KR930002264B1 - 미생물 효소를 이용한 탈취제 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

미생물 효소를 이용한 탈취제

본 발명은 악취를 제거시키는 탈취제에 관한 것으로서, 특히 미생물 효소를 활성 성분으로하여 유기성 페기물로 부터 발생하는 각종의 악취를 근본적으로 제거시켜주는 미생물 효소를 이용한 탈취제에 관한 것이다.

오늘날 자연계에는 인간이 생활해가는 과정에서 필연적으로 생성되는 생활하수 및 쓰레기, 동물이나 가축등으로 부터 발생되는 가축 분뇨, 또는 각종의 식물로 부터 얻게 되는 유기성 물질등이 있으며, 이들 중에서 유기성 폐기물은 적정한 습도와 온도하에서 토양의 광물질 금속류 및 염류와 미생물의 작용에 의해 생화학적인 분해를 일으켜 각종의 악취를 발생시킨다. 이러한 악취는 가정의 부엌, 화장실, 각종기업에서 다양하게 배출되는 발생원으로 부터 생활 환경주변, 공장주변 및 분뇨위생처리장, 하수종말처리장등 환경보존작업장등에서 큰 문제로 나타난다. 악취 발생물은 사람의 일상생활에 불쾌감을 주는 황화수소, 석탄산 또는그 화합물 및 기타 자극성이 있는 기체상의 물질로써, 이중 무기물질과 알카리 물질은 거의 냄새가 나지 않지만 유기물질은 거의 대부분 냄새를 낸다. 그 중에서도 특히 유황화합물과 질소화합물이 악취의 주원인이 된다.

예컨데, 단백질의 분해에 의한 암모니아와 아민의 발생기구는 다음과 같다.

이와같이 발생된 악취를 제거시키는 종래의 방법으로는 마스킹법, 흡착법, 중화법, 살균법등이 있다. 마스킹법은 악취보다 강한 별도의 냄새(향료)등을 발산시켜 악취를 느끼지 못하도록 하는 방법이지만, 이는 고가의 향료를 필요로 하고 근본적인 제거가 어렵다. 흡착법은 악취를 배기장치에 의해 옥외로 배출시키면서 활성탄등에 흡착시키는 물리적인 방법으로서, 다액의 건설비가 소요되고 고가의 활성탄을 주기적으로 사용해야하므로 유지비가 많이 드는 단점이 있다. 또한, 중화법은 악취를 산성이나 알칼리성의 물질로 중화시켜 처리하는 화학적인 방법으로서, 사용시에 일시적으로 악취가 소멸하나 지속성은 없으며 산성기와 알칼리성기를 동시에 가지고 있는 경우 화학처리에 곤란성이 있고, 특히 악취발생물질이 중성일 경우엔 전혀 효과를 거둘 수 없는 결점이 있다.

한편, 살균법은 유기물을 분해하는 균(분해자)자체를 사멸시켜 부패를 막고 악취의 발생을 방지하는 방법으로서, 장시간 무취상태를 유지하기 위해서는 고가의 살균제 또는 방부제를 필요로 하는 단점이 있다. 특히, 살균법은 유기물의 분해(부패) 또는 발효자체를 일으키지 못하도록 하기 때문에, 유기성 폐기물의 분해또는 발효에 의하지 아니하고서는 소정의 목적물을 얻을 수 없는 경우에는 전혀 이용할 수 없는 불완전한방법이다.

이와같이 종래의 방법으로는 유기성 폐기물로 부터 발생하는 다량의 각종 악취 발생원을 근본적으로 제거할 수 없으므로 본 발명자는 미생물 효소를 이용하여 악취발생원을 보다 저급의 무취 무독성 물질로 신속히 분해시키는 생물학적 방법을 채택함과 동시에 종래의 방법을 병용시켜 비교실험을 계속해 보았는바, 미생물효소만을 단독으로 사용하는 것보다 천연산 황토 성분인 다공성의 탄산칼슘이 황화수소의 흡착제로서 황화수소의 발생을 억제하며, 활성탄은 악취분자의 포획자로서 적정량을 첨가하면 부가적으로 각종 중금속 이온까지 흡착제거하고, 이때 황산철 및 아질산 나트륨을 사용하면 반응속도를 높이는 촉매로서 황성분 제거 및탈취능력이 상승된다는 사실을 반복의 실험을 통해 확인했으며, 아울러 분해된 저급의 물질이 미생물 효소의 생육인자로서 활성작용도 강화된다는 사실을 알아내어 본 발명을 완성하게 되었다.

