KR100430815B1 - 패각의 알카리 안정화공법을 이용한 유기질 비료제조방법 - Google Patents

패각의 알카리 안정화공법을 이용한 유기질 비료제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 의한 패각의 알카리 안정화 공정을 이용한 유기질비료 제조방법은 축산분뇨, 인 분뇨, 분쇄한 음식물 쓰레기 및 하수 슬러지 등의 유기성 폐기물을 혼합하는 유기물 혼합공정과, 상기 유기성 폐기물을 혼합한 혼합폐기물에 패각을 900∼1000℃로 소성 시킨 산화칼슘을 알카리 안정화 첨가제로 투여하여 대장균군, 분변계 대장균 및 생균을 사멸시키는 병원성 미생물로부터 안전성을 확보하고, 상기 혼합폐기물의 유기적 특성을 향상시키는 알카리 안정화 공정을 포함한 순으로 진행함으로써, 패각을 재활용하여 비교적 짧은 시간에 양질의 비료를 제조하여 자원화 함으로서 연안 해역의 환경을 개선하고, 효율적으로 보전함과 더불어 자연자원을 이용할 수 있도록 한다.

Description

패각의 알카리 안정화공법을 이용한 유기질 비료제조방법{Method for fabricating organic fertilizer of alkaline stabilization processes of shell waste}
본 발명은 패각의 알카리 안정화 공정을 이용한 유기질비료 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 패각을 이용하여 알카리 안정화 공정을 진행함으로써 유기물의 특성을 향상시키고, 병원성 미생물로부터 안전성을 확보하며, 양식부산물로서 대부분 해안가에 야적되어 연안어장오염, 공유수면 관리의 지장 및 어촌의 자연경관을 훼손시키고 있는 패각을 자원화하고 산업적으로 이용할 수 있는 패각의 알카리 안정화 공정을 이용한 유기질비료 제조방법에 관한 것이다.
우리 나라 남해안에서 수하식으로 양식한 굴 패각의 일부는 종패와 석회비료로 재사용 되고 나머지는 매립지에 매립을 하던지 해안가에 무단으로 폐기되는데 그 양이 1년에 30만톤에 이른다. 굴 패각은 일반 폐기물로서 양식어민이 처리하여야 하나 매립지 확보, 패각의 수거와 운반비 등 비용과다로 효과적인 처리가 불가능한 실정이다. 경상남도에서는 굴 패각의 근본적인 처리방법으로 굴 패각을 400∼500℃로 가열한 후 분쇄하여 알카리 비료로 제조하는 방법을 고안하여 사업성 평가를 해보았으나 경제성이 떨어져 사업화가 어려운 실정이다.
다음은 굴 패각의 특성 및 성분을 살펴본다.
굴 패각은 생명체가 만든 것이어서 순수한 탄산칼슘으로 되어 있으며, 얇은 막으로 여러겹 둘러싸여 있다. 그리고 성장하면서 유기물이 외부에 붙어있게 된다. 내면의 광택이 있는 면은 SiO2로 이루어진 것으로 알려져 있으며, 패각자체는 순수한 탄산칼슘과 유기물질로 되어 있다. 패각의 성분을 분석하면 아래 표 1과 같다.
패각의 성분분석
T-C(%) T-N(%) P2O5(%) K2O(%) CaO(%) MgO(%) Cu(mg/kg) Pb(mg/kg) Cr(mg/kg) Cd(mg/kg) Zn(mg/kg)
11.87 0.28 0.23 0.12 48.25 0.68 10.12 0.70 5.06 0.29 8.52
양식부산물로서 대부분 해안가 야적으로 연안어장오염, 공유수면 관리의 지장 및 어촌의 자연 경관을 훼손시키고 있는 패각처리 방법으로는 공유수면 매립,해양투기, 건축자재 등으로 이용되고 있다.
패각을 재활용하는 방법은 폐수처리, 적조생물 입자의 응집제거 및 해수중의 용존성 무기 인산인의 흡착제거, 토양개량제, 굴 패각으로부터 고급 침강성 탄산 칼슘의 제조방법이 있다.
