KR20000007137A

KR20000007137A - 동물의 오줌을 이용한 활성액의 제조방법

Info

Publication number: KR20000007137A
Application number: KR1019990053844A
Authority: KR
Inventors: 김병길; 김시균; 박두현
Original assignee: 김병길; 박두현; 김시균
Priority date: 1999-11-30
Filing date: 1999-11-30
Publication date: 2000-02-07

Abstract

본 발명은 동물의 오줌을 이용하여 활성액을 제조하는 방법 및 활성액의 작물재배 및 가축사육에 이용하는 방법에 관한 것으로서, 본 발명은 환경오염 유발물질인 가축의 오줌을 작물재배 및 가축사육에 유용한 물질로 재활용할 수 있고, 이를 작물 재배에 적용하는 경우에는 화학비료 및 농약의 사용량을 줄일 수 있어서 환경친화적이며, 작물 재배 및 가축 사육에 소요되는 비용을 감소시킬 수 있어서 경제적인 기술이다.

Description

동물의 오줌을 이용한 활성액의 제조방법{Producing method for active liquid from urine of animals}

본 발명은 동물의 오줌으로부터 활성액을 제조하는 방법 및 활성액의 다양한 이용 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 미생물을 이용하여 가축 오줌을 발효시켜 활성액을 제조하는 방법 및 제조된 활성액을 액상비료, 가축의 사료 및 가축의 음용수로의 이용하는 방법에 관한 것이다.

본 명세서에 있어서, "활성액"이라는 용어는 동식물내에서 생리학적으로 다양한 활성을 갖는 액체를 의미한다.

동물의 오줌은 질소성 유기물인 요소의 함량이 풍부하고 동물의 대사과정에서 발생하는 호르몬류, 유기산류, 비타민류, 무기염류, 당류 등과 같은 다양한 혈액 노폐물을 함유하고 있고, 중금속이나 인공 독성물질 또는 자연독성을 함유하지 않기 때문에 농업용 퇴비 등으로 재활용할 수 있다는 점에서 다른 일반 쓰레기와 큰 차별성을 갖고 있다.

특히, 소규모 축산농가나 개별영농을 하는 농가에서는 동물의 오줌을 동물분과 분리 수거하여 탄소원과 무기질이 풍부한 볏짚, 건초 등과 혼합하여 장시간 발효한 후 질소, 인, 칼륨이 풍부한 비료(퇴비)로 사용해 왔다. 퇴비로 전환하는 방법은 부대 비용이나 시설없이 쉽게 만들 수 있다는 장점이 있으나, 생활 주변에 심한 악취를 발산하고 침출수의 발생에 따른 용수의 오염이 불가피하다는 문제가 있을뿐만 아니라 생산한 퇴비를 사용하는 데 있어 큰 부피와 악취로 인한 불편이 있고 장시간 저장하기도 불편하다는 단점이 있다.

또한, 가축 사육이 대량화된 오늘날에는 상술한 바와 같은 퇴비로 전환하는 방법을 적용하기가 곤란하여 분뇨의 혼합물을 폐수처리공정을 통해 방류하는 것이 일반적이다. 따라서, 대량으로 방출되는 가축의 오줌은 처리하기 어려우며, 처리하는데 많은 비용이 요구되는 폐기물로서 인식되고 있다,

그러나, 가축의 오줌은 재활용 가능성이 많은 물질로서, 이미 일본에서는 동물의 오줌을 다양한 방법으로 재활용하기 위한 연구가 진행되고 있고 관련 학회가 정기적으로 개최되어 수많은 사례와 연구결과가 보고되고 있다.

우리나라에서는 아직 가축의 오줌을 재활용하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있지 않은 실정이어서, 가축의 분뇨 폐기물의 재활용에 의한 지역환경을 보호하고 지역농축산을 활성화하는 방법을 찾아내려는 노력이 필요하다.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 동물의 오줌을 이용한 활성액의 제조방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기에서 제조한 활성액의 다양한 이용방법을 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 제조방법에 사용된 장치의 일실시예를 개략적으로 도시한 것이다.

도 2는 본 발명에 따라 제조된 활성액을 돼지의 사육장에 살포한 후 공기 중의 암모니아의 거동 및 돼지의 음용수에 첨가한 후 돼지분뇨에서 발생하는 공기 중 암모니아의 거동을 관찰한 결과를 나타낸 그래프이다.

