃, 1.5기압 조건에서 15분간 멸균하여 담체를 제조하였다.
상기 균주 혼합물과 멸균된 담체를 동일 중량으로 혼합한 후 100g 기준으로 KNO3 2 g/ℓ, KH2PO3 0.1 g/ℓ 및 Na2HPO4·12H2O 2 g/ℓ가 포함된 질소 및 인 농축 수용액을 2kg 첨가하였다. 이 후 500g 단위로 폴리에스테르 필름으로 제조된 팩에 충진하여 액상 필터를 제조하였다.
실시예 2
실시예 1과 동일하게 액상 필터를 제조하되, 액상 필터에 사용되는 담체 제조시 동애등에 유충의 분변토 100g 당 옻나무 톱밥 30g, 무수석고 10g, 토버모라이트 10g 및 펄라이트 30g을 혼합하여 제조하였다.
실시예 3
실시예 1과 동일하게 액상 필터를 제조하되, 액상 필터에 사용되는 담체 제조시 동애등에 유충의 분변토 100g 당 옻나무 톱밥 10g, 무수석고 30g, 토버모라이트 10g 및 펄라이트 30g을 혼합하여 제조하였다.
실시예 4
실시예 1과 동일하게 액상 필터를 제조하되, 균주 혼합물 제조시, EM 발효액 100g 당 로도블럼 설피도필럼 균주 균체 3g, 말굽버섯 균사체 1g 및 잔나비불로초버섯 균사체 5g을 혼합하여 균주 혼합물을 제조하였다.
실시예 5
실시예 1과 동일하게 액상 필터를 제조하되, 균주 혼합물 제조시, EM 발효액 100g 당 로도블럼 설피도필럼 균주 균체 5g, 말굽버섯 균사체 1g 및 잔나비불로초버섯 균사체 3g을 혼합하여 균주 혼합물을 제조하였다.
비교예 1
실시예 1과 동일하게 액상 필터를 제조하되, 균주 혼합물 대신 EM 발효액만을 단독으로 사용하여 액상 필터를 제조하였다.
비교예 2
실시예 1과 동일하게 액상 필터를 제조하되, LB 배지에 배양된 로도블럼 설피도필럼 균주 배양액에 말굽버섯 균사체 4g 및 잔나비불로초버섯 균사체 5g을 혼합하여 균주 혼합물을 제조하였다.
비교예 3
실시예 1과 동일하게 액상 필터를 제조하되, 균주 혼합물 제조시 EM 발효액에서 0.2μm의 나노필터로 필터하여 균체를 제거한 것에 로도블럼 설피도필럼 균주 균체, 말굽버섯 균사체 및 잔나비불로초버섯 균사체를 첨가하였다.
비교예 4
실시예 1과 동일하게 액상 필터를 제조하되, 균주 혼합물 제조시 EM 발효액 100g 당 로도블럼 설피도필럼 균주 균체 8g, 말굽버섯 균사체 0.5g 및 잔나비불로초버섯 균사체 0.5g을 혼합하여 균주 혼합물을 제조하였다.
비교예 5
실시예 1과 동일하게 액상 필터를 제조하되, 균주 혼합물 제조시 EM 발효액 100g 당 로도블럼 설피도필럼 균주 균체 0.5g, 말굽버섯 균사체 0.5g 및 잔나비불로초버섯 균사체 8g을 혼합하여 균주 혼합물을 제조하였다.
비교예 6
실시예 1과 동일하게 액상 필터를 제조하되, 균주 혼합물 제조시 EM 발효액 100g 당 로도블럼 설피도필럼 균주 균체 2g 및 말굽버섯 균사체 7g만을 혼합하여 균주 혼합물을 제조하였다.
비교예 7
실시예 1과 동일하게 액상 필터를 제조하되, 담체 제조시, 동애등에 유충의 분변토 100g 당 옻나무 톱밥 80g만을 사용하고 무수석고, 토버모라이트 및 펄라이트 등의 다른 원료는 사용하지 않았다.
