KR20180124899A - 염-함유 유기 폐액 처리제, 염 농도 저하제, 염-함유 유기 폐액 처리 방법, 및 포괄적 고정 담체 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 스쿠티카충(Scuticociliatida)을 포함하는 염-함유 유기 폐액의 처리제 및 스쿠티카충(Scuticociliatida)을 염-함유 유기 폐액에 접촉시키는 단계를 포함하는 염-함유 유기 폐액의 처리 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 염-함유 유기 폐액 처리제, 염 농도 저하제, 염-함유 유기 폐액 처리 방법, 및 포괄적 고정 담체에 관한 것이다.
환경 보호의 관점에서, 최근 수질 지표 중 하나인 COD (화학적 산소 요구량) 값을 감소시킬 수 있는 폐액 처리 방법에 대한 요구가 증가하고 있다.
폐액을 처리하는 방법들은 다음과 같다: 활성 슬러지 방법 및 회전 디스크 방법과 같은 생물학적 처리 방법; 및 응집법, 침전법, 활성탄 여과법, 및 막 여과법과 같은 물리화학적 처리 방법. 그 중, 생물학적 처리 방법, 특히 활성 슬러지 방법은 최근 생활 폐액 및 산업 폐액을 처리하기 위한 방법으로 보급되고 있다.
상기 생물학적 처리 방법에 따르면, 박테리아, 원생 동물, 후생 동물 등의 혼합 미생물 시스템에 의해 폐액이 정화된다.
상기 생물학적 처리 방법으로는 예를 들면, 필로디나 종(Philodina sp.)에 속하는 후생 동물이 풍부한 활성 슬러지와 유기 오염 폐액을 접촉시키는 방법이 있다(특허 문헌 1 참조).
그러나, 일반적으로 후생 동물은 원생 동물에 비해 성장이 느리고, 빠른 폐액 처리가 어렵다는 문제점을 갖는다. 또한 활성 슬러지 방법을 이용하는 경우, 슬러지가 비정상적으로 팽화하여 응집성 및 침전성을 상실하는 소위 벌킹 현상이 발생하거나 대량의 잉여 슬러지가 발생하는 등의 문제점들이 있다. 또한, 필로디나 종에 속하는 생물체들은 윤충류에 속하는 담수성 생물로서, 염-함유 유기 폐액에 처리하면, 염분 스트레스로 인해 상기 생물체들은 활성 슬러지에서 사멸된다. 따라서, 상기 생물학적 처리 방법에서 폐액에 염이 포함되어 있는 경우, 그 방법에 이용되는 생물체는 삼투압 차에 의해 원형질이 분리되어 사멸되고, 이는 이들의 폐액 처리 능력을 크게 저하시키는 문제를 일으킨다.
상기 염-함유 유기 폐액은, 예를 들어, 해양 폐기물의 폐액이며, 상기 해양 폐기물의 하나로서, 해파리 류가 문제가 되고 있다.
해수에 부유하는 해파리 류는 주로 온난한 시기에 대량으로 발생하여 각종 피해를 일으킨다. 특히, 정치망어업과 같은 연안 어업에 막대한 피해를 가져 오고 있다. 또한 대량의 냉각수를 필요로 하는 발전소, 제철소 등의 임해 공장 시설에서는 해수를 냉각수로 사용하기 때문에 해수 취수구가 설치되어 있지만, 해수 취수구를 해파리 류가 막아서 발생되는 피해, 즉, 취수가 제한되거나 또는 중단되어 공장 작동에 지장을 초래한다. 이와 같은 해파리 류는 일단 채집되면, 그것은 산업 폐기물이 되어 바다에 방류 또는 폐기 할 수 없다. 따라서 상기 양륙된 해파리 류를 폐기하는 다양한 방법들이 개발되고 있다 (예컨대, 특허 문헌 2-10 및 비특허 문헌 1).
그럼에도 불구하고, 상기 해파리 류의 분해 폐액과 같은 염-함유 유기 폐액에 포함된 염은 효율적인 분해 및 폐기를 방해한다. 또한 효소 및/또는 미생물 등을 이용하여 생물학적인 방법으로 처리할 경우, 기계적 폐기에 비해 효율적인 분해 폐기가 가능하지만, 염에 의해 충분한 효소 활동을 얻지 못하여, 미생물이 사멸되는 문제가 있다.
따라서, 기존에는, 상기 해파리 류의 분해 폐액을 담수로 희석한 후 활성 슬러지를 이용하여 분해 폐기 처리를 실시하였다. 그러나, 이 경우 희석시키기 위해서는 대량의 담수가 이용되어야 했고, 이는 효율적이지 않다.
이에 대해 택일적인 방법으로, 효모 및/또는 박테리아를 고정화한 담체를 이용하여 염-함유 유기 폐액을 처리하는 방법이 제안되었다(특허 문헌 11 및 비특허 문헌 2).
그러나, 상기 방법도, 해파리 분해 폐액의 COD 값을 약 80 %로 감소시키기 까지는 2-3 일이 걸리는 등 장기적인 처리 시간이 필요하다는 문제점을 갖고 있다.
따라서, 현재, 염-함유 유기 폐액을 단시간에 효율적으로 간편하게 처리 할 수 있으며, 특수 장비를 필요로 하지 않고 낮은 에너지로, 저렴하고 안전성이 높은, 염-함유 유기 폐액 처리제, 염 농도 저하제, 염-함유 유기 폐액 처리 방법 및 포괄적 고정 담체의 제공이 요구되고 있는 실정이다.
인용 목록
특허 문헌
PTL 1: 일본 특허 공보 (JP-A) No. 07-1557911
PTL 2: JP-A No. 2001-300505
PTL 3: JP-A No. 2000-5738
PTL 4: JP-A No. 11-244833
PTL 5: JP-A No. 2000-145196
PTL 6: JP-A No. 2001-198566
PTL 7: JP-A No. 2003-53303
PTL 8: JP-A No. 11-179327
PTL 9: JP-A No. 2001-95564
PTL 10: JP-A No. 2002-136952
PTL 11: JP-A No. 2007-000863
비특허 문헌
NPL 1: Doi Hiroyasu, Oka Tatuszo, Yoshiaki Nonomura, Bulletin of the Society of Sea Water Science, Japan, 2007, Vol. 61, No. 6, pp. 342-351
NPL 2: Doi Hiroyasu, Mikio Takeda, Oka Tatuszo, Yoshiaki Nonomura, Bulletin of the Society of Sea Water Science, Japan, 2006, Vol. 60, No. 6, pp. 426-433
본 발명은 종래의 상기 문제들을 해결하고 다음의 목적을 달성하는 것을 목표로 한다. 즉, 본 발명은 염-함유 유기 폐액을 단시간에 효율적으로 간편하게 처리 할 수 있으며, 특수 장비를 필요로 하지 않고 낮은 에너지로, 저렴하고 안전성이 높은, 염-함유 유기 폐액 처리제, 염 농도 저하제, 염-함유 유기 폐액 처리 방법 및 포괄적 고정 담체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해 본 발명자들은 예의 연구 노력한 결과 다음과 같은 결과를 얻었다. 즉, 본 발명자들은, 최소한 스쿠티카충(Scuticociliatida)을 함유하는 염-함유 유기 폐액 처리제가, 폐액을 단시간에 효율적으로 간편하게 처리 할 수 있으며, 특수 장비를 필요로 하지 않고, 낮은 에너지로 저렴하고 안전성이 높은 것을 발견하였고, 이러한 발견을 기반으로 하여 본 발명을 달성하였다.
본 발명은 본 발명자에 의하여 획득된 상기 연구 결과를 기반으로 하며, 상기 문제들을 해결하기 위한 수단은 최소한 스쿠티카충(Scuticociliatida)을 함유하는 염-함유 유기 폐액 처리제이다.
본 발명은, 염-함유 유기 폐액을, 단시간에 효율적으로 간편하게 처리 할 수 있으며, 특수 장비를 필요로 하지 않고, 낮은 에너지로 저렴하고 안전성이 높은, 염-함유 유기 폐액 처리제, 염 농도 저하제, 염-함유 유기 폐액 처리 방법 및 포괄적 고정 담체를 제공 할 수 있으며, 이는 종래의 상기 문제들을 해결하고, 상기 목적을 달성할 수 있다.
도 1은 해양 폐기물의 처리 방법에 사용되는 장치의 일례를 나타내는 개략적인 설명도이다.
도 2는 본 발명의 염-함유 유기 폐액 처리 방법의 일례를 나타내는 개략적인 설명도이다.
도 3은 본 발명의 염-함유 유기 폐액의 처리 방법에 사용되는 스쿠티카충의 위상차 현미경 사진이다. 스케일 바는 10μm를 나타낸다.
도 4는 시험예 1의 결과이며, 본 발명의 염-함유 유기 폐액 처리 방법에 있어서 처리 온도의 영향을 나타내는 그래프이다. 세로축은 COD(mg/L), 횡축은 시간(h)을 나타낸다.
도 5는 시험예 2의 결과이며, 본 발명의 염-함유 유기 폐액 처리 방법에 있어서 처리 온도의 영향을 나타내는 그래프이다. 세로축은 COD(mg/L), 횡축은 시간(h)을 나타낸다.
도 6a는 스쿠티카충의 유영형 세포 및 포낭형 세포의 위상차 현미경 사진이다.
도 6b는 도 6a의 스쿠티카충의 포낭형 세포를 확대 한 사진이다.
도 7a는 시험예 3의 결과이며, 스쿠티카충의 고온 내성 시험의 결과를 나타내는 그래프이다. 세로축은 COD(mg/L), 횡축은 시간(h)을 나타낸다.
도 7b는 시험예 3의 결과이며, 스쿠티카충의 고온 내성 시험의 결과를 나타내는 도이다. 세로축은 COD(mg/L), 횡축은 시간(h)을 나타낸다.
도 8은 시험예 4의 결과이며, 스쿠티카충의 고온 내성 시험의 결과를 나타내는 그래프이다. 세로축은 COD(mg/L), 횡축은 시간(h)을 나타낸다.
도 9는 시험예 5의 결과이며, 본 발명의 염-함유 유기 폐액 처리 방법의 처리 온도가 COD 감소 및 스쿠티카충의 성장에 미치는 영향의 결과를 나타내는 그래프이다. 왼쪽 세로축은 COD(mg/L), 오른쪽 세로축은 유영형 스쿠티카충의 개체수(개체/mL), 가로축은 시간(일)을 나타낸다.
도 10은 시험예 6의 결과이며, 본 발명의 염-함유 유기 폐액의 처리 방법에 있어서 저온 조건에서의 처리 결과를 나타내는 그래프이다. 세로축은 COD(mg/L), 횡축은 시간(h)을 나타낸다.
도 11은 시험예 7의 결과이며, 본 발명의 염-함유 유기 폐액의 처리 방법에 있어서 pH의 영향을 나타내는 그래프이다. 왼쪽 세로축은 COD(mg/L), 오른쪽 세로축은 20 시간 처리 후 pH, 가로축은 처리 전 pH를 나타낸다.
도 12는 시험예 8의 결과이며, 본 발명의 염-함유 유기 폐액 처리 방법에 있어서 염 농도의 영향을 나타내는 그래프이다. 왼쪽 세로축은 COD(mg/L), 오른쪽 세로축은 20 시간 처리 후 pH, 가로축은 염 농도를 나타낸다.
도 13은 시험예 9의 결과이며, 본 발명의 염-함유 유기 폐액의 처리 방법에 있어서 스쿠티카충의 초기 양의 영향을 나타내는 그래프이다. 세로축은 COD(mg/L), 횡축은 시간(h)을 나타낸다.
도 14는 시험예 10의 결과이며, 본 발명의 염-함유 유기 폐액의 처리 방법에 있어서 스쿠티카충의 초기 양의 영향을 나타내는 그래프이다. 세로축은 COD(mg/L), 횡축은 시간(h)을 나타낸다.
도 15a는 시험예 11의 결과이며, 본 발명의 염-함유 유기 폐액의 처리 방법에 있어서 스쿠티카충의 전-배양 유무의 영향을 나타내는 그래프이다. 세로축은 COD(mg/L), 횡축은 시간(h)을 나타낸다.
도 15b는 시험예 11의 결과이며, 본 발명의 염-함유 유기 폐액의 처리 방법에 있어서 스쿠티카충의 전-배양 유무의 영향을 나타내는 그래프이다. 왼쪽 세로축은 COD (mg/L), 오른쪽 세로축은 유영형 스쿠티카충의 개체수, 가로축은 시간(h)을 나타낸다.
도 15c는 시험예 11의 결과이며, 본 발명의 염-함유 유기 폐액의 처리 방법에 있어서 스쿠티카충의 전-배양 유무의 영향을 나타내는 그래프이다. 왼쪽 세로축은 COD (mg/L), 오른쪽 세로축은 유영형 스쿠티카충의 개체수, 가로축은 시간(h)을 나타낸다.
도 16a는 시험예 12의 결과이며, 본 발명의 염-함유 유기 폐액 처리 방법에 있어서 교반 처리 유무의 영향을 나타내는 그래프이다. 세로축은 COD(mg/L), 횡축은 시간(h)을 나타낸다.
도 16b는 시험예 12의 결과이며, 본 발명의 염-함유 유기 폐액 처리 방법에 있어서 교반 처리 유무의 영향을 나타내는 그래프이다. 세로축은 유영형 스쿠티카충의 개체수, 가로축은 시간(h)을 나타낸다.
도 17는 시험예 13의 결과이며, 본 발명의 염-함유 유기 폐액의 처리 방법과 기존의 상용 활성 슬러지의 처리 방법을 비교한 결과를 나타내는 그래프이다. 세로축은 COD(mg/L), 횡축은 폐액 처리 시스템을 나타낸다.
도 18는 시험예 14의 결과이며, 본 발명의 염-함유 유기 폐액의 처리 방법과 기존의 박테리아 펠렛을 처리하는 방법을 비교한 결과를 나타내는 그래프이다. 세로축은 COD(mg/L), 횡축은 시간(h)을 나타낸다.
도 19는 시험예 15의 결과이며, 본 발명의 염-함유 유기 폐액의 처리 방법과 기존의 박테리아에 의한 처리 방법을 비교한 결과를 나타내는 그래프이다. 세로축은 COD(mg/L), 횡축은 시간(h)을 나타낸다.
도 20은 시험예 16의 결과이며, 본 발명의 염-함유 유기 폐액의 처리 방법과 기존의 박테리아 펠렛을 처리하는 방법을 비교한 결과를 나타내는 그래프이다. 세로축은 COD(mg/L), 횡축은 시간(일)을 나타낸다.
도 21는 시험예 17의 결과이며, 본 발명의 염-함유 유기 폐액의 처리 방법과 기존의 박테리아 펠렛을 처리하는 방법을 비교한 결과를 나타내는 그래프이다. 세로축은 COD(mg/L), 횡축은 시간(일)을 나타낸다.
도 22는 시험예 18의 결과이며, 본 발명의 염-함유 유기 폐액의 처리 방법을 이용한 고-염 농도 식품 폐액 처리의 결과를 나타내는 그래프이다. 세로축은 COD(mg/L), 횡축은 시간(일)을 나타낸다.
도 23a는 시험예 19의 결과이며, 본 발명의 염-함유 유기 폐액의 처리 방법에 있어서, 홍합 부용을 처리한 결과를 보여주는 그래프이다. 세로축은 COD(mg/L), 횡축은 시간(h)을 나타낸다.
도 23b는 시험예 19의 결과이며, 본 발명의 염-함유 유기 폐액의 처리 방법에 있어서, 가리비 부용을 처리한 결과를 보여주는 그래프이다. 세로축은 COD(mg/L), 횡축은 시간(h)을 나타낸다.
도 23c는 시험예 19의 결과이며, 본 발명의 염-함유 유기 폐액의 처리 방법에 있어서, 무늬발게 부용을 처리한 결과를 보여주는 그래프이다. 세로축은 COD(mg/L), 횡축은 시간(h)을 나타낸다.
도 24a는 시험예 20의 결과이며, 본 발명의 염-함유 유기 폐액의 처리 방법에 있어서, 염-함유 유기 폐액을 혈전용해효소로 처리한 후 이용한 경우의 결과를 보여주는 그래프이다. 세로축은 COD(mg/L), 횡축은 시간(h)을 나타낸다.
도 24b는 시험예 20의 결과이며, 본 발명의 염-함유 유기 폐액의 처리 방법에 있어서, 염-함유 유기 폐액을 혈전용해효소로 처리한 후 이용한 경우의 결과를 보여주는 그래프이다. 세로축은 COD(mg/L), 횡축은 시간(h)을 나타낸다.
도 25a는 시험예 21의 결과이며, 본 발명의 염-함유 유기 폐액의 처리 방법에 있어서, 응집제를 이용한 경우의 결과를 보여주는 그래프이다. 세로축은 COD(mg/L), 횡축은 폴리염화알루미늄(PaC)의 첨가시기를 나타낸다.
도 25b는 시험예 21의 결과이며, 본 발명의 염-함유 유기 폐액의 처리 방법에 있어서, 응집제를 이용한 경우의 결과를 보여주는 그래프이다. 세로축은 pH, 가로축은 폴리염화알루미늄(PaC)의 첨가시기를 나타낸다.
도 25c는 시험예 21의 결과이며, 본 발명의 염-함유 유기 폐액의 처리 방법에 있어서, 응집제를 이용한 경우의 결과를 보여주는 그래프이다. 세로축은 생성 슬러지 양(mL), 가로축은 폴리염화알루미늄(PaC)의 첨가시기를 나타낸다.
도 26a는 시험예 22의 결과이며, 본 발명의 염-함유 유기 폐액의 처리 방법에 있어서, 응집제를 이용한 경우의 결과를 보여주는 그래프이다. 세로축은 COD(mg/L), 횡축은 3-배 희석 폴리실리카 철 응집제의 첨가시기를 나타낸다.
도 26b는 시험예 22의 결과이며, 본 발명의 염-함유 유기 폐액의 처리 방법에 있어서, 응집제를 이용한 경우의 결과를 보여주는 그래프이다. 세로축은 pH, 가로축은 3-배 희석 폴리실리카 철 응집제의 첨가시기를 나타낸다.
도 26c는 시험예 22의 결과이며, 본 발명의 염-함유 유기 폐액의 처리 방법에 있어서, 응집제를 이용한 경우의 결과를 보여주는 그래프이다. 세로축은 생성 슬러지 양(mL), 가로축은 3-배 희석 폴리실리카 철 응집제의 첨가시기를 나타낸다.
도 27a는 시험예 23의 결과이며, 본 발명의 염-함유 유기 폐액의 처리 방법에 있어서, 반복 처리를 실시한 경우의 결과를 보여주는 그래프이다. 세로축은 COD 및 BOD (mg/L), 횡축은 처리 시간(일)을 나타낸다.
도 27b는 시험예 23의 결과이며, 본 발명의 염-함유 유기 폐액의 처리 방법에 있어서, 반복 처리를 실시한 경우의 결과를 보여주는 그래프이다. 세로축은 SS(mg/L), 횡축은 처리 시간(일)을 나타낸다.
도 27c는 시험예 23의 결과이며, 본 발명의 염-함유 유기 폐액의 처리 방법에 있어서, 반복 처리를 실시한 경우의 결과를 보여주는 그래프이다. 세로축은 T-N(mg/L), 횡축은 처리 시간(일)을 나타낸다.
도 27d는 시험예 23의 결과이며, 본 발명의 염-함유 유기 폐액의 처리 방법에 있어서, 반복 처리를 실시한 경우의 결과를 보여주는 그래프이다. 세로축은 T-P(mg/L), 횡축은 처리 시간(일)을 나타낸다.
도 28은 시험예 24의 결과이며, 본 발명의 염-함유 유기 폐액의 처리 방법에 있어서, 염-함유 유기 폐액을 순차적으로 스쿠티카충에 의한 처리, 응집 침전 처리 및 활성탄 처리한 경우의 결과를 나타내는 그래프이다. 세로축은 각각의 매개 변수(mg/L), 가로축은 각 처리 단계를 나타낸다.
도 29a는 시험예 25의 결과이며, 본 발명의 염-함유 유기 폐액의 처리 방법에 있어서, 홍합 부용을 처리한 결과를 보여주는 그래프이다. 세로축은 COD(mg/L), 횡축은 시간(h)을 나타낸다.
도 29b는 시험예 25의 결과이며, 본 발명의 염-함유 유기 폐액의 처리 방법에 있어서, 홍합 부용을 처리한 결과를 보여주는 그래프이다. 세로축은 염 농도, 가로축은 시간(h)을 나타낸다.
도 30는 시험예 26의 결과이며, 본 발명의 염-함유 유기 폐액의 처리 방법에 있어서, 홍합 부용을 처리한 결과를 보여주는 그래프이다. 세로축은 COD(mg/L), 횡축은 처리 횟수(회)를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 염-함유 유기 폐액 처리 방법의 일례를 나타내는 개략적인 설명도이다.
도 3은 본 발명의 염-함유 유기 폐액의 처리 방법에 사용되는 스쿠티카충의 위상차 현미경 사진이다. 스케일 바는 10μm를 나타낸다.
도 4는 시험예 1의 결과이며, 본 발명의 염-함유 유기 폐액 처리 방법에 있어서 처리 온도의 영향을 나타내는 그래프이다. 세로축은 COD(mg/L), 횡축은 시간(h)을 나타낸다.
도 5는 시험예 2의 결과이며, 본 발명의 염-함유 유기 폐액 처리 방법에 있어서 처리 온도의 영향을 나타내는 그래프이다. 세로축은 COD(mg/L), 횡축은 시간(h)을 나타낸다.
도 6a는 스쿠티카충의 유영형 세포 및 포낭형 세포의 위상차 현미경 사진이다.
도 6b는 도 6a의 스쿠티카충의 포낭형 세포를 확대 한 사진이다.
도 7a는 시험예 3의 결과이며, 스쿠티카충의 고온 내성 시험의 결과를 나타내는 그래프이다. 세로축은 COD(mg/L), 횡축은 시간(h)을 나타낸다.
도 7b는 시험예 3의 결과이며, 스쿠티카충의 고온 내성 시험의 결과를 나타내는 도이다. 세로축은 COD(mg/L), 횡축은 시간(h)을 나타낸다.
도 8은 시험예 4의 결과이며, 스쿠티카충의 고온 내성 시험의 결과를 나타내는 그래프이다. 세로축은 COD(mg/L), 횡축은 시간(h)을 나타낸다.
도 9는 시험예 5의 결과이며, 본 발명의 염-함유 유기 폐액 처리 방법의 처리 온도가 COD 감소 및 스쿠티카충의 성장에 미치는 영향의 결과를 나타내는 그래프이다. 왼쪽 세로축은 COD(mg/L), 오른쪽 세로축은 유영형 스쿠티카충의 개체수(개체/mL), 가로축은 시간(일)을 나타낸다.
도 10은 시험예 6의 결과이며, 본 발명의 염-함유 유기 폐액의 처리 방법에 있어서 저온 조건에서의 처리 결과를 나타내는 그래프이다. 세로축은 COD(mg/L), 횡축은 시간(h)을 나타낸다.
도 11은 시험예 7의 결과이며, 본 발명의 염-함유 유기 폐액의 처리 방법에 있어서 pH의 영향을 나타내는 그래프이다. 왼쪽 세로축은 COD(mg/L), 오른쪽 세로축은 20 시간 처리 후 pH, 가로축은 처리 전 pH를 나타낸다.
도 12는 시험예 8의 결과이며, 본 발명의 염-함유 유기 폐액 처리 방법에 있어서 염 농도의 영향을 나타내는 그래프이다. 왼쪽 세로축은 COD(mg/L), 오른쪽 세로축은 20 시간 처리 후 pH, 가로축은 염 농도를 나타낸다.
도 13은 시험예 9의 결과이며, 본 발명의 염-함유 유기 폐액의 처리 방법에 있어서 스쿠티카충의 초기 양의 영향을 나타내는 그래프이다. 세로축은 COD(mg/L), 횡축은 시간(h)을 나타낸다.
도 14는 시험예 10의 결과이며, 본 발명의 염-함유 유기 폐액의 처리 방법에 있어서 스쿠티카충의 초기 양의 영향을 나타내는 그래프이다. 세로축은 COD(mg/L), 횡축은 시간(h)을 나타낸다.
도 15a는 시험예 11의 결과이며, 본 발명의 염-함유 유기 폐액의 처리 방법에 있어서 스쿠티카충의 전-배양 유무의 영향을 나타내는 그래프이다. 세로축은 COD(mg/L), 횡축은 시간(h)을 나타낸다.
도 15b는 시험예 11의 결과이며, 본 발명의 염-함유 유기 폐액의 처리 방법에 있어서 스쿠티카충의 전-배양 유무의 영향을 나타내는 그래프이다. 왼쪽 세로축은 COD (mg/L), 오른쪽 세로축은 유영형 스쿠티카충의 개체수, 가로축은 시간(h)을 나타낸다.
도 15c는 시험예 11의 결과이며, 본 발명의 염-함유 유기 폐액의 처리 방법에 있어서 스쿠티카충의 전-배양 유무의 영향을 나타내는 그래프이다. 왼쪽 세로축은 COD (mg/L), 오른쪽 세로축은 유영형 스쿠티카충의 개체수, 가로축은 시간(h)을 나타낸다.
도 16a는 시험예 12의 결과이며, 본 발명의 염-함유 유기 폐액 처리 방법에 있어서 교반 처리 유무의 영향을 나타내는 그래프이다. 세로축은 COD(mg/L), 횡축은 시간(h)을 나타낸다.
도 16b는 시험예 12의 결과이며, 본 발명의 염-함유 유기 폐액 처리 방법에 있어서 교반 처리 유무의 영향을 나타내는 그래프이다. 세로축은 유영형 스쿠티카충의 개체수, 가로축은 시간(h)을 나타낸다.
도 17는 시험예 13의 결과이며, 본 발명의 염-함유 유기 폐액의 처리 방법과 기존의 상용 활성 슬러지의 처리 방법을 비교한 결과를 나타내는 그래프이다. 세로축은 COD(mg/L), 횡축은 폐액 처리 시스템을 나타낸다.
도 18는 시험예 14의 결과이며, 본 발명의 염-함유 유기 폐액의 처리 방법과 기존의 박테리아 펠렛을 처리하는 방법을 비교한 결과를 나타내는 그래프이다. 세로축은 COD(mg/L), 횡축은 시간(h)을 나타낸다.
