KR100267753B1 - 해저퇴적물을이용한유기질비료제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 해저퇴적물을 이용한 유기질비료 제조방법은 해저 퇴적물을 펌핑한 퇴적물에 소량의 담수를 첨가하여 탈수하는 펌핑 및 탈수공정, 그리고 탈수된 퇴적물에 유기성폐기물을 분쇄한 후 혼합하는 유기물혼합공정, 그리고 퇴적물 및 유기물을 혼합한 혼합물에 안정화첨가제를 투여하여 혼합물의 특성을 향상시키고, 혼합물의 이동성을 감소시키는 안정화공정을 포함한 순으로 진행함으로써, 해저퇴적물을 재활용하여 비교적 짧은 시간에 양질의 비료를 제조하고, 연안 해역의 환경을 효율적으로 보전함과 더불어 자연자원을 이용할 수 있도록 하였다.

Description

해저퇴적물을 이용한 유기질비료 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING ORGANIC FERTILIZER USING SUBMARINE DEPOSIT}

본 발명은 연안 양식장의 해저퇴적물을 이용한 유기질비료 제조방법에 관한 것으로, 특히 해저 퇴적물을 이용해서 비료를 만드는 공정에 안정화공법을 적용하여 해저 퇴적물 및 그와 혼합한 유기물의 특성을 향상시키고, 혼합물의 이동성을 감소시켜 약알카리성을 갖도록 한 유기질비료를 제조함으로써, 연안해역내에 폐기물로서 그 처리문제에 어려움을 겪고 있고, 적조발생을 유도하는 영양염류를 용출시켜 환경악화를 가중시키는 연안 양식장 해저퇴적물을 자원화하여 산업적으로 이용할 수 있는 유기질비료 제조방법에 관한 것이다.

한국연안 해역의 환경문제 특히, 적조 등의 환경 악화상황은 최근 연안 서식 생물에 커다란 피해를 줌에 따라 사회적인 문제로까지 부각되고 있는 실정이다. 그러나, 지금까지 국내에서의 연안 해역 환경문제에 대한 연구동향은 주로 현 시점에서 그 해역의 환경오염 실상을 파악하는 수준의 연구에 주력하여 왔으며, 그러한 악화된 환경을 어떻게 해결할 수 있는지에 대한 연구는 매우 인색한 경향이었다. 연안해역의 환경문제가 현시점에서 그 민감도가 더욱커지고 있는 것은 1994년 11월에 발효된 유엔 해양법조약과도 밀접한 관련이 있다고 할 수 있다. 유엔 해양법조약은 해령, 배타적 경제수역, 공해, 대륙붕, 심해저등에 관하여 포괄적인 해양질서를 규정하고 있으나, 우리나라의 입장에서 특히 중요한 것은 200해리 경제수역설정문제이며, 그 외에 공해상에서의 각종 어업규제가 계속 강화되고 있는 현실을 감안할 때 우리나라 연안 해역의 효율적 관리 및 이용이 그 어느때 보다도 중요한 시점에 와 있다고 할 수 있다. 따라서 국내에서의 환경분야 연구는 앞으로 먼 장래를 생각하고 "연안해역의 효율적 관리와 이용" 이라는 측면에서 자연자원의 이용개발과 더불어 효율적으로 환경을 보전할 수 있는 방안 마련을 위한 관련 연구방향으로 시급히 전환되어야 할 것이다. 이와 같은 시대적 요구에 따라 현재의 연안양식 어장의 부영양화를 가중 시키고 있고, 적조발생과 같은 2차적인 문제를 야기시키고 있는 퇴적물을 직접 제거함으로써 양식 어업의 지속적인 생산성 유지 및 경영의 안정을 도모하며, 퇴적물을 재활용함으로써 예산절감 및 고용촉진의 기회가 되도록 함에 있다.

일반적으로, 해저 퇴적물을 처리하여 다른 용도로 재활용하는 방법은 일본공개특허공보 평3-190385에서 소개되고 있으며, 육상 퇴적물을 재활용하는 방법은 준설토를 이용하여 벽돌을 제작하는 방법이 있고, 음식물쓰레기 등의 유기성 폐기물을 재활용하는 방법은 발효공법을 이용하여 비료를 제조하는 것이다. 즉 폐기물에 발효시 필요한 적당량의 수분함유 상태로 만든후 이를 발효시켜 비료로 재활용하였다.

