KR20190033890A

KR20190033890A - 메탄 및 악취 동시 분해용 미생물제제 및 이를 이용한 메탄 및 악취 동시 분해 방법

Info

Publication number: KR20190033890A
Application number: KR1020170122597A
Authority: KR
Inventors: 조경숙; 이윤영; 전준민
Original assignee: 이화여자대학교 산학협력단; 주식회사 그린환경종합센터
Priority date: 2017-09-22
Filing date: 2017-09-22
Publication date: 2019-04-01

Abstract

본 발명은 메탄 및 악취유발 화합물 동시 분해용 혼합 균주, 이를 포함하는 미생물제제, 바이오커버 또는 바이오필터, 이를 이용한 메탄 및 악취유발 화합물 동시 분해 방법 및 동시 분해 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 따른 메탄 및 악취유발 화합물 동시 분해용 미생물제제는 메탄뿐만 아니라, 악취도 동시에 효과적으로 제거할 수 있으므로 기존의 메탄과 악취를 개별적으로 처리하는데 소요되는 경비를 절감하고, 매립지 등의 메탄 및 악취 성분을 동시에 효과적으로 분해할 수 있다. 특히, 본 발명의 미생물제제는 1년 동안 보관이 가능하며, 장기간의 보관 후에도 메탄 및 악취 제거 효율이 높게 유지되어 산업적 유용성이 매우 높다.

Description

메탄 및 악취 동시 분해용 미생물제제 및 이를 이용한 메탄 및 악취 동시 분해 방법{Microbial agent for simultaneous degradation of methane and odor and the method for simultaneous degradation of methane and odor using the same}

본 발명은 메탄 및 악취유발 화합물 동시 분해용 혼합 균주, 이를 포함하는 미생물제제, 바이오커버 또는 바이오필터, 이를 이용한 메탄 및 악취유발 화합물 동시 분해 방법 및 동시 분해 시스템에 관한 것이다.

혐기성 조건하에서 유기물은 미생물에 의해 분해되어 메탄과 이산화탄소로 최종 분해되며, 이러한 분해과정에서 황화수소, 메틸메르캅탄, 황화메틸, 암모니아, 아민, 지방산 등의 악취물질이 발생한다. 메탄의 주요 발생원은 매립지와 폐기물 처리 시설 등과 같은 인위적 발생원과 논 및 습지 등과 같은 자연적 발생원이며, 그 중 매립지는 전 지구적으로 인위적 발생에서 18%를 차지하고 있다. 대표적인 발생원인 매립지의 메탄 발생량은 연간 35~73 테라그램(tera gram, Tg)으로 추정된다.

또한, 매립지, 음식물 쓰레기 처리시설, 축산폐기물 처리시설 등과 같은 유기성 폐기물 처리시설에서는 메탄과 동시에 배출되는 악취가 민원을 야기하는 주요 원인이 되고 있다. 이러한, 매립지의 악취 유발 원인물질은 매우 다양한데, 그 중 황화수소가 악취에 대한 기여도가 가장 높으며, 황화수소의 농도는 0.7∼1463.5 mg/m³, 배출속도는 0.3∼633.5 mg· m^-2· h^-1 정도로 알려져 있다. 국내 매립장 악취 현황 조사에 따르면, 고농도의 악취를 수반한 매립가스가 매립층과 복토층의 크랙(crack)이나 홀(hole)이 발생한 부위를 통해 대기 중으로 배출되어 심각한 악취문제를 유발하는 것으로 밝혀져 있으며, 크랙이 발생한 복토표면의 매립가스 중 악취농도는 희석배수로 약 17,000이었고, 황화수소 농도는 400,000 ppb 이상인 것으로 조사되었다. 또한, 압축기를 이용하여 폐기물이 과도하게 다져지는 경우 매립가스가 측면경사면으로 이동 배출되므로, 경사면 악취 관리가 필요한 것으로 알려져 있다.

청정개발체제(Clean Development Mechanism, CDM) 사업의 일환으로 매립지 온실가스의 감축과 자원화가 빠르게 진행되고 있으나, 현재 국내에선 메탄가스를 포집하여 에너지로 활용한 매립지는 전체 224개(2014년 기준) 매립지 중 13개 매립지에 불과하다. 메탄가스를 자원화하기 위해서는 메탄의 함량이 30% 이상이고 매립가스 발생량이 50 m³/h 이상이 되어야 하기 때문에, 노후된 매립지나 규모가 작은 매립지는 이용 가능한 메탄의 발생량이 적어 자원화가 불가능하다. 따라서 대부분의 매립지는 메탄을 대기 중으로 확산시키고 있는 실정이라 볼 수 있다. 위와 같이 바이오가스의 자원화가 어려운 매립지의 메탄가스를 저감시키기 위해 메탄분해(산화)균과 이를 이용한 기능성 복토재인 바이오커버(biocover)와 바이오필터(biofilter)의 연구가 활발히 진행 중에 있다.

한편, 메탄 저감 기술에 비해 악취 관리 기술개발은 매우 활발하게 진행되어 물리, 화학, 생물, 복합기술 등 매우 다양한 악취 관리 기술이 개발되어 상용화되어 있으며, 다양한 종류의 악취 관리 및 제어 기술이 개발되었다. 그럼에도 불구하고, 종래의 악취 저감 기술을 매립지를 비롯한 대규모의 면오염원에 적용하기에는 설치비 및 조업비 등 경제적으로 타당성이 부족하여 이들 발생원의 악취문제는 해결을 못하고 있는 실정이다.

따라서, 매립지 등에서 발생하는 메탄뿐만 아니라 악취유발 화합물을 동시에 분해하는 기술에 대한 개발의 필요성이 있다. 악취 저감과 동시에 메탄 저감이 가능하면 메탄 저감에 따른 탄소 배출권 확보라는 경제적인 효과가 신규로 창출되므로 이러한 악취만 저감하는 기술을 도입할 때 발생되는 비용 부담 문제는 해소될 것이다. 또한, 매립지 등과 같은 폐기물 처리시설의 악취문제가 해결되면 국가 토지이용 효율이 향상될 것이며 관련 산업의 활성화에 의한 국가 산업 경쟁력 강화 효과를 가져 올 수 있을 것으로 기대된다.

이에, 본 발명자들은 매립지 등에서 발생하는 메탄 및 악취유발 화합물을 동시에 분해하기 위한 기술을 개발하고자 노력한 결과, 본 발명의 미생물 제제가 메탄뿐만 아니라 악취유발 화합물도 동시에 분해할 수 있음을 발견하고, 본 발명을 완성하게 되었다.

따라서, 본 발명의 목적은 메탄 및 악취유발 화합물 동시 분해용 혼합 균주, 상기 혼합 균주 또는 이의 배양액을 유효성분으로 포함하는 조성물, 미생물 제제를 제공하는 데에 있다. 또한, 상기 미생물 제제를 포함하는 바이오커버 또는 바이오필터, 이를 이용한 메탄 및 악취유발 화합물 동시 분해 방법 및 상기 바이오커버 또는 바이오필터를 이용한 메탄 및 악취유발 화합물의 동시 분해 시스템을 제공하는 데에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 하이드로게노파가 속(Hydrogenophaga sp.), 메틸로사르시나 속(Methylosarcina sp.), 하이포마이크로비움 속(Hyphomicrobium sp.), 플라보박테리움 속(Flavobacterium sp.), 메틸로사이너스 속(Methylosinus sp.), 수도산토모나스 속(Pseudoxanthomonas sp.), 메틸로모나스 속(Methylomonas sp.), 메틸로필러스 속(Methylophilus sp.) 및 메틸로버사틸리스 속(Methyloversatilis sp.)을 포함하는 메탄 및 악취유발 화합물 동시 분해용 혼합 균주를 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 혼합 균주 또는 이의 배양액을 유효성분으로 포함하는 메탄 및 악취유발 화합물 동시 분해용 조성물을 제공한다.

또한, 본 발명은 혼합 균주 또는 이의 배양액을 유효성분으로 포함하는 메탄 및 악취유발 화합물 동시 분해용 미생물 제제를 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 미생물 제제를 포함하는 메탄 및 악취유발 화합물 동시 분해용 바이오커버를 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 미생물 제제를 포함하는 메탄 및 악취유발 화합물 동시 분해용 바이오필터를 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 미생물 제제를 메탄 및 악취유발 화합물 발생원에 처리하는 단계; 를 포함하는 메탄 및 악취유발 화합물을 동시분해하는 방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 바이오커버 또는 바이오필터를 포함하는 메탄 및 악취유발 화합물의 동시 분해 시스템을 제공한다.