<도면 부호에 대한 설명>

1..... 제1 반응조 2..... 제2 반응조

3..... 제3 반응조 4..... 미생물담체

5..... 공기주입장치 6..... 흡/방열 안테나

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은

(a) 미생물 담체, 공기주입장치 및 흡/방열 안테나를 구비하는 제1 반응조에 소금의 최종 농도가 5 내지 10%(w/v)인 농도가 되도록 소금을 부가한 동물의 오줌을 부가하는 단계;

(b) 상기 제1 반응조가 산화상태를 유지할 수 있도록 공기를 공급하는 단계;

(c) 유기물이 풍부한 천연토양을 인산염 완충액으로 현탁하여 얻은 상등액을 미생물 접종원으로서 상기 제1 반응조에 부가하고 배양하는 단계;

(d) 상기 제1 반응조의 배양액을 미생물 담체, 공기주입장치 및 흡/방열 안테나를 구비하는 제2 반응조로 이송하는 단계;

(e) 상기 제2 반응조에 야생효모배양액을 부가하고 폭기 배양하는 단계;

(f) 상기 제2 반응조의 배양액을 미생물 담체, 공기주입장치 및 흡/방열 안테나를 구비하는 제3 반응조로 이송하는 단계; 및

(g) 상기 제3 반응조에 생유산균 배양액을 부가하고 숙성하는 단계를 포함하는 활성액의 제조방법을 제공한다.

본 발명에 따른 제조방법에 있어서, 상기 제3 반응조에 초기 유산균의 생육을 촉진하기 위해 분리대두단백질과 포도당을 부가하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 제조방법에 있어서, 상기 (b)의 공기공급 단계는 공기를 분당 5 내지 10리터의 속도를 공급하여 이루어지는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 제조방법에 있어서, 상기 야생효모액은 포도당과 효모추출물로 이루어진 배지에서 배양하여 생효모수가 5,000,000/ml 이상인 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 제조방법에 있어서, 상기 생유산균 배양액은 동물의 분뇨에서 분리한 유산균을 전지분유 배양액에서 배양한 것이 바람직하다.

상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은 상기에서 제조한 활성액을 농작물 재배의 액상비료, 동물용 사료 또는 동물용 음용수로 이용하는 방법을 제공한다.

이하, 활성액 제조에 이용되는 장치의 일실시예를 개략적으로 도시한 도 1을 참조로 하여 본 발명에 따른 제조방법을 상세히 설명하기로 한다.

먼저, 동물사육장에서 수거되는 오줌을 저장한 저장소로부터 오줌을 적절한 이송 장치를 통하여 제1 반응조(1)로 이송하고, 동물의 오줌이 담긴 상기 제1 반응조(1)에 그 농도가 5 내지 10%(w/v)가 되도록 소금을 부가한다. 이 때 사용되는 소금은 상업적으로 입수가능한 소금은 특별한 제한없이 사용가능하나 천일염을 사용하는 것이 바람직하다.

동물생리학적으로 동물의 오줌은 일종의 혈액 노폐물을 처리하기 위한 하수처리장의 기능을 갖기 때문에 각종 동물의 대사과정에서 발생하는 잉여물질(아미노산, 당류, 유기산, 비타민, 무기염류, 단백질, 올리고당, 담즙산염 등)이 풍부하며 생리기능을 조절할 때 생산된 각종 호르몬이 함유되어 있어 미생물의 생장을 위한 배지로서 적합하다(실험생화학, 한국생화학회교재편찬위원회, 탐구당, 1986). 이와같이 돼지오줌은 영양물질 및 생리활성 물질이 풍부하기 때문에 부패되기 쉽고 부패되는 경우 독성물질이 발생하여 동물의 음용수 또는 식물성장 촉진제로 사용할 수 없기 때문에 소금을 5 내지 10%(w/v) 첨가하여 부패성 미생물이 생장하는 것을 차단한 것이다. 염도가 높은 환경에서는 부패성 또는 병원성 미생물은 생장하기 어렵기 때문에 활성반응조에서 악취와 독성물질은 생산되지 않는다(대학미생물학, 민경희외 탐구당, 1999).

또한, 상기 제1 반응조는, 미생물 담체(4), 흡/방열 안테나(6) 및 공기주입장치(5)를 구비하며, 동물 오줌에 포함된 활성물질에 의한 동물오줌의 유기물 및 암모니아의 산화가 일어나는 반응조로서 "활성반응조"라 부를 수도 있다.

상기 미생물 담체(4)는 미생물의 생장활성을 촉진할 수 있는 담체라면 특별한 제한없이 사용가능하며, 본 발명에 사용하기 바람직한 담체는 2500 내지 3000℃의 고온에서 소결한 다공질의 세라믹 담체이다.

