KR102645726B1 - 동물분뇨의 암모니아 발생 억제용 조성물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 요소 전이상태 구조 유사체 및 질화균을 포함하는 것을 특징으로 하는 동물분뇨의 암모니아 발생 억제용 조성물을 제공한다. 본 발명에 따른 동물분뇨의 암모니아 발생 억제용 조성물을 이용하면, 요소가수분해 효소의 활성을 억제함으로써, 미세먼지 전구물질인 암모니아의 생성을 억제하는 것은 물론, 유기성폐기물에서 발생하는 악취를 저감시킬 수 있는 효과가 있다.
Description
본 발명은 요소 전이상태 유사체 및 미생물을 포함하는 동물분뇨의 암모니아 발생 억제용 조성물에 관한 것이다.
국내 환경기초시설 및 축산부문에서 발생되는 악취들로 인해 주변지역 민원이 지속적으로 증가하고 있다. 또한, 악취를 발생시키는 대표적인 물질은 암모니아이며, 암모니아의 경우 미세먼지(PM2.5)를 발생시키는 주요 전구물질로 보고되고 있어, 체계적인 암모니아 배출관리가 필요한 실정이다.
현재 암모니아를 포함해 악취물질을 저감시키는 방법으로 미생물제제를 살포하는 방법을 적용하고 있으며, 시중에 등록되어 있는 미생물제제는 악취저감제 738품목(사료첨가제 80, 보조사료 658) 수준이며 관련 세계 시장은 2020년 기준 3천억 달러 수준으로 알려지고 있다.
미생물제제는 다양한 생균 종(Bacillus, Lactobacillus, Azospirillum, Pseudomonas, Streptomyces 등)을 사료에 투입하거나, 유기성폐기물의 저장 및 처리 시설에 살포하여 혼합미생물의 생태계 내 특정한 유용미생물의 우점을 유도하는 방법으로 발생된 악취물질의 분해 또는 생물학적 분해경로를 변경함으로써, 악취를 저감시키는 방법이다.
미생물제제의 살포는 기존 탈취설비와 비교하여 우수한 악취저감 효과가 있는 것은 물론, 설치비용 및 유지관리비용 등 경제적 측면에서도 매우 우수하다고 보고되고 있다. 또한, 농가에서 쉽게 적용할 수 있는 기술로 시군농업기술센터에서 무상으로 제공하고 있어, 널리 이용되고 있다.
그러나 미생물제제의 경우 악취제거 효율이 평균 30% 정도로 보고되고 있으며, 특히, 48시간 이상 지속성을 나타내는 미생물 제제는 전체 제품 중 29%로 보고됨으로써 그 효율성 및 지속성에 대한 의문이 제기되고 있다. 또한, 농가별로 다른 사육환경, 기상변화 및 제품 살포조건(방법, 주기, 양 등) 등으로 인해 악취저감 효과와 지속성에 차이가 있어, 미생물제제를 대체할 수 있는 기술이 필요한 실정이다.
한편, 축산 내의 암모니아는 가축으로부터 배설된 요소를 요소분해효소(Urease)가 분해하면서 발생한다. 요소분해효소의 활성도를 감소시키는 기술은 본래 토양 내 유기성 비료 살포시 토양 내 요소가 토착미생물로부터 생산된 요소분해효소에 의한 암모니아로 소실을 방지하기 위한 목적으로 연구가 진행되었고 그 효과가 검증되어 현재 미국과 유럽에서는 요소비료에 요소분해효소 억제제를 포함하여 제조 및 판매하고 있다.
요소분해효소 억제제는 다양한 메커니즘에 의해 요소가 암모니아로 전환하는 과정에서 요소분해효소의 활성을 방해하는 역할을 하며 그 중 요소 구조유사체(Urea structural analogues)는 요소분해효소와 유사한 구조로 이루어져 있으며 요소분해효소보다 선제적으로 요소에 결합되어 암모니아 전환을 방지할 수 있다고 알려져 있다.