도 19는 시험예 15의 결과이며, 본 발명의 염-함유 유기 폐액의 처리 방법과 기존의 박테리아에 의한 처리 방법을 비교한 결과를 나타내는 그래프이다. 세로축은 COD(mg/L), 횡축은 시간(h)을 나타낸다.
도 20은 시험예 16의 결과이며, 본 발명의 염-함유 유기 폐액의 처리 방법과 기존의 박테리아 펠렛을 처리하는 방법을 비교한 결과를 나타내는 그래프이다. 세로축은 COD(mg/L), 횡축은 시간(일)을 나타낸다.
도 21는 시험예 17의 결과이며, 본 발명의 염-함유 유기 폐액의 처리 방법과 기존의 박테리아 펠렛을 처리하는 방법을 비교한 결과를 나타내는 그래프이다. 세로축은 COD(mg/L), 횡축은 시간(일)을 나타낸다.
도 22는 시험예 18의 결과이며, 본 발명의 염-함유 유기 폐액의 처리 방법을 이용한 고-염 농도 식품 폐액 처리의 결과를 나타내는 그래프이다. 세로축은 COD(mg/L), 횡축은 시간(일)을 나타낸다.
도 23a는 시험예 19의 결과이며, 본 발명의 염-함유 유기 폐액의 처리 방법에 있어서, 홍합 부용을 처리한 결과를 보여주는 그래프이다. 세로축은 COD(mg/L), 횡축은 시간(h)을 나타낸다.
도 23b는 시험예 19의 결과이며, 본 발명의 염-함유 유기 폐액의 처리 방법에 있어서, 가리비 부용을 처리한 결과를 보여주는 그래프이다. 세로축은 COD(mg/L), 횡축은 시간(h)을 나타낸다.
도 23c는 시험예 19의 결과이며, 본 발명의 염-함유 유기 폐액의 처리 방법에 있어서, 무늬발게 부용을 처리한 결과를 보여주는 그래프이다. 세로축은 COD(mg/L), 횡축은 시간(h)을 나타낸다.
도 24a는 시험예 20의 결과이며, 본 발명의 염-함유 유기 폐액의 처리 방법에 있어서, 염-함유 유기 폐액을 혈전용해효소로 처리한 후 이용한 경우의 결과를 보여주는 그래프이다. 세로축은 COD(mg/L), 횡축은 시간(h)을 나타낸다.
도 24b는 시험예 20의 결과이며, 본 발명의 염-함유 유기 폐액의 처리 방법에 있어서, 염-함유 유기 폐액을 혈전용해효소로 처리한 후 이용한 경우의 결과를 보여주는 그래프이다. 세로축은 COD(mg/L), 횡축은 시간(h)을 나타낸다.
도 25a는 시험예 21의 결과이며, 본 발명의 염-함유 유기 폐액의 처리 방법에 있어서, 응집제를 이용한 경우의 결과를 보여주는 그래프이다. 세로축은 COD(mg/L), 횡축은 폴리염화알루미늄(PaC)의 첨가시기를 나타낸다.
도 25b는 시험예 21의 결과이며, 본 발명의 염-함유 유기 폐액의 처리 방법에 있어서, 응집제를 이용한 경우의 결과를 보여주는 그래프이다. 세로축은 pH, 가로축은 폴리염화알루미늄(PaC)의 첨가시기를 나타낸다.
도 25c는 시험예 21의 결과이며, 본 발명의 염-함유 유기 폐액의 처리 방법에 있어서, 응집제를 이용한 경우의 결과를 보여주는 그래프이다. 세로축은 생성 슬러지 양(mL), 가로축은 폴리염화알루미늄(PaC)의 첨가시기를 나타낸다.
도 26a는 시험예 22의 결과이며, 본 발명의 염-함유 유기 폐액의 처리 방법에 있어서, 응집제를 이용한 경우의 결과를 보여주는 그래프이다. 세로축은 COD(mg/L), 횡축은 3-배 희석 폴리실리카 철 응집제의 첨가시기를 나타낸다.
도 26b는 시험예 22의 결과이며, 본 발명의 염-함유 유기 폐액의 처리 방법에 있어서, 응집제를 이용한 경우의 결과를 보여주는 그래프이다. 세로축은 pH, 가로축은 3-배 희석 폴리실리카 철 응집제의 첨가시기를 나타낸다.
도 26c는 시험예 22의 결과이며, 본 발명의 염-함유 유기 폐액의 처리 방법에 있어서, 응집제를 이용한 경우의 결과를 보여주는 그래프이다. 세로축은 생성 슬러지 양(mL), 가로축은 3-배 희석 폴리실리카 철 응집제의 첨가시기를 나타낸다.
도 27a는 시험예 23의 결과이며, 본 발명의 염-함유 유기 폐액의 처리 방법에 있어서, 반복 처리를 실시한 경우의 결과를 보여주는 그래프이다. 세로축은 COD 및 BOD (mg/L), 횡축은 처리 시간(일)을 나타낸다.
도 27b는 시험예 23의 결과이며, 본 발명의 염-함유 유기 폐액의 처리 방법에 있어서, 반복 처리를 실시한 경우의 결과를 보여주는 그래프이다. 세로축은 SS(mg/L), 횡축은 처리 시간(일)을 나타낸다.
도 27c는 시험예 23의 결과이며, 본 발명의 염-함유 유기 폐액의 처리 방법에 있어서, 반복 처리를 실시한 경우의 결과를 보여주는 그래프이다. 세로축은 T-N(mg/L), 횡축은 처리 시간(일)을 나타낸다.
도 27d는 시험예 23의 결과이며, 본 발명의 염-함유 유기 폐액의 처리 방법에 있어서, 반복 처리를 실시한 경우의 결과를 보여주는 그래프이다. 세로축은 T-P(mg/L), 횡축은 처리 시간(일)을 나타낸다.
도 28은 시험예 24의 결과이며, 본 발명의 염-함유 유기 폐액의 처리 방법에 있어서, 염-함유 유기 폐액을 순차적으로 스쿠티카충에 의한 처리, 응집 침전 처리 및 활성탄 처리한 경우의 결과를 나타내는 그래프이다. 세로축은 각각의 매개 변수(mg/L), 가로축은 각 처리 단계를 나타낸다.
도 29a는 시험예 25의 결과이며, 본 발명의 염-함유 유기 폐액의 처리 방법에 있어서, 홍합 부용을 처리한 결과를 보여주는 그래프이다. 세로축은 COD(mg/L), 횡축은 시간(h)을 나타낸다.
도 29b는 시험예 25의 결과이며, 본 발명의 염-함유 유기 폐액의 처리 방법에 있어서, 홍합 부용을 처리한 결과를 보여주는 그래프이다. 세로축은 염 농도, 가로축은 시간(h)을 나타낸다.
도 30는 시험예 26의 결과이며, 본 발명의 염-함유 유기 폐액의 처리 방법에 있어서, 홍합 부용을 처리한 결과를 보여주는 그래프이다. 세로축은 COD(mg/L), 횡축은 처리 횟수(회)를 나타낸다.
(염-함유 유기 폐액 처리제)
본 발명의 염-함유 유기 폐액 처리제는 최소한 스쿠티카충(Scuticociliatida)을 포함하고, 필요한 경우 추가적으로 응집제 등의 기타 성분을 함유한다.
<스쿠티카충(Scuticociliatida)>
섬모충 류(Ciliophora)는 일반적으로 소형에서 중형 원생 동물이며, 적어도 생활 환경의 시기에서 섬모 또는 섬모 복합체를 갖는다. 섬모는 몸 표면에 부분적으로 있거나 또는 그 전체를 덮고 있다. 섬모 복합체는 특수한 기능을 수행하기 위해 분화된 세포 소기관이며, 막판(membranelles), 파동막(undulating membranes), 극 머리(cirri)등이 있다. 그 형태와 분포는 중요한 분류 기준으로 주로 이용된다. 섬모충 류는 꼬리 섬모가 있고 입 부분 실리아쳐(oral ciliature)에 파동막이 뚜렷하다. 수축포(contractile vacuole) 1 개가 몸의 후단부에서 관찰된다. 핵은 대핵과 소핵으로 분화된다. 무성 생식은 2 분열 또는 출아법에 의해 이루어지며, 유성 생식은 접합, 자가 생식 또는 세포질 융합에 의해 이루어진다. 입 부분 형성시, 스쿠티카(scutica)(섬모충에서 보이는 독특한 세포 기관이며, 2 분열 과정에서 일시적으로 현저하게 나타나는 운동 기체의 복합체)가 형성된다. 섬모충 류는 약 7,500 종이 보고되어 있으며, 해양 종 및 염수종은 많이 알려져 있다(“Observation and Experimental Method for Protozoan Organisms”, editorial supervisor: Yoshinobu Sigenaka, KYORITSU SHUPPAN CO., LTD., the 1st edition published on 1988/6/1, p. 248; “Hausmann, Introduction of Protozoology”, publisher: Etsuro Morita, KOUGAKU SHUPPAN CO., LTD., the 1st edition published on 1989/6/20, pp. 70-88; “Revised Edition of Illustrated Handbook of Freshwater Planktons in Japan Made Easy”, the revised 2nd edition published on 2009/10/19, pp. 66-97; “The Ciliated Protozoa 2nd edition.”, Corliss J.O., 1979, Pergamon press, Oxford, pp. 455; “Picture Book of Protozoa”, editorial supervisor: Shozo Inoki, KODANSHA LTD., 1981; “Classification and Emersion Environment of Microorganisms (Summary)-1. Ciliophora―.water and waste”, Takahiro Ouchiyama, 1999, Vol. 41(11), pp. 46-56 참조).
스쿠티카충은 상술한 섬모충 류의 특징을 갖고 있을 뿐만 아니라, 다음과 같은 특징도 갖는다. 특히, 스쿠티카충은 서양 배 모양으로 길이 20-45 μm이며, 장축을 따라 8-12 개의 섬모열이 있고, 꼬리 끝에 1 개의 섬모를 갖는다(“Picture Book of Protozoa”, 1981, editorial supervisor: Shozo Inoki, KODANSHA SCIENTIFIC LTD. 및 일본 특허 공보 제2008-044862호 참조).
염-함유 유기 폐액 처리제에 포함된 스쿠티카충은, 상기 스쿠티카충의 특징과 일치하고 길이가 20-25 μm이며, 서양 배형에서 장축을 따라 8-12 개의 섬모열이 있고 꼬리 끝에 1 개의 섬모가 있다. 또한 입 부분이 발달하고 파동막, 막판, 페니쿨루스(짧은 섬모의 밴드 배열) 등이 입구에 형성되어 있다. 입 부분 실리아쳐(oral ciliature)는 몸체 실리아쳐(Oligohymenophora)에서 명확하게 확인할 수 있었다. 입안쪽의 구조는 대개 눈에 띄지 않고, 몸체 실리아쳐는 일반적으로 형성되며, 섬모는 몸체 표면에 균일하게 나있다(Hymenostomata).
현재, 섬모충 류의 분류는 전문가들 사이에서도 아직 분류학상의 견해가 정립되지 않았다. 예를 들어, 스쿠티카충과 같은 섬모충에 속하며 가장 잘 알려진 짚신 벌레 (Paramecium sp.)는 분류학적 위치는 시대에 따라 변천해 왔다. 광학 현미경으로 관찰하던 시대에는 섬모충류(Ciliata)에 속했고, 광학 현미경과 실버 염색법으로 관찰하던 시대에는 빈막강(Oligohymenophorea)에 속했으며, 실버 염색법과 전자 현미경으로 관찰하던 시대에는 양구강(Nassophorea)에 속했고, 유전자 분석을 기반으로 분류하던 시대에서는 광학 현미경과 실버 염색법으로 관찰하던 시대와 동일하게 빈막강에 속하는 것으로 분류되었다(Denis H. Lynn., 2008, The Ciliated Protozoa 참조).
섬모충의 분류는 오늘날에도 형태 관찰에 의해 확인하는 방법이 주류를 이루고 있으며, 세균, 균류 및 효모의 분류에 널리 이용되고 있는 유전자 분석은 일반적이지 않다.
염-함유 유기 폐액 처리제 내 스쿠티카충의 함유량은 특별히 제한되지 않으며, 목적에 따라 적절히 선택될 수 있다. 또한, 상기 염-함유 유기 폐액 처리제는 스쿠티카충 그 자체 일 수 있다.
염-함유 유기 폐액 처리제 내 함유된 스쿠티카충은 염-함유 유기 폐액 처리 활성이 높은 유영형이 바람직하다. 그러나, 염-함유 유기 폐액을 처리 할 때의 조건, 예를 들면 처리 액의 염 농도, 처리 액의 pH, 처리 온도, 전-배양의 유무, 호기성 조건 등에 의해 염-함유 유기 폐액 처리제 내 스쿠티카충의 포낭형(즉, 휴면 상태)이 유영형으로 변할 수 있기 때문에, 염-함유 유기 폐액 처리제에 함유된 스쿠티카충 상태는 특별히 제한되지 않으며, 목적에 따라 적절히 선택될 수 있다.
<<스쿠티카충을 획득하는 방법 >>
스쿠티카충을 획득하는 방법은 특별히 제한되지 않으며, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있다. 스쿠티카충은 자연계에서 채취 분리된 것일 수 있고, 이미 분리된 것일 수도 있다(예를 들어, 시판품 및 양도에 의한 것)을 사용할 수있다.
-샘플 채취-
스쿠티카충을 자연계로부터 채취하는 방법은 특별히 제한되지 않으며, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있다. 예를 들어, 스쿠티카충이 서식하는 수권 동물(해양 동물, 해양 식물, 담수 동물, 담수 공장 등), 해수, 담수, 슬러지 등으로부터 채취하는 방법 등이 있다.
슬러지는 특별히 제한되지 않으며, 목적에 따라 적절하게 선택할 수 있다. 바람직하게는 해저 슬러지이며, 보다 바람직하게는 해저 표면에 가까운 층에서 채취한 해저 슬러지이다.
상기 해저 표면에 가까운 층은 예를 들면, 해저 표면에서 5-20cm 정도를 말하며, 바람직하게는 5-10cm 정도이다.
-분리-
스쿠티카충을 분리하는 방법은 특별히 제한되지 않으며, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있다.
예컨대, 스쿠티카충을 다음과 같이 수권 동물 또는 식물에서 분리할 수 있다. 특히, 적절히 선택한 용액을 일정량의 수권 동물 또는 식물에 첨가하여, 상기 스쿠티카충의 부유액을 조제한 후, 상기 수권 식물을 제거하고, 상기 부유액을 원심 분리하여 상기 스쿠티카충인 침전물을 분리시킨다.
스쿠티카충을 해수, 담수 또는 슬러지로부터 분리하는 경우, 실체 현미경으로 관찰하면서 모세관을 이용하여 흡입함으로써 분리 할 수 있다.
분리된 스쿠티카충의 수는, 예를 들어, 혈구 계산기로 측정 할 수 있다.
-식별-
상술한 바와 같이, 상기 스쿠티카충은 현재 정확하게 분류되지 않아 알려지지 않은 특성들이 있다. 따라서, 스쿠티카충 식별 방법은 형태 관찰에 의한 방법이 사용된다.
상기 스쿠티카충 식별 방법은 특별히 제한되지 않으며, 공지의 방법 중에서 목적에 따라 적절하게 선택할 수 있다. 예를 들어, 분리된 스쿠티카충을 어떠한 사전 처리없이 광학 현미경으로 관찰하는 방법, 분리된 스쿠티카충을 관찰 전 실버 염색 등 염색을 실시하고 관찰하는 방법, 분리된 스쿠티카충을 전자 현미경으로 관찰하는 방법 및 유전자 분석 방법 등을 들 수 있다.
-성장-
스쿠티카충의 성장에 이용되는 배지는 특별히 제한되지 않으며, 공지된 배지 중에서 적절히 선택 할 수 있다. 예를 들어, 포도당 등의 당류; 황산 암모늄, 염화 암모늄 등의 질소원; 염화칼륨, 인산 나트륨 등의 무기 염류; 타작하지 않은 밀, 보리, 쌀, 히네, 조 등의 곡류 등 매체 등을 들 수 있다. 또한, 스쿠티카충은 젤라틴-함유 인공 해수 등으로 성장시킬 수 있고, 하기 염-함유 유기 폐액에서 직접 성장시킬 수도 있다. 이들은 단독 또는 이들의 2 종 이상의 조합으로 이용될 수 있다.
상기 배지 내 각각의 성분의 농도는 특별히 제한되지 않으며, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있다.
상기 스쿠티카충을 증식시키는 온도는 특별히 제한되지 않으며, 목적에 따라 적절하게 선택할 수 있다. 바람직하게는 온도는 0℃-45℃이며, 보다 바람직하게는 4℃-40℃, 특히 바람직하게는 27℃-37℃이다. 상기 온도가 0℃ 미만이면 상기 스쿠티카충이 충분히 성장하지 않을 수 있으며, 45℃를 초과하면 상기 스쿠티카충이 사멸될 수 있다.
상기 스쿠티카충을 증식시키는 시간은 특별히 제한되지 않으며, 목적에 따라 적절하게 선택할 수 있다. 바람직하게는 시간은 4-48 시간이며, 보다 바람직하게는 6-24 시간, 특히 바람직하게는 6-10 시간이다. 상기 시간이 4 시간 미만이면 상기 스쿠티카충에 의한 폐액 처리가 불충분해질 수 있고, 48 시간을 초과하면 상기 스쿠티카충이 포낭형으로 변하거나 또는 자기 용해를 일으킬 수 있다.
상기 스쿠티카충은 진탕 배양 또는 정치 배양(static culture)을 이용하여 증식시킬 수 있다. 또한, 상기 스쿠티카충은 호기성 배양 또는 혐기성 배양을 이용하여 증식시킬 수 있다. 효율적 증식시킬 수 있다는 점에서, 호기성 배양이 바람직하다. 특히 바람직하게는, 폭기(공기 또는 산소를 주입하면서 교반)조건 하에서 배양하는 것이다.
상기 폭기시 호기유율(air flow rate)은 특별히 제한되지 않으며, 목적에 따라 적절하게 선택할 수 있다. 바람직하게는, 호기유율은 상기 염-함유 유기 폐액 1L에 대해 1-4 L/분이고, 보다 바람직하게는 2-4 L/분, 특히 바람직하게는 3-4 L/분이다. 상기 호기유율이 1 L/분 미만이면 상기 스쿠티카충이 생육될 수 없거나 또는 포낭형(즉, 휴면 상태)에서 유영형으로 변하지 않을 수 있다.
또한, 상기 스쿠티카충을 염-함유 유기 폐액에서 24 시간 동안 30℃, 3 L/분의 호기유율로 폭기 조건하에서 배양하여, 약 1.9×104-약 3.0×104 개체/mL로 증식시킬 수 있다.
상기 배지의 염 농도는 특별히 제한되지 않으며, 목적에 따라 적절하게 선택할 수 있다. 바람직하게는, 전기전도 측정기로 측정된 염 농도는 80 이하이고, 보다 바람직하게는 10-70, 특히 바람직하게는 50-70이다. 상기 염 농도가 80 이상이면, 상기 스쿠티카충은 포낭형으로 변하거나 또는 사멸되어 생육될 수 없다. 그 결과, 상기 염-함유 유기 폐액에 대한 처리 효과를 충분히 얻을 수 없다.
상기 전기전도 측정기는, 예를 들어, 해수 농도 측정기(PAL-06S, Atago Co., Ltd.)를 들 수 있다.
상기 배지의 pH는 특별히 제한되지 않으며, 목적에 따라 적절하게 선택할 수 있다. 바람직하게는, 4-11이며, 보다 바람직하게는 4.2-10.5, 특히 바람직하게는 4.5-10이다.
상기 염-함유 유기 폐액 처리제 내 상기 스쿠티카충의 함유량은 특별히 제한되지 않으며, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있다. 또한, 상기 염-함유 유기 폐액 처리제는 상기 스쿠티카충 그 자체 일 수 있다.
<그 외의 성분>
상기 염-함유 유기 폐액 처리제의 기타 성분은 특별히 제한되지 않으며, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있다. 예를 들어, 물, 해수, 슬러지, 무기 염류 및 각종 배지 성분이 있다.
*상기 염-함유 유기 폐액 처리제의 상기 기타 성분의 함유량은 특별히 제한되지 않으며, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있다.
-응집제-
또한, 상기 염-함유 유기 폐액 처리제는 바람직하게는, 응집제를 포함한다.
상기 응집제로는 시판품을 사용할 수 있으며, 그 구체적인 예로는 폴리염화알루미늄(PAC), 3-배 희석 폴리실리카 철 응집제, 황산 알루미늄, 소석회, 생석회, 황산 철, 황산 제2철 암모늄, 산화 마그네슘, 산화철, 활성 규산, 알루민산 나트륨, 염화 철, 폴리 황산 철 등의 무기 응집제; 알긴산 나트륨 등의 유기 산염; 폴리아민 등의 직쇄 지방족 탄화수소; 폴리 글루타민산 등 폴리펩티드; 아크릴산 나트륨 등의 음이온성 고분자 응집제; 아크릴 아미드 등의 비 이온성 고분자 응집제; 디메틸아미노에틸 메타아크릴레이트 등의 양이온성 고분자 응집제; 및 양성 고분자 응집제 등을 들 수 있다. 이들은 단독 또는 이들의 2 종 이상의 조합으로 이용될 수 있다.
상기 염-함유 유기 폐액 처리제의 제형은 특별히 제한되지 않으며, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있다. 이들의 제형은 액체 또는 고체일 수 있다.
본 발명의 상기 염-함유 유기 폐액 처리제는 단독으로 이용될 수 있으며, 또는 본 발명의 효과를 손상시키지 않는 한 다른 처리제와 함께 이용될 수 있다.
<염-함유 유기 폐액>
상기 염-함유 유기 폐액은, 상기 폐액이 그대로 폐기 처분을 할 수 없는 정도의 염 및 유기 물질을 함유하는 한 특별히 제한되지 않으며, 목적에 따라 적절히 선택 할 수 있다. 상기 염-함유 유기 폐액은 추가적으로, 난 분해성 단백질, 지방질, 유리 아미노산, 다당류 및 무기질 등의 성분을 포함할 수 있다. 이 성분은 즉, COD (Chemical Oxygen Demand; 화학적 산소 요구량) 성분, BOD (Biochemical Oxygen Demand; 생물 화학적 산소 요구량) 성분, 인 성분, 질소 성분, 현탁 물질 및 부유 물질이 대량으로 포함되어있다.
이러한 염-함유 유기 폐액으로는, 예를 들어, 하수도, 분뇨, 식품 공장 폐액, 발전소 및 제철소 등의 임해 공장 시설의 폐액 및 기타 산업 폐액, 해양 폐기물, 제염 공장, 물 처리 시설 등을 들 수 있다. 이들은 단독 또는 이들의 2 종 이상의 조합으로 이용될 수 있다.
상기 염-함유 유기 폐액 내의 유기물 상태는 상기 스쿠티카충에 의하여 용이하게 분해되는 상태인 것이 바람직하다. 예를 들면, 유기물이 단백질인 경우, 단백질분해효소 등에 의해 아미노산으로 분해된 상태인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 염-함유 유기 폐액 처리제의 대상이 염을 포함한 폐액이긴 하나, 상기 스쿠티카충이 담수에서도 생육 가능하므로, 염을 포함하지 않는 폐액에도 본 발명의 염-함유 유기 폐액 처리제를 이용할 수 있다.
상기 염-함유 유기 폐액의 염 농도는 특별히 제한되지 않으며, 목적에 따라 적절하게 선택할 수 있다. 상기 염 농도는 바람직하게는 해수 정도의 농도이고, 보다 바람직하게는 전기전도 측정기에서 측정한 염 농도가 5 이상 80 미만이고, 보다 더욱 바람직하게는 10-70, 특히 바람직하게는 50-70이다. 상기 염 농도가 5 미만이면 상기 스쿠티카충에 의한 폐액 처리가 불충분해 질 수 있고, 80 이상이면, 상기 스쿠티카충이 포낭형으로 변하거나 또는 사멸되어 생육될 수 없다. 그 결과, 상기 염-함유 유기 폐액에 대한 처리 효과를 충분히 얻을 수 없다.
또한, 해수 내 염은 해수 1kg 중에 녹아있는 고체 물질의 총량을 그램(g)으로 나타낸 것이며, 절대 염분(absolute salinity)으로 명명되었다(Marine Environmental Microbiology, Yusaburo Ishida and Haruo Sugita, KOUSEISHA KOUSEIKAKU CO., LTD., 2005, pp. 48-49 참조). 본 발명에서는 편의상, 해수 내 염 농도를 전기전도 측정기로 측정한 실제 염분 단위(practical salinity unit, psu)로 나타낸다. 예를 들어, 전기전도 측정기로 측정 한 염 농도(실제 염분 단위)가 5 인 경우 염 농도를 염화나트륨 용액 농도(절대 염분)로 환산하면 0.5 중량%이다.
상기 해양 폐기물은 특별히 제한되지 않으며, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있다. 예를 들어, 해파리 류, 조개류, 갑각류, 이들의 분해 액, 가공 잔류물, 부용 및 세정액 등을 들 수 있다. 이들은 단독 또는 이들의 2 종 이상의 조합으로 이용될 수 있다.
<<해양 폐기물의 분해 액>>
상기 해양 폐기물의 분해 액은 아미노산부터 펩티드 수준의 유기물 분자까지 포함하고 있다. 기술 및 비용적인 면에서, 상기 저분자화된 유기물 분자를 더욱 분해하는 것은 매우 어려운 일이나, 본 발명의 염-함유 유기 폐액 처리제는 이러한 해양 폐기물의 분해 액 중에 포함된 유기물 등도 효과적으로 분해 처리 할 수 있다는 점에서 유리하다.
상기 해양 폐기물의 분해 액은 특별히 제한되지 않으며, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있다. 예를 들어, 해양 폐기물을 가열하여 분해한 액, 해양 폐기물이 자연적으로 분해된 액, 해양 폐기물이 자기 분해된 액, 해양 폐기물을 효소 분해한 액 등을 들 수 있다. 이들은 단독 또는 이들의 2 종 이상의 조합으로 이용될 수 있다.
이 중에서, 상기 해양 폐기물의 분해 액은 효소 분해한 액이 바람직하며, 이는 처리 효율이 높고, 간편하고 안전성이 높다.
