１．처음에
「중생 필사, 필사귀토（衆生必死, 必死帰土）」(『예기』)…생물은 반드시 죽는, 죽고 흙에 돌아간다…이것은, 생태계의 물질 순환을 보기 좋게 설명한 고대 중국인의 말이다.
분명히, 동물이든 식물이든 살아 있는 온갖 것은 반드시 죽어 가, 흔적을 남기지 않는다.적어도“폐기물”은 되지 않는다.그러나, 요즈음, 생활쓰레기, 진흙등 , 도시 사회에서 발생하는 방대한 양의 유기물 찌꺼기가, 흙에 돌아가지 않고, 처리 곤란한 폐기물로서 퇴적하고 있어 심각한 사회 문제가 되고 있다.
본고는, 생활쓰레기·진흙등의 유기성 폐기물을 「소멸」시키는 기기의 개발 과정에서 축적한“악취 제거법”에 중점을 둔 보고이다.
２．유기물찌꺼기의분해→소멸의기초이론
도시에서 발생하는 유기물 찌꺼기는, 탄수화물, 단백질, 지방에 상당히 비슷할 수 있다.이 ３종류의 물질이 미생물의 효소에 의해서 분해되는 반응식은, 간 개입시키면 다음과 같이 된다.
| A） 탄수화물의 분해 |
탄수화물 산소 탄산가스 수
Cm（H2O）ｎ ＋ mO → mCO2 ＋ ｎH2O |
| B） 단백질이나 지방의 분해 |
단백질 또는 지방 산소
CｘHｙNｚOｐ ＋ aO2
아미노산 또는 지방산 탄산가스 수 암모니아
→ CuHｖNｗOｑ ＋ ｂCO２ ＋ ｄH2O ＋ eNH3 |
상식과 같이, 탄수화물 Cm(H2O) n 는, 최종적으로는 탄산 가스와 물과 로 분해한다.
단백질이나 지방은 분해하고, 보다 저분자화한 물질과 탄산 가스와 물과 암모니아를 생성한다.암모니아는 pH의 상승과 함께 기체가 되어 확산해 악취의 주체 성분이 된다.
C） 체세포의 형성
「독립영양형」의 미생물은 무기물질만으로 증식 한다.「종속영양형」의 미생물은 단백질이나 지방 등 유기물질을 영양원으로서 흡수하고, 스스로의 체세포를 형성한다.
이 체세포의 형성 과정을 식에서 나타내면, 우도가 된다.
(체세포의 형성 과정에 대해서는, 실제로는, Ｐ, Ｆｅ, Ｃａ등의 미량 원소를 필요로 하지만, 오른쪽식에서는 간략화했다.)
탄수화물 단백질 산소
８（CH２O） ＋ C8H12N2O3 ＋ ６O２
미생물세포 탄산 가스 수
→ ２C5H7NO2 ＋ ６CO2 ＋ ７H2O |
D） 체세포의 분해
「중생 필사(衆生必死)」…생물은 반드시 죽는…미생물에도 수명이 있다.죽은 세포는, 산소에 접하면 다음의 식과 같이 자기 붕괴해, 탄산 가스와 암모니아와 물이 된다.
미생물세포 산소 탄산 가스 암모니아 수
C5H7NO2 ＋ ５O2 → ５CO2 ＋ NH3 ＋ ２H2O |
단백질이나 지방성분이 풍부하는 미생물의 시체는 상기와 같은 자괴 반응외, 다른 미생물에 의해서 음식 되어 「소멸」한다.이것은, ｂ)으로 나타난 반응(단백질·지방의 분해 반응)이다.
미생물은, 증식을 위해서 탄수화물, 단백질, 지방 등등, 유기물을 차례차례로 분해해 섭취해 배들게임에서 증식 한다.생물 사체, 또 그 만큼해도상의 물질을 영양으로서 이용하는 미생물의 생활은, 부생으로 불려 자연 속에서 가장 잘 인정되는 현상인.2)
나가이에 의하면, 미생물의 대사능은 무한하게 가깝다고 한다.왜냐하면 미생물의 세포지름은 마이크로미터(μｍ)의 오더로, 단위 용량 근처의 표면적이 현저하고 크다.게다가 세포 표면에서(보다) 화학물질을 흡수하므로 극도로 효율이 좋은 대사능을 가지게 된다.
예를 들면 ５００ ｋｇ의 소는 １양지 ５００ ｇ의 단백질을 생성하지만, ５００ ｋｇ의 미생물은 １양지 １０００?２５００ｋｇ의 단백질을 생산한다.