상기 미생물 담체(4)를 흡/방열 안테나(6)와 접촉할 수 있게 장치하여 흡/방열 안테나를 통해 내외부의 온도차에 의한 흡/방열이 가능하다. 미생물은 담체를 중심으로 생장하기 때문에 미생물의 대사열에 의한 급격한 온도의 변화가 발생할 수 있다. 그러나, 흡/방열 안테나를 설치하여 이러한 온도의 급격한 변화를 차단함으로서 미생물의 대사활성이 일정하게 유지될 수 있다. 예를 들어 외부의 온도가 서서히 하강할 경우 안테나를 통한 열의 방출로 반응조의 온도가 주변의 온도와 비슷하게 유지되기 때문에 토양 또는 야생으로 분리한 세균이 자연계에서 생장하는 것과 유사한 조건을 유지할 수 있다. 반대로 외부의 온도가 상승할 경우 안테나를 통한 외부의 온도변화가 진동파의 형태로 반응기의 내부에 전달될 수 있다.

다음으로, 동물 오줌과 소금으로 이루어진 혼합액을 담고 있는 상기 반응조에 동물 오줌내의 유기물과 암모니아가 산화가 일어나기 충분한 정도로 공기주입장치(5)를 통해 공기를 주입한다. 반응조가 충분히 산화상태를 유지할 수 있기 위해서는 분당 5 내지 10리터의 속도로 공기를 주입하는 것이 바람직하다. 상기 공기주입장치(5)로는 본 발명이 속하는 기술분야 알려진 것이라면 특별한 제한을 받지 않으나, 공기입자를 매우 작게 분사하여 공기와 액체의 접촉면적을 최대화할 수 있는 스파저(Sparger)와 같은 장치를 사용할 수 있다.

이어서, 유기물이 풍부하고 수분을 포함하고 있는 경작지, 삼림 등의 천연토양을 인산염 완충용액에 현탁하여 토양 입자가 가라앉은 후 상등액을 미생물 접종원으로 상기 제1 반응조에 투입하고 배양하며, 배양일은 15일 내지 20일인 것이 바람직하다.

상기 상등액에 포함되는 천연 토양에 서식하는 미생물들은 동물 오줌의 유기물과 질소성분을 대사시키기 때문에 배양이 끝난 후에는 무기물, 다양한 미생물의 대사물질 및 다양한 미생물의 균체성분이 주로 풍부하게 함유하고 액상비료의 성질을 가지며, 오줌으로서의 특성은 잃어버린다.

제1 반응조에서 검출되는 세균은 주로 바실루스속(Bacillus)속, 에르위니아속(Erwinia), 에어로모나스속(Aeromonas), 엔테로박터속(Enterobacter), 모라셀라속(Moraxella), 아신토박터속(Acinetobacter), 미코박테리움속(Mycobacterium), 수도우모나스속(Pseudomonas)속, 스트렙토마이세스속(Streptomyces) 등이다.

이어서, 상술한 바와 같이 배양이 완료된 배양을 상술한 제1 반응조와 동일하게 구성된 제2 반응조(2)로 이송하고, 즉시 야생효모배양액을 첨가하고 폭기 배양하며, 배양일은 25일 내지 30일인 것이 바람직하다. 폭기 배양의 조건은 공기공급 장치를 통하여 분당 5 내지 10리터의 속도를 공기로 공급하면서, 상온인 것이 적절하다.

상기 제2 반응조는 첨가한 상기 야생효모배양액에 포함된 탄수화물을 기질로 효모와 방선균 등이 증식하는 반응조로서, "순염반응조"라 부를 수도 있다. 또한, 상기 야생효모배양약은 포도당과 효모추출물로 이루어진 배지에서 배양하여 생효모수가 5,000,000/ml 이상인 것이 바람직하다.

이 과정에서 생효모는 영양물질이 공급되지 않기 때문에 연쇄적으로 자가 분해되어 제1 반응조에서 유입된 세균들의 영양소로 이용되고 일부는 분해된 다른 효모를 영양소로 이용하여 일부 생장을 지속한다. 그러나, 상당 정도의 시간이 경과한 후에는 효모의 생균수가 현저하게 감소하는 반면, 바실루스속(Bacillus), 수도우모나스속(Pseudomonas), 스트렙토마이세스속(Streptomyces), 사카로마이세스속 (Saccharomyces) 등의 생균수는 제1 반응조에서와 비슷하게 유지된다.

제2 반응조에서의 배양은 핵산이 풍부한 효모를 기질로 이용하여 배양액에 유기 질소성분을 보강하기 위한 과정으로서 상업적으로 입수가능한 효모를 사용할 경우 비용이 크게 증가하기 때문에 생효모를 배양하여 부가한다. 영양물질이 고갈될 때까지 증식하다 증식을 멈춘 후에는 자가 분해하는 효모의 성질을 이용한 것이다.

