KR20190014652A

KR20190014652A - 미생물을 이용한 피트 슬러지 분해 및 가축분뇨의 악취 제거용 조성물

Info

Publication number: KR20190014652A
Application number: KR1020170098376A
Authority: KR
Inventors: 전지혜; 강명숙
Original assignee: 주식회사 해담
Priority date: 2017-08-03
Filing date: 2017-08-03
Publication date: 2019-02-13

Abstract

본 발명은 자연미생물이 생존하는 천연광물인 머드스톤(Mudstone: 이암) 100중량부에 코발트(Co), 게르마늄(Ge) 및 셀레늄(Se)이 혼합된 광물성분 분말을 3 ~ 5 중량부와 평면왕겨 및 팜(Palm) 분말을 배합하여 혼합함을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기의 혼합물에 파이테이트 분해효소(phytase)와 광합성 세균(Rhodospirillum .spp)을 접종시킨 후 상온에서 7일간 후숙시킨 피트 슬러지 분해 및 가축분뇨의 악취 제거용 조성물을 제공함을 특징으로 한다.

Description

미생물을 이용한 피트 슬러지 분해 및 가축분뇨의 악취 제거용 조성물 {Composition for removing odor of livestock manure using microorganisms}

본 발명은 미생물을 이용한 피트 슬러지 분해 및 가축분뇨의 악취 제거용 조성물에 관한 발명으로 보다 상세하게는 가축분뇨 중 돈분이나 음식물 쓰레기 및 폐수등의 악취제거용 조성물에 관한 발명이다.

과거 인분이나 가축분뇨는 농작물 재배함에 있어서 없어서는 안될 중요 퇴비로 농촌에서는 남의 집에서 소변이나 대변을 보지 못하게 할 정도로 소중히 여겼다.

가축 분뇨는 통상적으로 분, 뇨, 오수와 사료 등을 포함하며, 이러한 돈분뇨의 성상과 이화학적 특성은 급여사료의 종류, 계절 그리고 저장조건 등과 같은 많은 요인에 의해 영향을 받는다. 특히, 축사에서 발생되는 악취 물질은 주로 분뇨의 혐기적 분해 반응에 의해 생성되는 물질로 구성되어 있으며, 가축분뇨에는 자연적으로 존재하는 미생물의 에너지원으로 사용되는 유기물질과 영양 성분이 포함되며, 가축분뇨가 미생물에 의해 분해될 때 다양한 가스와 휘발성 물질들을 발생시킨다. 이러한 분해 작용이 혐기적으로 일어날 때, 가스와 휘발성 물질들이 악취를 수반하게 된다.

최근에는 축산산업이 대규모의 기업화를 지향하면서 축산분뇨는 악취는 물론 환경을 훼손하는 심각한 오염물질로 둔갑하고 있다.

특히나 대량으로 돼지를 사육하는 축사의 경우, 비육돈에 분뇨 등이 묻지 않도록 축사를 2층 구조로 설계한 후 상단에는 비육돈을 사육하고 하단에는 분뇨가 떨어지도록 함으로써 하단으로 떨어진 분뇨는 인력 부족 등으로 수개월간 그대로 바닥에 방치되어 뚜꺼운층이 형성되어 이를 제거하기가 어려울 뿐 아니라, 파리 등 해충들의 번식처로 이용되며, 또한, 수자원의 오염 등으로 인해 민원발생은 물론 사육돈들의 위생 환경에도 악영향을 미쳐 구제역 등의 전염병에도 취약한 문제점을 지니고 있다.

