WO2012096481A2 - 혼합미생물을 포함한 미생물 제제, 이를 이용한 하천·호수의 생물학적 처리방법 및 슬러지 자가 소화공정 - Google Patents

혼합미생물을 포함한 미생물 제제, 이를 이용한 하천·호수의 생물학적 처리방법 및 슬러지 자가 소화공정 Download PDF

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WO2012096481A2
WO2012096481A2 PCT/KR2012/000188 KR2012000188W WO2012096481A2 WO 2012096481 A2 WO2012096481 A2 WO 2012096481A2 KR 2012000188 W KR2012000188 W KR 2012000188W WO 2012096481 A2 WO2012096481 A2 WO 2012096481A2
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김홍기
김종태
고성철
김인수
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한국해양대학교 산학협력단
주식회사 비엠
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    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N1/00—Microorganisms, e.g. protozoa; Compositions thereof; Processes of propagating, maintaining or preserving microorganisms or compositions thereof; Processes of preparing or isolating a composition containing a microorganism; Culture media therefor
    • C12N1/20—Bacteria; Culture media therefor
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/34—Biological treatment of water, waste water, or sewage characterised by the microorganisms used
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage

Definitions

  • the present invention relates to a microbial agent including a mixed microorganism (BM-S-1), by which it is possible to biologically treat contaminated streams, streams and lakes without undergoing physical and chemical pretreatment, as well as flotation sludge.
  • BM-S-1 mixed microorganism
  • the present invention relates to a microbial agent including a mixed microorganism (BM-S-1) for reuse, a biological treatment method for streams and lakes, and a sludge self-extinguishing process.
  • rivers are contaminated by causes that contaminate water quality such as domestic sewage, industrial wastewater, and livestock wastewater.
  • the present invention has been made to solve the above problems, by using a microbial agent including a mixed microorganism (BM-S-1), the biological treatment of the high water quality and aquatic environment of urban streams, streams and lakes with high pollution And biological treatment methods for streams and lakes using microbial agents to reuse the sludges generated during river and lake treatment, as well as suggesting methods for economic operation of existing treatment methods.
  • a microbial agent including a mixed microorganism (BM-S-1)
  • BM-S-1 mixed microorganism
  • Another object of the present invention is to provide a microbial preparation including a mixed microorganism (BM-S-1) that significantly reduces the occurrence of high pollution caused by high pollution urban streams such as urban streams and existing rivers and lakes. Has its purpose.
  • BM-S-1 mixed microorganism
  • the present invention is to achieve the above object, the biological treatment method of rivers and lakes using the microbial preparation of the present invention 0.01 to 1% by weight of mixed microorganisms (BM-S-1) of Accession No. KCTC 11789BP, chaff powder 1 to 10% by weight, 1 to 10% by weight of peat moss powder, 1 to 5% by weight of shiitake mushrooms, 1 to 10% by weight of molasses, and 18 to 30 of a microbial liquid mixed with water (80 to 95% by weight) with the remaining ingredients Preparing a complex microbial liquid while maintaining a temperature of 0 ° C .; A step of preparing a mixed raw material consisting of 70 to 90% by weight of one or more culture materials selected from the group consisting of chaff powder, pit moss powder, rice bran powder, and shiitake mushroom dry wood powder and 10 to 30% by weight of the complex microbial solution; A high temperature inoculation step of inoculating 0.01 to 1 parts by weight of mixed microorganism
  • a culture step of culturing the mixed raw material inoculated at high temperature Drying step of producing a microbial preparation by drying the mixed raw material through the culture step; And inputting the microbial agent into a contaminated river or lake.
  • the microbial agent of the present invention is 0.01 to 1% by weight of mixed microorganisms (BM-S-1), 1 to 10% by weight of chaff powder, 1 to 10% by weight of peat moss powder, 1 to 5% by weight of shiitake mushroom It is prepared by mixing%, molasses 1 to 10% by weight and water 80 to 95% by weight.
  • BM-S-1 mixed microorganisms
  • chaff powder 1 to 10% by weight of chaff powder
  • peat moss powder 1 to 10% by weight of peat moss powder
  • shiitake mushroom It is prepared by mixing%, molasses 1 to 10% by weight and water 80 to 95% by weight.
  • Sludge self-extinguishing process of the present invention is cultured by incubating for 2 to 5 days by adding 0.1 to 1 part by weight of microbial agent, 1 to 10 parts by weight of molasses, including mixed microorganism (BM-S-1), based on 100 parts by weight of water.
  • microbial agent 1 to 10 parts by weight of molasses, including mixed microorganism (BM-S-1)
  • BM-S-1 mixed microorganism
  • Undiluted solution preparation step Dilute by adding 10 to 100 times the water to the culture stock solution, and then add 1 to 10 parts by weight of molasses to 100 parts by weight of the diluted culture stock solution for 2 to 5 days to prepare an active microbial fluid Manufacturing step; Spreading the active microbial fluid to a contaminated lake or river; Liquefied sludge liquid production step of collecting sludge floating by the decomposition of the active microorganisms in a culture tank to put active microbial fluid corresponding to about 1/100 to 3/100 of the sludge volume and performing anaerobic digestion to liquefy the sludge; And a sludge reduction step of incorporating 10 to 30% by weight of the liquefied sludge solution and 70 to 90% by weight of the active microorganism to reintroduce the stream and the lake to induce self-extinguishing of the microorganism.
  • the urban stream known to be highly concentrated and hardly decomposable has excellent treatment efficiency and sludge generation rate compared to the conventional physical and chemical treatment methods using only pure biological treatment. Significantly reduced effect is exerted.
  • FIG. 1 is a flow chart related to a biological treatment method of rivers and lakes using a microbial agent according to a preferred embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is a flow chart related to the self-extinguishing process of the stream, lake sludge using a microbial agent, according to a preferred embodiment of the present invention.
  • the mixed microorganism (BM-S-1) used in the present invention was deposited with the deposit number KCTC11789BP on October 20, 2010 using the microbial resource center of the Korea Biotechnology Research Institute as a depositary institution.
  • Was identified separating the mixed microorganism is pre boaters ragwa unidentified species (Prevotellaceae_uc_s), Lactobacillus unidentified species (Lactobacillus _uc), Lactobacillus para Buk Nourishing (Lactobacillusparabuchneri), Lactobacillus unidentified species (Lactobacillaceae_uc_s), Lactobacillus casei (Lactobacillus paracasei, Lactobacillus parafarraginis, Lactobacillus camelliae, Lactobacillus manihotivorans, Acetobacterovaniensis ( Eetobacterlovaniensis ethanol ) ), Veillonellaceae_uc_s, Lactobacillus similis ,
  • the present invention provides a microbial agent comprising a mixed microorganism (BM-S-1) of the accession number KCTC 11789BP as an active ingredient, a biological treatment method for treating it to a river, a lake, and a sludge self-extinguishing process.
  • BM-S-1 mixed microorganism of the accession number KCTC 11789BP
  • the rivers and lakes preferably include urban rivers, fugae streams, general rivers and huge rivers, and lakes include agricultural and general waterside lakes.
  • the separation process of the mixed microorganism (BM-S-1) used in the present invention is as follows. Take soil samples (bamboo leafy soil, ruminant microflora, hardwood leafy soil) and mix them into medium (rice bran, rice husk, sawdust, eggshell, shellfish, peat moss) that are crushed into 80 ⁇ 120mesh to make the water activity 40 ⁇ 60%. Incubate on half-shape soil for 90 days. The cultured sample was inoculated with 0.01% of the total weight of the medium by inoculating 0.01% of the total medium weight after adjusting the activity of 60% of rice bran, 20% of rice bran, 20% of pit moss, and 30% of sawdust. Inoculate at 90 o C for 4 hours and then ferment for 3 weeks to prepare a powdered mixed microorganism (BM-S-1) having a water concentration of 8% or less.