이러한 종래의 기술에서는 상기한 바와 같이 해저 퇴적물을 이용한 재활용 방법은 일본공개특허공보 평3-190385에서 소개되고 있으나 탄산칼슘인 아라고나이트수와 담수를 사용하여 염분을 감소시켜 개량된 해저 퇴적물을 가축분(계분, 우분, 돈분, 마분)과 혼합한후 토양미생물인 토마스균을 이용하여 발효공정을 거쳐 양질의 유기질 비료를 제조하고 있다. 또한 음식물 쓰레기등 유기성 폐기물을 재활용하는 방법으로 제시된 발효공법에서는 발효에 적당한 수분인 60∼70%의 함수율을 만들기 위하여 톱밥등의 수분조절제를 사용해야 하며, 이러한 수분조절제를 사용하는 경우, 무기질을 첨가하게 되어 유기질 비료의 유기물 함량이 낮아져 양질의 제품을 기대하기는 힘든 문제점이 있다. 그리고 이러한 발효공정을 해저퇴적물에 직접 적용하면 해저퇴적물에 함유된 염분의 영향으로 미생물의 발효활동이 억제되어 완숙발효가 일어나기 힘들다. 또한, 발효되기 위한 시간이 필요하여 유기질비료의 제조시간이 길어지는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 고려하여 고안한 것으로, 해저퇴적물을 재활용하여 함유 염분량에 영향을 받지않고 비교적 짧은 시간에 단지 안정화 공정만을 거쳐 양질의 비료를 제조함으로써 연안 해역의 환경을 효율적으로 보전함과 더불어 자연자원을 이용할 수 있도록 해저퇴적물을 이용한 유기질비료 제조방법을 제공함에 있다.

도 1은 본 발명에 의한 유기질비료제조공정을 순차적으로 나타내는 공정도.

도 2는 본 발명에 의한 안정화공정을 거친 시료와 연안 양식장의 퇴적물인 원시료를 비교하여 나타낸 도표.

이러한, 본 발명의 목적은 연안 해역의 해저 퇴적물을 펌핑한 퇴적물에 소량의 담수를 첨가하여 탈수하는 펌핑 및 탈수공정과, 탈수된 퇴적물에 분쇄한 음식물 쓰레기 및 하수슬러지등의 유기성 폐기물을 혼합하는 유기물혼합공정, 그리고 퇴적물 및 유기물을 혼합한 혼합폐기물에 안정화첨가제를 투여하여 혼합폐기물의 특성을 향상시키고, 혼합물의 이동성을 감소시키는 안정화공정과 안정화 처리된 혼합폐기물의 안정화 반응물을 건조하여 유기질비료를 생산하는 건조공정의 순서로 진행함으로써 달성된다.

안정화공정에 생석회를 안정화첨가제로 사용하여 강한 발열반응을 일으킴과 동시에 안정화 처리된 혼합폐기물의 안정화 반응물을 강알카리화 시키도록 한다.

건조공정시 안정화 처리된 혼합폐기물의 안정화 반응물을 공기중에 노출하여 탄산칼슘을 생성시킴으로써 약알카리성을 유지하도록 한다.

이하, 본 발명에 의한 해저퇴적물을 이용한 유기질비료 제조방법을 첨부도면에 도시한 실시례에 따라서 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 유기질비료제조공정을 순차적으로 나타내는 공정도이고, 도 2는 본 발명에 의한 안정화공정을 거친 시료와 연안 양식장의 퇴적물인 원시료를 비교하여 나타낸 도표를 각각 보인 것이다.

이에 도시한 바와 같이, 본 발명에 의한 해저퇴적물을 이용한 유기질비료 제조방법은 우선, 연안 해역의 해저 퇴적물을 펌핑한 후 상기 퇴적물에 소량의 담수를 첨가하여 탈수하는 펌핑 및 탈수공정을 수행한다. 그런 다음, 탈수된 퇴적물에 분쇄한 음식물 쓰레기 및 하수슬러지등의 유기성 폐기물을 혼합하는 유기물혼합공정을 수행한다. 그런 다음, 퇴적물 및 유기물을 혼합한 혼합폐기물에 생석회의 안정화첨가제를 투여하여 혼합폐기물의 안정화 반응을 일으키게 한다. 그런 다음, 안정화 처리된 혼합폐기물의 안정화 반응물을 건조하면, 유기질 함량이 높은 양질의 유기질비료를 생산할 수 있다. 또한 사용상의 편의를 위하여 유기질 비료를 팰렛형태로 생산할 수도 있다.

