KR0154320B1 - 오니, 채종유박 및 고토석회를 이용한 과립형 유기질 비료 및 그의 제조방법 - Google Patents

오니, 채종유박 및 고토석회를 이용한 과립형 유기질 비료 및 그의 제조방법

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Abstract

본 발명에 따른 오니, 채종유박 및 고토석회를 이용한 과립형 유기질 비료는 40 내지 49 중량%의 건조된 분말상의 오니, 40 내지 49 중량%의 분말상의 채종유박 및 2 내지 20 중량%의 분말상의 고토석회를 균일하게 혼합하여 과립상으로 성형하여 이루어짐을 특징으로 한다.
본 발명은 중금속의 함량이 매우 낮은 오니와 채종유박 및 고토석회를 이용하여 과립화한 유기질 비료 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 특히 오니를 자원화시킬 수 있으며, 취급이 용이하며, 토양의 개량효과와 수확량의 증대효과를 얻을 수 있도록 하는 과립형의 유기질 비료 및 그 제조방법에 관한 것이다.

Description

오니, 채종유박 및 고토석회를 이용한 과립형 유기질 비료 및 그의 제조방법
본 발명은 중금속의 함량이 매우 낮은 오니와 채종유박 및 고토석회를 이용하여 과립화한 유기질 비료 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 특히 오니를 자원화시킬 수 있고, 취급이 용이하며, 토양의 개량효과와 수확량의 증대효과를 얻을 수 있도록 하는 과립형 유기질 비료 및 그 제조방법에 관한 것이다.
오니(sludge)라 함은 하수처리과정에서 다량으로 발생하는 미립의 고형분으로서, 약 80% 이상의 수분을 함유하고 있어서 포장과 취급이 곤란하며, 대부분 유기질을 상당량 포함하고 있기는 하나, 특별히 첨가물을 가하는 등의 처리를 하지 않고는 다량의 수분으로 인한 토양과의 균일한 혼합의 불가능 및 덩어리진 부분에서의 식물의 뿌리의 성장방해 및 토양의 현저한 산성화 등을 초래할 수 있기 때문에 그래로 비료로서 사용할 수 없다는 문제점이 있다. 그에 따라 경제성이 낮다는 이유로 거의 그대로 매립지에 매립하여 버리는 경우가 많았다.
특히 오니의 단독사용으로 인한 토양의 산성화는 식물의 성장에서 특히 문제가 될 수 있는 것으로 오니의 사용량에 따라 토양의 pH의 변화를 표1로 나타내었다.
다른 한편으로 오니는 인산을 비롯한 철, 아연, 칼륨, 칼슘 및 나트륨 등의 무기원소를 고루 갖추고 있으며, 유기질함량이 높아 중금속의 위험이 없는 경우에는 좋은 부산물비료로 사용되어질 수 있다.
유기질비료로서 널리 사용되어지는 채종유박은 유채열매로부터 유분을 추출하고 난 후의 섬유질 등의 고형분인 부산물로서 질소, 인산, 칼리 등의 작물의 생장에 필요한 여러 원소들을 다량 함유하고 있는 유기질비료로서 특히 감귤원 등에서 사용되어지고 있으나, 채종유박의 분해과정에서 발생되어지는 유기산에 의하여 토양이 산성화되는 문제점이 있었으며, 통상 사용되는 채종유박은 분말형태로서 바람 또는 빗물에 의하여 상당량 유실되는 등의 문제점이 있었다.