효모는 당류만 기질로 이용하기 때문에 당류가 고갈되면 증식하지 못하지만 세균류는 생물체의 균체를 이루는 성분 대부분을 기질로 이용할 수 있어 효모를 기질로 이용할 수 있는 것이다. 생효모를 추출한 성분은 아미노산, 핵산, 비타민이 주성분이기 때문에 세균류는 이를 기질로 이용할 수 있고 영양불균형(유기질소 과잉, 당류부족)으로 일부 효모성분은 세균에 의해 완전히 이용되지 못하고 배양액에 잔류하게 된다. 이것은 이후에 제3 반응조(3)에서 유산균을 배양할 때 유산균의 생장을 위한 생리활성물질로서 매우 중요한 성분이다. 비피더스(Bifidus)와 같은 유산균은 시험관에서 배양할 때 10 여종의 고가의 영양물질을 첨가해야 하는 영양요구성이 큰 세균의 일종으로 자연상태에서 다른 세균과의 경쟁이 불가능하지만, 호기 상태에서도 발효대사를 유지할 수 있는 특성이 있어 동물 오줌을 처리할 때 환원성 무기염류를 생산하기 위해 필요한 세균이다.

이어서, 제2 반응조(2)의 배양액을 제3 반응조(3)로 이송하고, 생유산균배양액을 부가하고 숙성함으로써 본 발명에 따른 활성액의 제조가 완료되게 된다. 숙성일은 35 내지 40일인 것이 바람직하다.

상기 제3 반응조는 상술한 제1 반응조와 동일하게 구성되어 있으며, 첨가한 단백질 영양소와 효모, 방선균 등의 미생물 효소군 및 미생물 균체를 구성하는 다당체, 당류, 아미노산, 비타민, 핵산, 지방산을 생성하는 반응조로서 "숙성반응조"라 부를 수도 있다.

상기 생유산균 배양액으로는 동물의 분뇨에서 분리한 유산균을 전지분유 배양액에서 배양한 생유산균 배양액이 바람직하다. 상기 동물의 분뇨에서 유산균은 동물의 장내에서 다른 세균들과 경쟁하면서 균총을 유지하는 기능이 있어 활성액의 제조시에 상업적으로 입수가능한 유산균을 사용하는 것보다 생존능력이 좋다는 장점이 있다.

상기 제3 반응조에 초기 유산균의 생육을 촉진하기 위해 분리대두단백질과 포도당을 각각 질소원과 에너지원으로 첨가하였다. 분리대두단백질은 우유에 비해 가격이 저렴하고 유산균의 단백질효소에 의해 분해되기 쉬운 성질이 있어 유산균의 배양배지로서 기능성이 우유 보다 뛰어나다(유산간균의 성장 및 산 생산에 대두추출물이 미치는 영향, 이원호, 중앙대생물학과 제67회 석사학위논문, 1987).

숙성 시간이 경과하여 유기물의 함량이 감소하면, 이때부터 반응조의 폭기를 정지하고 유기물의 고갈로 인한 세균들의 자가분해를 촉진하면서 유산균의 작용에 의한 반응액의 환원성환경을 조성하게 하여 산화알칼리금속 및 산화알칼리토금속의 생성을 유도한다. 약 40일이 경과한 후 숙성액내의 대부분의 세균이 자가분해된 것으로 확인되었다. 자가분해된 세균들은 당류, 다당류, 지방산, 유기산, 핵산등 각종 환원성 유기물로 전환될 수 있다.

상술한 바와 같이 제조한 활성액은 미생물의 에너지 대사에 필요한 탄수화물의 농도가 낮아지고, 염도가 높아 미생물의 더 이상 성장하지 않고 세균의 구조물, 대사산물 등이 축적된 생리적 활성이 높다. 따라서, 이러한 활성액을 농작물의 비료, 동물의 사료 또는 동물의 음용수로 이용하게 되면, 농작물 및 동물의 발육이 뛰어나게 되고, 질병이 강하게 된다.

농작물의 비료로 사용하는 경우에는 본 발명에 따른 활성액 그 자체를 사용할 수 있으며, 동물의 사료 및 음용수로 사용할 경우에는 일반적으로 사용하는 사료 및 음용수에 활성액을 첨가하는 형태로 사용할 수 있다,

농작물의 재배에 있어서, 농약은 병충해를 직접 살해하는 기능이 있는 반면 토양 미생물의 생장을 저해하여 작물의 생장 기반인 토양의 물질순환을 교란할 수 있고 이것은 작물의 병충해에 의한 저항성을 약하게 만들 수 있다. 그러나, 본 발명에 따른 활성액은 미생물의 생장활성을 저해하지 않고 식물의 영양요구성에 잘 부합하는 화학적 조성을 가지고 있기 때문에 작물의 생장활성을 촉진하여 작물이 스스로 병충해에 대한 저항성을 갖게 하고 식물의 생장에 필요한 무기영양소로 이용될 수 있기 때문에 별도의 시비없이 작물의 성장을 촉진할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 활성액에 포함된 산화알칼리금속 및 산화알칼리토금속은 토양 미생물이 최적 생장 조건을 유지하는데 필요한 토양의 산화-환원전위를 조절하는 작용이 있기 때문에 작물의 생장과 병충해에 대한 저항성은 크게 증가할 수 있다.

