KR20130069283A

KR20130069283A - 오폐물 정화용 조성물 및 오폐물의 정화 방법

Info

Publication number: KR20130069283A
Application number: KR1020120008987A
Authority: KR
Inventors: 이영민; 이은주; 이상호
Original assignee: 주식회사 소미테크; 이영민
Priority date: 2011-12-15
Filing date: 2012-01-30
Publication date: 2013-06-26
Also published as: KR101783020B1

Abstract

본 발명은 오폐물 정화용 조성물 및 이를 이용한 오폐물의 정화 방법을 개시한다. 구체적으로 본 발명은 광합성세균, 젖산균 및/또는 효모 배양시에 콜라겐 또는 콜라겐과 가바를 첨가하여 얻어진 이들 미생물 배양물을 이용한 오폐물 정화용 조성물 및 이를 이용한 오폐물의 정화 방법을 개시한다.

Description

오폐물 정화용 조성물 및 오폐물의 정화 방법{Composition for Treating Sewage and a Method for Treating Sewage Using the Same}

본 발명은 오폐물 정화용 조성물 및 오폐물의 정화 방법에 관한 것이다.

공업의 발달, 인간의 도시 밀집 현상, 축산업의 대규모화 등에 따른 공장 폐수, 가정 하수, 농·축산 폐수 등의 오폐물의 대량 배출로 수질은 계속하여 악화되고 있다.

오폐물에 의한 수질 오염은 먹이사슬(Food Chain)을 통하여 궁극적으로 인간에게 미치는데, 수은의 체내 축적이 원인이 되어 발생하는 미나타병이나 카드뮴의 체내 축적이 원인이 되어 발생하는 이따이이따이병 등이 그 대표적인 사례로 자주 언급된다.

오폐물을 정화시키기 위한 기술은 장치를 이용한 기술과 미생물이나 천연물질, 화학물질 등의 제제를 이용한 기술로 크게 나눌 수 있다.

이 중 제제를 이용하여 오폐물을 정화시키기 위한 기술로서는, 질산은(AgNO3), 염화금(AuCl3), 붕사(Na2B4O7), 탄산나트륨(NaCO3), 과산화나트륨(Na2O2)과 식염을 900℃ 이상에서 용융하고 냉각한 다음 분쇄하여 얻어진 분말을 사용한 기술(대한민국 공개특허 제2002-0023823호)과, 칼슘아스코르브산염과 건조 산호 조류를 사용한 기술(대한민국 공개특허 제2002-0070983호)과, 적니(Red Mud)를 사용한 기술(대한민국 제2003-0074308호)과, 에틸렌글리콜 분해능을 가지는 미생물(기탁번호 KCTC10177BP, 대한민국 공개특허 제2003-0074018호), 마실리아(Massilia sp.)속 신균주 미생물(기탁번호 ＫＡＣＣ91486Ｐ, 대한민국 특허 제1007843호) 등의 미생물을 사용한 기술 등을 예시할 수 있다.

이 밖에도 적조, 녹조 처리에 황토를 사용한 예(대한민국 특허공개 제1998-033476호)가 있고, 분뇨나 축산폐수에 실리카(Siliga)를 사용한 예(일본특허공개 제2001 -179284호)가 있다.

본 발명은 젖산균, 광합성 세균 및/또는 효모의 결합체 배양물을 이용한 오폐물의 정화 기술을 개시한다.

본 발명의 목적은 오폐물 정화용 조성물을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 오폐물의 정화 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명자들은 아래의 실시예 및 실험예에서 확인되는 바와 같이, 젖산균, 광합성 세균 및/또는 효모의 배양시에 콜라겐을 첨가할 경우 이들 미생물 결합체가 형성되고, 특히 콜라겐 입자와 더불어 가바(GABA)를 첨가한 경우는 결합체가 장기간 유지되며 결합체의 크기가 커지는 것을 확인할 수 있었는데, 본 발명자들은 이들 미생물 결합체의 배양물이 하천수의 COD, BOD, 총질소(T-N) 및 총인(T-P)를 낮춰 수질을 개선하며, 축산 폐수의 암모니아, 메틸머르캅탄, 황화수소 및 트리메틸아민을 제거하여 악취를 개선하며, 축산 폐수의 카드뮴, 니켈, 크롬 및 아연을 저감시켜 중금속을 제거함을 확인할 수 있었다.

한편 본 발명자들은 젖산균, 광합성 세균 및/또는 효모의 배양시에 콜라겐이나 가바를 첨가하지 않고 얻은 배양물을 대조군으로 설정하고 이들 혼합 배양물의 수질 개선 활성, 악취 개선 활성 및 중금속 개선 활성을 평가하였을 때 이들 활성이 콜라겐 또는 콜라겐과 가바가 첨가되었을 얻어진 미생물 결합체 배양물이 가지는 활성보다는 현저히 낮음을 확인할 수 있었다.

본 발명은 이러한 실험 결과에 기초하여 완성된 것이다.

일 측면에 있어서 본 발명은 오폐물 정화용 조성물에 관한 것이다.

