KR100838058B1 - 해수를 이용하여 가축의 음용수를 처리하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가축의 음용수처리방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 지하수나 수돗물에 해수나 해수를 탈염처리한 미네랄수를 주입하여 전자처리 및 자화처리를 하여 물 분자의 집단체(集團體; Cluster)를 소집단화하여 소집단수(小集團水; Microclustered water)로 처리한 용수로 유용미생물(有用微生物; Effective micro-organism)을 배양한 배양액을 가축에 음용수로 공급하는 음용수처리방법에 관한 것이다.

이를 위하여 본 발명은, 지하수나 수돗물에 해수나 해수를 탈염처리한 미네랄수를 혼합한 용수를 정전압반응조(1)로 보내어 정전압발생장치(靜電壓發生裝置; 7)로부터 고압의 교류 정전압을 전극(2)에 3,000∼5,000볼트(Volt)의 전압과 0.4∼1.6μA의 전류를 인가하여 전극(2)을 중심으로 +와 -의 정전장(靜電場)을 4∼10시간 동안 인가(印加)하면, 이로 인하여 물 분자 자체가 진동ㆍ회전을 되풀이하면서 물 분자의 수소결합(水素結合)이 부분적으로 절단(切斷)되면, 소집단수 저장조(8)로 보내어 소집단수이송펌프(9)로 원적외선과 마이너스 이온(Minus ion)을 방사하는 세라믹스(Ceramics)나 광물의 충전물(11)이 충전된 원적외선 및 마이너스이온발생 반응기(10)로 보내어 처리한 다음, 정전압도전관(靜電壓導電管)이나 영구자석 자화기(磁化器; 12)로 보내어 자화처리를 한 후에 일부는 정전압반응조(1)로 반송하면서 핵자기공명(核磁氣共鳴; Nuclear magnetic resonance, NMR)의 ¹⁷O-NMR의 반치폭(半値幅)이 48∼60㎐ 범위의 소집단수(小集團水; microclustered water)로 처리로 처리하여 미생물 배양조(13)로 보낸다.

물 분자의 집단을 소집단화한 소집단수를 미생물 배양조(13)로 보내어 당밀, 한천, 수용성 녹말 등의 배양액과 유용미생물 종균(운전 초기나 비정상운전시에만 공급)을 공급하면서 유용미생물을 배양하여 처리수조(16)로 보낸 다음, 처리수 이송펌프(17)로 축사의 가축에 공급한다.

유용미생물과 이들 미생물의 대사산물이 함유된 소집단수는 가축의 성장속도의 향상, 육질의 향상, 악취의 저감 등의 효과가 있기 때문에 가축 음용수처리에 널리 보급될 것으로 전망된다.

해수, 가축 음용수, 정전압발생장치(靜電壓發生裝置), 원적외선, 마이너스 이온(Minus ion), 자화처리, 소집단수, 유용미생물

Description

해수를 이용하여 가축의 음용수를 처리하는 방법{A method to treat drinking water of a domestic animal using seawater}

도 1은 가축의 음용수를 처리하는 공정도

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

1; 정전압반응조(靜電壓反應槽) 2; 전극

3; 절연체(絶緣體) 4; 스테인리스 강판(導體)

5; 기초 콘크리트(Concrete)구조물 6; 접지(接地)

7; 정전압발생장치(靜電壓發生裝置; Electron charger)

7a; 가변저항(可變抵抗) 7b; 접지

7c; 1차 권선(捲線) 7d; 철심(鐵心)

7e; 2차 권선 8; 소집단수 저장조

9; 소집단수 이송펌프 10; 원적외선 및 마이너스이온발생 반응기

11; 충전물 12; 자화기(磁化器)

13; 유용미생물 배양조 14; 생물반응기(Bio-reactor)

15; 충전물 16; 처리수조

17; 처리수 이송펌프 18; 송풍기(Air blower)

FI; 유량지시계(Flow indicator)

본 발명은 가축 음용수처리방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 지하수나 수돗물에 해수나 해수를 탈염처리한 미네랄수를 혼합한 것을 정전압반응조로 보내어 고압교류정전압(高壓交流靜電壓)을 인가(印加)한 다음, 원적외선(遠赤外線), 마이너스이온(Minus ion)을 방사(放射)하는 세라믹스(Ceramics) 또는 광물이 충전(充塡)된 원적외선 및 마이너스이온발생 반응기를 통과한 다음, 자화처리를 하여 물 분자의 집단(Cluster)을 소집단화(小集團化)한 소집단수(Microclustered water)로 유용미생물을 배양하여 유용미생물과 이들 미생물 대사산물(代謝産物)이 함유된 가축 음용수를 처리하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 가축의 음용수는 지하수를 취수하여 가축에 급여하고 있으며, 지하수의 경우는 유해병원성 미생물이 함유되어 있을 수 있으면서 물 분자의 집단(集團)이 핵자기공명(核磁氣共鳴; Nuclear magnetic resonance, NMR) ¹⁷O-NMR의 반치폭(半値幅)의 값이 120∼150㎐인 대집단수(Bound water, 결합수라 하기도 함)로 되어 있어, 병원균에 감염될 문제점과 영양물질의 흡수효율이 떨어지는 문제점 때문에 성장속도가 느린 문제점이 있다.