한편, 축산분뇨, 인분뇨, 음식물 쓰레기 및 하수 슬러지 등의 유기성 폐기물을 재활용하는 방법은 발효공법을 이용하여 비료를 제조하는 것이다. 즉 유기성 폐기물에 발효시 필요한 적당량의 수분을 함유시켜 이를 발효시킴으로써 비료로 재활용하였다.
연안의 자연경관 및 공유수면 관리에 지장을 주고있는 패각의 처리는 특허 제 0225047호의 폐수처리용 활성 굴패각 분말의 제조방법, 특허 제 0178014호의 패각분말을 포함하는 석탄연료조성물 및 그의 제조방법, 특허 제 0003543호의 패각분의 제조방법, 특허 제 0160752호의 소성 굴패각 분말과 황토를 함께 사용한 적조생물 입자의 응집제거 및 해수중의 용존성 무기 인산염의 흡착제거 방법이 있으며, 특허 제 0275586호에서 소개되고 있는 천연무기질을 이용한 토양개량제 및 그 제조방법에는 굴패각을 적정온도에서 가열시켜 소성한 다음 이를 직접 토양에 주입하여 토양개량제로 이용하는 토양의 산성화를 막는 방법을 소개하고 있다.
그러나, 이러한 굴패각을 소성하여 pH 11.2이상인 소성된 굴패각을 직접 토양에 주입하면 토양의 pH가 갑자기 높아져 토양에 서식하고 있는 생물에 악영향을 미칠 수 있고, 비료성분을 기대할 수 없는 단점이 있다.
또한, 음식물 쓰레기등 유기성 폐기물을 재활용하는 방법으로 제시된 발효공법은 발효에 적당한 수분인 60∼70%의 함수율을 만들기 위하여 톱밥 등의 수분 조절제를 사용해야 하며, 이러한 수분 조절제를 사용하는 경우, 무기질을 첨가하게 되어 유기질 비료의 유기물 함량이 낮아져 양질의 제품을 기대하기는 힘든 문제점이 있다. 그리고 이러한 발효공정을 유기성 폐기물에 적용하면 패각 및 유기성 폐기물에 함유된 염분의 영향으로 미생물의 발효활동이 억제되어 완숙발효가 일어나기 힘들며, 또한 발효되기 위한 시간이 필요하여 유기질비료의 제조시간이 길어지는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 고려하여 고안한 것으로, 패각을 재활용하여 함유 염분량에 영향을 받지 않는 알카리 안정화 공법을 적용함으로써 혼합한 유기물의 특성을 향상시키고, 알카리 안정화제로 소성된 패각을 투입하여 대장균군, 분변계 대장균 및 생균을 사멸시키는 병원성 미생물로부터 안전성을 확보하는 알카리 안정화 공법을 제공함에 있다. 이는 본건의 출원인에 의한 특허 제 0267753호의 "해저 퇴적물을 이용한 유기질 비료 제조방법" 에서 제시된 기존의 공업용 생석회 대신 양식부산물로서 대부분 해안가 야적으로 연안어장오염, 공유수면 관리의 지장 및 어촌의 자연 경관을 훼손시키고 있는 패각을 자원화하고, 산업적으로 이용할 수 있는 소성된 패각의 알카리 안정화공법을 제공함에 있다.
비료 자원화 기술은 단기간에 많은 물량을 처리하고 속성 비료화를 위한 공정의 개발로서 알카리 안정화 공정만을 거쳐 완숙된 양질의 비료를 제조함으로써 연안 해역의 환경을 효율적으로 보전함과 더불어 자연자원을 이용할 수 있도록 한기술이다.
이러한, 본 발명의 목적은 축산분뇨, 인분뇨, 음식물 쓰레기 및 하수 슬러지 등의 유기성 폐기물을 분쇄하고 혼합하는 유기성 폐기물 혼합공정, 상기 유기성 폐기물 혼합공정에서 혼합된 유기성 폐기물에 안정화 첨가제인 패각을 투여하여 병원성 미생물로부터 안정성을 확보하고, 혼합된 유기성 폐기물의 유기적 특성을 향상시키는 알카리 안정화공정, 그리고 상기 알카리 안정화공정에서 안정화 처리된 유기성 폐기물의 안정화 반응물을 건조하여 유기질 비료를 생산하는 건조공정의 순으로 진행하는 패각의 알카리 안정화 공정을 이용한 유기질비료 제조방법에 의해 달성된다.
