KR100725968B1 - 고효율 액체비료의 생산 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고효율 액체비료의 생산 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 종래의 액체비료 생산 방법의 혐기 발효조의 전단에 소형 발효조를 위치시켜 액상뇨를 집중 폭기시킨 후, 이를 혐기 발효조와 호기 발효조를 거치도록 함으로써 액체비료의 생산 시설의 유지관리비용을 절감하도록 하며, 혐기 발효조와 호기 발효조의 사이에 완충 발효조를 위치시켜 상기 완충 발효조를 혐기 또는 호기 발효조로 변환하여 사용할 수 있도록 함으로써 생산효율을 더욱 극대화시킨 것으로, 혐기 발효조, 호기 발효조 및 안정화조로 되는 액체비료의 생산 방법에 있어서, 집수조를 통해 집수 및 분리된 액상뇨가 집중 폭기되는 소형 발효조와, 상기 소형 발효조를 거친 액상뇨가 혐기성 상태에서 숙성 발효되는 혐기 발효조와, 상기 혐기 발효조를 거친 액상뇨가 혐기 발효되거나 호기 발효되는 완충 발효조와, 상기 완충 발효조를 거친 액상뇨가 액상비료로 발효되어 슬러지와 액상비료로 침전분리되는 호기 발효조와, 상기 호기 발효조를 거친 액상비료가 저장되는 안정화조를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

완충 발효조, 소형 발효조, 집중폭기, 악취제거장치

Description

고효율 액체비료의 생산 방법{High efficiency liquid fertilizer producing system}

도 1은 종래의 액체비료 생산 방법을 나타낸 구성도.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 액체비료 생산 방법을 나타낸 구성도.

도 3, 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액체비료 생산 방법을 나타낸 구성도.

본 발명은 고효율 액체비료의 생산 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 종래의 액체비료 생산 방법의 혐기 발효조의 전단에 소형 발효조를 위치시켜 액상뇨를 집중 폭기시킨 후, 이를 혐기 발효조와 호기 발효조를 거치도록 함으로써 액체비료의 생산 설비의 유지관리비용을 절감하도록 하며, 혐기 발효조와 호기 발효조의 사이에 완충 발효조를 위치시켜 상기 완충 발효조를 혐기 또는 호기 발효조로 변환하여 사용할 수 있도록 함으로써 생산효율을 더욱 극대화시킨 것이다.

종래에는 화학 비료의 사용으로 환경오염이 유발되고, 토양의 염류집적을 일으켜 토양의 근본적인 구조인 떼알 구조가 파괴되고 영양분의 편중으로 인하여 작물 생장이 저해되는 등의 문제가 발생하였다.

이를 해결하기 위한 방법으로 자연 친화적인 농법이 시행되고 있는데 상기 자연 친화적인 농법이란 화학비료를 대체하여 유기질의 액상비료를 이용하는 것이다.

상기 액상비료는 농축산 폐수를 이용하여 제조되는 것인바, 종래 액상비료의 제조 및 사용과 관련하여 여러가지 문제점이 나타났다.

상기 액상비료의 제조방법 중 가장 많이 사용되고 있는 저장액비화법은, 축산분뇨를 액상물질과 고형물질로 분리한 후, 상기 액상물질을 혐기성 처리 또는 호기성 처리하여 이를 액상비료로서 사용하는 것이다.

그러나 상기 혐기성 처리법은 가축분 또는 뇨를 투입하여 공기와의 접촉을 막아 하부를 혐기성 상태로 만든 후 혐기성 미생물에 의해 유기물질을 분해하여 이산화탄소와 유용한 부산물인 메탄가스를 생산하도록하는 생물학적 방법이나, 상기한 혐기성 처리법은 메탄생성균의 증식속도가 느리기 때문에 긴 체류시간이 요구되고 온도를 일정하게 유지하기 위해서 에너지가 소요되며, 혐기성 처리의 효율에는 한계가 있고 고농도의 폐수를 처리한 유출수의 농도가 높기 때문에 2차 처리를 해야하는 문제점이 있었다.