일본 나가사키현(長崎縣)의 운젠(雲仙) 화산군의 북서쪽에 화산활동에 의해서 함몰되어 형성된 가라고(唐比) 함몰습지(陷沒濕地)에는 대사이드(Dacite)질의 화산회토(火山灰土)와 규조류(硅藻類), 해초(海草), 플랑크톤(Plankton) 등의 해양성 동식물의 유해(遺骸)가 지하 30∼50m두께로 퇴적된 이탄(泥炭)인 부식토(Humus soil)가 존재하며, 이 습지에는 뱀장어, 미꾸라지, 피라미 등 다양한 어류가 서식하고 있는데, 타 하천이나 호수에서 서식하는 어류에 비해서 성장속도가 월등히 빠르며, 가라고(唐比) 함몰습지에 인접한 가라고 후레아이 목장(唐比ふれあい牧場)에서는 말, 소, 돼지, 염소 등의 가축을 사육하면서 완전히 처리되지 않은 축산분뇨가 함몰습지에 유입되었으나, 타하천이나 습지에서보다 자연 정화작용이 월등히 빠르면서 악취발생이 감소하여 이 습지의 부식물질을 채취하여 축사에 살포한 결과 가축들은 이 부식물질을 사료와 함께 섭취하면서 성장속도 및 육질이 향상되면서 분뇨와 축사에서 악취발생이 감소하는 현상이 있었다.

상술한 가라고(唐比) 함몰습지에는 해양성 규조류, 해초, 육상의 동식물의 사체가 인근 운젠(雲仙) 화산군에서 배출된 대사이드(Dacite)질의 화산회토(火山灰土)가 혼합 퇴적되어 pH가 2.0∼2.5의 산성의 부식토(이탄 또는 토탄이라고도 함)가 존재한다.

가라고(唐比) 함몰습지의 산성부식토는 대사이드질의 화산회토 중에서 활성화된 광물질(Mineral)이 수분과 다음 반응식 ①과 같이 가수분해(加水分解) 반응에 의해서 수소 이온(H⁺)이 방출되면서 산성화되었다.

M^{n +} + nH₂O → M(OH)_n + nH⁺ …………………………………………①

여기서 M는 활성미네랄성분이며, n는 활성미네랄의 원자가이다.

상술한 반응식 ①의 반응에서 방출되는 수소 이온(H⁺)에 의해서 산성화되면서 부식물질(腐植物質) 중의 풀브산(Fulvic acid)이 유리(遊離)의 상태로 유도(誘導) 되면서 화산회토 중의 활성화된 미네랄성분과 반응하여 킬레이트성 미네랄착염 상태로 존재하며, 학자들은 이와 같은 부식물질을 활성부식물질(活性腐植物質; Acivated humic substance) 또는 활성화된 부식토라 한다.

이 활성부식물질을 연구한 학자들은 이와 같은 활성부식물질을 가축에 급여하였을 때 성장속도가 향상되는 메커니즘(Mechanism)을 각종 미네랄성분 및 성장을 촉진하는 효소 등에 의한 것으로 설명하고 있었으나, 본 발명에서는 활성부식물질을 가축에 급여하였을 때 성장속도가 향상되는 것은 미네랄성분 및 성장을 촉진하는 효소 등만이 아닌 것을 알게 되었다.

다시 말해서 활성부식물질을 가축에 급여하였을 때 성장속도가 향상되는 것이 미네랄성분 및 성장을 촉진하는 효소 등이 공급되는 것으로 메커니즘을 설명하는 것은 잘못된 것으로 확인되었다.

이와 같은 활성부식물질은 수용액에서 쉽게 물에 용해하여 동식물과 미생물에 미네랄공급을 용이하게 하며, 물 분자의 수소결합(水素結合)을 부분적으로 단절(斷切)하여 물 분자의 집단(Cluster)을 소집단화(小集團化)하여 소집단수(Microclustered water)로 전환하면서 표면장력(表面張力)을 떨어뜨려 침투력이 향상되어 각종 영양성분의 흡수를 용이하게 하여 동식물 및 미생물의 생육을 활발하게 하는 것으로 밝혀졌다.

그리고 본 발명에서 사용하는 활성부식물질과 유문암이나 대사이드 질의 부석(輕石이라고도 함)에 관한 화학적 조성, 물성, 특성… 등과 활성부식물질에서 킬레이트성 유기산미네랄착염의 물질적 실체와 같은 자료는 토양유기물(土壤有機物, 菅野 一 郞 外1人 共譯, 社團法人 農山漁村文化協會), 자연정화처리의 실제(自然淨化處理技術の實際, 依田 亮 外1人 著, 地人書館), 최신바이오수처리기술(最新バイオ水處理技術, 恒星社厚生閣), 축산의 연구(畜産の硏究, 46, 445, 1992 및 47, 1016, 1993) 등의 공지된 간행물에 상세히 제시되어 있으며, 활성부식물질의 인공제조에 관해서는 대한민국 특허 출원번호 제10-2001-0046667호(활성화된 부식물질의 인공제조방법)에 상세하게 제시되어 있다.

가축 음용수처리에서 고려되어야 할 사항을 고려하면 다음과 같다.

① 물 분자의 집단이 소집단화된 소집단수(小集團水)로 처리되어야 한다.

물 분자의 집단이 소집단화한 소집단수는 표면장력(表面張力)이 적어지면서 침투력(浸透力)이 향상되어 영양분의 흡수효율을 향상시킨다.

② 가축의 성장에 필요한 미네랄(Mineral)성분이 충분히 함유되어 있어야 한다.

③ 소화흡수효율을 향상하는 소화효소와 유해병원성 미생물의 생육을 억제하는 항생물질을 배설하는 방선균(放線菌; Actinomyces)과 같은 유용미생물이 함유되 있어야 한다.

본 발명에서는 상술한 부식토양을 펠렛트(Pellet) 형태로 가공한 것과 수중에 미네랄 용출이 용이한 유문암(流紋岩) 또는 대사이드(Dacite)질의 부석(浮石)을 수중에서 1일 정도 폭기를 하면서 교반한 결과 물의 핵자기공명(核磁氣共鳴 ; ¹⁷O-NMR)의 반치폭(半値幅)이 30∼40㎐ 범위로 감소하는 것을 확인하였으며, 핵자기공명의 반치폭이 130∼140㎐인 지하수를 처리한 처리수의 핵자기공명의 반치폭이 90∼100㎐인 물을 비육돈에 급여한 결과 성장속도가 크게 향상되지 않았으며, 핵자기공명의 반치폭이 95∼104㎐인 지하수를 처리한 처리수의 핵자기공명의 반치폭이 65∼70㎐인 물을 비육돈에 급여한 결과 성장속도가 1.1∼1.2배 정도 성장이 향상되는 것을 확인하였다.

