KR100798691B1

KR100798691B1 - 고령토 벽돌을 이용한 액비 제조장치 및 그 고령토 벽돌의제조방법

Info

Publication number: KR100798691B1
Application number: KR20070024671A
Authority: KR
Inventors: 이석태
Original assignee: 이석태
Priority date: 2007-03-13
Filing date: 2007-03-13
Publication date: 2008-01-29
Also published as: WO2008111805A1

Abstract

본 발명은 고령토 벽돌을 이용한 액비 제조장치 및 고령토 벽돌의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고령토를 물과 반죽하여 미생물 투입구가 형성되도록 벽돌을 성형하고, 이를 숯가마 내에서 소성한 뒤, 미생물 투입구를 통해 미생물을 배양/숙성시켜 건조된 고령토 벽돌을 이용하여 보다 효과적으로 가축 분뇨를 액비(Liquefied fertilizer)로 제조하기 위한 장치이다.

본 발명에 의한 액비 제조장치는, 가축 분뇨 유입구(11) 및 생성물질 배출구(12)가 형성된 발효반응조(10); 상기 발효반응조 내에 공기를 주입하도록 일단에 송풍기(21)가 구비된 에어라인(22)에 적어도 하나 이상의 에어분사구(23)가 형성된 에어공급수단(20); 상기 발효반응조 내에 단층 또는 복층으로 적층되고 적어도 하나의 미생물 투입구(31)가 형성된 고령토 벽돌(30); 및 상기 발효반응조 내의 온도를 상승시키는 가열장치(40)를 포함하는 것을 특징으로 하며, 이에 따르면 발효반응조 내에 충입된 가축 분뇨에 공기가 분산/확산 되고 이 공기에 의해 고령토 벽돌 내에 배양된 호기성 미생물의 활성화로 분뇨를 최적의 상태에서 분해 발효시킬 수 있다.

Description

고령토 벽돌을 이용한 액비 제조장치 및 그 고령토 벽돌의 제조방법{Apparatus for liquefied fertilizer production using kaolin brick and process of kaolin brick}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고령토 벽돌을 이용한 액비 제조장치의 전체 구성 및 일부를 확대한 사시도.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 고령토 벽돌을 이용한 액비 제조장치의 작용 상태를 보인 측단면도.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 고령토 벽돌을 제조하는 단계를 보인 블록도.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

10 : 발효반응조 11 : 유입구

12 : 배출구 20 : 에어공급수단

21 : 송풍기 22 : 에어라인(Air line)

23 : 에어분사구 30 : 고령토 벽돌

31 : 미생물 투입구 40 : 가열장치

50 : 제어장치 51 : 온도감지센서

본 발명은 고령토 벽돌을 이용한 액비 제조장치 및 그 고령토 벽돌의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 가축분뇨가 충입되고 고령토 벽돌이 적재된 발효반응조 내에 송풍기에 의해 강제로 공급된 공기를 미세하게 분산 및 확산시켜서 발효반응조 내의 용존 산소량을 균일하게 유지함은 물론, 고령토 벽돌 내에서 휴면 상태에 있던 미생물의 활성화로 분뇨를 최적의 상태에서 발효시킴과 동시에 음이온과 원적외선에 의한 살균 작용을 갖도록 한 것이다.

일반적으로 경작지에 영양분을 공급하여 경작물이 병충에 의한 해 없이 잘 자라도록 하기 위해 화학비료나 농약을 사용하고 있으나, 이로 인해 토양이 점차 산성화되고 지력이 쇠약해져서 그 생명력을 잃어가고 있을 뿐 아니라, 화학비료나 농약은 인체에 유해하고 환경을 오염시키는 주범이 되고 있다.

이에 주지하는 바와 같이, 근래 유기농법의 확산으로 인해 종래의 화학비료가 점차 유기비료로 대체됨에 따라, 농가에서도 손쉽게 수집 가능한 퇴비, 깻묵, 톱밥 등을 포함한 유기물을 발효시켜 액비(liquefied fertilizer)화 할 수 있는 소형의 액비 제조장치들이 속속 선보이고 있다.