또한 호기성 처리법은 교반과 동시에 폭기함으로써 호기성 미생물의 증식과 더불어 섬유질이 분해되어 온도가 상승하여 온도 손실을 최소화할 경우 액상 퇴비화를 기대할 수 있는 방법이나, 교반방법에 따라 온도상승의 효과가 다르기 때문에 내용물의 부숙 정도가 달라질 수 있으며, 장시간 호기성 상태를 유지하기 위해서는 동력비가 많이 소요되는 문제점이 있었다.

상기한 단점들을 해소하기 위한 방법으로, 본 출원인은 액상비료의 제조를 위하여 등록특허 제433647호를 발명하였는 바, 구체적으로 축산의 분뇨혼합물을 집수조에 유입시키는 단계, 상기 집수조에 유입된 분뇨혼합물을 경류식 스크린과 미세진동 스크린을 순차적으로 통과시킴으로써 분뇨액을 분리하는 단계, 상기 분리된 분뇨액을 이송펌핑조를 통하여 미생물처리조로 이송하고, 혐기성 또는 임의성 미생물을 투입하여 통기, 교반함으로써 액상 비료화 시키는 단계, 상기 미생물 처리조를 통과한 액상비료를 발효조에서 숙성, 발효시키는 단계, 및 상기 발효조를 통과한 액상비료에 임의성 미생물을 투입하고 폭기장치와 슬러지 콜렉터가 내장된 반응조로 이루어진 임의성 발효조에서 발효시키는 단계를 갖는 액상비료의 제조방법을 발명하여 축산폐기물의 방류로 인한 환경오염을 줄일 수 있고, 토양의 산성화를 방지하며, 다양한 용도에 적합한 액상비료를 제조할 수 있도록 하였다.

상기한 발명을 위해서 본 출원인은, 도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 고액분리기 및 집수조를 통과한 액상뇨를 1차, 2차 및 3차 혐기 발효조를 거치도록 하여 혐기 발효 시킨 후, 혐기 발효조를 통해 발효된 분뇨를 호기 발효조에 투입하여 교반 및 폭기시킨 후 이를 안정화조에 저장하는 액상비료의 제조 방법을 사용하였는 바, 상기 방법에 있어서 혐기 발효조를 앞에 두는 이유는 호기 발효조를 운영함에 있어서는 전력비가 상승되기 때문이었다. 그러나 혐기 발효조를 앞에 둠으로써, 액체비료의 제조 시간이 길어지고 생산량이 저하되는 문제점이 발생하였다.

또한 상기 혐기 발효조 후단에 위치되는 호기 발효조는 많은 전력비가 요구되고, 악취가 심하게 발생되나 용적이 커서 악취를 손쉽게 제거할 수 없는 문제점이 발생하였다.

따라서 본 출원인은 선출원한 용도에 적합한 액상비료를 제조할 수 있음은 물론, 생산 설비를 효율적으로 가동하여 전력비는 감소하고 생산량을 증가시킬 수 있도록 하는 생산 방법을 출원하기에 이르렀다.

