KR20240063738A - 겨울철 가축분뇨 퇴비화 기간 단축 및 기간 중 암모니아 가스 발생량 저감에 유효한 복합미생물제 구성 및 이용방법 - Google Patents
겨울철 가축분뇨 퇴비화 기간 단축 및 기간 중 암모니아 가스 발생량 저감에 유효한 복합미생물제 구성 및 이용방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 축산 폐기물의 퇴비화용 복합미생물제제 및 이를 이용하여 퇴비를 제조하는 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 축산 폐기물의 퇴비화용 복합미생물제제 및 이를 이용하여 퇴비를 제조하는 방법에 관한 것이다.
최근 화학비료의 과도한 남용으로 인하여 토양 염류집적 및 환경오염 문제가 발생하게 되었으며 이를 극복하기 위하여 화학비료를 대체할 수 있는 친환경 농자재로서 퇴비 및 유기질 비료의 사용이 점차 늘고 있는 실정이다. 그러나 상기 유기질 비료에 함유된 유기물은 분자량이 크기 때문에 작물체가 직접 흡수할 수 없어 미생물에 의해 저분자화로 분해되어야 뿌리를 통하여 흡수할 수 있게 된다.
최근에 축산분뇨에 대한 규제 강화와 유기 농법에 의한 고부가가치의 농산물 생산에 관심이 모아지면서 이와 관련된 미생물 제제의 수요 및 공급이 크게 증가하고 있다. 그러나, 퇴비의 제조시 내부온도가 10℃이하로 낮아지면 퇴비 부숙 과정에서 미생물 활동이 느려져 퇴비화 효과가 떨어지게 되는데, 우리나라와 같이 연교차가 큰 경우 추운 시기에 퇴비화 기간이 길어지고 퇴비 품질이 저하되는 문제가 발생하게 된다. 또한, 축산분뇨 퇴비화 시 발생하는 암모니아 가스는 악취로써 주변 환경 및 인체에 유해한 영향을 주기도 한다.
이에, 겨울철 퇴비화 기간 중 발효열 발생 안정화에 적합한 미생물과 암모니아를 영양분으로 하여 가스 발생량을 제어할 수 있는 질화 특성 미생물의 선발이 필요하다.
이에, 본 발명의 발명자는 악취 발생 원인인 암모니아 등의 산화와 환원에 관여하는 Rhodococcus jostii 균주 및 낮은 온도에서도 성장할 수 있는 Glutamicibacter arilaitensis 균주 등의 여러 균주를 선별하고, 상기 균주들을 포함하는 복합미생물제가 퇴비 제조시 퇴비더미의 발효열 생성 및 유지와 악취발생량 저감 효과가 있음을 확인함으로써 본 발명을 완성하였다.
따라서, 본 발명은 축산 폐기물의 퇴비화용 복합미생물제제 및 이를 이용하여 퇴비를 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적의 달성을 위해, 본 발명은 Alcaligenes aquatilis, Rhodococcus jostii, Alcaligenes faecalis, Lysinibacillus varians, Bacillus megaterium, Bacillus velezensis, Bacillus subtilis, Glutamicibacter arilaitensis, Cupriavidus nectar, Bacillus licheniformis, Bacillus subtilis, Pediococcus acidilactici, Bacillus sp. SinR4 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 균주를 포함하는 축산 폐기물의 퇴비화용 복합미생물제제를 제공한다.
또한, 본 발명은 Rhodococcus jostii 균주 및 Glutamicibacter arilaitensis 균주를 포함하는 축산 폐기물의 퇴비화용 복합미생물제제를 제공한다.
또한, 본 발명은 본 발명에 따른 복합미생물제제를 이용하여 퇴비를 제조하는 방법을 제공한다.
본 발명은 퇴비 제조시 퇴비더미의 발효열을 생성하고 유지할 수 있는 균주와 악취발생을 저감할 수 있는 균주를 사용함으로써 퇴비 제조공정 기간을 단축시키고, 악취를 감소시켜 친환경적인 제조 환경을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 미생물제제는 소규모 농가에서 일반적으로 사용되는 퇴적식 퇴비화 방법에 즉시 적용가능하여 추가 기술 또는 장비 등이 불필요하여 상품화시 제품경쟁력 확보에 유리하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 있어서 유효 미생물을 분리, 검토, 선별 및 제제화하는 과정을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 있어서 시험 재료 준비 및 시험장소를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 있어서 퇴비 제조시 퇴비 뒤집기, 악취가스 현장 측정 및 pH 와 같은 이화학 분석의 실시를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 있어서 시험일의 외기 온도 및 시험구별 퇴비더미 온도를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 있어서 시험구별 퇴비더미의 측정일 별 암모니아 가스 발생량을 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 있어서 시험구별 퇴비더미의 측정일 별 아민류 가스 발생량을 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 있어서 시험구별 퇴비더미의 측정일 별 수분량을 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 있어서 시험구별 퇴비더미의 측정일 별 pH를 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 있어서 시험구별 퇴비더미의 측정일 별 EC를 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 있어서 시험 재료 준비 및 시험장소를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 있어서 퇴비 제조시 퇴비 뒤집기, 악취가스 현장 측정 및 pH 와 같은 이화학 분석의 실시를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 있어서 시험일의 외기 온도 및 시험구별 퇴비더미 온도를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 있어서 시험구별 퇴비더미의 측정일 별 암모니아 가스 발생량을 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 있어서 시험구별 퇴비더미의 측정일 별 아민류 가스 발생량을 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 있어서 시험구별 퇴비더미의 측정일 별 수분량을 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 있어서 시험구별 퇴비더미의 측정일 별 pH를 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 있어서 시험구별 퇴비더미의 측정일 별 EC를 나타낸 그래프이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 이하의 설명에 있어, 당업자에게 주지 저명한 기술에 대해서는 그 상세한 설명을 생략할 수 있다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다.
