김치 공장에서 배추 절임염수의 반복사용으로 인해 발생하는 고농도 폐염수에 의한 환경오염을 방지하고 이를 공업용수로 재활용하는 방법을 모색하고자 모래와 활성탄을 여과장치에 활용하는 가능성을 조사하였다. 배추를 5회 반복 절임수 사용 방식으로 절임하면서 발생하는 폐염수의 특성을 염도, 가용성 고형물, pH, 혼탁도, COD 및 미생물 총균수에 대해 측정하였다. 그리고 3회 및 5회 절임에 사용한 폐염수를 모래(1차여과)와 활성탄(2차여과)에 통과시켜 여과한 다음, 여과 전후의 폐염수특성을 측정하여 폐염수에 대한 여과효과를 조사하였다. 그 결과 염도, 가용성 고형물, 혼탁도 및 COD는 절임을 반복함에 따라 증가하는 경향을 나타내었으나, 여과처리에 의해 그 수치들이 현저하게 낮아지는 효과를 나타내었다. 또한 절임이 반복될수록 염수의 pH는 낮아져서 산성을 띠다가, 모래관 처리에 의해 중성의 pH 값을 가지게 되었고, 활성탄 통과 후에는 약알칼리성의 pH 값으로 증가하였다. 미생물 수 측정 결과는, 절임 반복에 의해 미생물 번식이 급격히 증가하였다가 여과처리에 의해 초기염수 수준으로 낮아졌으며, 활성탄에 의한 흡착효과도 뚜렷하게 관찰되었다.
김치 공장에서 배추 절임염수의 반복사용으로 인해 발생하는 고농도 폐염수에 의한 환경오염을 방지하고 이를 공업용수로 재활용하는 방법을 모색하고자 모래와 활성탄을 여과장치에 활용하는 가능성을 조사하였다. 배추를 5회 반복 절임수 사용 방식으로 절임하면서 발생하는 폐염수의 특성을 염도, 가용성 고형물, pH, 혼탁도, COD 및 미생물 총균수에 대해 측정하였다. 그리고 3회 및 5회 절임에 사용한 폐염수를 모래(1차여과)와 활성탄(2차여과)에 통과시켜 여과한 다음, 여과 전후의 폐염수특성을 측정하여 폐염수에 대한 여과효과를 조사하였다. 그 결과 염도, 가용성 고형물, 혼탁도 및 COD는 절임을 반복함에 따라 증가하는 경향을 나타내었으나, 여과처리에 의해 그 수치들이 현저하게 낮아지는 효과를 나타내었다. 또한 절임이 반복될수록 염수의 pH는 낮아져서 산성을 띠다가, 모래관 처리에 의해 중성의 pH 값을 가지게 되었고, 활성탄 통과 후에는 약알칼리성의 pH 값으로 증가하였다. 미생물 수 측정 결과는, 절임 반복에 의해 미생물 번식이 급격히 증가하였다가 여과처리에 의해 초기염수 수준으로 낮아졌으며, 활성탄에 의한 흡착효과도 뚜렷하게 관찰되었다.
The waste brine gained from successively reused brine during kimchi manufacturing can cause serious water pollution. We investigated the filtration effects on the physicochemical characteristics and microbial counts of the waste brine. Chinese cabbage was salted for five times successively, and the ...
The waste brine gained from successively reused brine during kimchi manufacturing can cause serious water pollution. We investigated the filtration effects on the physicochemical characteristics and microbial counts of the waste brine. Chinese cabbage was salted for five times successively, and the waste brines were filtered through sand and active carbon column. While original values of salinity and soluble solid contents of waste brine were 15.4% and $18.0^{\circ}$Brix$, respectively, we observed decrease of them to 0.1% and $0.0^{\circ}$Brix$, respectively, after filtration of the waste brine through sand followed by active carbon column. The filtration also recover pH value of the waste brine to its original value, which was decreased by successive salting from 8.3 to 6.0. We also observed that COD of waste brine increased to 63.2 ppm after five times of salting but decreased to 5.1 ppm after active carbon filtration. Total viable count was also increased with successive 5 steps of salting and was not detected after active carbon-filtration.