본 발명에 따른 메탄 및 악취유발 화합물 동시 분해용 미생물제제는 메탄뿐만 아니라, 악취도 동시에 효과적으로 제거할 수 있으므로 기존의 메탄과 악취를 개별적으로 처리하는데 소요되는 경비를 절감하고, 매립지 등의 메탄 및 악취 성분을 동시에 효과적으로 분해할 수 있다. 특히, 본 발명의 미생물제제는 1년 동안 보관이 가능하며, 장기간의 보관 후에도 메탄 및 악취 제거 효율이 높게 유지되어 산업적 유용성이 매우 높다.

도 1은 접종원 EG1의 미생물 군집 조성을 그래프로 나타낸 것이다.
도 2는 EG1 대량 배양액의 메탄 및 악취(DMS) 분해능을 시간대별 그래프로 나타낸 것이다.
도 3은 미생물 제제 개발에 사용한 부형제를 나타낸 것이다.
도 4는 부형제 4종에 EG1 대량 배양액을 각각 접종하여 제조한 미생물 제제 4종을 나타낸 것이다.
도 5는 미생물 제제 4종의 메탄 및 악취(DMS) 분해능 평가 실험에 사용된 대조군 및 실험군 샘플을 나타낸 것이다.
도 6은 대량 배양액 접종 직후의 미생물 제제 4종의 메탄 및 악취(DMS) 분해능을 시간대별 그래프로 나타낸 것이다(a 및 b: De-MO, c 및 d: De-MO-1, e 및 f: De-MO-2, g 및 h: De-MO-3).
도 7은 대량 배양액 접종 후 30일간 실온에 보관한 후의 미생물 제제 4종의 메탄 및 악취(DMS) 분해능을 시간대별 그래프로 나타낸 것이다(a 및 b: De-MO, c 및 d: De-MO-1, e 및 f: De-MO-2, g 및 h: De-MO-3).
도 8은 De-MO-1 미생물 제제의 보관시간별 메탄 및 악취(DMS) 분해능을 시간대별 그래프로 나타낸 것이다(a: 메탄 농도 변화, b: DMS 농도 변화).
도 9는 De-MO-2 미생물 제제의 보관시간별 메탄 및 악취(DMS) 분해능을 시간대별 그래프로 나타낸 것이다(a: 메탄 농도 변화, b: DMS 농도 변화).
도 10은 De-MO-1 및 De-MO-2 미생물 제제의 보관시간에 따른 메탄 및 악취(DMS) 산화 정체기를 그래프로 나타낸 것이다.
도 11은 실험실 규모 바이오필터 모식도를 나타낸 것이다.
도 12는 De-MO-1 제제를 접종한 바이오필터에 의한 메탄 및 악취(DMS) 제거 실험 결과를 시간대별 그래프로 나타낸 것이다.

이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

본 발명은 하이드로게노파가 속(Hydrogenophaga sp.), 메틸로사르시나 속(Methylosarcina sp.), 하이포마이크로비움 속(Hyphomicrobium sp.), 플라보박테리움 속(Flavobacterium sp.), 메틸로사이너스 속(Methylosinus sp.), 수도산토모나스 속(Pseudoxanthomonas sp.), 메틸로모나스 속(Methylomonas sp.), 메틸로필러스 속(Methylophilus sp.) 및 메틸로버사틸리스 속(Methyloversatilis sp.)을 포함하는 메탄 및 악취유발 화합물 동시 분해용 혼합 균주를 제공한다.

또한, 본 발명의 혼합 균주는 메탄 및 악취유발 화합물의 분해 효율을 높이기 위하여 싸이오바실러스 속(Thiobacillus sp.), 심플리시스피라 속(Simplicispira sp.), 독도넬라 속(Dokdonella sp.), 써모모나스 속(Thermomonas sp.), 메틸리비움 속(Methylibium sp.), 스테노트로포모나스 속(Stenotrophomonas sp.), 리조비움 속(Rhizobium sp.), 스핑고픽시스 속(Sphingopyxis sp.), 테리모나스 속(Terrimonas sp.), 로도박터 속(Rhodobacter sp.), 아시도박테리아 속(Acidobacteria sp.), 오피투투스 속(Opitutus sp.), 데보시아 속(Devosia sp.), 메틸로시스티스 속(Methylocystis sp.), 스핑고시니셀라 속(Sphingosinicella sp.), 아시도보락스 속(Acidovorax sp.) 및 브레번디모나스 속(Brevundimonas sp.)으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상을 더 포함할 수 있다.

상기 혼합 균주는 메탄 및 악취 동시 분해 균주의 접종원으로 사용한 EG1의 미생물 군집 중 우점하고 있는 균주들로 구성될 수 있다. 본 발명에 있어서, EG1은 지렁이분변토를 접종원으로 이용하고 무기염 배지에 유일 탄소원으로 메탄 가스(50,000 ppm)을 첨가한 조건에서 농화배양하여 얻은 메탄 분해용 균주 혼합배양액을 말한다. EG1의 미생물 군집 조성 분석 결과, Hydrogenophaga가 전체 조성의 약 36.4%를 차지하며 군집 내에서 가장 우점하였으며, Methylosarcina (8.8%), Hyphomicrobium (8.4%), Flavobacterium (7.8%), Methylosinus (7.6%), Pseudoxanthomonas (6.8%), Methylomonas (4.2%), Methylophilus (4.1%), Methyloversatilis (3.6%) 순으로 군집을 조성하였다.

또한, 본 발명의 혼합 균주는 메탄의 분해 효율을 높이기 위하여 통상의 메탄산화세균을 더 포함할 수 있다. 상기 메탄산화세균으로는 메틸로모나스 속(Methylomonas), 메틸로마이크로비움 속(Methylomicrobium), 메틸로박터 속(Methylobacter), 메틸로칼둠 속(Methylocaldum), 메틸로파가 속(Methylophaga), 메틸로사르시나 속(Methylosarcina), 메틸로써머스 속(Methylothermus), 메틸로할로비우스 속(Methylohalobius), 메틸로스파에라 속(Methylosphaera), 메틸로셀라 속(Methylocella), 메틸로캅사 속(Methylocapsa), 메틸로시너스 속(Methylosinus), 또는 메틸로코커스 속(Methylococcus) 등을 단독 또는 2종 이상 포함시킬 수 있다

본 발명에 있어서, 상기 “악취”는 황화합물이나 메르캅탄, 아민류 등 자극성 있는 물질이 인간의 후각에 의해 감지되어 불쾌감을 주는 대표적인 감각공해를 말한다. 또한, 상기 “악취유발 화합물”은 사람을 포함한 동물의 후각을 자극하여 불쾌감을 느끼게 하는 물질로서, 악취는 식욕을 잃게 하고, 호흡을 곤란하게 하며, 멀미와 구토 등을 일으켜 정신의 혼란을 초래하는 것으로 알려져 있다.

상기 악취유발 화합물은 이에 제한되지는 않으나, 암모니아, 메틸메르캅탄, 황화수소, 황화메틸, 다이메틸설파이드, 다이메틸다이설파이드, 트라이메틸아민, 아세트알데하이드, 스타이렌, 프로피온알데하이드, 뷰티르알데하이드, n-발레르알데하이드, i-발레르알데하이드, 톨루엔, 벤젠, 자일렌, 메틸에틸케톤, 메틸아이소뷰티르케톤 및 뷰티르아세테이트로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 화합물일 수 있으며, 바람직하게는 황화수소, 메틸메르캅탄, 황화메틸, 벤젠 및 톨루엔으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 화합물일 수 있고, 더욱 바람직하게는 황화메틸(dimethyl sulfide, DMS)일 수 있다.

또한, 본 발명은 혼합 균주 또는 이의 배양액을 유효성분으로 포함하는 메탄 및 악취유발 화합물 동시 분해용 조성물을 제공한다.

상기 메탄 및 악취유발 화합물 동시 분해용 조성물은 혼합 균주, 혼합 균주액, 혼합 균주 파쇄액, 혼합 균주 배양액 또는 혼합 균주 배양 여과액 등을 유효성분으로 포함할 수 있다.