따라서 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명은 Alcaligenes aquatilis, Rhodococcus jostii, Alcaligenes faecalis, Lysinibacillus varians, Bacillus megaterium, Bacillus velezensis, Bacillus subtilis, Glutamicibacter arilaitensis, Cupriavidus nectar, Bacillus licheniformis, Bacillus subtilis, Pediococcus acidilactici, Bacillus sp. SinR4 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 균주를 포함하는 축산 폐기물의 퇴비화용 복합미생물제제에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 Rhodococcus jostii 균주 및 Glutamicibacter arilaitensis 균주를 포함하는 축산 폐기물의 퇴비화용 복합미생물제제에 관한 것이다.
상기 Rhodococcus jostii 균주는 Rhodococcus jostii SK5950(KACC 92436P) 균주일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 상기 Rhodococcus jostii 균주는 암모니아, 아질산 및 질산의 산화와 환원 모두에 관여하여 퇴비더미 내 균형 잡힌 질소원 구성에 유효하며, 악취를 감소시킬 수 있다.
상기 Glutamicibacter arilaitensis 균주는 Glutamicibacter arilaitensis SK5241(KACC 92435P) 균주일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 상기 Glutamicibacter arilaitensis 균주는 다른 균주 대비 낮은 약 15℃에서도 성장할 수 있어, 추운 시기 퇴비 제조 시 초기 열원 생성 역할에 유효하다.
또한, 본 발명은 본 발명에 따른 복합미생물제제를 이용하여 퇴비를 제조하는 방법에 관한 것이다.
하기의 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 내용을 구체화하기 위한 것일 뿐 이에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1> 균주 분리 및 선발
배지
악취제거용 균주를 분리하기 위하여 암모늄산화균 분리용 선택배지와 질소산화균 분리용 선택배지를 이용하였고 온도스트레스 검토를 위해 영양배지(nutrient agar)를 이용하였다. 암모늄산화균 분리용 배지 조성은 Na2HPO4 13.5g/l, KH2PO4 0.7g/l, MgSO4 0.5g/l, FeCl2 0.014g/l, CaCl2 0.18g/l, (NH4)2SO4 0.5g/l, Agar 15.0g/l; 질소산화균 분리용 배지 조성은 Na2HPO4 13.5g/l, MgSO4 0.1g/l, KH2PO4 0.7g/l, NaHCO3 0.5g/l, FeCl3 0.014g/l, CaCl2 0.18g/l, NaNO2 0.5g/l, Agar 15.0g/l로, 121℃에서 20분간 멸균 후 각각의 평판배지를 사용하였다.
균주분리 및 동정
축산분뇨, 퇴비 및 토양 등에서 채취한 시료들을 각각 1g씩 취하여 0.85% NaCl 용액으로 균질화 하였고, 연속 희석법으로 1×10-5 내지 1×10-3 농도에 해당하는 샘플을 100㎕씩 취하여 평판배지에 도말하였다. 30℃에서 24~48시간 배양 후 상이한 형태의 colony에 대하여 3회 연속으로 순수 분리하였다.
선발된 후보 균주를 동정하기 위하여 16S rDNA 유전자 서열을 분석하였다(SolGent, Korea). Primer로 27F(5'-AGA GTT TGA TCC TGG CTC AG-3')와 1492R(5'- GGT TAC CTT GTT ACG ACT T-3')을 사용하여 ABI PRISM 3730XL DNA analyzer로 분석하였다. Homology 검색은 NCBI의 BLAST를 이용하여 수행하였다.
성장성, 효소역가 및 특성
Amylase 활성은 nutrient agar에 1% Soluble Starch를 혼합하여 평판배지 제작 후 후보균주를 획선도말하여 30℃에서 48시간 배양한 다음 1% iodine solution 추가 이후 균락 주위의 색소가 빠진 면적을 측정하였고, cellulase 활성은 nutrient agar에 1% CMC(Carboxymethyl Cellulose sodium salt)를 혼합하여 평판배지 제작 후 후보균주를 획선도말하여 30℃에서 48시간 배양한 다음 0.2% congo red액 염색 및 1M NaCl로 세척한 다음 균락 주위의 색소가 빠진 면적을 측정하였다. protease 활성은 nutrient agar에 1% skim milk를 혼합하여 평판배지 제작 후 후보균주를 획선도말하여 30℃48시간 배양한 다음 균락 주위의 색소가 빠진 원형의 면적을 측정하였고, lipase는 spirit blue agar를 이용하여 평판배지 제작 후 후보균주를 획선도말하여 30℃에서 48시간 배양한 다음 균락 주위의 색소가 빠진 원형의 면적을 측정하였다.