건조공정시 안정화 처리된 혼합폐기물의 안정화 반응물을 공기중에 노출하여 이산화탄소와 반응하게 함으로써 탄산칼슘을 생성시켜 약알카리성을 유지하도록 한다.

상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 안정화방법을 해저 퇴적물과 상기 해저퇴적물에 혼합한 유기폐기물에 적용하여 유기질비료를 생산하는 것임을 알수 있다. 이에 안정화 방법에 대하여 간단히 살펴본다.

안정화는 일반적으로 유해폐기물의 관리에 적용되는 방법으로 유해폐기물 오염지역의 정화, 다른 처리 공정의 잔류물 처리 예를 들면 열처리 공정의 재를 처리하는 등에 적용된다. 안정화는 폐기물에 안정화 첨가제를 투여하여 폐기물에 있는 오염 물질의 이동 속도와 폐기물의 유해성을 줄이는 공정이다. 따라서, 안정화는 오염물질이 첨가제와 전체적, 혹은 부분적으로 결합되는 공정이라 할 수 있는 것으로, 안정화의 목적은 안정된 물질의 공학적 특성을 향상시키고, 폐기물의 유해성과 이동성을 감소시키는 데 있다.

안정화는 첨가제를 사용하여 폐기물과 폐기물내 유해 성분의 특성을 아래와 같이 전환시켜 폐기물의 유해성을 감소시키는 공정이다. 폐기물의 취급 및 물리적 특성 향상, 오염물질이 이동되는 표면적 감소, 폐기물 안에 있는 오염 물질의 용해성 제한, 그리고 오염물질의 유해성 감소이다. 이러한 안정화 기술이 주로 적용되는 분야는 매립처분전의 폐기물을 안정화시키거나 오염된 지역을 정화시킬 때 이용된다.

이와 같은 안정화방법을 이용한 본 발명의 유기질비료 제조방법을 화학반응식을 통해 좀더 상술한다.

본 발명은 펌핑 및 소량의 담수를 첨가하여 탈수 공정을 수행한 해저퇴적물에 분쇄한 음식물 쓰레기 및 하수슬러지 등의 유기성폐기물을 혼합한 후 생석회를 첨가제로 이용하여 안정화반응을 시킨 것으로써, 상기 안정화 반응의 화학반응식은 다음과 같다.

안정화 화학반응은 반응기내의 화학반응과 반응기외의 반응 즉 건조반응과, 토양내 반응으로 나누어 살펴볼수 있으며, 먼저 반응기내의 화학반응식은,

CaO + H₂O → Ca(OH)₂+ 15.6 kcal/mol

Ca(OH)₂+ 2CO₂→ Ca(HCO₃)₂+ 35.4 kcal/mol

pH ; 12∼13 으로, 약품의 주성분인 산화칼슘(CaO)을 투입 후 수산화칼슘(Ca(OH)_{2 ,}Ca(HCO₃)₂)로 변화하여 강열반응을 일으키게 되고, 열은 악취 성분을 분해하며, 수소이온농도(pH)를 강알카리화 시켜 병원균을 사멸시킨다.

다음으로, 반응기외 반응 즉 건조의 원리에 대한 화학반응식은,

Ca(OH)₂+ CO₂→ CaCO₃+ H₂O ↑

Ca(HCO₃)₂→ CaCO₃+ H₂O + CO₂↑ 으로, 반응 후 처리물은 공기 노출시 이산화탄소(CO₂)와 반응하여 탄산칼슘이 생성되고, 상기 탄산칼슘의 수소이온농도(pH)는 약알카리성을 유지한다.

마지막으로 본 발명에 의한 해저퇴적물을 이용한 유기질비료 제조방법에 의해 제조된 비료를 토양에 주었을때의 화학반응식은,

CaCO₃+ H₂O + CO₂→ Ca(HCO₃)₂

Ca(HCO₃)₂→ Ca²⁺+2HCO₃ ^-으로, 처리물을 토양에 주었을 때 자연히 중탄산 칼슘(Ca(HCO₃)₂)이 되고, 이것이 해리하여 약알카리 상태가 되어 산성토양을 중화한다.