그러므로, “적당한 환경”을 주어 주면, 미생물은, 대부분의 물질을 신속하게 분해해 버린다.3)
만약, 미생물에 의한 분해가 없었으면, 지구는 들이나 산이나 바다도 생물의 시체로 흘러넘쳐 오히려 끝낼 것이다.
３．생활쓰레기 소멸기
현재, 「생활쓰레기 소멸기」를 제조·판매하는 회사는 ２０００사 이상도 있다.그 주류는, 오가나 모미등의 담체에 대량의 미생물을 부착·증식 시키는 반응조에 생활쓰레기를 투입해 생 분해하는 방식이다.
그러나, 어느 메이커의 「생활쓰레기 소멸기」도, 생활쓰레기는 사양대로 미생물에 의해서 보기 좋게 생 분해되지만, 지나친 악취에 가동이 정지하고 있는 사례가 많다.유기물이 분해될 때의 악취를 완전하게 해결한 기종은 없는 것이다.있어도, 복잡한 기구로 고가, 한층 더 번잡한 멘테넌스가 필요하게 된다.
A） 탈취의 어려움의 원인
분명히 악취의 제거는 대단히 어렵다.
후각은, 사람의 오감중에서도 가장 퇴화 있어, 개의 6천 분의１정도에 지나지 않는다.사람은, 악취 농도가 １０ 배가 되어도, 얼마 안되는 차이 밖에 느끼지 않는다.악취 물질을 ９０%이상 제거해도, 감각적이게는 별로 변하지 않다.인간의 후각이라는 것은 실로 애매 모호로 한 감각이다.게다가, 시키미책과 같이 샘플 제시를 할 수 없다.악취에 조우하면 사람은, 단지 「냄새가 난, 냄새가 나다」라고 할 수 밖에 없다.
…이것이 탈취가 어려운 일의 원인이다.
B） 부패취
유기물은 시간의 경과와 함께 분자 구조가 저위의 물질로 분해해 간다.이 경우, 미생물이 생성하는 효소가 촉매가 되어 모노머화하는 것이지만, 생성되는 물질은, 악취 물질만으로도 다방면에 걸친다. 암모니아, 인드르, 스카토르, 황화수소, 휘발성 아민, 메르캅탄, 지방산, 낙산, 길초산, 프트레신, 카다베린, 프로피온산…등등, 그 조합도 넣으면 다 셀수 없다.
그러나, 이것들 악취의 본질은 부패취인 것이다. 따라서, 부패 현상을 추방하면 부패취도 해소하게 된다. |
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C） 부패로부터 발효에
유기물은 상온으로 방치하면 반드시 부패한다.이 부패 현상은 부패균이 반드시 관여한다.부도１로 말하면, (１)의 황화수소 생성 반응에는 프로테우스·몰 기니(Proteus morgenii), 대장균 스트레프트콕카스(Streptococcus)가 관여해, (２)의 메르캅탄의 생성에는 대장균, 클로스트리듐·스포로지나스(Clostridium sporogenes)가 작용한다.4)
유기물은 미생물(부패균)의 관여에 의해서 부패한다.그리고 악취 가스가 발생한다.다음에는 해충이 발생해, 이윽고 사회 문제가 된다.
따라서, 유기물을 부패시키지 않기 위해(때문에)는 발효 시키는 것이 중요하다.부패도 발효도 미생물에 의한 유기물의 분해라고 하는 점에서는 같은 반응이지만, 사람의 입장으로는 천지의 차이가 있다.부패는 인간에게는 해독이지만, 발효된 유기물은 음식 할 수 있어 뿐만 아니라 건강 증진 작용도 있다.
D） 악취 제거의 방법
부패로부터 발효에의 전환은 「생활쓰레기 소멸기」에 있어서도 중요한 요소가 된다.그러기 위해서는, 악취 발생균의 구제와 악취 발생 물질의 제거, 이 두 개의 문제를 해결해야 한다.이상의 2점을 클리어 할 수 있으면 악취는 해소한다.
a. 악취 발생균의 구제
균의 세계에도 격렬한 생존 경쟁이 있다.부패와 발효라고 하는 관점에서 보면, 이것은 선인균과 악인균의 먹느냐 먹히느냐의 싸움이다.건강이 좋은 선인균이 많이 있으면 발효 경향이 되지만, 반대의 경우는 부패가 진행해 버린다.필자의 실험에서는, 악취 발생균을 구제하려면 , 유산균이 최강이었다.(유산균은 코이와이 목장이 발매하고 있는 감미 하지 않은 요구르트를 우유와 벌꿀과 각종 미네랄제로 배양했다.)