한편, 고토석회는 산성토양을 중화, 개량시켜 작물의 생육에 적절한 pH를 갖도록하는데 사용되어지는 것으로서, 산화마그네슘을 포함하는 산화칼슘 주성분의 화학비료로서 이들은 물에 소량 용해되어 염기성을 나타내는 것으로 토양의 개량을 위하여 널리 사용되어지고 있는 것이다. 그러나, 이러한 고토석회의 소량 사용하는 것으로는 토양의 pH개선 등 토양개량의 효과가 적으며, 다량 사용시에는 토양의 시멘트화를 초래하며 토양이 굳어지기 때문에 투수성과 통기성의 저하 및 작물의 뿌리의 성장을 방해하는 등의 문제점이 있었다. 특히, 제주도 지역의 토양의 경우와 같이 난분해성의 유기물 함량이 높으며, 토양의 양이온치환용량(표면전하)이 40cmol/kg으로 높아 큰 완충작용을 나타내기 때문에 단순한 고토석회 등의 투입으로는 쉽게 토양의 개량효과를 얻을 수 없으며, 오히려 상기한 바와 같은 토양의 시멘트화에 의하여 투수성과 통기성의 저하 및 작물의 뿌리의 성장을 방해하는 등의 문제점만 심화시키는 현상을 나타내고 있다.
상기한 바와 같이, 오니, 채종유박 및 고토석회들 각각은 모두 부산물로서 다량 생성되는 것 들로서 오니는 약 80% 내외의 수분을 함유하고 있어서 포장과 사용이 곤란하고, 토양에 처리할 때에 토양과 골고루 혼합되지 않아 비료효과가 균일하지 못하며, 취급이 매우 곤란하며, 채종유박은 사용시 바람 및 빗물 등에 의하여 쉽게 유실될 수 있는 단점이 있으며, 고토석회는 그 자체로서는 용해도가 낮아 토양의 개량효과가 적으며, 토양의 시멘트화를 초래하는 등의 문제점이 있어 각각 단독으로는 비료로서 사용하기에는 효과가 낮아 별도의 적절한 처리를 거쳐야만 하였다.
따라서 본 발명은 이와 같은 종래의 결점을 해소시키기 위하여 안출된 것으로 오니, 채종유박 및 고토석회의 사용상의 단점을 상호 보완할 수 있도록 혼합하여 과립형으로 제조한 과립형 유기질 비료를 제공함을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 오니, 채종유박 및 고토석회를 이용하여 과립형의 유기질 비료를 제조하는 제조방법을 제공함을 목적으로 한다.
이와 같은 목적을 본 발명은 수분함량이 높은 오니를 건조시켜 분말상의 채종유박 및 고토석회와 혼합하여 펠릿 밀과 같은 과립성형기에서 수증기를 가하여 내부에 수많은 모세관이 형성되는 다공질의 과립을 형성시키는 것이다.
이하 본 발명은 구체적인 실시예를 참조하여 구성을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 오니, 채종유박 및 고토석회를 이용한 과립형 유기질 비료는 40 내지 49 중량%의 건조된 분말상의 오니, 40 내지 49 중량%의 분말상의 채종유박 및 2 내지 20 중량%의 분말상의 고토석회를 균일하게 혼합하여 과립상으로 성형하여 이루어짐을 특징으로 한다.
상기에서 성형되는 과립의 형태는 구형 또는 원통형으로 성형하는 것이 바람직하며, 이는 운반 및 취급시의 파손방지와 시비시의 흩뿌림에 의하여 고르게 퍼질 수 있도록 하는데 유리하기 때문이다. 이 비율은 필요에 따라 가감할 수도 있음은 당해 기술분야에서 통상의 지식을 갖는 자에게는 용이하게 이해되어질 수 있는 것이다.
상기에서 오니는 중금속을 함유하지 않는 하수종말처리장 오니로서, 이들 중금속의 유입가능성이 거의 없는 제주하수종말처리장 등의 오니가 사용될 수 있으며, 이를 구체적으로 성분표시를 하면 다음의 표2 및 표3에서 기재된 것과 동일 또는 유사한 성분비를 가질 수 있다.
더우기, 일반 하수 종말처리장에서 발생되는 하수 오니는 대부분 카드뮴, 납, 니켈, 구리, 아연 등의 중금속을 많이 함유하고 있어 식물, 특히 작물의 재배에서 비료로서 사용되어지기 곤란하며, 이러한 중금속 성분을 하수로 배출하는 공장시설 등이 거의 없는 지역의 하수종말처리장에서 얻어지는 오니의 경우만이 식용작물의 재배에서의 비료로 사용되어질 수 있다.