그러나, 국내 환경기초시설 및 축산부문에서 발생하는 악취 및 암모니아 저감 기술의 개발이 미비하고, 축산 암모니아 발생 저감을 위한 요소 구조유사체의 단독/병합적용 시 외부 환경변화(pH, 온도 등)에 따른 최적화 및 효율 변화가 매우 중요한 요소이나 이에 대한 기술개발이 부족한 실정이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 요소분해효소의 활성을 낮추어, 요소의 암모니아 전환을 억제시킴으로써, 축사 내 악취를 저감시킬 수 있는 동물분뇨의 암모니아 발생 억제용 조성물을 제공하는 데 있다.
본 발명은 요소 전이상태 구조 유사체 및 질화균을 포함하는 동물분뇨의 암모니아 발생 억제용 조성물을 제공한다.
상기 요소 전이상태 구조 유사체는, 페닐 포스포로디아미데이트(Phenyl phosphorodiamidate)일 수 있다.
상기 요소 전이상태 구조 유사체는, 전체 조성물 100 중량% 대비 0.5~ 2 중량%를 포함할 수 있다.
상기 조성물은, 상기 질화균을 1,000~2,000 mg VS/L의 농도로 포함할 수 있다.
상기 질화균은, 니트로소모나스(Nitrosomonas), 니트로조스피라(Nitrosopira), 니트로조코커스(Nitrosococcus), 니트로솔로부스(Nitrosolobus), 니트로소비브리오(Nitrosovibrio), 니트로박터(Nitrobacter), 니트로스피나(Nitrospina), 니트로코크스(Nitrococcus) 및 니트로스피라(Nitrospira)로 이루어진 그룹 중에서 선택된 1 종 이상일 수 있다.
또한, 본 발명은 요소 전이상태 구조 유사체 및 질화균을 포함하는 조성물을 동물분뇨에 살포하여 동물분뇨의 암모니아 발생을 저감시키는 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 동물분뇨의 암모니아 발생 억제용 조성물을 이용하면, 요소가수분해 효소의 활성을 억제함으로써, 미세먼지 전구물질인 암모니아의 생성을 억제하는 것은 물론, 유기성폐기물에서 발생하는 악취를 저감시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 요소 전이상태 구조 유사체가 요소가수분해 효소의 활성을 저하시키는 과정을 계략적으로 나타낸 것이다.
이하 본 발명에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 우선, 도면들 중, 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의하여야 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.
본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 약, 실질적으로 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.
본 발명에 앞서 요소 가수분해 효소에 대하여 간단하게 설명하면, 요소 가수분해효소(Urease)는 요소(Urea) 1 분자를 가수분해하여 2 분자의 암모니아(NH3)와, 1 분자의 탄산(H2CO3)을 생성한다. 즉, 축산 내 악취는 가축으로부터 배설된 요소 및 요산으로부터 요소분해효소 작용에 의해 암모니아가 생성되어 발생된다.
본 발명의 목적은 요소분해효소의 활성을 낮추어, 요소의 암모니아 전환을 억제시킴으로써, 축사 내 악취를 저감시킬 수 있는 동물분뇨의 암모니아 발생 억제용 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 설명에서 사용되는 용어 "PPDA"는 "페닐 포스포로디아미데이트(Phenyl phosphorodiamidate)"를 의미한다.
이하, 본 발명의 동물분뇨의 암모니아 발생 억제용 조성물에 대하여 설명한다.
도 1은 요소 전이상태 구조 유사체가 요소가수분해 효소의 활성을 저하시키는 과정을 계략적으로 나타낸 것이다.
본 발명의 동물분뇨의 암모니아 발생 억제용 조성물은 요소 전이상태 구조 유사체 및 질화균을 포함한다.
본 발명의 동물분뇨의 암모니아 발생 억제용 조성물은 가축사육시설에 사용되어 동물분뇨에서 발생하는 암모니아의 발생을 저감시키는 것이 가장 바람직하나, 일예로 분뇨처리장, 축산폐수처리장, 음식물쓰레기 처리장, 폐기물 매립지, 쓰레기 매립지, 폐수처리장 등에도 사용될 수 있다.