상기 알카리 안정화 공정은 패각을 채취한 후 세척하는 패각 세척단계, 상기 패각 세척단계에서 세척된 패각을 가열로에 넣고 900℃∼1000℃로 가열하여 소성하는 패각 소성단계, 상기 패각 소성단계에서 소성된 패각을 분쇄하여 혼합된 유기성 폐기물에 투여하는 패각 투여단계를 포함하여 이루어진다.
상기 알카리 안정화 공정에 투여된 패각은 습중량비 10% 이하 인 것을 특징으로 하며, 상기 알카리 안정화 공정에서 패각이 포함되어 반응한 혼합 유기성 폐기물의 pH는 12.2∼12.5인 것을 특징으로 한다.
상기 건조공정시 알카리 안정화 처리된 혼합 유기성 폐기물의 안정화 반응물을 공기 중에 노출하여 탄산칼슘을 생성시킴으로써 약알카리성을 유지하도록 한다.
상기 건조공정에서 건조된 안정화 반응물의 pH는 8.0∼8.3 인 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명에 의한 유기질비료 제조공정을 순차적으로 나타내는 공정도.
도 2는 본 발명에 의한 알카리 안정화 공정 전·후 시료를 비교하여 나타낸 것으로,
도 2의 (A)는 유기성 혼합 폐기물의 질소, 인산, 칼륨의 농도를 나타내는 도표.
도 2의 (B)는 안정화 반응후 유기질 비료의 질소, 인산, 칼륨의 농도를 나타내는 도표.
본 발명의 이들 목적과 특징 및 장점은 첨부 도면 및 다음의 상세한 설명을 참조함으로서 더욱 쉽게 이해될 수 있을 것이다. 또한, 본 실시 예는 이해를 돕기 위해 예시적으로 기재하는 것일 뿐 본 발명을 한정하려는 것은 아니다.
도 1은 본 발명에 의한 유기질비료 제조공정을 순차적으로 나타내는 공정도를 보인 것으로, 이에 도시한 바와 같이, 본 발명에 의한 패각의 알카리 안정화 공정을 이용한 유기질비료 제조방법은 우선, 축산분뇨, 인 분뇨, 분쇄한 음식물 쓰레기 및 하수 슬러지 등의 유기성 폐기물을 혼합하는 유기성 폐기물 혼합 공정을 수행한다.
그런 다음, 상기 혼합된 유기성 혼합 폐기물에 900∼1000℃로 소성시킨 패각을 투여하여 알카리 안정화 반응을 일으키는 알카리 안정화 공정을 수행한다.
이때 상기 알카리 안정화 공정은 패각을 채취한 다음 세척하는 패각 세척단계와, 세척한 패각을 전기로에 넣고 900∼1000℃의 온도에서 대략 30분간 소성시킴으로써 패각 표면의 유기물이 전량 제거되도록 함과 아울러 패각 표면이 흡착 기능을 충분히 발휘할 수 있도록 기공을 발달시키는 패각 소성단계와, 상기 소성된 패각을 분쇄기로 분쇄한 후 채를 이용하여 200 Mesh로 걸러 혼합 유기성 폐기물에 투여하는 패각 투여 단계를 포함하여 구성된다.
그런 다음, 상기 알카리 안정화 처리된 혼합 폐기물의 알카리 안정화 반응물을 건조하는 건조공정을 수행하면, 유기질 함량이 높은 양질의 유기질비료를 생산할 수 있다. 또한 사용상의 편의를 위하여 유기질 비료를 팰렛 형태로 생산할 수도있다.
건조공정시 안정화 처리된 혼합폐기물의 알카리 안정화 반응물을 공기중에 노출하여 이산화탄소와 반응하게 함으로써 탄산칼슘을 생성시켜 약알카리성을 유지하도록 한다.