미생물의 열스트레스 저항성 및 암모니아 분해능 측정
암모니아 분석은 Indophenol 법으로 하였으며, 동일한 축산분뇨 희석액을 균질하여 각 실험구별 3회 반복으로 250ml 플라스틱 병에 125ml씩 담고 분리된 균주의 배양액을 각각 1%씩 접종한 후 실험 기간 15일 동안 30℃아크릴 수조에 넣어 생장시켰다. 각 일자별로 희석액을 취하여 원심분리기(5415 D, EPPENDORF Co., Germany)로 상온에서 10,000rpm, 3분 동안 원심분리 후 상층액에 phenol color reagent와 alkali-hypochlorite 반응액을 첨가하여 실온에서 20분간 반응시킨 후 96 well plate의 well당 샘플 200㎕를 넣고, Micro plate reader(Synergy2, biotech Co., USA)로 3회 반복 측정한 수치를 blank 값으로 보정한 평균을 취하여 아래의 공식에 근거하여 균주별 암모니아 분해능 수준을 계상하여 후보 균주 선발에 이용하였다.
NH
4
-N (mg/100ml) = 시료중 OD/Standard OD × Standard 농도
열스트레스 저항성은 분리된 균주의 배양액을 영양배지 2개에 100ul 씩 도말 후 각 -20℃와 55℃ 항온기에서 24 시간 노출시킨 후 30℃에서 48시간 재배양하여, 처음부터 영양배지에 100ul 도말 후 30℃에서 48시간 배양시킨 동일 균주와의 군집 생성수 및 크기 비교로 온도저항성을 측정함으로써 후보 균주 선발에 이용하였다.
복합미생물제 구성
퇴비화 기간 중 암모니아 가스 발생량 경감 효과와 열스트레스 저항성이 있는 균주를 선발하여 현장 이용 편의를 위한 액상형 복합미생물제 구성하였다.
복합생균제로 이용하기 위해 성장능을 갖추고 있으며 저온에서의 유기질 분해능 또는 질소화합물류 분해능이 경쟁 균주들 대비 상대적으로 우수하여 선행 시험에서 선별된 균주들에 대해 상호간의 길항성을 검사하였다.
균주간 길항작용 수준을 검토하기 위하여 영양배지에 균주간 직교로 교차하도록 획선도말하여 교차지점 균주의 성장형태 관찰로 균주간 길항 수준 및 경쟁적배재 우열을 조사하였다.
길항성 검사에서 균주간의 경쟁적 배제가 덜한 균들로 재선별을 실시하여 복합미생물제 제조 시 활용할 수 있도록 표 1과 같이 원료 균주를 확정하였다.
복합 미생물제는 일반 생균형 시제품 균주 농도와 비슷한 수준인 106~7cfu/g이 되도록 제조하기 위해 LB 액체배지 이용, 30℃에서 균주별 36~72시간 내외로 호기진탕 배양하여 각 균주의 농도가 약 106cfu/g이 되도록 하였다. 균주별 목적한 농도 도달 시점에 각 수거 후 완전 밀봉하였고, 현장실증시험 실시 전까지 개별 냉장보관하여 이후 축분혼합물 총 중량 당 약 1:100 수준 처리에 사용하였다.
<실시예 2> 균주 동정
상기 실시예 1의 균주들 중 기대효과 및 신규성 검토에서 계대배양 반복 시 연속성 있는 결과를 도출한 유의미한 Rhodococcus jostii 균주 및 Glutamicibacter arilaitensis 균주를 확인하기 위해 부분 동정(16S rRNA)을 실시하고 각각 Rhodococcus jostii SK5950(KACC 92436P) 균주 및 Glutamicibacter arilaitensis SK5241(KACC 92435P) 균주로 2022년 8월 29일자로 국립농립과학원에 특허미생물 기탁을 실시하였다.
Rhodococcus jostii는 암모니아, 아질산 및 질산의 산화와 환원 모두에 관여하여 퇴비더미 내 균형 잡힌 질소원 구성에 유효하고, Glutamicibacter arilaitensis 다른 균주 대비 낮은 온도에서 성장성이 우수함에 따라, 추운 시기 퇴비 제조 시 초기 열원 생성 역할에 유효함을 확인하였다
<실시예 3> 퇴비화 현장에서의 실증실험
실시예 1에서 선별된 균주를 포함하는 복합미생물제를 이용하는 퇴비화 현장에서의 실증시험으로 목적 부합 수준 및 실용성 검토하였다. 일반 축산농가에서 흔히 사용하는 가축분뇨 퇴적식 퇴비화 방법을 기본하여 현장실증 시험을 진행하였다.