그리고, 대부분의 척추동물은 장내세균총의 종류, 밀도, 분포도, 활성도 등에 의해 소화생리의 기능이 활성화되거나 저해될 수 있다. 입을 통해 섭취한 물질이 체구성 물질이나 에너지대사물질 등으로 전환되기 위해서는 충분히 가수분해되거나 부분적으로 발효되어 유기산의 형태로 전환되는 것이 중요하다. 유기산 또는 아미노산, 펩티드, 지방산 등의 에너지대사에 유용한 물질은 장내발효를 통해 생산될 수 있는데, 장내발효의 활성은 장내세균의 활성에 비례하기 때문에 장내균의 생장조건을 최적화해야 한다. 일반적으로 장내세균은 혹독한 혐기성환경에 생존하기 위한 다양한 에너지대사(혐기발효, 혐기성호흡)를 통해 자유에너지를 생산한다. 혐기성 에너지 대사에서 자유에너지의 생산성은 세균의 생장과 관련된 영양물질뿐 아니라 환경의 산화-환원 전위가 일정하게 유지되는 것이 중요하다. 본 발명에 따른 활성액을 동물의 사육과정에서 음용수나 사료에 첨가하게 되면 동물의 장내균총의 생활기반인 장내 산화-환원전위는 항상성을 유지할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 활성액의 사용은 동물의 발육에 좋으며, 동물을 설사 등의 질병에 강하게 만들 수 있다.

이하, 실시예와 실시예에서 제조된 활성액의 농작물의 비료, 동물의 사료 및 음용수의 첨가제로의 적용예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다. 그러나 이하의 실시예와 적용예에 의해 본 발명이 한정되는 것이 아님은 명백하다.

[실시예]

본 실시예는 본 발명에 따른 활성액의 제조예로서 제1 반응조에서의 배양단계, 제2 반응조에서의 배양단계 및 제3 반응조에서 숙성단계로 나누어 설명하기로 한다.

제1 반응조에서의 배양단계

직경이 4mm인 고온 소결 구형 세라믹 미생물 담체, 스테인레스강으로 만들어진 흡/방열 안테나 및 공기주입장치로 스파저를 구비한 용량 2000ℓ의 강화플라스틱으로 만든 제1 반응조에 돼지오줌 970kg과 천일염 30kg을 투입하고 약 2시간 동안 스파저를 통해 분당 10 리터의 공기를 투입하여 반응조가 충분히 산화상태를 유지할 수 있게 하였다. 유기물이 풍부한 경작지와 삼림의 토양 5kg(수분포함)을 100 mM 인산염 완충용액 50리터에 현탁하여 토양입자가 가라앉은 후 상등액을 미생물 접종원으로 반응조에 투입한 후에 상온에서 총 16일 동안 배양하였다.

이와같이 반응 준비가 끝난 후 반응조내의 유기물 함량을 측정한 결과 돼지오줌에 따라 차이가 있으나 화학적 산소 요구량(COD)로서 약 300 내지 400ppm이었고 총질소는 0.25% 였으며, 박토 트립토판(Bacto tryptone) 5g/ℓ, 효모 추출 5g/ℓ, 덱스트로오스 1g/ℓ 및 아가 15g/ℓ로 이루어진 플레이트 카운트 아가를 사용하여 측정한 총균수는 10만/ml 개체였다.

활성반응조에서 약 1 주일이 경과한 후 반응액을 채취하여 총균수와 미생물의 종류를 확인한 결과 총균수는 500만-1000만/ml 개체였고, 미생물의 종류는 바실루스속(Bacillus)속, 에르위니아속(Erwinia), 에어로모나스속(Aeromonas), 엔테로박터속(Enterobacter), 모라셀라속(Moraxella), 아시네토박터속(Acinetobacter), 미코박테리움속(Mycobacterium), 수도우모나스속(Pseudomonas)속, 스트렙토마이세스속(Streptomyces) 9 종이 대표종으로 발견되었다.

약 2주일 경과한 후 활성반응조의 유기물의 함량은 COD로서 10 ppm 미만으로 감소하였고 총질소는 0.18%로 감소하였다. 활성반응조에서 돼지오줌은 오줌의 특성이 없어지고, 무기물과 각종 미생물의 대사물질과 미생물의 균체성분, 무기물이 풍부한 일종의 액상비료의 성질을 갖는 무기질로 전환된다. 이때 총균수는 500만/ml 이상을 유지하였다.