상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 알카리 안정화공법을 유기성 폐기물에 적용하여 유기질비료를 생산하는 것임을 알수 있다. 이에 알카리 안정화 공법에 대하여 간단히 살펴본다.
알카리 안정화는 혼합폐기물을 이화학적 및 위생학적으로 살균시켜 혼합폐기물의 환경 부적격인 측면인 악취, 병원균 및 혐오감 등을 해소하며 비료의 토양 주입시 농작물의 병원성 미생물 및 유해물질의 영향을 받지 않고 안전한 농작물을 재배하기 위한 공정이다. 따라서, 알카리 안정화는 유기성폐기물이 첨가제와 전체적, 혹은 부분적으로 결합되는 공정이라 할 수 있다.
이와 같은 알카리 안정화공법을 이용한 본 발명의 유기질비료 제조방법을 화학반응식을 통해 좀더 상술한다.
본 발명은 축산분뇨, 인 분뇨, 분쇄한 음식물 쓰레기, 분뇨 및 하수 슬러지 등의 유기성 폐기물을 혼합한 후 소성시킨 패각을 첨가제로 이용하여 알카리 안정화 반응을 시킨 것으로써, 상기 알카리 안정화 반응은 다음과 같다.
알카리 안정화 화학반응은 반응기내의 화학반응과 반응기외의 반응 즉 건조반응과, 토양내 반응으로 나누어 살펴볼 수 있으며, 먼저 반응기내의 화학반응은,
CaO + H2O → Ca(OH)2+ 15.6 kcal/mol
Ca(OH)2+ 2CO2→ Ca(HCO3)2+ 35.4 kcal/mol
pH ; 12∼13 으로, 패각을 소성시킨 산화칼슘을 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 패각을 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, 소성시킨 패각과 유기성 폐기물의 화학반응시 자연 발생되는반응열 및 강알카리성으로, 유기성 폐기물의 악취 및 병원균이 제거되고 건조된 제품은 양질의 유기질 비료가 된다.
이러한 반응의 실시예를 아래와 같이 설명한다.
1. 비료의 성분분석
1.1 첨가제 종류 및 양에 따른 성분비교
비료화 방법의 첨가제는 소성시킨 패각의 적정한 주입량을 알아보기 위하여 총 분뇨량(습중량)에 대한 소성시킨 패각의 비율을 0∼10%까지 증가시키면서 1분, 3분, 5분, 7분 및 9분단위로 반응물의 pH를 측정하였다.
축산분뇨는 슬러리 돈사(A 농장, 평균함수율 94.6%), 스크레파 돈사(B 농장, 평균함수율 84.3%) 및 재래식 돈사(C 농장, 평균함수율 80%)에서 배출되는 돈분뇨를 사용하였다.
반응시간과 소성시킨 패각의 첨가에 따른 pH변화
종 류 시 간(min) 첨가제 양 (%)
0 1 2 3 4 5 7.5 10
A 농장 1 6.5 8.4 8.9 10.5 11.3 11.5 11.6 11.5
3 6.5 8.7 9.1 12.0 12.2 11.3 12.2 12.7
5 6.6 8.8 9.2 12.4 12.6 12.5 12.7 12.7
7 6.5 8.9 9.2 12.4 12.5 12.7 12.5 12.7
9 6.5 8.9 9.2 12.6 12.6 12.7 12.7 12.7
B 농장 1 6.7 8.2 8.5 10.9 11.7 11.7 11.9 11.9
3 6.6 8.4 8.9 11.4 12.5 12.7 12.7 12.7
5 6.7 8.4 8.9 11.5 12.6 12.6 12.6 12.7
7 6.7 8.4 9.0 11.5 12.6 12.7 12.7 12.7
9 6.7 8.4 9.0 11.6 12.7 12.7 12.7 12.7
C 농장 1 6.8 8.5 8.2 10.7 11.6 11.8 11.8 11.9
3 6.8 8.6 9.5 11.2 11.9 12.5 12.5 12.5
5 6.8 8.6 9.6 11.3 12.0 12.6 12.6 12.7
7 6.8 8.6 9.6 11.3 12.0 12.6 12.7 12.7
9 6.8 8.7 9.6 11.3 12.0 12.6 12.6 12.7
표 2에 나타낸 바와 같이, A농장에서는 소성시킨 패각을 총분뇨량(습중량)의 3%를 주입하여 5분간 반응시킬 때 분뇨 전체가 골고루 혼합되며, pH 12.4를 얻을 수 있었다. 또한, B, C농장에서는 각각 4%, 5%를 3분간 반응시 pH는 12.5로 나타나 적정반응조건이었으나, 분뇨전체가 골고루 혼합되지 않아 5분간 반응시켰는데 이때의 pH는 12.6으로 나타났다.