따라서 중금속과 같은 공해물질을 배출하는 공장시설이 거의 없는 제주지역의 하수종말처리장에서 얻어지는 오니는 작물의 부산물비료로 사용하기에 적절한 조건을 만족하고 있음을 알 수 있다.
또한, 채종유박의 분해시에 발생되는 유기산은 채종유박의 분해시에 생성되는 산으로서 시링길프로피온산(syringlpropionic acid), 바닐린산(vanillinic acid), 카테콜(catechol), 히드록시벤조산(hydroxybenzoic acid)등이 주로 포함된다. 이들 유기산들은 토양을 산성화시키며, 토양의 산성화가 높이질 수록 미생물의 활성을 저해하여 결과적으로 채종유박의 분해속도를 떨어뜨리게 되어 유기질비료로서 충분히 작용할 수 없도록 하고 있으나, 본 발명에서는 이를 오니 및 고토석회와 혼합시켜 과립화시키는 점에 특징이 있는 것이다.
그에 의하여 고토석회와 채종유박을 이들의 분말을 균일하게 혼합하여 과립상으로 성형하므로써 채종유박의 분해시에 형성되는 상기와 같은 유기산들이 토양으로 흡수되기 전에 고토석회와 먼저 반응토록 하여 중화시키므로써 유기산에 의한 토양의 산성화를 방지함과 동시에 미생물의 활성저하를 방지하고, 염기성의 고토석회와 유기산의 반응으로 인한 고토석회의 시멘트화를 억제하도록 하며, 용해된 고토석회는 토양에 흡수되어 토양의 개량을 촉진한다.
고토석회는 또한 오니의 투입에 의하여 야기될 수 있는 토양의 현저한 산성화를 동시에 예방할 수 있도록 하므로써 오니와 채종유박에 의한 유기질의 충분한 공급을 가능하게 하므로써 시비효과를 높일 수 있도록 한다.
본 발명에 따른 오니, 채종유박 및 고토석회를 이용한 과립형 유기질 비료의 제조방법은 (1)분말상의 채종유박과 고토석회를 해머 밀(Hammer mill)과 같은 분쇄기로 분쇄하여 분말상태로 준비하고,
(2) 오니는 열에 의한 건조 또는 자연건조 등의 통상의 방법에 의하여 수분을 제거하므로써 건조시킨 후,
(3) 혼합기내에서 충분히 혼합하고,
(4) 혼합된 오니, 채종유박 및 고토석회의 혼합물을 팰릿화 기기를 사용하여 스팀이나 수분을 가하여 과립으로 성형하므로써 과립상의 유기질비료를 제조함을 특징으로 한다.
상기에서 사용되는 해머 밀(Hammer mill)과 같은 분쇄기, 패들 믹서(paddle mixer)와 같은 혼합기 및 펠릿화 기기들은 유수의 메이커들에 의하여 제조, 판매되어지는 것들로서, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 갖는 자에게는 모두 상용적으로 구입하여 사용할 수 있는 것들임은 자명한 것이다.
이하에서 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 오니, 채종유박 및 고토석회를 이용한 과립상의 유기질비료의 효과를 하기의 실시예에 의하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
[실시예 1]
45kg의 오니와 45kg의 채종유박 및 10kg의 고토석회를 해머 밀(Hammer mill)과 같은 분쇄기를 사용하여 분말상으로 하여 이들을 패들 믹서(paddle mixer)와 같은 혼합기에 고르게 혼합한 다음 수득된 혼합물을 펠릿화 기기에서 수증기를 가하면서 과립상으로 성형한 후 냉각하여 목적지에 시비한다.
