KR100532213B1 - 유기질 비료 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가축 축혈(畜血)을 안정화 처리함으로써, 토양의 PH를 상승시키고 유기물, 전질소, 유효인산 및 치환성 양이온의 함량을 높일수 있어 산성 토양등의 토양개량제 및 유기질 비료로 사용할수 있고 또한 축산폐기물을 위생적으로 처리할수 있는 유기질 비료 제조방법에 관한 것으로서, 석회분말과 함수율 85-95%의 축혈을 밀폐된 교반기에서 약5-15분간 교반하여 축혈이 석회분말에 흡수되어 발열반응을 통해 80-90℃의 열을 방출시켜 함수율이 절반 이하인 약 45%로 낮아지도록 하여 축혈이 고형 안정화되고 축혈자체의 취기성분의 일부가 흡착되도록 하는 단계와; 상기의 고형단계에 의해 고형화된 축혈을 밀폐된 숙성조에 2-3일정도 저장시켜 숙성열이 60-70℃까지 유지될수 있도록 하여 호기성 미생의 번식으로 인해 고속분해와 발효가 진행됨은 물론, 취기성분이 제거되도록 하며, 수산화칼슘 생성시의 발열과 수산화칼슘및 중탄성칼슘의 OH와 HCO₃등의 알칼리에 의해 살충, 살균이 이루어질수 있도록 하는 단계와; 상기의 숙성단계에서 50%의 함수율을 낮추어 변질및 악취가 발생되지 않도록 처리물을 건조기내에서 일정시간동안 높은 온도의 열풍을 강제 송풍시켜 열풍에 의해 건조가 이루어질수 있도록 하는 건조단계로 이루어짐을 특징으로 하는 유기질 비료 제조방법.

Description

유기질 비료 제조방법{Manufacture method of organic matter manure}

본 발명은 유기질 비료 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 가축 축혈( 畜 血 )을 안정화 처리함으로써, 토양의 PH를 상승시키고 유기물, 전질소, 유효인산 및 치환성 양이온의 함량을 높일수 있어 산성 토양등의 토양개량제 및 유기질 비료로 사용할수 있고 또한 축산폐기물을 위생적으로 처리할수 있는 유기질 비료 제조방법에 관한 것이다.

종래의 유기질 비료 제조방법은 본인의 선출된 특허출원 제1999-17958호가 소개되어 사용되고 있었던 것으로, 상기와 같은 본인의 선출원된 유기질 비료 제조방법은 석회분말과 함수율 85-95%의 축혈을 밀폐된 교반기에서 약5-15분간 교반하여 축혈이 석회분말에 흡수되어 발열반응을 통해 80-90℃의 열을 방출하게 하고, 이 과정에서 축혈이 고형 안정화되고 축혈자체의 취기성분의 일부가 흡착되도록 하는 단계와;

상기 고형화된 축혈을 밀폐된 숙성조에 2-3일정도 저장하고 이들의 반응열에 의해 60-70℃까지 유지될수 있도록 하며 이 과정에서 호기성 미생이 번식하여 고속분해와 발효가 동시에 진행되고 취기성분이 제거되며, 수산화칼슘 생성시의 발열과 수산화칼슘및 중탄성칼슘의 알칼리에 의해 살충, 살균이 이루어질수 있도록 하는 단계와; 상기 숙성하는 단계에서 40%의 함수율이 20~25%까지 낮추기 위해 처리물을 뒤집으며 호기성 상태에서 약4~10일정도 자연건조하는 단계로 이루어지도록 되어 있었던 것이다.

그러나, 상기와 같은 종래의 유기질 비료 제조방법은 축혈의 고형 안정화시켜 줄때 CaO 함량 미달인 경우 고형화 진척도가 매우 미흡하게 되는데, 이러한 경우 유기질 비료를 얻을수 없어 유통과정에서 변질이 발생하는 문제점이 있었던 것이다.

또한, 숙성이 이루어진 처리물을 건조시켜 주게되는데, 이때 건조시켜주는 과정은 자연건조방식을 채택 즉, 숙성하는 단계에서 약 40%의 함수율을 20~25%까지 낮추기 위해 처리물을 뒤집으면서 호기성 상태에서 약4~10일 정도의 기간내에서 자연건조시켜 주도록 되어있는데, 상기와 같은 건조기간은 처리물의 곤조조건이 양호한 상태에서만 가능함에 따라 건조기간이 길어짐은 물론, 건조조건이 나쁠경우 원활한 건조가 이루어지지 않아 제품이 손상되는 단점이 있었던 것이다.