  • the microbial preparation according to the present invention is prepared by the following method.
  • the culture raw material may be relatively easy to obtain and low cost burden chaff, agricultural by-products or forest by-products and the like.
  • the culture material may be used alone or in combination with the chaff, agricultural by-products or forest product by-products, but the culture material is preferably ground to about 150 mesh and used in powder form.
  • the mixed and pulverized raw materials are placed in a rotary incubator to control moisture with a complex microbial solution to maintain an environment suitable for microbial fermentation, and then inoculated with a mixed microorganism (BM-S-1) including a Bacillus strain or lactic acid bacteria.
  • BM-S-1 a mixed microorganism including a Bacillus strain or lactic acid bacteria.
  • the mixed microorganism (BM-S-1) can be produced in powder form by removing the harmful microorganisms of the soil, which have seasonal and environmental diversity, without artificial filtration and removing the harmfulness through the environmental adaptation process for 9 months on the natural product medium. .
  • the mixed microorganism (BM-S-1) is a culture raw material inoculation is 65 o C to 90 o C under stirring at a rate of over 6 to 8 hours from 20 to 200rpm / min temperature inoculation I was.
  • the microbial agent of the present invention is carried out under high temperature conditions, considering that it is common that the usual microbial inoculation is in the range of 20 o C to 40 o C.
  • This inoculation temperature is to suppress the growth of unnecessary microorganisms and to maintain the activity of the microorganisms according to the present invention.
  • the microbial agent that has completed the culture step of culturing the inoculated mixed raw material for 10 to 15 days is subjected to a drying step for commercialization.
  • the drying can be used in all known drying methods in the range that the microbial agent is not concerned with thermal denaturation, there is no particular limitation.
  • the microbial agent is not concerned with thermal denaturation, there is no particular limitation.
  • In one embodiment of the present invention was naturally dried for 8 hours at a speed of 170 ⁇ 180rpm / min in a rotary incubator.
  • the present invention does not exclude the direct addition of microorganisms to the treatment environment, but it is effective to add the microorganisms in adsorbed form to the carrier as a sustainable form.
  • it may be supported by simple adsorption on the surface of the carrier, but it is more advantageous to carry it on the immobilized carrier.
  • the use of the immobilized carrier is more preferable because the activity of the microorganism is increased and the degradation period is shortened.
  • Incorporating and immobilizing the microorganisms stabilizes and activates their activity.
  • various known methods are already known. According to the water treatment method of the present invention, it is possible to specifically reduce the rivers and lakes of high pollution load to a level below the reference value using the microbial agent according to the present invention.
  • any known material can be used as long as the carrier can carry the above microorganisms and can be administered to lakes or rivers.
  • the microorganisms are strongly adsorbed on the surface of the carrier in that they are effectively supported. It is preferable that the porous material such as to increase the holding power by invading into the inside, and that the microparticles aggregate to substantially increase the adsorption or adsorption surface area.
  • Polysaccharides such as cellulose, dextran, and agarose
  • Inactivated proteins such as collagen, gelatin, albumin
  • Synthetic high molecular compounds such as ion exchange resins, polyvinyl chlorides
  • Inorganic substances such as ceramics and porous glass
  • Natural carbohydrates such as agar, alginic acid and carrageenan
  • high molecular compounds obtained as comprehensive carriers such as cellulose acetate, polyacrylamide, polyvinyl alcohol, epoxy resins, thermosetting resins, polyesters, polystyrenes, polyurethanes, and the like.
  • what consists of lignin, starch, chitin, chitosan, a filter paper, a neck piece, etc. can also be used.
  • a supported form in which microorganisms are contained in a carrier material that is, comprehensive immobilization is preferable.
  • carrier shape it is preferable that it is substantially spherical shape, substantially cuboid shape, substantially rectangular parallelepiped shape, cylindrical shape, or tube shape, Especially, the substantially spherical shape which is easy to manufacture, or the substantially rectangular parallelepiped which can enlarge a specific area is preferable.
  • Arbitrary arbitrary methods can be used as a manufacturing method of a support
  • a method of preparing a dispersion of carrier particles for supporting microorganisms by dropping a mixed solution of a microorganism and a carrier material (or a precursor thereof) into an insoluble liquid to solidify the droplets in the liquid.
  • the mixed solution is solidified by a method such as lowering the temperature or adding a gelling agent or a solidifying agent, a method of obtaining solid cube particles carrying microorganisms by cutting the solidified body into an appropriate size, and a mixed solution of microorganisms and a carrier substance (or a precursor thereof).
  • the feature of the comprehensive immobilization method is that the cells can be maintained at a high concentration, so that the treatment efficiency can be improved, and bacteria with late growth can be immobilized. Moreover, the resistance to the change of conditions, such as pH and temperature, is large, and may be able to withstand a high load state.
  • microorganisms such as acrylamide method, agar-acrylamide method, PVA-boric acid method, PVA-freezing method, photocurable resin method, acrylic synthetic polymer resin method, polyacrylic acid soda method, sodium alginate method, K-carrageenan method, etc.
  • Another comprehensive immobilization method includes a method of immobilization on activated carbon particles.
  • Another comprehensive immobilization method is a method of immobilizing a specific microorganism on a carbon fiber cloth.
  • the carbon fiber used as the carrier is, for example, a fiber which can be obtained by melt spinning the coal pitch at a high temperature to imcarbonize it.
  • a carbon fiber cloth having a thickness of 0.3 to 6.0 mm and a unit weight of 20 to 300 g / m 2 composed of carbon fibers having a diameter of 1 to 30 ⁇ m is used.
  • the microbial agent of the present invention may contain various additives, for example, minerals (coagulants), alginic acid and salts thereof, organic acids, protective colloid thickeners, preparations used for molding, and the like, as necessary.
  • the addition method of the microbial agent which can be prepared as described above may be any method as long as it can be uniformly dispersed in the treatment tank.
  • microorganisms may be directly introduced directly from the storage container while air is put into the wastewater of the treatment tank and agitated by drainage purification or agitator.
  • the capacity and retention period of the entire plural treatment tanks for treating lakes and rivers vary depending on the amount of wastewater, generally, the residence time of the effluent in the entire plural treatment tanks is adjusted to be about 2 to 7 days.
  • a residence time may be 5 days from 3 days.
  • 3-5 tanks are preferable from a viewpoint of efficiency and apparatus cost.
  • the treatment of the microbial agent is controlled by measuring pH, DO (dissolved oxygen), COD values before and after treatment, and the like.
  • the pH is 2.8 to 9.5, preferably 3.5 to 8.5, and a narrower management range may be selected depending on the nature of the application environment.
  • DO is from 3.0 mg / L to 12.0 mg / L, preferably from 4.0 mg / L to 7.0 mg / L.
  • the pH can be controlled by the addition of acid or alkali, and the DO can be controlled by adjusting the amount of water purification by putting air into the sewage.
  • direct determination can be made for the measurement of the concentration of a specific compound, it is practical to use COD as a value corresponding to the concentration as a practical method of management.
  • COD it is preferable to measure the concentration of both the inlet of the first contaminated water treatment tank and the outlet of the final treated water.
  • a carbon source, a nitrogen source or an organic nutrient source, and an inorganic nutrient source suitable for the growth of microorganisms may be added as a nutrient source.