보다 바람직하게는, 본 발명자가 개발한 장치(일본 특허 공보 제2005-262105호 참조)를 이용하여 해양 폐기물을 분해 처리해 얻은 해양 폐기물의 분해 액이다.
-효소-
상기 해양 폐기물을 분해하는 효소는 특별히 제한되지 않으며, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있다. 예를 들어, 프리오나제 효소, 혈전용해효소 등을 들 수 있다. 또한, 이 효소들은 난 분해성 단백질을 분해할 수 있기 때문에, 상기 해양 폐기물 이외의 유기물, 즉, 본 발명의 염-함유 유기 폐액의 처리 방법에 있어서 처리 대상이 되는 모든 유기물에 적용할 수 있다. 또한, 상기 혈전용해효소 중에서 특히 낫토키나아제는 해파리 류의 독소도 분해할 수 있기 때문에 폐액의 안전성을 향상시킨다는 점에서 유리하다.
- 프리오나제 효소(Prionase enzyme)-
상기 프리오나제 효소는 본 발명자가 개발한 효소(일본 특허 공보 제2005-34152호 참조)이며, 스트렙토미세스 속 방선균인 99-GP-2D-5 주(FERM P-19336) 또는 이로부터 유래된 균주에 의해 적합하게 생산된다.
-혈전용해효소-
상기 혈전용해효소는 특별히 제한되지 않으며, 목적에 따라 적절하게 선택할 수 있다. 상기 혈전용해효소는 바실러스 속 미생물인 Bacillus subtilis 104-1-3-1 주(수탁 번호:NITE P-680) 또는 이로부터 유래된 균주에 의해 생산된 혈전용해효소인 것이 바람직하며, 이는 해양 폐기물의 분해 효율이 높다.
상기 104-1-3-1 주 또는 이로부터 유래된 균주의 특성은 다음과 같다.
---과학적 성질---
104-1-3-1 균주는 세포쇄(a chain of cells)를 나타내며 포자를 형성하는 그람-양성 간균이다. 박테리아 포자의 부종은 관찰되지 않는다. 상기 균주는 2.0 mm 내지 3.0 mm의 직경, 미색의 색조, 원형의 형태, 렌즈-형태의 높이, 물결모양의 가장자리, 고르지 않은 표면 형태, 불투명한 투명도 및 버터같은 점도를 갖는 콜로니 형태이며, 카탈라제 반응에는 양성, 산화효소 반응에는 음성으로 나타난다. 상기 균주는 API 검사에서 L-아라비노즈, 리보오스, 및 포도당 등을 산화시키나, 에리트리톨(erythritol), D-아라비노즈 및 L-자일로즈 등은 산화시키지 못한다. 상기 균주는 호기성 조건 하에서는 성장하지 않고, 50 질량% 또는 10 질량% 염화나트륨을 함유한 배지에서 성장한다. 상기 균주는 카제인을 가수분해하나, 전분은 가수분해하지 못한다. 16S rRNA 유전자의 뉴클레오타이드를 기반으로 하여 검색한 결과, 104-1-3-1 균주는 Bacillus subtilis에 상동적인 것으로 간주되나, 일부 생리적 특성에 있어서는 일반적인 Bacillus subtilis와 다르다. 이러한 결과들로부터, 104-1-3-1 균주가 Bacillus subtilis 종의 신규한 균주임을 추정하였다.
---분류상 위치---
Bacillus sp.
---배양 조건---
(1) 배지명: 영양 한천
(2) 배지 조성: peptone 0.5 질량%, beef extracts 0.3 질량% 및 agar 1.5 질량%
(3) 배지 pH: 7.0
(4) 배지 멸균 조건: 121℃, 20 분
(5) 배양 온도: 30℃
(6) 배양 기간: 7 일
(7) 산소 요구량: 호기성
---보관 조건---
(1) 동결 조건: L-건조
(2) 보호제: glycerol 20체적%
(3) 동결 후 회수율: 100%
---기탁---
104-1-3-1 균주는 일본 국립기술평가원(National Institute of Technology and Evaluation, 2-5-8 Kazusakamatari, Kisarazu-shi, Chiba, 292-0818 일본)에 2008 년 11 월 28 일자로 기탁하여 기탁번호 NITE P-680을 부여받았다.
---유래 균주(Derivative strain)---
104-1-3-1 균주의 유래 균주는, 이러한 유래 균주가 폐기물을 분해하는 혈전용해효소를 생산할 수 있는 한 특별히 제한되지 않는다. 상기 유래 균주를 목적에 따라 적합하게 선택할 수 있다. 이들의 예로는 돌연변이(자연발생 또는 유도), 형질전환(transformation), 접합(conjugation), 유전자 재조합, 자외선, 방사선, 화학물질 등에 의하여 변형된 104-1-3-1 균주의 특징을 갖는 Bacillus 속에 속하는 미생물을 포함한다.
--- 배양 ---
상기 바실러스 속 미생물은 상술한 배양 조건 이외에 당업계에 공지된 다른 배지에서도 성장 할 수 있다. 이러한 성장은 액체 배양 또는 고체 배지에 의해서 달성될 수 있다.
상기 배지의 조성은, 상기 바실러스 속 미생물이 증식하여 상기 혈전용해효소를 생산할 수 있는 배지인 한 특별히 제한되지 않으며, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있다. 당업계에 공지된 배지 성분, 예를 들어, 탄소원(carbon sources), 질소원(nitrogen sources) 및 무기염류(inorganic salts)를 함유한 배지를 포함한다. 이들은 단독 또는 이들의 2 종 이상의 조합으로 이용될 수 있다.
상기 질소원은 특별히 제한되지 않으며, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있다. 예를 들어, 시판되고 있는 간장 분말, 펩톤, 효모 추출물, 고기 추출물, 옥수수 침지액, 황산 암모늄 등을 들 수 있다.
상기 탄소원은 특별히 제한되지 않으며, 목적에 따라 적절하게 선택할 수 있다. 예를 들면, 토마토 페이스트, 글리세린, 전분, 포도당, 갈락토스 및 덱스트린과 같은 탄수화물 및 지방을 포함한다.
상기 무기 염류는 특별히 제한되지 않으며, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있다.예를 들어, 식염 및 탄산 칼슘을 포함한다.
또한 필요시, 혈전용해효소의 양을 증가시키지 위하여 당업계에 공지된 금속 염 또는 성분을 배지에 미량으로 보충할 수 있다.
이러한 물질들은, 물질들이 Bacillus 속에 속하는 미생물에 의하여 이용될 수 있고, 미생물의 혈전용해효소 생산을 돕는 한 제한되지 않는다. 당업계에 공지된 어떠한 배양 물질들도 이용될 수 있다.
배양 방법은 특별히 제한되지 않으며, 당업계에 공지된 방법들 중에서 예컨대, Bacillus 속에 속하는 미생물의 유형에 따라 적합하게 선택될 수 있다. 예를 들어, 배치 배양(batch culture), 반연속 배양(semicontinuous culture) 및 연속 배양(continuous culture) 방법과 같은 다양한 방법들을 포함한다. Bacillus 속에 속하는 미생물의 성장을 증진시키는 당업계에 공지된 방법들은 배양용으로 조합하여 이용될 수 있다.
액체 배지를 이용하는 배양 조건은, Bacillus 속에 속하는 미생물이 이러한 조건 하에서 죽지 않고 혈전용해효소를 생산할 수 있는 한 특별히 제한되지 않는다. 상기 조건들은 목적에 따라 적절히 선택할 수 있다.
배양 온도는 특별히 제한되지 않으며, 목적에 따라 적합하게 선택할 수 있다. 상기 배양 온도는, 바람직하게는 10℃ 내지 45℃, 보다 바람직하게는 27℃ 내지 40℃, 특히 바람직하게는 27℃ 내지 30℃이며, 이때, 혈전용해효소가 다량 생산되기 때문에 유리하다.
배양 시간은 특별히 제한되지 않으며, 목적에 따라 적합하게 선택될 수 있다. 배양 시간은, 바람직하게는 12 시간 내지 120 시간이며, 보다 바람직하게는 48 시간 내지 96 시간이다.
배양은 호기성 배양 또는 혐기성 배양을 할 수 있다. Bacillus 속에 속하는 미생물을 효과적으로 번식시키기 때문에 호기성 배양이 바람직하다. 또한, 진동 배양 또는 정치 배양을 할 수 있다.
Bacillus 속에 속하는 미생물의 성공적인 증식을 액체 배지에서 확인하는 방법은 특별히 제한되지 않으며, 목적에 따라 적합하게 선택될 수 있다. 예를 들면 다음과 같다: 육안 관찰 또는 흡광도 측정, 농화 배양용 액체 배지의 혼탁도 변화 또는 첨가된 시약에 의하여 발생되는 색의 변화에 의하여 확인하는 방법; 겔 투과 크로마토그래피 측정에 의하여 미생물의 증식을 확인하는 방법 및 화학적 산소 요구량 측정에 의하여 미생물의 증식을 확인하는 방법.
상기 혈전용해효소의 상태는 특별히 제한되지 않으며, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있다. 예를 들어, 상기 바실러스 속 미생물을 포함한 배양액, 상기 바실러스 속 미생물의 균체를 제거한 배양 상층액, 정제된 혈전용해효소, 상기 바실러스 속 미생물 및 단백질성 원료를 혼합하여 발효시킨 발효액, 건조된 혈전용해효소 등을 들 수 있다.
또한, 상기 혈전용해효소를 생산하는 바실러스 속 미생물은 담체(carrier)에 고정화된 상태에서 분해에 이용 될 수 있다.
상기 담체는 특별히 제한되지 않으며, 목적에 따라 그 형상, 구조, 크기, 재질 등이 적절히 선택될 수 있다.
상기 담체의 형상은 예를 들어, 구형, 과립형, 펠렛형(pellet), 시트형, 원주형, 망사형 및 캡슐형을 들 수 있다. 이들은 단독 또는 이들의 2 종 이상의 조합으로 이용될 수 있다.
상기 담체 구조는 1 종 단독의 부재로 형성될 수 있거나 또는, 2 종 이상의 부재로 형성될 수 있다. 또한 담체는 단일-층 구조 또는 다층 구조일 수 있다. 이들은 단독 또는 이들의 2 종 이상의 조합으로 이용될 수 있다.
또한, 상기 담체의 미세 구조는, 예를 들면, 상기 바실러스 속 미생물이 상기 해양 폐기물과 접촉 할 수 있는 구조인 한 특별히 제한되지 않는다. 예컨대, 다공성 구조 또는 망사형 구조가 바람직하다. 상기 담체가 이러한 구조를 갖는 경우, 담체에 고정화된 상기 바실러스 속 미생물과 상기 해양 폐기물의 접촉 면적을 증가시킬 수 있으며, 이에 의해 탁월한 해양 폐기물의 분해 효율을 갖는다.
상기 담체의 크기는 담체를 수용할 수 있는 용기 등의 크기에 따라 적절히 선택할 수 있다. 상기 담체의 크기는 균일(일정)하거나 또는 서로 다를 수 있다.
상기 담체의 재질로 바람직한 예는, 다당류, 단백질, 합성 고분자 및 무기물을 포함한다. 이들은 단독 또는 이들의 2 종 이상의 조합으로 이용될 수 있다.
상기 다당류의 예는 셀룰로오스, 덱스트란, 아가로오스, 알긴산 나트륨, 한천 및 카라기난을 포함한다. 이들 중에서, 한천은 독성이 거의 없고, 폐기물 액체의 성분들이 탁월하게 투과되며, 용이하게 과립화되고, 처리 및 소각이 용이하며, 고농도로 Bacillus 속에 속하는 미생물을 유지할 수 있기 때문에, 한천이 바람직하다.
상기 단백질은 예를 들어, 비활성화된 단백질이 바람직하며, 그 중에서도, 젤라틴, 알부민, 및 콜라겐 등을 들 수 있다.
상기 합성 고분자는 예를 들면, 아크릴아미드, 폴리비닐 알코올, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리아크릴산 나트륨, 폴리비닐 클로라이드, 폴리스티렌, 폴리우레탄 및 광-경화성 수지(photo-curable resins)등을 들 수 있다.
상기 무기물은, 예를 들면, 실리카 겔, 활성탄, 모래, 제올라이트 다공성 유리, 무연탄, 팽창-점토, 액체 슬래그를 포함한다. 이들 중, 다공성 물질인 실리카 겔 또는 활성탄이 바람직하다.
상기 담체에 상기 바실러스 속 미생물을 고정화하는 방법은 특별히 제한되지 않는다. 상기 방법은 공지의 방법에 따라 실시될 수 있으며, 목적에 따라 적절하게 선택할 수 있다. 이들의 바람직한 예로는 부착법(deposition, 담체 결합 방법), 가교법(cross-linking) 및 포괄법(entrapment) 등을 들 수 있다. 이들은 단독 또는 이들의 2 종 이상의 조합으로 이용될 수 있다.
상기 부착법(담체 결합 방법)은 물에 불용성인 상기 담체의 표면에 상기 바실러스 속 미생물을 고정화시키는 방법이다. 상기 가교법은 2 개 이상의 관능기를 가진 시약과 상기 바실러스 속 미생물을 가교시키는 방법이다. 상기 포괄법은 상기 바실러스 속 미생물을 겔 격자에 포획하거나 또는 고분자 필름(마이크로 캡슐)으로 코팅하는 방법이다.
또한, 상기 담체에 상기 바실러스 속 미생물을 고정화 할 때 상기 바실러스 속 미생물의 고정 위치는 특별히 제한되지 않으며, 목적 등에 따라 적절하게 선택할 수 있다. 상기 바실러스 속 미생물은 호기성이므로, 상기 미생물을 상기 담체의 표면 또는 근처에 고정화시키는 것이 바람직하다.
상기 고정화 담체로서 한천을 이용하여 겔 담체를 제조하는 경우, 하기와 같이 설명한다.
고정화한 상기 바실러스 속 미생물의 누출이나 내부 침습이 적고, 내구성이 뛰어나 수명이 길고 안정성이 높은 농도인 3 중량%의 한천으로 담체를 제조하는 것이 바람직하다.
상기 한천을 3 중량%가 되도록 물과 혼합하여 60℃ 이상에서 교반하면서 한천을 용해한다. 그 후, 열 내성이 없는 상기 바실러스 속 미생물을 안정적으로 고정화하기 위하여, 고체화되지 않는 범위 내 최대 저온(예를 들어, 55℃ 이하)에서 상기 바실러스 속 미생물과 혼합하는 것이 바람직하다.
상기 바실러스 속 미생물은 예를 들어, 원심 분리와 같은 공정에 의해 집균하여 이용할 수 있다.
상기 바실러스 속 미생물을 혼합한 상기 한천을 실온까지 냉각시켜 응고시킨 후, 성형 용기에 넣어 원하는 형태로 절단하여, 상기 바실러스 속 미생물이 고정화된 고정 담체를 얻을 수 있다.
상기 바실러스 속 미생물을 고정화한 담체 (이하 "간균 속 미생물-고정 담체"로 기재)는 상기 해양 폐기물과 접촉시킬 때 용기에 보관되어있는 것이 바람직하다. 상기 담체를 폐기물과 효율적으로 접촉시킬 수 있기 때문에, 조절 방식에 있어서 용기에 담긴 담체가 바람직하다.
용기는 특별히 제한되지 않으며, 목적에 따라 그 형상, 구조, 크기, 재질 등을 적절히 선택할 수 있다.
상기 용기 형상의 바람직한 예로는, 원통형을 포함한다.
또한, 상기 용기의 재질은 내염성 재질이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 유리, 수지, 스테인레스 등으로 제조된 것이다. 이들 중, 용기 내부가 보이는 재질이 바람직하다.
상기 용기 내 상기 바실러스 속 미생물-고정 담체의 충진률(filling rate)은 특별히 제한되지 않으며, 목적에 따라 적절하게 선택할 수 있다. 충진률은 100% 또는 100% 미만일 수 있다.
또한, 폐기물의 부하에 따라 다수의 용기들을 병렬 또는 직렬로 연결할 수 있다.
---혈전용해효소에 의한 해양 폐기물의 분해 방법---
상기 해양 폐기물은 상기 혈전용해효소와 접촉시켜 분해 할 수 있다.
상기 혈전용해효소로서 상기 바실러스 속 미생물을 포함한 배양액을 직접적으로 이용하는 경우, 상기 바실러스 속 미생물 및 상기 해양 폐기물과, 바람직하게는 상기 바실러스 속 미생물의 배양에 적합한 배지를 혼합한 혼합액에서, 상기 혈전용해효소를 생산함과 동시에, 상기 해양 폐기물을 분해 할 수 있다. 상기 방법은, 조작이 간편하고, 신속하게 상기 해양 폐기물을 처리 할 수 있다는 점에서 바람직하다.
상기 해양 폐기물의 양은 특별히 제한되지 않으며, 상기 혈전용해효소의 순도 및 역가 등에 따라 적절히 선택할 수 있다. 상기 혈전용해효소의 양은 특별히 제한되지 않으며, 상기 혈전용해효소의 순도 및 효소 역가 등에 따라 적절히 선택할 수 있다. 상기 양은, 바람직하게는 해양 폐기물의 체적에 대해 0.1 체적% 이상이하고, 보다 바람직하게는 1 체적% 이상, 보다 더욱 바람직하게는 1-2 체적%이다. 상기 혈전용해효소의 양이 0.1 체적% 미만이면, 상기 해양 폐기물 처리에 긴 시간이 걸리거나 분해 효율이 감소될 수 있다. 상기 혈전용해효소의 양이 2 체적%를 초과하면, 더 이상 처리 효율이 향상되지 않을 수 있으며, 비용적인 면에서 불리하다. 그러나 분해 처리의 한계는 임계적 의의는 없다.
상기 혈전용해효소는 상기 분해 처리 시 필요에 따라 상기 해양 폐기물의 분해에 필요한 양을 적절하게 첨가하고, 처리 액의 효소 농도를 일정하게 유지하는 것이 바람직하다.
상기 분해 처리시 처리 액 내 수분 함량은 특별히 제한되지 않으며, 목적에 따라 적절하게 선택할 수 있다. 상기 양은 바람직하게는 25체적% 또는 그 이상이며, 보다 바람직하게는 50체적% 내지 70체적%이다. 25체적% 이하 양의 물은 폐기물과 효소 간의 접촉을 불충분하게 하여 효소-매개 분해 작용을 방해할 수 있다. 70체적%을 초과하는 양의 물은 효소를 희석하여 분해 반응 속도를 느려지게 한다.
상기 분해 처리시의 온도는, 상기 해양 폐기물을 분해 할 수 있는 온도인 한 특별히 제한되지 않는다. 상기 혈전용해효소의 종류 및 상기 해양 폐기물의 양 등에 따라 적절히 선택될 수 있으며, 바람직하게는 20℃-70℃이고, 보다 바람직하게는 30℃-60℃이고, 특히 바람직하게는 40℃-53℃이다. 상기 온도가 20℃ 미만이면 긴 처리 시간이 걸리거나 분해 효율이 감소될 수 있으며, 70℃를 초과하면 상기 혈전용해효소가 불활성화되어 상기 해양 폐기물을 성공적으로 분해하지 못하는 결과를 초래한다.
또한, 상기 해양 폐기물이 분해성이고, 단시간의 반응으로 분해될 경우, 바람직하게는 상기 온도는 상기 혈전용해효소의 초기 효소 활성이 높은 45℃-70℃이고, 보다 바람직하게는 50℃-60℃이다.
*한편, 상기 해양 폐기물이 난 분해성이고 장시간의 반응을 필요로 하는 경우, 바람직하게는 상기 온도는 상기 혈전용해효소가 안정적인 30℃-50℃이고, 보다 바람직하게는 40℃-47℃이다.
상기 분해 처리시 pH는 특별히 제한되지 않으며, 상기 혈전용해효소의 종류 등에 따라 적절히 선택할 수 있다. 바람직하게는, 상기 pH는 6-12이고, 보디 바람직하게는 6-9이다. 상기 pH가 6 이하 또는 12를 초과하면 상기 혈전용해효소가 불활성화되어 상기 해양 폐기물을 효율적으로 분해하지 못하는 결과를 초래한다.
상기 분해 처리 시간은 특별히 제한되지 않으며, 상기 혈전용해효소의 종류 또는 양, 상기 해양 폐기물의 종류 또는 양에 따라 적절히 선택할 수 있다. 상기 시간은 바람직하게는 5 분 이상이고, 보다 바람직하게는 10 분 이상이다. 또한, 상기 반응 시간의 상한으로는 특별히 제한되지 않으며, 목적에 따라 적절하게 선택할 수 있다. 상기 시간은 2 시간 이하가 바람직하다. 상기 해양 폐기물은 그 종류에 따라 다르지만, 2 시간 이내에 완전히 분해되는 경우가 많기 때문에 2 시간을 초과하는 반응은 비효율적일 수 있다.
상기 혈전용해효소를 정제하는 방법은 특별히 제한되지 않으며, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있다. 예를 들어, 상기 혈전용해효소를 함유하는 바실러스 속 미생물의 배양 상층액을 소수성 상호 작용 크로마토그래피(hydrophobic interaction chromatography)로 분획한 후 겔 여과 크로마토그래피(gel filtration chromatography)로 탈염하고, 밀도 구배 등전점 전기영동(density gradient isoelectric focusing)으로 정제하는 방법 등이 있다.
상기 발효산물을 제조하는 방법은 특별히 제한되지 않으며, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있다. 예를 들어, 단백질성 원료와 상기 바실러스 속 미생물을 혼합하여 공지의 방법으로 발효시키는 방법이 있다.
상기 단백질성 원료는 특별히 제한되지 않으며, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있다. 예를 들어, 콩, 팥, 강낭콩, 완두콩, 잠두 콩, 메추라기 콩, 붉은 강낭콩, 땅콩 등 식물성 원료; 수육, 생선, 닭고기 등의 동물성 원료를 포함한다. 이들은 단독 또는 이들의 2 종 이상의 조합으로 이용될 수 있다. 상기 발효 온도는 바람직하게는 10℃-50℃이며, 보다 바람직하게는 27℃-40℃이다.
상기 발효 시간은 특별히 제한되지 않으며, 목적에 따라 적합하게 선택될 수 있다. 상기 발효 시간은 바람직하게는 20 시간 내지 72 시간이며, 보다 바람직하게는 48 시간 내지 72 시간이다.
상기 발효산물을 분리하는 방법은 특별히 제한되지 않으며, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있다. 예를 들어, 염석(salting out) 및 각종 크로마토그래피에 의해 분리하는 방법 등이 있다.
상기 혈전용해효소를 건조시키는 방법은 특별히 제한되지 않으며, 공지의 방법으로 실시할 수 있다. 예를 들면, 동결 건조, 통풍 건조, 가열 건조, 감압 건조 등 일반적인 방법이 유효하다.
택일적으로, 상기 혈전용해효소는 동결 건조 후 목적에 따라 적합한 용매에 다시 용해시킬 수 있다. 상기 혈전용해효소는 동결 건조 후에도 안정한 효소 활성을 가지며, 따라서 저장 안정성이 높은 점에서 유리하다.
상기 건조된 혈전용해효소는 예컨대, 상기 바실러스 속 미생물을 포함한 배양액, 상기 바실러스 속 미생물의 배양 상층액, 상기 정제한 혈전용해효소, 상기 발효산물 또는 상기 발효산물에서 정제한 혈전용해효소를 건조시킨 것을 포함한다.
다음으로, 장치를 이용하여 상기 해양 폐기물을 처리하는 방법의 일 양태를, 도면으로써 설명할 수 있다. 그러나, 본 발명에 사용되는 장치는 이에 한정되는 것은 아니다. 또한 하기 설명에서 해양 폐기물로써 해파리 류를 예로 들어 설명하고 있으나 하기 장치를 이용하는 방법은 어떠한 해양 폐기물일 수 있으며, 해파리 류에 한정되는 것이 아니다.
도 1은 상기 해양 폐기물 처리 방법에 이용할 수 있는 장치(습식 처리 장치)의 일 예를 나타내는 개략 설명도이다. 상기 장치는 사이펀 시스템을 이용한 장치이며, (1) 분해조 속에 교반 장치를 필요로 하지 않고, (2) 펌프 1대로 운전이 가능하기 때문에 운영 비용을 줄이고 유지 보수를 용이하게 할 수 있으며, (3) 분해조에서 분해 액이 넘칠 수 없고, (4) 분해의 모습을 용이하게 관찰 할 수 있으며, (5) 장치를 쉽게 대형화할 수 있고, 그리고 (6) 연속적으로 분해 할 수 있다는 특징이 있다.
도 1에 나타낸 장치에서, 상기 효소를 포함한 처리 액(이하, "해파리 분해 조성물"로 기재)은 순환/가열조(50)에 미리 포함되어 있다. 배관에 있어서 게이트 밸브(140)이 "개방(open)"되면, 게이트 밸브(60), 게이트 밸브(70), 게이트 밸브(110) 및 게이트 밸브(130)은 "폐쇄(close)"된다. 이러한 상태에서, 상기 배관에 설치한 송액 펌프(40)을 구동시켜 해파리 분해 조성물을 펌핑하여 분해조(10)으로 수송시킨다. 상기 해파리 분해 조성물은 상기 액체 주입구에서 분해조(10)로 유입되어, 분할조(20)에 수용된 해파리와 접촉하고, 결국 상기 해파리가 상기 해파리 분해 조성물에 의하여 접촉-처리된다. 이때, 상기 해파리는, 분해조(10)의 하단에서 내부로 유입된 해파리 분해 조성물에 의하여 위쪽으로 밀어 올려짐으로써 접촉 처리된다. 즉, 상기 해파리는 중력 방향으로 낙하하는 반면, 상기 해파리 분해 조성물은 낙하하는 해파리를 밀어올리며 접촉하게 된다. 따라서 상기 해파리에 부가되는 중력과 상기 해파리 분해 조성물의 액체 압력의 상승 효과에 의해, 상기 접촉 처리가 효과적으로 실시되며, 상기 해파리가 효율적으로 분해된다.