본 발명의 오폐물 정화용 조성물은 아래의 (a) 단계 내지 (c) 단계를 포함하는 미생물 배양물의 제조 방법에 의하여 얻어진 미생물 배양물을 유효성분으로 포함함을 특징으로 한다:

(a) 광합성세균, 젖산균 및 효모 중 2종 이상의 미생물을 배양하기 위한 배지를 조제하는 단계,

(b) 상기 배지에 광합성세균, 젖산균 및 효모 중 2종 이상의 미생물을 접종하여 배양하는 단계, 및

(c) 상기 (a) 단계의 배지 조제시에 또는 (b) 단계의 배양 중에 콜라겐 입자를 첨가하는 단계

본 명세서에서 "유효성분"이란 단독으로 목적하는 활성인 오폐물 정화 활성을 나타내거나 그 자체는 활성이 없는 담체와 함께 활성을 나타낼 수 있는 성분 또는 그 자체는 활성이 없는 담체와 함께 사용되었을 때가 단독으로 사용된 경우에 비하여 더 높은 활성을 나타낼 수 있는 성분을 의미한다.

또 본 명세서에서 "오폐물 정화"란 오폐물의 오염 상태를 나타내는 지표가 양호한 상태를 나타내는 쪽으로 변화하는 것을 말한다. 여기서 "오염 상태를 나타태는 지표"는 아래의 실험예를 참조할 때, 수질의 상태를 나타내는 COD, BOD, T-N 및/또는 T-P, 악취의 원인이 되는 가스 예컨대 암모니아, 메틸머르캅탄, 황화수소, 트리메틸아민 등의 함량(또는 농도), 및 중금속 예컨대 카드뮴, 니켈, 크롬, 아연 등의 함량(또는 농도)을 의미한다. 그러므로 오폐물의 오염 상태를 나타내는 지표가 양호한 상태를 나타내는 쪽으로 변화한다는 것은 오폐물 중의 COD, BOD, T-N 또는 T-P이 낮아지고, 오폐물 중의 악취의 원인이 되는 가스의 함량(또는 농도)이 낮아지며, 또는 오폐물 중의 중금속의 함량(또는 농도)이 낮아지는 것을 의미한다.

또 본 명세서에서, "오폐물"이란 그것의 오염 상태가 개선됨으로써 인간에게 직·간접적으로 유용한 임의의 것을 의미한다. 따라서 공장 오폐수, 축산 오폐수, 가정 오폐수, 하수 등 오염이 심한 경우뿐만 아니라 하천수, 바다, 강, 지하수, 음용수 등 그 오염 상태가 개선될 필요가 있는 경우라면(즉 그것의 오염도가 개선될 필요가 있는 경우라면) 상기 오폐물의 정의에 포함된다.

또 본 명세서에서, 상기 "미생물 배양물"이란 배양 원액 자체뿐만 아니라 배양 원액을 농축한 액상의 농축물(즉 농축액) 또는 분말상의 농축물을 포함하는 의미이다.

한편 광합성세균이란 일반적으로 고등식물과 같이 빛 에너지를 이용하여 탄소 동화작용을 행하는 세균을 말한다. 이러한 광합성세균은 클로로비움속 세균(Chlorobium sp .), 크로마튬속 세균(Chromatium sp .), 로도스피릴륨속 세균(Rhodospirillum sp .), 로돕센도모나스속 세균(Rhodopsendomonas sp .), 로도박터속 세균(Rhodobacter sp .), 로돕슈도모나스속 세균(Rhodopseudomonas sp .) 등이 있으며, 본 발명의 유효성분인 미생물 배양물의 제조에 있어서는 이들 모든 광합성 세균이 사용될 수 있으나, 아래의 실시예를 고려할 때 사용될 수 있는 광합성세균으로서는 로돕슈도모나스속 세균(Rhodopseudomonas sp .), 특히 로도슈도모나스 팔루스트리스(Rhodopseudomonas palustris)가 바람직하다.

젖산균이란 포도당 등 당류를 분해하여 젖산을 생성하는 미생물을 의미하는데, 본 명세서에서 젖산균은 락토바실루스속 젖산균(Lactobacillus sp .), 스트렙토코쿠스속 젖산균(Streptococcus sp .), 페디오코쿠스속 젖산균(Pediococcus sp .), 류코노스톡속 젖산균(Leuconostoc sp .) 및 비피도박테리움속 젖산균(Bifidobacterium sp .)을 포함하는 의미이며, 구체적으로는 락토바실루스 엑시도파일러스(Lactobacillus acidophilus), 락토바실루스 플란타룸(Lactobacillus plantarum), 락토바실루스 퍼멘텀(Lactobacillus fermentum), 비피도박테리움 롱검(Bifidobacterium longum), 비피도박테리움 비피덤(Bifidobacterium bifidum) 등을 포함하는 의미이다. 본 발명의 방법에는 이러한 젖산균 모두를 사용할 수 있다. 그러나 하기 <실시예>에서 락토바실루스 엑시도파일러스나 락토바실루스 플란타룸이 사용되었다는 점에서, 바람직하게는 락토바실루스속 젖산균을 사용하는 경우이며, 특히 락토바실루스 엑시도파일러스나 락토바실루스 플란타룸을 사용하는 경우이다.

