KR100480181B1

KR100480181B1 - 자화비료의 제조방법

Info

Publication number: KR100480181B1
Application number: KR10-2002-0066296A
Authority: KR
Inventors: 서영준; 서희동; 서영진
Original assignee: 서희동
Priority date: 2002-10-29
Filing date: 2002-10-29
Publication date: 2005-03-31
Also published as: KR20030009235A

Abstract

본 발명은 음식물쓰레기, 축산분뇨, 농·수산부산물, 도축공장부산물, 식품공장부산물…등과 같은 유기성폐기물로부터 양질의 자화비료(磁化肥料)를 제조하는 방법을 제시하는 것을 목적으로 한다.

이를 위하여 본 발명은, 음식물쓰레기, 축산분뇨, 농 · 수산부산물, 도축공장부산물, 식품공장부산물…등과 같은 유기성폐기물을 이물질제거, 파쇄, 탈수, 탈염과 같은 전 처리를 한 다음에 유기성폐기물투입조(1)에 주입된 유기성폐기물은 유기성폐기물이송펌프(2)에 의해서 혼화기(3)에 이송한 다음에 산야(山野)의 흙, 점토(粘土), 제올라이트(Zeolite), 천매암(千枚岩), 패화석(貝化石), 질석(蛭石 ; Vermiculite), 맥반석(麥飯石)과 같은 광물질의 분말과 자성자철광분말을 적합하게 공급한 다음에 톱밥, 왕겨, 부엽토(腐葉土), 이탄(Peat moss), 수태(Dried sphagnum moss), 바크(Bark), 코코피트(Coconut peat)와 같은 수분 조절제(Bulking agent)를 공급하여 함수율이 60wt%정도로 조정한 다음 발효숙성설비(6)로 보내어 발효숙성이 완료되면 이물질선별기(10)로 이송하여 이물질을 분리 제거한 다음에 양질의 자화비료를 만든다.

특이한 사항은, 종래에 주로 적용하던 비료에 비해서 단순한 부식물질이 아니고, 풀브산자성철염(Magnetized iron fulvate)과 같은 킬레이트성유기산미네랄착염 형태로 결합되어 있는 부식질토양으로 존재하면서 이온교환능력이 우수하기 때문에 보비력(保肥力)이 우수하며, 식물 및 토양미생물의 생육을 활발하면서 토양 입단구조를 향상하는 등의 특징이 있다.

Description

자화비료의 제조방법{Manufacturing method for magnetized fertilizer.}

본 발명은 음식물쓰레기, 축산분뇨, 농 · 수산부산물, 도축공장부산물, 식품공장부산물…등과 같은 유기성폐기물에 산야(山野)의 흙, 점토(粘土)와 같은 토양, 천매암(千枚岩), 제올라이트(Zeolite), 패화석(貝化石), 질석(蛭石 ; Vermiculite), 맥반석(麥飯石)과 같은 광물의 분말과 자철광분말을 작물의 종류에 따라 적합하게 배합한 다음 이들에 톱밥, 왕겨, 부엽토(腐葉土), 이탄(Peat moss), 수테(Dried sphagnum moss), 바크(Bark), 코코피트(Coconut peat)와 같은 수분조절제(Bulking agent)를 가해서 함수율을 60wt%정도로 조정한 다음 발효부숙공정으로 이송하여 유기물질을 안정된 부식물질(腐植物質)로 전환하는 부식화미생물 및 이들 미생물과 상호 공생 관계에 있는 토양미생물에 의해서 발효숙성이 완료되면 이물질선별기로 이송하여 이물질을 분리 제거한 다음에 양질의 자화비료(磁化肥料)를 제조하는 방법을 제시하는 것이다.