최종 선발 및 배양된 13종의 균주를 활용한 복합미생물제를 퇴비혼합물과의 혼합 1시간전 대형 수조에 투입 후 물을 추가하며 100리터로 맞추어 혼합함으로써 이후 퇴비에 균등 투입이 편리하도록 하였다
일반 축산농가에서 흔히 사용하는 가축분뇨 퇴적식 퇴비화 방법을 기본하여 현장실증 시험을 진행하였다(도 2). 퇴적식 퇴비화는 축산농가에서 모여진 분뇨의 함수량 및 공극률 수준을 파악한 후 퇴비화에 적절한 함수량, 공극 및 탄소질소비율이 맞춰지도록 톱밥 등의 수분조절재를 투여·혼합 후 쌓아 둠으로써 퇴비를 제조하는 형태로 발효열이 낮아지는 시점을 기준으로 뒤집기 작업을 실시하였다.
시험구성 및 재료
표 1에 기재된 균주들을 포함하는 복합미생물제를 퇴비 제조 시 처리하지 않은 대조구 C와 처리한 처리구 T로 하여 2종의 시험구로 구성하였다(표 2). 처리구 T는 T1과 T2 둘로 나누어 축분혼합물의 성분을 달리하여 처리하였다.
복합 미생물제를 처리하는 시험구(처리구)는 개발된 액상형 미생물제 농도를 일반 생균형 시제품 균주 농도와 비슷한 수준인 106~7cfu/g으로 조절하여 제조(실험실에서 제조·제공)한 후 퇴비용 축분혼합물 총 중량 당 약 1:100 수준으로 처리하였다. 축분은 우분과 계분을 부피 기준 5:5로 하였고, 수분조절제는 톱밥으로 하였으며, 선행조사된 원료별 수분함량 기준으로 혼합 시 65%의 함수량이 되도록 표 3과 같이 구성하여 각 2.5톤이 되도록 하였다. 축분이용 퇴비제조 원료별 기준값 및 제조 시 부가적 고려 요인은 표 3에 나타낸 바와 같다.
대조구는 처리구와 동일한 함수율 구성을 위해 미생물제 대신 동량의 지하수 등 물 추가 투입하였다. 축분과 수분조절제의 함수량은 선행 조사 결과인 57.7%, 32.3%을 수분 함량치로 이용하였고 각 혼합물의 최종 함수량이 약 65%가 되도록 재료별 투입량을 계상하였다. 축분은 계분 및 계분과 섞인 부산물과 우분 및 우분과 섞인 부산물을 중량 기준 50:50으로 칭량하여 퇴비 제조 직전 미리 혼합해 두었다.
축분혼합물 제조 순서는 하기와 같다: ①측정된 축분 원료, 수분조절제의 함수량 기준으로 재료별 배합비 작성, ②계분+우분을 혼합하여 축분혼합물을 원료로 먼저 제작 후 톱밥(수분조절제)를 혼합으로 총량 약 5.5톤 수준의 퇴비를 제조함, ③각 2.5톤으로 시험구별 중량 분배 후 시험구별 추가 재료(대조구는 1% 당밀용액+물, 처리구는 미생물제+물) 투입 후 혼합함
혼합작업 시 시험구 간의 교차 혼합이 발생치 않도록 유의하며, 시험구 자리 배치 시 시험구간 거리를 두고 사이에 분리벽을 설치하였다.
시험 수행방법 및 수행기간
시험구별 퇴비더미 2기가 섞이지 않도록 분리 배치하였고, 제조방법은 퇴적식 퇴비화 방법으로 하여 시험을 진행하였다. 뒤집기 작업은 퇴비 온도가 확연히 떨어지는 추세가 보이는 시점(약 10일 간격)을 기준으로 수행하였으며, 시험개시일 기준 30일경 까지는 뒤집기 작업 수행 시 각 퇴비더미의 소실된 수분량을 현장측정하여 소실량 평균을 퇴비더미 두기에 동일한 수준으로 투입하는 가수작업을 병행하였다. 이밖의 퇴비더미 관리는 퇴비더미제조 농가의 관행에 따랐다.
측정방법
하기 방식에 따라 퇴비를 측정하였다(도 3). 날씨는 육안으로 관측하였으며, 기온 측정은 testo905-T1를 사용하였다. 시료온도는 testo905-T1 및 100cm 탐침기를 사용하였고, EC는 EC/HMM-400 Pro 및 50cm 탐침기를 사용하였다. 악취는 Gastec; GV-110S 및 검지관(황화수소: 4LT, 4LK; 암모니아: 3L, 3La, 3M; 아민:180L ,180)을 사용하여 측정하고, 이화학분석은 농촌진흥청 고시 ‘비료의 이화학적 검사방법 및 시료채취기준’에 준하여 실시하였다. 통계분석에는 SPSS v22 (IBM Corp., Armonk, NY)을 이용하였다.