또한 본 발명의 유효성분인 미생물 배양물의 제조에 사용될 수 있는 효모도 사카로마이세스속 효모라면 어떠한 것이든 사용될 수 있다. 따라서 사카로마이세스 루시(Saccharomyces rouxii), 사카로마이세스 세레비시에(Saccharomyces cereviciae), 사카로마이세스 오비폴미스(Saccharomyces oviformis), 사카로마이세스 스테이네리(Saccharomyces steineri) 등이 모두 사용될 수 있다. 바람직하게는 하기 실시예에서 사용된 사카로마이세스 세레비시에를 사용하는 경우이다.

본 발명의 유효성분인 미생물 배양물의 제조에 사용되는 젖산균, 효모 및 광합성세균은 생명공학 관련 회사에서 판매하는 것을 구입하여 사용하거나 국내외 미생물 기탁기관(생명공학연구원 유전자은행, 한국미생물보존센타, 한국농용미생물보존센터, ATCC(American Type Culture CollectionAsociacin))으로부터 분양받아 사용할 수 있다. 필요에 따라서 직접 균주를 분리하여 사용할 수도 있다.

본 발명의 유효성분인 미생물 배양물의 제조에서 사용되는 콜라겐은 광합성세균, 젖산균 및/또는 효모가 결합체를 형성함에 있어서 매개체의 역할을 하며, 그 결과 콜라겐이 매개체가 되어 얻어진 미생물 결합체의 배양물은 콜라겐이 첨가되지 않고 얻어진 미생물 배양물에 비하여 현저히 높은 오폐물 정화 활성을 가진다.

콜라겐은 포유동물의 몸에서 연골(Cartilage), 힘줄(Tendeon) 등을 구성하는 단백질이며 또 세포 간 결합에 관여하는 단백질이다. 본 발명자들은 콜라겐의 이러한 특성에 착안하여 미생물 결합체의 형성에 있어 콜라겐을 매개체로 사용한 것이다. 콜라겐이 배지에 첨가되지 않을 경우 광합성세균, 젖산균 및/또는 효모가 공동으로 배양될 수 있다고 하더라도(즉 공생 관계를 형성한다고 하더라도) 결합체는 얻어지지 않으며, 아래의 실험예에서 확인할 수 있듯이 결합체가 얻어지지 않음으로써 오폐물 정화 활성이 현저히 낮아지게 된다. 따라서 본 발명의 유효성분인 미생물 배양물의 제조에 있어서 콜라겐의 사용은 미생물 결합체을 얻고 또 결과적으로 오폐물 정화 활성을 높이기 위하여 반드시 첨가되어야 하는 첨가제라고 할 수 있다. 이러한 콜라겐은 광합성세균, 젖산균 및/또는 효모를 배지에 접종하여 배양을 시킨 후에 배지에 첨가하여 사용하거나, 배지 조제 시에 첨가하여 사용할 수 있다. 배양시킨 후 첨가하는 경우 배양 시작 후 12시간 전후로 첨가하는 것이 바람직하다. 콜라겐의 첨가량은 어떤 경우든 배지 100 중량부 기준 0.3 중량부 내지 2.0 중량부의 범위로 첨가될 수 있다.

본 발명의 유효성분인 미생물 배양물의 제조에 사용하기 위한 콜라겐은 분말 형태로 사용할 수 있으며, 또 콜라겐의 입자 크기(입도)는 배지에 균일하고 용이하게 혼합되도록 하기 위해서 작을수록 바람직하겠지만, 콜라겐의 입자 크기가 크더라도 미생물 결합체의 형성에는 무방하다. 통상은 평균입도가 0.001㎛ 내지 0.0005mm의 범위의 콜라겐 분말을 사용하게 될 것이다.

본 발명의 유효성분인 미생물 배양물의 제조에 있어서, 광합성세균, 젖산균 및/또는 효모를 배양하기 위한 배지는 위 미생물들의 배양에 적합한 에너지원, 탄소원, 질소원, 무기염류, 생장소(growth factor) 등을 포함하여 조제될 수 있다. 위 미생물들의 배양에 적합한 에너지원, 탄소원, 질소원, 무기염류, 생장소(growth factor) 등은 당업계에 공지되어 있는데, 구체적으로는 대한민국 특허출원 제19950031490호, 대한민국 특허출원 제1019910018012호, 대한민국 특허출원 제1019940001029호, 대한민국 특허출원 제019990050363호, 대한민국 특허출원 제1020060049936호, 문헌(김재범, 산업용 배지를 이용한 고핵산 효모의 고농도 세포 유가배양, 2001, 동의대 석사학위 논문) 등에 개시된 바를 참조할 수 있다. 이러한 배지는 우유, 감자, 혈액, 토마토 분쇄액, 쌀겨 분쇄물, 두유, 당밀 등 천연물을 사용한 자연배지이거나, 영양 성분을 인위적으로 조성한 합성배지일 수 있으며, 고체배지이거나 액체배지일 수 있다. 바람직하게는 대량 배양을 위해서 그리고 경제적인 측면에서 자연배지를 사용하는 경우이며 또한 액체배지를 사용하는 경우이다.