제2 반응조에서의 배양

제1 반응조에서 처리된 돼지오줌(돼지오줌의 성질은 없으나 편의상 돼지오줌으로 표기함)은 제2 반응조로 이송되어 즉시 10% 포도당과 0.5% 효모추출물로 이루어진 배지에서 3일간 배양하여 생효모수가 500만/ml 개체 이상인 야생효모배양액 5Kg을 첨가하여 스파저를 통해 분당 10리터의 속도를 공기를 공급하면서 25일 간 폭기 배양하였다.

상기 제2 반응조 역시 제1 반응조와 동일하게 직경이 4mm인 고온 소결 구형 세라믹 미생물 담체, 스테인레스강으로 만들어진 흡/방열 안테나 및 공기주입장치로 스파저를 구비하며, 용량 2000ℓ로 강화플라스틱으로 만들어진 것이다.

이 과정에서 생효모는 영양물질이 공급되지 않기 때문에 연쇄적으로 자가 분해되어 활성반응조에 이입된 세균들의 영양소로 이용되고 일부는 분해된 다른 효모를 영양소로 이용하여 일부 생장을 지속한다. 그러나, 25일 경과 후 측정한 효모의 생균수는 3만/ml 이하로 크게 감소한 반면, 바실루스(Bacillus), 세도우모나스(Pseudomonas), 스트렙토(Streptomyces) 등의 생균수는 100만/ml을 유지하였다.

제3 반응조에서의 숙성단계

제2 반응조에서 처리된 돼지오줌을 제3 반응조로 이송하고 돼지 분변에서 분리한 유산균을 5kg의 전지분유 배양액에서 2일간 배양한 생유산균 배양액을 첨가하면서 숙성을 시작하였다. 상기 제3 반응조 역시 제1 반응조와 동일하게 직경이 4mm인 고온 소결 구형 세라믹 미생물 담체, 스테인레스강으로 만들어진 흡/방열 안테나 및 공기주입장치로 스파저를 구비하며, 용량 2000ℓ의 강화플라스틱으로 만들어진 것이다.

상기 제3 반응조에 초기 유산균의 생육을 촉진하기 위한 질소원과 에너지원으로 0.1%(w/v)의 분리대두단백질 1000g과 0.5%(w/v)의 포도당 5000g을 더 부가하고, 총 40일 동안 숙성하였다.

숙성 초기에는 접종원으로 사용한 혼합 유산균 배양액의 총균수는 1000만/ml 이상을 유지하였고, 접종하여 숙성 후 일주일이 경과하였을 때 총균수는 500만/ml 이상이었다. 이때 반응액의 유기물 함량은 COD로 환산하여 450-500 ppm 이었다. 30일이 경과한 후의 유산균 생균수는 100/ml을 유지하였으며 유기물의 함량은 COD 기준으로 50ppm 이하로 감소하였다. 이때부터 반응조의 폭기를 정지하고 유기물의 고갈로 인한 세균들의 자가분해를 촉진하면서 유산균의 작용에의한 반응액의 환원성환경을 조성하게 하여 표1에서 보는 바와 산화알칼리금속 및 산화알칼리토금속의 생성을 유도하였다. 약 40일이 경과한 후 반응액내의 총생균수는 100개체/ml 미만으로 검출되어 대부분의 세균이 자가분해된 것으로 확인되었다.

표 1은 상술한 바와 같이 제조한 활성액의 성분함량을 나타낸 것으로서 자가분해된 세균들은 당류, 다당류, 지방산, 유기산, 핵산등 각종 환원성 유기물로 전환 것을 확인할 수 있다.

성분	NO₃ ^-	NH₄ ⁺	P₂O₅	K₂O	CaO	MgO	Na₂O	Mn	Fe	Cu	Zn
함량(㎍/㎖)	52.0±6	198.0±20	44.43±5	603.15±45	86.89±9	100.94±12	4506.5±70	0.13±0.02	0.89±0.05	0.12±0.01	0.23±0.02
총단백질: 215±30㎍/㎖총당: 85±11㎍/㎖(환원당으로 76.3㎍/㎖)중금속류(Pb, Cd, Hg, As, Cr, Cu, Zn, Ni): 토양함량 또는 퇴비기준치에 비해 1/1,000 내지 1/10,000 수준으로 검출되었음.

표1에서 보는 바와 같이 돼지의 오줌을 미생물학적으로 발효하여 만든 활성액의 유기물의 함량은 매우 낮지만 무기물의 함량은 상대적으로 매우 높은 것으로 나타났다. 이러한 농축된 무기물은 병원성이나 생리독성이 없는 호염성 세균 외에 다른 유해세균의 생장을 저해할 수 있는 화학적으로 매우 안정한 물질이다. 또한 산화알칼리금속과 산화알칼리토금속의 함량이 매우 높아 동물의 장내에 유입될 경우 또는 토양에 살포할 경우 안정한 산화-환원 경향을 유지하여 생물에 유해한 환원형 물질(예, 아질산염, 아황산염 등) 또는 산화형 물질(예, 과산화수소 등)의 화학적인 가수분해를 촉진할 수 있다. 이와같이 활성액는 화학적 산화-환원활성 이외에도 미생물의 각종 대사산물, 미생물의 구조물질 분해산물 등을 함유하고 있어 적당히 희석되면 미생물의 생장촉진제로서 이용될 수 있다.