따라서, 상기 소성 시킨 패각은 총분뇨량의 3∼5%를 3∼5분간 반응시킬 때 적정 조건임을 알 수 있다.
1.2 원시료 및 건조된 유기질 비료의 성분
유기질 비료의 성분은 A, B, C 농장의 원시료에 A농장은 소성시킨 패각을 3%, B농장은 4%, C농장은 5%를 첨가하여 사용하였다.
유기질 비료의 성분분석
종 류 A농장 B농장 C농장
반응전(%) 반응후(%) 패각분말 첨가(%) 반응전(%) 반응후(%) 패각분말 첨가(%) 반응전(%) 반응후(%) 패각분말 첨가(%)
pH 6.5 8.0 8.3 6.7 8.1 8.4 6.8 8.1 8.4
T-N 2.59 2.05 1.77 2.77 2.12 1.83 2.84 2.13 1.84
P2O5 2.23 1.96 1.75 2.56 2.01 1.80 2.51 2.40 2.14
K2O 1.43 1.32 1.15 1.58 1.54 1.34 2.03 1.46 1.27
CaO 0.92 12.70 16.03 0.98 15.00 18.93 0.99 17.40 21.96
유기물 51.2 49.4 46.9 54.8 52.2 49.6 59.4 57.7 54.8
표 3에 나타낸 바와 같이, A 농장의 경우 소성된 패각으로 알카리 안정화 반응후 질소, 인산, 칼륨성분은 각각 2.05%, 1.96%, 1.32%이며 이들의 합계는 5.33% 이었고, B 농장의 경우 소성된 패각으로 알카리 안정화 반응후 질소, 인산, 칼륨성분의 합계는 5.67% 이었으며, C 농장의 경우 소성된 패각으로 알카리 안정화 반응후 질소, 인산, 칼륨성분의 합계는 5.99% 이었다. 또한, 건조시간 단축 및 칼슘성분의 보강을 목적으로 20% 패각 분말을 첨가하였을 때 비료의 3대 영양분은 감소하였으나 칼슘 성분은 증가하는 경향을 보였다.
실험에 사용한 축산분뇨의 유기물 함량은 51.2∼59.4% 이었으며, 소성된 패각을 이용하여 알카리 안정화시킬 경우 유기물 함량은 49.4∼57.7%이었고, 패각분말 20% 첨가하였을 때의 유기물 함량은 46.9∼54.8로서 비료기준 25%이상을 만족하였다. 또한 질소, 인산, 칼륨의 3성분간에 차이가 없고, 토양에 비료 주입시 영양분이 골고루 사용되어 과잉 영양분의 토양집적은 없을 것으로 생각된다.
2. 비료의 위해성 분석
2.1 중금속 농도 분포
원시료와 건조된 유기질 비료의 중금속 성분을 분석해 본 결과 A농장에서는 카드뮴이 0.12mg/kg에서 0.08mg/kg로, 구리는 412.35mg/kg에서 382.26mg/kg으로 다소 낮아지고, 아연은 460.94mg/kg에서 374.54mg/kg으로 낮아졌다. 크롬과 납은 원시료와 건조된 비료 모두 검출되지 않았다. B, C농장에서는 카드뮴, 구리, 아연은 원시료에 비해 다소 낮아졌고, 크롬과 납은 원시료와 건조된 비료 모두 검출되지 않았다.