또한, 상기 메탄 및 악취유발 화합물 동시 분해용 조성물은 본 발명의 혼합 균주의 배양을 위한 통상의 배지를 함유할 수 있다. 또한, 본 발명의 조성물은 세균 배양액의 배양 환경 조성을 위한 충전제를 포함할 수 있다. 본 발명의 메탄 및 악취유발 화합물 동시 분해용 조성물에 포함되는 충전제의 양은 메탄 또는 악취발생원의 환경, 악취유발 화합물의 종류 및 양, 사용 환경 및 사용조건 등의 제반 사정에 따라 당업자에 의해 적절한 종류 및 양의 충전제를 선택하여 본 발명의 조성물에 포함시킬 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 “미생물 제제”는 특수한 기능이 있는 미생물을 적당한 방법으로 정제한 후 순수한 미생물 또는 미생물로부터 유래한 물질을 제형화시킨 생물학적 제제를 의미하며, 실험실에서 제조된 인공적인 환경보다 실제 매립지 등의 환경에 적용할 수 있도록 실용화에 초점을 맞추어 개발되어, 생물자원을 활용한 친환경적인 환경 정화가 가능한 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 토버모라이트(Tobermolite) 및 부엽토로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 부형제를 포함하는 것을 특징으로 하는 메탄 및 악취유발 화합물 동시 분해용 미생물 제제를 제공한다.

즉, 본 발명에 있어서, 상기 부형제는 토버모라이트 또는 부엽토일 수 있고, 토버모라이트 및 부엽토를 일정 혼합비로 혼합한 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 미생물 제제는 토버모라이트 및 부엽토가 1 : 1 내지 5의 중량비로 혼합된 부형제를 포함할 수 있고, 상기 부형제는 바람직하게는 1 : 1 내지 3의 중량비로 혼합될 수 있고, 더욱 바람직하게는 1 : 1의 중량비로 혼합될 수 있다.

본 발명의 미생물 제제는 장기 안정성을 갖는 것을 특징으로 하는바, 6개월 내지 2년, 바람직하게는 6개월 내지 1년 6개월, 더욱 바람직하게는 6개월 내지 1년의 보관 기간에도 처음과 같은 메탄 및 악취유발 화합물 분해 활성능을 유지할 수 있다.

본 발명의 미생물 제제를 메탄 또는 악취유발 화합물 분해용 바이오커버에 넣어주고, 상기 바이오커버를 메탄 또는 악취유발 화합물 발생원에 설치하여 메탄 또는 악취유발 화합물과 접촉시키면 메탄 또는 악취유발 화합물을 동시에 효과적으로 분해할 수 있다.

상기 바이오커버층의 두께는 20 내지 100 cm 인 것이 바람직하다. 상기 두께가 20 cm 미만인 경우, 메탄산화세균과 메탄가스가 접촉할 수 있는 시간이 짧아 산화작용이 충분히 일어나지 않아 메탄가스가 이산화탄소로 전환되지 못하며, 상기 두께가 100 cm를 초과할 경우, 대기에서 확산되는 산소가 바이오커버층의 저면까지 확산하지 못하여 호기성 조건을 조성할 수 없다.

또한, 상기 바이오커버는 산소생성제를 추가로 포함할 수 있으며, 이에 제한되지는 않으나 산소생성제로 과산화마그네슘, 과산화칼슘 및 과탄산나트륨으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.

본 발명의 미생물 제제를 바이오필터 내 담체에 넣어주고, 상기 바이오필터를 메탄 또는 악취유발 화합물 발생원에 설치하여 메탄 또는 악취유발 화합물을 필터링하여 메탄 또는 악취유발 화합물을 동시에 효과적으로 분해할 수 있다.

또한, 상기 바이오필터는 미생물 제제에 포함된 혼합 균주가 필요로하는 산소를 공급하여 바이오필터의 두께를 얇게 하기 위하여 산소생성제를 추가로 포함할 수 있으며, 이에 제한되지는 않으나 산소생성제로 과산화마그네슘, 과산화칼슘 및 과탄산나트륨으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명은 본 발명의 미생물 제제를 사용하여 메탄 또는 악취유발 화합물을 동시 분해하는 방법을 제공한다. 구체적으로, 상기 분해 방법은 본 발명의 조성물을 메탄 및 악취유발 화합물 발생원에 처리하는 단계; 및 상기 조성물이 메탄 및 악취유발 화합물을 분해시키는 단계를 포함하는 메탄 및 악취유발 화합물 동시 고온 분해 방법을 제공한다.

본 발명에 있어서, 상기 미생물 제제는 6개월 내지 2년 동안 장기 보관된 것일 수 있고, 바람직하게는 6개월 내지 1년 6개월, 더욱 바람직하게는 6개월 내지 1년 동안 장기 보관된 것일 수 있다. 한편, 상기 미생물 제제는 반고형물 또는 액체 상태로 장기간 보관될 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 미생물 제제는 6개월 이상 장기 보관 후 3일 내지 10일 동안의 순치 기간을 두는 것을 특징으로 할 수 있고, 바람직하게는 상기 순치 기간은 5일 내지 10일일 수 있고, 더욱 바람직하게는 일주일(7일)일 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 “순치”는 목적한 상태로 차차 이르게 하는 것을 의미하며, 본 명세서 내에서는 미생물 제제의 장기간 보관 후 이를 희석시켜 공기 중에 둠으로써 미생물이 원래의 분해 활성을 회복하는 과정을 의미한다. 상기 희석은 물 1L에 미생물 제제를 1 내지 50g 넣어서 수행할 수 있고, 바람직하게는 5 내지 25g을 넣을 수 있고, 더욱 바람직하게는 10g 넣어서 수행할 수 있다.

통상의 메탄 또는 악취유발 화합물 분해용 균주, 이의 배양액 등은 3개월 내지 최대 6개월 정도의 보관만이 가능하여, 이와 같은 단기간의 보관기간으로 인해 실제 매립지 등의 현장에 적용하기에 어려움이 있다. 이에, 본 발명은 메탄 및 악취유발 화합물을 동시 분해할 수 있는 혼합 균주를 미생물 제제화하였으며, 본 발명의 미생물 제제는 최대 1년의 장기간 보관이 가능하여 최초 생산 시 대량 생산을 할 수 있다.

또한, 본 발명의 미생물 제제는 장기간의 보관 후 상기 순치 기간을 둠으로써 본 발명의 혼합 균주를 부형제에 접종하여 제조한 직후의 미생물 제제와 유사한 정도의 메탄 및 악취유발 화합물 분해 효율, 활성을 보이는 것을 특징으로 한다.

상기 메탄 또는 악취유발 화합물 발생원은 메탄 또는 악취유발 화합물이 발생하는 장소로서 폐기물 매립지, 쓰레기 매립지, 폐수처리장, 분뇨처리장, 축산폐수처리장, 음식물쓰레기 처리장, 석유화학제품 제조공장, 생활하수처리장, 산업폐수처리장, 가축사육장, 식품가공 공장, 페인트 제조공장, 주물제조 공장, 석유정제 처리시설, 분뇨처리장, 도살장, 비료 제조 공장, 플라스틱 제조 연소시설, 도장시설 또는 도금공장일 수 있으나 이에 제한되지는 않는다.

또한, 본 발명은 바이오커버가 하나 이상 적층된 바이오커버층; 및 상기 바이오커버층을 둘러싸는 통기층 또는 상기 바이오커버층의 하부에 적층되는 통기층을 포함하는 메탄 및 악취유발 화합물의 동시 분해 시스템을 제공한다. 상기 바이오커버층, 이를 둘러싸는 통기층 및 하부에 적층되는 통기층을 포함하는 동시 분해 시스템을 메탄 및 악취유발 화합물 발생원에 설치함으로써 메탄 및 악취유발 화합물을 생물학적으로 분해할 수 있다.

또한, 본 발명은 바이오필터가 하나 이상 적층된 바이오필터층; 및 상기 바이오필터층을 둘러싸는 통기층 또는 상기 바이오필터층의 하부에 적층되는 통기층을 포함하는 메탄 및 악취유발 화합물의 동시 분해 시스템을 제공한다. 상기 바이오필터층, 이를 둘러싸는 통기층 및 하부에 적층되는 통기층을 포함하는 동시 분해 시스템을 메탄 및 악취유발 화합물 발생원에 설치함으로써 메탄 및 악취유발 화합물을 생물학적으로 분해할 수 있다.

상기 바이오커버층 및 바이오필터층은 본 발명의 미생물 제제를 포함하고 있어 메탄 또는 악취유발 화합물을 동시에 생물학적으로 분해할 수 있다.

상기 바이오커버층 및 바이오필터층은 전술한 통상의 메탄산화세균을 더 포함할 수 있다.