한편 배양 조건의 경우 혐기적 조건이든 호기적 조건이든 무방하고, 암 배양 조건이든, 광 배양 조건이든 무방하다. 광합성세균, 젖산균 및 효모 모두 혐기적 조건과 호기적 조건 모두에서 배양이 가능하다. 광합성세균의 경우 암 배양 조건에서는 종속영양을 한다는 것이 당업계에 알려져 있다. 배양 온도의 경우 20℃ 내지 45℃ 범위 내에서 배양이 가능하며, 배지의 pH의 경우 4.0 내지 7.5 범위, 특히 6.0 내지 7.5의 범위로 조절되는 것이 바람직하다. 다만 젖산균의 증식 특성을 고려할 때 혐기적 조건이 바람직할 수 있다.

본 발명의 유효성분인 미생물 배양물의 제조에 있어서, 배양 방법은 회분식 배양이든, 연속식 배양이든 무방하다.

배지의 멸균 방법도 당업계에 공지된 임의의 멸균 방법을 사용할 수 있다. 특히 본 발명의 실시예에서 사용한 고압 증기 멸균, 자외선을 이용한 멸균 방법 등이 적합하다.

본 발명의 유효성분인 미생물 배양물의 제조에 있어서, 가바(GABA, Gamma-amino butyris acid)를 배지에 첨가하여 배양하는 것이 바람직하다.

가바는 포유류의 뇌속에 존재하는 아미노산으로서 글루타메이트 디카르복실라아제(Glutamate decarboxylase)에 의해 글루타메이트로부터 생성되는 신경전달물질을 말한다. 가바는 혈관의 운동을 활성화시켜 혈압을 저하시키고(Kayahara H. and Sgiura D., Food & Development., 36(6):4-6, 2001), 뇌기능 개선작용을 하여 정신안정 및 학습능력을 증가시킨다고 알려져 있다(Ishikawa K. and Saito S., Psychopharmacology, 56:127-131, 1978; Akaga T., Food & development, 36(6):7-9, 2001).

가바가 첨가될 경우 미생물 결합체의 결합 상태가 첨가되지 않을 경우에 비하여 장기간 유지시키고, 미생물 결합체의 크기를 크게 하는 효과가 있으며, 미생물 결합체는 자연적인 상태에서 형성되지 않는 인위적인 것이므로 결합에 따른 스트레스가 미생물 상호 간에 작용하여 자연 상태(결합된 상태가 아닌 독립된 상태)로 되돌아가려는 경향을 띠게 된다. 본 발명자들은 가바의 첨가가 상기와 같은 효과를 갖는 이유를 결합체에서의 미생물 상호 간의 스트레스를 감소시켜 결합체의 유지를 지속시키는 것으로 보고 있다.

가바가 첨가되어 미생물 결합체가 커지게 되면 아래의 실험예에서 확인할 수 있듯이 결과적으로 오폐물 정화 활성이 높아진다.

가바의 첨가는 배지의 조제 시에 이루어지거나 배양 후에 이루어질 수 있다. 배양 후에 이루어질 경우 광합성세균, 젖산균 및/또는 효모를 배지에 접종하여 배양을 시작시킨 후 96시간 전후로 첨가하는 것이 바람직하다. 가바의 첨가량은 배지 100 중량부 기준 0.1 중량부 내지 1.5 중량부의 범위로 첨가될 수 있다.

한편 아래의 실시예 및 실험예로 제시되어 있지 않지만, 본 발명의 조성물의 유효성분인 미생물 배양물 더 정확히는 그 배양물 속에 포함된 미생물 결합체는 혐기적 조건에서도 오폐물의 정화 효과가 호기적 조건에 비해서 특별히 낮아지지 않는다. 따라서 본 발명의 조성물은 산소가 희박한 오폐물에 주입되더라도 보다 효과적으로 오폐물 정화 효과를 거둘 수 있다.

본 발명은 다른 측면에 있어서, 전술한 바의 본 발명의 오폐물 정화용 조성물을 이용한 오폐물의 정화 방법에 관한 것이다.

본 발명의 오폐물 정화 방법은 전술한 바의 본 발명의 오폐물 정화용 조성물을 준비하는 단계 및 그 오폐물 정화용 조성물을 오폐물과 접촉시키는 단계를 포함함을 특징으로 한다.

본 발명의 방법에 있어서, 상기 접촉시키는 단계는 오폐물 정화용 조성물을 오폐물에 살포, 혼합, 주입 등에 의해 이루어질 수 있다.

또한 그 오폐물 정화용 조성물을 오폐물과 접촉시키기 전·후에 그 오폐물 정화용 조성물의 오폐물 정화 효과를 증진시키기 위하여(즉 그 배양물 중의 미생물의 오폐물 정화 효과를 증진시키기 위하여), 상기 오폐물 정화용 조성물과 함께 미생물의 증식·배양에 유용한 에너지원, 탄소원, 질소원, 무기염류, 생장소(growth factor) 등이 첨가되어 사용될 수 있다. 이들 성분들은 인위적으로 조성된 것이거나 우유, 감자, 혈액, 토마토 분쇄액, 쌀겨 분쇄물, 두유, 당밀 등 천연물일 수 있으며, 인위적 조성물과 천연물의 혼합물일 있다.