일본국 특허 공개번호 2001-269051호에서는 배양토(培養土)에 착자된 페라이트(Ferrite) 자성분(磁性粉)을 혼합하여 배양토를 제조하는 방법이 제시되어 있으며, 일본국 특허 공개번호 평(平)11-60368호에서는 화학비료. 유기비료 ,무기비료 등에 영구자석(永久磁石)을 혼합한 자화비료제조방법이 제시되어 있으며, 일본국 특허 공개번호 평(平)8-290990호에서는 바륨 페라이트(Barium ferrite ; BaO · 6Fe₂ O₃ ) 또는 스트론튬 페라이트(Strontium ferrite ; SrO · 6Fe₂ O₃ )와 같은 자성분(磁性粉)을 비료와 혼합하여 조립 · 건조 · 착자하여 자화비료를 제조하는 방법이 제시되어 있으며, 대한민국 특허 공고번호 96-011673호에는 발효된 유기질비료의 분말에 해조류접착제와 페라이트 혹은 자철광을 혼합한 것을 펠렛트(Pellet)상으로 성형 가공후 건조하여 자화발생기에서 자화처리한 자화유기질비료 제조방법이 제시되어 있으나, 이들 방법은 비료와 자성분이 단순히 혼합된 상태이므로 농 · 원예작물에 시비하였을 때 발아(發芽) 및 생육촉진 효과를 크게 향상하지 못하는 문제점이 있으며, 바륨 페라이트, 스트론튬 페라이트, 영구자석 등은 비용이 고가이기 때문에 경제적인 문제점이 있기 때문에 널리 보급되지 못하고 있는 실정에 있다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해서, 음식물쓰레기, 축산분뇨, 농 · 수산부산물, 도축공장부산물, 식품공장부산물…등과 같은 유기성폐기물을 이용하여 농 · 원예작물 등에 사용할 수 있는 양질의 자화비료를 경제적으로 만들 수 있는 방법을 제시하는데 본 발명의 목적이 있는 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 전술한 유기성폐기물에 산야(山野)의 흙, 점토, 천매암, 제올라이트, 패화석, 질석과 같은 광물의 분말과 자철광분말을 작물의 종류에 따라 적합하게 배합한 다음 이들에 톱밥, 부엽토, 이탄(토탄),수태, 바크, 코코피트와 같은 수분조절제를 가해서 함수율을 60wt% 정도로 조정한 다음에 발효부숙공정으로 이송하여 발효숙성이 완료되면 이물질을 분리 제거하여 자화비료를 제조한다.

이하 첨부된 도면에 의해서 본 발명의 내용을 상세히 설명하면 다음과 같다.

음식물쓰레기, 식품공장부산물과 같은 유기성폐기물을 퇴비로 자원화 경우 수분, 염분 및 이물질 등이 문제가 되는 유기성폐기물은 전 처리 공정에서 탈수, 탈염 및 이물질을 제거한 다음 유기성폐기물 투입저장조(1)에 주입하고, 농 · 수산부산물, 도축공장부산물, 축산분뇨와 같이 수분 및 이물질이 문제가 되는 경우에는 전 처리공정에서 탈수 및 이물질을 제거한 다음 유기성폐기물 투입저장조(1)에 주입한다.

유기성폐기물 투입저장조(1)에 공급된 유기성폐기물은 유기성폐기물이송펌프(2)에 의해서 혼화기(3)로 보낸다.

혼화기(3)에 이송된 유기성폐기물에 산야의 흙, 점토와 같은 토양을 토양미생물의 접종 및 미네랄공급 목적으로 주입하고, 천매암(千枚岩), 제올라이트(Zeolite), 패화석(貝化石), 질석(蛭石), 맥반석(麥飯石)과 같은 광물은 미네랄공급 및 토양개량효과와 같은 목적으로 작물의 종류에 따라 경제성을 감안하여 주입하고, 톱밥, 왕겨, 부엽토, 이탄(토탄), 수태, 바크, 코코피트와 같은 팽윤제(Bulking agent)는 수분조절, 공극율(통기성)향상, C/N비의 조정 등의 목적으로 공급하며, 자화자철광은 악취발생의 저감, 풀브산철(Iron fulvate)과 같은 킬레이트(Chelate)성유기산철착염의 생성, 토양미생물의 생육활성화와 같은 목적으로 공급하여 혼화기(3)의 믹서(4)로 교반혼합한 다음에 발효숙성설비(6) 전단에 공급한다.

혼화기(3)에 이송된 유기성폐기물에 산야의 흙, 점토와 같은 토양의 투입양은 1∼10wt%정도공급하고, 자성자철광 분말은 가능한 자기력선속밀도(Magnetic flux density)가 200G(Gauss)이상 자화(磁化)된 것을 5∼15wt%로 공급하고, 제올라이트(Zeolite), 천매암(千枚岩), 패화석(貝化石), 질석(蛭石)과 같은 광물의 투입량은 발효숙성 후 무기물/유기물의 무게 비가 0.8정도로 공급하고, 톱밥, 왕겨, 부엽토, 이탄(토탄), 수태, 바크, 코코피트 등과 같은 팽윤제는 함수율이 60wt% 정도로 조정되는 범위에서 공급한다.

혼화기(3)에서 교반혼합이 완료된 유기성폐기물은 이송컨베이어(5)에 의해서 발효숙성설비(6) 전단으로 이송한다.

발효숙성설비(6)에 유기성폐기물이 주입되면 로타리믹서(Rotary mixer ; 7)로 뒤집기를 하면서 호기성 상태를 유지하면 1차 미생물에 의해서 분해가 용이한 탄수화합물, 단순단백질 등이 CO₂ , H₂ O와 같은 간단한 무기물로 분해된다.