시비하는 방법은 300평의 농경지에 대하여 오니의 단독처리, 채종유박의 단독처리 및 본 발명에 따른 오니, 채종유박 및 고토석회를 이용한 과립형 유기질 비료의 처리의 3가지를 200kg, 300kg 및 500kg으로 시비량을 변화시키면서 구분하여 시비하고, 시비후 30일의 경과후에 토양의 pH, 질소, 인산, 칼륨, 칼슘, 마그네슘 함량등을 분석하였다.
토양의 pH의 분석은 토양과 증류수를 1:5의 비율로 희석하여 pH메터로 측정하였다.
토양의 질소함량의 측정은 마이크로케달법(microkjedahl method)로 측정하였다.
토양의 인산함량의 측정은 브레이 1번 시험법(Bray No. test)으로 측정하였다.
기타 토양의 치환성 칼륨함량, 치환성 칼슘함량 및 치환성 마그네슘함량의 측정은 1N NH4OAC법으로 측정하였다.
또한 토양의 유기물 함량변화는 위클리-블랙법(Walkley-Black method)로 측정하였다.
상기한 시험법들은 모두 토양의 일반적인 시험방법의 예들로써 당해 기술분야에서 통상의 지식을 갖는 자에게는 용이하게 이해되어질 수 있는 방법들로서 토양의 성분분석에서 널리 사용되어지며, 따라서 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
시비에 의한 결과는 이하에서 표들로 정리하고, 이를 간략하게 풀어서 기술하였다.
시험결과를 항목별로 분석하면 다음과 같다.
(가) 토양 pH상승에 미친 영향(표4)
pH 5.9인 토양에 오니 단독처리, 채종유박 단독처리 고토석회 단독처리 및 본 발명에 따른 과립형 유기질 비료를 각각 양을 달리하면서 시비하여 그 변화를 살폈으며, 그 결과 오니 단독처리에서는 토양 pH가 현저히 낮아졌으며, 처리량이 증가할 수록 낮아져서 500kg 처리시에는 처리전에 비하여 1.4정도 낮아짐을 관찰할 수 있었다. 채종유박 단독처리의 경우에서도 처리량이 많아질 수록 처리전 토양에 비하여 pH가 낮아졌다. 반면에 고토석회 단독처리의 경우에서는 토양의 pH상승효과가 뚜렷이 나타났으며, 본 발명에 따른 과립형의 유기질 비료 역시 고토석회 단독처리의 경우와 비슷하게 상승효과가 나타났으며, 토양의 pH의 증가의 원인이 되었던 오니와 채종유박의 혼합에도 불구하고 석회질비료인 고토석회 단독처리의 경우와 유사한 상승효과가 나타나 오니와 채종유박 및 고토석회의 혼합물의 과립상으로의 형성에 의하여 시비효과가 증대될 수 있음을 알 수 있었다.
(나) 토양 질소함량에 미치는 영향 (표5)
토양 질소함량이 0.13% 인 토양에 오니와 채종유박의 단독 처리는 처리량이 많아질수록 질소함량은 높어져서 500kg 처리시에는 처리전에 비하여 각각 0.15% 및 0.21% 높아졌다. 반면, 고토석회 단독처리의 경우에서는 질소함량히 에 변화를 주지 않았다. 또한, 본 발명에 따른 과립형의 유기질 비료는 오니 단독처리에 비하여 질소함량을 훨씬 높일 수 있으며, 채종유박 단독처리에 비하여는 약간 낮은 질소함량의 증가량을 나타내고 있다.
따라서, 본 발명에 따른 과립형의 유기질 비료는 토양의 질소함량개선에 대하여 우수한 시비효과를 얻을 수 있음을 알 수 있었다.
(다) 토양 유효인산함량에 미치는 영향 (표6)
고토석회 단독처리는 토양 유효인산 함량에 영향을 미치지 않았으며, 다른 처리의 경우에서는 처리량이 많아짐에 따라 토양중 유효인산 함량이 높이졌다. 500kg 처리시 오니와 채종유박의 단독처리의 경우에서는 처리전에 비하여 2.5mg/kg 및 12.0mg/kg 높아졌으며, 본 발명에 따른 과립형의 유기질 비료는 토양 중에 6.9mg/kg 정도로 유효인산 함을 높일 수 있음을 나타내고 있다.
