정화조 내 산업재해 예방을 위한 미생물 제제 적용에 관한 연구 = A Study on the Application of a Microbial Agent for Preventing Industrial Accidents in Septic Tanks

국문 초록 (Abstract)

정화조는 산업안전보건기준에 관한 규칙상 밀폐공간으로 분류되어, 화재 및 폭발, 질식 등의 산업재해가 끊임없이 발생하는 시설이다. 이에 따라, 고용노동부는 2022년 해당 시설 및 유사 시설 작업에 대한 위험경보를 발령하였으며, 안전 조치 수행을 강 조하여 재해를 예방하고자 하였다. 이와 같은 노력에도 불구하고, 정화조의 산업재해는 현재까지 지속되고 있으며, 기존의 안전 대책을 상회하는 차원의 대책이 강구되어야 하는 실정이다. 본 연구는 정화조 내 산업재해 예방을 위한 복합 미생물 제제의 적용 가능성을 분석 하고자 포항시 소재 공공기관의 정화조를 대상지역으로 선정하였고, 해당 지역의 혐기조에서 채취한 시료와, 혐기조 현장에 제제를 적용한 실증 연구를 진행하였다. 시료에 대한 연구 결과, 정화조 산업재해의 주요 인자인 황화수소가 제제 농도 1.0% 처리군에서 48시간 경과 후 검출 한계 이하로 감소하였고, 암모니아 또한 제제 농도 1.0% 이상 처리군에서 최소 93% 이상 감소함을 확인하였다. 현장에 대한 연구 결과, 제제 적용 전 최대 9.2ppm으로 측정된 황화수소 농도는, 2일 경과 후 2.2ppm으로 확인되었고, 암모니아와 복합악취 또한 유의미한 감소 추이를 나타내었다. 본 연구를 통해, 해당 복합 미생물이 정화조 내 가연성 가스와 복합악취를 근본적 으로 저감하여 산업재해를 예방할 수 있는 대책으로의 가능성이 존재하고, 추후 연구를 통해 실질적 안전 대책 적용성을 검토할 필요가 있다고 판단된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This study examines the potential use of a microbial complex as a preventive measure against industrial accidents in septic tanks. Under the Occupational Safety and Health Regulations, septic tanks are classified as confined spaces, where incidents such as fire, explosion, and asphyxiation continue to be reported. In response, the Ministry of Employment and Labor issued a risk alert in 2022 for work involving these and similar facilities, emphasizing stricter adherence to safety procedures. However, despite these measures, accidents in septic tanks persist, indicating the need for approaches that extend beyond existing protocols.
To explore such an alternative, this study evaluated the applicability of the microbial complex for accident prevention. A septic tank at a public institution in Pohang was selected as the study site, and both laboratory analyses using samples from the anaerobic chamber and an on-site field demonstration following the application of the microbial agent were conducted.
The laboratory findings showed that hydrogen sulfide a primary hazardous gas associated with septic-tank accidents decreased to below the detection limit within 48 hours when the agent was applied at a 1.0% concentration. Ammonia levels also decreased by at least 93% in treatment groups with concentrations of 1.0% or higher.
Field measurements supported these observations. The hydrogen sulfide concentration, which had reached a maximum of 9.2 ppm prior to treatment, dropped to 2.2 ppm after two days. Ammonia levels and composite odor intensity also showed substantial reductions.
Overall, the results indicate that the microbial complex has the capacity to significantly mitigate flammable gases and odor compounds in septic tanks, suggesting its potential as an accident-prevention measure. Continued investigation is needed to assess its practical applicability across a wider range of operational environments.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서 론 1
• 1.1 연구배경 및 필요성 1
• 1.2 연구목적 2
• 1.3 연구 내용 및 범위 3
• 제 2 장 연구 동향 5
• 2.1 국외 연구동향 5
• 2.2 국내 연구동향 7
• 제 3 장 배경 이론 10
• 3.1 정화조 특성 및 산업재해 관련 분석 10
• 3.1.1 정화조 공정 분석 10
• 3.1.2 정화조 가스 분석 21
• 3.1.3 정화조 사고 분석 29
• 3.2 미생물 제제 분석 44
• 3.2.1 미생물 선정 배경 44
• 3.2.2 미생물 추출 공정 51
• 3.2.3 미생물 배양 공정 52
• 제 4 장 대상지역 선정 55
• 제 5 장 적용 및 결과 분석 58
• 5.1 미생물 제제 적용 결과 58
• 5.1.1 적용 미생물 군집 분석 결과 58
• 5.1.2 실험 방법 60
• 5.1.2.1 제제 주입량 및 경과 시간 60
• 5.1.2.2 악취 가스와 pH 측정 62
• 5.1.3 실험 결과 63
• 5.1.3.1 정화조 혐기조 시료의 pH 측정 결과 63
• 5.1.3.2 정화조 혐기조 시료의 황화수소 가스 측정 결과 66
• 5.1.3.3 정화조 혐기조 시료의 암모니아 가스 측정 결과 69
• 5.1.3.4 정화조 혐기조 시료의 휘발성유기화합물(VOCs) 측정 결과 72
• 5.1.3.5 정화조 혐기조 시료의 복합악취 측정 결과 74
• 5.1.3.6 현장 적용 결과 75
• 5.2 가스 저감 메커니즘 분석 81
• 5.2.1 pH 저하에 의한 휘발 억제 및 메탄 생성균 활성 저감 메커니즘 82
• 5.2.2 황화합물의 효소적 산화 및 무취화 반응 메커니즘 83
• 5.2.3 수소(H2) 이용 경쟁에 의한 메탄 생성 억제 메커니즘 84
• 5.2.4 기질 전환 및 부패균 억제를 통한 간접적 유해가스 저감 메커니즘 85
• 5.2.5 세포외 다당류(EPS) 및 바이오필름의 흡착·포집을 통한 유해가스 저감 작용 87
• 5.2.6 복합균주 간 상호보완적 상호작용 및 유해가스 저감 효과 87
• 5.2.7 제제의 유해가스 저감 메커니즘 요약 88
• 제 6 장 결론 및 고찰 90
• 참고문헌 93