이 때 산소공급이 부족하게 되어 혐기성 상태가 되면 혐기성미생물이 활동하게 되면서 유기물질은 CO₂, CH₄, NH₃, H₂S와 같은 간단한 무기물질과 휘발성아민류, 휘발성알콜류, 휘발성유기산류, 메르캅탄류와 같은 저분자성유기물질로 분해가 일어나면서 악취가 발생하게 되므로 충분한 공기(산소)를 공급해야 한다.

여기서 지나친 공기를 주입하면 열손실이 심하여 온도가 60℃까지 상승하지 않으면 유기성폐기물중에 함유되어 있는 유해병원성미생물, 해충의 유충 및 알, 잡초의 씨앗 등이 사멸되지 않을 수 있으며, 공기공급이 약간 부족하게 되어 온도상승이 80℃ 이상 장시간 유지하게 되면 중온성미생물이 사멸하게 되어 후단에서 완숙발효가 일어나지 않으면서 미숙퇴비가 생산 될 수 있으며, 산소공급이 지나치게 부족하면 혐기성상태가 되어 심한악취가 발생하면서 식물생육에 유해한 낙산과 같은 혐기성미생물의 대사산물이 생성 될 수 있기 때문에 적절한 산소공급은 매우 중요하다.

다시 말해서 ②의 반응이 일어나게 되면 심한 악취를 발생하면서 식물에 유해한 낙산과 같은 미생물대사산물이 생성 될 수 있기 때문에 충분한 산소를 공급하여 ②의 반응은 최대한 억제 되도록 운전해야 한다.

발효숙성설비(6) 전 단계에서 ①과 같은 호기성반응이 일어나면서 반응열에 의해서 온도가 상승하면 호열성미생물(Thermophilic bacteria)이 활동하게 되면서 열에 약한 유해병원성미생물, 해충의 유충(幼蟲) 및 알, 잡초의 씨앗 등이 사멸하게 되면서 상당량의 수분이 증발하게 된다.

유기성폐기물중 호열성미생물의 먹이가 되는 영양물질이 소모되면 호열성미생물의 대사활동은 둔화되면서 온도가 떨어지면 중온성미생물이 활동하게 된다.

중온성미생물 중 방선균(放線菌)류, 바실루스 마이코이데스(Bacillus mycoides)와 같은 간균(桿菌)류, 세루로섬(Sorangium cellulosum), 믹소박데리아(Myxobacteria)류, 곰팡이류(Aspergillus niger, Penicillium sp., Mucor sp., Fusarium sp. 등)와 같은 미생물도 활발한 활동하게 되며, 이들 토양미생물은 대사산물 중 폴리페놀(Polyphenol)성 화합물을 배설하여 유기물질을 안정된 부식물질로 전환하게 된다.

대사산물 중에서 폴리페놀성화합물은 공기 중에서 산화효소(Polyphenoloxidase)의 촉매작용에 의해서 퀴논(Quinone)화합물로 산화되면서 과산화수소(H₂O₂)가 생성되며, 과산화수소는 미생물이 배설하는 효소와 반응해서 산화효소를 생성한다.

퀴논화합물은 미생물에 의해서 분해가 어려운 리그닌(Lignin), 셀룰로오스(Cellulose), 타닌(Tannin)과 같은 물질과 중축합반응(重縮合反應)을 하여 물에 불용성이면서 비휘발성인 안정된 부식물질로 전환된다.

이때 악취를 발생하는 암모니아(NH₃), 유화수소(H₂S), 휘발성아민류, 휘발성알콜류, 휘발성유기산류, 메르캅탄류와 같은 물질도 부식물질에 부동화(不動化 ; Immobilization) 되므로 악취발생이 저감하게 된다.

부식물질은 토양의 조암광물(造岩鑛物)에 함유된 활성미네랄(물에 가용성미네랄)성분 및 철(자철광) 등과 반응하여 킬레이트(Chelate)성 풀브산철염, 부식산철염과 같은 부식산미네랄착염 상태인 콜로이드 미셀(Colloidal micelle)형태의 부식질토양(Humus soil)이 생성된다.

또한, 부식화미생물 및 이들 미생물과 상호 공생관계에 있는 토양미생물은 악취발생을 유발하는 부패성미생물 및 유해병원성미생물의 생육을 억제하는 항생물질을 배설하여 병원성미생물의 생육을 억제하는 등 상호길항관계를 유지 하게 된다.

따라서 부식화미생물 및 이들 미생물과 상호 공생관계에 있는 토양미생물의 생육환경조건을 최적의 상태로 유지하여 주면 악취발생은 억제하게 된다.