  • the inorganic nutrient is about 0.1 to 1% by weight of the organic nutrient. This amount is not limited and is appropriately selected depending on the state of the microorganism application environment.
  • the present invention is 0.01 to 1% by weight of mixed microorganisms (BM-S-1), 1 to 10% by weight of chaff powder, 1 to 10% by weight of peat moss powder, 1 to 5% by weight of shiitake mushroom , 1 to 10% by weight molasses and the microbial formulation consisting of water (80 to 95% by weight) to the remaining components also tells us that it belongs to the scope of the present invention.
  • the microbial agent is preferably in the form of a powder or the microbial agent is in the form of an active microbial liquid.
  • the self-extinguishing process of the river and lake sludge using the microbial agent obtained by the said structure is performed as follows. First, with respect to 100 parts by weight of water, 0.1 to 1 part by weight of microbial agent and 1 to 10 parts by weight of molasses using mixed microorganism (BM-S-1) were added and incubated at room temperature (10 to 30 ° C.) for 2 to 5 days. Prepare the culture stock solution.
  • BM-S-1 mixed microorganism
  • the active microorganisms are sprayed on the contaminated lake or river, preferably, the city is suitable for urban streams, fugae stream, and general rivers, and for the lakes, agricultural lakes and general waterside lakes are suitable.
  • the sludge which floats due to the decomposition of the active microorganism is collected in the culture tank, the active microbial fluid corresponding to about 1/100 to 3/100 of the sludge volume is added, and the anaerobic digestion is performed to liquefy the sludge.
  • Soil samples containing microorganisms were heat-treated at 90 ° C. for 40 minutes, and then ground finely in a mortar and then 1 g of sample was taken and suspended in 9 ml of 0.85% NaCl. Then diluted to 10 0-10 -7 . 100 ⁇ l of each dilution suspension was plated in TSA, BL, BBL medium (DIFCO Co.) and incubated at 28 ° C. to culture mixed microorganisms (BM-S-1).
  • BM-S-1 culture mixed microorganisms
  • the mixed microorganisms (BM-S-1) a molecular biological techniques (pyrosequencing) result presentation boaters was identified as ragwa unidentified species (Prevotellaceae_uc_s), Lactobacillus unidentified species (Lactobacillus _uc), Lactobacillus para Buk Nourishing (Lactobacillusparabuchneri), Lactobacillus unidentified species (Lactobacillaceae_uc_s), Lactobacillus casei (Lactobacillus paracasei), Lactobacillus parapa than varnish (Lactobacillus parafarraginis), Lactobacillus kamelri Ke (Lactobacilluscamelliae), Lactobacillus Mani No.
  • TiVo lance (Lactobacillusmanihotivorans), acetonitrile bakteo to Barney N-Sys (Acetobacterlovaniensis ), ethanol rigen Sumi determine species (Ethanoligenens _uc), unidentified species (Veillonellaceae_uc_s Ner bay ragwa), Lactobacillus during mm's (Lactobacillussimilis), Lactobacillus Har binen sheath (Lactobacillusharbinensis), and also RY GW neck unidentified species (Rhodospirillales_uc_s) 130 different bacteria including yeast (see Table 1) and yeast It was confirmed that ( Candida boidinii ).
  • Lactobacillus sp. converts lactose and other sugars into lactic acid, making the environment an acidic condition or generating hydrogen peroxide to inhibit the growth of harmful microorganisms such as pathogenic microorganisms. In the environment, it inhabits the remnant of decomposing plants and is present in the intestines of humans and animals and shows probiotic activity.
  • Rhodospirillales neck divided into Acetobacteraceae and Rhodospirillaceae Acetobacteraceae
  • Table 1 the Acetobacter lovaniensis belong presented as aerobic forming acetate from yijongeun alcohol stems, roots of various plants (sugar cane, sweet potatoes, coffee, tea, bananas, etc.), fruits, Inhabits the leaves and the like.
  • Rhodospirillaceae which are purple and green rhinobacteria, which contain various organic acids and ethanol produced by Lactobacillus sp., Acetobacter sp., And other anaerobic bacteria, Ethanologenens sp. It is thought to play a major role in the purification of organic waste contaminated by ethanol) or by fixing CO 2 through photosynthesis.
  • Prevotellaceae is present at a significant density in the formulation and is found in the gut of normal warm-blooded animals (humans, animals, etc.) and converts sugars into succinic acid or acetic acid. It is also believed to contribute to the rapid decomposition of organics.
  • Dominant yeast isolated from this study was identified as Candida boidinii , which is thought to contribute to growth and organic degradation of mixed microorganisms (BM-S-1) by making bioactive substances such as vitamins and amino acids.
  • BM-S-1 0.02kg mixed microorganism (BM-S-1) cultured as above, 10kg chaff powder, 4kg peat moss powder, 2kg shiitake mushroom powder, 2kg molasses, 3kg molasses and the rest of the mixture to make the weight of 100kg in 30 minutes It performs a step of aeration during the air 60L 3 / min to 6 hours at intervals of 1 hour and 30 minutes on a daily repeated four times and thereby prepare a complex microbial solution and incubated for 10 days.
  • the combined microbial solution was 2.6 x 10 9 cfu / g.
  • the mixed microorganism (BM-S-1) was inoculated at 0.05 parts by weight based on 100 parts by weight of the total culture material.
  • the inoculated culture material was rotated at 180 rpm / min for 8 hours at high temperature at 70 ° C. inside the incubator.
  • the hot inoculated mixed raw material was incubated for 15 days in a non-heating non-rotating in a rotary incubator. Then, by drying in a rotary incubator for 8 hours at 180rpm / min unheated to prepare a powdery microbial agent with a water concentration of 8% or less, was treated in a contaminated river.
  • the microbial agent according to the embodiment of the present invention was applied to a section of 1.2km downstream of Janplimcheon, Sinpyeong, Busan. 5 kg of the powdered microbial agent and 30 kg of molasses were put in a 1-ton tank and incubated at room temperature for 72 hours while stirring. Then, 1 ton of the cultured contents was diluted in 49 tons of water, 100 kg of molasses was added and activated for 72 hours. Prepared.
  • Odor is reduced, and as shown in the measured values of BOD, COD, and TN, as shown in Table 2 below, the result of purification of Janglimcheon, Sinpyeong-dong, Busan, by active microorganisms derived from mixed microorganisms (BM-S-1) Water quality has improved dramatically.
  • the present invention relates to a microbial agent including a mixed microorganism (BM-S-1), by which it is possible to biologically treat contaminated streams, streams and lakes without undergoing physical and chemical pretreatment, as well as flotation sludge.
  • Microbial preparations including mixed microorganisms (BM-S-1), which can be reused, can be used for biological treatment of streams and lakes and sludge self-extinguishing processes.

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Abstract

본 발명의 미생물 제제를 이용한 하천·호수의 생물학적 처리 방법은 기탁번호 KCTC 11789BP의 혼합 미생물(BM-S-1) 0.01 내지 1중량%와, 왕겨분말 1 내지 10중량%, 피트모스분말 1 내지 10중량%, 표고버섯폐목 1 내지 5중량%, 당밀 1 내지 10 중량% 및 나머지 성분으로 물(80~95중량%)을 혼합한 미생물 액제를 18 내지 30℃를 유지하며 복합 미생물 액제를 제조하는 단계; 왕겨분말, 피트모스 분말, 쌀겨분말 및 표고버섯 폐목 건조분말로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 배양원료 70 내지 90중량% 및 상기 복합 미생물 액제 10 내지 30중량%로 구성된 혼합원료 제조단계; 65℃ ~ 90℃의 고온의 조건에서, 상기 혼합원료 100중량부에 대해 혼합 미생물(BM-S-1) 0.01 내지 1 중량부를 접종하는 고온 접종단계; 고온 접종된 혼합원료를 배양하는 배양단계; 상기 배양 단계를 거친 혼합원료를 건조하여 미생물 제제를 제품화하는 건조 단계; 및 상기 미생물 제제를 오염된 하천 또는 호수에 투입하는 투입단계;를 포함한다.