이러한 발효 액비 제조장치에는, 일반적으로 발효반응조 내에 외기가 강제로 유입되는 공기공급관이 구비되고, 이 공기공급관을 통해 미생물의 분해작용에 필요한 산소를 공급하고 있다.

그런데, 발효반응조 내에 저장된 가축 분뇨의 원활한 분해작용을 위해서는 공기공급관으로 유입된 공기가 기포처럼 미립화 되는 것이 좋고, 또한 발효반응조 내의 전체 면적에 균일하게 분산 및 확산 되게 하여 용존 산소량을 유지시키는 것이 바람직하다.

따라서 종래에는, 공기공급관이 구비된 발효반응조 상부에 스크린을 구비한 액비 제조장치가 제안되었던 바, 이는 공기가 스크린에 형성된 투과공을 통과하면서 작은 직경으로 미립화시켜 분산되도록 한 것이다.

그러나, 이러한 공기공급관의 상부에 스크린을 설치한 구조는, 그다지 효율성이 높지 않을뿐더러, 오히려 투과공을 이루는 스크린 몸체의 저면에 다수개의 기포가 모여 있다가 하나의 큰 기포로 뭉쳐서 상승하는 경우가 발생하여 공기 용해를 저해하는 문제점이 있다.

이에 상기의 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 목적은, 송풍기에서 에어라인을 통해 발효반응조 내로 유입된 공기가 물리적으로 균일한 분포로 분산 및 확산되도록 하고, 동시에 발효반응조 내에 원적외선과 음이온을 방출함은 물론 다량의 미생물이 접종된 고령토 벽돌을 적재하여 공기와 접촉되게 함으로서, 비교적 적은 공기량으로도 미생물의 분해 작용을 활성화하여 다량의 가축 분뇨를 신속하게 발효 처리하여 양질의 액비를 제조할 수 있도록 하는 고령토 벽돌을 이용한 액비 제조장치 및 그 고령토 벽돌의 제조방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 고령토 벽돌을 이용한 액비 제조장치 는, 가축 분뇨 유입구 및 생성물질(액비) 배출구가 형성된 발효반응조; 상기 발효반응조 내에 공기를 주입하도록 일단에 송풍기가 구비된 에어라인에 적어도 하나 이상의 에어분사구가 형성된 에어공급수단; 상기 발효반응조 내에 단층 또는 복층으로 적층되고 적어도 하나의 미생물 투입구가 형성된 고령토 벽돌; 및 상기 발효반응조 내의 온도를 상승시키는 가열장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직한 액비 제조장치는, 발효반응조 내에 온도 검출용 온도감지센서가 구비되고, 상기 온도감지센서의 검출 온도에 따라 가열장치를 자동 제어하는 제어장치를 더 포함한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 측면에 의하면, 상기 액비 제조장치에 적재된 고령토 벽돌은, 원적외선과 음이온을 방출하는 고령토를 이용하되, 고령토를 물과 배합하여 반죽하고 성형 틀로서 적어도 하나 이상의 미생물 투입구가 형성되도록 벽돌을 성형하는 성형 단계(S1); 성형 벽돌을 1100 ~ 1350℃ 온도의 숯가마 내에서 소성하는 소성 단계(S2); 60 ~ 80℃ 환경에서 미생물 투입구를 통해 미생물을 배양하여 5 ~ 7시간 동안 숙성시키는 배양 및 숙성 단계(S3); 벽돌 내의 미생물이 휴면하도록 산소가 공급되는 그늘진 환경에서 건조시키는 휴면 단계(S4)를 포함하여 제조되는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예로 제공된 고령토 벽돌의 제조방법과 함께 고령토 벽돌을 이용한 액비 제조장치에 대해 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고령토 벽돌을 이용한 액비 제조장치의 전 체 구성 및 일부를 확대한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 고령토 벽돌을 이용한 액비 제조장치의 작용 상태를 보인 측단면도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 고령토 벽돌을 제조하는 단계를 보인 블록도이다.