분해조(10) 내에 유입되는 상기 해파리 분해 조성물의 일부는 분해조(10)의 하단에 설치된 상기 액체 물류 출구에서 사이펀 관(30)으로 유출된다. 또한, 분해조(10)으로 유입된 상기 해파리 분해 조성물의 증가(수위 상승)됨에 따라, 해파리 분해 조성물의 액량또한 유사한 속도로 사이펀 관에서 증가된다(수위 상승). 상기 사이펀 관은 분해조(10)의 액체 출구와 연결되어있으며, 액체 출구 근처에서는 위쪽으로 연장되고, 분해 조(10)의 상부 부분 근처에서는 아래쪽으로 굴곡된 만곡부가 있다. 사이펀 관(30) 내에서 상기 해파리 분해 조성물의 액량(수위)이 증가하여 사이펀 관(30)의 만곡부에 도달하면, 사이펀의 원리에 의해 분해조(10) 내의 상기 해파리 분해 조성물은 상기 액상 물류 출구에서 사이펀 관(30)를 통해 외부로 연속적으로 수송되어, 사이펀 관 통과 처리 액 출구(사이펀 관(30)의 끝부분) 170에서 순환/가열조(50)에 연속으로 수송된다. 이때 분할조(20)에서는, 상기 해파리 분해 조성물 양의 감소에 따라 자체-무게에 의하여 상기 해파리가 낙하한다. 상기 해파리 분해 조성물이 모두 외부로 수송되면, 분할조(20)의 바닥에 충돌하고 이 때의 충격에 의해 조각들로 부서진다.
순환/가열조(50)에 수송된 상기 해파리 분해 조성물은, 상기 배관에 설치한 송액 펌프(40)을 구동시킴으로써 다시 펌핑되어, 분해조(10)으로 다시 수송된다. 그 결과, 분해조(10) 내에서 두 번째 접촉-처리가 실시된다. 이때, 상기 배관의 게이트 밸브(140)은 “개방”되고, 게이트 밸브(60), 게이트 밸브(70), 게이트 밸브(110) 및 게이트 밸브(130)은 "폐쇄"된다. 또한, 상기 배관에 설치한 송액 펌프(40)를 연속적으로 구동시킬 수 있으며, 이에 의해 분해조(10) 내에 재수송, 재 접촉처리를 연속적으로 반복 할 수 있다. 이러한 접촉 처리를 여러 번 실시하면, 분할조(20) 내에 수용된 해파리가 완전히 분해되어, 해파리는 상기 해파리 분해 조성물에 용해된다.
또한, 순환/가열조(50)에서 필요에 따라, 사이펀 관(30)에 의해 수송된 상기 해파리 분해 조성물을 가열관(80)을 통과시켜 순환시킴으로써 가열 내지 반응시킬 수 있다. 즉, 상기 해파리 분해 조성물이 가열관(80)을 통과하고 순환/가열조(50)에서 순환되면서 균일하게 혼합된다. 또한, 상기 해파리 분해 조성물을 가열기(90)를 이용하여 상기 해파리 분해 조성물에 포함된 상기 효소의 최적 온도로 가열함으로써(상기 해파리 분해 조성물의 온도가 거기에 포함된 효소의 최적 온도에 이미 도달한 경우에는 가열기(90)의 이러한 운영은 불필요), 상기 해파리 분해 조성물에 함유된 분해되지 않은 해파리 잔해(해파리 단백질)가 완전하고 효율적으로 분해되어, 상기 해파리 단백질이 균일하게 용해된 용액으로 상기 해파리 분해 조성물이 제조된다. 또한 순환/가열조(50)의 상기 해파리 분해 조성물을 가열관(80)으로 통과시켜 순환/가열조(50)에서 순환시키기 위하여, 상기 배관의 게이트 밸브(70)은 "개방"하고, 게이트 밸브(60), 게이트 밸브(130) 및 게이트 밸브(140)은 "폐쇄"한 상태에서, 상기 배관에 설치한 송액 펌프(40)을 구동시킬 수 있다. 이 때, 순환/가열조(50)의 상기 해파리 분해 조성물의 전부를 가열관(80)을 통과시켜 순환/가열조(50)에서 순환시킬 수 있다. 택일적으로, 순환/가열조(50)의 상기 해파리 분해 조성물의 일부를 가열관(80)을 통과시켜 순환/가열조(50)에서 순환시키고, 나머지 부분은 분해조(10)으로 수송시킬 수 있다.
<용도>
본 발명의 염-함유 유기 폐액 처리제는 염-함유 유기 폐액을 단시간에 효율적으로 간편하게 처리 할 수 있으며, 안전성이 높고, 장기간에 걸쳐 지속적으로 상기 염-함유 유기 폐액을 처리 할 수 있기 때문에, 하수도, 분뇨, 식품 공장 폐액, 발전소 및 제철소 등의 임해 공장 시설의 폐액 및 기타 산업 폐액, 해양 폐기물 등의 염분을 함유하는 폐액의 정화, 특히 해파리 류의 분해 액의 정화에 적합하게 이용 가능하다.
(염 농도 저하제)
본 발명의 염 농도 저하제는 최소한 상기 스쿠티카충을 포함하고, 필요에 따라 추가적으로 다른 성분을 포함한다.
<스쿠티카충>
상기 염 농도 저하제의 상기 스쿠티카충은 특별히 제한되지 않으며, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있다. 예를 들어, 상기 염-함유 유기 폐액 처리제의 스쿠티카충과 유사한 것이다.
상기 염-함유 유기 폐액 처리제의 상기 스쿠티카충의 함유량은 특별히 제한되지 않으며, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있다. 또한, 상기 염 농도 저하제는 상기 스쿠티카충 그 자체 일 수 있다.
상기 염 농도 저하제에 포함된 스쿠티카충은, 염 농도를 감소시키는 활성이 높다는 점에서 유영형이 바람직하다. 그러나, 염 농도를 저하시킬 때의 조건, 예를 들면, 처리 액의 pH, 처리 온도, 전-배양의 유무, 폭기 조건 등에 의해 염 농도 저하제의 스쿠티카충을 휴면 상태인 포낭형에서 유영형으로 변화시킬 수 있기 때문에 염 농도 저하제에 포함된 스쿠티카충의 상태는 특별히 제한되지 않으며, 목적에 따라 적절히 선택할 수있다.
<그 외의 성분>
상기 염 농도 저하제의 상기 기타 성분으로는 특별히 제한되지 않으며, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있다. 예를 들어, 물, 해수, 슬러지, 무기 염류, 각종 배지 성분 등을 들 수 있다.
상기 염 농도 저하제의 상기 기타 성분의 함유량은 특별히 제한되지 않으며, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있다.
상기 염 농도 저하제의 제형은 특별히 제한되지 않으며, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있다. 상기 제형은 액체 또는 고체일 수 있다.
본 발명의 상기 염 농도 저하제는 단독 또는, 본 발명의 효과를 저해하지 않는 한 다른 처리제와의 조합으로 이용될 수 있다.
<염 농도 저하 방법>
상기 염 농도 저하제를 이용하여 처리하고자 하는 대상의 염-함유 용액의 염 농도를 낮추는 방법은, 상기 스쿠티카충을 포함하는 한 특별히 제한되지 않으며, 목적에 따라 적절하게 선택할 수 있다. 예를 들면, 상기 염 농도 저하제와 처리하고자 하는 대상의 염-함유 용액을 접촉시키는 방법이 있다.
상기 접촉시키는 방법은 특별히 제한되지 않으며, 목적에 따라 적절히 선택할 수있다.
<용도>
상기 염 농도 저하제는, 해수와 같은 염-함유계의 염 농도를 적합하게 저하시킬 수 있으므로, 염-함유 유기 폐액 등을 처리 할 때 원하는 염 농도까지 저하시키는 용도에 이용할 수 있다. 염-함유 유기 폐액에 포함된 유기물을 효소로 분해하는 경우, 염-함유 유기 폐액의 염 농도를 상기 염 농도 저하제에 의하여 해당 효소의 활성을 저해하지 않는 염 농도 수준으로 조정할 수 있다는 점에서 유리하다.
(염-함유 유기 폐액의 처리 방법)
본 발명의 염-함유 유기 폐액의 처리 방법은 최소한 염-함유 유기 폐액 처리 단계를 포함하며; 필요에 따라, 추가적으로 고체-액체 분리 단계, 응집 단계, 살균 단계, 탈염 단계, 온도 조절 단계, 여과 단계 및 재활용 단계와 같은 기타 단계들을 포함한다. 본 발명의 염-함유 유기 폐액의 처리 방법은, 염-함유 유기 폐액의 유기물을 단시간에 효율적으로 분해하고, 상기 염 함유 유기 폐액을 정화시킬 수 있다.
상기 염-함유 유기 폐액의 처리 방법은 장치를 이용하여 실시 할 수 있다. 상기 장치는 특별히 제한되지 않으며, 공지된 장치 중에서 목적에 따라 적절히 선택할 수있다. 또한, 상기 염-함유 유기 폐액의 유기물을 본 발명의 처리에 적합한 상태의 장치(예컨대, 상기 해파리 류를 분해하는 장치)와 연동시켜 처리되지 않은 유기물(예컨대, 해파리 고체)을 대상으로 하여 폐액의 정화까지 연속적으로 처리 할 수 있는 장치를 이용할 수 있다. 또한, 상기 염-함유 유기 폐액의 처리 방법은 하기의 본 발명의 포괄적 고정 담체를 이용하여 실시 할 수 있다.
상기 장치는 바람직하게는, 염-함유 유기 폐액 처리 수단을 포함하며; 보다 바람직하게는, 필요에 따라, 추가적으로 고체-액체 분리 수단, 응집 수단, 살균 수단, 탈염 수단, 온도 조절 수단, 여과 수단 및 재활용 수단을 포함한다.
상기 염-함유 유기 폐액 처리 단계는 상기 염-함유 유기 폐액 처리 수단에, 상기 고체-액체 분리 단계는 상기 고체-액체 분리 수단에, 상기 살균 단계는 상기 살균 수단에, 상기 탈염 단계는 상기 탈염 수단에, 상기 온도 조절 단계는 상기 온도 조절 수단에, 상기 조사 단계(irradiating step)는 상기 조사 수단, 상기 여과 단계는 상기 여과 수단에, 상기 재활용 단계는 상기 재활용 수단에 의해 적합하게 실시된다.
다음으로, 상기 염-함유 유기 폐액의 처리 방법뿐만 아니라 상기 장치에 대하여 설명한다.
<염-함유 유기 폐액 처리 공정, 염-함유 유기 폐액 처리 방법>
상기 염-함유 유기 폐액 처리 단계는, 상기 스쿠티카충과 상기 염-함유 유기 폐액을 접촉시켜 염-함유 유기 폐액을 처리하는 단계이다. 상기 장치를 이용하는 경우, 상기 염-함유 유기 폐액 처리 단계는 상기 염-함유 유기 폐액 처리 수단에 의해 적합하게 이루어진다.
상기 염-함유 유기 폐액 처리 단계에서는 스쿠티카충 자체를 이용할 수 있으며, 또는 본 발명의 상기 염-함유 유기 폐액 처리제를 이용할 수 있다.
상기 염-함유 유기 폐액을 처리하는 방법은, 상기 스쿠티카충을 포함하는 한 특별히 제한되지 않으며, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있다. 예를 들어, 상기 염-함유 유기 폐액과 상기 스쿠티카충을 접촉시키는 방법이 있다.
상기 접촉시키는 방법은 상기 염-함유 유기 폐액과 상기 스쿠티카충이 접촉할 수 있는 한, 특별히 제한되지 않으며, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있다. 예를 들어, 상기 염-함유 유기 폐액에 스쿠티카충 및/또는 상기 염-함유 유기 폐액 처리제를 첨가하는 방법, 상기 스쿠티카충을 포함한 활성 슬러지(바람직하게는, 상기 스쿠티카충을 우점종으로 한 활성 슬러지)를 이용한 활성 슬러지 방법 등을 들 수 있다.
상기 스쿠티카충의 함유량은 특별히 제한되지 않으며, 목적에 따라 적절하게 선택할 수 있다. 상기 염-함유 유기 폐액에 대한 유영형 스쿠티카충의 개체수는 바람직하게는 1.2×104 개체/mL-3.2×106 개체/mL이고, 보다 바람직하게는 4.0×104 개체/mL-1.2×105 개체/mL이고, 특히 바람직하게는 8.0×104 개체/mL-1.2×105 개체/mL이다. 상기 함유량이 1.2×104 개체/mL 미만이면, 상기 염-함유 유기 폐액의 유기물을 완전히 분해하지 못하고 처리 효율이 감소되며 처리 시간이 길어질 수 있다. 상기 함유량이 3.2×106 개체/mL를 초과하면, 스쿠티카충의 자기 용해가 시작되어 COD 값과 같은 폐액 매개 변수를 상승시킬 수 있다.
상기 스쿠티카충의 개체수는, 예를 들어, 혈구 계산기를 이용하여 측정 할 수 있다.
상기 처리 온도는 특별히 제한되지 않으며, 목적에 따라 적절하게 선택할 수 있으나, 바람직하게는 45℃ 이하이고, 보다 바람직하게는 3℃ 이상 45℃ 이하이고, 특히 바람직하게는 37℃ 이상 40℃ 이하이다. 상기 처리 온도가 45℃ 이상이면, 상기 스쿠티카충이 휴면 상태가 되어, COD 값을 충분히 감소시키지 않을 수 있다. 또한, 상기 처리 온도가 3℃ 미만이면, 스쿠티카충의 증식 속도가 느려서, 폐액을 충분히 정화하지 못 할 수 있다.
상기 처리 시간은 특별히 제한되지 않으며, 폐액 매개 변수 등에 따라 적절히 선택할 수 있다. 바람직하게는, 그 상한 시간은 48 시간 이내이고, 보다 바람직하게는 10 시간 이내, 특히 바람직하게는 7 시간 이내이다. 상기 처리 시간이 48 시간을 초과하면, 처리 시간이 너무 길어서 비효율적이므로 바람직하지 않다.
또한, 상기 처리 시간의 하한 시간은 특별히 제한되지 않으며, 목적에 따라 적절하게 선택할 수 있다. 바람직하게는, 그 하한 시간은 4 시간 이상이고, 보다 바람직하게는 5 시간 이상이고, 특히 바람직하게는 6 시간 이상이다. 상기 처리 시간이 4 시간 미만이면, 상기 염-함유 유기 폐액의 유기물을 완전히 분해하지 못하여 처리 효율이 나빠질 수 있다.
본 발명의 염-함유 유기 폐액 처리 방법은 단시간에 폐액 매개 변수를 적합한 값까지 감소시킬 수 있다는 점에서 유리하다.
상기 처리 조건은 상기 스쿠티카충이 생육 할 수 있는 조건인 한, 특별히 제한되지 않으며, 목적에 따라 적절하게 선택할 수 있다. 바람직하게는 상기 방법은 호기성 조건하에서 실시하는 것이고, 보다 바람직하게는 폭기(aeration) 조건하에서 실시하는 것이다.
상기 폭기시 호기유율(air flow rate)은 특별히 제한되지 않으며, 목적에 따라 적절하게 선택할 수 있다. 바람직하게는, 호기유율은 상기 염-함유 유기 폐액 1L에 대해 1-4 L/분이고, 보다 바람직하게는 2-4 L/분, 특히 바람직하게는 3-4 L/분이다. 상기 호기유율이 1 L/분 미만이면 상기 스쿠티카충이 생육될 수 없거나 또는 포낭형(즉, 휴면 상태)에서 유영형으로 변하지 않을 수 있다.
상기 처리시 염 농도는 특별히 제한되지 않으며, 목적에 따라 적절하게 선택할 수 있고, 상기 염-함유 유기 폐액과 상기 스쿠티카충과 필요에 따라 추가적으로 첨가된 다른 성분을 함유하는 처리 액의 전체 용량에 대하여 전기전도 측정기에서 측정한 염 농도가 바람직하게는 5 이상 80 미만이고, 보다 바람직하게는 10-70, 특히 바람직하게는 50-70이다. 상기 염 농도가 5 미만이면 상기 스쿠티카충에 의한 폐액 처리가 불충분하게 될 수 있고, 80 이상이면, 상기 스쿠티카충이 포낭형으로 변하거나 또는 사멸되어 생육 할 수 없다. 그 결과, 상기 염-함유 유기 폐액에 대한 처리 효과를 충분히 얻을 수 없다.
상기 처리시 pH는 특별히 제한되지 않으며, 목적에 따라 적절하게 선택할 수 있다. 바람직하게는 4-11이고, 보다 바람직하게는 4.2-10.5, 특히 바람직하게는 4.5-10 이다.
*또한, 상기 염-함유 유기 폐액 처리 단계의 처리 과정에 있어서, 상기 염-함유 유기 폐액 내 성분들의 함유량이 적고, 상기 스쿠티카충이 양호하게 생육 할 수 없는 상황인 경우, 적절히 포도당 등의 당류; 황산 암모늄, 염화 암모늄 등의 질소원; 염화칼륨, 인산 나트륨 등의 무기 염류; 무기 염류 각종 배지 성분 등의 1 종 또는 2 종 이상을 상기 염-함유 유기 폐액에 추가적으로 첨가하여 혼합할 수 있다. 이러한 성분들은 상기 스쿠티카충이 활발하게 증식되도록 하며, 상기 유기물의 효율을 유지할 수 있다.
또한, 본 발명에서 스쿠티카충을 우점화한 활성 슬러지는, 슬러지 내에 유영형 스쿠티카충을 포함하는 슬러지를 의미하며, 그 수는 바람직하게는 1.2×104 개체/mL-3.2×106 개체/mL이고, 보다 바람직하게는 4.0×104 개체/mL-1.2×105 개체/mL, 특히 바람직하게는 8.0×104 개체/mL-1.2×105 개체/mL이다.
상기 활성 슬러지 방법은 슬러지를 침전시키기 어렵고, 정화된 물을 획득하기 어려운 벌킹(Bulking; 팽화) 현상이 문제가 되고 있다. 상기 벌킹 현상의 원인 중 하나는, Sphaerotilus filamentous fungi와 같은 박테리아가 비정상적으로 증식하고 실 같은 박테리아가 얽힌 상태가 되어 침전이 일어나지 않는 것으로 생각되고 있다.
본 발명의 염-함유 유기 폐액의 처리 방법에 있어서, 상기 염-함유 유기 폐액 처리 단계에 활성 슬러지 방법을 이용하는 경우, 상기 스쿠티카충이 상기 염-함유 유기 폐액 중의 박테리아를 포식할 뿐만 아니라 활성 슬러지를 스쿠티카충이 우점화하고 있기 때문에(활성 상기 균류 등이 거의 존재하지 않는 상태가 되어), 벌킹 현상이 방지될 수 있다는 점에서 유리하다.
상기 활성 슬러지 방법을 이용하는 경우, 이용 전에 상기 스쿠티카충을 슬러지에서 순양시키는 것이 바람직하다.
상기 순양시키는 온도, pH, 산소 등의 조건은 특별히 제한되지 않으며, 목적에 따라 적절하게 선택할 수 있고, 상기 스쿠티카충이 적합하게 생육 할 수 있는 조건이 바람직하다.
본 발명의 염-함유 유기 폐액의 처리 방법에 따르면, 상기 염-함유 유기 폐액 처리 단계에서 염-함유 유기 폐액 중의 유기물을 분해하고 정화 할 수 있다.
상기 정화된 여부는 예를 들어, 폐액 매개 변수에 의해 판단 할 수 있다.
상기 폐액 매개 변수로는 특별히 제한되지 않으며, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있다. 예를 들어, COD, BOD, 총 인(T-P, total phosphorus), 총 질소(T-N, total nitrogen), 현탁 물질(SS, suspended solids), 노말 헥산 추출물, pH 등을 들 수 있다. 상기 염-함유 유기 폐액이 정화되었는지 여부는 상기 폐액 매개 변수 중 하나로 판단할 수 있으며, 여러 폐액 매개 변수들로 판단 할 수 있다. COD, BOD, SS, T-N, T-P는 일본 공업 규격 (JIS) K 0102에 따라 측정 할 수 있다.
상기 COD 값은 특별히 제한되지 않으며, 목적에 따라 적절하게 선택할 수 있다. 바람직하게는, 상기 스쿠티카충과 상기 염-함유 유기 폐액을 접촉시킨 후(처리 후)의 염-함유 유기 폐액의 COD 값이 상기 스쿠티카충과 상기 염-함유 유기 폐액을 접촉하기 전(처리 전)의 염-함유 유기 폐액의 COD 값에 대해 30% 이하가 되는 것이고, 보다 바람직하게는 20% 이하, 보다 더욱 바람직하게는 10% 이하이다. 특히 바람직하게는, 상기 스쿠티카충과 상기 염-함유 유기 폐액을 접촉시킨 지 7 시간 이내에 상기 COD 값이 처리 이전 COD 값에 대해 30% 이하가 되는 것이다.
바람직하게는 상기 COD 값은 160 mg/L 이하이며, 보다 바람직하게는 120 mg/L 이하, 특히 바람직하게는 100 mg/L 이하이다.
상기 염-함유 유기 폐액 처리 수단은, 상기 염-함유 유기 폐액과 상기 스쿠티카충이 접촉할 수 있는 한, 특별히 제한되지 않으며, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있다. 예를 들면, 상기 염-함유 유기 폐액을 저장하는 폐액조; 상기 스쿠티카충을 저장하는 미생물조; 상기 염-함유 유기 폐액과 상기 스쿠티카충을 접촉시키는 접촉조; 상기 폐액조에서 상기 접촉조에 상기 염-함유 유기 폐액을 수송하는 수송체 및 미생물조에서 상기 접촉조에 상기 스쿠티카충을 수송하는 수송체이다.
상기 폐액조, 상기 미생물 조, 접촉조의 형상, 구조, 크기, 재질은 특별히 제한되지 않으며, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있다. 상기 접촉조는 폭기하면서 접촉시킬 수 있도록 제공된 것이 바람직하다.
상기 수송체는 특별히 제한되지 않으며, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있다. 예를 들어, 상기 염-함유 유기 폐액을 수송시킬 관, 상기 염-함유 유기 폐액을 수송시킬수송 펌프, 상기 스쿠티카충을 수송시킬 관, 상기 스쿠티카충을 수송시킬 수송 펌프를 들 수 있다.
상기 수송체의 형상, 구조, 크기, 재질 등에 대해서는 특별히 제한되지 않으며, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있다. 상기 펌프의 구동은 컴퓨터 등의 제어 수단에 의해 제어 가능하게 설계 할 수 있다.
<고체-액체 분리 단계 및 고체-액체 분리 수단>
상기 고체-액체 분리 단계는 상기 염-함유 유기 폐액 처리 단계 후, 상기 스쿠티카충을 침전시켜 상기 스쿠티카충을 포함하는 고상(잉여 슬러지)과 정제된 수분을 포함하는 액상(폐액)으로 각각 분리하는 공정이다. 상기 장치를 사용하는 경우, 상기 고체-액체 분리 공정은 상기 고체-액체 분리 수단에 의해 적합하게 이루어진다.
상기 고상을 침전시키는 방법은 특별히 제한되지 않으며, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있다. 예를 들어, 자연 침강 방법 원심 분리 방법 등이 있다.
상기 고상과 액상을 분리하는 방법은 특별히 제한되지 않으며, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있다.
상기 고체-액체 분리된 후 유기물이 분해되어 정제된 액상은 그대로 폐기할 수 있거나, 또는 하기의 살균 공정, 탈염 공정, 여과 공정 등을 거친 후 폐기할 수 있다. 또한, 응집/침전 및 여과 공정을 거친 후 각종 고도 처리를 실시 할 수 있다.
상기 고체-액체 분리 수단은 상기 고체-액체 분리를 자연 침강시키는 방법으로 행해지는 경우, 상기 접촉조 의해 달성 될 수 있다. 상기 고체-액체 분리가 원심 분리하여 이루어지는 경우, 원심력을 적용할 수 있는 회전체 등을 들 수 있다. 상기 회전체의 형상, 구조, 크기, 재질 등에 대해서는 특별히 제한되지 않으며, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있다.
<응집 단계 및 응집 수단>
상기 응집 단계는 상기 염-함유 유기 폐액 처리 공정에서 처리된 처리 액 또는 상기 고체-액체 분리 단계에서 분리된 액상의 생성 슬러지를 응집시키는 공정이다. 상기 응집 단계는 상기 고체-액체 분리 공정에서 분리된 후 실시하는 것이 폐액의 투명도가 증가된다는 점에서 바람직하다.
상기 응집 수단은, 상기 생성 슬러지를 응집시킬 수 있는 한, 특별히 제한되지 않으며, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있다. 예를 들어, 상기 염-함유 유기 폐액 처리제에서 예시한 응집제를 들 수 있다.
상기 응집 수단의 첨가량으로는 특별히 제한되지 않으며, 응집 수단의 종류 등에 따라 적절히 선택할 수 있다.
예컨대, 상기 응집 수단이 폴리염화알루미늄(PAC)인 경우, 상기 처리 액 또는 상기 액상에 대한 첨가량으로는 0.9 g/L 이하가 바람직하고, 0.3 g/L 이하가 보다 바람직하다. 상기 PAC의 첨가량이 0.9 g/L를 초과하면 슬러지 발생량이 많아 질 수 있다.
또한 예컨대, 상기 응집 수단이 3-배 희석 폴리실리카 철 응집제인 경우, 상기 처리 액 또는 상기 액상에 대한 첨가량으로는 0.04 g/L 이하가 바람직하고, 0.11 g/L 이하가 보다 바람직하다. 상기 첨가량이 0.11 g/L를 초과하면 슬러지 발생량이 많아 질 수 있다.
<재활용 단계 및 재활용 수단>
상기 고체-액체 분리 공정에서 고체-액체 분리된 스쿠티카충의 고상은 재사용 할 수 있기 때문에, 상기 염-함유 유기 폐액의 처리 방법은 상기 고상과 새로운 염-함유 유기 폐액을 접촉시키는 재활용 단계를 추가적으로 포함하는 것이 바람직하다. 상기 재활용 단계는 장기간에 걸쳐 지속적으로 상기 염-함유 유기 폐액을 처리 할 수 있어, 잉여 슬러지의 발생을 방지 할 수 있다는 점에서 유리하다.
또한, 상기 재활용 단계에서는 필요에 따라, 적절히 상기 스쿠티카충을 추가할 수 있다.
상기 재활용 수단은 특별히 제한되지 않으며, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있다. 예를 들어, 상기 액상 및 상기 고상을 수송하는 수송체를 들 수 있다.
상기 수송체는 예컨대, 상기 액상을 수송시킬 수송 관, 상기 액상을 수송지킬 수송 펌프, 또한 상기 고상을 재사용하는 경우, 상기 접촉조에 침전된 고상을 상기 미생물 조에 수송시킬 수송관, 고상을 상기 미생물 조에 수송시킬 수송 펌프 등을 들 수 있다.