본 발명에 의한 탈취제는 유기성 폐기물에서 발생되는 악취를 생물학적 효소 분해 작용에 의해 무취 무독성의 물질로 분해시킴과 동시에 이들을 영양원으로 하는 소량의 미생물 균주를 사용하는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명에 의한 탈취제는 흡착제로서 다공성의 탄산칼슘류와 활성탄을 사용하고 반응 속도를 높이는 촉매로서 황산철 및 아질산 나트륨을 사용하여 상기 미생물 균주의 담체로 사용하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명은 20-35중량%의 공업용 황산철, 15-30중량%의 공업용 탄산칼슘류,10-25중량%의 공업용 아질산 나트륨, 그리고 5-20중량%의 활성탄을 혼합하여 미생물 균주용 담체를 만들고, 상기의 담체에 미생물 균주를 혼합시키되 75-90중량%의 담체에 10-25중량%의 미생물 균주의 비율로 혼합시켜 구성된 유기성 폐기물의 탈취제에 관한 것이다.

본 발명에서는 20-35중량%의 공업용 황산철(주성분:FeSO₄ㆍ7H₂O)을 사용하며, 25-30중량%가 바람직하다. 일반적으로 상기의 황산철은 분말상으로 사용되고 있으나 속효성을 위하여 황산철 포화수용액을 만들어 이온화된 황산철을 사용할 수도 있다. 황산철은 유기물이 분해 또는 발효되어 발생한 황화수소(H₂S)와 반응하여 황화철(FeS)화합물을 형성시킨다.

본 발명에서는 15-30중량%의 공업용 탄산칼슘류를 사용한다. 이때 공업용 탄산칼슘류라 함은 순수한 공업용 탄산칼슘(주성분:CaCO₃)만으로 구성되어 있거나, 활성백토 또는 제오라이트 만으로 구성되어 있거나, 또는 이들이 서로 혼합되어 있는 것을 말한다. 상기의 탄산칼슘, 활성백토 및 제오라이트는 염기성 물질의 분해를 돕고 그 자체에 미세한 기공이 있으므로 미분해성 악취를 흡착시키는 역할도 병행한다.

본 발명에서는 10-25중량%의 공업용 아질산 나트륨(주성분:NaNO₂)을 사용한다. 아질산 나트륨 역시 그 자체에 미세기공이 형성된 것으로 미 분해성 악취를 흡착시키는 외에도 미생물 균주가 악취 발생물질을 생물학적으로 분해시키는 촉매제로서 사용되어 진다.

본 발명에서는 5-20중량%의 활성탄을 사용한다. 활성탄은 흡착제로서 사용되는 것이지만 고가인 관계로 10-l5중량%가 바람직 하다.

본 발명에서는 상기의 물질을 혼합하여 미생물 균주에 대한 담체로 사용하되, 본 발명에 의한 탈취제의 전중량에 대하여 75-90중량%의 비율로 사용한다.

본 발명에서는 탈취제 전중량에 대하여 10-25중량%의 배양된 미생물 균주를 사용한다. 미생물 균주라함은 하기의 전분효소액, 단백질 효소액 및 지방질 효소액이 각각 2-8:1-4:0.2-2의 비율로 혼합되어 배양된 것을 의미한다. 미생물 균주는 유기성 폐기물의 분해(부패) 또는 발효에 의해 생성된 황화수소, 메르캅탄등의 황화합물과, 암모니아, 아민류등의 질소화합물, 그리고 이소낙산, 이소길초산(iso--vzlericacid)등의 유기산 화합물등을 다시 재분해시킴으로써 전혀 무독성의 수소가스, 메탄가스 등을 발생시킨다. 본 발명에 의한 미생물 균주가 악취원인 황화수소(H₂S)와 메르캅탄(CH₃SH)을 최종적으로 분해시키는 반응식은 다음과 같다.

2H₂S+O₂→ 2H₂O +2S

CH₃SH +2O₂→ S+CO₂+2H₂O

이때 발생되는 황(S)이나 질소(N) 또는 탄산가스(CO₂)는 미생물 균주의 영양원으로 이용되어지는 것으로 여겨진다.

