KR100358408B1 - 석고와 유기성 오니류를 이용한 간척지 논토양 입상토양개량제및 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인산질(P₂O₅)비료를 제조하는 과정에서 부산물로 다량 발생하는 폐석고(Gypsum, CaSO₄,2H₂O)와 다른 폐기물인 제지펄프공장 슬러지와 화력발전소 소각로 Fly-ash를 조미료공장 발효폐수(Amino acid)등 식품공장 오니류를 접착제로 하여 입상으로 뭉치고 건조하여 간척지 논토양의 개량에 필요한 석고와 유기물,규산,유효인산, 석회, 아연을 함유한 복합토양 개량제와 유기성 폐기물의 발효퇴비화에 수분조절재(팽화제, Bulking agent)로 사용하는 입상 조성물과 그 제조방법을 제공하므로서 값이 저렴하게 간척지 농촌에 공급하여 주곡(쌀) 증산에 기여하고, 환경을 보전하고 지속적인 경제발전에 기여하는 환경친화적인 유용한 발명이다.

WTO협정과 UR에 따른 무한경쟁시대에 국제적인 식량 무기화에 대비하는 주곡(쌀) 자급을 위한 정부의 간척사업 추진으로 확장되고 있는 간척지 논토양에 생력적(省力的) 복합개량제로 제공하므로서 국제 경쟁력을 키우고 쌀증산을 위한 자급기반조성과 정부 식량정책에 기여하는 국책적인 발명이다.

Description

석고와 유기성 오니류를 이용한 간척지 논토양 입상토양개량제 및 그 제조방법{Method of soil reclamation pellet for rice crop of saline soil using gypsum and organics sludge}

본 발명은 폐기물인 부산석고, 폐석고(GYPSUM)와 제지펄프슬러지, Fly-ash, 조미료발효폐수등 유기성 오니류를 이용한 간척지 논토양 입상토양개량제와 수분조절제(팽화제, Bulking agent) 및 그 제조공법에 관한 기술이다.

부산석고는 인산질(P₂O₅) 비료의 원료인 인산 생산과정에서 다음 반응식과 같이 인광석을 황산에 반응 제조시에 부산물로 년간 320만톤이 발생한다.

Ca₁₀(PO₄)₆F₂+ 10H₂SO₄+ 20H₂O → 6H₂PO₄+ 10CaSO₄·2H₂O + 2HF

부산석고는 석고보드등 건축자재나 미술용, 의료용, 시멘트원료 등 일부 다른 용도로 약 60∼70％가 사용되지만 발생량에 따른 수요가 부족하여 30∼40％이상 엄청난 수량이 폐기물로 2,500만톤 이상 적체되어 있으며 방치되거나 매립하고 있어 해당 산업분야와 국토 이용 측면에서 2차 환경공해문제로 대두되고 있다.

부산석고는 아래 표1과 같이 성분으로 구성되어 간척지 논토양개량제와 수분조절제로 사용가능 자원으로 재활용 할 수가있다.

참고 : 남해화학(주) 분석자료

부산석고는 아래 표2. 유해성분 함량비교표와 같이 농림부 비료공정 규격상의 유해성분 허용기준량 보다 미량이거나 검출되지 않는다.

참고 : 비료공정규격 '97.7.9 농림부비료허가기준

부산석고 : 한국과학기술연구원 '93.9.25

제지펄프공장슬러지는 국내 100여개 공장에서 년간 120만톤('96 한국제지공업협동조합 통계)이 폐기물로 발생하며 61％는 자체소각처리,28％는 해양투기, 3％는 자체매립, 약 8％정도는 재활용하고 있다. 제지펄프슬러지는 유기물이 50∼60％ 함유한 비료원료로 선별 사용이 가능하도록 되어있다. 석탄을 사용하는 화력발전소나 소각장에서 발생하는 Fly-ash는 '97년도에 1년간 약400여만에 달하며 석탄사용발전소 및 소각로 증설에 따라 2005년도에는 570만톤에 이를것으로 추정하고 있다.

'95년도 Fly-ash 재활용율은 18％, '95년도에 22％, '97년도에 25％를 시멘트원료, 레미콘 혼화제 등 건축 토목분야에 재활용되고 대부분을 회처리장(Ash pond)이나 지정 폐기물 매립장에 매립하고 있는데 매립지 확보 곤란과 국토이용 측면뿐아니라 2차 환경공해 문제로 대두되고 있다.

Fly-ash에는 가용성 규산(SiO₂) 46∼69％, 철분(Fe₂O₃), 석회(CaO), 고토(MgO), 가리(K₂O), 아연(Zn) 등 토양개량에 필요한 미량원소가 고르게 함유한 유용한 자원이 된다.