[적용예 1]

본 적용예는 상기 실시예에서 제조한 활성액을 농작물의 재배과정에 적용하였을 때 농작물의 생육에 미치는 효과를 시험한 것으로서 50평 규모의 인공묘표에서 무, 배추, 양배추 및 시금치에 대하여 시험하여 그 결과를 표 2에 나타냈다.

대조표본군에서는 질소, 인산 및 칼륨을 함유하는 복합비료(KPN)만을 사용였고, 시험군에서는 복합비료의 사용회수를 대조표본군보다 줄이고 대신에 상기 실시예에서 제조한 활성액을 사용하였다.

재배과정 중의 농약 살포 시기 및 회수, 시비 회수 등은 표 2에 나타낸 바와 같고, 표 2의 성장미숙은 평균 중량의 70% 이하의 개체수를 퍼센트로 나타낸 것이다.

작물명	대조표본군	시험군
작물명	농약살포	시비(KPN)	성장미숙	수확(kg/평)	농약살포	활성액	시비(KPN)	성장미숙	수확(kg/평)
무	종자소독이양기제초2회수확전	6회	14%	45	이양기수확전	종자침적(소독효과)	2회	6%	49
배추	종자소독이양기제초3회수확전	5회	8%	66	이양기수확전	종자침적(소독효과)	2회	2%	71
양배추	파종기제초1회수확전	7회	11%	59	제초1회수확전	종자침적(소독효과)	2회	6%	64
시금치	파종기제초1회수확전	4회	14%	26	제초1회수확전	종자침적(소독효과)	2회	5%	30

표 2의 결과를 보면 배추, 무, 시금치 및 양배추를 재배할 때 활성액 관수하거나 종자를 침적함으로서 화학 비료의 사용량을 20% 이상, 농약의 사용량을 30% 이상 감소시킬 수 있면서도 수확량은 증가하는 것을 확인할 수 있다.

[적용예 2]

본 적용예는 상기 실시예에서 제조한 활성액을 닭의 사료에 첨가하였을 때 산란율에 미치는 영향을 평가한 것으로서, 대조표본군에는 일반적으로 사용하는 음용수를 사용하였고, 시험군에는 상기 활성액을 500배 희석액을 0.2%(v/v) 첨가한 음용수를 사용하여 산란율과 수정율을 측정하여 표 3에 나타냈다.

계령(주)	대조표본군	시험군
계령(주)	시험두수	산란율(%)	수정율(%)	시험두수	산란율(%)	수정율(%)
61	1100	63.9		950	64.6
62	1100	63.0		950	63.5
63	1020	61.2	18.8	948	65.1	20.8
64	1005	60.6	21.3	948	64.9	25.3
65	995	58.8	23.9	945	62.3	27.8
66	940	54.4	24.8	945	60.3	28.1

표 3에서 보는바와 같이 대조표본군에 비해 난계의 산란율은 3 내지 5%의 증가하였으며, 수정율 역시 증가하였다.

[적용예 3]

본 적용예는 상기 실시예에서 제조한 활성액을 돼지의 음용수에 첨가하였을 때 돼지의 생육에 미치는 영향을 평가한 것으로서, 대조표본군에는 일반적으로 사용하는 음용수를 사용하였고, 시험군에는 상기 활성액을 500배 희석액을 1%(v/v) 첨가한 음용수를 사용하여 설사율과 성장율을 측정하여 표 4에 나타냈다.

설사율을 측정하기 위해 대조표본군 및 시험군 모두에 설사 방지용 항생제를 복용시키지 않았으며, 성장률은 2주 간격으로 체중의 증가량을 퍼센트로 환산한 값이며, 대조표본군에 비해 사료량을 18주 내지 24주의 돈령을 가진 시험군의 돼지에게는 10%, 26주 내지 30주의 돈령을 가진 돼지에게는 5% 줄였을 때의 성장률이다.