상기 바이오커버층 및 바이오필터층은 산소를 공급하기 위한 통기층이 둘러싸고 있으며, 상기 통기층을 구성하는 성분은 산소 공급이 가능한 입자 크기를 갖는 것이라면 특별히 제한하지는 않는다. 예를 들어, 모래 또는 자갈로 구성될 수 있다. 또한, 상기 통기층에는 공기를 공급할 수 있는 통기관이 하나 이상 설치되어 있을 수 있으며, 상기 통기관을 통해 송풍기로 공기를 주입할 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 한편, 본 실시예의 데이터 상에 표시된 a, b, c, d 및 e는 데이터 값 간에 통계적으로 유의차이가 있는지 여부를 해석한 결과로, 동일 문자로 표기된 것은 통계적으로 유의차이가 없고, 문자가 다르면 통계적으로 유의한 차이가 있음을 의미한다(p<0.05).

실시예 1. 메탄 및 악취 동시 분해 혼합 균주 확보 및 대량 배양

1-1. 배지 조성

균주 배양을 위해 NMS 배지를 사용하였고, 배지 조성은 표 1 및 표 2에 나타내었다. 배양을 반복함에 따른 영양원 고갈을 방지하기 위해 질소 농축액과 인 농축액을 준비하였으며, 그 조성은 표 3에 나타내었다.

NMS 배지 조성

Components	시료 양 (g/L)
MgSO₄·7H₂O	1.0
CaCl₂·6H₂O	0.2
KNO₃	1.0
KH₂PO₄	0.272
Na₂HPO₄·12H₂O	0.717
Trace element	0.5 mL/L
3,000 μM Cu² ⁺ solution	10 mL/L

Trace element 조성

Components	시료 양 (mg/L)
FeSO₄·7H₂O	200
ZnSO₄·7H₂O	10
MnCl2·4H₂O	3
H₃BO₃	30
CoCl₂·6H₂O	20
CaCl₂·6H₂O	1
NiCl₂·6H₂O	2
Na₂MnO₄·2H₂O	3

질소, 인 농축액 조성

농축액 종류	Components	시료 양 (g/L)
질소 농축액	KNO₃	2.0
인 농축액	KH₂PO₄	0.52
인 농축액	Na₂HPO₄·12H₂O	1.65

1-2. 메탄 및 악취 동시 분해 균주의 대량 배양

메탄 및 악취 동시 분해 균주를 얻기 위해, 혼합 균주액인 EG1을 접종원으로 이용하였다. EG1은 메탄 분해용 균주 혼합배양액으로, 지렁이분변토를 접종원으로 이용하고 무기염 배지에 유일 탄소원으로 메탄 가스(50,000 ppm)을 첨가한 조건에서 농화배양하여 제조하였다. 상기 EG1의 미생물 군집 조성을 분석한 결과를 도 1에 나타내었다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 하이드로게노파가 속(Hydrogenophaga sp.)이 전체 조성의 약 36.4%를 차지하며 군집 내에서 가장 우점하였으며, 메틸로사르시나 속(Methylosarcina sp.)(8.8%), 하이포마이크로비움 속(Hyphomicrobium sp.)(8.4%), 플라보박테리움 속(Flavobacterium sp.)(7.8%), 메틸로사이너스 속(Methylosinus sp.)(7.6%), 수도산토모나스 속(Pseudoxanthomonas sp.)(6.8%), 메틸로모나스 속(Methylomonas sp.)(4.2%), 메틸로필러스 속(Methylophilus sp.)(4.1%), 메틸로버사틸리스 속(Methyloversatilis sp.)(3.6%) 순으로 군집을 조성하였다.

600mL 혈청병에 상기 EG1 2g과 NMS 배지 20mL를 혼합해준 후, 메탄 50,000ppm 및 DMS(dimethyl sulfide, 황화메틸) 5,000ppm을 넣어주었다. 혈청병을 고무마개와 파라필름으로 봉한 후, 30℃, 130rpm 조건에서 진탕배양 하였다. 혈청병 상단부의 가스를 실린지로 포집하여 가스 크로마토그래피(gas chromatography)로 메탄 및 DMS 농도를 측정하였다. 메탄과 DMS가 모두 분해되면 혈청병을 개봉하여 1시간 동안 공기치환을 시킨 후, 메탄 50,000ppm 및 DMS 5,000 ppm을 재주입하였다. 영양원 고갈을 방지하기 위해 공기치환이 세 번 반복될 때 마다 질소와 인 농축액을 1mL씩 첨가해주었다. EG1 10 mL와 NMS 배지 10mL를 새로운 600mL 혈청병에 혼합하여 균주를 증량해주었고, 증량을 수회 반복한 후 상기 증량한 균주를 10L 병에 넣어 호기성의 상온 조건에서 교반하며 대량 배양 하였다.

실시예 2. 메탄 및 악취 동시 분해 균주 대량 배양액의 메탄 및 악취 분해 활성 평가

상기 실시예 1에 따른 대량 배양액의 메탄 및 악취(DMS) 제거 능력을 평가하기 위하여 다음과 같은 실험을 수행하였다. 600mL 혈청병에 EG1 대량 배양액 2mL를 NMS 배지 18mL와 혼합해준 후, 메탄 50,000ppm과 DMS(dimethyl sulfide, 황화메틸) 5,000ppm을 넣어주었다. 혈청병을 고무마개와 파라필름으로 봉한 후, 30℃, 130 rpm 조건에서 진탕배양 하였다. 혈청병 상단부의 가스를 실린지로 포집하여 가스 크로마토그래피로 메탄 및 DMS 농도를 측정하였다. 그 결과를 도 2에 나타내었다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 EG1 대량 배양액은 메탄 및 DMS를 동시에 모두 분해할 수 있음을 확인하였다. 이에 따라, 본원 발명에 따른 대량 배양액은 메탄 및 악취를 효과적으로 동시에 분해할 수 있어 실제 매립지 등에서 매립가스 처리에 유용하게 사용될 수 있음을 확인하였다.

실시예 3. 메탄 및 악취 동시 분해 미생물 제제의 제조

상기 실시예 1, 2의 EG1 대량 배양액(이하, 대량 배양액)을 이용하여 실제 매립지 등에서 적용할 수 있는 미생물 제제를 제조하였다.

3-1. 부형제의 준비

메탄 및 악취 동시분해를 위한 미생물 제제를 개발하기 위해 토버모라이트(tobermolite), 부엽토, mixture A 및 mixture B의 총 4종류의 부형제를 이용하였다. 이를 도 3에 나타내었다.

도 3에 나타낸 바와 같이, 토버모라이트는 분쇄 후 2 mm 체에 걸러 2 mm 이하의 입자를 사용하였으며, 부엽토 역시 2 mm 체에 걸러 큰 입자를 제거한 후 사용하였다. Mixture A는 토버모라이트와 부엽토를 1:1 (w/w)로 혼합하여 제조하였으며, mixture B는 토버모라이트, 부엽토, 밀기울을 1:1:1 (w/w/w)로 혼합하여 제조하였다.

3-2. 부형제의 물성 측정

상기 부형제 4종의 기본적인 물성을 파악하기 위해 토버모라이트, 부엽토, 밀기울, mixture A, mixture B의 pH와 수분함량을 각각 측정하였다. pH와 수분함량은 환경부에서 고지한 '토양오염공정시험기준 (제2015-261호)'에 나타난 표준 측정법에 따라 측정하였다.

pH 측정을 위해 각 부형제를 5g씩 정량한 후, 정제수 25 mL를 섞어 1 시간 동안 상온에서 교반하였다. 교반 후 상등액의 pH를 pH meter (420A pH meter, Orion Research, Inc., Beverly, USA)를 이용하여 측정하였다. 수분함량 측정을 위해 건조된 도가니에 각 부형제를 5g씩 담아 무게를 측정한 후, 110℃에서 2시간 이상 건조하였다. 건조된 부형제는 실리카겔과 함께 상온에서 식혀 수분 흡수를 방지한 후에 무게를 측정하였다. 건조 전 후의 부형제의 무게 차를 이용하여 다음의 계산식을 통해 수분함량을 측정하고, 그 결과를 표 4에 나타내었다.