따라서 본 발명의 목적은, 상기한 종래의 액체비료 생산 방법이 갖는 제반 문제점인 생산률의 저하, 악취의 발생 및 동력비의 상승을 해소하기 위한 것으로, 혐기 발효조의 전단에 소형 발효조를 위치시키고 3차 혐기 발효조를 완충 발효조로 대체함으로써, 소형 발효조에서 액상뇨를 집중 폭기시킬 수 있어 적은 동력으로 신속하게 호기성 발효를 시킬 수 있도록 하고, 3차 혐기 발효조를 혐기 또는 호기로의 이용이 가능한 완충 발효조로 전환하여 혐기와 호기조건을 교대로 운영할 수 있어 효율적인 액체비료의 생산이 가능하도록 하는 고효율 액체비료의 생산 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 소형 발효조에 별도의 악취 가스 반송라인을 설치함으로써, 집중 폭기시 발생되는 악취 가스가 외부로 배출되지 않고 소형 발효조 내로 반송되어 악취 가스의 농도를 저감하고 악취 가스의 확산을 방지하도록 하는 것이다. 또한 상기 소형발효조에 폭기시스템 및 악취제거장치를 추가로 설치함으로써, 집중 폭기가 용이하도록 함은 물론, 집중 폭기시 악취발생을 원천적으로 차단하여 후의 호기성 발효조에서 악취가 발생되지 않도록 하며, 악취제거시스템의 규모가 축소될 수 있도록 하는 것이다.

또한 미생물과 액상뇨의 공급을 혐기 발효조와 소형 발효조로 단일화하지 않고, 소형 발효조, 혐기 발효조, 완충 발효조 및 호기 발효조에 각각 분배공급될 수 있도록 하여, 미생물의 농도를 유지할 수 있음은 물론, 발효조의 운영을 다양하게 하여 분뇨의 농도 및 액체비료의 용도에 따라 운영조건을 변경할 수 있도록 하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 고효율 액체비료의 생산 방법은,

혐기 발효조, 호기 발효조 및 안정화조로 되는 액체비료의 생산 방법에 있어서, 집수조를 통해 집수 및 분리된 액상뇨가 집중 폭기되는 소형 발효조와, 상기 소형 발효조를 거친 액상뇨가 혐기성 상태에서 숙성 발효되는 혐기 발효조와,

상기 혐기 발효조를 거친 액상뇨가 혐기 또는 호기 발효되는 완충 발효조와, 상기 완충 발효조를 거친 액상뇨가 액상비료로 발효되어 슬러지와 액상비료로 침전분리되는 호기 발효조와, 상기 호기 발효조를 거친 액상비료가 저장되는 안정화조를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 소형 발효조에 악취제거장치가 추가로 설치되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 소형 발효조 내에 폭기시스템이 설치되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 호기 발효조로부터 분리된 슬러지는 혐기 발효조, 완충 발효조 또는 호기 발효조로 반송되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 혐기 발효조는 2개가 차례로 설치되어 1차 혐기 발효조와 2차 혐기 발효조로 되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 1차 혐기 발효조, 2차 혐기 발효조 및 완충 발효조에 미생물 공급라인이 각각 설치된 것을 특징으로 한다.

또한 상기 소형 발효조, 혐기 발효조, 완충 발효조 및 호기 발효조에 액상뇨 주입라인이 각각 설치되어 집수조로 부터 집수된 액상뇨가 각 발효조에 별도 주입될 수 있도록 구성된 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명을 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명하도록 한다.

도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 고효율 액체비료의 생산 방법은, 소형 발효조, 혐기 발효조, 완충 발효조, 호기 발효조 및 안정화조로 되는 것이다.

먼저 발효조의 전단에 위치하는 소형 발효조는, 종래 용량이 큰 호기 발효조를 통해 교반, 폭기시킬 시 많은 량의 동력이 소요되어 액체비료의 제조비용이 상승되고, 호기 발효시 발생되는 악취를 제거하지 못하는 문제점을 해소함은 물론, 신속한 호기 발효를 통해 액체비료의 생산량을 증대시키기 위한 것이다. 또한 상기 호기 발효조에서 발효시 폭기과정에서 발생되는 거품류를 제거하기가 운영자에게 많은 어려움을 초래할 수 있었으나, 이를 소형 발효조에서 집중적으로 제거할 수 있게 되어 유지관리성이 매우 향상되는 것이다. 또한 상기 소형 발효조 내에는 폭기시스템이 설치되어 집중폭기를 도울 수 있도록 하며, 상기 폭기스시템은 그 종류를 제한하지 않는다.