Description

혼합미생물을 포함한 미생물 제제, 이를 이용한 하천·호수의 생물학적 처리방법 및 슬러지 자가 소화공정
본 발명은 혼합미생물(BM-S-1)을 포함한 미생물 제제에 관한 것으로서, 이를 이용하여 오염된 지천 및 하천, 호수를 물리·화학적 전처리를 거치지 않고 생물학적으로 처리할 수 있도록 함은 물론 부상 슬러지를 재이용할 수 있도록 하는 혼합미생물(BM-S-1)을 포함한 미생물 제제, 이를 이용한 하천·호수의 생물학적처리방법 및 슬러지 자가소화공정에 관한 것이다.
일반적으로 하천은 생활하수, 산업폐수, 축산 폐수 등의 수질을 오염시키는 원인에 의해서 오염되고 있다.
특히, 이들 오염원 중에서도 생활하수 및 축산 폐수는 대부분이 사람들의 기본 생활권과 밀접한 관계를 갖는다고 하겠다.
또한 산업의 발달에 의해서 고농축, 고기능이라는 난분해성 물질의 발생 증가도 하천이나 호수의 오염을 한층 가중시키는 원인이 되고 있는 실정이다.
또한 이와 같이 발생되는 오염물의 경우 다양한 유기물과 잔존 화학약품이 혼재하는 난분해성 폐수로서 전 세계적으로 '물리·화학적 처리공정'을 우선시 하는 종말 처리시스템에 의지해서 처리하고 있으며, 미생물을 이용한 '생물학적 처리공정'은 단순히 보조적인 역할로서만 이용되고 있는 추세이다.
현재까지 국내의 하천의 경우는 지역에 따라 그 규제의 정도에 차이는 있으며, 매우 엄격한 기준으로 관리하지만 현존하는 기술로는 배출허용기준을 충족시키기란 거의 불가능한 수준으로 판단되는 것이 현실이다.
즉, 현재까지의 기술로는 이러한 하천, 호수의 오염물 처리에 있어서 만족할 만한 처리수준을 달성하지 못하고 있으며, 더욱이 이들 환경을 생물학적 처리에 적합하도록 하기에는 유량조절, 부상 슬러지 및 기타 환경적 어려움이 매우 많다.
여러 지자체에서 생태 하천 가꾸기라는 모토로 많은 비용을 투입하여 오염된 하천 정화를 실시하고 있으나, 복원되는 속도보다 오염되는 속도가 빨라 많은 비용이 발생하며, 갈수록 어려움의 정도가 심해지고 있는 실정에서 생활환경의 개선과 친환경적인 관리에 대한 대책과 효과적인 처리방법의 개발이 시급히 요구되고 있는 실정이다.
아울러 환경에 대한 민원이 발생이 증가하고 있는 도심하천의 악취 및 하수 발생량의 증가에 따른 천문학적인 비용을 동반하는 처리시설의 증설 등의 경제적인 비용의 증가로 인한 개선의 필요성이 시급하다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 혼합미생물(BM-S-1)을 포함한 미생물 제제를 이용하여, 오염도가 높은 도심하천, 지천 및 호수의 수질 및 수서환경의 생물학적 처리가능성을 제시하고, 기존 처리방법의 경제적인 운영을 위한 방법을 제시함과 아울러, 하천, 호수처리 과정에서 발생하는 부상슬러지를 재이용할 수 있도록 한 미생물 제제를 이용한 하천,호수의 생물학적 처리방법 및 슬러지 자가소화공정을 제공함에 그 목적이 있다.
그리고 본 발명의 다른 목적은 도심의 복개하천과 같은 고오염 도심하천과 기존의 하천, 호수 처리에서 발생하는 고비용의 발생을 현격하게 경감하는 혼합 미생물(BM-S-1)을 포함한 미생물 제제를 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위한 것으로서, 본 발명의 미생물 제제를 이용한 하천·호수의 생물학적 처리 방법은 기탁번호 KCTC 11789BP의 혼합 미생물(BM-S-1) 0.01 내지 1중량%와, 왕겨분말 1 내지 10중량%, 피트모스분말 1 내지 10중량%, 표고버섯폐목 1 내지 5중량%, 당밀 1 내지 10 중량% 및 나머지 성분으로 물(80~95중량%)을 혼합한 미생물 액제를 18 내지 30℃를 유지하며 복합 미생물 액제를 제조하는 단계; 왕겨분말, 피트모스 분말, 쌀겨분말 및 표고버섯 폐목 건조분말로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 배양원료 70 내지 90중량% 및 상기 복합 미생물 액제 10 내지 30중량%로 구성된 혼합원료 제조단계; 65℃ ~ 90℃의 고온의 조건에서, 상기 혼합원료 100중량부에 대해 혼합 미생물(BM-S-1) 0.01 내지 1 중량부를 접종하는 고온 접종단계; 고온 접종된 혼합원료를 배양하는 배양단계; 상기 배양 단계를 거친 혼합원료를 건조하여 미생물 제제를 제품화하는 건조 단계; 및 상기 미생물 제제를 오염된 하천 또는 호수에 투입하는 투입단계;를 포함한다.
본 발명의 미생물 제제는 기탁번호 KCTC 11789BP의 혼합 미생물(BM-S-1) 0.01 내지 1중량%와, 왕겨분말 1 내지 10중량%, 피트모스분말 1 내지 10중량%, 표고버섯폐목 1 내지 5중량%, 당밀 1 내지 10 중량% 및 물 80~95중량%를 혼합하여 제조된다.
본 발명의 슬러지 자가 소화 공정은 물 100중량부에 대해, 혼합 미생물(BM-S-1)를 포함하는 미생물제제 0.1~1중량부, 당밀1~10 중량부를 투입하고 2~5일간 배양하여 배양원액 제조단계; 상기 배양원액에 대해 물을 10배 ~ 100배 첨가하여 희석한 다음, 희석된 배양원액 100중량부에 대해 당밀 1~10중량부를 투입하여 2~5일간 배양하여 활성 미생물액을 제조하는 활성 미생물액 제조단계; 상기 활성 미생물액을 오염된 호수 또는 하천에 살포하는 살포단계; 상기 활성 미생물의 분해에 의해 부상하는 슬러지를 배양조에 포집하여 슬러지 부피의 약 1/100~3/100에 해당하는 활성 미생물액을 넣고 통성혐기분해를 실시하여 슬러지를 액화시키는 액화슬러지액 제조단계; 및 상기 액화 슬러지액 10~30중량%와 상기 활성 미생물 70~90 중량%를 혼합하여 하천, 호수로 재투입하여 미생물의 자가 소화를 유도하는 슬러지 저감단계;를 포함한다.
본 발명에 따른 하천, 호수의 생물학적 처리방법을 적용함으로써, 고농도이면서 난분해성으로 알려진 도심하천을 순 생물학적 처리만으로 기존의 물리적,화학적 처리를 하는 공법과 비교하여 처리효율이 우수하고 슬러지의 발생비율을 현저히 감소시키는 효과가 발휘된다.