다시 말해서 부식토양과 미네랄용출이 용이한 광물을 물과 교반반응(攪拌反應)을 하여 가축에 급여하였을 때 미네랄성분 및 성장을 촉진하는 효소 등이 공급되므로 가축의 성장속도가 향상되는 것보다는 물 분자의 수소결합 일부가 절단(切斷) 되면서 소집단수(Micro-clustered water)로 처리되기 때문이다.

소집단미네랄수의 특성은 다음과 같다.

① 침투성이 우수하여 체내에 흡수성이 우수하다.

② 신체에 유용한 미네랄성분이 적절히 함유되어 있으면서 표면장력이 증가하여 유동성이 우수하며, 이들 미네랄성분을 체내 구석구석까지 도달하게 하여 세포조직을 활성화하면서 신진대사를 촉진하므로 가축의 성장속도를 향상하게 된다.

③ 용해성이 우수하여 체내의 중금속과 같은 독성물질, 과산화지질, 중성지질 등을 용해하여 체외로 배설하는 작용을 촉진하는 등의 효과가 있기 때문에 육질 이 향상된다.

④ 장내 정균효과(靜菌效果)가 있기 때문에 분과 뇨(尿)에서 악취발생이 감소하므로 축사환경이 개선된다.

활성부식물질을 이용한 대한민국 특허공개번호 10-2002-0029880호 및 특허공개번호 10-2003-0016780호에서는 상술한 부식토를 펠렛트(Pellet) 형태로 가공한 것과 유문암(流紋岩) 또는 대사이드(Dacite)질의 부석(浮石; Pumice), 맥반석(麥飯石), 의왕석(醫王石), 거정석(巨晶石), 천매암(千枚岩), 패화석(貝化石), 화강암(花崗岩), 제올라이트(Zeolite), 아라고나이트(Aragonite), 산호화석(珊瑚化石), 점토광물(粘土鑛物)과 같은 광물질을 이용하여 가축성장에 유용한 미생물을 배양한 음용수를 가축에 급여하였을 때 성장속도의 향상 및 육질의 개선 등의 효과가 있는 경우도 있었으며, 경우에 따라서는 효과가 거의 없는 경우도 있었으나 정확한 원인을 해명되지 못하는 문제점이 있었다.

상술한 기술내용을 응용하여 가축의 음용수를 1차 수중에 미네랄을 용해한 다음에 2차 고압의 정전압(靜電壓)과 자화처리를 한 후 유용미생물을 배양한 음용수를 가축에 급여하는 대한민국 특허 출원번호 10-2003-0057415호의 경우는 정전압반응조의 전극에 충전된 목탄이나 활성탄의 표면에 시간이 경과 하면서 스케일 (Scale)이 부착되어 처리효율을 저감하는 문제점이 있었다.

그리고 대한민국 특허 출원번호 10-2003-0057415호의 문제점을 개선하기 위한 대한민국 특허 출원번호 10-2005-0011586호의 경우는 장시간 운전을 하였을 때 전극에 스케일이 부착되는 문제점은 해결되었으나, 가축의 음용수로 사용하는 용수 를 지하수나 수돗물에 해수나 해수를 탈염처리한 미네랄수를 혼합하여 사용하였을 보다는 처리효율이 떨어지는 문제점이 있었다.

본 발명에서 가축 음용수는 유입수인 지하수나 수돗물에 청정지역의 표층해수(表層海水), 수심 200m이하의 해양 심층수(海洋深層水), 해안지역에서 굴착(掘鑿)하여 취수한 지하나 암반의 염수 등의 해수나 이 해수를 탈염처리한 미네랄수를 혼합한 용수를 사용한다.

우선 표층해수와 해양 심층수의 특성을 검토하면 다음과 같다.

표 1 해양 심층수와 표층해수의 성분 분석치

	항목	해양 심층수	표층 해수
일반항목	수온（℃）	9	16.5～24.0
	pH	7.80	8.15
	DO 용존산소 (mg/ℓ)	7.80	8.91
	TOC 유기 탄소 (mg/ℓ)	0.962	1.780
	용해성 증발잔류물(mg/ℓ)	40750	37590
	M-알칼리도 (mg/ℓ)	114.7	110.5
주요원소	Cℓ 염화물이온(wt%)	2.237	2.192
	Na 나트륨 (wt%)	1.080	1.030
	Mg 마그네슘 (wt%)	0.130	0.131
	Ca 칼슘 (mg/ℓ)	456	441
	K 칼륨 (mg/ℓ)	414	399
	Br 취소 (mg/ℓ)	68.8	68.1
	Sr 스트론튬 (mg/ℓ)	7.77	7.61
	B 붕소 (mg/ℓ)	4.44	4.48
	Ba 바륨(mg/ℓ)	0.044	0.025
	F 불소 (mg/ℓ)	0.53	0.56
	SO₄(mg/ℓ)	2833	2627
영양염류	NH₄ 암모니아태질소 (mg/ℓ)	0.05	0.03
	NO₃ 질산태질소 (mg/ℓ)	1.158	0.081
	PO₄ 인산태인 (mg/ℓ)	0.177	0.028
	Si 규소 (mg/ℓ)	1.89	0.32
미량원소	Pb 납 (μg/ℓ)	0.102	0.087
	Cd 카드뮴 (μg/ℓ)	0.028	0.008
	Cu 구리 (μg/ℓ)	0.153	0.272
	Fe 철 (μg/ℓ)	0.217	0.355
	Mn 망간 (μg/ℓ)	0.265	0.313
	Ni 니켈 (μg/ℓ)	0.387	0.496
	Zn 아연 (μg/ℓ)	0.624	0.452
	As 비소 (μg/ℓ)	1.051	0.440
	Mo 몰리브덴(μg/ℓ)	5.095	5.555
균수	생균수(개/mℓ)	10²	10³∼10⁴

※상기 분석치는 일본 고우치현(高知縣)의 무로도 등대(室戶岬) 동쪽 해저 374m의 해양 심층수와 표층해수를 취수하여 분석한 분석치이다.