상기 소형 발효조로는, 축산의 분뇨혼합물을 고·액분리기를 통하여 분리하 고 집수조에 유입한 후, 유입된 분뇨를 고액분리시설을 통하여 고형분와 액상뇨로 분리된 액상뇨가 주입되는 것으로, 상기 주입된 액상뇨를 집중 폭기시켜 효율적인 호기 발효가 가능하도록 한다.

상기 소형 발효조를 거친 액상뇨는 혐기 발효조로 유입되는 바, 상기 혐기 발효조는 혐기성 상태에서 액상뇨를 숙성 발효시켜 유기물의 제거와 동시에 인의 방출을 통해 후속되는 호기 발효조에서 공기 공급량을 감소시켜 동력비의 절감효과를 갖도록 한다.

상기 혐기 발효조에 이용되는 미생물은, 호기 발효조의 침전조에서 분리된 고형물을 슬러지 반송시스템을 통해 반송됨으로써 자체적으로 필요한 미생물의 농도를 유지할 수 있게 되는 것이다.

또한 종래의 액체비료 생산 방법은 호기 발효조에 충분한 양의 산소공급이 어려워 질산화 및 탈질화를 통한 질소의 농도조절에 다소 어려움이 있었으나, 본 발명에서는 소형 발효조에서 충분한 질산화를 유도하여 혐기 발효조로 유입시킬 수 있기 때문에 탈질기능을 갖게되어 질소 농도의 저감효과를 극대화할 수 있는 것이다.

그리고 상기 혐기 발효조는 2단으로 구성, 즉 1차 혐기 발효조와 2차 혐기 발효조로 구성되어 유입되는 액상뇨의 성상 및 생산 액체비료의 양을 조절할 수 있는 것이다.

상기와 같은 혐기 발효조를 거친 액상뇨는 완충 발효조로 유입되는 바, 상기 완충 발효조는 산기장치와 교반시설을 동시에 가지고 있어, 필요에 따라 혐기 발효조로 운영되거나 호기 발효조로 용도를 전환하여 활용이 가능하도록 하는 것이다. 이는 국내 농업구조의 특성상 액체비료의 사용시기가 연중 2차례로 제한적인 점을 고려할 때 액체비료의 생산량과 축산분뇨의 유입량의 불균형으로 인해 연간 액체비료의 수요와 공급이 과부족 또는 잉여의 불규칙적인 패턴이 이어지기 때문이다.

즉 액체비료의 사용시기가 다가올 경우는 완충 발효조를 호기 발효조로 전환하여 액체비료의 생산기간을 축소시키고, 액체비료의 생산량이 과다할 경우는 혐기 발효조로 전환하여 생산기간을 길게 하도록 하는 것으로, 액체비료의 생산일수 조정, 유입되는 축산분뇨량의 변동, 처리효율의 변화 등에 대해 다각적으로 대처하기 위한 것이다.

상기 완충 발효조를 거친 분뇨는 호기 발효조로 유입되는 데, 상기 호기 발효조에서는 앞서 소형 발효조에서 1차례에 걸쳐 집중 폭기가 진행되었으므로, 필요 공기량이 적어지게 되고 동력비 또한 절감될 수 있게 되는 것이며, 호기 발효조에서는 토양 미생물을 활성화하며 영양물질을 제거함으로써 염류피해가 없고 토양을 활성화시키는 효소가 풍부한 액체비료를 생산할 수 있도록 하는 것이다.

상기 호기 발효조에는 내측에 침전분리가 가능한 슬러지 콜렉터가 설치된 침전조가 내장되어 침전분리된 슬러지가 인발되거나 소형 발효조, 혐기 발효조 또는 호기 발효조로 반송되도록 한다. 상기 슬러지의 반송은 슬러지의 상태에 따라 반송되는 발효조를 선택적으로 사용하도록 한다.