상기 수송체의 형상, 구조, 크기, 재질 등에 대해서는 특별히 제한되지 않으며, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있다. 상기 펌프의 구동은 컴퓨터 등의 제어 수단에 의해 제어 가능하게 설계 할 수 있다.
<< 살균 단계 및 살균 수단>>
상기 살균 단계는 상기 염-함유 유기 폐액 처리 수단에 의해 상기 스쿠티카충과 접촉시키고 가공된 상기 염-함유 유기 폐액에 대해 살균 처리를 하는 공정이다.
상기 장치를 이용하는 경우, 상기 살균 단계는 상기 살균 수단으로 적절하게 실시된다.
상기 살균 방법의 구체적인 예로서, 상기 염-함유 유기 폐액에 대해 전압을 인가하는 전압-인가부(voltage-applying member); 상기 염-함유 유기 폐액에 오존을 접촉시키는 오존-접촉부(ozone-contacting member); 및 상기 염-함유 유기 폐액에 자외선을 조사시키는 자외선-조사부(UV ray-irradiating member) 등이 있다. 이러한 수단들은 단독 또는 2 개 이상의 조합으로 이용될 수 있다.
<<탈염 단계 및 탈염 수단>>
상기 탈염 단계는, 예를 들어, 상기 염-함유 유기 폐액 처리 과정에서 상기 스쿠티카충과 접촉시키고 가공된 상기 염-함유 유기 폐액에 대해 탈염 처리를 가하는 공정이다. 상기 장치를 사용하는 경우, 상기 탈염 공정은 상기 탈염 수단으로 적절하게 실시된다.
상기 탈염 방법의 구체적인 예로서, 상기 염-함유 유기 폐액에 대해 전압을 적용하는 전압-적용체가 있다. 또한, 상기 장치가 상기 살균 수단으로서 전압-인가부를 갖는 경우, 상기 전압-인가부에 의해 탈염을 달성 할 수 있다.
<<온도 조절 단계 및 온도 조절 수단>>
상기 온도 조절 단계는, 상기 염-함유 유기 폐액 처리 단계에서 상기 스쿠티카충과 접촉시키는 상기 염-함유 유기 폐액의 상기 스쿠티카충 성장 및 분해 반응을 저해하지 않는 온도로 조절하는 공정이다. 상기 장치를 이용하는 경우, 상기 온도 조절 단계는 상기 온도 조절 수단으로 적절하게 실시된다.
상기 온도 조절 수단의 구체적인 예로서는, 온도기, 가열기, 송풍기 등을 들 수 있다. 이러한 수단들은 단독 또는 2 종 이상의 조합으로 이용될 수 있다.
<<여과 단계 및 여과 수단>>
상기 여과 단계는, 상기 염-함유 유기 폐액 처리 단계에서 상기 스쿠티카충과 접촉시키고 가공된 상기 염-함유 유기 폐액을 여과하는 공정이다. 상기 장치를 이용하는 경우, 상기 여과 단계는 상기 여과 수단으로 적절하게 실시된다.
상기 여과 수단의 구체적 예로는 활성탄을 이용한 컬럼 등을 들 수 있다.
다음으로, 도면을 참조하여 본 발명의 염-함유 유기 폐액 처리 방법의 일례를 설명한다. 도 2는 상기 염-함유 유기 폐액의 처리 방법을 수행하는 처리 장치의 일례를 나타내는 도면이다. 본 발명에 이용가능한 장치는 상기 장치에 한정되는 것은 아니다.
처리 장치(200)는 염-함유 유기 폐액 처리 수단(201), 고체-액체 분리 수단(202)및 여과 수단(203)을 포함한다.
염-함유 유기 폐액을 스쿠티카충이 저장된 염-함유 유기 폐액 처리 수단(201)에 첨가하고, 상기 염-함유 유기 폐액 및 상기 스쿠티카충을 염-함유 유기 폐액 처리 수단(201)에서 접촉시킨다. 상기 염-함유 유기 폐액 처리 수단(201)은 내부에 스쿠티카충 및 염-함유 유기 폐액을 교반하는 교반 수단(204)를 포함한다. 염-함유 유기 폐액 처리 수단(201)에서의 처리 시, 상기 염-함유 유기 폐액 처리 수단(201)은 도시되지 않은 온도 조절 수단으로 온도가 제어되는 것이 바람직하다. 염-함유 유기 폐액 처리 종료 후, 스쿠티카충 및 염-함유 유기 폐액을 함유하는 처리 액은 송액관(301)을 통해 고체-액체 분리 수단(202)으로 수송되어, 상기 처리액이 고상과 액상으로 분리된다. 고체-액체 분리 수단(202)은 도시되지 않은 응집 수단을 포함 할 수 있다.
상기 분리된 액상(상기 처리된 염-함유 유기 폐액을 포함하는)은 송액관(302)을 통해 여과 수단(203)으로 수송되고 여과된다. 상기 여과 수단에 의하여 처리된 상기 액상은 송액관(303)을 통해 그대로 폐기될 수 있거나 또는, 도시되지 않은 살균 수단, 탈염 수단 등에 의해 처리된 후 폐기될 수 있다.
한편, 고체-액체 분리 수단(202)에 의해 분리된 스쿠티카충을 함유하는 고상은 송액관(304)을 통해 염-함유 유기 폐액 처리 수단(201)으로 재수송되어, 재사용된다. 또한 응집 수단에 의해 형성된 침전물은 송액관(305)을 통해 폐기된다.
또한, 상기 수단들로 액체를 수송하는 방법은 특별히 제한되지 않으며, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있다. 예를 들어, 송액관들(301)-(305)은 도식되지 않은 펌프를 가질 수 있으며, 송액은 상기 펌프에 의해 실시될 수 있다.
<용도>
본 발명의 염-함유 유기 폐액 처리제, 염 농도 저하제, 염-함유 유기 폐액의 처리 방법 및 포괄적 고정 담체는, 염-함유 유기 폐액을 단시간에 효율적으로 간편하게 처리 할 수 있으며, 특수 장비를 필요로 하지 않고 낮은 에너지로, 저렴하고 안전성이 높으며, 장기간에 걸쳐 지속적으로 염-함유 유기 폐액을 처리 할 수 있다. 따라서, 하수, 분뇨, 식품 공장의 폐액, 발전소나 제철소 등의 임해 공장 시설의 폐액 및 기타 산업 폐액, 해양 폐기물 등의 염분을 함유하는 폐액의 정화, 특히 해파리 류의 분해 액의 정화에 적합하게 이용 가능하다.
(포괄적 고정 담체)
본 발명의 포괄적 고정 담체는 스쿠티카충 및 담체를 포함하며, 최소한 스쿠티카충이 담체에 포괄 고정화 되어있다. 필요에 따라, 다른 성분이 담체에 추가적으로 담지될 수 있다.
<스쿠티카충>
상기 포괄적 고정 담체의 상기 스쿠티카충은 특별히 제한되지 않으며, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있다. 예를 들어, 상기 염-함유 유기 폐액 처리제의 스쿠티카충과 유사한 것이다.
상기 포괄적 고정 담체의 상기 스쿠티카충의 함유량은 특별히 제한되지 않으며, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있다.
*상기 포괄적 고정 담체에 포함된 스쿠티카충은, 염-함유 유기 폐액의 처리 효율 및 염-농도 감소 효과가 높다는 점에서 유영형이 바람직하다. 그러나, 포괄적 고정 담체를 이용할 때의 조건, 예를 들면, 상기 포괄적 고정 담체에 첨가하는 샘플의 염 농도, 샘플의 pH 및 샘플 첨가시 온도 등에 의해, 상기 포괄적 고정 담체의 스쿠티카충을 휴면 상태인 포낭형에서 유영형으로 변화시킬 수 있기 때문에, 상기 포괄적 고정 담체에 포함 된 스쿠티카충 상태는 특별히 제한되지 않으며, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있다.
<담체>
상기 담체는 특별히 제한되지 않으며, 목적에 따라 적절히 그 형상, 구조, 크기, 재질 등에 대해 선택할 수 있다.
상기 담체의 형상은 예를 들어, 구형, 과립형, 펠렛형(pellet), 시트형, 원주형, 망사형 및 캡슐형을 들 수 있다. 이들은 단독 또는 이들의 2 종 이상의 조합으로 이용될 수 있다.
상기 담체 구조는 1 종 단독의 부재로 형성될 수 있거나 또는, 2 종 이상의 부재로 형성될 수 있다. 또한 담체는 단일-층 구조 또는 다층 구조일 수 있다. 이들은 단독 또는 이들의 2 종 이상의 조합으로 이용될 수 있다.
또한, 상기 담체의 미세 구조는, 예를 들면, 상기 스쿠티카충이 상기 염-함유 유기 폐액 등의 처리 대상과 접촉 할 수 있는 구조인 한 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 다공성 구조 또는 망사형 구조가 바람직하다. 상기 담체가 이러한 구조를 갖는 경우, 담체에 고정화된 상기 스쿠티카충과 상기 처리 대상의 접촉 면적을 증가시킬 수 있으며, 이에 의해 탁월한 상기 처리 대상의 처리 효율을 갖는다.
상기 담체의 크기는 담체를 수용할 수 있는 용기 등의 크기에 따라 적절히 선택할 수 있다. 상기 담체의 크기는 균일(일정)하거나 또는 서로 다를 수 있다.
상기 담체의 재질로 바람직한 예는, 다당류, 단백질, 합성 고분자 및 무기물을 포함한다. 이들은 단독 또는 이들의 2 종 이상의 조합으로 이용될 수 있다.
상기 다당류의 예는 셀룰로오스, 덱스트란, 아가로오스, 알긴산 나트륨, 한천 및 카라기난을 포함한다. 이들 중에서, 상기 스쿠티카충을 고농도로 유지 가능함과 동시에 폐액의 성분의 투과성이 뛰어나 과립화 작업이 용이하며, 독성이 적고, 처리 및 처분이 용이하다는 점에서 한천이 바람직하다.
상기 단백질은 예를 들어, 비활성화된 단백질이 바람직하며, 그 중에서도, 젤라틴, 알부민, 및 콜라겐 등을 들 수 있다.
상기 합성 고분자는 예를 들면, 아크릴아미드, 폴리비닐 알코올, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리아크릴산 나트륨, 폴리비닐 클로라이드, 폴리스티렌, 폴리우레탄 및 광-경화성 수지(photo-curable resins)등을 들 수 있다.
상기 무기물은, 예를 들면, 실리카 겔, 활성탄, 모래, 제올라이트 다공성 유리, 무연탄, 팽창-점토, 액체 슬래그를 포함한다. 이들 중, 다공성 물질인 실리카 겔 또는 활성탄이 바람직하다.
상기 담체에 상기 스쿠티카충을 고정화하는 방법은 특별히 제한되지 않는다. 상기 방법은 공지의 방법에 따라 실시될 수 있으며, 목적에 따라 적절하게 선택할 수 있다. 이들의 바람직한 예로는 부착법(deposition, 담체 결합 방법), 가교법(cross-linking) 및 포괄법(entrapment) 등을 들 수 있다. 이들은 단독 또는 이들의 2 종 이상의 조합으로 이용될 수 있다.
상기 부착법(담체 결합 방법)은 물에 불용성인 상기 담체의 표면에 상기 스쿠티카충을 고정화시키는 방법이다. 상기 가교법은 2 개 이상의 관능기를 가진 시약과 상기 스쿠티카충을 가교시키는 방법이다. 상기 포괄법은 상기 스쿠티카충을 겔 격자에 포획하거나 또는 고분자 필름(마이크로 캡슐)으로 코팅하는 방법이다.
또한, 상기 담체에 상기 스쿠티카충을 고정화할 때 상기 스쿠티카충의 고정 위치는 특별히 제한되지 않으며, 목적 등에 따라 적절하게 선택할 수 있다. 상기 스쿠티카충은 호기성이므로, 상기 스쿠티카충을 상기 담체의 표면 또는 근처에 고정화시키는 것이 바람직하다.
상기 고정화 담체로서 한천을 이용하여 겔 담체를 제조하는 경우, 하기와 같이 설명한다.
상기 한천은, 고정화한 상기 스쿠티카충의 누출이나 내부 침습이 적고, 내구성이 뛰어나 수명이 길고 안정성이 높은 농도인 3 중량%의 한천으로 담체를 제조하는 것이 바람직하다.
상기 한천을 3 중량%가 되도록 물과 혼합하여 60℃ 이상에서 교반하면서 한천을 용해한다. 그 후, 열 내성이 없는 상기 스쿠티카충을 안정적으로 고정화하기 위하여, 고체화되지 않는 범위 내 최대 저온(예를 들어, 55℃ 이하)에서 상기 스쿠티카충과 혼합하는 것이 바람직하다.
상기 스쿠티카충은, 예를 들어, 원심 분리와 같은 공정에 의해 집균하여 이용할 수 있다.
상기 스쿠티카충을 혼합한 상기 한천을 실온까지 냉각시켜 응고시킨 후, 성형 용기에 넣어 원하는 형태로 절단하여, 상기 스쿠티카충이 고정화된 고정 담체를 얻을 수 있다.
상기 스쿠티카충을 고정화한 담체(이하 "스쿠티카충-고정 담체"로 기재)는 상기 염-함유 유기 폐액 등의 처리 대상과 접촉시킬 때 용기에 보관되어있는 것이 바람직하다. 상기 담체를 상기 처리 대상과 효율적으로 접촉시킬 수 있기 때문에, 조절 방식에 있어서 용기에 담긴 담체가 바람직하다.
용기는 특별히 제한되지 않으며, 목적에 따라 그 형상, 구조, 크기, 재질 등을 적절히 선택할 수 있다.
상기 용기 형상의 바람직한 예로는, 원통형을 포함한다.
또한, 상기 용기의 재질은 내염성 재질이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 유리, 수지, 스테인레스 등으로 제조된 것이다. 이들 중, 용기 내부가 보이는 재질이 바람직하다.
상기 용기 내 상기 스쿠티카충-고정 담체의 충진률(filling rate)은 특별히 제한되지 않으며, 목적에 따라 적절하게 선택할 수 있다. 충진률은 100% 또는 100% 미만일 수 있다.
또한, 폐기물의 부하에 따라 다수의 용기들을 병렬 또는 직렬로 연결할 수 있다.
<그 외의 성분>
상기 포괄적 고정 담체의 상기 기타 성분으로는 특별히 제한되지 않으며, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있다. 예를 들어, 물, 해수, 슬러지, 무기 염류, 각종 배지 성분 등 들 수 있다.
상기 포괄적 고정 담체의 상기 기타 성분의 함유량은 특별히 제한되지 않으며, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있다.
<용도>
상기 포괄적 고정 담체의 용도는 특별히 제한되지 않으며, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있다. 예를 들어, 염-함유 유기 폐액 처리 및 물 등의 염을 감소시키는 목적으로 이용될 수 있다.
상기 염-함유 유기 폐액의 처리 방법에 있어서 상기 포괄적 고정 담체를 이용하는 경우, 상기 포괄적 고정 담체는 반복처리(예컨대, 상기 염-함유 유기 폐액 처리 방법의 재활용 단계)가 용이하므로 바람직하다.
실시예
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
(제조예 1: 효소로 분해시킨 해파리 폐액(해파리 효소 분해 폐액)의 제조)
-해파리 샘플채취-
도쿄에서 채취한 보름달물해파리(Aurelia aurita)를 이용하였다. 특히, 해파리는 선상에서 손그물로 채취하여, 해동 후의 해파리 체지방 조직 붕괴를 방지하기 위해 에틸렌 글리콜에 담궈두었다. 상기 해파리를 비닐 봉투에 소분 저장 후 드라이 아이스로 냉동 보존하였다. 그 후 3 시간 이내에 실험실로 운반하여 -60℃에 저장하였다.
-해파리의 효소 처리-
-60℃에 냉동 보관해 둔 해파리를 흐르는 물에 해동시켰다. 그 후, 열교반기에 비커를 설치하여 비커에 2 L의 담수와 0.1 중량%-0.2 중량%가 되도록 단백질분해효소(하기 방법으로 조제한 프리오나제 조생성물)를 첨가하고 혼합하였다. 그런 다음, 상기 혼합물을 50℃로 가열하여, 해동된 해파리를 일정한 저속으로 교반시키면서 분해시켰다.
상기 분해된 해파리의 용해액(이하 "해파리 효소 분해 폐액"으로 기재)은 플라스틱 용기로 옮겨 6℃에서 저장하였다. 이 해파리 효소 분해 폐액의 pH는 8.2이고 염 의 농도는 25이었다. 또한 염 농도는 해수 농도 측정기(PAL-06S, Atago Co., Ltd)로 측정하였고, 상기 측정 결과는 염 농도로 나타내었다. 하기 시험예에서, 모든 염 농도를 동일한 방법으로 측정하였다.
-프리오나제 조생성물(crude prionase)의 제조 -
상기 프리오나제는 본 출원인에 의해 개시된 효소(일본 특허 공보 2005-262105 호 참조)이며, 스트렙토미세스 속(genus Streptomyces)에 속하는 방사선균(Actinomycetes)인 스트렙토미세스(Streptomyces sp.) 99-GP-2D-5 균주(FERM P-19336: 독립 행정법인 산업 기술 종합 연구소, 국제 특허 생물 기탁 센터에 기탁)에 의해 생산된다.
스트렙토미세스 99-GP-2D-5 균주를 다음의 조성을 갖는 FG 배지를 이용하여 배양 하였다. 배양 후, 박테리아 세포를 원심 분리하여 제거하고, 배양 상층액을 얻었다. 상기 배양 상층액을 80 중량% 황산 암모늄으로 포화시키고 원심분리시켰다. 상기 황산 암모늄으로 포화된 침전물을 0.05 M 인산 완충액(pH 6.8)에 투석하여 프리오나제의 조 생성물(crude product)을 제조하였다.
[FG 배지의 조성(pH 7.0)]
어육 추출물(KYOKUTO PHARMACEUTICAL INDUSTRIAL CO., LTD.): 1.0g
효모 추출물 (Difco Co., Ltd.): 1.0g
글루코오스(Wako Pure Chemical Industries, Ltd.): 2.0g
황산 마그네슘 칠수화물(Wako Pure Chemical Industries, Ltd.): 0.05g
탄산 칼슘 (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.): 0.32g
증류수: 100mL
(실시예 1: 스쿠티카충(Scuticociliatida)의 제조)
-스쿠티카충(Scuticociliatida)의 분리-
도쿄만의 해저에서 바닥 침전물 시료를 채취하여 인공 해수(Daigo’s Artificial Seawater SP, NIHON PHARMACEUTICAL CO., LTD.)로 희석하여 실체 현미경 아래에서 모세관을 이용하여 스쿠티카충을 분리하였다.
도 3은 상기 분리된 미생물의 형태를 위상차 현미경으로 관찰한 사진이다. 분리 된 미생물은 서양 배의 형태이며, 길이는 20-25 μm, 장축을 따라 8-12 개의 섬모가 있고 꼬리 끝에 1 개의 섬모를 가지고 있다. 또한 입 부분이 발달되어, 파동막, 막판, 페니쿨루스(peniculus)(즉, 짧은 섬모의 밴드 배열) 등이 형성되어 있었다. 입 부분 실리아쳐(oral ciliature)는 몸체 실리아쳐(Oligohymenophora)에서 명확하게 확인할 수 있었다. 입안쪽의 구조는 대개 눈에 띄지 않고, 몸체 실리아쳐는 일반적으로 형성되며, 섬모는 몸체 표면에 균일하게 나있다(Hymenostomata).
이러한 형태학적인 특징을 기반을 하여, 상기 분리된 미생물을 스쿠티카충으로 확인하였다.
-스쿠티카충의 성장-
상기 분리된 스쿠티카충을 배양하여, 제조예 1에서 제조된 해파리 효소 분해 폐액으로 구성된 배지에서 30℃, 3 L/분의 호기유율(air flow rate)로 10 시간동안 호기성 처리(aeration)하면서 증식시켰다. 배양액 내 스쿠티카충의 수를 하기 방법으로 측정한 결과 1.2×104 개체/mL이었다.
- 스쿠티카충의 순양(Acclimation)-
상기 분리된 스쿠티카충이 1.2×104 개체/mL가 되도록 제조예 1에서 제조된 해파리 효소 분해 폐액에 첨가하고, 30℃, 3 L/분의 호기유율로 10 시간동안 호기성 처리(aeration)하면서 순양시켜서, 스쿠티카충이 우점종인 활성 슬러지를 제조하였다. 또한, 상기 활성 슬러지 내 스쿠티카충의 수를 하기 방법으로 측정한 결과 1.2×105 개체/mL이었다.
상기 준비된 스쿠티카충을 하기 시험예에 이용하였다.
[스쿠티카충의 개체수 측정 방법]
스쿠티카충의 개체수는 혈구 계산기(hemocytometer) 상의 개체수를 계산하여 측정하였다. 특히, 스쿠티카충을 함유한 시료액을 충분히 혼합하여 1.5-mL 체적의 에펜도르프 튜브에 분주하였다. 스쿠티카충을 고정시키기 위하여, 10 중량% 포르말린 용액 10μL을 상기 시료액에 첨가하여 최종 농도 0.1 중량%가 되도록 하고, 혼합하였다. 상기 준비된 스쿠티카충-고정액 10μL을 혈구 계산기(Thoma, Ikemoto Scientific Technology Co., Ltd.) 위에 떨어트린다. 두께 0.4mm의 커버 글라스를 그 위에 배치시키고, 커버 글라스의 양쪽 끝을 눌러 뉴턴 링을 확인한 후, 혈구 계산기와 커버 글라스간의 밀착을 확인하였다. 커버 글라스를 덮은 후, 위상차 현미경을 이용하여 200 배 배율에서 스쿠티카충을 측정하였다. 스쿠티카충의 개체수(개체/mL)는 하기 식에 따라 확인하였다.
개체/mL = N(16 구획 내 0.1mm3 당 개체수) / 0.1×10-3 mL(체적) = N×104 개체수
하기 시험예에서, 모든 스쿠티카충의 개체수를 동일한 방법으로 측정하였다.
(비교례 1: 미생물-고정 담체(pellet)의 제조)
해파리 분해 폐액을 처리하는 방법으로 내염성의 해양 박테리아 및/또는 해양 효모(이하 "내염성 유기물 이용 미생물"로 기재)를 이용하여 처리하는 방법이 제안되었다(일본 특허 공보 제2007-000863호 참조).
스쿠티카충에 대한 대조군으로 상기 내염성 유기물 이용 미생물을 이용하였다. 내염성 유기물 이용 미생물은, 일본 특허 공보 제2007-000863호에 기재된 방법에 따라 제조하여 하기 방법으로 미생물-고정 담체(펠렛)를 제조하였다.
(1) 염-함유 유기 폐액(해파리의 유기물 폐액)의 제조
보름달물해파리 30kg에 Bacillus subtilis 104-1-3-1 균주(기탁 번호: NITE P-680) 및 이로부터 유래된 균주에 의해 생산되는 단백질분해효소인 혈전용해효소를 2.0 중량%로 첨가하여 혼합하였다. 그 후, 상기 혼합물을 50℃로 가열하여 일정한 저속으로 교반하면서 약 1 시간동안 분해시켰다. 완전히 용해(분해)시킨 후, 상기 혼합물을 실온까지 냉각시켜 해파리 폐액을 제조하였다.
또한, 상기 혈전용해효소 원액의 효소 활성은 5,633 FLV이며, 효소 처리 시 상기 혈전용해효소의 효소 활성은 113FLV이었다.
(2) 내염성 유기물 이용 미생물의 순양
상기 (1)에서 획득한 해파리-유래 염-함유 유기 폐액 100 mL을 500 mL용 삼각 플라스크에 넣고, 해저 바닥 침전물 10g을 혼합하였다. 또한 상기 혼합물을 27℃, 180 rpm/분의 조건에서 처리하여, 해저 바닥 침전물에 포함된 내염성 유기물 이용 미생물을순양시켰다.
(3) 미생물의 제조
상기 (2)에서 획득한 내염성 유기물 이용 미생물을 포함한 용액 1 mL을 상기 (1)과 동일한 방법으로 제조한 해파리의 유기물 폐액 100 mL과 혼합하고, 상기 혼합물은 동일한 방법으로 순양을 반복하였다. 순양을 반복하여, 염-함유 유기 폐액 처리 방법에 적합한 고-활성 미생물을 고 농도로 축적할 수 있었다.
또한, 스쿠티카충이 상기 순양시킨 해파리의 유기물 폐액에 함유되지 않은 것을 실체 현미경과 위상차 현미경으로 관찰하여 확인하였다.
(4) 미생물-고정 담체의 제조
상기 (3)에서 얻은 내염성 유기물 폐액 이용 미생물을 원심분리(10 분, 10,000 × g)하여 미생물의 박테리아 세포들을 채취하고, 이를 생리 식염수에 현탁하였다. 상기 미생물의 박테리아 세포 20 mL(1.0×108 개체/mL) 및 해파리의 유기물 폐액 20 mL를, 0.3 중량% 폴리아크릴산 나트륨 및 2.0 중량% 알긴산 나트륨을 함유한 혼합액 180 mL에 혼합하였다. 상기 혼합물을 컬럼(크로마토그래프 튜브, AGC TECHNO GLASS CO., LTD.)으로 옮기고, 컬럼에 3.0 중량% 염화칼슘 용액 500 mL을 떨어뜨려서, 미생물의 박테리아 세포를 포괄화 및 고정화한 구모양의 펠렛을 제조하였다.
또한, 상기 미생물-고정 담체는 스핑고박테리움(Sphingobacterium) 속에 속하는 박테리아, 슈도모나스(Pseudomonas) 속에 속하는 박테리아, 플라보박테리움(Flavobacterium) 속에 속하는 박테리아, 및 간균(Bacillus) 속에 속하는 박테리아를 포함하는 박테리아 군을 포함한다(일본 특허 공보 제2007-000863호 참조).
(시험예 1)
해파리 효소 분해 폐액 100 mL에 10 mL의 스쿠티카충(0.3×103 개체/mL)을 첨가하였다. 상기 혼합물을 각각 22℃, 30℃ 또는 37℃에서, 3 L/분의 호기유율로 20 시간동안 호기성 처리(aeration)하고, 하기 방법으로 COD 값을 측정하였다.