The waste brine gained from successively reused brine during kimchi manufacturing can cause serious water pollution. We investigated the filtration effects on the physicochemical characteristics and microbial counts of the waste brine. Chinese cabbage was salted for five times successively, and the waste brines were filtered through sand and active carbon column. While original values of salinity and soluble solid contents of waste brine were 15.4% and $18.0^{\circ}$Brix$, respectively, we observed decrease of them to 0.1% and $0.0^{\circ}$Brix$, respectively, after filtration of the waste brine through sand followed by active carbon column. The filtration also recover pH value of the waste brine to its original value, which was decreased by successive salting from 8.3 to 6.0. We also observed that COD of waste brine increased to 63.2 ppm after five times of salting but decreased to 5.1 ppm after active carbon filtration. Total viable count was also increased with successive 5 steps of salting and was not detected after active carbon-filtration.
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문제 정의
따라서, 본 연구에서는 김치 대량 제조 중 절임과정에서 발생하는 폐염수를 재활용하기 위하여, 여과처리(모래와 활성탄) 과정을 거친 반복 절임수의 이화학적 특성 및 미생물 특성을 조사함으로써, 폐수 재활용을 통한 김치 제조 효율화의 가능성에 대한 기초적인 자료를 제시하고자 하였다.
제안 방법
상온에서 배추는 절임 수에 잠기도록 하여 2시간마다 한번씩 뒤집어 주면서 4시간 동안 절였다. 1회 절임수에 천일염과 물을 첨가하여 동일한 16.7%의 염수를 만들어 배추를 넣고(염수 : 배추 = 3:1) 초기염수와 같은 과정을 반복하여 2회 절임을 하였고, 이후의 5 회 절임까지도 같은 공정을 반복하였다.
1) 모래관(1차 여과처리)과 활성탄관(2차 여과처리)에 차례로 통과시켜 각각 처리 수 1(D-1, F-1)과 처리수 2(D-2, F-2)의 시료를 얻었다. 5회 반복 절임 공정에서 초기염수(A)와 1회 (B), 2회 (C), 3회 (D), 4회(E) 및 5회 절임수(F)의 폐염수 시료와 3회와 5회 폐염수의 2차에 걸친 여과과정 후의 처리수 시료에서 각각 300 mL 씩 취하여 이들을 특성 조사에 사용하였다.
각 시료 염수 ImL를 취해서 적절히 희석한 후 배지로 Plate Count Agar(Merck)를 이용하여 각 희석액 0.1 mL를 도말하여(3회 반복) 3(TC에서 3일간 평판 배양한 후 미생물 군락 수를 계측하여 평균값을 취하였다.
염수 시료의 탁도는 분광광도계 (Pharmacia Biotechnology, England)를 이용하여 558nm에서 그 흡광도를 3회 반복 측정하였다.
일반적으로 해수 또는 염소이온이 다량 함유된 시료에 적용하는 알칼리성 산화환원 적정법을 채택하여 각 시료에 대해 3회 반복하여 화학적 산소 요구량(COD)을 측정한 후 평균값을 구하였다(18).
통배추를 다듬고 세로로 4등분해서 10 kg을 초기 염 농도 16.7%(2)(w/w, 천일염 5 kg, 물 25 kg)의 염수에 물간법으로 절였으며 절임 공정은 Fig. 1과 같다. 상온에서 배추는 절임 수에 잠기도록 하여 2시간마다 한번씩 뒤집어 주면서 4시간 동안 절였다.
폐염수 여과 처리를 위해 고운 모래(20 mesh체 통과)와 활성 탄을 원통형관(높이 43 cm, 직경 22 cm)에 약 33 cm로 채워 세사관과 활성탄관을 제조하였고, 절임 공정 중 각각 3회와 5회 절임 후 생성된 폐염수를(Fig. 1) 모래관(1차 여과처리)과 활성탄관(2차 여과처리)에 차례로 통과시켜 각각 처리 수 1(D-1, F-1)과 처리수 2(D-2, F-2)의 시료를 얻었다. 5회 반복 절임 공정에서 초기염수(A)와 1회 (B), 2회 (C), 3회 (D), 4회(E) 및 5회 절임수(F)의 폐염수 시료와 3회와 5회 폐염수의 2차에 걸친 여과과정 후의 처리수 시료에서 각각 300 mL 씩 취하여 이들을 특성 조사에 사용하였다.
대상 데이터
배추는 봄배추(강력배추, 강원도 원주산)를 사용하였고, 소금은 (주)동양소금의 천일염(NaCl 80% 이상)을 사용하였다.