도 1 및 도 2를 참조하는 바와 같이, 본 발명에 의한 액비 제조장치는, 상부에 가축 분뇨 유입구(11)가 형성되고 하단에는 발효 생성물질(액비)이 배출되도록 배출구(12)가 형성된 발효반응조(10)를 포함하며, 발효반응조(10)의 바닥 면은 생성물질의 원활한 배출이 가능하도록 배출구(12) 방향으로 경사면(S)을 이루고 있다. 여기서 상기 가축 분뇨는, 미생물이 접종된 왕겨나 나무칩 등과 반응하여 이미 한 번 이상 발효 처리된 후에 잔존하는 액상 분뇨이다.

상기 발효반응조(10) 내에 공기를 주입하기 위한 에어공급수단(20)은, 발효반응조(10) 외부에 설치된 송풍기(21)와, 상기 송풍기(21)에 연결된 에어라인(22)과, 상기 에어라인(22)에 형성된 적어도 하나 이상의 에어분사구(23)를 포함한다.

상기 에어라인(22)은 송풍기(21)로부터 발효반응조(10) 내의 바닥 면에 놓이도록 연결되고, 바닥면 전제 면적에 대해 공기가 균일하게 공급된 상태에서 분사되도록 하기 위해, 가로 또는 세로 방향으로 복수의 열을 형성하거나 또는 2방향 내지 4방향으로 분기 형성될 수 있고, 또한 바닥면에 놓인 에어라인(22)에는 일정 간격으로 에어분사구(23)를 구비함으로써, 송풍기(21)로부터 발생된 공기가 다수의 에어분사구(23)를 통해서 발효반응조(10) 내에 균일하게 분출, 확산되도록 한다.

이때 공기가 미세한 공기방울과 같이 미립화 된 형태로 분사되도록 하기 위해, 상기 에어분사구(23)의 구멍의 지름을 0.3 ~ 0.8mm 로 하는 것이 바람직하다. 물론, 송풍기(21)의 출력 용량이나 에어라인(22)의 길이 등을 고려하여 에어분사구(23)의 구멍 지름은 0.3 ~ 0.8mm 범위 내에서 조절될 수 있다.

한편, 상기 발효반응조(10) 바닥에는 적어도 하나의 미생물 투입구(31)가 형성된 고령토 벽돌(30)이 복수 개 설치되며, 이때 상기 고령토 벽돌(30)은 에어분사구(23) 주변에 배치되게 한다.

또한 고령토 벽돌(30)이 발효반응조(10) 내에서 보다 넓은 범위로 균일하게 분포하도록 하기 위해 도시된 바와 같이 가급적 열십자로 교차하는 형태로 하여 2층 이상 적층시킨다. 이때, 가축 분뇨 유입구(11)로부터 유입된 분뇨에 의해 2층 이상 적층된 벽돌(30)이 완전히 수면 밑으로 잠기도록 한다. 이는 적층된 벽돌(30)의 높이에 따라 가축 분뇨의 저수량이 결정됨을 알 수 있다.

상기 고령토 벽돌(30)의 주재료인 고령토는, 물이나 탄산 등의 화학적 작용으로 인해 바위와 돌이 분해되어 생긴 진흙으로, 주광물은 카올리나이트 AlO·2SiO·2HO와 할로이사이트 AlO·SiO·4HO이며, 원적외선과 음이온을 방출하는 것으로 알려져 있어, 본 발명과 같이 호기성 미생물이 고령토와 접하면 호적한 환경에 의해서 미생물이 활성화되는 특성이 있다.

도 3을 참조하여 이러한 고령토 벽돌(30)의 제조방법을 설명한다.

본 발명에 의한 고령토 제조방법은, 고령토를 물과 함께 배합하여 적당한 점성을 가진 반죽으로 만들고, 이를 소정 형상의 성형 틀(금형 또는 목형)을 이용하여 소망하는 형상의 벽돌로 성형하는 벽돌 성형 단계(S1)를 포함한다. 이때 벽돌 성형시 벽돌(30)에 적어도 하나 이상의 미생물 투입구(31)가 형성되도록 하는 것이 바람직하고 이는 성형 틀에 의해서 형성되도록 한다.