-COD 값의 측정-
상기 COD 값은, 일본 공업 규격(JIS)을 준수한 디지털 반응기 블록-모델 DRB200 (이하, “디지털 블록”으로 기재)로 측정하였다.
특히, 처리 시작 전 또는 상기 조건에서 처리 후 각 시험군으로부터 1 mL씩 측정 샘플을 취하여 에펜도르프 튜브에 넣고 원심분리(15,000 rpm, 10 분, 4℃)하여, 고형물을 제거하였다. 원심분리 후 획득한 샘플 상층액 30 μL을 테스트 튜브에 첨가하고, 여기에 밀리-Q 워터 5,970 μL을 첨가하여, 샘플 원액이 200 배로 희석된 샘플을 제조하였다. 상기 희석 샘플을 제조한 후, 테스트 튜브(COD 측정 키트, 캡이 있는 유리 튜브)에 상기 희석 샘플 5 mL을 첨가하고, 여기에 시약 A(COD 측정 키트, KMnO4 용액) 0.5 mL을 추가하여, 뚜껑을 닫고 거꾸로 흔들어서 혼합하였다. 혼합 후, 상기 테스트 튜브를 100℃로 가열된 디지털 블록을 이용하여 반응을 수행하였다.
30 분 후, 디지털 블록에서 테스트 튜브를 빼서 얼음위에서 냉각시켰다. 테스트 튜브의 냉각을 확인한 후, 상기 테스트 튜브를 원심분리(3,500 rpm, 5 분)하여 상기 튜브 내 고형물을 제거하였다. 그 후, 밀리-Q 워터를 대조군으로 이용하여 영점 조정(zero adjustment)하였다. 다음으로, 각 측정 샘플을 함유한 테스트 튜브의 COD 값을 측정하였다. 하기 시험예에서, 모든 스쿠티카충의 개체수를 동일한 방법으로 측정하였다.
또한, 상기 처리에 의해 얼마나 COD 값을 제거 할 수 있는지를 알아보기 위해, 상기 처리 후 COD 값의 감소율을 하기 계산식으로 계한하였다.
상기 처리 후 COD 값의 감소율(%) = 100 - (상기 처리 후 해파리 효소 분해 폐액의 COD 값) / 처리 전 해파리 효소 분해 폐액의 COD 값) × 100
상기 계산식에서, "상기 처리 후 해파리 효소 분해 폐액의 COD 값 "은 해파리 효소 분해 폐액과 스쿠티카충을 접촉시키고 일정 시간이 경과된 후의 해파리 효소 분해 폐액의 COD 값이며, "처리 전 해파리 효소 분해 폐액의 COD 값"은 스쿠티카충을 접촉시키기 전의 해파리 효소 분해 폐액의 COD 값이다.
상기 결과들은 도 4에 나타내었다. COD 값의 가장 큰 감소율은 37℃에서 7 시간 경과 후의 시험군에서 관찰되었지만(85.2%), 각각의 온도에서 처리된 시험군들 간에는 큰 차이가 없었다.
(시험예 2)
본 처리는, 온도 조건을 37℃, 40℃ 또는 45℃로 변경한 점을 제외하고는, 시험예 1에서 실시한 방법과 동일한 방법으로 진탕하여 COD 값을 측정하였다.
상기 결과들은 도 5에 나타내었다. 40℃에서 처리한 시험군은 37℃에서 처리한 시험군에 비해 COD 감소율이 약 11 %가 낮았고, 45℃에서 처리한 시험군에 비해서는 약 31%가 낮았다. 또한, 45℃에서 처리한 시험군에서는, 대부분의 스쿠티카충이 휴면 상태(즉, 포낭형)로 있었다.
도 6a는 유영 세포형 및 포낭 세포형을 보여주는 위상차 현미경 사진이다. 도 6b는 포낭 세포만을 확대한 사진이다.
(시험예 3)
소정의 온도로 일정 시간 가열된 스쿠티카충이 생육 가능 온도에서 폐액을 처리할 수 있는지의 여부를 알아보기 위해 하기와 같은 스쿠티카충의 고온 내성 시험을 실시하였다.
스쿠티카충 10 mL(6.0×104 개체/mL)(n = 2)을 제조하여 40℃, 45℃ 또는 50℃에서 30 분 또는 60 분간 가열 처리를 하였다. 가열 처리 후, 상기 10 mL의 스쿠티카충 용액을 해파리 효소 분해 폐액 90 mL와 혼합하여 22℃, 180 rpm으로 진탕하여 호기성 처리하고 COD 값의 경시적 변화를 측정하였다.
30 분간 가열 처리한 결과는 도 7a에, 60 분간 가열 처리한 결과는 도 7b에 나타내었다.
도 7a에서 보여주는 바와 같이, 가열 처리 후 각 온도에서 처리한 시험군들에서 스쿠티카충은 포낭형으로 바뀌었고, 어떠한 유영형 스쿠티카충도 관찰되지 않았다. 그러나, 22℃에서 호기성 처리 후 18 시간 이내에, 스쿠티카충은 포낭형(즉, 휴면 상태)에서 유영형으로 돌아왔다. 스쿠티카충의 형태가 포낭형에서 유영형으로 돌아와도, 한동안은 정상 상태보다 팽윤된 유영형 스쿠티카충이 관찰되었다. 그러나 호기성 처리 시작으로부터 4 일 후에는 정상적인 형태가 되었다. 50℃ 시험군은 다른 시험군에 비해 느리게 COD 값이 감소되었으나, 96 시간 경과 후에는 40℃ 시험군 및 45℃ 시험군과 마찬가지로 약 100 mg/L로 COD 값이 감소되었다. 40℃ 시험군 및 45℃ 시험군은 24 시간 이내에 약 100 mg/L까지 감소되어 무처리 시험군과 거의 동일한 COD 감소 형태를 나타내었다.
또한 도 7b에서 보여주는 바와 같이, 가열 처리 후 각 온도에서 처리한 시험군들에서 스쿠티카충은 포낭형으로 바뀌었고, 어떠한 유영형 스쿠티카충도 관찰되지 않았다. 그러나, 22℃에서 호기성 처리 후 18 시간 이내에, 스쿠티카충은 포낭형(즉, 휴면 상태)에서 유영형으로 돌아왔다. 스쿠티카충의 형태가 포낭형에서 유영형으로 돌아와도, 한동안은 정상 상태보다 팽윤된 유영형 스쿠티카충이 관찰되었다. 그러나 호기성 처리 시작으로부터 4 일 후에는 정상적인 형태가 되었다. 40℃ 시험군 및 45℃ 시험군은 24 시간 이내에 약 100 mg/L까지 감소되어 무처리 시험군과 거의 동일한 COD 감소 형태를 나타내었다. 50℃ 시험군은 다른 시험군에 비해 느리게 COD 값이 감소되었으나, 96 시간 경과 후에는 40℃ 시험군 및 45℃ 시험군과 마찬가지로 약 130 mg/L로 COD 값이 감소되었다. 도 7a의 30 분 가열 처리 시험에 비해 가열 시간이 30 분 길기 때문에, 30 분 가열 처리보다 포낭형에서 유영형으로 스쿠티카충이 회복되는데 더 긴 시간이 걸렸으며, 특히 50℃ 시험군에서의 COD 값이 느리게 감소되었다.
(시험예 4)
본 처리는, 가열 처리 시간을 180 분으로 변경하고, 처리 온도를 45℃, 50℃, 55℃ 또는 60℃로 변경한 점을 제외하고는, 시험예 3에서 실시한 방법과 동일한 방법으로 스쿠티카충의 고온 내성 시험을 실시하여 COD 값을 측정하였다. 또한, 각 온도에서 처리된 시험군에 대한 대조군은 실온(약 25℃)에서 처리하였다.
상기 결과들을 도 8에 나타내었다. 도 8에서 보여주는 바와 같이, 각 시험 온도에서 180 분간 가열 처리한 후 22℃에서 해파리 효소 분해 폐액을 호기성 처리하는데 이용된 스쿠티카충 대부분(대조군은 제외)은, 호기성 처리 후 4 일 동안 포낭형으로 바뀌었다. 4-5 일 후부터 유영형 스쿠티카충이 관찰되었고, 이는 정상적인 생육 온도로 조건을 변경하여도 45℃ 이상에서 180 분간 가열 처리된 스쿠티카충을 유영 형식으로 회복시키는 데는 5 일이 걸린다는 것을 나타낸다. 또한, 유영형으로 회복된 스쿠티카충은 정상적인 형태와 비교하여 팽윤된 형태로 되어 있었다. COD 값은 5 일 후에도 200 mg/L 정도까지만 감소되었고, 고체-액체 분리가 불충분하며, 상층액의 투명도는 낮았다. 이는 45℃ 이상에서 처리된 시험군들에서 4 일차까지의 COD 감소는 스쿠티카충과 공존하는 박테리아의 영향에 의한 것으로 추측된다.
스쿠티카충이 완전히 유영형으로 형태를 회복하여 증식한 후, 상기 염-함유 유기 폐액의 COD 값은 100-200 mg/L 정도까지 추가적으로 감소되었고, 고체-액체 분리는 충분했으며, 상층액의 투명도는 높았다.
(시험예 5)
저온 조건하에서의 스쿠티카충에 의한 COD 값 감소 및 스쿠티카충의 성장에 대해 알아보았다. 저온 조건은 4℃로 설정하고, 이를 시험예 1에서 보여준 스쿠티카충에 의한 처리의 최적 조건 온도인 30℃에서의 COD 감소와 성장을 비교하였다.
특히, 스쿠티카충을 호기성 조건에서 하루 동안 30℃, 180 rpm으로 진탕하여 전-처리한 후, 하기 실험에 이용하였다. 전-처리한 스쿠티카충 액 5 mL을 해파리 효소 분해 폐액 95 mL와 혼합하여 4℃ 또는 30℃에서, 180 rpm으로 진탕하여 호기성 처리하고 COD 값을 측정하였다.
도 9는 COD 값의 측정 결과 및 유영형 스쿠티카충의 개체수를 보여준다. 4℃ 시험군은 COD 값이 100 mg/L 이하가 되는데 5 일이 걸린 반면, 최적 조건인 30℃ 시험군에서는 1 일 이내에 약 50 mg/L 정도가 되었다. 또한, 4℃ 시험군에서는 유영형 스쿠티카충의 개체수가 1mL 당 약 80,000 개체가 되는 데 5 일이 걸린 반면, 30℃에서는 1 일 이내에 거의 동일한 수에 달했다.
상기 결과들은 COD 값의 감소가 유영형 스쿠티카충의 개체수와 관련이 있고, 스쿠티카충의 성장에 따라 COD 값이 감소된다는 것을 나타낸다. 4℃ 시험군은 30℃ 시험군에 비해 성장 및 COD 감소시에도 보다 많은 시간을 필요로 하였다. 상기 결과들로부터, 일반적으로 보다 긴 처리 시간을 필요로 하지만, 4℃에서도 생존, 증식, 포낭형에서 유영형으로의 형태 변화 및 염-함유 유기 폐액의 COD를 감소시킬 수 있는 것으로 나타났다.
(시험예 6)
21 시간 또는 96 시간 경과 후에 COD 값을 측정한 점을 제외하고는, 시험예 5에서 실시한 방법과 동일한 방법으로 4℃ 조건에서 스쿠티카충을 증식시켜 각 경과 시간에서의 COD 값을 측정하였다. 상기 COD 값의 측정 결과들은 도 10에 나타내었다.
도 10에서 보여주는 바와 같이, 4℃에서 시험 시작 96 시간 경과 후의 COD 값은 80 mg/L로 나타났다. 상기 결과는, 4℃에서 4 일 동안의 스쿠티카충 처리가 염-함유 유기 폐액의 COD 값을 100 mg/L 이하로 감소시킬 수 있다는 것을 의미한다.
(시험예 7)
염-함유 유기 폐액의 pH가 스쿠티카충 처리에 의한 COD 감소에 미치는 영향에 대해 알아보았다.
해파리 효소 분해 폐액의 pH를, 염산 및/또는 수산화 나트륨을 이용하여 pH 3.0, pH 4.0, pH 4.2, pH 4.5, pH 4.8, pH 5.0, pH 6.5, pH 8.0 , pH 9.0, pH 10.0, pH 10.5, pH 11.0 또는 pH 11.5로 적정하였다. 각각의 pH로 적정된 해파리 효소 분해 폐액 95 mL와 스쿠티카충 5 mL을 혼합하였다. 상기 혼합물을 30℃에서, 180 rpm으로 진탕하여 호기성 처리하고, 상기 처리 20 시간 경과 후 COD 값 및 pH를 측정하였다. 또한 염-함유 유기 폐액의 시험 시작시의 COD 값은 1,003±55(n = 3) mg/L이었다.
상기 결과들을 도 11에 나타내었다. 도 11에서 보여주는 바와 같이, pH 4.8-pH 10.0의 시험군에서, 처리 시작 약 20 시간 경과 후의 COD 값은 100 mg/L 이하로 감소되었다. 또한, 이러한 시험군들은 약 20 시간 경과 후의 pH가 거의 동일하게 나타났다. pH 3.0-pH 4.0 및 pH 11.0-pH 11.5 시험군에서는 COD 값의 감소가 관찰되지 않았다. pH 4.5 및 pH 10.5 시험군에서의 COD 감소율은 약 30% 정도였다.
상기 결과들은, COD를 감소시킬 수 있는 pH 범위가 산성에서는 pH 4.5, 알칼리성에서는 pH 10.5이라는 것을 의미한다.
또한, 도 11에는 나타나지 않으나, pH 4.2-pH 10.5에서 20 시간 처리 후의 염-함유 유기 폐액에서 스쿠티카충이 관찰되었다. 이 때문에 상기 pH 범위가 스쿠티카충이 생육 가능한 pH 범위인 것으로 나타났다. 한편, pH 처리를 하지 않은 대조군의 시험 시작시의 pH는 6.5이며, 처리 후 pH는 7.8이었다. 또한 COD 값은 48 mg/L로 감소하였다.
(시험예 8)
스쿠티카충이 처리할 수 있는 폐액의 염 농도를 확인하기 위해 하기 시험을 실시하였다.
해파리 효소 분해 폐액의 염 농도는 해수 농도 측정기(PAL-06S, Atago Co., Ltd)로 측정하였고, 0, 5, 10, 25, 50, 60, 70, 80 또는 90으로 제조하였다.
염 농도 0-25를 갖는 염-함유 유기 폐액은 다음과 같이 제조하였다. 특히, 증류수에 0.5 중량%의 젤라틴 및 0.1 중량%의 글리세롤을 첨가하여 용해하고. 여기에 각각의 염 농도가 되도록 염화나트륨을 첨가하여 제조하였다.
염 농도 5-90를 갖는 염-함유 유기 폐액은 해파리 효소 분해 폐액에 염화나트륨을 첨가하여 각각의 염 농도가 되도록 제조하였다.
스쿠티카충을 호기성 조건하에서 30℃, 180 rpm으로 진탕하여 전-처리하였다.
각각의 염 농도로 제조한 해파리 효소 분해 폐액 95 mL와 스쿠티카충 5 mL를 혼합하여 30℃, 180 rpm으로 진탕하여 호기성 처리하였다. 또한, 대조군은 처리하지 않은 해파리 효소 분해 폐액을 그대로 사용하였다. 대조군의 염 농도는 25, COD 값은 938 mg/L(n = 4)이었다.
상기 결과들을 도 12에 나타내었다. 도 12의 결과들은, 약 20 시간 경과 후의 염 농도 5-80에서의 COD 값이 100 mg/L 이하라는 것을 보여준다.
그러나, 도 12에는 나타나지 않으나, 현미경으로 관찰한 결과 염 농도 80 이상에서 스쿠티카충은 관찰되지 않았다. 이는, 스쿠티카충이 염 농도 80 이하에서는 성장하고 COD 값을 감소시키지만, 염 농도 80 이상에서는 스쿠티카충이 성장할 수 있는 한계 염 농도를 초과하여, 포낭형으로 변화되거나 또는 사멸한 것으로 추정된다. 염 농도 0에서는 약 56 % 정도로만 COD 값을 감소시켰다. 이때 현미경 관찰 결과, 유영형 스쿠티카충은 15 μL 내 3 개체 밖에 없었다.
상기 결과들은, 스쿠티카충이 성장 가능한 염 농도가 80 미만이라는 것을 나타낸다. 한편, 처리할 수 있는 폐액의 염 농도는 5 이상 80 미만이다. 염 농도가 80 이상일 때는 스쿠티카충을 재활용하여 반복 처리에 이용하는 것이 어려울 것으로 여겨진다.
(시험예 9)
스쿠티카충에 의한 폐액 처리에서 초기 양(스쿠티카충의 개체수)과 COD 감소 간의 연관성에 대해 알아보았다.
미리 증식시킨 스쿠티카충을 4℃에 저장하고, 저장 6 일 후 하기 시험을 실시하였다. 또한, 4℃에서 6 일간 저장 후 스쿠티카충은 포낭형으로 변화하였고, 유영형 스쿠티카충은 거의 관찰되지 않았다.
스쿠티카충을, 해파리 효소 분해 폐액 100 mL에 대해 0.1 체적%, 0.5 체적%, 1.0 체적%, 5.0 체적%, 10.0 체적%, 15.0 체적% 및 20.0 체적%가 되도록 혼합하였다. 상기 혼합물을 30℃, 180 rpm으로 진탕하여 호기성 처리하였다. 그동안 경시적으로 COD 값을 측정하였다. 호기성하에서의 처리는 COD 값이 원하는 값으로 떨어질 때까지 실시하였다.
초기 양에 있어서 각 포낭형 스쿠티카충의 수는 하기 표 1에 나타내었다. 단위는 개체/mL이다.
| 해파리 효소 분해 폐액에 대한 스쿠티카충 액의 양 (체적%) |
초기 양에 있어서 포낭형 스쿠티카충의 수 (개체/mL) |
| 0.1 | 6.0×102 |
| 0.5 | 3.0×103 |
| 1.0 | 6.0×103 |
| 5.0 | 3.0×104 |
| 10.0 | 6.0×104 |
| 15.0 | 9.0×104 |
| 20.0 | 1.2×105 |
상기 결과들은 도 13에 나타내었다. 도 13의 결과에서, 초기 양이 많을수록 COD 감소가 빠른 것이 관찰되었다. 초기 양 10.0 체적% 이상인 시험군들에서, 처리 시작 6 시간 경과 후의 COD 값은 100 mg/L 이하로 감소되었다. 8 시간이 지난 후, 초기 양 5.0 체적% 이상인 시험군들에서 COD 값은 100 mg/L 이하로 감소되었다. 그러나, 초기 양이 10.0 체적% 이상인 시험군에서는, 처리 시작 22 시간 경과 후에 약간의 COD 값의 증가가 관찰되었다. 이는, 과도한 양의 스쿠티카충이 분해되어 염-함유 유기 폐액의 COD 값이 증가한 것으로 추측된다.
(시험예 10)
스쿠티카충에 의한 폐액 처리에서 초기 양(스쿠티카충의 개체수)과 COD 감소 간의 연관성에 대해 확인하기 위해, 염-함유 유기 폐액을 해파리 효소 분해 폐액 대신 홍합(Mytilus galloprovincialis)의 부용(broth)으로 변경한 점을 제외하고는, 시험예 9에서 이용한 방법과 동일한 방법으로 실시하였다.
특히, 스쿠티카충의 초기 양을, 홍합 부용에 대해 1 체적%(6.0×103 개체/mL), 5 체적%(3.0×104 개체/mL) 또는 10 체적%(6.0×104 개체/mL)가 되도록 하여, 상기 홍합 부용의 COD 값의 감소를 비교하였다.
홍합의 부용은 하기와 같이 제조하였다. 특히, 증류수에 홍합이 20 중량%가 되도록 침지하고, 121℃에서 20 분간 고압 증기 처리하여 제조하였다. 상기 홍합 부용의 염 농도는 8이고, pH는 7.0이었다.
4℃에 보관시킨 스쿠티카충을, 각각 초기 농도가 되도록 상기 홍합 부용에 혼합하여 22℃, 180 rpm으로 진탕하여 호기성 처리하였다.
COD 값의 측정 결과들을 도 14에 나타내었다. 도 14에 나타낸 결과에서, COD 값은 처리 시작 3 시간 경과 후에 감소되었고, 스쿠티카충의 초기 양이 많을수록 CDC 값의 감소 속도가 빠른 것으로 나타났다. CDC 값은, 1 체적% 시험군에서는 처리 시작 24 시간 경과 후, 5 체적% 시험군에서는 21 시간 경과 후, 10 체적% 시험군에서는 9 시간 경과 후에 최소값이 되었다. 이상의 결과에서, 시험예 9의 결과와 유사하게, 염-함유 유기 폐액이 홍합의 부용에서도 마찬가지로 초기 양이 많을수록, COD 값의 감소가 빠른 것으로 나타났다.
(시험예 11)
스쿠티카충을 전-배양한 경우와 전-배양하지 않은 경우, 염-함유 유기 폐액의 COD 감소 효과, 및 각 시험군에서의 COD 값의 변화와 유영형 스쿠티카충의 개체수 간의 연관성을 조사하였다.
스쿠티카충의 전-배양은, 호기성 조건하에서 22℃, 180 rpm으로 하루 동안 진탕하여 처리하였다. 전-배양하지 않은 시험군은 미리 증식시켜 4℃에 보관해 둔 스쿠티카충을 이용하였다. 모든 시험군에, 염-함유 유기 폐액에 대해 5 체적%(3.0×104 개체/mL)가 되도록 스쿠티카충을 첨가하여 22℃에서 호기성 처리하였다.
도 15a는 시험예 11에서 스쿠티카충을 미리 전-배양한 경우와 하지 않은 경우를 염-함유 유기 폐액의 COD 값 감소 측면에서 비교한 결과를 나타낸다.
전-배양한 경우에는 처리 시작 23 시간 경과 후 COD 값이 100 mg/L 이하로 감소됐지만, 전-배양하지 않은 시험군에서는 COD 값이 100 mg/mL 이하가 되는데 약 23 시간 이상이 걸렸다. 처리 시작 7 시간 경과 후에도, 전-배양하지 않은 시험군에서는 전-배양한 시험군에 비해 COD 값이 약 100 mg/L 정도 높았다.
도 15b는, 시험예 11에 있어서 스쿠티카충을 전-배양하지 않은 경우의 염- 함유 유기 폐액의 처리 시간, COD 값과 유영형 스쿠티카충의 개체수 간의 연관성을 나타낸다. 전-배양하지 않은 시험군에서는 유영형 스쿠티카충의 개체수가 23 시간에서 최대수가 되었고, 이후 감소되었다.
도 15c는, 시험예 11에 있어서 스쿠티카충을 미리 전-배양한 경우의 염-함유 유기 폐액의 처리 시간, COD 값과 유영형 스쿠티카충의 개체수 간의 연관성을 나타낸다. 전-배양한 시험군에서는 유영형 스쿠티카충의 개체수가 7 시간에서 최대수가 되었고, 이후 감소되었다. 그러나, 전-배양하지 않은 시험군에서는 유영형 스쿠티카충의 개체수가 최대수에 도달하는데 23 시간이 걸렸다는 점에서, 전-배양을 통해 성장률을 빠르게 증가시킬 수 있고, 또한 도 15a에 나타낸 결과와 마찬가지로 COD도 빠르게 감소시킬 수 있는 것으로 나타났다.
(시험예 12)
염-함유 유기 폐액을 스쿠티카충에 처리할 때, 교반 처리를 한 경우와 하지 않은 경우의 조건에서 염-함유 유기 폐액의 COD 값의 감소에 대해 비교하였다.
특히, 교반 시험군에서는 3-L용 미니 자 발효조(TSO-MS3L, TAKASAKI SCIENTIFIC INSTRUMENTS Co.)를 이용하여 분당 300 rpm으로 교반하였다. 또한 교반 시험군, 비-교반 시험군 모두는 30℃, 3 L/분의 호기유율로 호기성 처리(aeration)하여, COD 값 및 스쿠티카충의 개체수를 측정하였다. 또한, 스쿠티카충의 초기 양은, 염-함유 유기 폐액에 대해 2.3 체적%(1.38×104 개체/mL)가 되도록 조정하였다.
도 16a은 염-함유 유기 폐액의 처리 시간과 COD 값의 측정 결과 간의 연관성을 나타내며, 도 16b은 염-함유 유기 폐액의 처리 시간과 유영형 스쿠티카충의 개체수 간의 연관성을 나타낸다.
그 결과, 도 16a에서 보여주는 바와 같이, 교반 시험군에서 처리 시작 6 시간 경과 후 COD 값은 약 120 mg/L이었으나, 비-교반 시험군에서는 약 530 mg/L이었다.
또한, 도 16b에서 보여주는 바와 같이, 교반 시험군에서 처리 시작 8 시간 경과 후 유영형 스쿠티카충의 개체수는 최대수가 되었다(1.25×105 개체/mL). 한편, 비-교반 시험군에서 처리 시작 6 시간 경과 후에도 유영형 스쿠티카충의 개체수는 2.8×104 개체/mL 정도였으며, 이는 교반 시험군에서 동 시간 경과 후 유영형 스쿠티카충의 개체수의 약 30% 정도이다. 그러나 시험 시작 24 시간 경과 후에는, 비-교반 시험군의 유영형 스쿠티카충의 개체수가 교반 시험군의 최대 개체수와 거의 동일해졌다.
시험예 12에 이용된 미니 자 발효조는 발효조의 하부 중심부에 2 개의 통풍구 (내경: 5 mm)를 갖고 있다. 비-교반 시험군에서, 특히 발효조 하부의 외주 부위에서 호기성의 효과가 충분히 나타나지 않는데, 이는 스쿠티카충의 성장 및 COD 값의 감소에 필요한 산소 공급이 이루어지지 것으로 추측된다.
(시험예 13)
실제 하수 처리장에서 사용되는 활성 슬러지와 스쿠티카충의 염-함유 유기 폐액의 COD 감소 효과를 비교하였다. 상용 활성 슬러지는 가마쿠라 야마자키 정화 센터에서 교부받았다.
특히, 상기 염-함유 유기 폐액에 대해 5 체적%가 되도록 상용 활성 슬러지 또는 스쿠티카충을 혼합하여 30℃, 17 시간 호기성 처리하였다. 그 후, COD 값을 측정하였다. 또한 대조군으로는 활성 슬러지 또는 스쿠티카충을 혼합하지 않은 염-함유 유기 폐액만을 이용하였다.