상기 호기성 발효조를 거친 액체비료는 안정화조에 저장되며, 상기 안정화조에 저장된 액체비료는 미생물의 활동으로 생성된 많은 효소를 포함하고 있다. 그리고 저장된 액체비료는 악취와 이물감이 아주 적어 잔디나 엽면 시비용으로 사용이 가능한 저농도의 액상비료가 완성되는 것이다.

또한 도 3에서 확인할 수 있는 바와 같이, 소형 발효조에는 별도의 악취제거장치가 설치될 수도 있는 바, 상기 소형 발효조에 악취제거장치를 설치함으로써 악취의 손쉬운 제거가 가능함은 물론, 악취제거시스템의 소형화를 유도할 수 있는 것이다.

상기 악취제거장치는 바이오 필터나 악취제거약품 등을 이용하여 악취를 제거하는 것으로, 본 발명에서는 상기 악취제거장치의 종류를 제한하지 않는다.

그리고 본 발명의 액체비료 생산 방법에서는, 도 4에서 확인할 수 있는 바와 같이, 종래의 액체비료 생산 방법과는 달리, 미생물의 공급을 혐기 발효조의 단일지점이 아닌, 1차 혐기 발효조, 2차 혐기 발효조 및 완충 발효조로의 공급이 가능하도록 분배라인을 설치함으로써, 저류기간이 길 경우 미생물의 내생호흡으로 인해 사멸율이 증가하여 처리효율이 저하되는 문제점을 해결할 수 있도록 한다.

또한 축산뇨 또한 집수조에서 소형 발효조 뿐만 아니라, 혐기 발효조, 완충 발효조 및 호기 발효조로의 액상뇨의 주입 또한 가능하도록 하여 발효과정을 혐기에서 호기로 단일화시키기 보다는 수요와 공급에 대한 균형유지, 안정적인 처리효율, 에너지 절감 등의 차원에서 운영방안의 변화를 시도할 수 있도록 한다.

즉, 주입라인을 다원화함으로써, 혐기에서 호기로의 발효뿐만 아니라, 호기, 혐기 발효가 가능하게 되고, 호기, 혐기, 호기의 발효 또한 가능하게 되는 것은 물론, 용도에 따라 액체비료의 농도를 조절할 수 있게 되는 것이다.

이하 본 발명의 적용례에 대해 살펴보면 다음과 같다.

돼지 사육장으로부터 발생되는 분뇨혼합물을 전처리 과정을 통해 고액분리한 후, 집수조(체류시간 1시간 50분, 용량:237㎥)에 유입시키고, 스크린설비(수동식 Sieve Screen, 진동스크린)을 통하여 고형물과 액상을 분리한 후 고형물은 퇴비사료로 보내고 액상을 지붕이 씌워진 소형 발효조(400㎥, Φ12,400×3.45mH, 부대설비:스컴제거설비, 산기관, 송풍기, PTO 교반기, 악취제거장치(Biofilter))에 유입시켜 집중 폭기(공기량 1㎥/㎥·hr 이상) 시킨다. 이때 발생되는 거품류는 별도의 제거설비를 통해 제거시키고, 악취가스는 지붕상부의 포집라인을 통해 포집시킨 후 악취제거장치를 통해 제거시킨다.

소형 발효조 유출수는 2단 혐기 발효조(체류시간 20×2일, 용량 :2099×2㎥, 부대시설: PTO교반기, 침전물 인출용밸브, 슬러지 반송시스템)를 거쳐 완충 발효조(체류시간 20일, 용량 :2099㎥, 부대시설:PTO교반기, 공기공급설비, 수중교반기)를 통하여 혐기 또는 효기 발효시킨 후 호기 발효조로 이송하고, 침전조에서 침전분리시킨 후 고형물은 반송라인으로 1차, 2차 혐기성 발효조, 완충 발효조 또는 호기 발효조로 반송되고 일부는 인발되어 별도의 처리과정을 거치도록 하며, 액상은 안정화조에서 저장된 후 반출되도록 한다.