수심 200m 이하의 해양 심층수와 표층해수는 표 1의 "해양 심층수와 표층해수의 성분 분석치"에서 보는 봐와 같이 염분(NaCl)의 농도와 대부분의 미네랄 농도는 비슷하나, 영양염류(질산태질소, 인산, 규소), 생균수, 수온 등은 상당한 차이가 있다.

해양 심층수는 수온이 계절을 통해서 연중 거의 일정하며, 해면 표층수의 수온은 16~28℃이지만, 수심 374m 심층수의 수온은 9℃로 저온 안정성을 나타내는 특성으로 플랑크톤, 미생물, 특히 병원성 세균 등이 적으며, 일반 세균 외 병원성 대장균과 병원성 바이러스 등 10종류의 세균의 검사에서도 검출되지 않았으며, 총 생균 수는 표층수의 10분의 1에서 100분의 1 정도로 깨끗한 청정성(淸淨性)이 있다.

그리고 섬지역이나 해안지역에서 해저 암반을 굴착(掘鑿)하여 취수한 해저 지하수 또는 암반수는 해수가 암반이나 토양으로 침투되면서 암반과 토양의 성상에 따라서 다소 차이는 있으나 Na⁺이온, Mg⁺⁺이온 등이 암반이나 토양의 칼슘(Ca)과 치환되면서 Na⁺이온과 Mg⁺⁺이온의 농도는 다소 떨어지면서 Ca⁺⁺이온은 증가한 현상 이외에는 해수와 유사한 특성이 있으며, 부산영도 해저 260m 암반수의 경우 중요 무기질의 성분분석표는 다음 표 2의 내용과 같다.

표 2 부산영도 해저 260m 해저암반수의 중요무기질 성분분석표

성 분	농 도(㎎/ℓ)
K(칼륨)	175.5
Ca(칼슘)	11,185
Na(나트륨)	1,827
Mg(마그네슘)	518.4

상술한 표 1과 표 2에서 보는 바와 같이 표층해수, 해양 심층수, 해저 암반수와 같은 해수에는 가축의 생육에 필요한 다종다양한 미네랄성분이 포함되어 있으면서 필요하기는 하지만 다량으로 섭취하면 해가 될 수 있는 동, 아연과 같이 유해성분은 극히 소량 포함되어 있다.

다시 말해서 가축의 생육에 필요한 다종다양한 미네랄성분의 미네랄밸런스(Mineral balance)가 좋은 특성이 있으며, 또한, 물 분자의 핵자기공명 ¹⁷O-NMR의 반치폭의 값(55∼80㎐)이 적은 특징도 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 가축에 급여하는 음용수를 급여가축의 성장속도향상, 육질의 향상, 악취발생의 저감 등의 효과를 가져 올 수 있는 처리방법을 제공하는 데 본 발명의 목적이 있는 것이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 지하수나 수돗물에 해수나 해수를 탈염처리한 미네랄수를 혼합하여 정전압반응조에서 고압정전압처리, 원적외선 및 마이너스이온처리, 자화처리에 의해서 물 분자의 집단을 소집단화하는 단계, 유용미생물을 배양하는 단계로 이루어진 것에 특징이 있다.

일반적으로 지하수나 수돗물의 핵자기공명(核磁氣共鳴; NMR) ¹⁷O-NMR 반치폭(半値幅)의 값은 상온 pH 7의 중성에서 120∼150㎐으로, 물 분자의 집단은 상호 수소결합(水素結合)으로 집단수(集團數)가 12∼15개의 대집단수(Bound water)로 되어 있으며, 해수의 경우는 ¹⁷O-NMR 반치폭의 값은 상온, pH = 7의 중성에서 55∼80㎐으로 되어 있으며, 세계에서 유명한 명수로 알려진 프랑스(France)의 루르드(Lourdes) 및 에비앙(Evian)의 광천수, 독일의 노르데나우(Nordenau), 인도의 나다나(Nadana), 멕시코의 트라코테(Tlacote) 등의 광천수는 핵자기공명 ¹⁷O-NMR 반치폭의 값이 60∼70㎐으로 일반 수돗물에 비해서는 적은 값을 나타내고 있다.

본 발명에서 가축 음용수로 사용하는 용수는 유입수인 지하수나 수돗물에 혼합하는 해수(海水)는 해양 표층해수(海洋表層海水), 수심 200m이하의 해양 심층수(海洋深層水), 섬지역이나 해안지역을 굴착(掘鑿)하여 취수한 지하나 암반의 염수(鹽水) 등을 사용하며, 해수를 그대로 사용할 수도 있으나, 운반비용 등을 감안해서 해수로부터 음료수를 제조하는 과정의 역삼투 여과공정에서 담수를 생산하면서 농축된 농축 해수를 사용할 수도 있다.

그리고 가축 음용수로 사용하는 용수는 유입수인 지하수나 수돗물에 이들 해수를 탈염처리한 미네랄수를 사용할 수도 있다.

물 분자의 집단(Cluster)이 소집단화되면, 표면장력(表面張力)이 떨어지면서 침투력이 향상되어 세포에 흡수력이 증가하여 미생물은 활발한 대사활동을 하게 되며, 가축은 영양물의 흡수효율이 향상되어 사육효율이 향상하게 된다.