또한 본 발명에 의한 고령토 제조방법은, 상기 성형된 고령토 벽돌(30)을 1100 ~ 1350℃ 온도 범위의 숯가마 내에서 굽는 소성 단계(S2)를 포함하며, 소성 단계(S2)를 거친 고령토는 내부에 무수히 많지만 눈에 띄지 않는 미세한 공극이 형성되며, 이는 곧 호기성 미생물의 번식 또는 배양에 적합한 조건이 된다.

본 발명에 의한 고령토 제조방법은, 소성 단계(S2) 이후 고령토 벽돌(30)을 60 ~ 80℃ 환경에서 미생물 투입구를 통해 미생물을 접종 배양하여 5 ~ 7시간 동안 숙성시키는 배양 및 숙성 단계(S3)와, 고령토 벽돌(30)을 산소가 공급되는 그늘진 환경에서 건조시키는 휴면 단계(S4)를 포함한다.

휴먼 단계(S4)에서의 건조 과정은 고령토 벽돌(30) 내의 수분을 제거하여 배양 및 숙성된 호기성 미생물을 휴면 상태에 있도록 하기 위함이다.

다시 도 1 및 도 2를 참조한 액비 제조장치는, 상기 발효반응조(10) 내의 온도를 상승시키고, 발효반응조(10) 내부가 호기성 미생물의 활성에 적합한 온도인 35 ~ 40℃ 범위를 유지하도록 하는 발열체인 가열장치(40)를 포함하며, 더욱 바람직하기로는 상기 가열장치(40)의 ON/OFF를 자동으로 제어하는 제어장치(50)를 더 포함한다.

물론, 제어장치(50)가 발효반응조(10) 내의 상기 적정 온도를 자동으로 유지하도록 하기 위해, 발효반응조(10) 내의 적소에 온도감지센서(51)가 설치되고, 이는 제어장치(50)에 전기적으로 연결된다.

이때 상기 가열장치(40)와 수분을 가진 액상의 가축 분뇨를 상호 절연시켜야 할 필요가 있으므로, 가열장치(40) 외면에는 마그네샤를 도포하거나 포장한다. 마그네샤는 절연성과 열전도 효율이 우수하기 때문에 가열장치(40)가 분뇨와 접촉하여 통전되는 것을 방지함은 물론, 가열장치(40)에서 발생된 열이 손실 없이 분뇨에 충분히 전도된다.

상기 제어장치(50)는 가열장치(40)의 제어뿐 아니라, 시간 설정과 같은 다양한 조건의 설정을 통해서 송풍기(21)의 ON/OFF를 자동 제어하거나 또는 상기 발효반응조(10)의 유입구(11)에 설치된 유입밸브(11a), 배출구(12)에 설치된 배출밸브(12a) 등을 자동으로 제어하여 분뇨의 유입과 생성물질의 배출을 제어할 수 있다.

이와 같이 구성된 본 발명의 액비 제조장치는, 에어라인(22)을 통해 공급된 공기가 에어분사구(23)를 통해 미립 형태로 확산 분사되므로 발효반응조(10) 내에 균일한 용존산소량의 확보가 가능하게 된다.

또한 고르게 확산 분포된 공기에 의한 기포들이 고령토 벽돌(30)과 접하면서 고령토 벽돌(30)에 배양 및 숙성되었던 호기성 미생물을 휴면 상태에서 활성화시켜 활발한 분해 활동을 통해 분뇨를 효과적으로 발효시키며, 이때 발효반응조(10) 내부는 가열장치(40) 및 제어장치(50)에 의해 호기성 미생물의 활동에 적합한 온도를 유지하는 등, 이와 같이 본 발명의 장치는 축산 분뇨의 액비화에 따른 최적의 조건과 상태를 유지할 수 있다.

