KR0128249B1 - 가축배설물로부터 제조된 발효 액비 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 분뇨가 혼합된 가축배설물로 부터 액비를 제조하는 방법으로, (가) 고형분 및 난분해성 유기물을 5∼10 중량% 포함하고 온도가 38∼51℃인 가축의 분뇨 액상 배설물이 포함된 처리조에 가축의 배설물을 추가로 투입하여 배설물의 총높이 대 빈공간 높이의 비가 1 : 1.2 내지 1 : 1.4가 되도록 하는 단계; (나) 외부의 공기를 처리조내로 송풍시켜 상기 분뇨 액상 배설물을 통기 교반 처리하는 단계;(다) 상기 교반처리된 분뇨 액상 배설물에 배설물 1000kg 당 10∼50g의 양으로 광합성세균을 투입하여 발포시키는 단계; 및 (라) 상기 발포시킨 분뇨 액상 배설물을 소포시키는 단계를 포함한다. 본 발명의 방법에 의하면 처리된 배설물은 냄새가 전혀 없어 별도로 정화할 필요가 없을 뿐만 아니라 액비로 유용하다.

Description

가축배설물로부터 제조된 발효 액비 및 이의 제조방법

본 발명은 분뇨 및 난분해성 유기물이 혼합된 가축배설물로 부터 발효 액비를 제조하는 방법 및 이에 의해 제조된 발효 액비에 관한 것이다.

근래들어 축산기술의 향상과 더불어 축산업이 날로 증가함에 따라 영세한 소규모 축산농가에서부터 기업적 규모의 대단위 축산농가에 이르기까지 축산가축의 배설물을 효과적으로 처리할 수 있는 방법이 연구되고 있다.

특히, 가축의 배설물처리에 있어서는, 배설물에 포함되어 있는 가축의 털등 난분해성 유기물의 제거와, 다량으로 함유되어 있는 수분의 제거 및 배설물로부터 발생하는 악취의 제거 등이 큰 문제로 대두되어 왔었다.

통상적으로 가축의 배설물을 처리하기 위해서는 먼저 축사로부터 배설물을 물로 씻어내게 되는데, 이때 축사에 떨어져 있는 가축의 털이나 나무 부스러기 등 각종의 난분해성 유기물이 배설물과 함께 혼합됨은 물론, 세척수 및 뇨에 의한 다량의 수분이 함유될 뿐만 아니라 심한 악취를 동반하게 된다. 현재까지는, 세척수로 축사를 씻어낸 분뇨혼합물을 처리조내에서 처리하는 방법으로 가축배설물을 처리하여 왔는데, 이중 포함된 난분해성 유기물은 처리조내에서의 여과 혹은 침전의 방법으로 제거하였으므로 별도의 설비와 많은 작업시간을 요구해 왔었다. 뿐만 아니라, 분뇨혼합물은 많은 양의 수분을 함유하고 있기 때문에 활성오니(汚泥)법 등 정화처리단계를 거쳐 방류시켜야 하므로 시설 및 운전관리기술 등의 면에서 여러가지의 어려움이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해서하여 가축배설물중의 악취, 난분해성 유기물 등을 용이하게 처리하고, 처리된 분뇨 혼합물을 정화시켜 방류하는 것이 아니라 액비로 사용할 수 있도록한 효과적인 가축배설물의 처리방법을 제공하는 것이다.

이러한 본 발명의 목적에 따라 본 발명에서는 (가) 고형분 및 난분해성 유기물을 5∼10 중량% 포함하고 온도가 38∼51℃인 가축의 분뇨 액상 배설물이 포함된 처리조에 가축의 배설물을 추가로 투입하여 배설물의 총높이 대 빈공간 높이의 비가 1: 1.2 내지 1 : 1.4가 되도록 하는 단계; (나) 외부의 공기를 처리조내로 송풍시켜 상기 분뇨 액상 배설물을 통기 교반처리하는 단계; (다) 상기 교반처리된 분뇨 액상 배설물에 배설물 1000㎏당 10∼50㎏의 양으로 광합성세균을 투입하여 발포시키는 단계; 및 (라) 상기 발포시킨 분뇨 액상 배설물을 소포시키는 단계를 포함하는 가축의 분뇨 액상 배설물로부터액비를 제조하는 방법이 제공된다.

이하, 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에서 분은 가축 배설 고형물을 의미하고, 뇨는 배설 액상물 및 세척 오수등을 의미한다. 본 발명의 방법으로 액비를 제조하기 위해, 우선 고형분, 털, 나무부스러기 등의 난분해성 유기물을 5∼10중량% 포함하는 가축의 분뇨 액상 배설물을 처리조에 유입시킨다.