핵자기공명 ¹⁷O-NMR 반치폭 값의 1/10이 물 분자의 집단수(集團數)와 같으며, 예를 들어 ¹⁷O-NMR 반치폭의 값이 60㎐인 물 분자의 집단수는 6개인 소집단수(小集團水; Microclustered water)이다.

유입수인 수돗물이나 지하수에 혼합하는 해수의 양은 가축의 종류, 동일 종류의 가축의 경우도 가축의 크기, 사료 중의 염분의 함량, 사육조건 등에 따라서 결정해야 한다.

사료에 염분의 혼합은, 소, 염소, 사슴과 같은 초식동물의 경우는 사료 중에 염분의 농도를 1wt% 전후로 혼합하며, 돼지의 경우는 유돈(幼豚)이나 자돈(仔豚)의 경우는 0.3wt%, 비육돈이나 번식용 모돈(母豚) 및 웅돈(雄豚)의 경우는 0.5wt%, 양계용 사료의 경우는 0.3 wt%의 염분을 혼합을 달리하듯이 유입수에 해수의 혼합량도 가축의 종류와 대상 가축의 조건에 따라서 혼합량을 달리해야 한다.

본 발명에서 유입수인 수돗물이나 지하수에 해수의 혼합량은 소, 사슴, 염소, 양과 같은 반추동물(反芻動物)은 5∼25wt%범위로 혼합하고, 자돈(仔豚)과 육성돈(育成豚)의 경우는 2∼15wt%범위로 혼합하고, 비육돈(肥肉豚)과 모돈(母豚)과 웅돈(雄豚)과 같은 번식돈의 경우는 3∼20wt%범위로 혼합하고, 닭, 오리와 같은 조류(鳥類)의 경우는 2∼10wt%범위로 혼합한다.

해수를 담수제조공정에서 역삼투 여과에 의해 농축된 농축 해수의 경우는 전술한 해수의 혼합을 참고하여, 농축비율을 감안하여 혼합비를 결정한다.

그리고 유입수에 해수를 탈염처리한 미네랄수를 혼합하는 경우는 염분(NaCl)에 대한 염독(鹽毒)이나 염해(鹽害)의 문제가 없기 때문에 경도가 300∼5,000㎎/ℓ 범위로 혼합한다.

해양 심층수, 표층 해수, 섬지역이나 해안지역을 굴착하여 취수한 지하나 암반의 염수 등의 해수를 탈염처리는 1가 이온 염만을 투과하는 이온교환막을 이용한 전기투석장치(電氣透析裝置)에 의해서 NaCl, KCl을 제거한 미네랄수를 그대로 사용하던가, 이 미네랄수를 상온에서 자연증발농축한 농축 미네랄수를 사용한다.

이하 첨부된 도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.

Ⅰ. 물 분자의 집단을 소집단화하는 단계

본 발명의 지하수나 수돗물에 해수를 혼합하여 물 분자의 집단을 소집단화하는 과정을 상세히 설명하면 다음과 같다.

가축의 음용수로 급여하고자하는 유입수인 지하수나 수돗물에 해수나 해수를 탈염처리한 미네랄수를 혼합한 용수가 도 1의 정전압반응조(靜電壓反應槽; 1)에 유입되면 정전압발생장치(靜電壓發生裝置, Electron charger; 7)로부터 2,500∼5,000볼트(Volt)의 고전압을 0.5∼3.0μA(Micro-Ampere)의 교류전류를 전극(2)의 망(網)에 정전압을 4∼24시간 동안 인가(印加)한 다음, 소집단수 저장조(8)로 보내어 소집단수이송펌프(9)로 원적외선(遠赤外線)과 마이너스 이온(Minus ion)을 방사(放射)하는 세라믹스(Ceramics)나 광물의 충전물(11)이 충전(充塡)된 원적외선 및 마이너스이온발생 반응기(10)로 보내어 처리를 한 다음, 정전압도전관(靜電壓導電管)이나 영구자석 자화기(磁化器; 12)로 보내어 자화처리를 한 후에 일부는 정전압반응조(1)로 반송하면서 핵자기공명(核磁氣共鳴; Nuclear magnetic resonance, NMR) ¹⁷O-NMR의 반치폭(半値幅)이 48∼60㎐ 범위의 소집단수(小集團水; microclustered water)로 처리를 한 다음, 유용미생물배양조(13)로 보낸다.

정전압반응조(1)의 정전압발생장치(7)로부터 2,500∼5,000볼트(Volt)의 고전압을 전극(2)의 망에 인가하면 +와 -의 정전장(靜電場)이 교대로 반복해서 물 분자에 정전압을 4∼24시간 동안 인가한 다음, 소집단수 저장조(8)로 보내어 소집단수이송펌프(9)로 원적외선과 마이너스 이온(Minus ion)을 방사하는 세라믹스(Ceramics)나 광물의 충전물(11)이 충전된 원적외선 및 마이너스이온발생 반응기(10)와 자화기의 자계(磁界)를 통과하면 물 분자 자체가 진동·회전을 되풀이되면서 물 분자의 수소결합(水素結合)이 부분적으로 절단(切斷)되어 물 분자의 집단(集團; Cluster)이 소집단화(小集團化)되어 핵자기공명의 ¹⁷O-NMR 반치폭이 60㎐ 이하의 소집단수(小集團水)로 처리가 되며, 이때 물속에 있는 휘발성 물질의 제거, 살균작용 등도 동시에 일어나게 된다.

정전압반응조(1)의 재질은 스테인리스 스틸(Stainless steel)을 사용하며, 내부에는 전도도(電導度)가 높은 목탄(木炭) 또는 활성탄(活性炭)을 충전(充塡)한 스테인리스 스틸(stainless steel)의 전극(2)의 망을 설치하고, 하부에는 폴리에틸렌(Polyethylene), 폴리염화비닐(PVC), 스티로폼(Styroform)과 같은 절연체(3)를 설치하고, 절연체 하부에는 도체이면서 내식성 재질인 스테인리스강판(4)을 기초 콘크리트(Concrete)구조물(5) 사이에 설치하고, 스테인리스강판(4)은 땅에 접지(6)하며, 정전압반응조(1)의 용량은 체류시간을 4∼24시간으로 하고, 전극(2) 내에 충 전하는 목탄 또는 활성탄의 충전량은 조 용량의 80∼85vol%로 충전한다.