돈령(주)	대조표본군	시험군
돈령(주)	시험두수	설사율(%)	성장율(%)	시험두수	설사율(%)	성장율(%)
18	108	23	-	112	25	-
20	103	20		112	18
22	102	21	8.9	111	18	9.1
24	102	25		111	15
26	102	19	6.3	111	16	6.2
28	101	18		111	11
30	101	19	5.5	111	8	5.9

표 4에서 보는 바와 같이 500배 희석 활성액를 음용하게 한 경우 돼지의 설사율은 크게 감소하였으며, 대조표본군에 비해 사료의 양을 감소시켰는데도 성장률은 증가하였다. 이것은 활성액에 의해 돼지의 장내균총이 변화했기 때문으로 생각된다. 장내 이상 발효의 원인은 혐기성 환경이 유지되고 있는 장내부의 산화-환원전위의 급격한 변화가 한가지 원인이 될 수 있다. 이러한 급격한 산화-환원전위의 변화는 활성액의 지속적인 투여에 의해 억제될 수 있다.

[적용예 4]

본 적용예는 경기도 이천시 부발면에 소재하는 사육 두수가 80두인 돼지(종돈)의 사육장(이하 사육장 "가"로 표시), 동일한 곳에 소재하는 사육 두수가 250두인 돼지(비육돈) 사육장(이하 사육장 "나"로 표시), 동일한 곳에 소재하는 사육 두수가 180두인 돼지(비육돈) 사육장(이하 사육장 "다"로 표시) 및 동일한 곳에 소재하는 사육 두수가 200두인 돼지(비육돈) 사육장(이하 사육장 "라"로 표시)에 활성액의 살포와 돼지의 음용수에 활성액를 첨가한 경우 사육장의 암모니아 거동을 평가한 것으로서, 사육장 1m 높이 공기 중의 암모니아 농도를 공기 흡입발색관을 이용하여 측정하여 그 결과를 도 2에 나타냈다.

사육장 가, 나, 다에는 상기 실시예에서 제조한 활성액을 600배 희석하여 사육장에 1일 1회 20ℓ 분무기 1통을 살포하였고, 사육장 라에는 동일한 활성액을 일반 음용수로 300배 희석하여 3개월령의 비육돈에게 먹였다.

도 2에서, ●은 사육장 가의 공기 중 암모니아 농도, ■은 사육장 나의 공기 중 암모니아 농도, ▲은 사육장 다의 공기 중 암모니아 농도 , ▼은 사육장 라에서 돼지분변에 의해 발생하는 공기 중 암모니아 농도를 나타낸다.

도 2를 보면, 일반적인 돼지 사육장에 비해 암모니아는 크게 감소하는 것으로 나타났으며, 음용수를 통해 활성액를 섭취한 돼지의 분변에서 분산성 암모니아의 발생량 또한 감소하는 것으로 확인되었다.

상술한 바와 같이 동물의 오줌을 이용하여 활성액을 제조하는 본 발명은 동물의 오줌과 같은 환경오염 유발물질을 작물재배 및 동물사육 위한 유용한 물질로 재활용할 수 있고, 이를 작물 재배에 적용하는 경우에는 화학비료 및 농약의 사용량을 줄일 수 있어서 환경친화적 기술이며, 작물 재배 및 동물 사육에 소요되는 비용을 감소시킬 수 있어서 경제적인 기술이다.

본 발명은 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명의 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims

(a) 미생물 담체, 공기주입장치 및 흡/방열 안테나를 구비하는 제1 반응조에 소금의 농도가 5 내지 10%(w/v)가 되도록 소금을 가한 동물의 오줌을 부가하는 단계;

(b) 상기 제1 반응조가 산화상태를 유지할 수 있도록 공기를 공급하는 단계;

(c) 유기물이 풍부한 천연토양을 인산염 완충액으로 현탁하여 얻은 상등액을 미생물 접종원으로서 상기 제1 반응조에 부가하고 배양하는 단계;

(d) 상기 제1 반응조의 배양액을 미생물 담체, 공기주입장치 및 흡/방열 안테나를 구비하는 제2 반응조로 이송하는 단계;

(e) 상기 제2 반응조에 야생효모배양액을 부가하고 폭기 배양하는 단계;

(f) 상기 제2 반응조의 배양액을 미생물 담체, 공기주입장치 및 흡/방열 안테나를 구비하는 제3 반응조로 이송하는 단계; 및

(g) 상기 제3 반응조에 생유산균 배양액을 부가하고 숙성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 활성액의 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 제3 반응조에 초기 유산균의 생육을 촉진하기 위해 분리대두단백질과 포도당을 부가하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 활성액의 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 (b)의 공기공급 단계가 분당 5 내지 10리터의 속도로 공기를 투입하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 활성액의 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 야생효모액은 포도당과 효모추출물로 이루어진 배지에서 배양하여 생효모수가 5,000,000/ml 이상인 것을 특징으로 하는 활성액의 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 생유산균 배양액이 동물의 분뇨에서 분리한 유산균을 전지분유 배양액에서 배양한 것임을 특징으로 하는 활성액의 제조방법.
제 1항에서 제조한 활성액을 농작물 재배의 액상비료, 동물용 사료 또는 동물용 음용수로 이용하는 방법.