날씨 및 기온을 제외한 모든 측정은 측정별 3회의 반복측정에서 관측된 결과를 사용하였으며, 일원분산분석법으로 통계적 유의성을 검토하였다. 통계분석은 반복측정에서 관측된 결과는 일원분산분석법으로 시험구간 결과의 통계적 유의성 검토에 이용되었고, 통계분석에는 SPSS v22 (IBM Corp., Armonk, NY)을 이용하였다.
- 날씨 상태: 현장시험처의 날씨 상태를 육안으로 관찰하여 당일 일출몰 사이 가장 오래 지속된 상태 중 선정·기록하며 상태기준은 볕이 쬐는 시간으로 하였다. 하기 3종에 해당하는 상태에서 선정하여 기록하였다
맑음: 일출몰 사이 구름이 없거나 적은 상태로 볕드는 시간이 상대적으로 김, 한시적으로(1시간 이내) 비 또는 눈이 와도 구름이 개어 볕이 들면 맑음이다.
흐림: 일출몰 사이 구름이 있거나 많은 상태로 볕드는 시간이 상대적으로 짧음, 또한 비 또는 눈은 오지 않거나 한시적(1시간 이내)으로 매우 짧을 때이다.
- 강우: 일출몰 사이 구름이 있거나 많은 상태로 볕드는 시간이 상대적으로 짧으며, 비 또는 눈이 1시간 이상 지속되어 오면 강우/강설로 하였다.
-기온: 기온은 오후 5시를 기준으로 퇴비제조 시설 외부 지정 자리에 걸어둔 온도계(Testo905-T1, Testo SE & Co. KGaA., USA.)를 이용하여 측정 기록하였다.
- 온도: 각기 다른 자리 3곳에서 퇴비더미 중심부까지 탐침부가 닿게 한 후 온도계(Testo905-T1, Testo SE & Co. KGaA., USA.)를 이용하여 매번 동일한 시각에 측정하였다.
- EC: 디지털 토양측정계(HMM-400 Pro, Hanyoung system Co. Ltd., KOR.)로 시험구별 퇴비더미의 각기 다른 자리 3곳에서 동일한 깊이가 되도록 하여 측정하였다.
- 악취측정: 시험구별로 퇴비더미 깊이 30cm 이상의 깊이에서 3점법으로 시료를 균등채취하여 총량이 100g 정도 되도록 칭량한 후 2리터 플라스크에 담은 후 미리 준비해둔 섞음막대와 비닐커버를 이용하여 약 10회 정도 저어 시료를 퍼트려 준 다음 밀봉하였다. 10분 대기 한 후 비닐 커버에 충격이 가지 않도록 뚫어 검지관(황화수소: 4LT, 4LK; 암모니아: 3L, 3La, 3M; 아민:180L ,180; Gastec. Corp., JPN.)을 밀어 넣고, 실린더(Gas sampling pump, Gastec. Corp., JPN.)로 100ml 흡기하여 황화수소, 암모니아, 아민류를 순차대로 조사·기록하였으며 이 과정으로 3반복 수행하였다.
- 시료채취 및 시료분석: 시험개시 직후 초반은 약 5일 간격으로 이후부터는 약 10일 간격으로 각 퇴비더미의 시료를 채취하였다. 시료채취는 준비한 플라스틱 용기에 퇴비 내부 30cm 이상의 깊이로 다섯 군데에서 채취하여 담아 균등 혼합한 후 밀봉하여 분석 전까지 4℃이하로 보관하였다가, 이후 일괄로 비료의 품질검사방법 및 시료채취기준(농촌진흥청, 2017)에 공시된 분석방법에 준하여 분석하였다. 수분함량은 3g의 퇴비시료를 100℃에서 5시간 건조한 후에 감량된 값을 수분으로 하였고, 유기물은 600℃ 회화로 이용 감소량 및 수분량을 제한 양으로 하였다. 전질소는 증류된 붕산용액을 표준황산액으로 적정하는 황산법(켈달법)으로, 인산과 칼리 전량 및 중금속량은 산반응 마이크로파 분해 후 유도결합플라즈마(ICP)기로 측정하였다. 유해미생물인 대장균 O-157과 살모넬라 검출여부에는 Sorbitol MacConkey agar와 medium과 Triple Sugar Iron agar를 이용하였고, 부숙도 측정은 암모니아와 이산화탄소 발색 반응을 이용한 기계적 부숙도 측정법인 솔비타법을 이용하였다.
<실시예 5> 시험 결과
기온 및 발열 양상
4월 이상 기온 발생으로 시험개시일 기준 2~3일 까지 일평균 기온이 높았다. 두 시험구 모두에서 퇴비더미에 공기 주입을 위한 뒤집기 작업 당일에는 급격한 온도 저하가 있었으나, 이후 빠르게 온도가 점증하였다.
시험구별 퇴비더미의 온도변화는 전체적으로 점증 후 점감하는 형태로, 퇴비제조시 발생하는 일반적인 형상으로 비슷한 상을 보였으나, 대조구는 후기 약 30일 동안 처리구 대비 평균 온도가 높았고, 처리구는 전기 약 30일 동안 대조구 대비 평균 온도가 높아 고온 유지 집중화 시기가 달랐다(표 5 및 도 4). 대조구에서 가장 높은 온도가 발생한 측정일은 평균 온도 58.9℃의 측정일 9일차이고, 처리구에서 가장 높은 온도가 조사된 측정일은 평균 온도 60.1℃의 측정일 23일차로 조사되었다.
