KR100220210B1 - Fly ash를 수분 조절제로 이용한 수도작용 완효성 비료 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 화력발전소를 비롯한 고로에서 발생하는 Fly ash와 제지펄프공장제지 슬러지와 축산농가에서 방류하는 축산분뇨를 동시에 호기성 미생물에 의해 발효처리로 유기질과 비료성분(NPK) 규산질, 석회, 고토 등 미량원소와 Talc, Clay, 토양미생물이 고르게 안정화되어 논 토양의 개량에 필요한 모든 성분을 함유한 복합 토양개량제인 완효성 비료를 제조하여 토양에 환원하므로서 WTO협정에 따른 무한 경쟁시대에 값이 싼 외국산 농산물(쌀)에 대비한 고품질 양질미를 생산하고, 식량 안보차원에서 쌀 증산을 위한 자급기반 조성에 필요한 수도작용 노동력 절감형 완효성 복합비료를 제공하는 유용한 발명이다.

[색인어]

Fly ash, 제지슬러지, 완효성 비료, 축산분뇨

Description

Fly ash를 수분조절제로 이용한 수도작용 완효성 비료 및 그 제조방법

본 발명은 Fly ash를 수분조절제로 이용한 수도작용 완효성 비료 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

석탄을 사용하는 화력발전소에서 발생하는 Fly ash는 96년도 1년간 312만톤에 달하며 금후 석탄사용 발전소의 증설과 발전량의 증가에 따라 2005년에는 570만톤에 달할 것으로 추정되고 있다(표 1 참조).

석탄재는 사용원료에 따라 유연탄재와 무연탄재 2종류로 구분할 수 있다. 유연탄재는 곱고 구형으로 시멘트 혼화제로 무연탄재는 입도가 굵고 모난 성질을 갖고 있어 벽돌 등 골재로 주로 사용되고 있다.

95년도의 석탄회 재활용율은 18% 정도를 시멘트원료, 레미콘 혼화재, 건축 토목분야에 재활용되고 나머지는 대부분을 회처리장(ash pond)에 매립하고 있다.

발전소별 Fly ash 발생수량 추이

[표 1]

석탄은 수입 에너지 자원으로 저렴하고 전세계적으로 고루 분포되어 발전용 석탄 사용량은 증가 일로에 있어 2010년경에 약 5,000만톤으로 발생되는 석탄회의량도 약 600만톤에 이를 것으로 예상된다. 이런 엄청난 양의 석탄회는 부존자원이 빈약한 우리나라에서는 선진외국과 같이 많은 량을 유용하게 재활용하여 자원의 절약과 폐기물의 처리 환경정화 차원에서도 중요한 국가적인 과제이다.

한편, 제지, 펄프공장 120여 개소에서 폐기물로 발생하는 제지 슬러지는 한국제지 공업연합회 '94년도 통계에 의하면 년간 약 100만톤에 달하며 자체소각이 61%, 해양투기 28%, 자체매립 3%, 재활용 8%에 불과하며, 소각처리된 Ash는 석탄재와 비슷한 무기물 성분으로 발생되는 폐기물은 대부분 매립처리하고 있으나 매립장의 확보의 곤란과 2차 공해로 업계에 문제가 되고 있다(표 2 참조).

Fly ash 성분(범위 및 평균치)한국전력, 한솔제지 자료참조

[표 2]

그런데, 제지슬러지와 식품오니류는 유해물질이 거의 검출되지 않는 폐기물이지만 안정화되지 않은 채 토양에 뿌리면 토양 중에서 발효분해시 가스와 고열로 작물에 치명적인 피해가 유발되며 비료성분의 불균형으로 토양환경 파괴의 문제점이 있다.

우리나라 논 토양의 특성은 유기물, 토양개량제(SiO₂, CaO, MgO)의 저투입으로 지력이 아래 표 3과 같이 적정기준에 미달하며 지속적 환경농업에 위협을 받고 있다.

본 발명의 제조방법과 조성물은 유기물과 비료성분이 많은 축산분뇨와 제지슬러지 및 식품오니류, 목분과 토양개량 무기물이 많은 Ash와 동시처리 발효열에 의거 폐수를 무방류 퇴비화하고 안정화하여 유기물 25∼35%, 비료성분(NPK 3∼5%) 토양개량제(규산질, 석회, 고토) 15∼25%를 함유한 종합 토양개량제로 재활용하여 축산폐수의 방류로 수질오염 문제를 해결하여 주며, 환경오염의 방지와 고품질 양질미를 증산하는데 기여하게 된다.

우리나라 논 토양의 특성

[표 3]

참조 : 농협중앙회 흙살리기운동 비료사업방향 p18

국내 농경지 면적 195만 ha의 54%를 점유하고 있는 논(수도작) 105만 ha에 필요한 토양개량제는 년간 4∼5백만톤에 이른다.

특히, 규산질비료의 함량이 크게 미달되어 적정함량 130∼180ppm에 1980년도에 88ppm에서 95년도에는 72ppm으로 감소되고 우리나라 전체 논의 97.2%가 규산이 부족하여 규산질비료를 주어야 한다.