본 발명에 있어서 미생물의 분리방법은 기질의 특이성에 착안해서 전분, 단백질, 지방의 세포벽(용균효소)등의 기질을 함유한 고체 배지에서 변이를 가한 피검균을 각기 생육시켜 콜로니(Colony)의 주위에 생긴 투명대의 대도에 따라 고활성 균주를 선택하는 방법을 사용한다.

본 발명에 의한 미생물은 그 후 적당한 비율로 멸균된 배지에서 배양되어 미생물 균주를 형성한다.

본 발명에 있어서의 미생물은 전분 효소액:단백질 효소액:지방질 효소액=2-8:1-4:0.2-2의 비율로 구성된 효소액 혼합물을 이루며 이는 유기성 폐기물의 구성성분 비율에 따라 적정하게 변화시켜 사용할 수있다. 가장 전형적인 혼합비율은 전분효소액:단백질 효소액:지방질 효소액=6:3:l이다.

본 발명에 있어서의 전분 효소액은 밀기율과 미강을 원료로 하여 다음과 같은 통상의 과정에 의해 제조된다. 밀기율과 미강을 증류수와 함께 용기에 넣고 잘 혼합하여 1-2시간 둔 다음, 100℃-130℃에서 30-60분간 고온 멸균하고, Aspergillus oryzae의 분생포자를 접종하여 25-35℃에서 3일간 배양하여 코오지를 만든다. 그후 상기의 코오지를 유발하여 잘 분쇄하여 1% NaCl 수용액을 등량 첨가한 후 잘 섞고, 여기에 소량의 톨루엔을 첨가해서 2-3시간 침출시킨다. 그 후에도 역시 통상의 방법으로 톨루엔은 제거하고, 코오지에 등량의 증류수를 넣고 마쇄한다. 2-3시간이 지나면 이를 여과해서 그 여액을 얻는다. 본 발명에서는, 상기의 수득된 여액을 '전분효소액'이라 칭한다.

본 발명에 있어서의 단백질 효소액은 콩을 원료로 하며, 다음과 같은 통상의 과정에 의해 제조된다. 콩을 용기에 넣고 9-10시간 정도 둔 다음 100-130℃에서 30-60분정도 증자하여 고온 멸균시키고, AspergilIusoryzae의 분생포자를 접종하여 25-35℃에서 3일간 배양하여 코오지를 만든다. 그후 상기의 코오지를 유발하여 잘 분쇄하여 등량의 증류수를 가한 후 잘 섞고, 여기에 소량의 톨루엔을 첨가해서 2-3시간 침출시킨다. 그 후에도 역시 통상의 방법으로 톨루엔은 제거하고, 코오지에 등량의 증류수를 넣고 마쇄한다. 2-3시간이 지나면 이를 여과해서 그 여액을 얻는다.

본 발명에서는, 상기의 수득된 여액을 '단백질 효소액'이라 칭한다.

본 발명에 있어서 지방질 효소액은 콩을 원료로 하며, 다음과 같은 통상의 과정에 의해 제조된다. 콩을 용기에 넣고 9-10시간 정도 둔 다음, 100-130℃에서 1-5kg/㎠의 고온 고압하에서 30-60분정도 증자한후 냉각시킨다. 화염 살균한 시약 스푼의 끝으로 Aspergillus oryzae의 분생아포를 접종시키고, 잘 혼합하여 25-35℃의 항온기에서 3일간 배양하여 코오지를 만든다. 여기에 소량의 아세톤을 가한후, 통상의 흡입장치로 다시 아세톤을 제거하고 상온에서 건조시킨다. 그후 일정량의 증류수를 가하여 파쇄하고 여과하여 여액을 얻는다. 본 발명에서는, 상기의 여액을 '지방효소액'이라 칭한다.