비교예 8
실시예 1과 동일하게 액상 필터를 제조하되, 담체 제조시, 동애등에 유충의 분변토 100g 당 옻나무 톱밥 5g, 무수석고 5g, 토버모라이트 35g 및 펄라이트 35g을 사용하였다.
비교예 9
실시예 1과 동일하게 액상 필터를 제조하되, 질소 및 인 농축 수용액 대신 LB 배지를 사용하였다.
비교예 10
실시예 1과 동일하게 액상 필터를 제조하되, 질소 및 인 농축 수용액 대신 물을 사용하였다.
<실험예 1. 가스 저감 효능 확인>
다음으로는 액상 필터 내부로 미생물 배양시 주로 배출되는 것으로 알려진 메탄 및 암모니아를 각각 필터 내부의 공기층에 100ppm의 농도로 주입한 후 30분간 팩 내에서 순환하도록 20rpm으로 약하게 교반하여 팩 내부 내에서 메탄과 이산화탄소가 소모되게 하였고, 팩 내부로 주입전 각 가스 농도값 대비 가스 농도 차이를 비교 확인하여 액상 필터의 가스 제거율을 확인하였다. 시험가스의 농도는 가스검지관법(KS I 2218:2009)을 기준으로 측정하였다.
액상 필터 필터 공기층 내의 메탄 농도 (ppm)
실시예 1 23
실시예 2 32
실시예 3 13
실시예 4 21
실시예 5 15
비교예 1 69
비교예 2 72
비교예 3 82
비교예 4 82
비교예 5 84
비교예 6 73
비교예 7 88
비교예 8 85
비교예 9 73
비교예 10 91
액상 필터 필터 공기층 내의 이산화탄소 농도 (ppm)
실시예 1 35
실시예 2 33
실시예 3 29
실시예 4 34
실시예 5 28
비교예 1 73
비교예 2 79
비교예 3 85
비교예 4 91
비교예 5 77
비교예 6 85
비교예 7 73
비교예 8 89
비교예 9 85
비교예 10 73
상기 표 1 및 2의 결과를 비교할 때, 메탄과 이산화탄소가 실시예 1 내지 5의 액상필터를 통과하면서 액상 필터 내의 혼합 균주가 이를 소모하여 제거됨을 확인할 수 있다. 이에 미생물 배양기를 가동할 때 배양을 통해 생성되는 가스의 농도가 일정수준 이상으로 증가할 때 약 30~60분간 액상필터를 통해 공기가 강제순환되도록 할 경우 배양을 통해 발생하는 공기오염이 최소화될 수 있음을 알 수 있다. 반면 비교예들의 경우 필터를 구성하는 각 성분의 제한으로 인해 메탄이나 이산화탄소의 제거가 효율적으로 제거되지 않는 것으로 파악된다.
한편 각 필터팩을 직접 미생물 배양기에 장착하고 상부에 활성탄층을 두어 미생물을 배양시 배양기에서 동일 시간 안에 발생하는 메탄 제거율을 비교한 바, 활성탄층이 장착된 경우 제거율이 10% 이상 증가되는 것을 확인할 수 있었다.

Claims (5)

  1. EM(Effective microorganisms) 발효액, 로도블럼 설피도필럼(Rhodovulum sulfidophilum) 균체, 말굽버섯(Fomes fomentarius) 균사체 및 잔나비불로초버섯(Ganoderma applanatum) 균사체를 혼합한 균주 혼합물; 및
    동애등에 유충의 분변토, 옻나무 톱밥, 무수석고, 토버모라이트 및 펄라이트를 혼합하여 제조한 담체;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 악취 저감용 액상 필터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 로도블럼 설피도필럼은 로도블럼 설피도필럼(Rhodovulum sulfidophilum) ATCC 35886인 것을 특징으로 하는 악취 저감용 액상 필터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 액상 필터의 외부 상부층에 활성탄층이 구비된 것을 특징으로 하는 악취 저감용 액상 필터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 액상 필터는 폴리에스테르 필름 또는 기판으로 제조된 팩 내에 봉입되어 이용되는 것을 특징으로 하는 악취 저감용 액상 필터.
  5. 제1항의 액상 필터가 구비된 것을 특징으로 하는 미생물 배양기.
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