또 본 발명의 방법에 있어서, 오폐물 정화용 조성물을 사용하는 이외에, 오폐물 정화 효과를 증진시키기 위하여 오폐물 정화 효과가 있는 공지의 물질/조성물을 함께 사용할 수도 있다.

그러한 물질/조성물로서 대한민국 공개특허 제2002-0023823호가 개시하는 분말, 칼슘아스코르브산염, 건조 산호조류, 적니, 황토 및/또는 실리카 이외에, pH 조정제(대한민국 공개특허 제1997-0059106호가 개시하는 마그네슘계 화합물, 미국 특허 제5750484호 개시하고 있는 조성물 등), 대한민국 공개특허 제2004-0085856호 개시하는 천연 고분자 물질로 코팅된 분말, 중금속이나 독성물질의 제거제(대한민국 공개특허 제2000-0063595호 개시하는 조성물, 대한민국 공개특허 제2000-0014117호가 개시하고 있는 조성물, 대한민국 공개특허 제1999-0080537호가 개시하고 있는 조성물 등), 부유물질 제거제(미국 특허 제6039875호가 개시하고 있는 조성물 등) 등을 들 수 있다.

전술한 바와 같이 본 발명에 따르면 오폐물 정화용 조성물과 그 조성물을 이용한 오폐물의 정화 방법을 제공할 수 있다. 본 발명의 조성물과 방법은 젖산균, 광합성 세균 및/또는 효모의 결합체 배양물을 이용함으로써 자연친화적인 생물학적 방법으로 볼 수 있다.

도 1은 젖산균 Lactobacillus plantarum 및 광합성세균 Rhodopsuedomonas palustris 결합체의 현미경 사진이다.
도 2는 젖산균 Lactobacillus acidophilus 및 광합성세균 Rhodopsedomonas palustris 결합체의 현미경 사진이다.
도 3은 젖산균 Lactobacillus acidophilus , 효모 Saccaromyces cerevisiae 및 광합성세균 Rhodopseudomonas palustris 결합체의 현미경 사진이다.
도 4는 젖산균 Lactobacillus acidophilus , 효모 Saccaromyces cerevisiae 및 광합성세균 Rhodopseudomonas palustris 거대 결합체의 현미경 사진이다.

이하 본 발명을 실시예 및 실험예를 참조하여 설명한다. 그러나 본 발명의 범위가 이러한 실시예 및 실험예에 의하여 한정되는 것은 아니다.

< 실시예 > 오폐물 정화용 미생물 제제로 사용할 젖산균, 광합성 세균 및/또는 효모 결합체 배양액의 제조

<실시예 1> 젖산균 Lactobacillus plantarum 및 광합성세균 Rhodopseudomonas palustris 의 결합체 배양액의 제조

상기 젖산균 및 상기 광합성세균의 결합체를 제작하기 위해서, 먼저 젖산균 및 광합성세균을 함께 배양시킬 수 있는 배지를 제조하였는데, 배지는 물 95ℓ, 게껍질 분쇄물 0.05kg, 다시마 분말 0.07kg, 생선 내장즙(생선 내장의 내용물을 제거하고 그 생선 내장을 열탕하여(물과 생선 내장의 중량비 2:1임) 얻은 것임) 0.1kg, 유박 분쇄물 0.02kg, 쌀겨 분쇄물 0.02kg, 당밀 3.24ℓ, 우유 1.5ℓ 및 콜라겐 분말 0.5kg 을 균일하게 혼합하여 제조하였다.

다음으로 상기 제조한 배지를 멸균 온도 121℃에서 20분 정도 멸균한 다음에, 그 배지를 약 15ℓ 용량의 발효용기에 넣고 종배양한 광합성세균 배양액 및 젖산균 배양액을 모두 5%(v/v)가 되게 접종하고 배양 온도 30℃, pH 6.5 조건 및 혐기적 조건으로 회분 배양하였다.

배양 시작 후 약 16일 정도가 지났을 때 배양액을 분리하여 배양된 미생물을 전자현미경으로 촬영하였다.

그 전자현미경 사진 3가지를 <도 1>에 나타내었다. <도 1>의 경과를 참조하여 보면 젖산균과 광합성세균이 서로 엉겨붙어 결합 관계를 이룸을 알 수 있다. <도 1>에서 검거나 하얀 작은 점 형태가 광합성세균이며 얇고 각진 막대 모양이 젖산균이다.

<실시예 2> 젖산균 Lactobacillus acidophilus 및 광합성세균 Rhodopsedomonas palustris 의 결합체 배양액의 제조

상기 <실시예 1>과 동일한 배지(콜라겐을 상기 <실시예 1>과 동일 양으로 포험하고 있음), 동일 용량의 발효 용기 등을 사용하고, 동일한 용량으로 종균 배양액을 접종하고 동일한 발효 조건에서 동일한 공정으로 상기 젖산균과 상기 광합성세균을 약 16일 동안 배양하여 상기 젖산균과 상기 광합성세균의 결합체를 얻었다.