상기 결과들을 도 17에 나타내었다. 도 17의 결과에서, 상용 활성 슬러지 시험군에서는 17 시간 경과 후 약 40 %의 COD 감소율을 보였으나 반면, 스쿠티카충 시험군에서는 약 93 %의 COD 감소율을 보였다. 상용 활성 슬러지 또는 스쿠티카충을 포함하지 않는 대조군에서는 약 33 %의 COD 감소율을 보였다. 도 17에는 나타나지 않으나, 17 시간 경과 후 폐액을 현미경으로 관찰하면 상용 활성 슬러지 시험군에서 포낭형의 원생 동물 개체는 다소 관찰되지만 정상적인 상태의 원생 동물은 관찰되지 않았다. 또한, 박테리아의 충분한 증식이 현미경에서 관찰되었다. 스쿠티카충 시험군에서는 상기 스쿠티카충이 활발하게 성장하고 있는 것이 관찰되었지만, 박테리아는 거의 관찰되지 않았다.
대조군에서는 원생 동물 뿐만 아니라 후생 동물도 관찰되지 않았고, 박테리아의 증식이 관찰되었다.
상용 활성 슬러지 시험군에서 원생 동물, 후생 동물이 성장할 수 없었던 이유는,염-함유 유기 폐액이 일반적인 담수 폐액에 비해 삼투압이 높아, 그들의 성장을 저해했기 때문인 것으로 추측된다.
(시험예 14)
비교예 1의 박테리아 펠렛을, 해파리 효소 분해 폐액 60 L 대해 0.2 중량%, 1.3 중량%, 2.7 중량%, 또는 4.0 중량%가 되도록 첨가하였다. 이와 별도로, 스쿠티카충을, 해파리 효소 분해 폐액 60L 대해 10 중량%가 되도록 첨가하였다.
각 시험군을 실온(약 25℃)에서 72 시간(3 일)동안 3 L/분의 호기유율로 호기성 처리한 후, COD 값을 측정하였다.
상기 결과들을 도 18에 나타내었다. 모든 박테리아 펠렛 시험군에서는, 박테리아 펠렛 양에 상관없이, COD 감소율이 약 80% 이상이 되는데 72 시간(3 일)이 걸렸다. 한편, 스쿠티카충을 첨가한 시험군에서는 6 시간 이내에 COD 감소율이 약 80% 이상이 되었다.
(시험예 15)
초기 양으로 5 체적%의 박테리아 또는 5 체적%의 스쿠티카충을 이용하여, 염-함유 유기 폐액을 처리했을 때의 처리 시간과 COD 감소 간의 연관성에 대해 알아보았다.
일본 특허 공보 제2007-863호에 기재된 박테리아를 해파리 효소 분해 폐액에서 27℃, 180 rpm으로 진탕하여 호기성 처리하여 제조하였다.
박테리아의 초기 개체수는 3.7×109 개체/mL로, 유영형 스쿠티카충의 초기 개체수는 5.7×104 개체/mL로 조정하였다. 초기 양으로 박테리아 시험군 및 스쿠티카충 시험군 각각 5 ml을, 해파리 효소 분해 폐액 95 mL에 혼합하여 27℃, 180 rpm으로 진탕하여 30 시간 동안 호기성처리를 하였다. 그 후, COD 값 및 유영형 스쿠티카충의 개체수를 측정하였다.
상기 결과들을 도 19에 나타내었다. 도 19의 결과에서, 처리 시작 3 시간 경과 후 박테리아 시험군 COD 값이 스쿠티카충 시험군보다 약 150 mg/L 높았다. 7 시간 경과 후 박테리아 시험군 COD 값은 스쿠티카충 시험군보다 약 180 mg/L, 23 시간 경과 후에는 약 190 mg/L 높았다.
이상의 결과에서 COD 감소율 및 처리 속도와 같은 처리 능력 면에서, 박테리아 군에 비해 스쿠티카충이 현격히 처리 능력이 높은 것으로 나타났다.
(시험예 16)
하기 (I)-(Ⅲ)의 각 시험군을 22℃, 2 L/분의 호기유율로 호기성 처리하고, 다음과 같은 방법으로 COD 값을 측정하였다. 처리 시간은 COD 값의 측정값에 따라 적절히 선택하고, (I)는 7 일, (Ⅱ) 및 (Ⅲ)은 3 일 동안 처리하였다.
(I) 비교예 1의 박테리아 펠렛 5 g을 해파리 효소 분해 폐액 100 mL에 첨가한 시험군 (박테리아 펠렛 시험군)
(Ⅱ) 비교예 1의 박테리아 펠렛 5 g 및 실시예 1의 스쿠티카충 5 mL을 해파리 효소 분해 폐액 100 mL에 첨가한 시험군(박테리아 펠렛 + 스쿠티카충 시험군)
(Ⅲ) 스쿠티카충 5 mL(3.0×104 개체/mL)를 해파리 효소 분해 폐액 100 mL에 첨가한 시험군(스쿠티카충 시험군)
상기 결과들은 도 20에 나타내었다. 도 20에서, 박테리아 펠렛 시험군(I)의 COD 값은 처리 시작(해파리 효소 분해 폐액과 박테리아 펠렛을 접촉시켜) 4 일 후 약 300 정도로 감소되었다(COD 감소율: 41.3%). 그러나, 스쿠티카충 시험군(Ⅲ)의 COD 값은 처리 시작 2 일 후 100 이하로 감소되었다(COD 감소율: 83.5 %). 또한, 스쿠티카충과 박테리아 펠렛을 동시에 혼합한 박테리아 펠렛 + 스쿠티카충 시험군(Ⅱ)의 COD 감소율은 스쿠티카충 시험군(Ⅲ)과 거의 차이가 없었다.
(시험예 17)
22℃에서 30℃로 변경한 점을 제외하고는, 시험예 16에서 실시한 방법과 동일한 방법으로 (I)-(Ⅲ)의 각 시험군을 처리하였다.
상기 결과들은 도 21에 나타내었다. 30℃의 조건하에서도, 시험예 16과 마찬가지로 스쿠티카충 시험군(Ⅲ)은 박테리아 펠렛 시험군(I)에 비해 COD 값의 감소가 빠르고 스쿠티카충과 박테리아 펠렛을 동시에 혼합한 박테리아 펠렛+스쿠티카충 시험군(Ⅱ)의 COD 값의 감소는 스쿠티카충 시험군(Ⅲ)과 거의 차이가 없었다. 그러나, 박테리아 펠렛+스쿠티카충 시험군(Ⅱ)은 스쿠티카충 시험군(Ⅲ)보다 COD 감소율이 80%가 되는 데 걸리는 기간이 1 일 더 소요되었다.
(시험예 18)
*스쿠티카충을 고-염 농도 식품의 폐액 처리에 적용시키기 위해 하기의 실험을 실시하였다.
생선 간장(Noto fish sauce: YAMATO SOYSAUCE CO., LTD.), 일반 간장(organic light soysouce: HIGASHIMARU SHOYU CO., LTD.) 또는 진간장(Amaminosato: AMAMI SANGYO CO., LTD.)을, 스쿠티카충의 폐액 처리 가능 염 농도의 한계인 염 농도 70(시험예 8에서 확인)이 되도록 증류수로 희석하고, 여기에 4℃에 저장되어 있던 스쿠티카충을 10 체적%(6.0×104 개체/mL)가 되도록 혼합하여 30℃, 180 rpm으로 진탕하여 호기성 처리하였다. 시험예 18에 이용된 간장은 상기 세 가지이다.
각 간장 원액의 COD 값을 측정한 결과, 생선 간장은 21,216 mg/L, 일반 간장은 91,140 mg/L, 진간장은 92,000 mg/L)이었다.
상기 결과들은 도 22에 나타내었다. 도 22에서, 모든 시험군의 COD 값은 처리 기간이 지남에 따라 감소되었다. 처리 6 일 후, 생선 간장 시험군의 COD 감소율은 약 77%, 일반 간장 시험군은 약 88%, 진간장 시험군은 약 77%이었다. 이상의 결과에서, 스쿠티카충을 통해 COD 값 및 염 농도가 높은 식품 폐액에서도 폐액 처리가 가능하다는 것을 보여주었다.
(시험예 19)
스쿠티카충을 이용한 해양 동물의 끓인 부용 폐액 처리를 확인하였다. 특히, 시험예 19에서 염-함유 유기 폐액으로 이용된 홍합(Mytilus galloprovincialis), 가리비(Mizuhopecten yessoensis) 또는 무늬발게(Hemigrapsus sanguineus)의 각각의 부용에 스쿠티카충으로 처리한 경우와 하지 않은 경우의 조건하에서, 염-함유 유기 폐액의 처리 시간과 COD 값 간의 연관성을 조사하였다.
-홍합 부용의 제조-
증류수에 홍합이 30 중량%가 되도록 침지하고, 121℃에서 20 분간 고압 증기 처리하여 홍합 부용을 제조하였다. 이 때 부용의 염 농도를 측정한 결과, 약 7이었다.
-가리비 부용의 제조-
증류수에 가리비가 11.7 중량%가 되도록 침지하고, 121℃에서 20 분간 고압 증기 처리하여 가리비 부용을 제조하였다. 이 때 부용의 염 농도를 측정한 결과, 약 9이었다.
-무늬발게 부용의 제조-
증류수에 무늬발게가 22.5 중량%가 되도록 침지하고, 121℃에서 20 분간 고압 증기 처리하여 무늬발게 부용을 제조하였다. 이 때 부용의 염 농도를 측정한 결과, 약 8이었다.
4℃에 저장해 둔 스쿠티카충을, 상기 홍합, 가리비 또는 무늬발게의 부용에 각각 5 체적%(3.0×104 개체/mL)이 되도록 첨가하고 22℃, 180 rpm으로 진탕하여 호기성 처리하였다.
홍합 부용의 COD 값 결과는 도 23a, 가리비 부용의 COD 값 결과는 도 23b, 무늬발게 부용의 COD 값 결과는 도 23c에 나타내었다.
도 23a의 결과에서, 스쿠티카충을 처리한 홍합 시험군의 처리 24 시간 경과 후 COD 감소율은 약 83%로 나타났다. 또한, 처리 72 시간 경과 후 COD 감소율은 약 95%였다. 한편, 스쿠티카충을 처리하지 않은 홍합 대조군에서는 처리 72 시간 경과 후에도 COD 감소율이 약 6%에 그쳤다.
도 23b의 결과에서, 스쿠티카충을 처리한 가리비 시험군의 처리 24 시간 경과 후 COD 감소율은 약 79%로 나타났다. 또한, 처리 72 시간 경과 후 COD 감소율은 약 84%로 나타났다. 한편, 스쿠티카충을 처리하지 않은 가리비 대조군에서는 처리 72 시간 경과 후에도 COD 값은 변화하지 않았다.
도 23c의 결과에서, 스쿠티카충을 처리한 무늬발게 시험군의 처리 24 시간 경과 후 COD 감소율은 약 76%로 나타났다. 또한, 처리 72 시간 경과 후 COD 감소율은 약 87%로 나타났다. 한편, 스쿠티카충을 처리하지 않은 무늬발게 대조군에서는 COD 감소율이 약 9%에 그쳤다. 이상의 결과에서, 염-함유 유기 폐액이 해파리 이외 기타 해양 동물 유래의 부용일 때에도, 아무런 문제없이 스쿠티카충으로 COD 값을 감소시킬 수 있는 것으로 확인되었다.
(시험예 20)
염-함유 유기 폐액을 미리 혈전용해효소로 처리한 경우 스쿠티카충에 의한 폐액 처리에 대해 알아보았다.
-시험군 I(인공 해수+조개육+효소+스쿠티카충)-
껍데기에서 분리한 홍합육 50.0g을 150 mL의 증류수에 넣은 후, 단백질분해효소 인 Bacillus subtilis 104-1-3-1 균주(기탁 번호: NITE P-680) 또는 이로부터 유래된 균주에 의해 생산되는 혈전용해효소 5,000 μL를 첨가하여, 50℃에서 40 분간 교반하면서완전히 용해시켰다.
또한, 상기 혈전용해효소 원액의 효소 활성은 5,633 FLV이며, 효소 처리시에는 188 FLV이었다.
또한, 시험군 I에서, 혈전용해효소에 의해 분해된 조개육의 잔류물은 1 g이었다. 즉, 약 98 중량% 조개육이 용해되었다. 이때 잔류물은 조개육 분리 시 제거되지 않았던 홍합의 족사(byssus) 및 껍데기의 일부였다.
상기 혈전용해효소에 의해 분해된 조개육의 폐액을 인공 해수(염 농도: 35)로 희석하여 50 체적%가 되도록 하였다. 상기 희석액 100 mL에, 4℃에 저장되어 있던 스쿠티카충을 5 체적%(3.0×104 개체/mL)가 되도록 혼합하여 22℃, 72 시간, 180 rpm에서 진탕하여 호기성 처리하였다. 그동안 경시적으로 COD 값을 측정하였다.
-시험군 Ⅱ(인공 해수+조개육+스쿠티카충)-
시험군 Ⅱ은, 껍데기에서 분리한 홍합육 50.0 g을 150 mL의 증류수에 넣은 후 50℃에서 40 분간 교반하였다.
상기 조개육의 폐액을 인공 해수(염 농도: 35)로 희석하여 50 체적%이 되도록 하였다. 상기 희석액 100 mL에, 4℃에 저장되어 있던 스쿠티카충을 5 체적%(3.0×104 개체/mL)가 되도록 혼합하여 22℃, 72 시간, 180 rpm에서 진탕하여 호기성 처리하였다. 그동안 경시적으로 COD 값을 측정하였다.
-시험군 Ⅲ(인공 해수+효소+스쿠티카충)-
시험군 Ⅲ는, 50 mL의 인공 해수(염 농도: 35)에 상기 혈전용해효소 5,000 μL를 첨가하였다.
상기 효소 용액을 인공 해수로 희석하여 50 체적%가 되도록 하였다. 상기 희석액 100 mL에 4 ℃에 저장되어 있던 스쿠티카충을 5 체적%(3.0×104 개체/mL)가 되도록 혼합하여 22℃, 72 시간, 180 rpm에서 진탕하여 호기성 처리하였다. 그동안 경시적으로 COD 값을 측정하였다.
-시험군 IV(인공 해수+스쿠티카충)-
시험군 IV는, 50 mL의 인공 해수(염 농도: 35)에 증류수 5,000 μL를 첨가하였다.
상기 인공 해수를 추가적으로 인공 해수로 희석하여 50 체적%가 되도록 하였다. 상기 희석액 100 mL에, 4℃에 저장되어 있던 스쿠티카충을 5 체적%(3.0×104 개체/mL)가 되도록 혼합하여 22℃, 72 시간, 180 rpm에서 진탕하여 호기성 처리하였다. 그동안 경시적으로 COD 값을 측정하였다.
시험군 I-IV의 COD 값의 경시적 변화를 도 24a에 나타내었다. 도 24a에서, 시험군 I(효소에 의하여 분해된 조개육 폐액)의 COD 값은, 스쿠티카충을 처리하기 전 5,300 mg/L에서 시험 시작 72 시간 경과 후 800 mg/L로 감소되었고, COD 감소율은 약 85%였다. 시험군 Ⅱ(효소로 분해시키지 않은 조개육 폐액, 50℃ 부용)의 COD 값은, 스쿠티카충을 처리하기 전 3,240 mg/L에서 시험 시작 후 72 시간 경과 후 185 mg/L로 감소 되었고, COD 감소율은 약 94%였다. 시험군 Ⅲ(효소만 처리한 조개육 폐액)의 COD 값은, 스쿠티카충을 처리하기 전 400 mg/L에서 시험 시작 72 시간 경과 후 약 60 mg/L로 감소되었고, COD 감소율은 약 84%였다 .
표 2는 처리 시작 72 시간 경과 후 COD 값, 염 농도 및 pH를 측정한 결과이다.
이상의 결과에서, 스쿠티카충을 통해 시험예 10 및 18의 부용 뿐만 아니라 효소로 분해된 조개육 폐액에서도 폐액 처리가 가능하다는 것을 보여주었다.
| 시험액 | COD (mg/L) | 염 농도 | pH | |
| 시험군 I | 인공 해수+조개육+효소+스쿠티카충 | 13600 | 27 | 6.4 |
| 시험군 Ⅱ | 인공 해수+조개육+스쿠티카충 | 6120 | 14 | 6.4 |
| 시험군 Ⅲ | 인공 해수+효소+스쿠티카충 | 1900 | 9 | 7.2 |
| 시험군 IV | 인공 해수+스쿠티카충 | 15 | 8 | 6.4 |
다음으로, 스쿠티카충을 처리하지 않은 것을 제외하고는 상기 시험군 I-IV에서 이용한 방법과 동일한 방법으로 본 실험을 실시하였다. 상기 결과들을 도 24b에 나타내었다. 도 24b의 결과에서, 스쿠티카충-미처리 시험군 I(효소에 의하여 분해된 조개육 폐액)의 COD 값은, 시험 시작 전 5,400 mg/L에서 24 시간 경과 후 3,300 mg/L로 감소되었지만, 72 시간 경과 후에는 2,980 mg/L로 거의 변화하지 않았다. 72 시간 경과 후의 COD 감소율은 약 46%였다. 스쿠티카충-미처리 시험군 Ⅱ(효소로 분해시키지 않은 조개육 폐액, 50℃ 부용)의 COD 값은, 시험 시작 전 3,600 mg/L에서 시험 시작 72 시간 경과 후 3,300 mg/L로 감소되었고, COD 감소율은 약 8%였다. 상기 결과들에서 어느 정도의 COD 감소는 관찰되었으나, 스쿠티카충을 처리하지 않은 경우 처리 시작 72 시간 경과 후의 COD 감소율은, 도 24a에 나타난 스쿠티카충 처리 시 COD 감소율에 비해 40-50% 정도가 낮았다.
(시험예 21)
스쿠티카충의 염-함유 유기 폐액 처리 시작 0 시간, 6.5 시간 경과 후 또는 22.5 시간 경과 후에, 상기 스쿠티카충의 처리 폐액 또는 상기 처리 폐액의 상층액(고체-액체 분리)에, 폴리염화알루미늄(Polyaluminum chloride, PAC)을 0.3 g/L 또는 0.9 g/L가 되도록 첨가하였다. 처리 종료 후, 응집/침전시킨 상층액의 COD 값, pH 및 생성된 슬러지 양을 비교하였다.
특히, 스쿠티카충 5 mL(3.0×104 개체/mL)을 염-함유 유기 폐액 95 mL에 혼합하였다. 처리 시작 0 시간, 6.5 시간 경과 후, 또는 22.5 시간 경과 후에, PAC를 첨가하고 37℃, 180 rpm으로 진탕하여 호기성 처리를 하고, COD 값을 측정하였다. 생성된 슬러지 양은 처리가 완료된 후 전체 폐액을 메스 실린더에 옮기고, 침전된 슬러지 양으로 측정하였다.
도 25a는 시험예 21의 PAC 첨가시기에 따른 COD 값의 변화를 비교한 결과이다.
PAC를 0.3g/L 첨가한 경우, 모든 시험군에서 22.5 시간 경과 후 COD 값은 50 mg/L 이하로 거의 동일하였다. 그러나, 상층액의 투명도는, 처리 시작 0 시간 및 6.5 시간 경과 후 PAC를 첨가한 시험군보다 종료 후 PAC를 첨가한 시험군이 높았다.
PAC를 0.9 g/L 첨가한 경우, 모든 시험군에서 22.5 시간 경과 후 COD 값은 40 mg/L 이하로 거의 동일하였다. 그러나, 종료 후 PAC를 첨가한 시험군의 COD 값이 다른 시험군들보다 약간 낮았다. 상층액의 투명도는, 처리 시작 0 시간 및 6.5 시간 경과 후 PAC를 첨가한 시험군보다 종료 후 PAC를 첨가한 시험군이 높았다.
도 25b에 시험예 21의 PAC 첨가시기에 따른 pH의 변화를 비교한 결과이다.
PAC를 0.3 g/L 첨가한 경우, 모든 시험군에서 22.5 시간 경과 후 pH는 약 8로 거의 동일하였다.
PAC를 0.9 g/L 첨가한 경우, 종료 후 PAC를 첨가한 시험군의 pH가 7.5였으며, 다른 시험군보다 약간 낮았다. 기타 시험군들의 pH는 약 8로 거의 동일하였다.
도 25c에 시험예 21의 PAC 첨가시기에 따른 생성 슬러지 양을 비교한 결과이다.
PAC를 0.3 g/L 첨가한 경우, 22.5 시간 경과 후 PAC를 첨가한 시험군에서 가장 생성된 슬러지 양이 많았고, 6.5 시간 경과 후 PAC를 첨가한 시험군에서 생성된 슬러지 양은 22.5 시간 경과 후 첨가한 시험군의 약 60% 정도였다. 처리 시작시(처리 시작 0 시간) PAC를 첨가한 시험군의 생성된 슬러지 양은 22.5 시간 경과 후 PAC를 첨가한 시험군의 약 70% 정도였다.
PAC를 0.9 g/L 첨가한 경우, 22.5 시간 경과 후 PAC를 첨가한 시험군에서 가장 생성된 슬러지 양이 많았고, 6.5 시간 경과 후 PAC를 첨가한 시험군에서 생성된 슬러지양은 22.5 시간 경과 후 첨가한 시험군의 약 40% 정도였다. 처리 시작시 PAC를 첨가한 시험군의 생성된 슬러지 양은 22.5 시간 경과 후 PAC를 첨가한 시험군의 약 60% 정도였다.
이상의 결과에서, PAC를 스쿠티카충 처리 종료 후 첨가한 경우 고체-액체 분리시킨 상층액은 다른 시험군에 비해 투명하나, 슬러지가 많이 생성되었다. 결론적으로, 염-함유 유기 폐액 처리 종료 후 0.3 g/L보다 적은 양의 PAC를 첨가하여 응집/침전시키는 것이 보다 바람직한 것으로 사료된다.
(시험예 22)
시험예 21에서 폴리염화알루미늄(PAC)을 염-함유 유기 폐액에 대해 0.3 g/L 또는 0.9 g/L가 되도록 첨가한 대신, 3-배 희석된 폴리실리카 철 응집제(고형분: 62.174 g/L, PSI-025: SUIDO KIKA KAISHA, LTD.)를 염-함유 유기 폐액에 대해 0.67 mL/L(고형분 기준으로 0.04 g/L) 또는 1.7 mL/L(고형분 기준으로 0.11 g/L)가 되도록 첨가한 것을 제외하고는, 시험예 21에 이용된 방법과 동일한 방법으로 시험예 22를 실시하였다.
도 26a는 시험예 22의 3-배 희석된 폴리실리카 철 응집제 첨가시기에 따른 COD 값의 변화를 비교한 결과이다.
3-배 희석된 폴리실리카 철 응집제를 0.67 mL/L 첨가한 경우, 모든 시험군에서22.5 시간 경과 후 COD 값은 50 mg/L 이하로 거의 동일하였다. 그러나, 처리 종료 후 PSI-025를 첨가한 시험군의 COD 값은 다른 시험군들보다 약간 낮았다. 상층액의 투명도는, 처리 시작 0 시간 및 6.5 시간 후 PSI-025를 첨가한 시험군보다 종료 후 PSI-025를 첨가한 시험군이 높았다.
3-배 희석된 폴리실리카 철 응집제를 1.7 mL/L 첨가한 경우, 모든 시험군에서22.5 시간 경과 후 COD 값은 40 mg/L 이하로 거의 동일하였다. 그러나 처리 시작시 PSI-025를 첨가한 시험군의 COD 값은 다른 시험군들보다 약간 낮았다. 상층액의 투명도는, 처리 시작 0 시간 및 6.5 시간 후 PSI-025를 첨가한 시험군보다 종료 후 PSI-025를 첨가한 시험군이 높았다.
도 26b는 시험예 22의 3-배 희석된 폴리실리카 철 응집제 첨가시기에 따른 pH의 변화를 비교한 결과이다.
3-배 희석된 폴리실리카 철 응집제를 0.67 mL/L 첨가한 경우, 종료 후 PSI-025를 첨가한 시험군의 pH는 7.9로, 다른 시험군보다 약간 낮았다. 기타 시험군들의 pH는 약 8로 거의 동일하였다.
3-배 희석된 폴리실리카 철 응집제를 1.7 mL/L 첨가한 경우, 종료 후 PSI-025를 첨가한 시험군의 pH는 7.7로, 다른 시험군보다 약간 낮았다. 기타 시험군들의 pH는 약 8로 거의 동일하였다.
도 26c는 시험예 22의 3-배 희석된 폴리실리카 철 응집제 첨가시기에 따른 생성 슬러지 양을 비교한 결과이다.
3-배 희석된 폴리실리카 철 응집제를 0.67 mL/L 첨가한 경우, 22.5 시간 경과 후 PSI-025를 첨가한 시험군에서 가장 생성된 슬러지 양이 많았고, 6.5 시간 경과 후 PSI-025를 첨가한 시험군에서 생성된 슬러지 양은 22.5 시간 경과 후 첨가한 시험군의 약 86% 정도였다. 처리 시작시 PSI-025를 첨가한 시험군의 생성된 슬러지 양은 22.5 시간 경과 후 PSI-025를 첨가한 시험군의 약 78% 정도였다.
3-배 희석된 폴리실리카 철 응집제를 1.7 mL/L 첨가한 경우, 22.5 시간 경과 후 PSI-025를 첨가한 시험군에서 가장 생성된 슬러지 양이 많았고, 6.5 시간 경과 후 PSI-025를 첨가한 시험군에서 생성된 슬러지 양은 22.5 시간 경과 후 첨가한 시험군의 약 64% 정도였다. 처리 시작시 PSI-025를 첨가한 시험군의 생성된 슬러지 양은 22.5 시간 경과 후 PSI-025를 첨가한 시험군의 약 73% 정도였다.
이상의 결과에서, 3-배 희석된 폴리실리카 철 응집제를 스쿠티카충 처리 종료 후 첨가하는 경우 고체-액체 분리시킨 상층액은 다른 시험군에 비해 투명하나, 슬러지가 많이 생성되었다. 결론적으로, 염-함유 유기 폐액 처리 종료 후 0.67 mL/L보다 적은 양의 PSI-025를 첨가하여 응집/침전시키는 것이 보다 바람직한 것으로 사료된다.