따라서, 본 발명에 따른 과립형의 유기질 비료는 토양의 유효인산 함량의 개선에 대하여 양호한 시비효과를 얻을 수 있음을 알 수 있었다.
(라) 토양 칼륨함량에 미치는 영향 표(7)
고토석회 단독처리는 토양 칼륨함량에 영향을 미치지 않았으며, 다른 처리의 경우에서는 처리량이 많아짐에 따라 토양중 칼륨함량에 높아졌다. 토양중 칼륨함량이 0.9cmol/kg 인 토양에 500kg을 처리하였을 때, 오니와 채종유박의 단독처리의 경우에서는 처리전에 비하여 0.5cmol/kg 및 0.4cmol/kg 높아졌으며, 본 발명에 따른 과립형의 유기질 비료는 토양 중에 1.2cmol/kg 정도로 칼륨함량을 현저히 높일 수 있음을 나타내고 있다.
따라서, 본 발명에 따른 과립형의 유기질 비료는 토양의 칼륨함량의 개선에 대하여 시비효과를 얻을 수 있음을 알 수 있었다.
(마) 토양 칼슘함량에 미치는 영향 (표8)
오니 단독처리는 토양 칼슘함량에 영향을 미치지 않았으며, 다른 처리의 경우에서는 처리량이 많아짐에 따라 토양중 칼슘함량이 높아졌다. 500kg을 처리하였을 때, 채종유박의 단독처리의 경우에서는 처리전에 비하여 0.3cmol/kg, 고토석회 단독처리는 1.3cmol/kg 높아졌으며, 본 발명에 따른 과립형의 유기질 비료는 토양 중에 0.9cmol/kg 정도로 칼슘함량을 현저히 높일 수 있음을 나타내고 있다.
따라서, 본 발명에 따른 과립형의 유기질 비료는 토양의 칼슘함량의 개선에 대하여 양호한 시비효과를 얻을 수 있음을 알 수 있었다.
(바) 토양 마그네슘함량에 미치는 영향 (표9)
오니 단독처리는 토양 마그네슘함량에 영향을 미치지 않았으며, 다른 처리의 경우에서는 처리량이 많아짐에 따라 토양중 마그네슘함량이 높아졌다. 500kg을 처리하였을 때, 채종유박의 단독처리의 경우에서는 처리전에 비하여 0.3cmol/kg, 고토석회 단독처리는 0.9cmol/kg 높아졌으며, 본 발명에 따른 과립형의 유기질 비료는 토양 중에 0.6cmol/kg 정도로 마그네슘함량을 현저히 높일 수 있음을 나타내고 있다.
따라서, 본 발명에 따른 과립형의 유기질 비료는 토양의 마그네슘함량의 개선에 대하여 양호한 시비효과를 얻을 수 있음을 알 수 있었다.
(사) 토양 유기물함량에 미치는 영향 (표10)
고토석회 단독처리는 토양 유기물함량에 영향을 미치지 않았으며, 다른 처리의 경우에서는 처리량이 많아짐에 따라 토양중 유기물함량이 높아졌다. 500kg을 처리하였을 때, 채종유박의 단독처리의 경우에서는 처리전에 비하여 1.6cmol/kg, 고토석회 단독처리는 1.7cmol/kg 높아졌으며, 본 발명에 따른 과립형의 유기질 비료는 토양 중에 1.3cmol/kg정도로 유기물함량을 현저히 높일 수 있음을 나타내고 있다.
따라서, 본 발명에 따른 과립형의 유기질 비료는 토양의 유기물함량의 개선에 대하여 양호한 시비효과를 얻을 수 있음을 알 수 있었다.