한편 조미료생산공장에서 당밀을 발효하여 조미료를 정제 적출한 후에 폐수로 발생하는 Amino acid는 고농도(BOD22,500∼320,000mg/ℓ COD40,000∼165,000mg/ℓ) 폐수로서 일반적인 수처리 공정으로는 분해가 곤란하며 발생량중 일부는 중화처리하여 액비로 또는 사료로 재활용하고 있으나 대부분을 해양투기로 버려지고 있다.

그런데 제지펄프슬러지나 조미료발효폐수, 식품공장 오니류 등은 유해물질이 거의 검출되지 않는 폐기물이지만 안정화 되지 않은채 토양에 뿌리면 토양중에서발효 분해시 가스와 고열로 작물에 치명적인 피해가 유발되며, 비료성분의 불균형으로 토양 환경 파괴에 문제점이 있다.

국내 농경지 면적의 54％를 점유하고 있는 벼재배 논 면적 105만ha중에 본 발명 입상복합토양개량제가 필요한 간척지 논 75,700ha 고논(습답) 111,200ha , 특이산성논 3,100ha, 계 19만ha인 전체 논면적의 18％를 점유하고 있다.

WTO협정 UR에 따른 국제적인 식량무기화 추세에 따른 주식량(쌀) 자급정책에 따른 정부의 간척사업 추진으로 간척지 논면적은 아래 표3.과 같이 증가하고 있다.

참고 : 농림부 '99. 1월 통계자료

논 토양의 이화학적 성질은 벼의 생산량으로 나타난다.

간척지 논 토양은 많은 염분 때문에 벼의 생육이 나쁘고 토양의 알갱이가 너무 작아서 배수와 공기의 유통이 나빠 환원이 심하고 황화수소가 발생한다.

또한 교환성 소다(Na⁺) 비율이 높아서 토양의 투수성과 통기성이 극히 불량하여 벼의 뿌리가 썩고, 쌀생산량이 떨어진다. 이러한 간척지 토양은 관계배수시설을 하여 염분과 황산염을 제거하고 투수성과 이상 환원의 발달을 억제하는 토양의 이화학적 성질을 개량하는 필요성이 있다. 간척지 토양은 용탈에 의해서 제염이 이루어지는데 동시에 토양중에 영양분이 세탈되며 간척 연대가 경과될수록 규산성분의 용탈이 가장 심하다. 제염을 위한 투수속도를 늘리는 토양개량제로 석회, 볏집, 규조토, 제오라이트. 석고 등을 사용하는데 개량제별 투수속도는 석고> 규조토> 무처리> 제오라이트> 볏집 순으로 석고 처리시에 투수가 가장 촉진되었는데 이는 석고중의 Ca⁺⁺이온이 토양으로부터 제거되는 Na⁺와 치환하여 토양 콜로이드에 흡착됨으로서 토양 입자의 분산을 감소시킨 결과이다.(국토배양 10개년사업 종합보고서 P260. 1988. 농촌진흥청 )

논 토양의 유형별로 토양의 이화학적 특성을 살펴보면 아래 표4.와 같다.

참고 : 토양비료학 P160 유순호, 임선욱 공저. 방송통신대학

간척지 논 토양을 관계배수할 때 담수를 사용하여 진행되면 규산등 토양중에 양분이 세탈되며 교환성소다(Na⁺)의 영양으로 토양입자들이 분산된다. 토양입자들이 분산되면 투수성이 극히 불량해져 뿌리가 상하고 제염이 진행되지 않아 벼 생육에 장애가 되고, 쌀 생산성이 떨어진다. 이 현상을 개량하기 위하여 석회 사용이 필요하게 되는데 간척초기 알카리성 논 토양에 석회를 사용하면 더 강한 알카리성 토양이 되어 이화학성이 불량해지므로 석회보다 산성인 석고(CaSO₄·2H₂O)를 사용하여 토양산도를 높이지 않으면서, 소다(Na⁺)로 포화된 토양을 석회(Ca⁺⁺) 토양으로 바꾸어(Na⁺를 용탈) 교질입자의 전위를 낮출수 있고 토양입자의 분산을 막으면서 제염을 효과적으로 실시 토양의 이화학적 성질을 개량하여 쌀 생산성 향상에 기여한다(토양비료학 P162). 부산물로 발생하는 분상 석고를 사용할 때 사용의 불편함과 아울러 부족한 성분을 보충하는 방법으로 기술을 개량하였다.

본 발명은 간척지 논 토양의 pH 및 염분문제 해결뿐만 아니라 환수시에 세탈되는 규산을 공급하고 표4.에 나타나 있는 부족한 성분인 유기물과 석화(Ca⁺⁺),유효인산, 아연(Zn)을 동시에 보충하는 완전한 복합토양개량제 제조에 폐자원인 부산석고와 Fly-ash,조미료 발효폐수등 유기성 오니류를 이용하여 입상으로(10∼3 mm) 뭉치고 건조하여 제조하며, 제품은 간척지 논 토양개량제인 쌀 증산용 비료로 사용되며, 동시에 수분흡착력, 팽화의 기능과 토양개량제로서의 성분이 있는 입상수분조절제(10∼30mm)로 유기성 폐기물의 발효 퇴비화에 팽화제(Bulking agent)로 사용하는 입상 조성물과 그 제조공법을 제공하므로서 환경오염방지와 자원의 절약 및 재활용 촉진을 통하여 환경을 보전하고 지속적인 경제발전에 기여하는 환경친화적인 유익한 발명이다.