한편, 본 발명의 액비 제조장치를 활용함에 있어서, 상기 송풍기(21)를 통해 발효반응조(10) 내부에 인위적으로 고압을 형성할 수 있다. 이와 같이 고압을 형성 하게 되면 배출구(12)로의 생성물질 배출시 발효반응조(10)의 내부에 형성된 고압에 의해, 생성물질(액비)이 더욱 신속하고 원활하게 배출된다.

이하, 본 발명의 액비 제조장치에 의해 생성된 액비를 하기와 같이 시험하였다.

(시험예)

본 발명의 액비제조장치에 의해 배출된 액비를 취하여 일반균, 바실루스(Bacillus), 스트렙토미스세스(Streptomyces), 유산균, 효모 및 곰팡이 균을 공지된 각 배지에서 분리 배양하여 그 수를 측정하였고, 비교 대상으로는 일반적으로 사용하고 있는 수처리용 활성미네랄용액을 취하였다.

(시험조건)

일반균, 바실루스(Bacillus), 스트렙토미스세스(Streptomyces), 유산균, 효모 및 곰팡이 균을 측정하기 위한 각 분리 배지와 배양온도는 아래 표 1과 같고, 모두 호기 배양하였다.

[표 1]

균류	분리 배지	온도	배양방법
일반균	PLATE COUNTING AGAR	30℃	호기배양
바실루스(Bacillus)	DEXTROSE TRYPTONE AGAR	50℃	호기배양
스트렙토미스세스(Streptomyces)	ISP MED. 2	26℃	호기배양
유산균	MRS AGAR (DIFCO 0881)	37℃	호기배양
효모	YM AGAR (DIFCO 0712)	26℃	호기배양
곰팡이	POTATO DEXTROSE AGAR	26℃	호기배양

(분리 배양방법)

본 발명에 의해 얻어진 액비 시료 1g을 취하여 멸균수 10ml에 넣고 5분간 고속회전(vortexing)시켰다.

이후, 9ml 멸균수에 희석액 1ml를 취하여 10¹ ~ 10¹⁰ 까지 연속적으로 희석한 다음, 10¹, 10³, 10⁵, 10⁷, 10⁹의 희석액 1ml를 각각의 배지에 도말하며, 각 배지를 상기 표 1의 온도 조건에서 24 ~ 48시간 배양한다.

(시험결과)

상기 분리 방법으로 배양된 각 배지의 미생물 수는 아래 표 2와 같다.

[표 2]

시료 배지	활성미네랄	액비
시료 배지	미생물 수(colony forming unit/1g)
PLATE COUNTING AGAR`	5.0 × 10⁶	3.9 × 10⁸
DEXTROSE TRYPTONE AGAR	1.9 × 10⁴	6.0 × 10³
ISP MED. 2	-	7.7 × 10⁶
MRS AGAR (DIFCO 0881)	-	-
YM AGAR (DIFCO 0712)	-	-
POTATO DEXTROSE AGAR	1.7 × 10⁶	2.4 × 10⁵

위 표 2의 결과에서와 같이, 본원발명의 액비제조장치에 수득된 액비는 토양과 작물의 성장에 유용한 균이 다량 함유되어 있음이 입증되었다.

즉, 6.0 × 10³cfu/g 함유된 바실루스는 번식에 부적합한 환경(과건조, 빈영양, 고온, 유해성분 유입 등)에서는 포자를 형성하여 휴면에 들어가 생명을 유지 하여 생명력이 강하고, 내생포자는 불량환경에서 외부로 방출되었다가 생육조건이 좋아지면 발아하여 영양부족 조건에서도 번식이 양호하며, 항생물질(bacitracin, bacilycin, bulbiformin, fengymycin)을 분비하여 입고병, 흑부균핵병 등의 병원균을 억제하는 것으로 알려져 있다.

