1. 실험 목적;
– 미라클에코바이오에서 개발한 복합미생물을 이용하여 패각을 소멸처리하는 가능성 확인.
2. 실험 방법;
– 각종 음식물 쓰레기와 각종 패각류(굴 껍질, 전복 껍질, 모시조개 껍질, 소라 껍질, 바지락 껍질 등)를 혼합하여 미생물 처리기에 투입.
– 미생물 처리기를 80 ℃ 의 고온에서 가동하면서 복합미생물을 투입
– 시간에 따른 중량 변화 측정.
– 시료 1, 2, 3, 4를 시간별로 채취
| 시료번호 | 1 | 2 | 3 | 4 |
| 시료 채취 시 처리시간 | 48 시간 | 72 시간 | 25 시간 | 49 시간 |
| 처리 방법 | 각종 조개 껍질 + 음식물 1 | 각종 조개 껍질 + 음식물 1, 2 | ||
– 염산 반응 실험; 강염산 20 ㎖에 시료 각 1 g을 투입, 중량 변화를 측정.
– XRD 분석 실험; 각 시료별로 X-ray 결정 구조 분석
3. 실험 결과;
1) 형상 변화; 초기에는 각종 음식물 쓰레기와 조개껍질들이 원래 형상을 유지하고 있음.
– 24시간이 지나면서 원래 형상 사라지기 시작,
– 72 시간 후에는 반건조 상태의 구립 분말 형태로 소멸됨.
2) 중량 변화;
– 초기에는 음식물 쓰레기 등으로 인해 중량이 많이 나갔으나 미생물 처리 후에는 중량이 상당량 감소. (초기 중량의 90 % 이상)
3) 조개 종류에 따른 분해 속도 차이;
– 전복 및 소라는 상당히 껍질이 단단하여 비교적 시간이 걸렸으나 나머지는 쉽게 분해됨.
4) 염산 반응 및 중량 변화 측정 (단위 mg)
| 시료 번호 | 1 | 2 | 3 | 4 |
| 1 g 투입 직후 | -0.08 | -0.23 | -0.10 | -0.14 |
| 11분 후 | -0.92 | -0.77 | -0.90 | -0.86 |
| 40 시간 후 | -0.96 | -0.81 | -0.95 | -0.91 |
– 반응 시간이 긴 시료에서 더 격렬한 반응이 관찰됨.
5) XRD 결정 구조해석
– 각 시료별로 XRD 분석. 주로 방해석(calcite)과 아라고나이트(Aragonite)가 관찰됨.
– 생석회(CaO)는 거의 나타나지 않음.
4. 실험 결과 해석
1) 조개 껍질은 탄산칼슘(CaCO3)이 주성분임.
– 탄산칼슘은 조성이 같아도 결정구조에 따라 방해석(calcite)와 아라고나이트로 나누어짐.
– 방해석은 육각형 기둥 모양의 욱방정계, 아라고나이트는 직각기둥 모양의 사방정계임.
– 굴 껍질은 주로 방해석으로 구성되어 있고 대합, 꼬막, 바지락은 대부분 아라고나이트로 구성되어 있음.
– 탄산칼슘 층 사이에 단백질의 일종인 콘키올린(conchiolin)이 있어 서로 교차하면서 층상구조를 이룸.
2) 탄산칼슘의 특성
– 아라고나이트는 400 ℃에서 방해석으로 결정구조가 바뀜.
– 방해석은 900 ℃에서 아래 반응식에 따라 이산화탄소가 분리되어 대기 중으로 방출됨.
CaCO3 (s) → CaO + CO2 (g)
– 이산화탄소가 분리되면서 중량이 44 % 정도 감소하고 탄산칼슘은 생석회가 됨.
– 생석회는 물과 만나면 수화되면서 수산화칼슘(Ca(OH)2)이 되며 알칼리성임.
CaO + H2O → Ca(OH)2
3) 복합미생물에 의한 패각의 변화
– 복합미생물에 의해 패각이 분말화되고, 궁극적으로는 작은 구슬 모양으로 바뀌면서 중량이 감소한 사실은 탄산칼슘이 복합미생물에 의해 분해되었음을 시사함.
– 전자현미경으로 분석한 결과 시료 중의 탄소 함량이 처리 시간에 따라 감소하였음. 이것은 탄산칼슘이 분해되면서 탄소 함량이 줄어들었음을 의미함.
– 일차적으로 탄산칼슘이 생석회와 이산화탄소로 분해되면서 이산화탄소가 날아가고, 생석회는 미생물 처리장치 내부가 수분이 많은 환경이므로 곧바로 수분과 반응하여 수산화칼슘이 되는 것으로 추정됨. 이것이 생석회 결정구조가 관찰되지 않은 이유인 것으로 추정됨.
– 따라서 처리 시간이 길수록 생성된 수산화칼슘의 양이 많고, 이 때문에 처리 시간이 긴 시료에서 염산과 혼합할 때 더 격렬한 반응이 나타난 것으로 설명이 되며 이것은 산-알칼리 반응에 해당함.
– 또한 탄산칼슘이 염산과 반응하여 염화칼슘이 될 때는 중량 감소비가 0.7455로 예상되나, 수산화칼슘의 경우에는 염산과 반응하여 동일한 염화칼슘이 되나 중량감소비는 0.9725로서 더 적음. 이는 처리 시간이 길수록 수산화칼슘의 양이 늘어나고 따라서 염산과 반응하여 감소하는 중량은 더 적을 것으로 예상되며 이는 측정 결과와 일치함.
– 미생물에 의해 패각이 분해되는 현상은 주성분인 탄산칼슘의 특성에 비추어 기존의 물리적 화학적 기전으로는 해석이 어려움.
– 그 이유는 복합미생물이 탄산칼슘의 분해온도보다 훨씬 낮은 온도에서 탄산칼슘을 분해하였기 때문이며 생물학적으로 매우 중요한 의미가 있음.
– 현재 분해 기전을 밝히기 위한 실험이 계속 진행 중임.
5. 결론
– 현재로서 복합미생물에 의한 패각 소멸 분해 기전은 새로운 현상으로서 보고된 바가 없으며 기존의 이론으로는 설명이 불가능함.
– 그러나 현상학적으로 확인되고 있으므로 매우 의미 있는 결과이며 기전을 밝히기 위한 연구가 진행 중임.
(2020. 11. 8.)