(w1: 도가니의 무게(g), w2: 건조 전 도가니와 시료의 무게(g), w3: 건조 후 도가니와 시료의 무게(g))

부형제의 pH 및 수분함량

제형	pH	수분함량(%)
토버모라이트	9.1±0.03^a	2.4±0.20^c
부엽토	7.7±0.04^c	27.0±0.03^a
밀기울	6.3±0.01^e	13.9±0.89^b
Mixture A	8.4±0.02^b	15.5±0.99^b
Mixture B	7.4±0.01^d	14.1±0.94^b

표 4에 나타낸 바와 같이, 미생물 제제로 활용한 부형제 자체의 pH는 약 6.3~9.1로, 중성-약알칼리성을 지니고 있음을 확인하였다. 토버모라이트의 수분함량은 약 2.4%로 수분이 거의 없는 매우 건조한 상태였고, 부엽토의 수분함량은 27.0%로 부형제 중 가장 높은 수분함량을 지니고 있었으며, 밀기울과 mixture A, mixture B의 수분함량은 약 14.1~15.5% 임을 확인하였다.

3-3. 메탄 및 악취 동시 분해 균주의 접종 및 미생물 제제 제조

전처리한 부형제 4종에 대하여 대량 배양액을 첨가하였다. 배양액 첨가량은 부형제의 종류에 따라 차이를 두었으며, 부형제 종류에 따른 구체적인 배양액 접종량을 표 5에 나타내었다. 균주 접종 후의 토버모라이트, 부엽토, mixture A, mixture B를 각각 De-MO, De-MO-1, De-MO-2, De-MO-3으로 명명하였으며, 이를 도 4에 나타내었다.

부형제별 메탄 및 악취 동시 분해 균주 접종량

미생물 제제	부형제 종류	배양액 접종량 (mL/kg)
De-MO	토버모라이트	500
De-MO-1	부엽토	150
De-MO-2	Mixture A (토버모라이트:부엽토=1:1(w/w))	400
De-MO-3	Mixture B (토버모라이트:부엽토:밀기울=1:1:1(w/w))	400

미생물 제제 De-MO-1, De-MO-2, De-MO-3은 균주 접종 후 6시간 동안 상온에서 풍건하였으며, 토버모라이트를 제형으로 한 De-MO 제제는 부형제 자체의 수분 함량이 2.4%로 매우 낮았기 때문에 별도의 풍건을 거치지 않았다. 균주를 접종하고 풍건한 제제는 지퍼백에 넣어 볕이 들지 않는 상온에서 약 1년간 보관하였다.

3-4. 미생물 제제 4종의 물성 측정

부형제에 대량배양액을 접종 및 풍건 후, 제조한 미생물 제제 4종에 대하여 시간에 따른 수분함량을 측정하였다. 그 결과를 표 6에 나타내었다.

미생물 제제 4종의 수분함량

미생물 제제	수분함량( % )
De-MO	42.2±1.18
De-MO-1	32.1±1.44
De-MO-2	30.1±0.41
De-MO-3	28.6±0.12

표 6에 나타낸 바와 같이, 균주를 접종한 당일(0일) 미생물 제제의 수분함량은 약 30~42% 임을 확인하였다.

실시예 4. 미생물 제제 4종의 메탄 및 악취 동시 분해능 평가

4-1. 메탄 및 악취 동시 분해능 평가 방법

상기 실시예 3에서 제조한 미생물 제제 4종의 메탄 및 악취 분해능을 다음의 방법으로 평가하였다. 균주를 접종한 미생물 제제를 각각 120 mL 혈청병에 2 g씩 넣고, NMS 배지를 6 mL 넣어주었다. 제제를 넣은 혈청병에 메탄 50,000 ppm, DMS 5,000 ppm의 농도로 메탄과 DMS 가스를 주입하고, 고무마개와 파라필름으로 봉하였다. 이를 도 5에 나타내었다.

NMS 배지 8 mL를 120 mL 혈청병에 넣어 대조군으로 하였으며, 각 실험은 3회 반복하여 진행되었다. 모든 혈청병은 30℃, 130 rpm 조건에서 진탕배양 하였고, 혈청병 상단부의 가스를 실린지로 포집하여, 시간에 따른 메탄 및 DMS 농도를 가스 크로마토그래피로 분석하였다. 메탄과 DMS 농도가 0으로 감소한 후에 메탄 및 DMS 분해 속도를 계산하였다.

4-2. 0일차 메탄 및 악취 동시 분해능 측정 결과

대량배양액 접종 직후의 미생물 제제 4종의 메탄 및 DMS 분해능을 평가한 결과를 도 6에 나타내었다.

먼저, 0일차 미생물 제제 4종의 메탄 분해능을 평가한 결과를 도 6의 a, c, e, g에 나타내었다. 도 6의 a에 나타낸 바와 같이, 토버모라이트를 부형제로 한 De-MO 제제의 경우, 초기에 주입한 메탄 50,000 ppm은 약 6-7일의 정체기를 지난 후에 분해가 시작되어, 메탄 주입 약 10일 후에 전량 분해됨을 확인하였다. 도 6의 c 및 도 6의 e에 나타낸 바와 같이, 부엽토와 mixture A를 부형제로 한 De-MO-1 및 De-MO-2 제제는 메탄 분해의 정체기가 길지 않았으며, 주입한 메탄 50,000 ppm은 약 2일 만에 모두 분해되어 가장 좋은 활성을 보임을 확인하였다. 반면, 도 6의 g에 나타낸 바와 같이, 토버모라이트, 부엽토, 밀기울을 혼합한 mixture B를 부형제로 사용한 De-MO-3 제제의 경우에는 시간이 지남에 따라 메탄 농도가 증가하였다. 이는 부형제 내에 존재하는 미생물이 밀기울을 탄소원으로 이용하여 분해한 결과로 메탄가스가 발생한 것으로 판단되었다.

0일차 미생물 제제 4종의 DMS 분해능을 평가한 결과는 도 6의 b, d, f, h에 나타내었다. 도 6의 d 및 도 6의 f에 나타낸 바와 같이, 부엽토와 mixture A를 부형제로 한 De-MO-1 과 De-MO-2 제제의 경우, 정체기를 거치지 않고 DMS 주입 후 바로 분해가 시작되어, 약 하루 만에 주입해준 DMS가 전량 분해됨을 확인하였다. 도 6의 h에 나타낸 바와 같이, Mixture B를 부형제로 한 De-MO-3 제제는 약 하루의 정체기 후에 DMS가 분해되기 시작하였으며, 약 7일 후에 분해가 완료됨을 확인하였다. 도 6의 b에 나타낸 바와 같이, 토버모라이트를 부형제로 한 De-MO 제제는 정체기가 약 7일로 가장 길었으며, 약 10일 후에 주입한 DMS가 모두 분해됨을 확인하였다.

결과적으로, 메탄 분해능에 이어 DMS 분해능 역시 De-MO-1과 De-MO-2 제제가 가장 활성이 좋았으며, 그 뒤를 이어 De-MO-3 제제, De-MO 제제 순으로 DMS 분해 활성이 높음을 확인하였다.

4-3. 30일차 메탄 및 악취 동시 분해능 측정 결과

메탄 및 악취 동시 분해 균주를 각 부형제에 접종한 후, 30일간 실온에 보관한 후의 미생물 제제 4종의 메탄 및 DMS 분해능을 평가한 결과를 도 7에 나타내었다.

먼저, 0일차 미생물 제제 4종의 메탄 분해능을 평가한 결과를 도 7의 a, c, e, g에 나타내었다.

도 7의 a에 나타낸 바와 같이, 토버모라이트를 부형제로 한 De-MO 제제의 경우, 메탄 50,000 ppm 주입 후 약 30일이 지나도 메탄 분해 활성이 나타나지 않았다. 반면, 도 7의 c에 나타낸 바와 같이, 부엽토를 부형제로 한 De-MO-1 제제의 경우에는 주입한 메탄이 서서히 분해되기 시작하여, 약 5일 후에 전량 분해됨을 확인하였다. 도 7의 e에 나타낸 바와 같이, Mixture A를 부형제로 한 De-MO-2 제제는 약 7일의 정체기를 지난 후에 메탄이 분해되어, 약 9일 후에 주입한 메탄이 모두 분해됨을 확인하였다. 도 7의 g에 나타낸 바와 같이, Mixture B를 부형제로 한 De-MO-3 제제는 시간이 지남에 따라 메탄의 농도가 증가함을 확인하였다.

30일차 미생물 제제 4종의 DMS 분해능을 평가한 결과는 도 7의 b, d, f, h에 나타내었다. DMS 분해능 역시 메탄 분해와 비슷한 양상을 나타냄을 확인하였다.