소집단수의 생성효율을 더욱 향상하기 위해서는 소집단수 저장조(8)의 소집단수를 소집단 이송펌프(9)로 원적외선과 마이너스 이온을 방사하는 세라믹스나 광물의 충전물(11)이 충전된 원적외선 및 마이너스이온발생 반응기(10)와 정전압도전관이나 영구자석의 자화기(12)로 시간당 정전압반응조(1) 용량의 0.5∼2배의 유량[(0.5∼2) × 조 용량/시간]으로 순환한다.

원적외선 및 마이너스이온발생 반응기(10)의 용량은 소집단수 이송펌프(9)의 유량을 기준으로 체류시간이 충전물(11)의 충전 층의 용량이 40∼60분으로 하며, 원적외선과 마이너스 이온을 방사하는 세라믹스는 시중에서 판매되는 제품을 사용하며, 원적외선과 마이너스 이온을 방사하는 광물을 사용하는 경우는 전기석(電氣石; Tourmaline)이나 천매암(千枚岩; Phyllite) 중에서 한 종류 또는 두 광물을 동일 중량비로 혼합한 것을 원적외선 및 마이너스이온발생 반응기(10)의 용량에 50∼60vol%을 충전(充塡)한다.

그리고 처리효율이 다소 떨어지더라도 경제성을 감안하여 소집단수 저장조(8)의 소집단수를 소집단수 이송펌프(9)에서 원적외선과 마이너스 이온을 방사하는 세라믹스나 광물의 충전물(11)이 충전된 원적외선 및 마이너스이온발생 반응기(10)를 생략하고, 소집단수이송펌프(9)에서 정전압도전관이나 영구자석 자화기(12)로 보내어 자화처리를 한 후에 일부는 정전압반응조(1)로 반송하면서 소집단수로 처리한 다음, 유용미생물배양조(13)로 보내면서 운전할 수도 있다.

정전압도전관의 자화기는 교류(AC) 또는 직류(DC) 전원을 0.5∼5Volt전압을 0.8∼5mA(순환 물량에 따라서 차이가 있음)범위의 전류를 인가(印加)한다.

영구자석의 자화기는 자속밀도(磁束密度)가 10,000가우스(Gauss)이상 착자된 희토류자석을 사용한다.

정전압도전관이나 영구자석의 자화기(12)는 둘 중에서 하나를 설치한다.

그리고 지하수(유입수)의 핵자기공명 ¹⁷O-NMR 반치폭의 값이 60∼80㎐으로 낮은 경우에는 상술한 물 분자의 집단을 소집단화하는 단계를 생략하고, 지하수(유입수)에 해수나 해수를 탈염처리한 미네랄수를 상술한 내용에서와 같이 혼합한 것을 유용미생물배양조(13)으로 보낸다.

Ⅱ. 유용미생물을 배양하는 단계

정전압반응조(1)에서 고압정전압처리, 원적외선과 마이너스이온을 방사하는 세라믹스나 광물의 처리, 자화처리를 하여 물 분자의 집단체(集團體)가 소집단화되어 소집단수(小集團水)로 처리된 물은 활성부식물질(活性腐植物質) 펠렛트(Pellet)와 유문암(流紋岩)이나 대사이드(Dacite)질의 부석(浮石)의 충전물(15)을 충전(充塡)한 생물반응기(Bio-reactor; 14)가 내장된 유용미생물배양조(13)로 보낸다.

물 분자의 집단체가 소집단화된 소집단수가 유용미생물배양조(15)에 유입되면 미생물 배양액과 복합 유용미생물균제를 주입하면서 송풍기(18)로부터 공기를 유용미생물배양조(15)와 생물반응기(14) 하부에 공급하여 폭기를 하면 물은 생물반응기(14)의 충전물(15) 층을 순환하면서 미네랄의 공급에 의해서 활성화된 미생물이 100∼400㎎/ℓ농도로 배양한 물을 처리수조(16)로 보내었다가 처리수 이송펌 프(17)에 의해서 축사의 가축에 공급하면서 유용미생물배양조(13)로 유입유량의 1∼3배를 종균용으로 반송한다.

그리고 소나 양과 같은 반추위동물의 경우는 반추위 내에 유용미생물인 반추위미생물(Rumen bacteria)이 존재하기 때문에 유용미생물이 함유된 음용수를 공급할 필요가 없기 때문에 정전압반응조(1)에서 정전압처리, 원적외선 및 마이너스 이온처리와 자화처리를 하여 물 분자의 집단을 소집단화된 소집단수를 유용미생물배양단계로 보내지 않고 바로 가축에 급여한다.

유용미생물배양조(13)의 용량은 유입수 1일 유량(㎥)의 1.0∼2.0배 용량으로 하며, 처리수조(16)의 용량은 유입수 1일 유량(㎥)의 1.2배 이상으로 한다.

유용미생물배양조(13에 공급하는 배양액은 당밀(糖蜜), 한천(寒天), 수용성 녹말을 1종류 이상을 혼합한 것을 물에 5∼20wt%로 용해한 수용액에 킬레이트성유기산미네랄착염을 생성하는 구연산(Citric acid), 주석산(Tartaric acid), 풀브산(Fulvic acid)과 같은 유기산(有機酸)을 0.1∼5wt%를 공급하여 용해하고, 그리고 수용성 키토산(Chitosan)을 0.1∼5wt%를 공급하여 용해한 것을 건량기준(乾量基準)으로 50∼400㎎/ℓ범위로 공급한다.