뿐만 아니라, 지자체의 환경 부담금을 저감시켜 호수 및 하천수질관리를 위한 비용을 절감시킬 수 있는 효과도 발휘된다.
도1 은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 미생물 제제를 이용한 하천·호수의 생물학적 처리방법에 관한 순서도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 미생물 제제를 이용한 하천·호수 슬러지의 자가소화공정에 관한 순서도.
본 발명에서 사용되는 혼합 미생물(BM-S-1)는 한국 생명 공학 연구원 미생물 자원 센터를 기탁기관으로 하여 2010년 10월 20일에 기탁번호 제KCTC11789BP로 기탁되었다. 상기 혼합 미생물을 분리동정한 결과, 프레보텔라과 미확인종(Prevotellaceae_uc_s), 락토바실러스 미확인종(Lactobacillus_uc), 락토바실러스파라부크너리(Lactobacillusparabuchneri),락토바실러스미확인종(Lactobacillaceae_uc_s), 락토바실러스 카제이(Lactobacillus paracasei), 락토바실러스 파라파라기니스 (Lactobacillus parafarraginis), 락토바실러스 카멜리애(Lactobacillus camelliae), 락토바실러스 마니호티보란스(Lactobacillus manihotivorans), 아세토박터로바니엔시스(Acetobacterlovaniensis),에타놀리겐스미확인종(Ethanoligenens_uc),베이로넬라과미확인종(Veillonellaceae_uc_s),락토바실러스시밀리스(Lactobacillus similis), 락토바실러스 하르비넨시스(Lactobacillus harbinensis),로도스피릴라목 미확인종 (Rhodospirillales_uc_s) 및 기타 130여종의 다양한 세균 및 효모 등으로 구성되어 있음을 확인할 수 있다.
본 발명은 상기 기탁번호 KCTC 11789BP의 혼합 미생물(BM-S-1)를 유효성분으로 포함하는 미생물 제제, 이를 하천, 호수에 처리하는 생물학적 처리방법 및 슬러지 자가 소화공정을 제공한다.
여기서, 하천과 호수는 바람직하게는 도심하천, 복개천, 일반하천 및 거대하천, 호수는 농업용 및 일반 수변 호수를 포함한다.
이하 본 발명의 내용을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
상기 본 발명에 사용된 혼합 미생물(BM-S-1)의 분리과정은 다음과 같다. 토양시료(대나무부엽토, 반추위미소화물, 활엽수부엽토)를 채취하여 80~120mesh로 분쇄한 배지(쌀겨, 왕겨, 톱밥, 계란껍질, 조개껍질, 피트모스)에 혼합하여 수분활성도 40~60%가 되도록 하여 90일간 반그늘 상태의 토양 위에서 배양한다. 그리고 배양과정을 거친 시료를 쌀겨30%중량, 왕겨20%중량, 피트모스20%중량, 톱밥30%중량을 혼합한 배지에 수분활성도 60%로 조절 후 전체 배지 중량의 0.01%를 접종하여 온도65~90oC에서 4시간 동안 접종시킨 다음 3주간 후 발효하여 수분농도 8%이하의 분말상의 혼합 미생물(BM-S-1)을 제조한다.
이와 같이 분리된 미생물 종균을 이용하여 본 발명에 따른 미생물 제제는 다음과 같은 방법으로 제조된다.
먼저, 기탁번호 KCTC 11789BP의 혼합 미생물(BM-S-1) 0.01 내지 1중량%와, 왕겨분말 1 내지 10중량%, 피트모스분말 1 내지 10중량%, 표고버섯폐목 1 내지 5중량%, 당밀 1 내지 10 중량% 및 나머지 성분으로 물(80~95중량%)을 혼합하여 복합 미생물액제를 만든다. 그리고 상기 복합 미생물액제를 온도 18 내지 30℃를 유지하며 4~8시간 간격으로 30 내지 80ml3/min의 공기를 1 내지 2시간 동안 폭기하는 과정을 일일 4회 반복적으로 수행하며 7 내지 10일간 배양하는 단계를 거친다.
이때 폭기 등의 조건은 본 발명자의 연구결과 최적화된 결과이며, 당업자라면 상기 조건에 다소의 변형을 가할 수 있으나 그러한 변형이 본 발명의 권리범위를 벗어나지 않는다는 것도 알 것이다.
그리고 다음으로 왕겨분말, 피트모스 분말, 쌀겨분말 및 표고버섯 폐목 건조분말로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 배양원료 70 내지 90중량% 및 상기 복합 미생물액제 10 내지 30중량%로 구성된 혼합원료를 제조한 후, 상기 혼합원료 100중량부에 대해 혼합 미생물(BM-S-1) 0.01 내지 1 중량부를 접종하는 고온 접종단계를 수행한다.
여기서 배양원료는 비교적 구하기 용이하고 원가부담이 적은 왕겨, 농산물 부산물 또는 임산물 부산물 등을 사용할 수 있다.
상기 배양원료는 상기 왕겨, 농산물 부산물 또는 임산물 부산물 단독으로 또는 조합되어 사용되어도 무방하나, 상기 배양원료는 미리 150메쉬 정도로 분쇄하여 분말상으로 사용하는 것이 바람직하다.
상기 혼합, 분쇄된 원료 들을 회전배양기에 넣고 미생물 발효에 적절한 환경을 유지하기 위해 복합 미생물액제로 수분을 조절한 다음, 바실러스 속 균주 또는 유산균을 포함하는 혼합 미생물(BM-S-1)을 접종할 수 있다. 상기 혼합 미생물(BM-S-1)은 계절적, 환경적 다양성이 존재하는 토양의 미생물상을 인위적인 여과 없이 그대로 채취하여 천연물배지상에서 9개월간 환경적응과정을 거치면서 유해성을 제거하여 분말상으로 제조할 수 있다.
특히, 본 발명의 일실시예에서는 상기 혼합 미생물(BM-S-1)이 접종된 배양원료는 65oC 내지 90oC에서 6 내지 8시간 동안 20 내지 200rpm/min의 속도로 교반하면서 고온 접종시켰다.
이는 보통의 미생물접종이 20oC 내지 40oC 범위에서 이루어지는 것이 일반적인 것임을 고려하면, 본 발명의 미생물제제는 고온의 조건에서 수행된다는 것을 알 수 있다. 이러한 접종온도는 불필요한 미생물의 증식을 억제하기 위함과 본 발명에 따른 미생물의 활성도 유지시키기 위함이다.
그리고 고온접종단계 후에는 상기 접종된 혼합원료를 10~15일 배양하는 배양단계를 마친 미생물제제는 제품화하기 위한 건조단계를 거치게 된다.
상기 건조는 미생물 제제가 열 변성 등의 우려가 없는 범위에서 공지의 건조방법 모두 사용가능하며 특별한 제한은 없다. 본 발명의 일실시예에서는 회전배양기 내에서 170~180rpm/min 속도로 8시간 동안 자연 건조하였다.
또한, 본 발명은 미생물들을 처리환경에 직접 첨가하는 것을 배제하는 것은 아니지만, 미생물들의 활성이 지속 가능한 형태로서 담체에 흡착된 형태로 첨가하는 것이 효과적이다. 미생물을 담지 시키는 경우는 담체 표면에의 단순한 흡착에 의한 담지도 좋지만, 고정화 담체에 담지 시키는 것이 보다 유리하다. 즉 고정화 담체를 이용하면 미생물의 활성이 높아지고, 분해 기간이 단축되기 때문에, 이 형태가 보다 바람직하다.