본 발명의 요소 전이상태 구조 유사체 및 질화균을 포함하는 암모니아 발생 억제용 조성물은 기존의 가축사육시설 및 동물분뇨를 그대로 이용할 수 있으며, 상기 조성물을 직접 살포함으로써 악취 유발물질을 분해하여 근원적으로 악취를 제거하므로 추가적인 설비를 요하지 않아 경제적 및 효율적으로 악취를 제거할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에서 상기 PPDA는 순수한 형태의 PPDA 뿐만 아니라 제조에 사용되는 합성방법 및 정제절차에 따라 50 % 미만, 특히 20 % 미만의 불순물을 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 요소 전이상태 구조 유사체는, 전체 조성물 100 중량% 대비 0.5~ 2 중량%를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 1 중량%를 포함할 수 있다.
본 발명의 동물분뇨의 암모니아 발생 억제용 조성물은 1,000~2,000 mg VS/L 농도로 질화균을 포함할 수 있다.
상기 질화균의 농도가 1,000 mg VS/L 미만이면, AHA 및 NBPT와 상호 작용에 의해 암모니아 발생을 저감시키는 효과가 미미하고, 2,000 mg VS/L을 초과하면, 기대 억제효율에 미치지 못하고, 경제적이지 못한 문제점이 있어, 상기한 범위가 바람직하다.
상기 질화균은, 니트로소모나스(Nitrosomonas), 니트로조스피라(Nitrosopira), 니트로조코커스(Nitrosococcus), 니트로솔로부스(Nitrosolobus), 니트로소비브리오(Nitrosovibrio), 니트로박터(Nitrobacter), 니트로스피나(Nitrospina), 니트로코크스(Nitrococcus) 및 니트로스피라(Nitrospira)로 이루어진 그룹 중에서 선택된 1 종 이상일 수 있다.
본 발명의 다른 목적은 요소 전이상태 구조 유사체 및 질화균을 포함하는 조성물을 동물분뇨에 살포하여 동물분뇨의 암모니아 발생을 저감시키는 방법을 제공하는 것이다.
이하, 본 발명의 실시예 및 실험예를 통해 더욱 자세하게 설명하도록 한다.
실시예 1
증류수 1 L에 1.5 g의 PPDA 및 1 g의 질화균을 투입하고, 실온(25℃)에서 혼합하여 암모니아 저감용 조성물을 제조하였다.
실시예 2
증류수 1 L에 1.5 g의 PPDA 및 2 g의 질화균을 투입하고, 실온(25℃)에서 혼합하여 암모니아 저감용 조성물을 제조하였다.
비교예 1
PPDA를 구입하여 준비하였다.
비교예 2
증류수 1 L에 1 g의 질화균을 투입하고, 실온(25℃)에서 혼합하여 암모니아 저감용 조성물을 제조하였다.
비교예 3
증류수 1 L에 2 g의 질화균을 투입하고, 실온(25℃)에서 혼합하여 암모니아 저감용 조성물을 제조하였다.
실험예 1: 암모니아 발생 억제용 조성물의 암모니아 발생 저감 효과 분석
250 mL 세럼보틀에 PPB 0.05 M 50 mL를 주입하여 pH를 7.0으로 조절하였으며, Urease 1,500 mg/L, Urea 1,500 mg/L를 각각 주입 후 혐기성 조건을 위해 퍼징을 실시한 DI water로 working volume을 200 mL로 조절 후, 25 ℃ 항온수조에서 48시간 동안 150 rpm 교반하였다.