또한, 효소를 생산하여 유기물분해를 촉진하고, 유기산을 생성하여 토양 중의 난용성 인화합물의 양이온과 킬레이트 결합을 함으로써 인산이온을 가급태로 만들며, 생리활성물질(비타민, 핵산, 아미노산 등)을 분비하여 작물생육 촉진 및 내병성을 증진하고, 증식속도가 빨라 병원균의 필수 영분을 고갈시켜 균생장을 억제하는 것으로 알려져 있다.

또한, 비교시료에서는 발견되지 않은 스트렙토미스세스(Streptomyces)는 토양 속에 널리 분포하는 방선균의 한 속(屬). 그램 양성의 호기성균이며 방선균 가운데서 가장 큰 속으로 항생 물질, 효소, 비타민 따위를 생산하는 것으로 알려져 있다.

이상의 본 발명의 고령토 벽돌을 이용한 액지 제조장치에 의하면, 발효반응조 내의 공기분사구가 에어라인을 통해 균등하게 분포하여 공기가 균일하게 분사 및 확산되고, 고령토 벽돌 내의 호기성 미생물은 균일하게 확산 분포된 공기에 충분히 접촉하므로 미생물의 분해 작용이 최적의 상태에서 활성화되어 양질의 액비를 제조할 수 있고, 또한 가축 분뇨를 적은 공기량으로 신속하게 분해하므로 비용과 시간을 절약할 수 있는 이점이 있다.

게다가 고령토와 접한 분뇨는 원적외선과 음이온에 의해 살균되어 배출되므로 경작물 등지에서의 유해 세균에 의한 피해를 최소화할 수 있는 효과와 함께, 송풍기에 의한 고압 형성으로 생성물질의 배출을 신속하게 할 수 있는 장점을 가진다.

Claims

가축 분뇨 유입구(11) 및 생성물질(액비) 배출구(12)가 형성된 발효반응조(10);

상기 발효반응조 내에 공기를 주입하도록 일단에 송풍기(21)가 구비된 에어라인(22)에 적어도 하나 이상의 에어분사구(23)가 형성된 에어공급수단(20);

상기 발효반응조 내에 단층 또는 복층으로 적층되고 적어도 하나의 미생물 투입구(31)가 형성된 고령토 벽돌(30); 및

상기 발효반응조 내의 온도를 상승시키는 가열장치(40)를 포함하는 것을 특징으로 하는 고령토 벽돌을 이용한 액비 제조장치.
제 1항에 있어서,

상기 발효반응조 내에 온도 검출용 온도감지센서(51)가 구비되고, 상기 온도감지센서의 검출 온도에 따라 상기 가열장치(40)를 제어하는 제어장치(50)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고령토 벽돌을 이용한 액비 제조장치.
제 2항에 있어서.

상기 제어장치(50)는 송풍기(21)의 가동을 자동 제어하는 것을 특징으로 하는 고령토 벽돌을 이용한 액비 제조장치.
제 2항 또는 제3항에 있어서,

상기 제어장치(50)에 의한 발효반응조(10) 내의 유지 온도는 35 ~ 40℃인 것을 특징으로 하는 고령토 벽돌을 이용한 액비 제조장치.
제 1항에 있어서,

상기 에어분사구(23)의 구멍의 지름은 0.3 ~ 0.8mm 것을 특징으로 하는 고령토 벽돌을 이용한 액비 제조장치.
가축분뇨의 액비 제조에 사용되는 고령토 벽돌(30)의 제조방법에 있어서,

고령토를 물과 배합하여 반죽하고 성형 틀로서 적어도 하나 이상의 미생물 투입구가 형성되도록 벽돌을 성형하는 성형 단계(S1);

성형 벽돌을 1100 ~ 1350℃ 온도의 숯가마 내에서 소성하는 소성 단계(S2);

60 ~ 80℃ 환경에서 미생물 투입구를 통해 미생물을 배양하여 5 ~ 7시간 동안 숙성시키는 배양 및 숙성 단계(S3);

벽돌 내의 미생물이 휴면하도록 산소가 공급되는 그늘진 환경에서 건조시키는 휴면 단계(S4)를 포함하여 제조되는 것을 특징으로 하는 고령토 벽돌 제조방법.