결과는 <도 2>에 나타내었는데, <도 2>에서 길고 굵은 막대 모양이 젖산균이고 검거나 하얀 작은 점 형태가 광합성세균이다.

<실시예 3> 젖산균 Lactobacillus acidophilus , 효모 Saccaromyces cerevisiae 및 광합성세균 Rhodopseudomonas palustris 의 결합체 배양액의 제조

상기 <실시예 1>과 동일한 배지(콜라겐을 상기 <실시예 1>과 동일한 양으로 포함하고 있음), 동일 용량의 발효 용기 등을 사용하고, 동일한 용량으로 종균 배양액을 접종하고 동일한 발효 조건에서 동일한 공정으로 상기 젖산균과 상기 효모 그리고 상기 광합성세균을 약 16일 동안 배양하여 상기 젖산균과 효모 그리고 광합성세균의 결합체를 얻었다.

얻어진 결합체는 <도 3>에서 확인할 수 있는데, 길고 굵은 막대 모양이 젖산균이고, 타원형의 모양이 효모이며, 검거나 하얀 작은 점 형태가 광합성세균이다.

<실시예 4> 젖산균 Lactobacillus plantarum , 효모 Saccaromyces cerevisiae 및 광합성세균 Rhodopseudomonas palustris 의 결합체 배양액의 제조

상기 <실시예 1>과 동일한 배지(콜라겐을 상기 <실시예 1>과 동일 양으로 포함하고 있음), 동일 용량의 발효 용기 등을 사용하고, 동일한 용량으로 종균 배양액을 접종하고 동일한 발효 조건에서 동일한 공정으로 상기 젖산균과 상기 효모 그리고 상기 광합성세균을 약 16일 동안 배양하여 상기 젖산균과 효모 그리고 광합성세균의 결합체를 얻었다. 다만 배양을 시작한 후 4일이 지났을 때 가바(GABA, Gamma Amino Butyric Acid)를 0.3kg 첨가하고 배양하였다.

결과를 <도 4>에 나타내었는데, 이 경우 가바의 첨가 효과로 거대 미생물 결합체가 형성되었다. <도 4>에서도 길고 굵은 막대 모양이 젖산균이고, 타원형의 모양이 효모이며, 검거나 하얀 작은 점 형태가 광합성세균이다.

< 비교예 > 젖산균, 광합성 세균 및/또는 효모 배양액의 제조

<비교예 1> 젖산균 Lactobacillus plantarum 및 광합성세균 Rhodopseudomonas palustris 의 배양액의 제조

콜라겐이 사용되지 않은 점을 제외하고는, 상기 <실시예 1>과 동일한 방법으로 상기 젖산균과 광합성 세균의 배양액을 제조하였다. 즉 동일한 배지, 동일 용량의 발효 용기 등을 사용하고, 동일한 용량으로 종균 배양액을 접종하고 동일한 발효 조건에서 동일한 공정으로 상기 젖산균과 상기 광합성세균을 약 16일 동안 배양하여 미생물 배양액을 얻었다.

<비교예 2> 젖산균 Lactobacillus acidophilus 및 광합성세균 Rhodopsedomonas palustris 의 배양액의 제조

콜라겐이 사용되지 않은 점을 제외하고는, 상기 <실시예 2>와 동일한 방법으로 상기 젖산균과 광합성 세균의 배양액을 제조하였다. 즉 동일한 배지, 동일 용량의 발효 용기 등을 사용하고, 동일한 용량으로 종균 배양액을 접종하고 동일한 발효 조건에서 동일한 공정으로 상기 젖산균과 상기 광합성세균을 약 16일 동안 배양하여 미생물 배양액을 얻었다.

<비교예 3> 젖산균 Lactobacillus acidophilus , 효모 Saccaromyces cerevisiae 및 광합성세균 Rhodopseudomonas palustris 의 배양액의 제조

콜라겐이 사용되지 않은 점을 제외하고는, 상기 <실시예 3>과 동일한 방법으로 상기 젖산균과 광합성 세균 그리고 효모의 배양액을 제조하였다. 즉 동일한 배지, 동일 용량의 발효 용기 등을 사용하고, 동일한 용량으로 종균 배양액을 접종하고 동일한 발효 조건에서 동일한 공정으로 상기 젖산균과 상기 광합성세균 그리고 효모를 약 16일 동안 배양하여 미생물 배양액을 얻었다.

< 제조예 > 미생물 배양액을 이용한 성형체의 제조

황토 100 중량부, 황토 100 중량부 기준 물 30 중량부, 황토 100 중량부 기준 미생물 영양분(에너지원, 탄소원, 질소원, 무기염류 등의 혼합물) 50 중량부, 및 황토 100 중량부 기준 상기 실시예 또는 비교예의 각 미생물 배양액 15 중량부를 혼합하고, 이 혼합물을 성형틀에 넣어 가로×세로×높이 2×4×2의 블럭체로 성형하였다. 성형 후 5일 동안 37℃의 온도에서 숙성시켜 블럭 성형체 내에서 미생물이 충분히 발효되도록 하여, 최종적으로 수질 정화에 사용할 성형체를 제작하였다.