도 7의 b에 나타낸 바와 같이, 토버모라이트를 부형제로 한 De-MO 제제의 경우, 주입해 준 5,000 ppm의 DMS의 분해가 관찰되지 않았다. 도 7의 d에 나타낸 바와 같이, 부엽토를 부형제로 한 De-MO-1 제제는 DMS 분해에 가장 뛰어난 활성을 보였으며, DMS 주입 후 별도의 정체기 없이 분해되기 시작하여 약 3일 후에 전량 분해됨을 확인하였다. 도 7의 f에 나타낸 바와 같이, Mixture A를 부형제로 한 De-MO-2 제제 역시 정체기 없이 주입해 준 DMS가 분해되기 시작하였으나, 그 속도는 De-MO-1 제제보다 느렸으며 약 5일 후에 전량 분해되었다. 도 7의 h에 나타낸 바와 같이, Mixture B를 부형제로 한 De-MO-3 제제는 5,000 ppm의 DMS 주입 후 약 14일 후에 모두 분해됨을 확인하였다.

실시예 5. 장기간 보관이 가능한 미생물 제제 선별 및 메탄 및 악취 동시 분해능 평가

5-1. 장기간 보관이 가능한 미생물 제제 선별

실시예 4-3의 결과를 통해, 장기간 보관에도 메탄 및 DMS 동시 분해 활성이 유지되는 미생물 제제를 선별하기 위한 1차 스크리닝을 진행하였다.

도 7에 나타낸 바와 같이, 토버모라이트를 부형제로 한 De-MO 제제의 경우, 균주 접종 후 약 한달 간 상온에서 보관하는 동안 메탄 및 DMS 분해 활성을 잃었음을 확인하였다. 이는 메탄 및 악취 동시 분해 균주를 토버모라이트에 접종할 시에, 다른 부형제보다 균주 접종량을 증가시키고, 별도의 풍건을 거치지 않음으로써 제제의 수분 함량을 40% 이상으로 유지하였음에도 불구하고, 토버모라이트 자체의 수분 함량이 약 2.4%로 매우 건조하여 미생물이 부착하여 서식하기에 적합하지 않은 환경인 것에 기인한 것으로 판단되었다. 또한 mixture B를 부형제로 한 De-MO-3 제제의 경우, 시간이 지남에 따라 밀기울의 영향으로 메탄 농도가 오히려 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 이로써 전체적으로 토버모라이트를 사용한 De-MO 제제와 mixture B를 사용한 De-MO-3 제제는 메탄 및 악취 분해를 위한 미생물 제제의 부형제로 적합하지 않음을 확인하였다.

따라서 보관 기간 30일 이후부터는 메탄 및 DMS 분해 활성이 우수한 De-MO-1 제제와 De-MO-2 제제만을 대상으로 모니터링을 진행하였으며, 각 제제를 약 1년 동안 상온에서 보관하며, 보관 기간에 따른 메탄 및 DMS 분해능을 관찰하였다.

5-2. De-MO-1 제제와 De-MO-2 제제의 장기 보관 시간별 활성 비교 방법

메탄과 DMS 분해 활성이 우수한 De-MO-1 제제와 De-MO-2 제제를 약 1년 동안 실온에서 보관하면서 보관 시간별 메탄 및 메탄 및 악취 분해능을 다음의 방법으로 평가하였다.

각 제제를 별도의 처리 없이 실온에서 30, 75, 150, 225, 300, 375일 보관 후에, 미생물 제제 2 g을 120 mL 혈청병에 넣고, NMS 배지를 6 mL 넣어주었다. 제제를 넣은 혈청병에 메탄 50,000 ppm, DMS 5,000 ppm의 농도로 메탄과 DMS 가스를 주입하고, 고무마개와 파라필름으로 봉하였다. NMS 배지 8 mL를 120 mL 혈청병에 넣어 대조군으로 하였으며, 각 실험은 3회 반복으로 진행되었다. 모든 혈청병은 30℃, 130 rpm 조건에서 진탕배양 하였고, 혈청병 상단부의 가스를 실린지로 포집하여, 시간에 따른 메탄 및 DMS 농도를 가스 크로마토그래피로 분석하였다. 메탄과 DMS 농도가 0으로 감소한 후에 메탄 및 DMS 분해 속도를 계산하였다.

5-3. 보관 시간별 De-MO-1 제제와 De-MO-2 제제의 수분함량 변화

부형제에 메탄 및 악취 동시 분해 균주를 접종 및 풍건 후, 시간에 따른 수분함량을 측정하고, 그 결과를 표 7에 나타내었다.

De-MO-1 제제 및 De-MO-2 제제의 시간에 따른 수분함량 변화

미생물 제제	보관 시간 별 수분함량( % )
미생물 제제	0 일	30 일	75 일	150일	225일	300일	375일
De-MO-1	32.1±1.44^a	24.7±0.20^b	22.7±0.60^c	16.8±0.73^d	11.5±0.25^e	5.4±1.30^f	4.5±0.47^f
De-MO-2	30.1±0.41^a	24.3±0.44^c	28.0±0.82^b	23.0±0.66^c	12.3±1.16^d	5.3±0.51^e	3.9±0.53^e

표 7에 나타낸 바와 같이, 균주를 접종한 당일(0일) 미생물 제제의 수분함량은 약 30-32% 이었다. 보관 시간이 지남에 따라 미생물 제제의 수분함량은 유의하게 감소하였으며(p<0.05), 보관 시간이 300일이 경과한 후에는 약 5.4% 이하의 수분함량을 보유함을 확인하였다.

5-4. 보관 시간별 De-MO-1 제제의 메탄 및 악취 동시 분해능 평가

부엽토를 부형제로 한 De-MO-1 제제의 보관 시간에 따른 메탄 및 DMS 분해능을 도 8에 나타내었다.

도 8의 a에 나타낸 바와 같이, 보관 기간이 길어짐에 따라 주입해준 메탄이 전량 분해되기까지의 기간이 길어지는 양상을 보임을 확인하였다. 그러나 보관 기간이 300일, 375일을 경과한 시점에서는 메탄이 전량 분해되기까지 걸리는 시간에 큰 차이를 보이지 않았다. 또한, 보관 기간에 따라 메탄 전량 분해까지 소요되는 기간은 길어졌으나, 제제의 메탄 분해 활성이 나타나기 시작하면 제제 보관 기간에 관계 없이 약 1~2일 내로 주입해 준 메탄이 전량 분해됨을 확인하였다.

도 8의 b에 나타낸 바와 같이, De-MO-1 제제의 DMS 분해능 역시 보관 기간에 비례함을 확인하였다. 균주 접종 직후(보관 기간 0일)에는 DMS 분해에 정체기를 보이지 않고 DMS 분해가 시작되나, 균주 접종 후 상온에서 30일 보관한 시점부터는 DMS 분해에 소요되는 시간이 점차 늘어나는 경향을 보였다. 그러나, 제제 보관 기간이 225일을 경과한 시점부터는 보관 기간에 관계 없이 DMS가 모두 분해되기까지 걸리는 시간은 약 7일로 비슷함을 확인하였다.

5-5. 보관 시간별 De-MO-2 제제의 메탄 및 악취 동시 분해능 평가

Mixture A를 부형제로 한 De-MO-2 제제의 보관 시간에 따른 메탄 및 DMS 분해능을 도 9에 나타내었다.

도 9의 a에 나타낸 바와 같이, 균주 접종 직후(보관 기간 0일), 주입해 준 메탄이 약 2일 내에 전량 분해되었으나, 보관 기간이 30일을 경과한 이후부터는 메탄이 분해되기까지 소요되는 시간이 증가함을 확인하였다. De-MO-2 제제의 경우, De-MO-1 제제와 달리 제제를 보관한 기간과 메탄이 분해되기까지 소요되는 시간 간에 상관성을 보이지 않음을 확인하였다.

도 9의 b에 나타낸 바와 같이, De-MO-2 제제의 DMS 분해능 역시 균주 접종 직후(보관 기간 0일) 가장 좋은 활성을 나타냈으며, DMS 주입 후 약 1일 후 전량 분해됨을 확인하였다. 보관 기간이 30일을 경과하였을 때에는 DMS가 전량 분해되기까지 약 4-5일의 시간이 소요되었으며, 보관 기간이 75일을 경과한 이후부터는 DMS 분해에 약 7-10일이 소요되었다. DMS 분해 역시, 보관 기간과 분해에 소요되는 시간 간에 상관성은 보이지 않음을 확인하였다.

실시예 6. De-MO-1 제제 및 De-MO-2 제제의 메탄 및 DMS 산화 정체기 분석

6-1. 메탄 및 DMS 산화 정체기 분석

De-MO-1 제제와 De-MO-2 제제의 시간에 따른 메탄 및 DMS 산화 정체기를 분석하고 그 결과를 표 8 및 도 10에 나타내었다.