이를좀더 구체적으로 설명하면, 자연건조라 함은 일반적인 상온에서의 건조를 의미하는 것으로서, 동절기의 경우에는 온도가 상농을 유지하지 못하고, 영하의 온도에 있으므로, 자연건조에 의해 건조를 할수 없게되는 것이고, 상온의 경우에서도 비가 많이 내리는 우기의 경우에서는 습도가 많아 건조효율이 낮아 건조기간이 상대적으로 길어져야 하고, 건조효율이 떨어지면 건조과정에서 제품의 변질이 발생함은 물론, 이로인해 악취가 발생하게 되는 문제점이 있어 많은량의 비료를 얻을수 없어 생산원가를 상승시켜 주었던 주된 요인이 되었던 것이다.

따라서, 본 발명의 목적은 본인의 선출원된 특허출원 제1999-17958호의 유기질 비료 제조방법을 개선시켜 숙성이 이루어진 처리물을 열풍건조 방식으로 건조시켜 짧은 기간내에 효율적인 건조를 수행시켜 줄수 있도록 개량한 유기질 비료를 얻고자 하는 목적인 것이다.

상기의 목적을 실현하기 위한 본 발명은 석회분말과 함수율 85-95%의 축혈을 밀폐된 교반기에서 약5-15분간 교반하여 축혈이 석회분말에 흡수되어 발열반응을 통해 80-90℃의 열을 방출시켜 함수율이 절반 이하인 45%로 낮아지도록 하여 축혈이 고형 안정화되고 축혈자체의 취기성분의 일부가 흡착되도록 하는 단계와; 상기의 고형단계에 의해 고형화된 축혈을 밀폐된 숙성조에 2-3일정도 저장시켜 숙성열이 60-70℃까지 유지될수 있도록 하여 호기성 미생의 번식으로 인해 고속분해와 발효가 진행됨은 물론, 취기성분이 제거되도록 하며, 수산화칼슘 생성시의 발열과 수산화칼슘및 중탄성칼슘의 OH와 HCO₃등의 알칼리에 의해 살충, 살균이 이루어질수 있도록 하는 단계와; 상기의 숙성단계에서 50%의 함수율을 20-25%까지 낮추기 위해 처리물을 건조기내에 투입시켜 건조기의 회전으로 인해 뒤집어지도록 한 상태에서 높은 온도의 열풍에 의해 강제 건조시켜 줄수 있도록 하는 건조단계로 이루어짐을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 고액분리공정과 안정화 반응공정 및 건조공정으로 구분되며 고액분리공정은 다음과 같다.

처리 대상물의 수분 함량은 안정화 반응 효율을 좌우하는 중요한 인자이므로 안정화 반응효율을 최대화 하기 위한 최적 수분 조건을 부여하기 위하여 고액 분리한다.

가축 축혈의 수분 함량 정도에 따라 비교적 수분을 다량(90% 이상)으로 함유하고 있는 것은 고액분리 과정을 거쳐 고액을 분리하고 고형분이 제거된 액상분은 액비화를 위한 저장조로 투입된다.

수분 함량이 적당한 경우는 고액 분리기에서 분리된 고형분과 함께 안정화 반응기에 투입되어 안정화 처리가 이루어 진다.

안정화 반응공정은 교반과 숙성으로 이루어져 있다.

안정화 처리는 가축 축혈의 환경 정화에 대한 제반 역기능을 정지 또는 완화 시키는 것으로 악취를 제거하고 기생충 및 병원균을 사멸시키며 토양 환원시에 서서히 분해가 일어나 토양에 이롭게 작용해야 한다. 안정화 처리 공정은 고형분내에 첨가제인 산화 칼슘(생석회 분말)을 5-10% 정도 혼합시켜 반응기에서 5분 정도 반응시켜 배출시킨다.

반응과정에서 산화칼슘의 반응온도가 80 ∼ 90℃로 유지되고 함수율이 절반 이하인 약45%로 낮아지게 되며 악취가 4 ∼ 5도를 유지하게 된다.

반응기에서의 반응은 첨가물에 의한 유기물의 코팅작업이며 이를 위해서 유기물과 첨가물이 미립자 상태에서 완전한 혼합이 이루어져야 한다.

반응기내에는 혼합 효율을 최대한 높일수 있는 교반기가 설치되어, 가동시에는 회전하며 반응물을 상호 교차시켜 유기물과 첨가제를 혼합한다.