상기와 같은 돈분 등의 가축분뇨에서 발생하는 악취를 제거하기 위하여 최근에는 미생물 및 미생물 기질을 이용한 악취제거 관련기술들이 활발하게 개발되고 있다. 이를 구체적으로 살펴보면, 국내 공개특허 제2011-19628호에는 악취성분인 암모니아와 황화수소를 각각 2 ppm과 0.06 ppm으로 감소하는 능력을 가진 저온내성미생물을 탐색, 분리 선별하여 Issatchenkia orientalis PE 균주를 개발하여 상기 균주를 이용한 악취제거용 제품으로 가축의 사료첨가제나 축산분뇨처리, 음식물쓰레기처리에 이용하는 기술이 개시되어 있다. 국내 공개특허 제2013-0129011호에는 홍색 황 세균에 바실러스균, 알카리제니스 균, 시트로박터 균 및 니트로소모나스를 접종시켜, 제1 배합물을 제조한 후 여기에 게껍질, 조개껍질 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 물질에 플라보박테륨 및 니트로박터균를 혼합하여 배양한 후, 간균 및 슈도모나스균을 다시 혼합하여 배양한 돈분 악취 제거용 미생물 첨가제에 관한 기술이 개시되어 있고, 국내등록특허 제439635호에는 뮤커 속 곰팡이, 아스퍼질러스 속, 바실러스 속, 락토바실러스 속 및 사카로마이세스 속 균주와의 혼합물로 이루어진 균체배양액 혼합물 30 내지 60중량% 및 미생물 안정화형 부형제 40 내지 70중량%로 구성된 가축의 증체 및 축산 분뇨의 악취 발생 감소에 효과적인 가축사료 첨가용 미생물제가 개시되어 있다. 국내 공개특허 제2015-0092874호에는 데바리오마이세스 한세니 YC7058 (Debaryomyces hansenii) KFCC 11575P를 포함하는 악취 제거용 미생물 제제가 개시되어 있으며, 국내등록특허 제1260872호에는 바실러스(Bacillus)균, 락토바실러스(Lactobacillus)균, 엔테로코커스(Enterococcus)균, 스트렙토코커스(Streptococcus)균 및 효모(Saccharomyces)균으로 구성되는 미생물 생균제 및 유산균 배양여액을 유효성분으로 함유하는 축산악취 제거제가 개시되어 있다.

또한, 국내등록특허 제1534891호에는 축사의 악취 제거 기능을 갖는 신규의 바실러스 리체니포미스균이 개시되어 있으며, 국내등록특허 제1451240호에는 가축 사료에 첨가되거나 축사에 적용이 되어 축사 내부 및 축사 주위에 악취 저감 효과를 발생시킬 수 있는 미생물 생산물을 이용하여 축산 분뇨를 처리하여 스컴 및 침전물의 효율적인 처리가 가능하면서 양질의 액비 생산이 가능하도록 하는 토양 미생물을 이용한 환경 친화적 축산 분뇨의 처리 방법이 개시되어 있다.

상기 선행기술들은 미생물을 이용하여 분뇨들의 악취를 개선하고 있으나, 여전히 함수율이 낮은 축분을 효과적으로 처리하지 못하는 문제점을 여전히 개선하지 못하고 있다.

본 발명은 본 발명의 발명자가 개발한 자연미생물이 담지된 천연광물(머드스톤: Mudstone)과 팜(Palm) 및 평면왕겨에 파이테이트 분해효소(phytase)와 광합성 세균(Rhodospirillum .spp)을 접종시킨 피트 슬러지 분해 및 가축분뇨 등의 악취 제거용 조성물을 제공하는데 있다.

국내 공개특허 제2011-19628호 국내 공개특허 제2013-0129011호 국내 공개특허 제2015-0092874호 국내등록특허 제439635호 국내등록특허 제1260872호 국내등록특허 제1534891호 국내등록특허 제1451240호

본 발명은 가축분뇨 특히, 돈분의 악취제거 및 딱딱하게 굳은 돈분을 쉽게 수거하기 위한 피트 슬러지 분해 및 가축분뇨 등의 악취 제거용 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 음식물쓰레기나 폐수 등에서 나오는 악취를 제거하기 위한 악취 제거용 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 목적으로 달성하기 위하여 본 발명은 자연미생물이 생존하는 천연광물인 머드스톤(Mudstone: 이암) 100중량부에 코발트(Co), 게르마늄(Ge) 및 셀레늄(Se)이 혼합된 광물성분 분말을 3 ~ 5 중량부 배합하고 여기에 평면왕겨 및 팜 분말 1 : 1의 비율로 혼합된 평면왕겨 및 팜 분말 200중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 광물성분 분말과 평면왕겨 및 팜 분말이 배합된 머드스톤에 파이테이트 분해효소(phytase)와 광합성 세균(Rhodospirillum .spp)을 접종시킨 후 상온에서 7일간 후숙시킨 피트 슬러지 분해 및 가축분뇨 등의 악취 제거용 조성물을 제공함을 특징으로 한다.