이때 처리조내 분뇨 액상 배설물의 온도(전주기 최종 온도)를 38∼51℃ 바람직하게는 40 내지 46℃, 더욱 바람직하게는 42 내지 44℃로 한다. 상기 분뇨 액상 배설물은, 발효되지 않은 상태의 가축 배설물을 투입하여 폭기처리함으로써 원하는 온도 범위를 갖도록 한 것일 수도 있으며, 이미 상기 (가) 내지 (라) 단계의 발효 주기를 한 주기 이상 거친 것일 경우에는 액비를 배출시키고 난 후에 처리조에 남아있는 것일 수도 있다.

투입된 분뇨 액상 배설물의 전주기 최종 온도가 51℃ 보다 높을 경우, 발효중 최고 온도가 60℃이상으로 너무 높게 되어 광합성 세균에 의해 생성된 처리조내 발효 미생물상이 깨지게 되고, 또한 38℃보다 낮을 경우에는 광합성세균에 의한 발효 반응이 느려지게 된다.

상기와 같이 처리조에 존재하는 분뇨 액상 배설물에 다시 가축의 배설물을 1회에 약 1∼3㎥으로 추가 투입하여 처리조내 총배설물의 높이와 빈공간 높이를 1 : 1.2 내지 1 : 1.4로 유지시켜야 공기의 다량투입과 기포발생의 극대화를 유도할 수 있으며, 처리조의 총 높이는 적절히 선택할 수 있으나 바닥면적10㎥의 처리조를 기준으로 할 때, 약 2.0 내지 약 3.0m가 바람직하고, 약 2.3 내지 2.5m가 가장 바람직하다.

추가되는 배설물의 투입이 완료된 후의 분뇨 액상 배설물의 적정 pH는 중성∼약알칼리(pH6.8∼9.1)범위이고, 분 : 뇨의 비율은 1 : 4 내지 1 : 15가 적당하며, 처리조내 전체 유기물 함량은 3∼10 중량%범위로 조절한다.

가축의 분뇨 액상배설물을 처리조에 유입시킨 다음에는, 공기 흡입구를 통해 외부의 공기를 바람직하게는 60 내지 80m³/hr의 양으로 처지조내로 강렬하게 불어넣어 분뇨 액상 배설물을 호기적으로 통기식 교반 처리한다.

이어서, 교반처리중인 분뇨 액상 배설물에 광합성세균을 투입시킨다. 본 발명에 사용되는 광합성세균은 로도스피릴리움 루브럼(Rhodospirillum rubrum), 로도슈도모나스 캡슐라타(Rhodopseudomonas capsulata), 로도슈도모나스 스페로이드(Rhodopseudomonas capsulatea), 로도슈도모나스 스페로이드(Rhodopseudomonas spheroides), 로도슈도모나스 젤라티노사(Rhodopseudomonas spheroides), 로도슈도모나스 젤라티노사(Rhodopseudomonas gelationsa) 및 기타의 광합성세균을 단독 또는 혼합 사용할 수 있다. 이들 광합성세균은 분뇨 액상 배설물 1000kg당 10∼50g(wet weight)씩 첨가되며, 광합성세균 이외에도 필요에 따라 바실러스 서브틸러스(Bacillus subtilus)등의 유산균, 리조푸스 올리고스포러스(Rhi-zopus oligosporus) 또는 아스페르질러스 오리제(Aspergillus oryzae) 등의 발효균을 1종 이상 첨가할 수 있다.

광합성세균을 투입하는 이유는, 광합성세균이 분뇨 액상 배설물 중에 포함되어 있는 유기물의 분해및 정화를 촉진함과 동시에 균체막외의 뮤코다당질 분비에 의한 거품의 형성을 촉진하고 저급지방산등 악취 발생 물질을 분해하는 능력이 뛰어나기 때문이다.

광합성세균을 투입한 후에도 계속 공기를 주입시켜 준다. 처리조에 들어온 광합성 세균체는 호기적조건하에서 점차 활발히 증식하여 배설물중에 포함되어 있는 유기물을 분해 발효시킴으로써 분해, 정화를 촉진함과 동시에, 균체막외의 뮤코다당질은 거품의 형성을 촉진하여 처리조에 현탁된 미소한 고형물외에 탈모, 나무부스러기 등의 난분해성 유기물이 거품에 부착된 채로 부상되도록 하여 처리조의 윗부분에서 발효층을 형성하게 된다. 이때 거품에 부착된 광합성세균은 계속 증식하면서, 함께 거품에 부착되어 있는 유기물을 분해, 정화하여 이들을 무기화시킨다.