미생물을 포괄 고정화하여 첨가하는 형태는 미생물의 활동을 안정 또한 활성화한다. 이와 같은 방법의 구체적인 것으로는 공지의 각종 방법들이 이미 알려져 있다. 상기의 본 발명의 수처리 방법에 따라, 높은 오염부하의 하천, 호수를 본 발명에 따른 미생물 제제를 이용하여 구체적으로는 기준치 이하의 수준으로 저감시킬 수 있다.
미생물 담지용 담체로서는 상기 미생물들을 담지하여 호수, 하천에 투여할 수 있는 재료이면 어느 공지 재료도 사용할 수 있지만, 미생물의 효과적인 담지라고 하는 점에서 담체 표면에 미생물이 강하게 흡착하는 것, 미생물을 미소 공극 내에 침입시키는 것으로 보관 유지력을 높일 수 있는 것과 같은 다공성의 것, 마이크로 입자가 응집하여 실질적으로 흡착 혹은 흡착 표면적을 증대시킨 것이 바람직하다. 구체적으로는 셀룰로오스, 덱스트란, 아가로스와 같은 다당류; 콜라겐, 젤라틴, 알부민 등의 불활성화 단백질; 이온교환 수지, 폴리비닐 클로라이드와 같은 합성 고분자 화합물; 세라믹스나 다공성 유리 등의 무기물; 한천, 알긴산, 카라기난 등의 천연 탄수화물; 또는 셀룰로오스 아세테이트, 폴리 아크릴 아미드, 폴리비닐 알코올, 에폭시 수지, 열경화성 수지, 폴리에스테르, 폴리스티렌, 폴리우레탄 등 포괄 담체로써 얻을 수 있는 고분자 화합물 등을 들 수 있다. 또, 리그닌, 전분, 키틴, 키토산, 여과지, 목편 등으로 이루어지는 것도 이용할 수 있다. 미생물의 담지·고정화 중에서도 특히 미생물이 담체 물질 내에 함유된 담지 형태, 즉 포괄 고정화가 바람직하다. 바람직한 담체의 형상으로서는 대략 구상, 대략 입방체상, 대략 직방체상, 원통형 혹은 튜브상이며, 그 중에서도 제조하기 쉬운 대략 구상, 혹은 비면적을 크게 할 수 있는 거의 직방체상의 것이 바람직하다. 담체의 제조 방법으로서는 기존의 임의의 방법을 이용할 수 있다. 예를 들면 미생물과 담체 물질(또는 그 전구체)의 혼합 용액을 불용해성 액체 내에 적하하여 액체내에 액적을 고화시켜 미생물 담지용 담체 입자의 분산물을 만드는 방법, 미생물과 담체 물질(또는 그 전구체)의 혼합 용액을 저온화 시키거나, 겔화제나 고체화제의 첨가 등의 방법으로 고화시킨 후, 고화체를 적당한 사이즈로 잘라 미생물을 담지한 직방체 입자를 얻는 방법, 미생물과 담체 물질(또는 그 전구체)의 혼합 용액을 압출하여 노즐로부터 불용해성 액체내에 주입하여 액체내에서 고화시켜 미생물 담지용 담체의 고화물을 얻고 이를 적당하게 잘라 원통형 입자를 만드는 방법, 또 이 경우의 압출 성형 노즐을 환상으로 하여 원환상 (튜브상)의 미생물 담지용 담체입자를 얻는 방법을 들 수 있다. 포괄 고정화법의 특징은 균체를 고농도로 유지할 수 있기 때문에, 처리 효율을 향상시킬 수 있어 증식이 늦은 균을 고정화할 수 있다. 또, pH, 온도 등의 조건 변화에 대한 내성이 크고, 고부하 상태에도 견딜 수 있는 것도 있다. 포괄 고정화법으로서는 아크릴 아미드법, 한천-아크릴 아미드법, PVA-붕산법, PVA-냉동법, 광경화성 수지법, 아크릴계 합성 고분자 수지법, 폴리 아크릴산 소다법, 알긴산나트륨법, K-카라기난법 등, 미생물을 가둘 수 있고, 담체 내에서 미생물의 활성을 유지하면서 물리적 강도가 크게 장시간 사용할 만한 것이라면 종류를 가리지 않는다. 또 다른 포괄 고정화 방법으로서는 활성탄 입자에 고정화하는 방법을 들 수 있다. 또 다른 포괄 고정화 방법으로서는 특정 미생물을 탄소 섬유제 천에 고정화하는 방법도 있다. 담체로써 이용되는 탄소 섬유는 예를 들면, 석탄 피치를 고온으로 용융방사하여 불융탄소화하여 얻을 수 있는 섬유이다. 바람직하게는 지름 1~30㎛의 탄소섬유로 구성되는 두께 0.3~6.0 mm, 단위무게 20~300 g/m2의 탄소 섬유제 천을 이용한다. 또한, 본 발명의 미생물제제는 필요에 따라 여러 가지 첨가제, 예를 들면 광물(응집제), 알긴산 및 그의 염, 유기산, 보호성 콜로이드 증점제, 성형화에 사용되는 제제 등을 함유할 수 있다. 상기와 같이 제조될 수 있는 미생물 제제의 첨가 방법은 처리조 내에 균일하게 분산할 수 있는 것인 한 어떠한 방법이어도 사용할 수 있다. 예를 들면, 처리조의 폐수 속에 공기를 넣어 배수정화 또는 교반기 등에 의한 교반을 행하면서 미생물을 수납 용기로부터 수동으로 직접 투입하여도 무방하다. 호수, 하천을 처리하는 복수 처리조 전체의 용량과 체류 기간은 폐수량에 따라서 다르지만 일반적으로는 복수 처리조 전체에 있어서의 폐수의 체류 시간이 2일부터 7일 정도가 되도록 조정된다. 특히 체류 시간이 3일부터 5 일정도가 되도록 조정되는 것이 바람직하다. 그리고 구성되는 처리조의 수에는 제한은 없지만, 효율, 장치 비용의 관점으로부터 3 내지 5조가 바람직하다. 미생물 제제의 처리는 pH, DO(용존 산소), 처리 전후의 COD값 등을 측정하여 관리한다. pH는 2.8~9.5, 바람직하게는 3.5~8.5이며, 적용환경의 성질에 따라 더욱 좁은 관리 폭이 선택될 수 있다. 여기서 DO는 3.0mg/L~12.0mg/L, 바람직하게는 4.0mg/L~7.0mg/L이다. pH는 산 또는 알칼리의 첨가에 의해, DO는 하수 속에 공기를 넣어 배수 정화량의 조절에 의해 제어할 수 있다. 특정 화합물의 농도 측정은 직접적인 정량도 가능하겠지만, 관리상의 실제적 방법으로서는 농도에 대응하는 값으로 하여 COD를 이용하는 것이 실제적이다. COD의 측정은 최초 오염수 처리조 입구와 최종 처리수의 출구 쌍방의 농도를 측정하는 것이 바람직하다. 오염수 처리조에서는 영양원으로 미생물의 생육에 적당한 탄소원, 질소원 혹은 유기 영양원, 무기영양원이 투입될 수 있다. 유기 영양원으로서 폴리펩톤, 효모 엑기스, 고기 엑기스, 당밀 등을, 무기 영양원으로서 각종 인산염, 마그네슘염 등이 투여되고 그 첨가량은 유기 영양원은 폐수량의 0.001~0.5 중량%, 바람직하게는 0.01~0.05 중량%이며, 무기 영양원은 유기 영양원의 0.1~1 중량% 정도이다. 이 양은 한정적인 것은 아니고, 미생물적용환경의 상태에 의해 적당히 선택된다.