미생물이 담지된 광물성분, 특히 자연미생물이 활동하고 있는 천연광물인 머드스톤(Mudstone)에 파이테이트 분해효소(phytase)와 광합성 세균(Rhodospirillum .spp)을 접종시킨 본 발명의 피트 슬러지 분해 및 가축분뇨 등의 악취 제거용 조성물은 축분들의 발효기간의 단축과 함께 발효과정에서 발생하는 악취의 주성분인 암모니아(NH₃), 황화수소(H₂S), 아민가스(NH₂)가 효과적으로 제거되어 악취가 완전히 제거되거나 또는 감소시키는 효과를 갖는다.

이하, 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다. 또한, 실시예를 통하여 본 발명을 구체적으로 설명하지만 실시예의 기재에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

자연미생물이 담지된 천연광물인 머드스톤(Mudstone) 100중량부에 코발트(Co), 게르마늄(Ge) 및 셀레늄(Se)이 혼합된 광물성분 분말 3~5중량부와 평면왕겨 및 팜 200중량부를 투입하여 함수율을 60 ~ 65% 정도 조정한 후 파이테이트 분해효소(phytase)와 광합성 세균(Rhodospirillum .spp)을 접종한 후 50℃∼70℃에서 7일간 후숙시킨다.

상기의 머드스톤(Mud stone)은 천연적으로 토양미생물을 4.3 × 10¹⁰cfu/cc로 함유하고 있으며, 바실러스속 미생물 등 20 여종이 천연적으로 함유되어 생존하고 있는 천연광물로서, 충남 공주시 이인면 일대, 경북 성주군 성주읍 일대, 경북 예천군 예천읍 호평리 일대에서 산출되고 있으며, 장기간에 걸쳐 미세한 진흙이 쌓여서 딱딱하게 굳어 이루어진 퇴적암의 일종이다. 머드스톤(Mud stone)은 음이온 및 원적외선의 발생, 항곰팡이 작용 및 탈취작용 등의 특성을 나타내는 것이 알려져 있으며, 미네랄성분의 조성은 아래 [표 1]로 머드스톤 내에 자연적으로 생존하는 미생물은 아래[표 2]에 나타내었다. 상기에서 알 수 있듯이 천연광물인 머드스톤은 다양한 미네랄 성분을 함유하고 있어 식물의 생육에 적합한 환경을 유지시키고, 토양을 개량하며 우수한 흡착성을 갖는다

머드스톤의 조성성분

성분(wt%)	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	TiO₂	CaO	MgO	K₂O	Na₂O
머드스톤	52~53%	14~16%	10~11%	0.5~1%	3~4%	6~7.5%	6~7%	2~3%

머드스톤에 생존하는 미생물

분리 명	균주 명	유사도
NA-2	Bacillus acidiceier CBD 119(T)	100
NA-3	Bacillus simplex NBRC 15720(T)	100
NA-6	Bacillus aryabhattai B8W22(T)	100
NA-8	Bacillus marisflavi TF-11(T)	99.7
NA-9	Bacillus luciferensis LMG 18422(T)	98.1
NA-11	Paenibacillus gansuensis B518(T)	99
NA-20	Bacillus aryabhattai B8W22(T)	100
NA-23	Bacillus drentensis LMG 21831(T)	99.7
R-2	Bacillus cereus ATCC 14579(T)	100
R-4	Bacillus firmus NCIMB 9366(T)	97.9
R-5	Bacillus safensis FO-036b(T)	100
R-6	Bacillus idriensis SMC 4352-2(T)	100
R-7	Luteibacter yeojuensis R2A16-10(T)	99
R-9	Bacillus koriensis ZLC-26(T)	97
R-12	Bacillus drentensis LMG 21831(T)	100
R-16	Bacillus soil LMG 21838(T)	95.9
R-18	Bacillus cereus ATCC 14579(T)	99.7
R-19	Bacillus pseudomycoides DMS 12442(T)	96.7
R-22	Paenibacillus prosopidis PW21(T)	96.2
R-24	Paenibacillus kobensis DSM 10249(T)	98.6
R-25	Lysinibacillus fusiformis NBRC 15717(T)	100
R-26	Paenibacillus mendelil C/2(T)	97.7