데이터처리
배추 절임 공정에서 채취한 각 시료의 염도, 가용성 고형 물의 함량 및 pH를 측정하기 위해서 각각 염도계(Saltmeter, Demetra Model TM-30D, Takemura Electric Works Ltd, Japan), 굴절당도계 (Refractometer, N-1E, Atago, Japan) 및 pH meter(8521, Hanna, Singapore)를 사용하여 3회 반복 측정한 후 평균과 표준편차를 구하였다.
성능/효과
폐염수의 가용성 고형물 함량은 16~180Brix의 값을 나타내어 Yoon(2)등결과와 비슷한 값을 나타내었다. 3차와 5차 절임 후폐염수를 가는 모래관으로 여과 처리한 후에는 가용성 고형물의 농도가 l°Brix 이하로 감소되었고, 특히 활성탄 처리 후에는 (TBrix로 나타나, 비교적 간단한 폐염수 여과처리에 의해서 재활용이 가능한 용수로 처리되는 것을 알 수 있었다.
폐 염수 시료들의 색도를 측정하였을 때 황색도(Hunter B value)도 탁도와 같은 경향으로 증가하였다(실험결과 제시 생략). 3회 반복 절임수는 모래관통과에 의해 0.016으로 낮아졌다가 활성탄관 통과 후 0.008의 거의 맑은 물 상태로 회복되는 것을 알 수 있었고, 5회 반복 사용 염수도 각각 0.013과 0.004의 흡광도로 같은 결과를 나타내었다.
4%의 염도를 나타내었다. 3회(D) 절임 후 염수를 가는모래(D-1)와 활성탄(D-2)을 이용하여 여과 처리한 후에는 염도가 각각 0.3%와 0.2%로 감소하였고, 5회 절임수(F)의 처리 후에는 가는모래와 활성탄에 대해 각각 0.2%(F-l)와 0.1%(F-2)의 염도를 나타내었다. 따라서, 14% 이상의 높은 염도의 폐염수를 모래관에 통과시키는 것만으로도 대부분의 염분이 제거되어 1% 이하의 염도를 나타내었고 활성탄 처리에 의해 조금 더 여과가 일어난 것을 알 수 있었다.
6 으로 다시 약알칼리성을 나타내었다. 5회 반복 사용 폐염수도 pH 6.0을 나타내었는데, 두 단계의 여과처리 후에는 각각 7.0와 8.1의 pH를 나타내어 모래관 통과 후에는 중성으로 되었다가 활성탄에 의해 알칼리화가 일어나는 것을 알 수 있었다. 활성탄 처리 후 pH가 알칼리성으로 변하는 것은 입상 활성탄의 부활을 통상 800oC 이상에서 행함에 의해 활성탄 중에 염기성 산화물이 생기고 그 영향에 의한 것이라고 생각할 수 있다(19).
1%(F-2)의 염도를 나타내었다. 따라서, 14% 이상의 높은 염도의 폐염수를 모래관에 통과시키는 것만으로도 대부분의 염분이 제거되어 1% 이하의 염도를 나타내었고 활성탄 처리에 의해 조금 더 여과가 일어난 것을 알 수 있었다. 초기염수 농도를 16.
따라서, 절임을 반복함에 따라 총균수는 급격히 증가하여, 발효가 김치숙성의 생명임을 감안할 때, 절임수의 반복 사용은 김치 품질에 나쁜 영향을 줄 것으로 예상되어, 미생물 오염 처리도 절임수 반복 사용을 위해 중요할 것으로 생각된다. 모래관과 활성탄관 처리에 의해 미생물도 현저히 감소하는 것을 확인할 수 있었고, 특히 5회 반복 사용 후에는 활성탄을 이용한 여과처리가 용수를 정화하는데 필수적임을 알 수 있었다.
모래관 통과 후, 3회 절임수는 0.95X 106 CFU/mL로, 5회 절임 수는 9.8 X106 CFU/mL로 각각 감소하였으며, 활성탄 관통과 후에는 3회 절임수가 0.70X 106 CFU/mL, 5회 절임수는 0.40X 106 CFU/mL로 그 오염도가 현저히 감소하였다.
모래관과 활성탄관 처리에 의해 미생물도 현저히 감소하는 것을 확인할 수 있었고, 특히 5회 반복 사용 후에는 활성탄을 이용한 여과처리가 용수를 정화하는데 필수적임을 알 수 있었다.