반응기에서 배출된 처리물은 수산화염과 중탄산염으로 코팅되어 있으며, 건조가 진행되면 공기중의 이산화탄소와 결합하여 탄산염으로 변화하게 되고, 아울러 탈수와 건조가 촉진된다.

반응기에서 배출된 처리물은 밀폐형 숙성조내에서 약 2∼3일 정도 보관시켜 숙성이 이루어지도록 한다.

이때, 숙성조내의 숙성온도는 60 ∼ 70℃로 유지시켜 고온 호기성 미생물에 의한 발효가 진행되도록 한다.

이러한 숙성과정에서 함수율이 50%로 낮아지고 악취가 3 ∼ 4도 정도 낮아진다.

숙성조에서 배출된 처리물을 열풍이 송풍되는 열풍건조기내에 투입시켜 건조기의 회전으로 인하여 처리물이 골고루 뒤집히면서 송풍이 이루어지는 열풍에 의해 건조가 이루어지게 되는 것이다.

상기의 건조상태는 건조기의 투입구를 통해 처리물을 투입시켜 준 상태에서 건조기를 회전시켜 줌과 아울러, 열풍에 의해 살균및 수분조절을 하게 되는데, 이때 건조기내의 열풍온도는 150℃~160℃를 유지시켜 준 상태에서 약30분정도 건조시켜 준 다음 배출시켜 주게되면 처리물에 함유되어 있는 함수율이 약 20~25%대로 낮아진 상태를 유지함에 따라 처리물의 살균및 부식을 방지하여 악취발생을 원천적으로 차단시켜 주게 되는 것이다.

이때, 처리물 자체의 온도는 약70~80℃의 온도를 유지하게 된다.

본 발명 안정화 반응의 이론적 배경은 다음과 같다.

먼저 반응기 내에서의 반응식은

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→ 이다.

첨가제인 산화 칼슘은 반응기 내에서 순식간에 수산화 칼슘과 중탄산 칼슘의 미립자로 되며 동시에 많은 열을 발생한다. 발생되는 열은 유기물을 활성화 하여 칼슘과의 화합물 생성을 촉진하고 악취의 주요 성분을 분해하여 그 성분의 일부를 칼슘과의 화합물을 만들고 수분을 증발하고 열에 약한 병원균의 세력을 약화 또는 사멸시킨다.

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반응직후 수산화 칼슘과 중탄산 칼슘이 해리하여 PH가 12 ∼ 13까지 증가하여 처리물은 강알칼리성이 된다. 알칼리는 충란 및 병원균을 사멸시키며 자연 건조시에도 파리, 모기 등이 접근하지 않아 위생적 안정화를 이룬다.

또한 건조공정 중에 일어나는 반응식은

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→ 이다.

반응이 끝난 처리물은 반응기에서 배출되면 공기중의 이산화탄소와 반응하여 탄산 칼슘이 생성되고 중탄산칼슘 역시 건조과정에서 물이 빠져나와 탄산칼슘으로 변한다. 반응기 내에서 강알칼리 상태를 나타낸 처리물은 건조공정이 진행되면서 수산화 칼슘과 중탄산 칼슘이 소비되어 중성 또는 약 알칼리 상태로 PH가 떨어진다.

또한 처리물을 토양에 살포하면 중탄산 칼슘이 생성되고 이것이 해리하여 약 알칼리 상태가 되어 산성토양을 중화시키며 이의 반응식은

→

→ 이다.

또한 반응과정에서 유기성 폐기물 내의 악취 유발물질이 첨가제와 결합하여 칼슘화합물을 생성함으로써 악취물질의 배출이 억제된다. 이의 반응식은

→

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→ 이다.

반응열에 의한 온도의 상승으로 암모니아(), 황화수소(), 및 트리메틸아민()등의 악취 물질을 휘산시키며, 휘산된 악취물질은 이산화 염소()등에 흡착시켜 탈취한다. 악취물질을 화학 반응 및 건조기간에 휘산시킴으로써 처리물이 토양에 살포되었을대 유해가스로 인한 작물 장해를 사전에 방지하는 효과가 있다. 또한 반응기에서 슬러리 상태의 처리물이 고화되면서 악취물질을 포획하고 미립자의 작은 공극에 악취물질이 흡착되어 휘산이 억제된다.

본 발명의 축혈은 고액 분리시설을 거쳐 액상분을 제외한 상태이며 고액분리 공정을 거치지 않아도 안정화 처리의 한계인 60 ∼ 90%의 범위에 들어 있으면 반응기에서의 반응엔 무리가 없다.