중금속 농도분포
종 류 A 농장 B 농장 C 농장
반응전 반응후 반응전 반응후 반응전 반응후
카드뮴(mg/kg) 0.12 0.08 0.17 0.15 0.16 0.09
구리(mg/kg) 412.35 382.26 430.02 350.84 442.06 417.32
표 4에 나타내 보인 바와 같이, 중금속은 비료 관리법으로 규제하고 있으며 퇴비의 중금속 함량 기준치는 구리 500(mg/Kg), 납 150(mg/Kg), 크롬 300(mg/Kg), 카드뮴 5(mg/Kg)이하로서 알카리 안정화 반응을 마친 시료의 유해 중금속 함량은 퇴비기준을 만족하였다.
2.2 대장균군, 분변성 대장균 및 생균 변화
각 농장에서 배출되는 분뇨에 소성시킨 패각을 첨가시킨 혼합물의 pH변화에 따른 살균특성은 다음과 같다. 소성시킨 패각을 투입하지 않은 각 농장의 원 시료의 pH는 6.5∼6.8범위로 나타났고, 대장균군 및 분변계 대장균은 각각 4.7∼5.5×106MPN/100g 및 4.3∼4.9×106MPN/100g이었고, 생균은 1.9∼2.6×108cfu(Colony Forming Unit)/g으로 나타났다. 그러나 소성시킨 패각을 첨가하여 pH가 12.4∼12.5범위에서 대장균군 및 분변계 대장균은 검출되지 않았고, 생균은 2.4∼2.8×103cfu/g으로 소성시킨 패각 첨가전보다 월등히 감소하였다. 상기 대장균군은 일반적인 대장균의 집합을 나타내고, 분변계 대장균은 사람이나 동물의 배설물에 있는 대장균을 나타내며, 생균은 일반 유해한 세균 중에서 살아있는 세균을 나타낸다.
소성패각 주입에 따른 살균 특성
종 류 pH 대장균군(MPN/100g) 분변계대장균(MPN/100g) 생균(cfu/g, 35℃)
A 농장 6.5 5.0 × 106 4.9 × 106 2.2 × 108
8.4 7.0 × 104 4.8 × 104 5.7 × 105
9.2 9.3 × 103 5.6 × 103 8.9 × 104
10.5 3.4 × 102 2.1 × 102 7.4 × 103
11.3 9.1 × 10 ＜18 6.7 × 103
12.4 ＜18 ＜18 2.4 × 103
12.6 ＜18 ＜18 2.2 × 103
B 농장 6.7 4.7 × 106 4.3 × 106 1.9 × 108
8.2 7.9 × 104 5.9 × 104 6.4 × 105
9.1 8.7 × 103 7.2 × 103 8.2 × 104
10.9 2.6 × 102 1.7 × 102 5.3 × 103
11.5 1.1 × 102 ＜18 4.7 × 103
12.5 ＜18 ＜18 2.8 × 103
12.7 ＜18 ＜18 2.4 × 103
C 농장 6.8 5.5 × 106 4.9 × 106 2.6 × 108
8.6 6.8 × 104 7.5 × 104 2.9 × 105
9.5 2.5 × 103 1.7 × 103 6.0 × 104
10.7 3.7 × 102 2.0 × 102 5.4 × 103
11.3 7.0 × 10 4.0 × 10 3.9 × 103
12.5 ＜18 ＜18 2.6 × 103
12.7 ＜18 ＜18 1.9 × 103
결론적으로, 퇴적물의 자원화 기술 중 토양비료 분야에서 관심을 갖는 분야는 안전성 있는 비료의 제조에 있다. 비료제조기술은 아주 오랜 옛날부터 사용되어 왔으며, 인류 문명발달과 맥을 같이 하고 있다. 그러나 자연 상태에서 비료제조에 소요되는 기간은 6개월에서 1년 정도인 것으로 알려져 있다. 최근의 자원화 기술은 단기간에 많은 물량을 처분하며, 속성 비료화를 위한 다양한 공정들이 개발 이용되고 있다. 또한 비료로 생산된 제품은 상품으로 판매되므로 작물을 재배하는데 문제가 없는 완숙된 것이어야 한다. 이러한 관점에서 소성시킨 패각의 산화칼슘을 이용한 패각의 알카리 안정화 공법을 도입하고자 한다.