이와같이 제조된 미생물(효소액 혼합물)은 멸균된 배지에서 배양되어 미생물 균주를 형성한다. 이때 상기의 배지는 밀기율과 대두박을 원료로 하여 밀기율:대두박=1:9 내지 9:1의 비율로 혼합하여 얻는다. 혼합비율은 유기성 폐기물의 구성 성분에 따른 효소액의 비율에 의해 변화할 수 있으며, 통상의 유기성 폐기물에 대해서는 밀기율:대두박=7:3이 바람직하다. 상기의 혼합원료는 PH 1.8정도의 0.1N HC1 수용액을 원료 1에 대하여 1.2배로 뿌려서 멸균되어지고 무균 배지를 형성한다. 상기의 멸균된 배지에 상기의 효소액혼합물을 접종시키되 중량비로 멸균된 배지 1000에 대하여 효소액 혼합물 1-50의 비율로 접종시키고, 25℃-35℃에서 30-100시간 배양시켜 미생물 균주를 제조한다. 통상의 유기성 페기물에 대해서는 30℃, 50시간이 바람직하다.

이와같이 구성된 본 발명은 탄수화물, 동물성유지, 단백질등의 변성 부폐로 발생하는 암모니아, 트리메틸아민등 질소계의 악취와, 이소낙산, 이소길초산등 다양한 유기산등의 악취, 그리고 황화수소, 메르캅탄등의 황화합물의 악취에 대하여 미생물 특유의 전분 단백질 및 지방분해 효소작용으로 유기물 분해과정의 산화작용을 이용하여 분자구조를 파괴함과 동시에, 악취원의 여러가지 부패균의 움직임을 억제하고 분해하므로 악취의 발생을 근본적으로 제거한다. 이때 발생하는 가스는 수소가스, 메탄가스, 탄산가스 등으로 전혀 무취,무독성이다. 또한 본 발명에 의한 미생물은 악취원과 그 분해물질을 영양원으로 이용하여 번식을 지속하므로 악취가 심하면 심할수록 더욱 왕성한 분해력과 번식력을 발휘하여 신속히 악취를 제거하며, 안정성이 특히 높고 효과도 장시간 지속된다.

따라서, 본 발명에 의한 탈취제는 미생물 효소에 의한 순수한 생물학적 분해 효과와 활성탄등의 담체에 의한 물리화학적 효과에 의해 일석2조의 분해 흡착력을 갖으므로 폐수나 저수지의 탈취, 유기물 산화에 많이 이용되며, 특히 각종 사업장과 오ㆍ페수처리장 및 분뇨 처리장에서 발생하는 각종의 악취를 근본적으로 제거할 수 있는 효과 있다.

[실시예 1]

(가). 전분효소액의 침출

150㎖ 삼각프라스크에 밀기율 24g, 미강 16g, 증류수 36㎖를 넣고 잘 혼합하여 1-2시간을 둔 다음 120℃에서 30분간 고온멸균한다. Aspergillus oryzae의 분생포자를 접종하여 30℃에서 3일간 배양하여 코오지를 만든다. 코오지 10g을 유발하여 잘 분쇄하여 1% NaCl 수용액을 10g 첨가하여 잘 섞은 다음 톨루엔1.0㎖를 첨가해서 3시간 침출한다. 그 후 통상의 방법으로 톨루엔은 제거하고, 코오지에 10g의 증류수를 넣고 마쇄한다. 2시간이 지나면 이를 여과해서 여액을 얻고, 그 여액을 전분효소액이라 한다.

(나). 단백질 효소액의 침출

콩을 물에 약 10시간 담근 다음 건져서 페트리 접시에 넣고 120℃에서 1시간동안 증자한후 냉각한다. Aspergillus oryzae의 분생포자를 접종하여 30℃에서 3일간 배양하여 코오지를 만든다. 콩 코오지 10g을 유발해서 잘 분쇄하고 증류수 10㎖을 가해서 잘 섞은 다음, 여기에 톨루엔 10㎖를 첨가해서 2시간 침출한다. 그 후 통상의 방법으로 톨루엔은 제거하고, 콩 코오지에 증류수 10㎖를 넣고 마쇄한다. 2시간 후 이를 여과해서 여액을 얻고, 그 여액을 단백질 효소액이라 한다.

(다). 지방질 효소액의 침출

콩을 물에 약 10시간 담근다음 건져서 페트리 접시에 넣고 l.5kg/㎠의 압력에서 약 1시간 가압증자 한 후 냉각시킨다. 화염살균한 시약스푼의 끝으로 Aspergillus oryzae의 분생아포를 접종하고 잘 혼합하여 32℃의 항온기에서 3일간 배양하여 코오지를 만든다. 상기의 코오지 10g을 유발하여 분쇄하고, 여기에 아세톤 10㎖를 첨가한다. 그후 통상적으로 사용되는 속슬레 추출기(Soxhlet's extractor)를 이용하여 상기의아세톤을 제거하고, 상온에서 건조시킨다. 그후 코오지 5g에 증류수 20㎖를 가하여 파쇄하고 여과시켜 여액을 얻고, 그 여액을 지방효소액이라 한다.