시간에 따른 De-MO-1 및 De-MO-2의 메탄 및 DMS 산화 정체기

미생물 제제	메탄 및 DMS 산화 정체기(일)
미생물 제제	0 일	30 일	75 일	150일	225일	300일	375일
De-MO-1	0.60	1.00	3.67	5.04	7.33	8.33	8.33
De-MO-2	0.63	7.38	5.50	9.46	7.33	6.21	8.33

표 8 및 도 10에 나타낸 바와 같이, De-MO-1 제제의 경우, 보관 기간이 증가함에 따라 산화 정체기가 약 0.6일에서 약 8.33일로 증가하는 경향을 나타냈으며, r²=0.924의 유의한 선형적 비례관계를 나타내었다. De-MO-2 제제의 경우, 보관 기간과 산화 정체기간에 유의한 비례관계를 보이지 않았으며(r²=0.284), 보관 기간이 150일인 시점에서 가장 긴 정체기를 지님으로써 메탄 및 DMS 분해 활성이 감소함을 확인하였다. 결과적으로 부엽토를 제형으로 한 De-MO-1 제제가 메탄 및 DMS 분해에 있어 가장 예측 가능성이 높고 신뢰성 있는 분해능을 지니고 있음을 확인하였다.

6-2. 건조 중량 당 최대 메탄 산화 속도 분석

De-MO-1 제제와 De-MO-2 제제의 시간에 따른 최대 메탄 산화 속도를 분석하고 그 결과를 표 9에 나타내었다.

시간에 따른 De-MO-1 및 De-MO-2의 최대 메탄 산화 속도

미생물 제제	최대 메탄 산화 속도( μg ·g dry soil ^-1 ·h ^-1 )
미생물 제제	0 일	30 일	75 일	150일	225일	300일	375일
De-MO-1	219.3± 23.11^c	128.4± 48.9^a	195.5± 9.13^bc	196.6± 11.06^bc	148.2± 10.14^ab	252.5± 28.58^c	157.3± 10.03^ab
De-MO-2	180.5± 5.92^ab	186.0± 40.87^b	138.6± 6.43^a	159.2± 22.30^ab	150.4± 7.86^ab	135.22± 6.6^a	184.1± 26.63^ab

표 9에 나타낸 바와 같이, De-MO-1 제제의 건조 중량 당 최대 메탄 산화 속도는 보관 기간에 따라 유의한 차이는 존재하였지만, 전체적으로 약 130 μg·g dry soil^-1·h^-1 이상을 유지함을 확인하였다. 메탄 및 악취 분해 균주를 접종한 후 1년 이상의 시간이 경과하였음에도 불구하고 De-MO-1 제제의 메탄 분해능은 크게 감소하지 않았으며, 300일, 375일 시점에서 각 252.5±28.58 μg·g dry soil^-1·h^-1, 157.3±10.03 μg·g dry soil^-1·h^-1로 높은 수준을 유지함을 확인하였다.

De-MO-2 제제의 경우, 보관 기간에 따라 메탄 산화 속도에 큰 유의한 차이를 보이지 않았으며(p>0.05), 보관 기간이 0일, 30일, 35일인 시점에서 최대 메탄 산화 속도가 약 180 μg·g dry soil^-1·h^- ¹ 로 가장 뛰어난 분해 활성을 나타냄을 확인하였다.

6-3. 건조 중량 당 최대 DMS 산화 속도 분석

De-MO-1 제제와 De-MO-2 제제의 시간에 따른 최대 DMS 산화 속도를 분석하고 그 결과를 표 10에 나타내었다.

시간에 따른 De-MO-1 및 De-MO-2의 최대 DMS 산화 속도

미생물 제제	최대 DMS 산화 속도( μg ·g dry soil ^-1 ·h ^-1 )
미생물 제제	0 일	30 일	75 일	150일	225일	300일	375일
De-MO-1	56.6± 4.22^c	29.6± 4.83^b	31.6± 4.45^b	32.7± 0.49^b	20.6± 2.05^a	19.7± 0.57^a	20.3± 0.77^a
De-MO-2	65.7± 4.28^d	17.3± 4.83^a	27.0± 3.12^b	37.0± 0.79^c	21.0± 0.02^ab	19.7± 1.53^a	36.2± 2.74^c

표 10에 나타낸 바와 같이, De-MO-1 제제의 건조 중량 당 최대 DMS 산화 속도는 보관 기간에 따라 감소하는 경향을 보임을 확인하였다. 메탄 및 악취 분해 균주 접종 직후에는 56.6±4.22 μg·g dry soil^-1·h^- ¹ 로 DMS 분해활성이 가장 뛰어났으며(p<0.05), 보관 기간이 30일~150일이 경과하였을 때에는 약 30 μg·g dry soil^-1·h^-1 의 DMS 분해능을 보였다(p>0.05). 보관 기간이 225일을 경과한 이후로는 DMS 분해능이 조금 더 감소하여 약 20 μg·g dry soil^-1·h^-1을 유지함을 확인하였다.

반면, De-MO-1 제제와는 다르게, De-MO-2 제제의 경우 보관 기간과 관계없이 DMS 산화에 큰 변동을 보임을 확인하였다. 메탄 및 악취 분해 균주 접종 직후에는 65.7±4.28 μg·g dry soil^-1·h^- ¹ 의 속도로 가장 좋은 활성을 보인 반면, 보관 기간이 30일 경과한 시점에서는 최대 DMS 산화 속도가 17.3±4.83 μg·g dry soil^-1·h^-1 로 크게 감소하여 가장 낮은 분해 활성을 나타내었다.

결과적으로, 상기 실시예 5 및 6에 기재한 바와 같이 부엽토를 이용한 De-MO-1 제제와 mixture A를 이용한 De-MO-2 제제를 장기간 실온 보관하며 메탄 및 DMS 분해능을 비교한 결과, 두 제제 모두 메탄 분해 활성은 제제를 1년 이상 보관하여도 크게 감소하지 않았으나, 제제 보관 기간에 따른 메탄 및 DMS 산화 정체기 분석을 통해 De-MO-1 제제가 De-MO-2 제제보다 더욱 안정적이고 예측 가능한 분해능을 지닌 것을 확인하였다. 이를 통해, 미생물 제제로서의 활성과 품질에 대한 신뢰성 등을 전체적으로 고려하고, 최소한 1년 동안 실온에서 보관할 수 있는 메탄 및 악취 분해에 사용할 미생물 제제로 부엽토를 이용한 De-MO-1 제제가 가장 적합함을 확인하였다.

실시예 7. 본 발명의 메탄 및 악취 동시 분해 미생물 제제를 이용한 바이오필터 성능 평가

7-1. 바이오필터 설치 및 성능 평가 방법

본 발명의 De-MO-1 제제를 접종한 바이오필터를 설치하고 메탄 및 악취 분해 성능을 평가하였다. 실험실 규모 바이오필터는 PVC 재질로 제작하였고, 아래부터 가스주입부(지름 8 cm, 높이 5 cm), 충전부(지름 8 cm, 높이 50cm, 부피 2.5 L), 상단부(지름 8 cm, 높이 15 cm) 로 구성되었다. 바이오필터 하단의 가스 주입부는 난석(expanded perlite, 직경 5-10 mm)으로 채워 주입되는 가스가 균일하게 섞이도록 하였다. 상기 바이오필터의 모식도를 도 11에 나타내었다.

De-MO-1 제제를 접종한 실험실 규모의 바이오필터의 메탄과 악취(DMS) 제거 성능을 다음과 같이 평가하였다. De-MO-1 제제를 15 g을 수돗물 150 mL에 현탁하고, 만들어진 De-MO-1 제제 희석액을 접종원으로 사용하였다. 토양 및 부엽토를 바이오필터의 충전재로 이용하여, 토양 : 부엽토 : De-MO-1 제제 희석액을 3000 mL : 1500 mL: : 150 mL 씩 혼합하여 바이오필터에 충전하였다. 바이오필터가 건조되는 것을 방지하기 위해 40% 메탄 : 60% 이산화탄소를 가습기를 통과시킨 후 바이오필터에 공급하였다. 메탄과 악취 혼합가스 제거 실험을 위해, 매립지에서 배출되는 악취 중 대표적인 물질이면서 난분해성 물질인 황화메틸(DMS)을 메탄가스와 함께 12 ml/분의 유속으로 바이오필터에 주입하였다. 1 L 시약병에 무취기름인 콩기름을 300 ml 넣고 DMS 용액은 농도별 0.5 ~ 2 mL 주입하였다. 이 용기 상부로 메탄가스를 통과시켜 메탄과 DMS 혼합가스를 바이오필터에 공급하였다.