반응기의 처리 직후 수분 함량 감소를 보이는 것은 반응열에 의한 수분 증발에 기인한다.

안정화 처리후 처리물을 건조기내에서 열풍건조에 의해 거조를 수행시켜 주므로서, 건조시간인 약 30분이 경과하면 수분 함량이 20% 정도까지 떨어진다.

또한 미량의 성분(S, Mg, Na, SiO₂, Fe, Cl, Cu, Mn, Zn, B)인 무기이온은 토양사용 허용기준치를 만족하고 있으므로 토양에 시비되었을 때 미량성분으로 작용하여 작물 생육에 좋은 효과를 줄수 있다.

미량성분중 S는 처리후 경과시간에 따라 현저히 감소하며 이는 안정화 반응중이나 건조과정에서 H₂S등의 황화합물이 휘산되어 제거되기 때문이다.

중금속(Cr, Ni, Cd, Pb, Hg, As)은 거의 검출되지 않거나 일부 검출된 부분도 규제기준을 만족하는 범위내의 미량으로 토양사용에 문제가 없으며 오히려 처리물의 PH가 8 ∼ 9정도의 알칼리 상태를 유지하고 유기물 농도가 높아서 토양에 시비되었을때는 작물의 중금속 흡수를 저해하는 방향으로 토양환경을 조성한다.

또한 안정화 처리직후 암모니아(NH₃)의 농도는 처리전의 수백배 까지 증가하여 휘산되며, 건조가 진행됨에 따라 차츰 감소하여 7일 뒤에는 초기 악취인 46.8PPM 보다 훨씬 낮아진다.

또한 축혈의 처리전 PH가 7 ∼ 8 정도에서 안정화 처리직후 PH가 11.6 ∼ 12.1의 강 알칼리상태가 되어 알칼리에 의한 위생적 안정화가 이루어지며, 경과시간에 따라 PH값은 차츰 감소하여 4일 경과후 PH 8.5정도까지 떨어진다. 첨가제의 증가에 따라 PH가 약간 증가하는 경향을 보이고 있으나 첨가제의 양이 일정량을 초과하게 되면 더 이상의 PH 상승에는 영향을 줄수 없다.

본 발명은 안정화 처리시 발생하는 열과 알칼리 등에 의해 비교적 분해가 쉬운 유기물과 악취물질 등이 휘산 제거되어 유기물의 농도가 조금 감소하고 그후에는 유기물의 함량은 일정해 진다.

T-N은 처리 직후 농도가 감소하고 그후로는 일정하게 유지(약 2% 정도)되며 T-N 농도가 감소하는 것은 질소 화합물의 생성에 기인한다. 또한 P₂Or은 처리직후에 농도가 감소하나 2 ∼ 4일 뒤에는 투입 원료함량이상으로 높아져 첨가제의 첨가율에 상관없이 4% 이상의 높은 함량이 유지된다.

K₂O는 처리전 4% 이상 수준에서 처리후 시간이 경과함에 따라 점차 감소하여 2.5 ∼ 3% 수준으로 유지된다. 또한 N.P.K 비료성분의 합은 4일 경과후 10% 내외로서 혼합 유기질 비료기준인 7%를 훨씬 상회한다. 그리고 첨가제의 주성분인 CaO는 안정화 반응 중에 살균 및 살충을 가능하게 하는 PH 상승의 원인 물질로 위생적 안정화에 기여하고 처리물의 안정상태를 지속적으로 유지하는데 중요한 역할을 하며 처리전 1% 정도의 낮은 함량에서 첨가제의 증가에 따라 함량이 증가되어 10% 이상 수준을 유지한다.

안정화 처리시 암모니아가 다량으로 휘산되는 것은 갑작스런 PH 증가에 그 원인이 있으며, 이러한 암모니아를 포함한 악취물질의 사전 휘산으로 처리물의 토양환원시 유해가스 발생으로 인한 작물장해를 방지할수 있다.

안정화 처리시 황화수소(H₂S)는 처리후 농도의 증가없이 경과시간에 따라 휘산되는 양이 급격히 감소하여 처리 4시간 뒤에는 처리전의 10% 이하 수준으로 낮아진다. 안정화 처리후 휘산되는 황화수소의 농도가 별로 높아지지 않으나 이화학적 성분 실험에서 T - S의 농도가 처리후에 현저히 감소현상을 보인 점을 비추어 볼 때 황화수소 이외의 유황화합물이 악취 물질로 휘산되고 있음을 알수 있다.