무기화된 거품은 프로펠러가 설치된 소포수단에 의해 소포되고 감압에 의해 미세하게 분쇄되어 슬러리상으로 되는 동시에 처리조의 상단에 위치하는 배출구를 통하여 밖으로 배출된다.

유입된 분뇨 액상 배설물은 광합성 세균을 비롯한 처리조내 자연 발효균주에 의하여 발효되면서 온도가 상승되는데 계절변화와 투입분뇨비율에 따라, 이 온도(이하, 최고 온도)는 48∼57.5℃ 범위인 것이 바람직하다.

발효된 분뇨 액상 배설물은 24 내지 48시간 경과 후 전주기 최종 온도 범위로 다시 돌아가게 되며, 상기와 같이 최종 처리된 액비의 pH는 8.5∼9.5 범위가 된다. 이를 1주기로 정의하며, 1주기는 24 내지 48시간의 범위가 바람직하다. 본 발명에 따르면, 10㎡의 바닥면적을 갖는 처리조를 기준으로 할 때 상기 1주기동안 1.5 내지 3.5㎥의 분뇨 액상 배설물을 액비화처리할 수 있다.

상기와 같이 발효과정을 거쳐 액비화된 분뇨 액상 배설물은 처리조의 상단에 위치하는 배출구를 통하여 배출되어서 저장 탱크에 저장하거나, 고형물과 액상물을 분리하는 간단한 스크린 공정을 거친후 별도의 정화 처리 공정없이 곧바로 밭작물 및 농작물등에 액비로 사용할 수 있다.

본 발명에 따른 처리 방법에 따라 분뇨 액상 배설물로부터 냄새가 전혀 없으며 간이 고액 분리된 액비는 축사의 세척수로 이용시 축사의 악취를 제거하여 준다.

이하 본 발명을 하기 실시예를 통하여 좀 더 상세히 설명하나 본 발명이 이들에 의하여 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

약 일주일간에 걸쳐 돼지사육장으로부터 발생하는 배설물을 바닥 면적이 약 10㎥(3.2×3.2m), 높이가 2.4m인 처리조에 조금씩 투입하여 연속적으로 폭기 처리하여서 처리조내 분뇨의 수위가 77㎝, 온도가 44℃가 되게 하였다. 여기에 다시 분 : 뇨를 각각 0.4㎥와 2.6㎥로 투입하여 처리조의 수위를 107cm, pH를 8.72로 조절하고 온도가 40℃가 되게하였다. 상기 분뇨 액상 배설물에 펌프를 이용하여 통기시키면서 공기 투입량 70㎥/hr로 36시간 동안 통기식 교반 처리하였다. 여기에 광합성 세균체(로도슈도모나스 캡슈라타 : Rhodopseudomonas capsulata(캡슐라타 2.3.1)를 90g 첨가하고 계속 70㎥/hr으로 통기식 교반처리 하였다. 통기교반 7시간후, 액온이 45℃가 되면 최초로 기포가 밖으로 배출되기 시작하고 18시간 후에는 319l/hr로 배출되었다. 31시간 후에는 기포가 거의 배출이 되지 않으면서, 처리조내의 최종 온도는 46℃이며, 수위가 76cm로 낮아지고(이때의 pH는 9.32였다) 총 배출량은 3.1㎥으로 되었다. 상기와 같은 공정을 거친 분뇨처리물은 악취가 일체 나지 않음을 알 수 있었으며, 1주기 완료후의 처리전·후의 그 화학적인 조성성분을 하기와 같은 방법에 의해 분석한 결과는 하기의 표 1과 같았다.

화학 성분 분석법

·암모니아 태질소 : 인도페놀 블루법(Indophenol Blue Method)

·질산태질소 : 부루신-설파닐산법(Brucine-Sulfanilic acid Method)

·유기태질소 = 전체질소-(암모니아태질소+질산태질소)

·전체 P : 암모늄 메타바나데이트법(Ammonium Methavanadate Method)

·K, Na, Ca, Mg, Cu, Zn, Mn, Fe, Cd : 원자흡광분석법

·아세트산, 피로피온산, 부틸산, 발레르산 : 기체 크로마토그래피법(기체 크로마토그래피 조건)

·FID 장치

·충진제 : PEG(polyethylene glycol)6000

·캐리어 가스 : 질소 30㎜/분

·컬럼 온도 : 150℃

·주입 및 검측 온도 : 200℃

[표 1]

상기 표에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명에 따른 방법으로 처리된 분뇨처리물은 전체 질소성분중 특히 유기태질소의 함량이 약 83%로서, 일반 속효성화학비료와 달리 질소가 서서히 방출되므로, 고농도로 투여시에도 작물의 생육에 장애현상을 일으키지 않아 우수한 액비로서 사용될 수 있다.

