음식물 쓰레기 퇴비화 공정의 미생물학적 특성 연구

Abstract

음식물 쓰레기는 주로 매립 처리되어 왔으나, 음식물 쓰레기 매립은 악취 발생과 침출수에 의한 지면의 오염과 같은 여러 가지 문제를 발생시킨다. 음식물 쓰레기 처리 문제가 부각됨에 따라 음식물 쓰레기를 퇴비화하는 연구들이 많이 진행되고 있다. 퇴비화는 미생물에 의해서 유기물이 분해되는 자연적인 방법으로, 쓰레기 부피의 40-50%를 감량화 할 수 있으며, 고온 단계동안 발생된 열에 의해 병원균들을 사멸시킬수 있다. 퇴비화에 관여하는 미생물에 대한 기본 정보를 도출하기 위해, 음식물 쓰레기를 퇴비화 하는 공정에 있어 초기 원료(음식물 쓰레기 + bulking agent)부터 숙성퇴비를 제조하는 전 공정을 단계별로 나누어 미생물상 변화를 분석하였다. 그 결과, 중온성 세균과 방선균수는 퇴비화 초기에는 약간 증가하다가 감소하는 경향이 보였고, 고온성 세균과 방선균수는 퇴비화 공정의 초기 단계인 회전드럼 공정단계에서 급격하게 증가되었고, 퇴비화 공정 동안 높은 개체수를 유지하였다. 특히, 고온성 세균이 퇴비화 공정이 진행됨에 따라 높은 개체수를 유지하는 것으로 보아 음식물 쓰레기 퇴비화에 있어 중요한 역할을 하는 것으로 사료된다. 숙성 퇴비로부터 고온성 세균을 7종 순수 분리하여 동정한 결과 6종은 Bacillus spp. 1종은 Geobaollus sp. 이었다. 음식물 쓰레기 퇴비화 공정에서 각 공정 단계에서 발생되는 악취의 성상 및 농도를 측정한 결과, 음식물 쓰레기 자체에서 발생되는 악취의 주성분은 메틸메르캅단, 1-propanethiol, aetamide, acetic acid, ethanol, 2-propen-1-thiol 등이었다. 퇴비화 공정 단계별로는 음식물 쓰레기와 bulking agent를 회전드럼에 투입 6시간 후에 가장 악취 발생 농도가 높았다(주성분 : 아세트알데히드, acetic acid, ethanol). 그러나, 퇴비화 공정 3일 이후부터는 퇴비화 공정 중에 악취 발생은 거의 미미하였다. 퇴비화 공정별로 중금속 농도와 염분 농도를 측정한 결과, 음식물 쓰레기의 퇴비화가 진행됨에 따라 각 중금속의 농도가 낮아져 숙성퇴비에는 Fe을 제외한 타 중금속은 거의 함유되어 있지 않았다. 또한 음식물 쓰레기에 포함된 주요 염분은 Na^+이었으며, 퇴비화 공정이 진행됨에 따라 Na^+의 농도도 급격히 저하되었다. 음식물 쓰레기로 만든 퇴비를 토양개량제로 사용하는데 가장 큰 걸림돌인 고농도 염분 축적 문제는 거의 발생하지 않음을 확인하였다. 또한 퇴비화 미생물 consortium은 70g/L의 고농도 염분이 존재하는 조건에서도 성장이 가능한 것으로 보아, 염분에 대해 상당히 내성이 있는 미생물로 구성되어 있음을 확인하였다. 음식물 쓰레기 탈수액과 퇴비화 과정에서 배출되는 퇴비 숙성액을 혼합하여 미생물의 액상 배양 기술을 개발하기 위해 최적 혼합비를 도출하였다. 탈수액과 숙성액을 다양한 비율로 혼합하여 만든 배지에서 퇴비화 미생물 consortium을 액상 배양한 결과, 숙성액에 혼합하는 탈수액의 비율을 50% 이하로 설정해야함을 알 수 있었다. 또한, 숙성액과 탈수액을 1:1로 혼합한 용액에 탄소원으로 glucose를 30g/L 첨가해 줌으로써 퇴비화 미생물 consortium의 성장을 향상시킬 수 있었다. 본 연구를 통해 도출된 결과는 보다 진보된 퇴비화 기술 개발에 활용 가능한 것이다. ; This food-waste has mainly been dumped in landfill sites. However, the landfill of food-waste has created various problems such as putrid smells and leachate polluting ground and surface waters. Composting is a natural process by which microorganisms decompose organic matter. In accordance with disposal problem of food-waste is noted, composting of food-waste has been reported actively that composting can reduce the waste volume by 40-50% and pathogens can kill by the heat generated during thermophilic phase. To construct basic information of the microbial population which were related to composting of food-waste in this study, we was analyzed microorganism change by process which is divided from raw material (food-waste + bulking agent) to maturation compost in all food-waste process with steps. In the results, the number of mesophilic bacteria and actinomycetes was increased slightly at an early stage of composting after mesophiles counts decreased. In contrast, the number of thermophilic bacteria and actinomycetes was increased sharply during rotating drum step of an early stage and it was maintained high during composting process. Specially, the number of thermophilic bacteria was maintained very high, indicating this composting process facilitates the growth of microorganisms. Identification result, which was separated thermophiles purely, demonstrated that 6 species were Bacillus sp., 1 specie was Geobaollus sp.. We studied composition and concentration of malodorous gases, which were emitted from the composting process of food-waste. The result, main composition of malodorous gases, which were emitted from food-waste, was methyl mercaptane, 1-propanethiol, aetamide, acetic acid, ethanol, 2-propen-1-thiol. The concentration of malodorous gases was the highest when composting step is rotating drum input with food-waste and bulking agent after 6 hours. But malodorous gases didn t detect after 3 day of composting. The heavy metal concentration and Na concentration were investigated by composting process. The result, other metals except Fe were not contained because the concentration of each heavy metal was reduced with composting. Also, main salinity that is included to food-waste was Na and Na concentration was decreased sharply with composting process. This means that if food-waste compost by composting process of this study apply for soil conditioner, serious problem by salinity accumulation do not occur. Also, the consortium of composting microorganism could grow in which high salt content of 70g/L exists. This means that compost is consisted of microorganisms, which have tolerance in high salt concentration. To develop liquid culture technique of microorganisms, we were found to optimal mixture ratio by which food-waste dehydration solution and compost maturation solution during composting process were mixed. Liquid culture in media, which is mixed dehydration solution and maturation solution by various ratios, demonstrated that dehydration solution in the mixture solution should to determinate under 50%. Also, the growth of composting microorganism consortium can improve when glucose 30g/L was added by C in 1:1 mixture solution of maturation solution and dehydration solution. The microbiological conclusions of obtained by this study could be effective to develop progressively composting technique.