광합성 세균도 부패균을 구제한다.이 경우, 자외선을 조사해 배양한 광합성 세균이 가장 강력했다.
b. 악취 발생 물질의 제거
광합성균은 부패균이 발생시키는 악취 물질을 영양원으로서 적극적으로 이용한다.고바야시에 의하면, 광합성 세균은 황화수소 뿐만이 아니라, 유독 아민인 프트레신이나 카다베린, 또, 발암 최기성이 있는 지메치르니트로사민(dimethylnitrosamine)도 기꺼이 기질로서 이용해, 제거한다.5)
필자도 악취의 강한 「생활쓰레기 소멸기」에 광합성 세균액을 살포했지만, 효과는 훌륭할 만큼(정도)에 현저했다.
부도２살모넬라균, O-１５７에 광합성균을 １%첨가했을 때의 억제 효과
| 区 分 |
５日後 |
１０日後 |
| サルモネラ菌 |
SE
（0.5×109個） |
対照 |
∞ |
１.１×108個 |
| １％区 |
７００個 |
２個 |
ＳＴ
（0.5×108個） |
対照 |
∞ |
1,000個 |
| １％区 |
４００個 |
０個 |
ＳＤ
（1.0×108個） |
対照 |
∞ |
１.5×107個 |
| １％区 |
１００個 |
０個 |
O－１５７
（3.6×107個） |
対照 |
∞ |
１.5×10５個 |
| １％区 |
１００個 |
０個 |
SE, ST는 계분５%수용액을 SD, O-１５７은 소똥 １０%수용액을 사용.SE, ST, SD는 균의 종류.
구분란의( ) 안의 개수는 사용한 균의 １ｍｌ중의 개수, 대조는 광합성균을 첨가하고 있지 않는 구.(시험：미카와 환경 미생물 연구소) |
c. 공생 효과
도노무라에 의하면, ＰＶＡ의 분해는 ２종류의 슈드모나스균의 공생에 의해서 행해진다.6)
필요한 물질을 서로 서로 공급하는 공생 관계, 독물을 서로 협력해 제거하는 공생 관계등 , 자연계에서는, 여러가지 공생 관계가 있어 미생물 분해가 일어나고 있다.
필자등은, 「공생균액(유산균, 광합성 세균, 방선균)」에 「막걸리 양조」때의 효모를 첨가하고 있지만, 농도５만 mg/l의 정당 폐수도 보기 좋게 발효 분해한다.
「생활쓰레기 소멸기」에 대해도, 유산균과 광합성 세균의 공생 효과는, 탈취 뿐만이 아니라 분해 속도에 대해도 현저하다.탈취 효과는, 거의 순간적이다.이것은, 악취 물질을 생성중의 부패균이 천적(유산균이나 광합성 세균)의 출현에 당황해, 모든 생명 활동을 일순간으로 정지하기 위해(때문에)이다고 생각된다.이것은, 작업중에 맹수(예를 들면 호랑이)가 돌연 난입해 왔을 때에, 우리는 모든 작업을 정지해야 하지만, 이것과 같은 현상인 것일 것이다.
이상과 같이 해 「운전중, 악취를 내지 않는다!」라고 하는 「생활쓰레기 소멸기」는 실현 가능하고, 외를 압도하는 수요를 환기하는 것에 완만할 것이다.
부도３ 돼지사로부터 발생하는 저급 지방산의 광합성균(Ｒ.카프슈라타) 현탁액 첨가에 의한 제취효과
(가스크로마토그래피 분석)(계·고바야시, 1992)
【참고 문헌】
１）藤田賢二.1993.コンポスト化技術,p36,技報堂出版.
２）服部 勉.1978.生物間の個別的関係,p54,微生物生態入門,東京
大学出版会.
３）永井史郎.1993.嫌気性微生物のエコロジー,p.1,嫌気微生物学,
上木勝司,永井史郎編著,養賢堂.
４）小林達治.1993.光合成細菌で環境保全,p.51,農文協.
５）小林達治.1984.光合成細菌の自然界における役割と利用,p344,
光合成細菌,北村博 森田茂廣
山下仁平編,学会出版センター.
６）外村健三,環境浄化と微生物,p.293,応用微生物学,村尾澤夫
荒 井基夫 共編,培風館. |
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