칼슘의 농도를 보면 소성시킨 패각5%, 분뇨 함수율 80%일 때 최고량을 차지하였으며, 패각분말의 첨가가 칼슘성분을 보강하는 것으로 나타났다. 또한 A, B농장의 소성시킨 패각의 첨가가 각각 3%, 4%로 칼슘성분이 감소하는 것으로 나타났다. 혼합 유기성 폐기물에 포함된 비료의 3대 영양소인 질소, 인산, 칼륨의 성분은 도 2의 (A)와 같으며, 알카리 안정화 반응 후에도 질소, 인산, 칼륨의 성분은 도 2의 (B)와 같이 되어 일정 등급 이상의 비료로는 적합함을 알 수 있다. 참고로 중급 이상의 비료에 대한 기준은 질소 1.5%이상, 칼륨 0.36% 이상이다.
소성시킨 패각 첨가와는 무관하게 함수율이 낮을수록 높은 값을 보인다.
pH 12.4∼12.5범위에서 대장균군 및 분변계 대장균의 완전사멸과 생균의 감소경향을 볼 때 위생상의 안전성을 고려하여 A농장에서는 소성시킨 패각이 3%가 적당하며, B농장에서는 4%, C농장에서는 5%가 적당한 것으로 보인다. 소성시킨 패각의 알카리 안정화 공법을 도입하고 패각을 이용한 비료자원으로 활용하기 위해 비료 성분분석, 중금속 및 병원성 미생물의 위해성 분석을 행한 결과를 요약하면 다음과 같다.
A농장에서는 소성시킨 패각을 총분뇨량(습중량)의 3%를 주입하여 5분간 혼합시킬 때 pH 12.4를 얻을 수 있었다. 또한, B, C농장에서는 각각 4%, 5%를 3분간 반응시 pH는 12.5로 나타나 적정반응조건이었으나, 분뇨전체가 골고루 혼합되지 않아 5분간 반응시켰는데 이때의 pH는 12.6으로 나타났다.
A 농장의 경우 소성된 패각으로 알카리 안정화 반응후 질소, 인산, 칼륨성분은 각각 2.05%, 1.96%, 1.32%이며 합계는 5.33% 이었고, B 농장의 경우 소성된 패각으로 알카리 안정화 반응후 질소, 인산, 칼륨성분의 합계는 5.67% 이었으며, C 농장의 경우 소성된 패각으로 알카리 안정화 반응후 질소, 인산, 칼륨성분의 합계는 5.99% 이었다. 또한, 건조시간 단축 및 칼슘성분의 보강을 목적으로 20% 패각 분말을 첨가하였을 때 비료의 3대 영양분은 감소하였으나 칼슘 성분은 증가하는 경향을 보였다.
원시료와 건조된 유기질 비료의 중금속 성분을 분석해 본 결과 A농장에서는 카드뮴이 0.12mg/kg에서 0.08mg/kg로, 구리는 412.35mg/kg에서 382.26mg/kg으로 다소 낮아지고, 아연은 460.94mg/kg에서 374.54mg/kg으로 낮아졌다. 크롬과 납은 원시료와 건조된 비료 모두 검출되지 않았다. B, C농장에서는 카드뮴, 구리, 아연은 원시료에 비해 다소 낮아졌고, 크롬과 납은 원시료와 건조된 비료 모두 검출되지 않았으며, 퇴비 기준을 만족함을 알 수 있다.
소성시킨 패각을 투입되지 않은 각 농장의 원 시료의 pH는 6.5∼6.8범위로 나타났고, 대장균군 및 분변계 대장균은 각각 4.7∼5.5×106MPN/100g 및 4.3∼4.9×106MPN/100g이었고, 생균은 1.9∼2.6×108cfu(Colony Forming Unit)/g으로 나타났다. 그러나 소성시킨 패각을 첨가하여 pH가 12.4∼12.5범위에서 대장균군 및 분변계 대장균은 검출되지 않았고, 생균은 2.4∼2.8×103cfu/g으로 소성시킨 패각 첨가전보다 월등히 감소하였다.