유용미생물배양조(13)에 공급하는 유용미생물균제는 대사산물 중에 폴리페놀화합물을 배설하여 유기물질을 부식물질(腐植物質)로 전환하는 바칠루스 마이코이데스(Bacillus mycoides), 아스페르길루스 니거(Aspergillus niger), 페니실리움 글로쿰(Penicillium glaucum), 방선균(放線菌)과 같은 부식화미생물과 이들 미생물과 상호공생관계에 있는 바칠루스 서브틸리스(Bacillus subtilis), 바칠루스 나토 (Bacillus natto), 바칠루스 스테아로서모필러스(Bacillus stearothermophilus), 슈도모나스속(Pseudomonas sp.), 유산발효균과 같은 복합 유용미생물균제를 사용하며, 이들 복합 유용미생물균제를 유용미생물배양조(13)에 공급하는 량은 운전 초기나 비정상운전의 경우에 유입물량에 100∼200㎎/ℓ범위로 공급하며, 수중에서 미생물의 오니(汚泥; 미생물 균체) 농도가 200∼400 ㎎/ℓ가 유지되면 복합 유용미생물균제는 유용미생물배양조(11)에 공급할 필요가 없다.

유용미생물배양조(13)와 생물반응기(14)에 송풍기(18)로부터 공기의 주입량은 유용미생물배양조(13)와 생물반응기(14)의 형상과 수심(水深) 등의 조건에 따라서 다소 차이가 있으나, 일반적으로 폭기강도(Intensity of aeration)는 조의 용량(㎥) 당 1.0∼3.0 공기량(㎥)/hr 범위로 공급하며, 송풍기(18)의 압력은 조의 수심에 따른 정압 두(Static head)와 배관의 마찰손실 두(friction loss head)를 감안하여 결정한다.

생물반응기(14)는 일반적으로 원통형을 이용하나 4 각통형을 이용할 수도 있으며, 충전물(15)은 유입수 10㎥/일 기준으로 활성부식물질 펠렛트는 4∼8kg, 부석 8∼16kg을 충전하며, 생물반응기(13)의 용적은 총 충전물량의 용적에 1.5∼2배 용적으로 한다.

그리고 유입수에 해수의 혼합량이 15wt% 이상인 경우나 해수를 탈염처리한 미네랄수를 경도가 1,000㎎/ℓ이상 혼합한 경우에는 수중에 미네랄성분이 충분히 함유되어 있기 때문에 유용미생물배양조(13)에서 활성부식물질 펠렛트와 유문암이나 대사이드질의 부석의 충전물(15)을 충전(充塡)한 생물반응기(14)에서 미네랄성분을 추가로 공급할 필요가 없기 때문에 활성부식물질 펠렛트와 유문암이나 대사이드질의 부석의 충전물(15)을 충전(充塡)한 생물반응기(14)를 설치하지 않은 처리공정에 의해서 가축의 음용수를 처리한다.

[실시 예1]

비육돈 4,000 두를 사육하는 경기도 이천시 S농장에서 평균 25㎏에서 105∼110kg까지 사육하는 축산농가에서 핵자기공명 ¹⁷O-NMR 반치폭의 값이 138㎐인 지하수 14㎥/일에 해양 표층 해수 1㎥/일을 혼합한 것을 6㎥ 정전압반응조에 5㎥ 참나무 숯을 충전한 스테인리스 스틸 전극 망에 정전압발생장치로부터 3,500볼트(Volt)의 고전압을 0.6μA의 교류 정전압을 인가하면서, 천매암 2.5㎥을 충전한 원적외선 및 마이너스이온발생 반응기와 자속밀도가 11,000가우스(Gauss)로 착자된 네오디뮴(Neodymium, Nd-Fe-B)자화기로 소집단수 이송펌프에 의해서 2㎥/hr를 순환하면서 핵자기공명 반치폭이 54㎐로 처리된 물을 활성부식물질 펠렛트 10kg, 부석 20kg을 충전한 생물반응기를 20㎥의 유용미생물배양조에 설치하고, 송풍기로부터 공기를 유용미생물배양조와 생물반응기에 40N㎥/hr로 공급하여 균체오니농도(Mixed liquor suspended solids)가 200㎎/ℓ가 함유된 처리수를 2,000 두의 비육돈에 25∼35㎏에서 105∼110㎏까지 급여하여 사육한 결과와 나머지 대조구 2,000 두는 과거 방식대로 지하수(핵자기공명 반치폭이 138㎐이었음)를 급여하여 사육한 결과는 표 3의 내용과 같았으며, 악취발생을 비교하기 위해서 악취발생물질인 NH₃의 농도를 측정한 결과 소집단수미생물배양액을 급여한 돈사에서는 1.2ppm인데 비해서, 일반 지하수를 급여한 대조구의 돈사에서는 15ppm으로 유용미생물배양액을 급여한 돈사에서 악취발생이 월등히 감소하였다.

그리고 사료급여량, 사료의 종류, 축사환경의 조건 등 나머지 조건은 시험 구와 대조 구의 조건은 동일한 조건에서 실시하였다.

표3 비육돈의 사육결과

구분		지하수에 해수를 혼합한 다음, 물 분자를 소집단화한 용수에 유용미생물을 배양한 음용수를 비육돈에 급여하여 사육한 결과(시험구)	지하수를 비육돈에 음용수로 급여하여 사육한 결과(대조구)
사륙일수(일)		68	106
도 체 등 급 (%)	A	76	21
	B	22	30
	C	2	40
	D	-	9

그리고 소규모축산농가의 경우는 가축의 사육효율은 다소 떨어지더라도 시설비를 절감하기 위해서는 물 분자의 집단을 소집단화하는 단계와 유용미생물을 배양하는 단계를 생략하고, 유입수인 수돗물이나 지하수에 해수를 소, 사슴, 염소, 양과 같은 반추동물은 5∼25wt%범위로 혼합하고, 자돈과 육성돈의 경우는 2∼15wt%범위로 혼합하고, 비육돈과 모돈과 웅돈과 같은 번식돈의 경우는 3∼20wt%범위로 혼합하고, 닭, 오리와 같은 조류의 경우는 2∼10wt%범위로 혼합하여 축사의 가축에 급여하거나, 해수를 탈염처리한 미네랄수를 경도를 300∼5,000㎎/ℓ 범위로 혼합하여 가축에 급여한다.