시험구별로 각 퇴비더미의 내부온도가 안정적으로 유지됨에 따라 대다수 측정일에서 시험구간 온도차이에 P<0.05 수준의 통계적 유의성이 나타났다. 퇴비화 후숙 과정까지 감안하여 약 4개월 동안 현장시험을 진행하였으나, 시험개시일 70일 이후부터 두 시험구 모두의 퇴비더미 온도가 30℃ 대로 완만하게 점감하며 유지되는 형태로 비슷한 상태를 보였고 시험구간의 유의미한 차이가 발생하지 않았다.
악취가스 발생 양상
- 암모니아 가스
암모니아 가스 발생량은 시험개시일 기준 30일 동안 높은 수준의 발생이 관측되었고, 전반적으로 복합미생물제를 사용한 처리구에서 발생량이 낮았다. 대조구의 암모니아 가스 최고발생량은 측정일 14일째의 175.5 ppm/100ml이며 처리구의 암모니아 가스 최고발생량은 측정일 11일째의 91.0 ppm/100ml로 관측되었다. 후각으로 암모니아 가스를 감지하기 어려운 5ppm 이하 농도를 암모니아 가스 소멸기로 보았을 때 대조구는 측정일 58일에 소멸기로의 진입이 있었고, 처리구는 측정일 38일에 소멸기로의 진입이 있었다(표 6 및 도 5).
- 아민류 가스
조사기간 중 암모니아와 같이 질소화합물류로 악취를 발생시키는 아민류 가스 발생량은 암모니아 가스 발생량과 유사한 증감 형태를 보였으며, 측정일 19일 이후 복합미생물제를 사용한 처리구에서 대조구 대비 아민류 가스 발생량이 낮았다. 아민류 가스 최고발생량은 두 시험구 모두 측정일 13일에서 관측되었으며, 대조구는 232.5 ppm/100ml, 처리구는 235.0 ppm/100ml로 조사되었다. 아민류의 감지 수준을 암모니아와 같은 5ppm 이하 농도로 기준할 때 대조구는 약 53일에 소멸기로 진입하였고, 처리구는 약 38일에 소멸기로 진입하였다(표 7 및 도 6).
- 황화수소 가스
황화수소 가스는 시험개시 1일차 대조구에서 2.0±0.16 ppm/100ml, 처리구에서 2.1±0.17 ppm/100ml로 측정(P=0.55)되었고, 시험개시 2일차는 시험구 모두에서 0.05 ppm/100ml 이하의 발생량이 측정되었다. 3일차부터 시험종료 시까지 황화수소 발생이 검출되지 않았다.
퇴비화 기간 중 퇴비더미의 물성 양상
- 수분
제조된 각 퇴비더미의 함수량은 현장시험임을 감안했을 때 두 시험구 모두에서 큰 차이가 없는 적정한 수준에서 퇴비화가 진행되었으며, 선행된 예비시험의 결과와 달리 의도했던 65% 함수량 시작에는 미치지 못한 상태로 시험이 개시되었다. 대조구에서 가장 높은 수분 함량이 발생한 측정일은 평균 수분 61.0±4.6%의 측정일 23일차였으며, 처리구 또한 가장 높은 온도가 조사된 측정일은 평균 수분 63.0±3.0%의 측정일 23일차로 조사되었다. 전체적으로 대조구의 수분 감량 수준이 큰 것으로 관찰되었고, 시험개시 약 2개월이 경과한 시점에는 시험구간의 함수량 차이가 6% 이상으로 나타났다. 시험구간 통계적 유의성(P<0.05)이 있는 함수량 차이는 측정일 63일에 발생하였다(표 8 및 도 7).
- pH
제조된 각 퇴비더미의 초기 pH 수준은 두 시험구 모두에서 8.5정도로 같은 수준이었고, 퇴비화 기간이 길어짐에 따라 점감하는 것으로 조사되었다. 퇴비더미의 발열에 따른 암모니아, 아민 등의 형태로 소실된 성분에 의한 pH 감소도 있겠으나, pH 감소 추이를 보았을 때 퇴비화 기간 1개월 이후 호열성 미생물 위축이 발생하는 시점부터 pH 감소가 더 두드러지게 나타났다. 대조구와 처리구 모두에서 비슷한 형태로 pH가 감소하는 형태를 보였으며 대조구에서 가장 높은 pH가 발생한 측정일은 평균 pH 8.9±0.0의 측정일 9일차였고, 처리구에서 가장 높은 pH가 발생한 측정일은 평균 pH 동일하게 8.8±0.0의 측정일 9일차 및 23일차로 조사되었다. 최종 측정일인 63일차에서 대조구와 처리구 모두 pH 7대로 측정되어, 다른 가축분 퇴비에서 발생하는 상태와 비슷한 pH 수준으로 조사되었고, 비료로 활용하기 적정 수준에 도달한 것으로 나타났다. 시험구간 통계적 유의성(P<0.05)이 있는 pH 차이는 측정일 1, 13일을 제외하고 모두 발생하였다(표 9 및 도 8).