또한 안정화 처리 4일 경과후 90 ∼ 98%의 살균효과를 나타낸다. 첨가물의 첨가량에 따른 살균효과의 뚜렷한 상승은 발견할수 없으며 이는 첨가제의 양이 일정 수준이 되면 PH가 충분히 증가하기 때문이다. 대장균은 안정화 처리 4일 경과후 93 ∼ 99%의 살균효과를 나타냈으며, 안정화 처리전후 및 경과 시간에 따른 처리물에 대해 살모넬라(Salmonella), 쉬겔라(Shigella)등의 장내 병원성 세균을 시험하였으나 검출되지 않아 살충효율이 100% 였고, 처리전 시료에서는 기생충란이 검출되었으나 처리 후에는 검출되지 않아 살충효율이 100% 였다.

상기한 바와 같이 본 발명의 처리방법에 따르면 축혈의 악취성분이 제거되고 각종 세균이 제거되며 비료성분이 높게 나타난다.

따라서 처리물을 첨가한 상토를 사용할 경우 퇴비 사용시보다 산도교정능력 및 약분 교정능력이 현저하게 좋아진다.

퇴비와 같이 다량 사용할 경우(1 : 8 초과)상토의 PH가 지나치게 높아져 작물발아 및 생육을 저해할 우려가 있으므로 작물의 토양에 따라 적절히 조절 사용하여야 한다. 그리고 사용량은 소석회 직접 사용량의 6배 정도가 적당하며 부족된 유기물 및 양분은 다른 유기물질로 보충하는 것이 바람직 하다.

또한 화학비료의 사용량외에 처리물을 추가로 사용할 경우 수량이 증가하고 토양PH가 상승하며 토양중 비료성분 함량이 증가하였다. 상치의 경우 처리물의 사용량을 증가할수록 증수되는 경향이나, 질소질 화학비료의 1/3을 처리물로 대체할 경우 수량은 감소하였다. 배추의 경우 질소질 화학 비료의 1/3을 처리물로 대체하여 연용하였을 때 수량은 증수하였으며 이는 전작에서 이용하지 못한 비료성분이 후작에서 이용되었기 때문이다. 본 발명의 안정화 처리물은 토양 사용시 토양의 PH를 상승시키고 유기물, 전질소, 유효인산 및 치환성 양이온의 함량을 높일수 있어 산성 토양등의 토양개량제 및 유기질 비료로서의 가치가 높은 등의 효과가 있다.

또한, 숙성된 처리물을 상온에서 자연건조시켜 주지 않고, 처리물을 건조기내에 투입시켜 준 상태에서 회전시켜 주는 상태에서 인위적으로 고온의 열풍을 송풍시켜 주어 고온의 열풍에 의해 건조가 이루어지도록 하여 계절에 따른 기후조건에 구애됨이 없이 항상 일정한 시간내에 건조가 이루어질수 있도록 함과 아울러, 이로인해 건조과정에서 제품으 변질및 악취가 발생되지 않아 제품의 생산성을 높여줌은 물론, 이로인해 생산단가를 낮추어줄수 있게되는 등의 효과가 있는 것이다.

Claims (2)

1. 석회분말과 함수율 85-95%의 축혈을 밀폐된 교반기에서 약5-15분간 교반하여 축혈이 석회분말에 흡수되어 발열반응을 통해 80-90℃의 열을 방출시켜 함수율이 절반 이하인 약45%로 낮아지도록 하여 축혈이 고형 안정화되고 축혈자체의 취기성분의 일부가 흡착되도록 하는 단계와; 상기의 고형단계에 의해 고형화된 축혈을 밀폐된 숙성조에 2-3일정도 저장시켜 숙성열이 60-70℃까지 유지될수 있도록 하여 호기성 미생의 번식으로 인해 고속분해와 발효가 진행됨은 물론, 취기성분이 제거되도록 하며, 수산화칼슘 생성시의 발열과 수산화칼슘및 중탄성칼슘의 OH와 HCO₃등의 알칼리에 의해 살충, 살균이 이루어질수 있도록 하는 단계와; 상기의 숙성단계에서 50%의 함수율을 낮추어 변질및 악취가 발생되지 않도록 숙성이 완료된 처리물을 건조기내에 투입시켜 준 상태에서 회전시켜 처리물이 뒤집히도록 한 상태에서 약 30분정도의 시간동안 약150~160℃의 열풍을 송풍시켜 처리물의 함수율이 20~25%까지 낮추어질수 있도록 함을 특징으로 하는 건조단계의 결합 공정으로 이루어진 유기질 비료 제조방법.
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