유용미생물(EM)을 활용한 음식물쓰레기의 악취저감 효과

A Study on the Odor Removal Efficiency of Food Wastes using Effective Microoranisms(EM)

김영두․김창모․김은숙․최인석․문병진․남경래․전병모․김상수․윤중섭․어수미․정권

서울시보건환경연구원 대기화학팀

1. 서  론

도시 규모의 확대와 생활수준의 향상으로 음식물쓰레기는 점차 대량으로 배출되고 있으며, 이로 인한 주거지 주변의 생활악취 민원은 매년 증가 추세에 있다. 각 가정에서도 여름철 음식물쓰레기 보관 시에 발생하는 악취 때문에 음식물쓰레기의 처분에 어려움을 겪고 있는 실정이다. 각 지자체에서는 음식물쓰레기의 악취 저감과 감량화를 위한 방안으로 공동주택의 음식물쓰레기를 신속하게 처리하고 쓰레기 자원화 및 음식물쓰레기 종량제 도입 등 다양한 정책을 시행하고 있다. 악취물질을 제거하는 방법에는 활성탄을 이용한 흡착기술이 가장 보편화되어 있으며, 이 외에도 약액세정법, 토양탈취법 및 미생물을 고정화시킨 바이오필터 등이 활용되고 있다. 또한 음식물쓰레기를 처리하기 위한 방법으로 친환경 미생물제재를 이용한 연구가 다각도로 시도되고 있으며, 이 중 유용미생물(EM)을 이용한 음식물쓰레기 처리방법이 주목을 받고 있다. 최근 연구에서도 유용미생물의 유용한 효과가 여러 분야에서 입증되고 있으나 유용미생물에 대한 실험적 분석은 미흡한 실정으로 지속적인 연구가 진행되어야 할 것이다. 본 연구에서는 가정용 음식물쓰레기 수거통을 이용하여 음식물쓰레기의 부패과정에서 유용미생물의 사용에 따른 악취저감 효과와 EM의 세균수 변화와의 상관성을 규명하였다.

2. 연구 방법

음식물쓰레기를 대상으로 온도 영향 및 EM 활성액 주입에 따른 악취저감 효과를 총 2회 실시하였다. 각 실험에 사용된 음식물쓰레기의 조성은 표 1과 같다. 분석대상 악취물질은 지정악취물질인 황화수소, 메틸머캅탄, 디메틸설파이드 등 황화합물 3종, 아세트알데하이드 그리고 질소산화물인 암모니아와 트리메틸아민 등이다. 실험장치는 그림 1에서와 같이 4.8 L 용량 2개의 가정용 음식물쓰레기 수거통에 동일한 양의 음식물쓰레기를 넣고 실험군으로 EM 활성액과 대조군으로 증류수 주입에 따른 악취발생 특성을 파악하였다. 실험 중 경과시간에 따른 악취가스 포집은 뚜껑 상단에 설치된 포트를 통하여 2∼3일 간격으로 Polyester Aluminum bag에 포집하고 가스검지관을 이용하여 악취분석을 실시하였다. 또한 미생물 종별 개체수 분석을 위한 세균 배양실험은 각 항목에 해당하는 선택배지를 사용하여 표 2에서와 같이 세균별 배양조건에 따라 실험을 수행하였다. 총 세균수를 포함한 5종 항목에 대해 배양 후 최종 집락수가 30∼300개의 범위 내에 포함되도록 희석배수를 사전 실험을 통해 결정하고 최종 배양 후의 집락수를 계수하여 CFU/mL로 나타내었다.

Fig. 1.  Photographs of the reactor for decomposition of food wastes and odor measurement.

Table 1. Physical composition of food waste samples

Food waste composition	Physical composition
	1st sample(19~24℃)		2nd sample(26~32℃)
	Ratio(%)	Weight(g)	Ratio(%)	Weight(g)
Garden stuff Fruits Grain Meat and fish Leachate Etc.	16.7 15.3 34.5 24.9 2.7 6.0	58.6 53.5 120.6 87.0 9.3 21.0	16.3 17.4 32.5 27.0 2.8 4.0	55.3 59.2 110.4 91.8 9.6 13.7
Total	100	350	100	340

Table 2. Culture method of major microorganism

Microbe	Medium	Culture condition
Total viable bacteria	Plate count agar	aerobic incubation at 37℃ for 72h
Lactic acid bacteria	Bromo cresol-purple agar	anaerobic incubation at 37℃ for 48h
Yeast	Yeast peptone dextrose agar	aerobic incubation at 37℃ for 48h
Clostirdium spp.	Tryptose sulfite cycloserine agar	anaerobic incubation at 37℃ for 48h
Coliforms	Desoxycholate agar	aerobic incubation at 37℃ for 24h

3. 결과 및 고찰

3.1. EM 활성액 보존 경과에 따른 미생물 종 조성변화

EM 활성액 보존 경과(month)에 대한 3개월과 6개월 후 미생물 종별 비교 분석결과, 총 세균수는 각각 260×104 CFU/mL, 22×104 CFU/mL로 나타나 약 12배가 감소하였다. 유산균은 170×104 CFU/mL, 11×104 CFU/mL로 약 15배가 감소하여 보존 경과에 따라 미생물 개체수에 많은 차이를 보이고 있다. 이때의 EM 활성액 중 우점종은 유산균으로 3개월 경과 시에는 총 세균수의 65.4%를 차지하였고 6개월 경과 시에는 50%를 나타내었다.

3.2. 음식물쓰레기 침출수의 미생물 개체수 변화

실험실 온도 변화가 19∼24℃에서 진행한 음식물쓰레기의 침출수에 대한 미생물의 활동변화를 관찰한 결과, 유용미생물의 실험군과 대조군의 총 세균수는 비슷한 개체수를 나타냈다. 반면, 악취물질의 발생에 가장 큰 영향을 미치는 부패균은 EM 활성액을 분사한 실험군에서 대조균과 비교하여 약 8배 차이의 낮은 검출을 보였다.

(a) Distilled Water

(b) Activated EM

Fig. 2. Distribution of microbial species composition of water and activated EM at 19~24℃.

4. 결  론

음식물쓰레기 침출수에 대한 미생물 분석결과 유용미생물의 분포도는 실험군에서 유산균 60%, 효모 34%, 부패균 6%이며, 대조군에서는 유산균 57%, 효모 32%, 부패균 11%로 나타나 부패균이 악취발생에 가장 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다. 실생활에서 EM 활성액의 효율적인 활용을 위해서는 가능한 권장 보존기간을 준수하고 사용방법을 정확히 숙지하여 사용해야 할 것으로 사료된다.

5. 참고문헌

(1) 김하나, 임봉빈, 김선태 : 유용미생물을 활용한 음식물쓰레기의 악취저감 효과. 대한환경공학회지, 38(4):162∼168, 2016

(2) 윤기석 : 유용미생물의 공배양조건 최적화와 활용에 대한 연구. 인하대학교 석사논문,  2010