이상에서 전술한 바와 같이 본 발명에서는 지하수나 수돗물에 해수를 혼합한 용수를 소집단수로 처리한 물에 유용미생물을 배양한 음용수를 가축에 급여한 결과 성장속도의 향상, 육질의 향상 및 악취 저감의 효과가 있기 때문에 여러 축산농장에 널리 보급될 것으로 전망된다.

Claims (6)

1. 지하수나 수돗물에 해수나 해수를 탈염처리한 미네랄수를 혼합한 용수로부터 다음의 물 분자의 집단을 소집단화하는 단계와 유용미생물을 배양하는 단계가 순차적으로 이루어지는 가축의 음용수를 처리하는 방법.

   Ⅰ. 물 분자의 집단을 소집단화하는 단계

   유입수인 지하수나 수돗물에 해수나 해수를 탈염철리한 미네랄수를 혼합한 용수를 정전압반응조(1)에 유입되면 정전압발생장치(Electron charger; 7)로부터 2,500∼5,000볼트(Volt)의 고전압을 0.5∼3.0μA(Micro-Ampere)의 교류전류를 전도도(電導度)가 높은 목탄(木炭) 또는 활성탄(活性炭)을 충전(充塡)한 스테인리스 스틸(stainless steel)의 전극(2)의 망(網)에 정전압을 인가하여 처리한 물을 소집단수 저장조(8)로 보내어 소집단수 이송펌프(9)로 원적외선(遠赤外線)과 마이너스 이온(Minus ion)을 방사(放射)하는 세라믹스(Ceramics) 또는 광물의 충전물(11)이 충전된 원적외선 및 마이너스이온발생 반응기(10)로 보내어 처리한 다음, 자화기(磁化器; 12)로 보내어 자화처리를 한 후에 정전압반응조(1)로 반송하면서 핵자기공명(核磁氣共鳴; Nuclear magnetic resonance, NMR) ¹⁷O-NMR의 반치폭(半値幅)이 48∼60㎐ 범위의 소집단수(小集團水; microclustered water)로 처리한 다음, 활성부식물질(活性腐植物質) 펠렛트(Pellet)와 유문암(流紋岩) 또는 대사이드(Dacite) 질의 부석(浮石)의 충전물(15)을 충전(充塡)한 생물반응기(14)가 내장된 유용미생물배양조(13)로 보낸다.

   Ⅱ. 유용미생물을 배양하는 단계

   상기의 소집단수로 처리된 용수가 유용미생물배양조(13)에 공급되면, 당밀, 한천, 수용성 녹말, 구연산, 주석산, 풀브산(Fulvic acid), 수용성 키토산(Chitosan)을 혼합한 배양액을 건량기준(乾量基準)으로 50∼400㎎/ℓ범위로 공급하면서 복합 유용미생물균제를 사용하여 송풍기(18)로부터 공기를 유용미생물배양조(13)와 생물반응기(14) 하부에 공급하여 폭기를 하면 물은 생물반응기(14)의 충전물(15) 층을 순환하면서 미네랄의 공급을 받아서 활성화된 미생물이 200∼400㎎/ℓ농도로 배양하여 가축 음료수로 처리한다.
2. 제 1항에 있어서, 소나 양과 같은 반추위동물의 경우는 정전압반응조(1)에서 정전압처리, 원적외선과 마이너스 이온을 방사하는 세라믹스나 광물의 충전물(11)이 충전된 원적외선 및 마이너스이온발생 반응기(10)와 자화기(12)로 보내어 물 분자의 집단을 소집단화한 소집단수를 반추동물의 가축에 공급하는 처리공정에 의해서 가축의 음용수를 처리하는 방법.
3. 제 1항에 있어서, 소집단수이송펌프(9)에서 정전압도전관이나 영구자석 자화기(12)로 보내어 자화처리를 한 후에 일부는 정전압반응조(1)로 반송하면서 소집단수로 처리를 한 다음, 유용미생물배양조(13)로 보내는 처리공정에 의해서 가축의 음용수를 처리하는 방법.
4. 제 1항에 있어서, 유입수인 지하수의 핵자기공명 ¹⁷O-NMR 반치폭의 값이 60∼80㎐으로 낮은 경우에는, 지하수에 해수나 해수를 탈염철리한 미네랄수를 혼합한 용수를 유용미생물배양조(13)로 보내는 처리공정에 의해서 가축의 음용수를 처리하는 방법.
5. 제 1항에 있어서, 유입수에 해수의 혼합량이 15wt% 이상인 경우나 해수를 탈염처리한 미네랄수를 혼합하여 경도가 1,000㎎/ℓ 이상인 경우에는 수중에 미네랄성분이 충분히 함유되어 있기 때문에 유용미생물배양조(13)에서 활성부식물질 펠렛트와 유문암이나 대사이드질의 부석의 충전물(15)을 충전(充塡)한 생물반응기(14)를 설치하지 않은 처리공정에 의해서 가축의 음용수를 처리하는 방법.
6. 제 1항에 있어서, 소규모축산농가의 경우는 가축의 사육효율은 다소 떨어지더라도 시설비를 절감하기 위해서는, 유입수인 수돗물이나 지하수에 해수나 해수를 탈염처리한 미네랄수를 혼합하여 축사의 가축에 급여하는 처리공정에 의해서 가축의 음용수를 처리하는 방법.

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