본 발명은 상기한 실시예에 한하여 설명하였지만 본 발명이 이에 한정되는 것은 아닌 것으로, 본 발명의 범주와 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형 실시가 가능함은 물론이다.

상기한 설명에서 분명히 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 고효율 액체비료의 생산 방법에 의하면, 혐기 발효조의 전단에 소형 발효조를 위치시키고 3차 혐기 발효조를 완충 발효조로 함으로써, 소형 발효조에서 액상뇨를 집중 폭기시킬 수 있어 적은 동력으로 신속하게 호기성 발효를 시킬 수 있도록 하고, 3차 혐기 발효조를 혐기 또는 호기로의 이용이 가능한 완충 발효조로 전환하여 혐기와 호기조건을 교대로 운영할 수 있어 효율적인 액체비료의 생산이 가능하도록 하는 등이 유용한 효과를 제공한다.

또한 소형 발효조에 별도의 악취 가스 반송라인을 설치함으로써, 집중 폭기시 발생되는 악취 가스가 외부로 배출되지 않고 소형 발효조 내로 반송되어 악취 가스의 농도를 저감하고 악취 가스의 확산을 방지하도록 하는 효과를 제공한다.

또한 상기 소형 발효조에 악취제거장치와 폭기장치를 추가로 설치함으로써, 집중 폭기가 용이하도록 하며, 집중 폭기시 악취발생을 원천적으로 차단하여 후의 호기성 발효조에서 악취가 발생되지 않도록 하고, 악취제거장치의 규모가 축소될 수 있도록 하며, 미생물과 분뇨를 포함하는 원수의 공급이 각 소형 발효조, 혐기 발효조, 완충 발효조 및 호기 발효조에 분배될 수 있도록 하여, 발효조의 운영을 다양하게 하여 분뇨의 농도 및 액체비료의 용도에 따라 운영조건을 변경할 수 있도록 하는 유용한 효과를 제공한다.

Claims (7)

1. 혐기 발효조, 호기 발효조 및 안정화조로 되는 액체비료의 생산 방법에 있어서,

   집수조를 통해 집수 및 분리된 액상뇨가 집중 폭기되는 소형 발효조와,

   상기 소형 발효조를 거친 액상뇨가 혐기성 상태에서 숙성 발효되는 혐기 발효조와,

   상기 혐기 발효조를 거친 액상뇨가 혐기 발효되거나 호기 발효되는 완충 발효조와,

   상기 완충 발효조를 거친 액상뇨가 호기성 상태에서 액상비료로 발효되어 슬러리와 액상비료로 침전분리되는 호기 발효조와,

   상기 호기 발효조를 거친 액상비료가 저장되는 안정화조를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 고효율 액체비료의 생산 방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 소형 발효조에 악취제거장치가 추가로 설치되는 것을 특징으로 하는 고효율 액체비료의 생산 방법.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 소형 발효조 내에 폭기시스템이 설치되는 것을 특징으로 하는 고효율 액체비료의 생산 방법.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 호기 발효조로부터 분리된 슬러지는 혐기 발효조, 완충 발효조 또는 호기 발효조로 반송되는 것을 특징으로 하는 고효율 액체비료의 생산 방법.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 혐기 발효조는 2개가 차례로 설치되어 1차 혐기 발효조와 2차 혐기 발효조로 되는 것을 특징으로 하는 고효율 액체비료의 생산 방법.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 1차 혐기 발효조, 2차 혐기 발효조 및 완충 발효조에 미생물 공급라인이 각각 설치된 것을 특징으로 하는 고효율 액체비료의 생산 방법.
7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 소형 발효조, 혐기 발효조, 완충 발효조 및 호기 발효조에 액상뇨 주입라인이 각각 설치되어 집수조로 부터 집수된 액상뇨가 각 발효조에 별도 주입될 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 고효율 액체비료의 생산 방법.

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