< 실험예 > 수질 정화 활성 실험

< 실험예 1> 미생물 배양 원액을 이용한 하천수의 수질 정화 효과 실험

하천수는 경기도 성남시 독정천의 것을 사용하였으며, 실험은 독정천의 하천수 1.5ℓ를 2ℓ 용량의 용기에 넣고, 여기에 상기 실시예 또는 비교예의 미생물 배양 원액 2%(v/v)을 투입하여 교반한 후에 24시간 동안 반응시켰다.

반응 전·후의 COD(화학적 산소 요구량), BOD(생물학적 산소 요구량), 총질소(T-N) 및 총인(T-P)를 측정하여 아래의 [표 1]에 나타내었다.

반응 전·후의 하천수 COD, BOD, T-N 및 T-P

구분	COD(ppm)	BOD(ppm)	T-N(ppm)	T-P(ppm)
반응 전의 하천수	26.7	34.3	13.48	1.24
<실시예 1>의 배양액 처리 후	21.3	27.6	11.87	1.13
<실시예 2>의 배양액 처리 후	22.1	26.9	11.58	1.15
<실시예 3>의 배양액 처리 후	20.8	25.4	11.14	1.14
<실시예 4>의 배양액 처리 후	17.8	23.3	9.96	1.02
<비교예 1>의 배양액 처리 후	25.5	32.7	13.16	1.21
<비교예 2>의 배양액 처리 후	25.7	33.2	12.99	1.19
<비교예 3>의 배양액 처리 후	24.6	31.7	12.76	1.16

상기 [표 1]의 결과는 상기 실시예에서 얻어진 미생물 배양액이 비교예의 미생물 배양액에 비하여 전반적으로 수질 정화 효과가 월등히 높음을 보여준다. 특히 <실시예 4>에서 얻어진 거대 결합체 배양액을 사용한 경우가 수질 정화 효과가 가장 뛰어났다.

< 실험예 2> 미생물 배양 원액을 이용한 축산 폐수의 악취 제거 효과 실험

경기도 소재 축산 농가의 축산 폐수 1.5ℓ를 2ℓ 용량의 용기에 넣고, 여기에 상기 실시예 또는 비교예의 각 미생물 배양 원액 2%(v/v)을 투입하여 교반한 후에 37℃를 유지하며 3일 동안 반응시켰다.

반응 전·후에 악취의 원인이 되는 암모니아, 메틸머르캅탄, 황화수소 및 트리메틸아민의 농도를 측정하고 제거율을 아래의 식에 따라 산출하여 아래의 [표 2]에 나타내었다.

제거율(%)=[(반응 전의 가스의 농도(ppm) - 반응 후의 가스의 농도(ppm))/(반응 전의 가스의 농도(ppm))] × 100

암모니아, 메틸머르캅탄, 황화수소 및 트리메틸아민의 제거율(%)

구분	암모니아	메틸머르캅탄	황화수소	트리메틸아민
<실시예 1>의 배양액 처리 후	87.3	96.7	91.3	93.8
<실시예 2>의 배양액 처리 후	87.5	96.2	92.7	94.7
<실시예 3>의 배양액 처리 후	91.3	98.7	94.8	96.4
<실시예 4>의 배양액 처리 후	98.7	100	99.6	99.9
<비교예 1>의 배양액 처리 후	67.8	93.3	86.9	82.3
<비교예 2>의 배양액 처리 후	64.9	92.6	87.1	83.6
<비교예 3>의 배양액 처리 후	74.5	95.7	90.5	89.3

상기 [표 2]의 결과는 실시예의 미생물 배양액이 악취의 원인이 되는 암모니아, 메틸머르캅탄, 황화수소 및 트리메틸아민에 대해 높은 제거 활성을 보임을 보여준다. 이러한 실시예의 미생물 배양액의 제거 활성은 비교예의 미생물 배양액의 제거 활성보다 현저히 높으며, 여기서도 특히 <실시예 4>에서 얻어진 거대 결합체 배양액을 사용한 경우가 가장 높은 제거 활성을 보였다.

< 실험예 3> 미생물 배양 원액을 이용한 축산 폐수의 중금속 저감 효과 실험

반응 전·후에 유해 중금속인 카드뮴, 니켈, 크롬 및 아연의 농도를 측정하고 저감률을 아래의 식에 따라 산출하여 아래의 [표 3]에 나타내었다.