그리고, 본 발명은 기탁번호 KCTC 11789BP의 혼합 미생물(BM-S-1) 0.01 내지 1중량%와, 왕겨분말 1 내지 10중량%, 피트모스분말 1 내지 10중량%, 표고버섯폐목 1 내지 5중량%, 당밀 1 내지 10 중량% 및 나머지 성분으로 물(80~95중량%)을 혼합하여 구성된 미생물 제제 역시 본 발명의 권리범위에 속함을 미리 일러둔다. 여기서, 미생물 제제는 분말상이거나 혹은, 상기 미생물 제제는 활성미생물액 형태인 것이 바람직하다.
그리고 상기한 구성에 의해 얻어지는 미생물 제제를 이용한 하천, 호수 슬러지의 자가소화공정은 다음과 같이 이루어진다. 먼저, 물 100중량부에 대해, 혼합 미생물 (BM-S-1)을 이용한 미생물제제 0.1~1 중량부, 당밀1~10 중량부를 투입하고 상온(10~30℃)에서 2~5일간 배양하여 배양원액을 제조한다.
그리고 상기 배양원액에 대해 물을 10배 ~ 100배 첨가하여 희석한 다음, 희석된 배양원액 100중량부에 대해 당밀 1~10중량부를 투입하여 상온(10~30℃)에서 2~5일간 배양하여 활성 미생물액을 제조한다.
그리고 활성 미생물을 오염된 호수 또는 하천에 살포하되, 바람직하게는 상기 호수로는 도심하천, 복개천, 일반하천이 적당하고, 상기 호수로는 농업용 호수 및 일반 수변호수가 적당하다.
그리고 나서, 상기 활성 미생물의 분해에 의해 부상하는 슬러지를 배양조에 포집하여 슬러지 부피의 약 1/100~3/100에 해당하는 활성 미생물액을 넣고 통성혐기분해를 실시하여 슬러지를 액화시킨다.
그리고, 액화 슬러지액 10~30중량%와 활성 미생물 70~90 중량%를 혼합하여 하천, 호수로 재투입하는 과정을 반복하여 슬러지의 자가소화가 이루어지도록 한다.
이하 본 발명의 내용을 실시예 및 시험예를 통하여 구체적으로 설명한다. 그러나, 이들은 본 발명을 보다 상세하게 설명하기 위한 것으로 본 발명의 권리범위가 이들에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예 1 혼합미생물(BM-S-1)의 배양
미생물이 함유된 토양시료(피트모스,대나무부엽토,반추위미소화물,활엽수부엽토)를 90℃에서 40분 동안 열처리한 후 막자사발에서 곱게 갈아 준비해 둔 다음, 시료 1g을 취하여 0.85 % NaCl 9㎖에 현탁한 후, 100 내지 10-7로 희석하였다. 각각의 희석 현탁액 100㎕ 를 TSA, BL, BBL 배지(DIFCO 사)에 도말하여 28℃에서 배양하여 혼합 미생물(BM-S-1)을 배양하였다.
상기 혼합 미생물(BM-S-1)을 분자생물학적기법(pyrosequencing)으로동정한결과프레보텔라과미확인종(Prevotellaceae_uc_s),락토바실러스미확인종(Lactobacillus_uc),락토바실러스파라부크너리(Lactobacillusparabuchneri), 락토바실러스미확인종(Lactobacillaceae_uc_s), 락토바실러스카제이(Lactobacillus paracasei), 락토바실러스 파라파라기니스 (Lactobacillus parafarraginis), 락토바실러스카멜리애(Lactobacilluscamelliae),락토바실러스마니호티보란스(Lactobacillusmanihotivorans),아세토박터로바니엔시스(Acetobacterlovaniensis),에타놀리겐스미확인종(Ethanoligenens_uc),베이로넬라과미확인종(Veillonellaceae_uc_s),락토바실러스시밀리스(Lactobacillussimilis),락토바실러스하르비넨시스(Lactobacillusharbinensis), 및 로도스피릴라목미확인종 (Rhodospirillales_uc_s)을 포함하는 130여종의 다양한 세균 (표 1 참조) 그리고 효모 (Candida boidinii)로 구성되어 있음을 확인하였다.
표 1
종명 비율(%)
Prevotellaceae_uc_s 22.2
Lactobacillus_uc 17.7
Lactobacillus parabuchneri 6.9
Lactobacillaceae_uc_s 6.5
Lactobacillus paracasei 5.8
Lactobacillus parafarraginis 4.3
Lactobacillus camelliae 3.0
Lactobacillus manihotivorans 2.4
Acetobacter lovaniensis 2.3
Lactobacillus collinoides 2.2
Lactobacillus vini 2.0
Lactobacillus hilgardii 1.8
Lactobacillus pentosus 1.7
Lactobacillus rapi 1.5
Lactobacillus pantheris 1.3
Ethanoligenens_uc 1.2
Veillonellaceae_uc_s 1.2
Lactobacillus similis 1.2
Lactobacillus harbinensis 1.0
Rhodospirillales_uc_s 0.5
Others 13.8
Total 100.0
*총6801 클론을 분석한 결과임;** uc_s는 미분류종(unclassified species)를 의미
여기서 Lactobacillus sp. 는 유당(lactose) 및 기타 당(sugars)들을 유산(lactic acid) 전환하여 주위환경을 산성조건으로 만들거나 과산화수소를 발생시켜 병원성미생물 등 유해한 미생물의 생장을 억제한다. 환경에서는 주로 분해되는 식물의 잔재에 서식하며 사람이나 동물의 장에도 존재하면서 probiotic 활성을 나타낸다. Rhodospirillales 목에는 Acetobacteraceae와 Rhodospirillaceae로 나누어지는데 Acetobacteraceae에는 표 1에 제시된 Acetobacter lovaniensis가 속하며 이종은 알코올로부터 초산을 형성하는 호기성으로서 다양한 식물(사탕수수, 고구마, 커피, 차, 바나나 등)의 줄기, 뿌리, 과일, 잎 등의 부분에 서식한다. 또한 Rhodospirillaceae에는 자색비황세균 및 녹색비황세균이 속하는데 이들은 본 미생물제제에 존재하는 유산균(Lactobacillus sp.), 초산균(Acetobacter sp.) 및 기타 혐기성균(Ethanoligenens sp.)이 생성하는 여러 유기산이나 에탄올(ethanol) 을 이용하여 성장하거나 광합성과정을 통하여 CO2를 고정하여 유기물로 오염된 폐수를 정화는 주요한 역할을 하는 것으로 사료된다. 본 제제에 상당한 밀도로 존재하는 것으로 Prevotellaceae는 정상적인 온혈동물(사람, 동물 등)의 장에 주로 존재하면서 당을 숙신산(succinic acid) 이나 초산으로 변환하는 역할을 하며. 또한 유기물의 신속한 분해에 기여하는 것으로 판단된다. 또한 본 연구에서 분리된 우점종 효모는 Candida boidinii로 동정되었으며 이는 비타민이나 아미노산 등의 생리활성물질을 만들어서 상기 혼합미생물(BM-S-1)의 성장과 유기물분해에 기여하는 것으로 추측된다.