- EC
제조된 각 퇴비더미의 초기 EC 수준은 대조구가 16.3± 3.2mS/cm이고, 처리구가 16.7± 2.1mS/cm로 측정되어 두 시험구가 유사한 전기전도도를 가지는 것으로 조사되었다. EC의 변화 수준 또한 pH와 같이 퇴비화 기간이 길어짐에 따라 초기 대비 후기가 감소한 형태를 보였으나, pH와 달리 약 측정일 20일 정도를 기점으로 급격한 감소가 시험구 모두에서 발견되었고, 이후 완만한 증감은 있으나 감소된 EC 수준에서 유지되는 형태를 보였다. 시험구 모두 토양 기준에서 높은 수준의 전기전도도이나, 비료로써 토양과 섞어서 사용하는 일반 사용형태를 감안할 때 문제의 소지가될 여지는 낮을 것으로 보인다. 대조구에서 가장 높은 EC값이 발생한 측정일은 평균 EC값이 29.6±4.8mS/cm의 측정일 23일차였으며, 처리구 또한 가장 높은 EC값이 조사된 측정일은 평균 EC값이 29.6±4.8mS/cm의 측정일 23일차로 조사되었다. 시험구간 통계적 유의성(P<0.05)가 있는 EC 차이는 측정일 43일에 관측되었다. 제조된 각 퇴비더미의 초기 pH 수준은 두 시험구 모두에서 8.5정도로 같은 수준이었고, 퇴비화 기간이 길어짐에 따라 점감하는 것으로 조사되었다(표 10 및 도 9).
퇴비품질
- 영양성분 함량
후숙 기간에 진입한 시험구 2종의 73일령 퇴비더미 시료의 퇴비품질 성분 함량에서 시험구간 유기물, 총질소, 인산 및 갈리 함량은 모두 비슷한 수준으로 영양성분별 함량에서 시험구간 통계적 유의성은 발견되지 않았으며, 탄질율도 비슷한 수준으로 조사되었다(표 11).
- 유해성분 함량 및 유해미생물
후숙 기간에 진입한 시험구 2종의 73일령 퇴비더미 시료의 유해성분 함량에서 크롬, 니켈, 구리, 아연 및 수은은 모두 비슷한 수준으로 시험구간 통계적 유의성은 발견되지 않았으나, 염분 함량에서는 대조구가 시험구 대비 0.14% 낮았으며 통계적 유의성(p<0.05)이 관찰되었다. 다만 법적 염분함량 기준이 2% 이하임에 따라 시험구 퇴비품질에 대한 손상이 발생되지 않았다. 중금속류 유해성분인 카드뮴, 납, 비소는 시험구 2종 모두에서 검출되지 않았다(표 12).
시험구 2종의 73일령 퇴비더미 시료에서 법정 규격으로 발견되지 않아야 할 유해미생물인 병원성대장균인 O-157균과 살모넬라균의 유무를 조사한 결과 시험구 2종 모두에서 검출되지 않았다.
- 부숙도
시험구 2종에서 시험개시일 이후 약 1개월 및 2개월 시기가 되는 퇴비더미 시료를 각 채취하여 솔비타법으로 부숙도 수준을 조사했을 때 대조구와 시험구의 33일령 및 63일령의 이산화탄소 발생지수 및 63일령 암모니아 발생지수는 동일한 수준으로 조사되었으나, 33일령 암모니아 발생지수는 처리구에서 대조구 대비 한수준 낮은 3으로 조사되었다. 33일령 처리구 퇴비시료의 암모니아 발생지수가 한단계 낮음에 따라, 동일 시기 시료의 부숙도 평가 또한 대조구 퇴비시료의 부숙 중기 대비 한 수준 높은 부숙 후기로 조사되었다.
<실시예 6> 복합미생물제제의 사용
일반적인 축산농가는 농장의 퇴비사를 이용하여 퇴적식 퇴비 제조를 진행할 수 있다.
수거된 축분과 축사에서 사용하는 톱밥을 볼륨 기준으로 1:1 수준으로 혼합하여 탄질비율이 1:15~25가 되도록 하였다. 우분 계분 등 축분의 수분함량은 약 60~80%, 톱밥의 수분함량은 약 25~35%이었다. 분뇨 내 탄소원 함량이 기본적으로 높으며, 우사 내 볏짚 톱밥 등이 분뇨에 혼합되어 수거되는 우분은 볼륨 기준 1:0.5 수준으로 톱밥을 적게 투입할 수 있다.
복합미생물제를 퇴비원료가 되는 총 축분혼합물의 약 1%가 되도록 정량하여 준비하였다. 축분혼합물 1톤 당 복합미생물제 10리터가 필요하다.