바이오필터 충전소재의 수분 함유량을 유지하기 위해서 2주에 한번 무기염배지를 주입하였다. 바이오커버 입구와 출구의 샘플링 포트로부터 500-μL 가스 샘플용 주사기를 이용하여 100 μL씩 채취하여 메탄 및 DMS 가스 농도를 가스크로마토그래피를 이용하여 분석하였다.

7-2. 메탄 및 악취 분해 성능 평가 결과

De-MO-1 제제를 접종한 바이오필터에 의한 메탄 및 악취(DMS) 제거 실험 결과를 도 12에 나타내었다. 도 12에 나타낸 바와 같이, De-MO-1 제제를 접종한 바이오필터에 메탄과 DMS 혼합 가스를 주입한 직후, 바이오필터 입구에서의 메탄과 DMS 농도는 각각 42,000 ppm과 10 ppm 이고, 바이오필터 출구에서의 메탄과 DMS 농도는 각각 11,000 ppm과 0 ppm (검출한계 미만) 임을 확인하였다. 바이오필터 운전 첫날의 메탄과 DMS 제거율은 각각 74%와 100%로 우수하게 나타났으며, 이는 접종원으로 사용한 De-MO-1 제제의 메탄과 DMS 제거 활성이 적응기(지연기) 없이 발현되었기 때문으로 생각되었다.

De-MO-1 제제를 접종하고 1주일 경과 후, 바이오필터의 메탄과 DMS 제거율은 각각 100%임을 확인하였다. 이러한 결과를 통해 접종한 De-MO-1 제제가 상기 1주일의 기간 동안 바이오필터의 충전소재에 안정적으로 고정화되어 메탄 및 DMS 분해활성이 활성화될 수 있으며, 본 발명의 De-Mo-1 제제를 접종한 바이오필터를 약 1주일 정도 시운전하면 높은 메탄과 DMS 제거 효율을 얻을 수 있음을 확인하였다.

바이오필터에 공급하는 메탄 농도를 서서히 증가시켜 100,000 ppm 이상의 고농도 메탄을 주입하여도 메탄의 제거율은 91 ~ 100%로 매우 높은 효율을 보임을 확인하였다. 또한, DMS 제거율도 95 ~ 100%로 매우 안정적이고 높은 효율을 보였다. 운전 21일째에는 DMS 농도를 24,000 ppm으로, 운전 45일째에는 DMS 농도를 16,000 ppm으로 급격하게 증가시켰으나 메탄과 DMS 제거율은 영향을 받지 않음을 확인하였다. 전체적으로, 바이오필터 운전 75일 동안 메탄과 함께 공급한 DMS 농도가 10 ~ 25,000 ppm로 변화가 큼에도 불구하고, 바이오필터 배출구에서 DMS 농도는 검출한계 이하로 거의 100% 제거되었다.

따라서, 본 발명의 De-Mo-1 제제를 접종한 바이오필터의 메탄과 DMS 제거 성능은 메탄과 DMS의 농도 변화에 거의 영향을 받지 않고 안정적인 성능 유지가 가능함을 확인하였다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 기술적 범위는 전술한 실시예에 한정되지 않고 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 이때, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 고려해야 할 것이다.

Claims

하이드로게노파가 속(Hydrogenophaga sp.), 메틸로사르시나 속(Methylosarcina sp.), 하이포마이크로비움 속(Hyphomicrobium sp.), 플라보박테리움 속(Flavobacterium sp.), 메틸로사이너스 속(Methylosinus sp.), 수도산토모나스 속(Pseudoxanthomonas sp.), 메틸로모나스 속(Methylomonas sp.), 메틸로필러스 속(Methylophilus sp.) 및 메틸로버사틸리스 속(Methyloversatilis sp.)을 포함하는 메탄 및 악취유발 화합물 동시 분해용 혼합 균주.
제1항에 있어서, 싸이오바실러스 속(Thiobacillus sp.), 심플리시스피라 속(Simplicispira sp.), 독도넬라 속(Dokdonella sp.), 써모모나스 속(Thermomonas sp.), 메틸리비움 속(Methylibium sp.), 스테노트로포모나스 속(Stenotrophomonas sp.), 리조비움 속(Rhizobium sp.), 스핑고픽시스 속(Sphingopyxis sp.), 테리모나스 속(Terrimonas sp.), 로도박터 속(Rhodobacter sp.), 아시도박테리아 속(Acidobacteria sp.), 오피투투스 속(Opitutus sp.), 데보시아 속(Devosia sp.), 메틸로시스티스 속(Methylocystis sp.), 스핑고시니셀라 속(Sphingosinicella sp.), 아시도보락스 속(Acidovorax sp.) 및 브레번디모나스 속(Brevundimonas sp.)으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상을 추가로 포함하는 것인, 메탄 및 악취유발 화합물 동시 분해용 혼합 균주.
제1항의 혼합 균주 또는 이의 배양액을 유효성분으로 포함하는 메탄 및 악취유발 화합물 동시 분해용 조성물.
제1항의 혼합 균주 또는 이의 배양액을 유효성분으로 포함하는 메탄 및 악취유발 화합물 동시 분해용 미생물 제제.
제4항에 있어서, 상기 미생물 제제는 토버모라이트(Tobermolite) 및 부엽토로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 부형제를 포함하는 것을 특징으로 하는, 메탄 및 악취유발 화합물 동시 분해용 미생물 제제.
제5항에 있어서, 상기 미생물 제제는 장기 안정성을 갖는 것을 특징으로 하는, 메탄 및 악취유발 화합물 동시 분해용 미생물 제제.
제5항에 있어서, 상기 토버모라이트 및 부엽토가 1 : 1 내지 5의 중량비로 혼합된 것을 특징으로 하는, 메탄 및 악취유발 화합물 동시 분해용 미생물 제제.
제4항 내지 제7항 중 어느 한 항의 미생물 제제를 포함하는 메탄 및 악취유발 화합물 동시 분해용 바이오커버.
제8항에 있어서, 상기 바이오커버는 과산화마그네슘, 과산화칼슘 및 과탄산나트륨으로 이루어진 군으로부터 선택되는 산소생성제를 추가로 포함하는 것인, 메탄 및 악취유발 화합물 동시 분해용 바이오커버.
제4항 내지 제7항 중 어느 한 항의 미생물 제제를 포함하는 메탄 및 악취유발 화합물 동시 분해용 바이오필터.
제10항에 있어서, 상기 바이오필터는 과산화마그네슘, 과산화칼슘 및 과탄산나트륨으로 이루어진 군으로부터 선택되는 산소생성제를 추가로 포함하는 것인, 메탄 및 악취유발 화합물 동시 분해용 바이오필터.
제4항 내지 제7항 중 어느 한 항의 미생물 제제를 메탄 및 악취유발 화합물 발생원에 처리하는 단계; 를 포함하는 메탄 및 악취유발 화합물을 동시분해하는 방법.
제12항에 있어서, 상기 미생물 제제는 6개월 이상 장기 보관된 것을 특징으로 하는, 메탄 및 악취유발 화합물을 동시분해하는 방법.
제12항에 있어서, 상기 메탄 및 악취유발 화합물 발생원은 폐기물 매립지, 쓰레기 매립지, 폐수처리장, 분뇨처리장, 축산폐수처리장, 음식물쓰레기 처리장, 석유화학제품 제조공장, 생활하수처리장, 산업폐수처리장, 가축사육장, 식품가공 공장, 페인트 제조공장, 주물제조 공장, 석유정제 처리시설, 분뇨처리장, 도살장, 비료 제조공장, 플라스틱 제조 연소시설, 도장시설 또는 도금공장인 것인, 메탄 및 악취유발 화합물을 동시분해하는 방법.
제8항의 바이오커버가 하나 이상 적층된 바이오커버층; 및 상기 바이오커버층을 둘러싸는 통기층 또는 상기 바이오커버층의 하부에 적층되는 통기층을 포함하는 메탄 및 악취유발 화합물의 동시분해 시스템.
제10항의 바이오필터가 하나 이상 적층된 바이오필터층; 및 상기 바이오필터층을 둘러싸는 통기층 또는 상기 바이오필터층의 하부에 적층되는 통기층을 포함하는 메탄 및 악취유발 화합물의 동시분해 시스템.