그리고, 사상균류, 슈도모나스(Pseudomonas sp.)와 같은 미생물은 부식화된 부식물질을 먹이로 섭취하여 대사산물중 식물성장에 유용한 생리적 활성물질인 비타민(Vitamin)류와 성장촉진물질인 호르몬(Hormon)류와 같은 식물성장에 유용한 물질을 배설한다.

발효숙성설비(6)에서 발효숙성이 완료되면 삽차(8)에 의해서 이물질 선별기(10)로 보내어 이물질을 분리제거 한 자성철(磁性鐵)이 함유한 숙성된 자화비료(11)는 저장창고로 보내어 저장하거나 포장하여 출하 한다.

[실시예 1]

이하 사용되는 양을 나타내는 "부"는 중량부를 말한다.

양돈분뇨를 함수율 75wt%까지 탈수한 탈수케이크(Cake) 100부에 제올라이트 1부, 천매암 1부, 자철광 분말 10부, 함수율 23wt%인 산 흙을 5mm체로 친 것 5부에 수분조절제로 함수율이 18wt%인 톱밥 10부를 주입하여 함수율을 59wt%wt%로 조정한 다음 40일간 뒤집기를 하면서 발효숙성을 하여 자화비료를 만들어 고추 재배 밭에 기비(基肥)로 시비하여 재배한 결과 수확일수는 25일 정도 단축되면서 수확량은 약 1.3배정도 증가되었으며, 재배기간 중 일체의 농약을 살포하지 않고도 탄저병과 같은 병해 발생은 없었다.

전술한 기술내용으로부터 자명하듯이, 본 발명은 음식물쓰레기, 축산분뇨, 농 · 수산부산물, 도축공장부산물, 식품공장부산물…등과 같은 유기성폐기물에 자성 자철광을 사용하여 생산된 자화비료는 종래에 주로 적용하던 퇴비에 비해서 단순한 부식물질이 아니고, 아래와 같은 다양한 특성이 있기 때문에 농 · 원예작물에 널리 이용될 것으로 기대된다.

전술한 자화비료 및 생산공정의 특징은 다음과 같다.

① 씨앗의 발아를 촉진하면서 성장을 향상시킴으로서 생산량을 증대하며, 또한, 당도 등이 향상되므로 품질이 향상된다.

② 병충해 발생이 저감 된다.

④ 토양의 단립구조(團粒構造)를 향상 하므로 토양개량 효과가 높다.

⑤ 퇴비화 과정에서 악취발생 및 파리 등 해충번식이 저감 되므로 위생적인 처리를 할 수 있다.

⑥ 미생물의 생육을 활성화 하므로 발효숙성 기간이 단축 되면서 토양에 시비 하였을 때도 토양미생물의 생육을 왕성하게 하므로 농약, 화학비료 등의 사용량을 절감하며, 유기농법이 가능하다.

⑦ 풀브산자성철염과 같은 킬레이트성유기산미네랄착염 형태로 결합되어 있는 부식질토양으로 존재하면서 이온교환능력 및 보비력(保肥力)이 높다.

도 1은 자화비료제조 공정도

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

1 : 유기성폐기물 투입저장조 2 : 유기성폐기물이송펌프(Pump)

3 : 혼화기 4 : 믹서(Mixer)

5 : 이송컨베이어(Conveyer) 6 : 발효숙성설비

7 : 로타리 믹서(Rotary mixer) 8 : 삽차

9 : 호퍼 (Hopper) 10 : 이물질 선별기

11 : 자화비료(磁化肥料)

Claims

음식물쓰레기, 축산분뇨, 농 · 수산부산물, 도축공장부산물, 식품공장부산물과 같은 유기성폐기물을 이물질, 염분의 제거, 탈수처리와 같은 전 처리를 한 유기성폐기물을 자화비료제조공정의 혼화기(3)에 공급하고, 토양미생물의 접종 및 미네랄공급을 목적으로 산야의 흙, 점토와 같은 토양을 1∼10wt%를 공급하고, 미네랄공급 및 토양개량효과의 목적으로 천매암(千枚岩), 제올라이트(Zeolite), 패화석(貝化石), 질석(蛭石), 맥반석(麥飯石)과 같은 광물의 분말을 무기물/유기물의 무게 비가 0.8정도로 공급하고, 팽윤제(Bulking agent)로 톱밥, 왕겨, 부엽토, 이탄(토탄), 수태, 바크, 코코피트를 함수율이 60wt%정도로 공급하고, 200G(Gauss)이상 자화된 자철광 분말을 5∼15wt% 공급하여 교반혼합한 다음에 발효숙성설비(6)로 이송하여 로타리믹서(7)로 뒤집기를 하면서 호기성발효를 하여 숙성한 다음에 이물질선별기(10)로 보내어 이물질을 분리 제거하는 공정에 의해서 자화비료를 제조하는 방법.