상기한 바와 같은 결과를 종합적으로 검토하여 볼 때, 본 발명에 따른 과립형의 유기질 비료의 시비에 의한 비료효과는 본 발명에 따른 과립형 유기질 비료를 제조하는데 사용되는 성분들 각각을 사용하는 것에 비하여도 결코 감소되지 않으면서도 각 성분들의 단독시비에서의 단점들이 상쇄되고, 장점들이 보완되어지는 결과를 나타내었으며, 이를 표로 정리하면 표11과 같이 정리될 수 있다.
이상에서와 같은 본 발명은 수분이 많은 오니와 수분함유량이 극히 적은 분말상의 채종유박 및 고토석회를 적정상태의 수분 조건을 유지하게 되어 과립형의 제조에 적절하며, 과립형의 제조로 인하여 취급이 용이하게 되고, 오니를 자원화할 수 있는 효과가 제공된다.
또한 본 발명은 오니와 채종유박의 혼합으로 각 성분들의 단독시비의 경우에서와 같이 인산 등의 비료성분의 부족화 내지 편중 등의 문제점을 해결하고 우수한 비료효과를 제공할 수 있는 효과가 제공된다.
또한 본 발명은 오니와 고토석회의 혼합으로 오니 단독시키의 경우에서 나타날 수 있는 토양의 pH의 저하를 방지할 수 있도록 하며, 오니를 효과적으로 시비할 수 있는 효과가 제공된다.
또한 본 발명은 수분이 많은 오니와 분말의 채종유박 및 고토석회를 혼합하여 과립형으로 제조하므로써 취급이 용이해지며, 바람이나 강우에 의하여 유실되는 것을 방지할 수 있는 효과가 제공된다.
또한 본 발명은 과립형으로 제조되어지므로 과립 내부에 형성되는 기공에 의한 모세관현상으로 수분의 보유가 가능하게 되어 채종유박을 분해하는 매생물의 활성을 높일 수 있도록 하여 비료효과를 더욱 개선시킬 수 있도록 하는 효과가 제공된다.
또한 본 발명은 채종유박의 미생물에 의한 분해과정에서 발생되는 유기산이 고토석회의 용해도를 증가시켜 고토석회의 사용에 의한 토양의 시멘트화현상을 감소시키고, 산성토양을 개량하는 효과가 제공된다.
본 발명은 이상과 같이 기재된 구체예에 대하여만 상세히 설명되었지만 본 발명의 사상과 범위내에서 변경이나 변형할 수 있음은 본 발명이 속하는 분야의 당업자에게는 명백한 것이며 이러한 변경이나 변형은 첨부된 특허청구범위에 의하여 제한되어져야 한다.

Claims (3)

  1. 40 내지 49중량%의 건조된 분말상의 오니, 40 내지 49 중량%의 분말상의 채종유박 및 2 내지 20 중량%의 분말상의 고토석회를 균일하게 혼합하여 과립상으로 성형하여 이루어짐을 특징으로 하는 오니, 채종유박 및 고토석회를 이용한 과립형 유기질 비료.
  2. 제1항에 있어서, 상기 과립형 유기질 비료가 구형 또는 원통형임을 특징으로 하는 오니, 채종유박 및 고토석회를 이용한 과립형 유기질 비료.
  3. (1) 분말상의 채종유박과 고토석회를 해머 밀(Hammer mill)과 같은 분쇄기로 분쇄하여 분말상태로 준비하고, (2) 오니는 열에 의한 건조 또는 자연건조 등의 통상의 방법에 의하여 수분을 제거하므로써 건조시킨 후, (3) 혼합기내에서 충분히 혼합하고, (4) 혼합된 오니, 채종유박 및 고토석회의 혼합물을 펠릿화 기기를 사용하여 스팀이나 수분을 가하여 과립으로 성형하므로써 과립상의 유기질비료를 제조함을 특징으로 하는 오니, 채종유박 및 고토석회를 이용한 과립형 유기질 비료의 제조방법.
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KR100856555B1 (ko) * 2007-05-03 2008-09-04 충청북도 기능성 유기질 비료 및 그 제조방법

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