준비된 축분과 톱밥을 섞어주며 복합미생물제를 바가지 등으로 뿌리거나 콤프레셔 분무장치 등을 이용하여 투입하였다. 3톤 수준으로 제조되는 축분혼합물의 축분과 톱밥은 스키로더와 같은 농기계 이용 시 절반 떠서 털어 떨어뜨리는 방식으로 약 10회 정도 하면 적당히 혼합된다.
바가지 등을 이용하여 복합미생물제 투입 시 상하좌우 약 50cm 정도의 간격을 두고 고루 뿌리는 형태로 투입함, 3톤 수준이면 10회 정도 고루 뿌릴 수 있다.
제조일로부터 10~15일이 지나면 퇴비 온도의 급상승 뒤 하강이 있는데 하강 일 중 최고 온도 대비 10℃가 떨어지기 전 뒤집기 작업을 실시한다. 퇴비 튀집기 작업은 제조 시 축분과 톱밥을 혼합한 방법과 같으며, 이 때 퇴비 더미 내부에서 퇴비를 크게 한줌 쥐어 꺼내어 수분을 파악토록 하는데, 손에 움켜쥔 퇴비에서 물기가 손에 묻어 나오지 않을 수준이면 제조 시 축분혼합물 양을 기준하여 10% 수준의 물(제조 중량이 3톤 수준이면 물 300리터 투입)을 뒤집게 작업할 때 고르게 투입하는 작업을 병행한다. 뒤집기 작업 이후 약 10일 간격으로 퇴비 온도가 하강하게 되는데 그때마다 해당 뒤집기 작업 이후 최고 온도 기준 10℃가 떨어지기 전 뒤집기 및 가수 작업을 재실시한다. 3번째 뒤집기가 완료되는 제조일 기준 약 30일 이후부터는 분뇨냄새가 나지 않기 시작하는데, 분뇨냄새가 더 이상 나지 않고, 퇴비온도가 약 50℃ 이하로 유지되는 시점(제조일 이후 약 40일 경)에 마지막 뒤집기 작업을 실시한다. 이때 축분혼합물 내부에서 흰색 가루들이 군데군데 보이게 되면 축분혼합물이 퇴비로 잘 부숙되고 있는 것으로 판단할 수 있다.
횟수로 네 번째가 되는 마지막 뒤집기 시 가수 작업은 상기 설명과 같이 “손에 움켜쥔 퇴비에서 물기가 손에 묻어 나오지 않을 수준”이면 가수하는 물양을 기존의 절반(3톤 수준이면 150리터 투입)으로 하고, 손에 움켜쥔 퇴비에서 물기가 손에 묻어나오는 수준이면 가수 작업을 하지 않아도 된다. 마지막 뒤집기 이후 약 한 달 동안 그대로 두어 후숙 과정을 거치게 하여 퇴비제조 전체 과정을 마치도록 한다.
완료된 퇴비의 확인은 퇴비 더미 내부의 퇴비에서도 분뇨의 형상 및 냄새가 완전히 소멸된 상태로 확인할 수 있으며, 작거나 크게 뭉쳐져 있는 퇴비의 경우에도 눌러보면 바스러지며 흙냄새가 나는 상태로 되어 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
Claims (9)
- Alcaligenes aquatilis, Rhodococcus jostii, Alcaligenes faecalis, Lysinibacillus varians, Bacillus megaterium, Bacillus velezensis, Bacillus subtilis, Glutamicibacter arilaitensis, Cupriavidus nectar, Bacillus licheniformis, Bacillus subtilis, Pediococcus acidilactici, Bacillus sp. SinR4 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 균주를 포함하는 축산 폐기물의 퇴비화용 복합미생물제제.
- 제 1 항에 있어서, 상기 Rhodococcus jostii 균주는 Rhodococcus jostii SK5950(KACC 92436P) 균주인 것인, 축산 폐기물의 퇴비화용 복합미생물제제.
- 제 1 항에 있어서, Glutamicibacter arilaitensis 균주는 Glutamicibacter arilaitensis SK5241(KACC 92435P) 균주인 것인, 축산 폐기물의 퇴비화용 복합미생물제제.
- Rhodococcus jostii 균주 및 Glutamicibacter arilaitensis 균주를 포함하는 축산 폐기물의 퇴비화용 복합미생물제제.
- 제 4 항에 있어서, 상기 Rhodococcus jostii 균주는 Rhodococcus jostii SK5950(KACC 92436P) 균주인 것인, 축산 폐기물의 퇴비화용 복합미생물제제.
- 제 4 항에 있어서, Glutamicibacter arilaitensis 균주는 Glutamicibacter arilaitensis SK5241(KACC 92435P) 균주인 것인, 축산 폐기물의 퇴비화용 복합미생물제제.
- 제 4 항에 있어서, 상기 Rhodococcus jostii 균주는 악취를 감소시키는 것인, 축산 폐기물의 퇴비화용 복합미생물제제.
- 제 4 항에 있어서, 상기 Glutamicibacter arilaitensis 균주는 저온에서 성장하는 것인, 축산 폐기물의 퇴비화용 복합미생물제제.
- 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 복합미생물제제를 이용하여 퇴비를 제조하는 방법.
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