(라). 미생물 균주의 제조

밀기율 700g에 대두박 300g을 혼합하여 1kg의 원료혼합물을 제조하고 PH 1.8인 0.1N HC1 수용액을 1.2kg 뿌려서 멸균된 배지 2.2kg 얻었다. 상기의 실시예(a),(b),(c)에서 얻은 효소액을 전분 효소액:단백질 효소액:지방질 효소액=6:3:1로 혼합하여 미생물 종균을 얻고 그 중에서 미생물 종균 6.6㎖을 상기의 멸균된 배지 2.2kg에 뿌린 후,30℃에서 계속적으로 무균 공기를 도입하면서 50시간 배양하였다.

(마). 탈취제의 제조

황산철 3.0kg, 탄산칼슘 2.5kg, 활성탄 1.0kg, 아질산 나트륨 2.0kg을 혼합기에 넣어 8.5kg의 미생물균주용 담체를 만들고, 상기의 실시예(d)에서 제조한 1.5kg의 미생물 균주를 혼합하여 10kg의 탈취제를 얻었다. 이와같이 얻어진 탈취제를 악취원과의 속효성 반응을 위해 분쇄기에서 0.3mm이하로 분쇄하여 제품화 하였다.

(바). 탈취제의 테스트 결과

수거식 화장실에서 생분뇨를 채취하여 이 시료 1ℓ를 취기 측정용 삼각 플라스크에 넣고, 여기에 상기의 실시예(e)에서 얻은 탈취제 0.5g을 가해 마그네틱스텔라로서 3시간 교반하여 황화수소, 암모니아 농도를 가스크로마토그라피로 측정했다. 가스크로마토그라피는 미국의 VARIAN사의 제품으로 Series No 1400기종에 의하였다. 그와 동일 조건으로서 본 제재를 첨가하지 않은 생분뇨에도 대조실험을 병행했다. 실험은 22℃에서 행하였으며, 측정결과는 다음과 같았다.

[실시예 2]

수거식 화장실에서 채취한 생분뇨 1ℓ에 대하여 상기의 실시예 1(마)에서 얻은 탈취제 5g을 가한 것 이외에는, 상기 실시예 1과 동일한 조건에 의하였으며, 측정결과는 다음과 같았다.

이는 상기의 실시예1과 비교해 볼때, 본 발명에 의한 탈취제가 매우 적은 양으로도 그 성능이 우수하며, 적정량 이상으로 투여할 필요가 없음을 나타내고 있다.

Claims (3)

1. 20∼30중량%의 공업용 황산철, 15∼30중량%의 공업용 탄산칼슘, 10∼25중량%의 공업용 아질산 나트륨, 그리고 5∼20중량%의 활성탄을 혼합하여 Aspergillus oryzae의 미생물 균주용 담체를 만들고, 상기의 담체에 Aspergillus oryzae의 미생물 균주를 혼합시키되 75∼90중량%의 담체에 10∼25중량%의 Aspergillus oryzae의 미생물 균주의 비율로 혼합시켜 구성된 것을 특징으로 하는 미생물 효소를 이용한 탈취제.
2. 제1항에 있어서, Aspergillus oryzae의 미생물 균주는 전분효소액:단백질효소액:지방질효소액=2-8:1-4:0.2-2의 비율로 혼합시킨 효소에 혼합물을 멸균된 배지 1000중량부에 대하여 1-50중량부의 비율로 접종시킨 후, 25℃-35℃에서 30-100시간 배양시킨 것을 특징으로 하는 미생물 효소를 이용한 탈취제.
3. 제2항에 있어서, 멸균된 배지는 밀기율과 대두박을 원료로 하며, 밀기율 : 대두박=1:9 내지 9:1의 비율로 혼합하고 상기의 혼합원료에 PH 1.8정도의 0.1N HCl 용액을 원료1에 대하여 1.2배로 뿌려서 멸균시킨 것을 특징으로 하는 미생물 효소를 이용한 탈취제.