도. 1은 본 발명의 공정도

부산석고, Fly-ash, 제지슬러지, 조미료 발효폐수등 식품공장 오니류와 동시에 처리 입상으로 제조하는 간척지 논 토양개량제와 수분조절제 제조공정의 개략은 도1.과 같다.

이하 첨부된 도1.의 공정도에 의거 본 발명 입상토양개량제와 수분조절제 및 제조공정을 상세히 설명하면 아래와 같다.

제1공정 : 원료의 운반 및 보관공정

원료사용량이 가장 많은 부산석고는 적치장에서 가까운 거리에서 콘베이어시스템으로 또는 암롤 차량으로 운반하여 보관 탱크에 투입 보관한다. 부자재인 제지펄프슬러지는 암롤 차량으로 접착력이 있는 조미료 발효폐수 식품공장 오니류는 탱크로리 또는 암롤 차량으로 운반하여 접착제 탱크(Binder Tank)에 투입 보관한다.

Fly-ash는 벌크차로 운반하여 비산되지 않도록 Silo에 보관한다.

제2공정 : 혼합교반공정

부산석고 보관 탱크에서 스크류콘베어를 이용하여 이송하면서 계측장치로 중량을 측정하고 중량비율로 60∼70 중량％와 제지펄프슬러지, 조미료발효폐수, 식품공장 오니류 등을 혼합한 점성이 있는 접착제를 20∼30 중량%를 계측하여 혼합교반조에 자동 투입하고 고속교반기로 혼합한후에 Fly-ash 보관Silo에서 스크류콘베어로 이송하여 계측장치를 통과하면서 중량을 측정 약 10％를 1차 교반 물질에 투입하여 고르게 혼합한다.

제3공정 : 입상 과립상 제조공정

혼합 교반이 된 물질을 벨트콘베이어 이송하여 입상기(10∼30mm) 또는 과립기(3∼10mm)에 투입하여 용도와 수요에 따라 입상 또는 과립상으로 토양개량제와 수분조절제를 제조한다.

제4공정 : 건조과정

입상 또는 과립상으로 덩어리가 강도와 경도를 유지하고 수분을 증발시키기 위하여 터널식 건조로에 투입하여 200∼300℃고온으로 10∼20분간 건조하여 함수율 5％내외로 유지하여 운반 사용에 편리한 상태로 제조한다.

제5공정 : 포장 운반 출하공정

입상토양개량제와 수분조절제등 용도에 따라 필요한 비료성분과 흡습제 등을 첨가하여 운반 보관중에 흡습을 방지하기 위하여 20kg PE백(Park)에 포장하거나 제품보관Silo에 보관하고 사용할 때 벌크차 암롤차에 적재 운반하여 사용처에 직송한다.

본 발명 토양개량제의 비료성분 성적서는 아래 표5.와 같다.

상술한 수치는 부산석고, Fly-ash, 제지펄프슬러지, 조미료발효폐액 등 식품공장 오니류의 수집 운반등 여건이나 제품의 용도 및 특성에 따라 원료의 혼합비율과 수치를 조절할수 있으며 본 고안은 상기수치에 한정되지 않는다.

이상 설명한 바와같이 본 발명은 여러 가지 폐기물을 동시에 재활용하여 자원화하므로서 폐기물 처리 비용이 절감되며 2차공해 예방등 환경보전에 기여하며, 농민에게는 저렴한 가격으로 복합토양개량제를 공급하는 효과가 있다.

또한 간척지 논 토양에 필요한 모든 성분이 고르게 안정화된 복합토양 개량제로 사용하여 인건비 절감과 고품질 양질미를 증산하는 효과가 있어 WTO협정, UR에 대비한 국제 식량무기화 추세에 따른 벼 농사의 생력화로 국제 경쟁력을 키울 수 있고, 아래 표6.과 같이 벼가 14％이상 증산되는 뛰어난 효과가 있으므로 농업 및 비료산업상 매우 유용한 발명인 것이다.

참고 : 농토배양 10개년 사업종합보고서 P258∼271.

1989농촌진흥청

Claims (3)

1. 부산석고와 플라이 애쉬의 혼합물 70∼80 중량％ 및 제지펄프슬러지와 조미료발효폐수의 혼합물 20∼30 중량％를 혼합하는 단계; 상기 혼합물을 입상으로 뭉쳐서 200∼300℃에서 10∼20분간 건조하고 함수율을 1∼5%로 조절하여 제조하는 것을 특징으로 하는 벼 농사용 입상의 복합토양개량제의 제조방법.
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