실시예 2 미생물제제를 이용한 오염하천 처리
상기와 같이 배양된 혼합 미생물(BM-S-1) 0.02kg, 왕겨분말 10kg, 피트모스분말 4kg, 표고버섯폐목 분말 2kg, 당밀 3kg 및 나머지는 물을 혼합하여 무게가 100kg이 되도록 한 후 30분에서 6시간 간격으로 60L3/min의 공기를 1시간30분 동안 폭기 하는 과정을 일일 4회 반복적으로 수행하며 10일간 배양하여 복합 미생물액제를 제조하였다. 상기 복합미생물 액제는 총균수 2.6 x 109 cfu/g였다. 이와는 별도로, 미리 분쇄한 45kg의 왕겨, 40kg의 피트모스분말, 쌀겨 5kg, 표고버섯폐목 10kg 을 혼합기능이 있는 회전배양기에 넣고 혼합된 원료에 상기 복합 미생물 액제 20kg 넣어 수분 활성도 40~60%로 조절한 다음, 배양원료 전체 100중량부 대비 혼합 미생물(BM-S-1)를 0.05중량부로 접종하였다. 접종된 배양원료를 180rpm/min으로 회전시키면서 배양기 내부온도 70℃ 에서 8시간 고온 접종을 진행하였다. 그리고 고온접종된 혼합 원료를 회전배양기 내에서 비가열 무 회전으로 15일동안 배양하였다. 그리고 회전배양기 내에서 비가열 180rpm/min으로 8시간 회전 건조하여 하여 수분농도 8%이하의 분말상의 미생물제제를 제조하여, 오염하천에 처리하였다.
실시예 3 미생물 제제를 이용한 슬러지 자가소화 공정
부산 신평 장림천 중하류 1.2km구간에 본 발명 실시예에 따른 미생물 제제를 적용하였다. 1톤 탱크에 상기 분말상의 미생물제제 5kg 및 당밀 30kg를 넣고 교반하면서 상온에서 72시간 배양시킨 후 배양된 내용물 1톤을 49톤의 물에 희석하여 당밀 100kg을 투입하고 72시간 활성화하여 활성미생물액을 제조하였다.
50톤 탱크의 안전재고(safety inventory)가 15톤일 때 위 활성미생물액 50톤을 다시 제조하여 사용하였다. 50톤에 든 활성미생물액을 1일 5톤 씩 보림초등학교 앞 복개가 끝나는 지점에서 점적하여 투입하였고, 동일한 활성미생물액 5톤은 탱크롤리에 싣고 복개천의 개구부 4곳에 분산하여 투입하였으며, 1일 하수 유입량은 50,000톤으로 하였다. 일체의 다른 화학적 처리과정은 수행하지 않았으며, 그 결과 하천에서 발생하던 악취는 현저히 저감되었고 발생한 슬러지는 별도의 액화분해조로 흡입하여 48시간 액화 분해를 유도하여 활성미생물액과 2:8의 비율로 혼합하여 재투입하는 방법을 반복하여 슬러지의 저감을 실현하였다. 악취가 감소되고, 하기 표 2 혼합 미생물(BM-S-1)유래 활성미생물액에 의한 부산시 신평동 장림천 중하류의 정화결과) 에서와 같이 BOD, COD 및 T-N 등의 측정값에서 확인할 수 있듯이 하천수의 수질이 획기적으로 개선되어졌다
표 2
구분 7월 8월 9월 10월 11월 12월 처리효율(%)
pH 7.5 7.7 7.2 7.7 7.5 7.6 -
COD 215 220 218 140 80 23 89.3
SS (mg/L) 338 450 380 210 151 38 88.8
NH3-N (mg/L) 85 82 69 31 12 8 90.6
NO2-N (mg/L) 35 40 27 20 8 2 94.3
NO3-N (mg/L) 16 93 43 31 23 8 50.0
TN (mg/L) 136 215 139 82 43 18 86.8
* 7월 대비 12월의 처리효율 자료임
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 본 연구팀의 경우 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 기술을 다양하게 발전시킬 수 있을 것으로 본다.
본 발명은 혼합미생물(BM-S-1)을 포함한 미생물 제제에 관한 것으로서, 이를 이용하여 오염된 지천 및 하천, 호수를 물리·화학적 전처리를 거치지 않고 생물학적으로 처리할 수 있도록 함은 물론 부상 슬러지를 재이용할 수 있도록 하는 혼합미생물(BM-S-1)을 포함한 미생물 제제, 이를 이용한 하천·호수의 생물학적처리방법 및 슬러지 자가소화공정 분야에 이용가능하다.

Claims (4)

  1. 기탁번호 KCTC 11789BP의 혼합 미생물(BM-S-1) 0.01 내지 1중량%와, 왕겨분말 1 내지 10중량%, 피트모스분말 1 내지 10중량%, 표고버섯폐목 1 내지 5중량%, 당밀 1 내지 10 중량% 및 나머지 성분으로 물(80~95중량%)을 혼합한 미생물 액제를 18 내지 30℃를 유지하며 복합 미생물 액제를 제조하는 단계;
    왕겨분말, 피트모스 분말, 쌀겨분말 및 표고버섯 폐목 건조분말로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 배양원료 70 내지 90중량% 및 상기 복합 미생물 액제 10 내지 30중량%로 구성된 혼합원료 제조단계;
    65℃ ~ 90℃의 고온의 조건에서, 상기 혼합원료 100중량부에 대해 혼합 미생물(BM-S-1) 0.01 내지 1 중량부를 접종하는 고온 접종단계;
    고온 접종된 혼합원료를 배양하는 배양단계;
    상기 배양 단계를 거친 혼합원료를 건조하여 미생물 제제를 제품화하는 건조 단계; 및
    상기 미생물 제제를 오염된 하천 또는 호수에 투입하는 투입단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 미생물 제제를 이용한 하천·호수의 생물학적 처리 방법.
  2. 기탁번호 KCTC 11789BP의 혼합 미생물(BM-S-1) 0.01 내지 1중량%와, 왕겨분말 1 내지 10중량%, 피트모스분말 1 내지 10중량%, 표고버섯폐목 1 내지 5중량%, 당밀 1 내지 10 중량% 및 물 80~95중량%를 혼합하여 제조되는 것을 특징으로 하는 미생물 제제.
  3. 물 100중량부에 대해, 혼합 미생물(BM-S-1)를 포함하는 미생물제제 0.1~1중량부, 당밀1~10 중량부를 투입하고 2~5일간 배양하여 배양원액 제조단계;
    상기 배양원액에 대해 물을 10배 ~ 100배 첨가하여 희석한 다음, 희석된 배양원액 100중량부에 대해 당밀 1~10중량부를 투입하여 2~5일간 배양하여 활성 미생물액을 제조하는 활성 미생물액 제조단계;
    상기 활성 미생물액을 오염된 호수 또는 하천에 살포하는 살포단계;
    상기 활성 미생물의 분해에 의해 부상하는 슬러지를 배양조에 포집하여 슬러지 부피의 약 1/100~3/100에 해당하는 활성 미생물액을 넣고 통성혐기분해를 실시하여 슬러지를 액화시키는 액화슬러지액 제조단계;
    상기 액화 슬러지액 10~30중량%와 상기 활성 미생물 70~90 중량%를 혼합하여 하천, 호수로 재투입하여 미생물의 자가 소화를 유도하는 슬러지 저감단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 미생물 제제를 이용한 슬러지 자가소화공정.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 혼합 미생물(BM-S-1)를 포함하는 미생물제제는
    기탁번호 KCTC 11789BP의 혼합 미생물(BM-S-1) 0.01 내지 1중량%와, 왕겨분말 1 내지 10중량%, 피트모스분말 1 내지 10중량%, 표고버섯폐목 1 내지 5중량%, 당밀 1 내지 10 중량% 및 물 80~95중량%을 혼합하여 제조되는 것을 특징으로 하는 슬러지 자가소화공정.
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