석탄재에 평균 50% 이상 함유한 규산질을 논 토양에 환원할 때 벼의 생육에 흡수된 규산질은 세포에 들어가 규화세포를 형성하여 도열병 등의 병해나 해충의 충해에 대한 저항성을 높여 농약사용량이 줄어지며, 또 세포를 강화함으로써 내 도복성을 강화하고 경엽의 수광상태를 좋게하여 등숙보합을 높이는 효과가 있어 쌀 11∼15%의 증수와 고품질 양질미 생산에 기여한다.

규산함량이 60ppm인 논에다 규산질비료를 10a당 300kg을 주었을 때 쌀이 평균 11%나 증수된다.

특히 질소의 효율성을 높여 증수가 가능하여 도열병지는 51%, 산간고냉지 20%가 증산되었다(농협중앙회 흙살리기운동과 토양개량 p35, '96.12).

비료의 삼요소 중에서 수량이나 품질에 가장 많은 영양을 주는 것은 질소의 사용량이다. 벼 100kg을 생산할 때 흡수하는 규산량은 질소 1.8kg인 경우 규산은 14.8kg나 된다. 다량의 규산을 흡수해서 튼튼해진 벼는 잎이 직립하기 때문에 과다 질소비에 의한 수광태세의 악화나 병충해, 도복 등이 경감되어 쌀 수확이 52% 증수 되었다(표 4 참조).

규산질비료 경작실례

[표 4]

본 발명에서 이용하는 유기성 폐자원인 축산분뇨와, 목분, 제지슬러지의 유기물과 비료성분의 함량은 아래 표 5와 같으며 본 발명은 이와 같은 폐자원을 이용하여 완효성 비료 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.

본 발명 유기성 폐자원 원료의 비료성분 함량표 및 발열량

[표 5]

이하, 본 발명의 구체적인 구성 및 작용을 설명한다.

도1은 본 발명의 공정도.

석탄재, 제지슬러지, 축산분뇨를 식품오니류와 동시에 처리 비료화하는 본 발명의 제조공정을 개량은 도1과 같다.

이하, 첨부된 도1의 공정도에 의거 본 발명 완효성 노동력절감형 비료제조 공정을 상세히 설명한다.

Fly Ash와 유기물의 발효에 적합한 탄질율(C/N비)을 30전후로 조절하고, 비료성분의 균형을 이루기 위해 제지슬러지와 축산분뇨를 1차로 혼합 해리하고, 통기성과 함수율을 조절하기 위해 Fly Ash와 목분을 혼합한 수분조절재를 투입하며, 호기성 발효에 적합한 초기함수율 60∼65%로 혼합한 후에 발효기간을 단축하고자 나선형 스크류 2단 교반기가 장착되어 있는 발효조에서 공기를 주입하면서 축산분뇨에 함유되어 있는 호기성 미생물에 의하여 70∼80℃의 고온으로 콤포스팅 발효기간을 2∼3주간으로 단축하여 비료화하는 방법을 특징으로 한다.

또한, 고온 발효기간중 축산폐수를 발효상위에 살포, 폐수를 무방류 퇴비화하여 병원균이나 기생충란, 잡초씨가 살명되며 유해성 유기물이 호기성 미생물에 의해 산화와 합성 등 생화학적인 반응을 통하여 축산폐수와 유해물질을 CO₂, H₂,O 등으로 분해 증발시키며, 고분자의 유기물을 식물이 이용하기에 적합한 양분으로 합성되어 유기물과 무기물이 안정화된 종합비료를 제공한다.

본 발명을 공정별로 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.

제 1 공정 : 수분 조절제의 혼합공정

하기 제 2 공정의 축산분뇨와 제지슬러지를 혼합한 유기물을 발효에 적합한 탄질율, 통기성, 함수율을 조절하기 위하여 수분조절제(Bulking agent)를 제조함에 있어서, 목분(톱밥, 대패밥, 수피분, Wood chip, 왕겨)5∼20 중량%와 석탄재(Fly ash) 80∼95 중량%로 혼합기로 혼합하여 싸일로에 보관한다.

제 2 공정 : 축산분뇨와 제지슬러지의 혼합 해리공정

발효조 전 처리장애 제지슬러지 40∼60 중량%, 액상분뇨 40∼60 중량%를 투입하고, 슬러지가 완전히 분료를 흡착하도록 12∼24시간 침적한 후에 덩어리가 분해되도록 나선형 스크류식 2단 교반기로 해리분해 과정을 거침과 동시에 발효에 적합한 탄질율(C/N비)을 조절 질소원을 공급하고자, 슬러지와 분뇨를 반죽과 같이 혼합한다.