상기와 같이, 생석회와 연안 양식장 해저 퇴적물의 화학반응시 자연발생되는 반응열 및 강알카리성으로, 연안 양식장 해저 퇴적물의 악취 및 병원균이 제거되고 건조된 제품은 양질의 유기질 비료가 된다.

도 2는 우리나라 남해안에서 채취한 해저 퇴적물을 안정화처리기를 이용하여 5%의 생석회를 부재료로 첨가하여 안정화 반응후 건조시킨 유기질 비료제품의 성분검사 결과를 나타낸 도표로써, 시료 A는 양식장 퇴적물의 원시료를 나타내고, 시료 B는 음식쓰레기 등 유기성 폐기물을 혼합한 후 안정화 공정을 거친 처리시료를 나타낸 것으로, 이에 도시한 바와 같이, 본 발명에 의해 제조된 비료는 모든 퇴비기준에 적합한 비료임을 알 수 있다. 본 발명의 일실시예에 적용된 생석회는 5% 생석회를 사용하였지만 경우에 따라 비를 변화 시킬 수 있다.

본 발명에 의한 안정화 처리방법을 적용할 경우, 기존의 발효공법과 비교를 한다면, 본 발명에 의한 안정화방법은 염분의 작용에 영향을 받지 않고, 수분조절제를 쓰지 않으며 비교적 단시간에 퇴적물을 처리할 수 있다는 것이다. 현재 국내에 설립된 발효 공법을 이용한 부산물 비료공장은 인건비율이 높아 효율성이 낮고, 전량을 가열로써 건조하기 때문에 건조에 많은 비용이 들어 경영상의 어려움이 있다. 또한 안정화공법을 적용한 방법은 연안양식 어장의 부영양화를 가중시키고 있고 적조발생과 같은 2차적인 문제를 야기시키고 있는 퇴적물을 직접제거 함으로서 양식어업의 지속적인 생산성 유지 및 경영의 안정을 도모하며 퇴적물을 재활용할 수 있으며, 토양 및 작물에 재이용시 악영향을 끼치지 않아 산업상의 이용 가능성은 높아질 것으로 기대된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 해저퇴적물을 이용한 유기질비료 제조방법은 수중 퇴적물을 펌핑한 후 퇴적물에 소량의 담수를 첨가하여 탈수하는 펌핑 및 탈수공정, 탈수된 퇴적물에 유기성폐기물을 분쇄한 후 혼합하는 유기물혼합공정, 퇴적물 및 유기물을 혼합한 혼합물에 안정화첨가제를 투여하여 혼합물의 안정화 반응을 시키는 안정화공정을 포함한 순서로 진행함으로써, 해저퇴적물을 재활용하여 비교적 짧은 시간에 양질의 비료를 제조하고, 연안 해역의 환경을 효율적으로 보전함과 더불어 자연자원을 이용할 수 있도록 한 효과가 있다.

Claims (4)

1. (삭제)
2. (정정) 연안 해역의 해저 퇴적물을 펌핑한 후 상기 퇴적물에 소량의 담수를 첨가하여 탈수하는 펌핑 및 탈수공정,

   탈수된 퇴적물에 분쇄한 음식물 쓰레기 및 하수슬러지 등의 유기성 폐기물을 혼합하는 유기물혼합공정,

   상기 퇴적물 및 유기물을 혼합한 혼합폐기물에 안정화첨가제인 생석회를 투여하여 발열반응을 일으킴으로써 상기 혼합 폐기물이 강알카리화 되도록 하는 안정화공정,

   그리고 상기 안정화 처리된 혼합폐기물의 안정화 반응물을 건조하여 유기질비료를 생산하는 건조공정의 순으로 진행하는 것을 특징으로 하는 해저퇴적물을 이용한 유기질비료 제조방법.
3. (삭제)
4. (정정) 제2항에 있어서, 상기 건조공정시 안정화처리된 혼합폐기물의 안정화 반응물을 공기중에 노출하여 탄산칼슘을 생성시킴으로써 약알카리성을 유지하도록 한 것을 특징으로 하는 해저퇴적물을 이용한 유기질비료 제조방법.