실시예 2

실시예 1의 반응이 완료되고 처리조에 남아있는 배설물(전주기 최종 온도 : 46℃, 최종 수위 : 76cm)에 분 : 뇨를 각각 0.5㎥와 2.9㎥로 투입하여 분뇨투입후 초기 온도가 40℃로 된 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시한 결과 처리후 최종 수위 92cm, 처리중 최고 온도 56℃, 최종 온도 47℃, 액비총배출량은 1.8㎥이었다.

실시예 3~14

하기 표 2와 같이 전주기 최종온도(표 2에 기재한 분뇨 투입량을 투입하기 전 처리조의 온도), 분뇨투입량, 초기 온도, 초기 수위, 분뇨 투입후 처리 중의 최고 온도, 처리후 최종 수위를 변화시킨 것을 제외하고는 실시예 2의 방법과 동일하게 실시하였으며 처리된 분뇨 배출량은 하기 표 2와 같았다.

[표 2]

비교예 1

1주일간 배설물을 폭기 처리하여 분뇨 추가 투입전의 처리조온도(전주기 최종 온도에 해당)를 36℃로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시한 결과, 발효반응이 늦어져서 처리량이 0.5㎥로 낮았다.

비교예 2

1주일간 배설물을 폭기 처리하여 전주기 최종 온도를 53℃로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시한 결과, 최고온도가 63℃로 광합성 세균에 의해 생성된 미생물상이 깨지는 결과를 초래하여 분뇨가 전혀 처리되지 않았다.

비교예 3

배설물의 초기수위를 117cm로 하고 빈공간의 높이를 123cm로 한것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시한 결과, 처리량은 1.0㎥이었다.

비교예 1∼3에서와 같이 배설물의 전주기 최종온도 범위 및 배설물의 초기수위와 처리조의 빈 공간의 비가 본 발명의 범위를 벗어날 경우에는 실시예 1∼14에 비하여 발효시간이 늦어지며(비교예 1), 액비처리량이 적어(비교예 2 및 3), 주기당 처리량이 적어지게 되는 것을 알 수 있다.

Claims (8)

1. (가) 고형분 및 난분해성 유기물을 5∼10 중량% 포함하고 온도가 38∼51℃인 가축의 분뇨 액상배설물이 포함된 처리조에 가축의 배설물을 추가로 투입하여 배설물의 총높이 대 빈공간 높이의 비가 1 : 1.2 내지 1 : 1.4가 되도록 하는 단계 ; (나) 외부의 공기를 처리조내로 송풍시켜 상기 분뇨 액상 배설물을 통기 교반 처리하는 단계 ; (다) 상기 교반처리된 분뇨 액상 배설물에 배설물 1000kg 당 10∼50g의 양으로 광합성세균을 투입하여 발포시키는 단계 ; 및 (라) 상기 발포시킨 분뇨 액상 배설물을 소포시키는 단계를 포함하는, 가축의 분뇨 액상 배설물로부터 액비를 제조하는 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 광합성세균이 로도스피릴리움 루브럼(Rhodospirilium rubrum), 로도슈도모나스 캡슐라타(Rhodopseudomonas capsulata), 로도슈도모나스 스페로이드(Rhodopseudomonas spheroides), 로도슈도모나스 젤라티노사(Rhodopseudomonas gelatinosa) 또는 이들의 혼합물임을 특징으로 하는 방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 (가) 내지 (라) 단계의 총 처리시간이 24∼48 시간임을 특징으로 하는방법.
4. 제 1 항에 있어서, 배설물의 추가 투입 후 분뇨 액상 배설물의 pH가 6.8∼9.1범위이고 최종 처리된 액비의 pH의 8.5∼9.5범위임을 특징으로 하는 방법.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 (가) 내지 (라)단계의 처리중 분뇨 액상 배설물의 최고 온도가 48 내지 57.5℃임을 특징으로 하는 방법.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 (가) 단계에서 배설물의 추가 투입전에 존재하는 가축의 분뇨 액상 배설물이, 발효되지 않은 가축의 배설물을 투입 후 폭기처리하여 온도를 조절한 것임을 특징으로 하는 방법.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 (가) 단계에서 배설물의 추가 투입전에 존재하는 가축의 분뇨 액상 배설물이 상기 (가) 내지 (라) 단계의 주기를 1회 이상 거친 후 액비를 배출시킨 후 처리조에 잔존하는 것임을 특징으로 하는 방법.
8. 제 1 항에 기재된 방법에 의해 제조된 발효 액비.