또한, 파이테이트 분해효소(phytase)는 인산분해효소인 일종의 포스파타아제 효소(phosphatase enzyme)로써, 피트산(phytic acid) 즉, 마이오-이노시톨 육인산염(myo-inositolhexakisphosphate)를 특이적으로 가수분해하여 하나 이상의 인산염을 생성할 수 있다. 상기 피트산은 곡물 등에 존재하는 인의 유기물 형태로 소화될 수 없으나, 상기 파이테이즈에 의한 가수분해작용에 의해 체내에서 사용 가능한 형태인 인 무기물의 형태로 전환된다. 파이테이즈는 동물, 식물, 균류 및 박테리아에서 발견되며, 균류로부터 가장 많이 발견되고 동정되었다. 그러나, 인간을 비롯한 닭, 돼지, 마우스 등의 동물에는 존재하지 않는 것으로 알려져 있다. 상기 파이테이트 분해효소의 비제한적인 예는 β-프로펠러 파이테이즈(β-propeller phytase; BP-파이테이즈), 히스티딘산 인산분해효소(histidine acid phosphatases; HAPs), 산성 파이테이즈(acid phytase), 퍼플산 인산분해효소(purple acid phosphatase) 또는 단백질 타이로신 인산분해효소-유사 파이테이즈(protein tyrosine phosphatase-like phytase)일 수 있다. 바람직하게 상기 파이테이트 분해효소는 β-프로펠러 파이테이즈일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 파이테이트 분해효소(phytase)를 가축 분뇨 등의 악취제거 등의 목적으로 사용된 바 없으며, 본 발명자가 처음으로 분뇨 등의 악취 제거제의 조성 성분으로 사용한 결과 효과가 뛰어난 것을 확인하였다.

광합성세균은 자연계의 식물순환 사이클에서 1군(群)을 이루는 중요한 미생물로써, 광합성세균은 해양, 토양, 하천, 호수 등지에 1,000 내지 10,000개체/cc 수준으로 존재하며, 자연계의 정화에 중요한 역할을 수행하는 미생물들 중 엽록소를 지니고 있어, 스스로 동화작용을 할 수 있는 미생물들을 일컫는다.

따라서, 광합성세균은 자연계의 먹이사슬에서 1차 생산자로서 역할을 하여, 플랑크톤 등의 먹이가 되어 어류의 먹이 발생에 1차적인 요소가 되며, 또한, 광합성세균은 각종 아미노산, 비타민, 색소 등의 성분이 풍부하여 생물 먹이로써 높은 가치를 지니고 있다.

또한, 이러한 광합성세균은 생물의 생육환경에서 발생하는 유해물질인 황화수소(H₂S), 아질산, 질산, CO₂, 저급 지방산, 유기산 등을 균체의 영양분으로 흡수하여 증식함으로써 생육환경을 정화하는 생리적인 기능 외에 균 체내에 다량의 단백질과 양질의 아미노산 그리고 비타민, 핵산, 적색색소 같은 영양물질과 유비퀴논 같은 생리활성물질을 다량 함유하고 있으며, 광합성세균의 균체는 단백질 함유량이 무려 60% 정도나 되고, 비타민Α, 비타민B₁₂, 비타민 C 등 희귀성 비타민을 다량 함유하고 있으며, 붉은색의 카로티노이드와 세균성 엽록소를 지니고 있어 영양가가 아주 높고 무독성이어서 가축, 양어, 작물의 재배에 다양하게 활용되어 왔다.

또한, 광합성세균은 생육환경에서 발생하는 오염물질의 제거와 유익한 미생물을 증식시키는 기능과 균 체내에 항바이러스 등의 항균성 물질을 지니고 있어 작물재배나 양어, 가축의 사육 시 질병의 경감 효과가 확실한 것으로 밝혀져 있다.