이 후 샘플링 후 50 배 희석하여 휴마스(HUMAS) NH3(N)-H kit 농도 분석을 분석하여 합성분뇨의 암모니아 농도를 측정하였으며, 동일한 방법으로 진행하되, 실시예 1, 2 및 비교예 1 내지 3을 투입하여 암모니아 농도 및 암모니아 전환 억제 효과를 분석하여 하기의 표 1에 나타내었다.
| 구분 | PPDA (mg/L) |
Nitrifier (mg VS/L) |
구조 유사체 (mg/L 48시간 후 암모니아 (mg NH3-N/L) |
암모니아 전환율(%) |
요소분해효소 저해율(%) | 질화 효율 |
| 대조군 | 0 | 0 | 423 | 49.8±5.7 | - | - |
| 비교예1 | 1,500 | 0 | 129 | 15.2±1.1 | 69.5±1.0 | - |
| 비교예2 | 0 | 1,000 | 495 | 58.3± | -16.3±6.3 | - |
| 실시예1 | 1,500 | 1,000 | 70 | 8.2±6.9 | 83.5±9.4 | 39.8 |
| 비교예3 | 0 | 2,000 | 505 | 59.5±10.1 | -18.8±5.2 | |
| 실시예2 | 1,500 | 2,000 | 77 | 9.0±7.5 | 82.5±10.4 | 32.3 |
상기 표 1에서 확인할 수 있듯이, PPDA를 단독 투입한 비교예 1의 경우 요소의 암모니아 전환을 억제하는 것을 확인할 수 있으나, 질화균을 단독 투입한 비교예 2의 경우 오히려 암모니아 발생이 더욱 증가하는 것을 확인할 수 있다. 또한, 본 발명의 조성물인 실시예 1 및 실시예 2는 매우 효과적으로 암모니아 전환을 억제하는 것을 확인할 수 있으며, 특히 질화균의 함량이 1,000 mg VS/L 포함된 실시예 1이 실시예 2 보다 더욱 효과적인 것을 확인할 수 있다.결과적으로, 본 발명의 동물분뇨의 암모니아 발생 억제용 조성물은 요소 전이상태 유사구조체 및 질화균을 특정함량으로 포함함으로써, 미세먼지 전구물질인 암모니아의 생성을 차단하고, 유기성폐기물에서 발생하는 악취를 저감시킬 수 있는 효과가 있다.
Claims (6)
- 페닐 포스포로디아미데이트(Phenyl phosphorodiamidate) 및 질화균으로 이루어진 것을 특징으로 하는 동물분뇨의 암모니아 발생 억제용 조성물로서,
상기 페닐 포스포로디아미데이트는 전체 조성물 100 중량% 대비 0.5~2 중량%의 양으로 포함하고,
상기 질화균은 1,000~2,000 mg VS/L의 농도로 포함하며,
페닐 포스포로디아미데이트의 단독사용 및 질화균의 단독사용에 비하여 동물분뇨의 암모니아 제거효과가 우수한 것을 특징으로 하는,
동물분뇨의 암모니아 발생 억제용 조성물. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 질화균은,
니트로소모나스(Nitrosomonas), 니트로조스피라(Nitrosopira), 니트로조코커스(Nitrosococcus), 니트로솔로부스(Nitrosolobus), 니트로소비브리오(Nitrosovibrio), 니트로박터(Nitrobacter), 니트로스피나(Nitrospina), 니트로코크스(Nitrococcus) 및 니트로스피라(Nitrospira)로 이루어진 그룹 중에서 선택된 1 종 이상인 것을 특징으로 하는,
동물분뇨의 암모니아 발생 억제용 조성물. - 제1항 또는 제5항의 조성물을 동물분뇨에 살포하는 것을 특징으로 하는,
페닐 포스포로디아미데이트의 단독사용 및 질화균의 단독사용에 비하여 우수한 효과로 동물분뇨의 발생을 저감시키는 방법.
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|---|---|---|---|---|
| JP2009291782A (ja) * | 2008-05-08 | 2009-12-17 | Asahikawa Poultry Kk | 有機物質の処理方法 |
| WO2011134074A1 (en) * | 2010-04-29 | 2011-11-03 | Les Procedes Servi-Sand Canada Inc. | Dust and odor control materials and processes |
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-
2021
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