모래관에 의해, 3회 반복 사용 염수는 COD값이 5.4ppm 으로 감소하였고 5회 사용 염수는 26.5 ppm으로 감소하여 , 3 회반복 정도의 폐염수는 모래만으로 여과 처리하여도 COD 값이 크게 감소되지만 5회 사용 염수는 모래관의 1차 처리 후에도 40% 정도의 오염물질이 남아있음을 알 수 있다. 모래 관 처리 후 활성탄으로 여과한 후에는 4.
배추의 절임 공정 중 발생하는 폐염수의 오염도를 염수의 혼탁한 정도(흡광도)로 측정한 결과(Fig. 6), 초기염수는 0.031 의 흡광도를 나타내었고, 절임을 반복함에 따라 0.054(1 회), 0.070(2회), 0.081(3회), 0.089(4회), 0.104(5회)의 증가 경향을 나타내었다. 육안으로 보기에도 반복 사용횟수가 많아질 수록 절임용 수가 혼탁해지고 누런색이 증가되는 것을 확인할 수 있었고, 여과처리에 의해 투명해짐을 볼 수 있었다.
같은 자원의 낭비도 예상된다. 본 실험 결과로서 모래와 활성탄관을 연속적으로 사용하는 염수 재활용 시스템을 절임 공정에서 활용한다면 저렴하고 간단한 방법으로 대부분의 염류를 제거할 수 있다고 판단된다.
104(5회)의 증가 경향을 나타내었다. 육안으로 보기에도 반복 사용횟수가 많아질 수록 절임용 수가 혼탁해지고 누런색이 증가되는 것을 확인할 수 있었고, 여과처리에 의해 투명해짐을 볼 수 있었다. 폐 염수 시료들의 색도를 측정하였을 때 황색도(Hunter B value)도 탁도와 같은 경향으로 증가하였다(실험결과 제시 생략).
절임 횟수를 반복함에 따라 초기염수(23.6 ppm)에 비해서 1회~5회 절임수의 COD 값은 각각 47.9, 52.2, 53.0, 59.7, 63.2 ppm으로 점차 증가하였다(Fig. 5). 환경부의 청정 지역에서 폐수의 COD 허용 기준은 1일 배출량이 2, 000 이상에서는 40ppm 이하이고, 1일 배출량이 2,000m3 이하에서는 50ppm 이하인데, 실험 결과 모든 절임수에서 40ppm 이상의 COD를 나타내었고 2회 반복 이상의 절임염수는 50ppm 이상의 값을 보여 처리과정이 반드시 필요함을 알 수 있다.
3과 같다. 절임 후 염수의 가용성 고형물 함량은, 절임을 반복함에 따라 배추의 당류와 염류 등이 용출됨으로써, 증가하는 경향을 나타내었다. 폐염수의 가용성 고형물 함량은 16~180Brix의 값을 나타내어 Yoon(2)등결과와 비슷한 값을 나타내었다.
7에 나타내었다. 초기염수도 천일염으로 제조하였으므로 0.87X106 CFU/mL의 총균수를 나타내었고, 5회까지 절임수 사용을 반복함에 따라 급격히 증가하여 1회 사용염수가 7.7X106 CFU/mL의 미생물 수를 나타낸 데 비해 5회 반복사용 후에는 26.1X106 CFU/ mL로 증가하여 절임수 반복 사용에 의해 유기물들이 누적됨에 따라 미생물 번식이 매우 빠르게 일어남을 알 수 있었다.
5). 환경부의 청정 지역에서 폐수의 COD 허용 기준은 1일 배출량이 2, 000 이상에서는 40ppm 이하이고, 1일 배출량이 2,000m3 이하에서는 50ppm 이하인데, 실험 결과 모든 절임수에서 40ppm 이상의 COD를 나타내었고 2회 반복 이상의 절임염수는 50ppm 이상의 값을 보여 처리과정이 반드시 필요함을 알 수 있다.
후속연구
활성탄 처리 후 pH가 알칼리성으로 변하는 것은 입상 활성탄의 부활을 통상 800oC 이상에서 행함에 의해 활성탄 중에 염기성 산화물이 생기고 그 영향에 의한 것이라고 생각할 수 있다(19). 본 실험결과, 여과처리과정을 통해서 배추로부터 용출되었던 산성물질들이 거의 제거되므로 여과 처리수는 재활용 절임용수로 사용 가능할 것으로 생각된다.
참고문헌 (19)
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