본 발명에서의 로도스피릴럼(Rhodospirillum)속의 광합성 세균( Rhodospirillum rubrum 기탁번호 KCTC-1372)은 축산 폐기물 및 오폐수 처리용 미생물제제로 사용할 수 있으며, 한편, 광합성 세균은 다른 미생물과 달리 여러 조건에서 고농도의 유기물을 이용할 수 있어 고농도의 유기성 폐수 처리제, 토양개량제, 유기질 비료 등으로서 활용도 가능하다.

본 발명은 가축분뇨의 처리과정에서 발생하는 유해가스의 발생률을 감소시키고 가축분뇨의 부숙을 촉진하며 미생물의 활착을 촉진하는 가축분뇨의 악취 제거용 조성물의 구체적 제조공정은 이하 실시예에서 설명한다.

〈실시예 1〉 광물 성분이 배합된 머드스톤 제조

자연미생물이 담지된 천연광물인 머드스톤(Mudstone) 100중량부에 코발트(Co), 게르마늄(Ge) 및 셀레늄(Se)이 혼합된 광물성분 분말 3~5중량부와 1 : 1의 비율로 혼합한 평면왕겨 및 팜분말을 200중량부로 조성된 머드스톤 혼합물을 제조하였다.

〈실시예 2〉 미생물이 접종된 가축분뇨의 악취 제거용 조성물의 제조

상기 퍼머스톤 혼합물의 함수율을 60 ~ 65% 정도 조정한 후, 파이테이트 분해효소(phytase)와 광합성 세균(Rhodospirillum .spp)을 접종한 후 50℃∼70℃에서 7일간 후숙시켜 가축분뇨 등의 악취 제거용 조성물의 제조하였다

〈실시예 3〉 가축분뇨의 악취 제거용 조성물 살포

실시예 2에서 제조된 가축분뇨 등의 악취 제거용 조성물을 10배 희석하여 퇴적된 돈분에 고압분사 후 7일간 발효시킨 결과 악취가 완전히 제거되었다.

〈실험 예〉 돈분의 가스 제거 실험

돈분 100ml과 본 발명의 조성물 10g을 200ml의 용량 시험구병에 넣은 것(실험구)과 단지 돈분 100ml을 200ml의 용량 시험구병에 넣은 것(대조구)을 35℃로 일정하게 유지하는 인큐베이터에 보관한 후 0 일부터 10 일간 가스 감지관(GASTEC Detector tube)을 사용하여 암모니아 가스, 황화수소 가스 및 아민가스의 발생 여부를 측정하였다. 시험결과는 표 3에서 알 수 있듯이 7일 후부터 실험구에서는 황화수소가스, 암모니아 가스, 아민가스가 완전히 제거되었으나 대조구에서는 시간이 경과 할수록 도리어 가스가 더 발생하는 것으로 확인되었다. 따라서, 본 발명의 조성물을 첨가한 돈분에서는 3일부터 악취가 감소하여 7일 이후에는 악취가 전혀 발생하지 않았다.

Claims

머드스톤(Mudstone)에 코발트(Co), 게르마늄(Ge) 및 셀레늄(Se)이 혼합된 광물성분 분말과 평면왕겨 및 팜(Palm) 분말을 배합하여 혼합한 후 상기 혼합물에 파이테이트 분해효소(phytase)와 광합성 세균(Rhodospirillum .spp)을 접종시킨 피트 슬러지 분해 및 가축분뇨의 악취 제거용 조성물.
제1항에 있어서,
머드스톤(Mudstone) 100중량부에 대하여 코발트(Co), 게르마늄(Ge) 및 셀레늄(Se)이 혼합된 광물성분 분말 3 ~ 5 중량부와 1 : 1 비율로 혼합된 평면왕겨와 팜 200중량부의 비율로 배합하는 것을 특징으로 하는 피트 슬러지 분해 및 가축분뇨의 악취 제거용 조성물.
제1항에 있어서,
상기의 머드스톤에 파이테이트 분해효소(phytase)와 광합성 세균(Rhodospirillum .spp)을 접종시킨 후 상온에서 7일간 후숙시키는 것을 특징으로 하는 피트 슬러지 분해 및 가축분뇨의 악취 제거용 조성물.