본 발명에 의한 알카리 안정화 처리공법을 적용할 경우, 기존의 발효공법과 비교를 한다면, 본 발명에 의한 알카리 안정화 공법은 염분의 작용에 영향을 받지않고, 수분 조절제를 쓰지 않으며, 비교적 단시간에 유기성 폐기물을 처리할 수 있다는 것이다. 현재 국내에 설립된 발효 공법을 이용한 부산물 비료공장은 인건비 율이 높아 효율성이 낮고, 전량을 가열로써 건조하기 때문에 건조에 많은 비용이 들어 경영상의 어려움이 있다. 또한 알카리 안정화공법을 적용한 방법은 양식부산물로서 대부분 해안가 야적으로 연안어장오염, 공유수면 관리의 지장 및 어촌의 자연 경관을 훼손시키고 있는 패각을 직접제거 함으로써 양식어업의 지속적인 생산성 유지 및 경영의 안정을 도모하며 패각을 재활용할 수 있고, 토양 및 작물에 재이용시 악영향을 끼치지 않아 산업상의 이용 가능성은 높아질 것으로 기대된다.
이상의 본 발명은 상기에 기술된 실시 예들에 의해 한정되지 않고, 당업자들에 의해 다양한 변형 및 변경을 가져올 수 있으며, 이는 첨부된 청구항에서 정의되는 본 발명의 취지와 범위에 포함된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 패각의 알카리 안정화 공정을 이용한 유기질비료 제조방법은 축산분뇨, 인 분뇨, 분쇄한 음식물 쓰레기 및 하수 슬러지 등의 유기성 폐기물을 혼합하는 유기물 혼합공정과, 상기 유기성 폐기물을 혼합한 혼합폐기물에 알카리 안정화제를 투여하여 대장균군, 분변계 대장군 및 생균을 사멸시키는 병원성 미생물로부터 안전성을 확보하고, 상기 혼합폐기물의 유기적 특성을 향상시키는 알카리 안정화 공정과, 알카리 안정화 처리된 혼합폐기물공정을 포함한 순으로 진행함으로써, 패각을 재활용하여 비교적 짧은 시간에 양질의 비료를 제조하고, 자원화 함으로서 연안 해역의 환경을 개선하고, 효율적으로 보전함과 더불어 자연자원을 이용할 수 있도록 한 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 삭제
  2. 축산분뇨, 인분뇨, 음식물 쓰레기 및 하수 슬러지 등의 유기성 폐기물을 이용한 유기질비료 제조방법에 있어서,
    상기 유기성 폐기물을 분쇄하고 혼합하는 유기성 폐기물 혼합공정,
    패각을 채취한 후 세척하는 패각 세척단계, 상기 패각 세척단계에서 세척된 패각을 가열로에 넣고 900℃∼1000℃로 가열하여 소성하는 패각 소성단계, 상기 패각 소성단계에서 소성된 패각을 분쇄하여 상기 유기성 폐기물 혼합공정에서 혼합된 유기성 폐기물에 투여하는 패각 투여단계를 포함하는 알카리 안정화공정, 및
    상기 알카리 안정화공정에서 안정화 처리된 유기성 폐기물의 안정화 반응물을 공기에 노출시켜 건조하여 탄산칼슘을 생성시키는 건조공정의 순으로 진행하는 것을 특징으로 하는 패각의 알카리 안정화 공정을 이용한 유기질비료 제조방법.
  3. 제 2 항에서, 상기 알카리 안정화 공정에 투여된 패각은 습중량비 10% 이하 인 것을 특징으로 하는 패각의 알카리 안정화 공정을 이용한 유기질비료 제조방법.
  4. 제 2 항에서, 상기 알카리 안정화 공정에서 패각이 포함되어 반응한 혼합 유기성 폐기물의 pH는 12.2∼12.5 인 것을 특징으로 하는 패각의 알카리 안정화 공정을 이용한 유기질비료 제조방법.
  5. 삭제
  6. 제 2 항에서, 상기 건조공정에서 건조된 안정화 반응물의 pH는 8.0∼8.3 인 것을 특징으로 하는 패각의 알카리 안정화 공정을 이용한 유기질비료 제조방법.
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