(시험예 23)
염-함유 유기 폐액에 대한 스쿠티카충의 연속 처리 여부에 대해 알아보았다.
해파리 효소 분해 폐액 20 L와 스쿠티카충 1,000 mL(3.0×104 개체/mL)을 혼합하여 30℃, 28 L/분의 호기유율로 24 시간 동안 호기성 처리하였다. 처리 시작 24 시간 경과 후 호기성 처리를 중지하고, 상기 혼합물을 고체-액체 상태로 분리하여 상층액을 획득하고 침전시켰다. 그 후, 침전된 스쿠티카충을 함유한 약 2-3 L의 상기 혼합물에 새로운 해파리 효소 분해 폐액을 첨가하였다. 상술한 동일 조건하에서, 해파리 효소 분해 폐액의 처리를 4 번 반복하였다.
첫 번째 처리는 스쿠티카충의 증식을 활성화시키고, 해파리 효소 분해 폐액 내 성분의 이용과 소비를 촉진시키기 위하여 순양을 실시하였다.
각 단계마다 일본 공업 규격 (JIS) K 0102에 따른 COD, BOD, SS, T-N 및 T-P를 측정하였다.
COD 값 및 BOD 값의 측정 결과는 도 27a, SS의 측정 결과는 도 27b, T-N의 측정 결과는 도 27c, T-P의 측정 결과는 도 27d에 나타내었다.
도 27a의 결과에서, 순양 24 시간 경과 후 COD 값은 3,400 mg/L에서 780 mg/L로 감소되었고, BOD 값은 3,800 mg/L에서 570 mg/L로 감소되었다. 연속적으로 반복한 경우 COD 값 및 BOD 값 모두 4 회 반복 처리시 90 이하였으며, 이는 스쿠티카충을 연속적으로 폐액에 처리할 수 있다는 것을 나타낸다.
도 27b 결과에서, 반복 처리시 SS 값은 90 mg/L 이하였으며, 이는 안정된 폐액 의 처리가 가능하다는 것을 제시한다.
도 27c의 결과는 T-N에 있어서 안정된 처리를 달성할 수 있는 가능성을 나타낸다.
도 27d의 결과는 처리 후 T-P가 30 mg/L 이하임을 나타낸다.
(시험예 24)
해파리 효소 분해 폐액에 스쿠티카충 처리, 응집/침전 처리 및 활성탄 처리를 순서대로 실시하였다. 각 단계마다, JIS K 0102에 따라 상기 해파리 효소 분해 폐액의 BOD, COD, SS, T-N 및 T-P를 측정하였다.
-스쿠티카충 처리 -
스쿠티카충을 해파리 효소 분해 폐액 20 L에 대해 5 체적%(3.0×104 개체/mL)이 되도록 혼합하여 30℃, 28 L/분의 호기유율로 24 시간 동안 호기성 처리하였다. 상기 호기성 처리를 중지하고 60 분간 방치하여 고체-액체 상태로 분리시켰다. 상기 결과물 상층액을 스쿠티카충 처리액으로 이용하였다.
-응집/침전 처리-
상기 스쿠티카충 처리액에 시험예 22의 3-배 희석된 폴리실리카 철 응집제 PSI-025를 400 mL/L가 되도록 첨가하여 응집/침전 처리하였다. 상기 결과물 상층액을 응집/침전 처리액으로 이용하였다.
-활성탄 처리-
상기 응집/침전 처리액을 300 mL 체적의 활성탄(KURARAY COAL: KURARAY CO., LTD.)에 통과시키고, 상기 결과물 액체를 활성탄 처리액으로 이용하였다.
도 28에 나타낸 결과에서, 활성탄 처리 후 BOD 값은 0.8 mg/L(감소율: 약 99.9%), COD 값은 2.4 mg/L(처리 전 폐액에 대한 감소율: 약 99.8%)였다. 또한, SS 값은 1 mg/L(감소율: 약 99.6%), T-P 값은 약 0.3 mg/L(감소율: 약 98.8%)의 낮은 수치를 나타냈다. 그러나, 효소 분해 폐액의 189 mg/L였던 T-N 값이, 생물학적 처리 후에는 165 mg/L(감소율: 약 12.7%), 응집 침전 처리 후에는 146 mg/L(감소율: 약 22.8%), 활성탄 처리 후에는 135 mg/L(감소율: 약 28.6%)로 감소되었다. 비록 T-N 값이 감소되기는 하였으나, 다른 폐액 측정값과 같은 높은 감소율을 나타내지 않았다.
(시험예 25)
홍합 부용의 농도를 홍합 부용 원액에 각각 25 중량%, 50 중량%, 75 중량%, 100 중량%가 되도록 인공 해수로 희석하여 제조하고, 이를 스쿠티카충으로 처리한 경우 염-함유 유기 폐액의 COD 감소 및 염 농도의 변화를 확인하였다.
홍합 부용은 증류수에 홍합이 80 중량%가 되도록 침지하여 121℃, 20 분간 고압 증기 처리하여 제조하였다.
상기 각 농도로 희석시킨 후 COD 값을 측정 한 결과, 홍합 부용 25 중량%의 경우 2,080 mg/L, 홍합 부용 50 질량%의 경우 3,600 mg/L, 홍합 부용 75 질량%의 경우 4,800 mg/L, 홍합 부용 100 질량%의 경우 6,400 mg/L이었다.
또한 희석 후 염 농도를 측정한 결과, 홍합 부용 25 중량%의 경우 5, 홍합 부용50 질량%의 경우 10, 홍합 부용 75 질량%의 경우 15, 홍합 부용 100 질량%의 경우 20이었다.
상기 각 홍합 부용에 4℃에 저장해둔 스쿠티카충을 5 체적%(3.0×104 개체/mL)이 되도록 혼합하고, 22℃, 180 rpm으로 진탕하여 호기성 처리하였다. COD 값의 측정 결과는 도 29a에 나타내었다. 또한, 염 농도의 변화는 도 29b에 나타내었다.
도 29a에 나타낸 결과에서, 모든 희석된 부용 시험군에서 처리 72 시간 경과 후 COD 감소율은 약 91-93%로 거의 동일하였다. 반면 대조군에서는 거의 COD 값의 변화가 관찰되지 않았다. 이는 처리 전 염 농도 5-20 범위의 부용은 아무 문제없이 스쿠티카충으로 처리할 수 있다는 것을 나타내었다.
도 29b에 나타낸 결과에서, 모든 시험군에서 스쿠티카충이 염-함유 유기 폐액 내 염을 섭취하여, 폐액 내 염 농도가 감소되고 있는 것이 관찰되었다. 특히, 25 중량% 농도의 부용에서의 스쿠티카충 처리는 100 중량% 농도의 부용의 4-배 희석된 농도(0.5 중량%)보다 더 낮은 염 농도를 나타내었으며, 이는 스쿠티카충의 처리가 폐액의 염 농도를 감소시킬 수 있다는 것을 나타낸다.
(시험예 26)
스쿠티카충을 담체에 포괄 고정화하고 염-함유 유기 폐액에 반복 처리했을 때의 염-함유 유기 폐액의 처리 전과 처리 후의 COD 값을 측정하였다.
포괄적 고정 담체(entrapment immobilization carrier)는, 스쿠티카충의 폐액 처리 능력을 유지시키기 위하여, 스쿠티카충이 담체에서 어느 정도 움직일 수 있도록 내부는 액체이고 외부는 고체(겔)인 담체이다. 특히, 포괄적 고정 담체는 스쿠티카충 액 외피를 알긴산 나트륨과 폴리 아크릴산 나트륨의 복합 재료로 포괄적 고정화시킴으로써 형성되었다. 포괄적 고정 담체를 제조에 이용되는 컬럼은 이중막 구조를 갖고 있으며, 염-함유 폐액에 순양시킨 스쿠티카충 액(이하, "내각 용액(inner-shell solution)"으로 기재) 50 mL을 주사기를 이용하여 컬럼 상단부터 내부 컬럼에 주입시켰다. 한편, 2 중량% 알긴산 나트륨 용액 및 0.3 중량% 폴리아크릴산 나트륨 용액을 함유한 용액 200 mL (이하, "외각 용액(outer-shell solution)"으로 기재)을, 하기와 같은 방법으로 외부 컬럼에 주입시켰다. 특히, 글래스 튜브는 외부 컬럼의 중간 부분에서 분기되어, 외부 컬럼을 채우기 위한 충전 컬럼과 연결되어 있다. 핀치콕을 상기 중간 부분에 배치하여 포괄적 고정 담체 용액의 유입을 조절하는 데 이용하였다. 내각 용액 및 외각 용액의 경우, 먼저 외부 컬럼 및 충전 컬럼 사이에 있는 핀치 콕을 개방하여 외부 컬럼에 외각 용액을 충전시킨다. 또한, 동시에, 내부 컬럼에 내각 용액을 충전하여, 내부 컬럼 및 외부 칼럼의 하단에서 외각 용액과 혼합시킨다. 이에 의해 내부에는 내각 용액, 외부에는 외각 용액으로 된 액체 방울이 형성되었다. 이 액체 방울을 컬럼 하단에 설치한 1L 의 3 중량% 염화칼슘 용액(저속 교반)에 적하하여 포괄적 고정화 겔을 형성시켰다. 형성한 포괄적 고정화 겔은 하루 동안 염화칼슘 용액에 교반하여 충분히 고정화한 후, 흐르는 물에 충분히 세척하고 6℃에서 0.9 질량% 염화 나트륨 용액에 침지하여 약 2 개월 동안 저장하였다. 이것을 스쿠티카충 포괄적 고정화 담체로 이용하였다.
스쿠티카충 포괄적 고정화 담체에 의한 염-함유 유기 폐액의 처리를 다음과 같이 실시하였다. 특히, 상기 스쿠티카충 포괄적 고정화 담체 5 mL과 해파리 효소 분해 폐액 95 mL 씩을 500 mL 플라스크 3 개에 넣고 27℃에서 180 rpm으로 진탕하여 호기성 조건에서 18 시간 처리하였다.
처리 전과 처리 후의 COD 값은, 해파리 효소 분해 폐액에서 1 mL의 처리 액을 분취하여 측정하였다. 그 후, 해파리 효소 분해 폐액 모두를 100 mL 메스 실린더에 옮기고 그대로 세워두어, 스쿠티카충 포괄적 고정화 담체를 침전시켰다. 상기 결과물의 상층액은 폐기하고, 여기에 새로운 해파리 효소 분해 폐액을 첨가하는 과정을 4회 반복하였으며, 각 반복시마다 처리 가능 여부를 확인하였다.
도 30은 스쿠티카충 포괄적 고정 담체를 처리하기 전과 처리한 후의 해파리 효소 분해 폐액의 COD 값을 보여준다. 처리 전 해파리 효소 분해 폐액의 COD는 577 mg/L였으나, 처리 후는 139 mg/L로 감소되었다. 이 때의 COD 감소율은 76%였으나, 2 번째, 3 번째, 4 번째를 반복한 결과, COD 감소율은 2 번째는 87%, 3 번째는 87%, 4 번째는 88%로, 안정된 처리 능력을 나타내었다. 또한, 처리 후 해파리 효소 분해 폐액은 고체-액체의 분리가 양호하였으며, 현미경 관찰 결과 많은 스쿠티카충을 확인할 수 있었다. 해파리 효소 분해 폐액 처리에 있어, 액종(liquid starter)보다 내부에 스쿠티카충이 살아있는 포괄적 고정 담체의 취급이 더욱 용이하여, 스타터로서의 이용 가능성이 제시되었다.
(시험예 27)
다른 온도에서 장기간 보관시의 스쿠티카충의 보존성을 확인하였다. 보존성은 장기 저장 후 스쿠티카충의 생육 상태와 COD 감소 능력을 통해 확인하였다.
하기 표 3에 나타낸 저장 온도, 저장 기간 및 저장 상태 조건하에서 저장한 스쿠티카충(시료 A-E) 5 mL과 해파리 효소 분해 폐액 95 mL를 혼합하여, 30℃에서 180 rpm으로 진탕하여 호기성 조건에서 48 시간 처리하고, 경시적으로 스쿠티카충의 상태를 관찰하여, COD 값을 측정하였다. 상기 결과들은 하기 표 4에 나타내었다.
| 샘플 | 저장 온도 | 저장 기간 | 저장 상태 |
| A | -20℃ | 5 개월 | 스쿠티카충 |
| B | 6℃ | 6 개월 | 스쿠티카충+해파리 효소 분해 폐액 |
| C | 8℃ | 4 개월 | 스쿠티카충+해파리 효소 분해 폐액 |
| D | 12℃ | 4 개월 | 스쿠티카충+해파리 효소 분해 폐액 |
| E | 16℃ | 4 개월 | 스쿠티카충+해파리 효소 분해 폐액 |
| - | 0 시간 | 24 시간 | 48 시간 | |||||
| 샘플 | 저장 온도 | COD | COD | 유영형 | 포낭형 | COD | 유영형 | 포낭형 |
| A | -20℃ | 924 | 84 | +++ | - | 54 | ++ | + |
| B | 6℃ | 888 | 162 | + | (+++) | 62 | +++ | (+++) |
| C | 8℃ | 876 | 278 | + | (+++) | 120 | +++ | (+++) |
| D | 12℃ | 864 | 134 | +++ | (+++) | 92 | +++ | (+++) |
| E | 16℃ | 948 | 398 | + | (+++) | 135 | ++ | (++) |
표 4의 결과에서, 처리 시작 24 시간 경과 후 스쿠티카충 대부분은 포낭형으로 변하였으며, 완전히 유영형으로 변하지 않았다. 그러나, 48 시간 경과 후에는 대부분 유영형으로 회복되었다. 또한, 처리 시작 24 시간 경과 후 -20℃에 저장한 샘플 A 시험군은 91%의 COD 감소율을 나타냈으나, 16℃에 저장한 샘플 E 시험군에서는 58%의 낮은 COD 감소율을 나타냈다. 처리 시작 2 일 후에는 -20℃와 6℃ 저장 시험군에서 COD 감소율이 93% 이상이었으나, 그 이외는 90% 미만이었다.48 시간 동안 처리된 해파리 효소 분해 폐액을 고체 및 액체로 분리하였다. 상기 분리한 스쿠티카충 슬러지 5 mL와 해파리 효소 분해 폐액 95 mL를 혼합하여, 30℃에서 180 rpm으로 진탕하여 호기성 조건에서 22 시간 처리하고, 스쿠티카충의 상태를 관찰하여, COD 값을 측정하였다. 상기 결과들은 하기 표 5에 나타내었다.
| 0 시간 | 22 시간 | ||||
| 샘플 | 저장 온도 | COD | COD | 유영형 | 포낭형 |
| A | -20℃ | 804 | 47 | +++ | - |
| B | 6℃ | 828 | 41 | +++ | ++ |
| C | 8℃ | 924 | 71 | +++ | +++ |
| D | 12℃ | 852 | 57 | +++ | ++ |
| E | 16℃ | 804 | 51 | +++ | ++ |
처리 시작 22 시간 경과 후에는 모든 저장 온도 시험군에서 92% 이상의 COD 감소율을 나타냈으며, 스쿠티카충의 활발한 유영성이 관찰되었다.이상의 결과에서, 스쿠티카충은 적어도 4 개월 동안 16℃ 이하의 온도에서 저장가능하며, 염-함유 유기 폐액을 연속해서 처리 할 수 있는 것으로 나타났다.
해파리의 출현은 계절성이 있다. 따라서, 이에 대응한 폐액 처리는 지속적이지 않고 산발적이며, 처리 시간도 제한적이다.
본 발명에 따르면, 해파리와 같은 염-함유 유기 폐액의 처리가 필요하지 않은 기간 동안, 특별한 방법이나 특별한 장비를 필요로 하지 않고 저온에서 스쿠티카충을 저장할 수 있으며, 이는 본 발명이 염-함유 유기 폐액 처리에 있어 간편하고 유용한 처리 기술임을 시사한다.
산업상 이용 가능성
본 발명의 염-함유 유기 폐액 처리제, 염 농도 저하제, 염-함유 유기 폐액의 처리 방법 및 포괄적 고정 담체는, 염-함유 유기 폐액을 단시간에 효율적으로 간편하게 처리 할 수 있으며, 특수 장비를 필요로 하지 않고 낮은 에너지로, 저렴하고 안전성이 높으며, 장기간에 걸쳐 지속적으로 염-함유 유기 폐액을 처리 할 수 있다. 따라서, 하수, 분뇨, 식품 공장의 폐액, 발전소나 제철소 등의 임해 공장 시설의 폐액 및 기타 산업 폐액, 해양 폐기물 등의 염분을 함유하는 폐액의 정화, 특히 해파리 류의 분해 액의 정화에 적합하게 이용 가능하다.
본 발명의 양태는 다음과 같다.
<1> 스쿠티카충(Scuticociliatida)을 포함하는 염-함유 유기 폐액의 처리제.
<2> <1>에 있어서, 상기 처리제는 추가적으로 응집제를 포함하는 것을 특징으로 하는 염-함유 유기 폐액 처리제.
<3> <2>에 있어서, 상기 응집제는 폴리염화알루미늄(polyaluminum chloride), 폴리실리카 철(polysilica iron) 또는 이들의 조합인 것을 특징으로 하는 염-함유 유기 폐액 처리제.
<4> 스쿠티카충(Scuticociliatida)을 포함하는 염-함유 유기 폐액의 염 농도 저하제.
<5> 스쿠티카충(Scuticociliatida)을 염-함유 유기 폐액에 접촉시키는 단계를 포함하는 염-함유 유기 폐액의 처리 방법.
<6> <5>에 있어서, 스쿠티카충을 염-함유 유기 폐액에 접촉시킨 후의 염-함유 유기 폐액의 COD 값이, 스쿠티카충을 염-함유 유기 폐액에 접촉시키기 전의 염-함유 유기 폐액의 COD 값에 비해 30% 이하가 되는 것을 특징으로 하는 염-함유 유기 폐액의 처리 방법.
<7> <5> 또는 <6>에 있어서, 스쿠티카충을 염-함유 유기 폐액에 접촉시킨 후의 염-함유 유기 폐액의 COD 값이 스쿠티카충과 염-함유 유기 폐액이 접촉한 지 7 시간 이내에, 스쿠티카충을 염-함유 유기 폐액에 접촉시키기 전의 염-함유 유기 폐액의 COD 값에 비해 30 % 이하가 되는 것을 특징으로 하는 염-함유 유기 폐액의 처리 방법.
<8> <5> 내지 <7> 중 어느 하나에 있어서, 염-함유 유기 폐액에 대하여 1.2×104 개체/mL-3.2×106 개체/mL인 유영형 스쿠티카충을 염-함유 유기 폐액에 접촉시키는 것을 특징으로 하는 염-함유 유기 폐액의 처리 방법.
<9> <5> 내지 <8> 중 어느 하나에 있어서, 염-함유 유기 폐액의 온도는 45℃ 미만인 것을 특징으로 하는 염-함유 유기 폐액의 처리 방법.
<10> <5> 내지 <9> 중 어느 하나에 있어서, 염-함유 유기 폐액의 pH는 4.5-10.5 인 것을 특징으로 하는 염-함유 유기 폐액의 처리 방법.
<11> <5> 내지 <10> 중 어느 하나에 있어서, 염-함유 유기 폐액의 염 농도는 5 이상 80 미만이며, 상기 염 농도는 전기 전도계에서 측정한 것을 특징으로 하는 염-함유 유기 폐액의 처리 방법.
<12> <5> 내지 <11> 중 어느 하나에 있어서, 염-함유 유기 폐액 처리 과정 후 획득한 혼합물을, 스쿠티카충을 함유하는 고상과 염-함유 유기 폐액의 처리 액을 함유한 액상으로 분리하는 고체-액체 분리 단계를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 염-함유 유기 폐액의 처리 방법.
<13> <12>에 있어서, 상기 분리된 액상에 응집제를 첨가하여 슬러지를 응집/침전시키는 단계를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 염-함유 유기 폐액의 처리 방법.
<14> <12> 또는 <13>에 있어서, 상기 분리된 액상을 여과시키는 여과 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 염-함유 유기 폐액의 처리 방법.
<15> <12> 내지 <14> 중 어느 하나에 있어서, 상기 분리된 고상에 추가적으로 염-함유 유기 폐액을 첨가하여 염-함유 유기 폐액 처리 과정을 반복하는 것을 특징으로 하는 염-함유 유기 폐액의 처리 방법.
<16> <5> 내지 <15> 중 하나에 있어서, 염-함유 유기 폐액은 해파리 류, 조개류, 갑각류, 식품 폐액 또는 이들의 조합인 것을 특징으로 하는 염-함유 유기 폐액의 처리 방법.
<17> <5> 내지 <16> 중 하나에 있어서, 염-함유 유기 폐액은 해파리 류의 분해 액을 포함하는 것을 특징으로 하는 염-함유 유기 폐액의 처리 방법.
<18> <5> 내지 <17> 중 하나에 있어서, 염-함유 유기 폐액 처리는 스쿠티카충이 우점종인 활성 슬러지를 이용하는 활성 슬러지 방법에 의해 실시되는 것을 특징으로 하는 염-함유 유기 폐액의 처리 방법.
<19> <18>에 있어서, 스쿠티카충이 우점종인 활성 슬러지는 1.2×104 개체/mL-3.2×106 개체/mL의 유영형 스쿠티카충을 포함하는 것을 특징으로 하는 염-함유 유기 폐액의 처리 방법.
<20> 스쿠티카충(Scuticociliatida) 및 담체를 포함하는 포괄적 고정 담체(entrapment immobilization carrier): 최소한, 상기 스쿠티카충(Scuticociliatida)은 담체에 포괄화 및 고정화된다.
10: 분해조
20: 분할 조
30: 사이펀 관
40: 송액 펌프
50: 순환/가열조
60: 게이트 밸브
70: 게이트 밸브
80: 가열관
90: 가열기
110: 게이트 밸브
130: 게이트 밸브
140: 게이트 밸브
170: 사이펀 관 통과 처리 액 출구
200: 처리 장치
201: 염-함유 유기 폐액 처리 방법
202: 고체-액체 분리 수단
203: 여과 수단
204: 교반 수단
301,302,303,304,305: 송액관
20: 분할 조
30: 사이펀 관
40: 송액 펌프
50: 순환/가열조
60: 게이트 밸브
70: 게이트 밸브
80: 가열관
90: 가열기
110: 게이트 밸브
130: 게이트 밸브
140: 게이트 밸브
170: 사이펀 관 통과 처리 액 출구
200: 처리 장치
201: 염-함유 유기 폐액 처리 방법
202: 고체-액체 분리 수단
203: 여과 수단
204: 교반 수단
301,302,303,304,305: 송액관
Claims (16)
- 스쿠티카충(Scuticociliatida)을 포함하는 염-함유 유기 폐액의 처리제.
- 제 1 항에 있어서, 상기 처리제는 추가적으로 응집제를 포함하는 것을 특징으로 하는 염-함유 유기 폐액 처리제.
- 제 2 항에 있어서, 상기 응집제는 폴리염화알루미늄(polyaluminum chloride), 폴리실리카 철(polysilica iron) 또는 이들의 조합인 것을 특징으로 하는 염-함유 유기 폐액 처리제.
- 스쿠티카충(Scuticociliatida)을 포함하는 염-함유 유기 폐액의 염 농도 저하제.
- 스쿠티카충(Scuticociliatida)을 염-함유 유기 폐액에 접촉시키는 단계를 포함하는 염-함유 유기 폐액의 처리 방법.
- 제 5 항에 있어서, 상기 방법은 상기 스쿠티카충을 상기 염-함유 유기 폐액에 접촉시킨 후의 염-함유 유기 폐액의 COD 값이, 상기 스쿠티카충을 상기 염-함유 유기 폐액에 접촉시키기 전의 염-함유 유기 폐액의 COD 값에 비해 30% 이하가 되는 것을 특징으로 하는 염-함유 유기 폐액의 처리 방법.
- 제 6 항에 있어서, 상기 방법은 상기 스쿠티카충을 상기 염-함유 유기 폐액에 접촉시킨 후의 염-함유 유기 폐액의 COD 값이 상기 스쿠티카충과 상기 염-함유 유기 폐액이 접촉한 지 7 시간 이내에, 상기 스쿠티카충을 상기 염-함유 유기 폐액에 접촉시키기 전의 염-함유 유기 폐액의 COD 값에 비해 30 % 이하가 되는 것을 특징으로 하는 염-함유 유기 폐액의 처리 방법.
- 제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은 상기 염-함유 유기 폐액에 대하여 1.2×104 개체/mL-3.2×106 개체/mL인 유영형의 상기 스쿠티카충을 상기 염-함유 유기 폐액에 접촉시키는 것을 특징으로 하는 염-함유 유기 폐액의 처리 방법.
- 제 5 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 염-함유 유기 폐액의 온도는 45℃ 미만인 것을 특징으로 하는 염-함유 유기 폐액의 처리 방법.
- 제 5 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 염-함유 유기 폐액의 pH는 4.5-10.5인 것을 특징으로 하는 염-함유 유기 폐액의 처리 방법.
- 제 5 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 염-함유 유기 폐액의 염 농도는 5 이상 80 미만이며, 상기 염 농도는 전기전도 측정기로 측정한 것을 특징으로 하는 염-함유 유기 폐액의 처리 방법.
- 제 5 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은 상기 염-함유 유기 폐액 처리 과정 후 획득한 혼합물을, 상기 스쿠티카충을 함유하는 고상과 상기 염-함유 유기 폐액의 처리 액을 함유한 액상으로 분리하는 고체-액체 분리 단계를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 염-함유 유기 폐액의 처리 방법.
- 제 12 항에 있어서, 상기 분리 단계에서 분리된 액상에 응집제를 첨가하여 슬러지를 응집/침전시키는 단계를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 염-함유 유기 폐액의 처리 방법.
- 제 12 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분리 단계에서 분리된 액상을 여과시키는 여과 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 염-함유 유기 폐액의 처리 방법.
- 제 12 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분리 단계에서 분리된 고상에 추가적으로 상기 염-함유 유기 폐액을 첨가하여 상기 염-함유 유기 폐액 처리 과정을 반복하는 것을 특징으로 하는 염-함유 유기 폐액의 처리 방법.
- 제 5 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 염-함유 유기 폐액은 해파리류, 조개류, 갑각류, 식품 폐액 또는 이들의 조합인 것을 특징으로 하는 염-함유 유기 폐액의 처리 방법.
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