제 3 공정 : 교반식 발효조 투입 및 발효공정

상기 제 2 공정을 통하여 축산분뇨와 제지슬러지가 혼합 해리하여 반죽이 된 후에 상기 제 1 공정으로 조제된 수분조절재를 발효조에 스크류 콤베어 또는 장비로 투입하여 초기 함수율을 60∼65%가 되도록 조절 혼합한다. 전처리 혼합해리 공정에 연결된 발효조는 발효기간을 단축하기 위하여 발효시스템으로 교반식 발효조(Pit)를 이용한다. 처리용량에 따라 Pit 길이는 60∼120m, 넓이 4∼8m, 깊이 1.5∼2.0m, 크기의 터널식 발효조 바닥에 공기를 강제로 주입할 수 있는 파이프라인에 연결한 발효조 측면부에 설치한 강력한 송풍기를 이용하여 발효건조에 필요한 공기를 24시간 공기를 강제 공급하면서 혼합교반 발효작업을 동시에 실시하며 70∼85℃의 고온 발효기간중에 발효상위에 축산폐수를 강제 살포하여 산화와 증발로 폐수를 무방류 퇴비화한다

상기 발효과정에서 130∼180cm 깊이로 쌓여있는 혼합물에 균일한 공기투입과 수분증발이 되도록 로타리 교반 발효시스템을 도입하여 발효조 하부의 물질을 상부로 끌어 올려주며, 나선형 스크류 2단 교반기 장착으로 상부로 끌어올려 뒤집고 사방으로 흩으러 고르게 교반, 통기성과 산소공급이 증대되며 고온발효로 수분의 중발을 도와서 폐수를 무방류하고 발효기간을 단축시키며 앞부분에 혼합물질을 뒷부분으로 서서히 옮겨가면서 호기성 발효가 진행된다.

발효조에 투입된 후 24∼48시간(하절기∼동절기) 이내에 발효가 개시되면 수증기가 발생하며 1∼2일 이후부터는 40∼60℃이상 상승하며 발효가 진행되며 발효조의 1/3 부분에서부터 70∼80℃의 온도분포를 나타내며 호기성 미생물의 활성화로 염기성 미생물은 감소한다. 동절기 온도상승이 늦어질 때에는 호기성 미생물 제재를 뿌려주거나 온풍기로 공기를 공급하여 준다.

자동적인 기계작동에 의한 발효, 건조, 증발이 되면서 발효조 투입후 2∼4일내에 발효상 내부는 70∼85℃의 온도로 상승하여 서서히 수분이 감소되면서 발효조 3/4부분 이후에는 40∼50℃이하로 낮아지면서 함수율이 40%이하로 되며 2주간 이후에는 발효가 정지된다. 이상과 같은 고온 발효과정에서 함수율이 낮아질 때에는 액상분뇨를 발효상 위에 스프레이하여 교반하므로 폐수를 무방류 발효분해를 촉진하며 비료성분을 높여 유기물과 무기물이 고르게 안정화된다. 본 발명 완효성 비료성분을 표 6의 시험성적서와 같다.

제 4 공정 :첨가체 혼합 및 포장

상기 제 3 공정에 의해 제조된 완효성 비료는 수도작에 사용시에 질소성분이 부족한 점을 감안하여 아미노산액비, 갈탄, 활성탄 또는 지오라이트를 혼합하여 토양개량효과와 비료성분을 첨가하여 포장하거나 입상(Pelletting)화 하여 입상으로 완제품을 제조한다.

본 발명 완효성 비료 성분 시험성적서

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 천연 미생물의 호기성 유기물 분해를 이용한 여러 가지 폐기물을 동시에 처리하는 방법을 제공하며 폐기물을 무방류 재활용하므로 처리비용이 절감되며 농민에게 저렴한 가격으로 생산공급이 가능한 효과가 있다.

또한, 벼 생육에 필요한 모든 성분이 고르게 안정화된 완효성, 노동력절감형 비료를 제공하며 경운시 1회의 기비로 농약을 사용하지 않고, 고품질 양질미를 생산하며(표 6) 벼농사에 생력화로 국제 경쟁력을 키울 수 있는 뛰어난 효과가 있으므로 농업 및 비료 산업상 매우 유용한 발명인 것이다.

본 발명 완효성 비료의 수도작 경작시험성적서

[표 6]

Claims (3)

1. (정정) 제지슬러지 40∼60 중량% 축산액상분뇨 40∼60 중량%를 전처리조에서 12∼24시간 침적 제지슬러지에 축산분뇨를 흡착 해리분해하여 곤죽이 되게 하고, Fly ash 80∼95% 중량%와 목분과 목편(Wood chip), 왕겨 5∼20 중량%를 혼합한 수분 조절제를 첨가 초기함수율 60∼70%가 되도록 혼합하여 발효조에 투입하여 나선형 스크류식 2단 교반기로 12∼15일간 고온 발효시에 축산폐수를 살포 퇴비화시키고 여기에 유기물, 비료성분, 토양개량제 또는 Talc, Clay 등 첨가제를 첨가함을 특징으로 하는 수도작용 완효성 비료의 제조방법.
2. (정정) 제지슬러지, 축산액상분뇨, 목분, 목편, 왕겨를 주재로 하고 Fly ash를 수분 조절제로 이용하여 고온발효처리됨을 특징으로 하는 수도작용 완효성 비료.
3. (삭제)

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