저감률(%)=[(반응 전의 유해 중금속 농도(ppm) - 반응 후의 유해 중금속의 농도(ppm))/(반응 전의 유해 중금속의 농도(ppm))] × 100

카드뮴, 니켈, 크롬 및 아연의 저감률(%)

구분	카드뮴	니켈	크롬	아연
<실시예 1>의 배양액 처리 후	58.7	59.3	48.7	69.3
<실시예 2>의 배양액 처리 후	55.3	56.2	45.3	67.5
<실시예 3>의 배양액 처리 후	63.2	64.2	49.6	72.4
<실시예 4>의 배양액 처리 후	72.5	75.6	55.2	78.6
<비교예 1>의 배양액 처리 후	42.3	39.2	25.7	52.7
<비교예 2>의 배양액 처리 후	39.2	37.9	27.6	51.4
<비교예 3>의 배양액 처리 후	45.9	42.4	27.8	54.9

상기 [표 3]의 결과도 상기 [표 1] 및 [표 2]의 결과와 유사한 경향을 보이며, 실시예의 미생물 배양액의 중금속 저감률이 비교예의 미생물 배양액의 중금속 저감률보다 월등히 높은 것으로 나타났으며, 여기서도 특히 <실시예 4>의 거대 결합체 배양액을 사용한 경우가 가장 유해 중금속 저감 활성을 보였다.

< 실험예 4> 미생물 배양액이 첨가되어 제조된 성형체를 이용한 수질 정화 효과 실험

제조예의 성형체를 이용한 수질 정화 효과 실험에서도 하천수는 상기 <실험예 1>과 동일하게 경기도 성남시 독정천의 하천수를 사용하였으며, 실험은 독정천의 하천수 3ℓ를 5ℓ 용량의 용기에 넣고, 여기에 상기 제조예의 블럭 성형체 10개를 투입하고 2주 동안 반응시켰다.

반응 전·후의 COD(화학적 산소 요구량), BOD(생물학적 산소 요구량), 총질소(T-N) 및 총인(T-P)를 측정하여 아래의 [표 4]에 나타내었다.

반응 전·후의 하천수 COD, BOD, T-N 및 T-P

구분	COD(ppm)	BOD(ppm)	T-N(ppm)	T-P(ppm)
반응 전의 하천수	26.7	34.3	13.48	1.24
<실시예 1>의 배양액 처리 후	14.6	17.2	10.23	0.98
<실시예 2>의 배양액 처리 후	15.2	16.4	10.37	0.96
<실시예 3>의 배양액 처리 후	12.1	14.2	9.82	0.86
<실시예 4>의 배양액 처리 후	8.7	10.7	8.37	0.78
<비교예 1>의 배양액 처리 후	17.4	24.2	11.29	1.11
<비교예 2>의 배양액 처리 후	18.3	23.6	11.43	1.03
<비교예 3>의 배양액 처리 후	17.5	21.5	10.12	9.84

상기 [표 4]의 결과는 상기 실시예 또는 비교예의 미생물 배양액을 첨가하여 제작한 블럭 성형체를 이용하여 얻어진 것으로서, 상기 <실험예 1>의 [표 1]의 결과와 비교할 때 미생물 투입 제형과 반응 시간을 달리하여 얻어진 결과이다. 상기 [표 4]의 결과는 대체로 상기 [표 1]의 결과와 유사한 경향을 보였는데, 이는 수질 정화 활성을 가지는 미생물을 성형체로 제작하더라도 유사한 수질 정화 효과를 얻을 수 있음을 시사한다고 볼 수 있다. 여기서도 특히 <실시예 4>에서 얻어진 거대 결합체 배양액을 사용한 경우가 수질 정화 효과가 가장 뛰어났다.

Claims

아래의 (a) 단계 내지 (c) 단계를 포함하는 미생물 배양물의 제조 방법에 의하여 얻어진 미생물 배양물을 유효성분으로 포함하는 오폐물 정화용 조성물.
(a) 광합성세균, 젖산균 및 효모 중 2종 이상의 미생물을 배양하기 위한 배지를 조제하는 단계,
(b) 상기 배지에 광합성세균, 젖산균 및 효모 중 2종 이상의 미생물을 접종하여 배양하는 단계, 및
(c) 상기 (a) 단계의 배지 조제시에 또는 (b) 단계의 배양 중에 콜라겐 입자를 첨가하는 단계
제1항에 있어서,
상기 광합성세균은 로돕슈도모나스속 세균(Rhodopseudomonas sp .)이고,
상기 젖산균은 락토바실루스속 젖산균(Lactobacillus sp .)이며,
상기 효모는 사카로마이세스속 효모인 것을 특징으로 하는 오폐물 정화용 조성물.
제1항에 있어서,
상기 콜라겐은 상기 배지 100 중량부 기준 0.3 중량부 내지 2.0 중량부의 범위로 첨가되는 것을 특징으로 하는 오폐물 정화용 조성물.
제1항에 있어서,
가바가 상기 (a) 단계의 배지 조제시에 첨가되거나, 상기 (c) 단계의 배양 단계 도중에 첨가되는 것을 특징으로 하는 오폐물 정화용 조성물.
제4항에 있어서,
상기 가바는 상기 배지 100 중량부 기준 0.1 중량부 내지 1.5 중량부 범위로 첨가되는 것을 특징으로 하는 오폐물 정화용 조성물.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항 기재의 오폐물 정화용 조성물을 준비하는 단계, 및 그 오폐물 정화용 조성물을 오폐물과 접촉시키는 단계를 포함하는 오폐물의 정화 방법.