KR100847122B1 - 아미노산 폐액을 이용한 질소 함유 비료의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 조미료 생산 공장에서 발생하는 아미노산 폐액을 이용한 유기질 비료의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 조미료 제조 공장으로부터 아미노산 폐액을 운반하여 원액 저장 탱크에 저장하는 단계; 상기 아미노산 폐액을 농축시키는 단계; 및 상기 아미노산 폐액의 농축액과 충진제를 1:1~1:2의 부피비로 혼합하고 건조하는 단계를 포함하여 질소 함량이 높은 비료를 제공하는 유기질 비료의 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명의 방법을 이용하면 제조원가가 저렴하면서도 단순한 공정을 통해 유해 금속 성분을 포함하지 않고 질소 함량은 높은 우수한 비료를 제공할 수 있다.

질소 비료, 아미노산 폐액, 충진제, 톱밥, 유해 금속, 질소 함량

Description

아미노산 폐액을 이용한 질소 함유 비료의 제조방법{Method for preparing Nitrogen containing-Fertilizer by using amino acid liquid waste}

본 발명은 조미료 생산 공장에서 발생하는 아미노산 폐액을 이용한 유기질 비료의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 조미료 제조 공장으로부터 아미노산 폐액을 운반하여 원액 저장 탱크에 저장하는 단계; 상기 아미노산 폐액을 농축시키는 단계; 및 상기 아미노산 폐액의 농축액과 충진제를 1:1~1:2의 부피비로 혼합하고 건조하는 단계를 포함하여 질소 함량이 높은 비료를 제공하는 유기질 비료의 제조방법에 관한 것이다.

통상적으로, 비료는 협의로는 토양의 생산력을 유지 또는 증진시키고 작물의 양호한 생장을 위하여 토양 또는 식물에 직접 투입하는 영양물질로 정의될 수 있으며, 광의로는 직접적으로는 작물의 영양물질이 되지는 않으나 토양의 물리화학적 성질을 개선하고 유용한 미생물을 증진시키며 토양 중에 식물이 이용할 수 없는 형태의 영양분을 이용 가능한 형태로 변환시키는 등 작물의 생육에 간접적으로 도움 이 되는 물질로 정의될 수 있다.

비료를 분류하는 기준은 한정되어 있는 것은 아니며, 자원과 기술 등의 생산적 요소와 작물의 종류, 농경업의 특성, 토양과 기상과 같은 환경적 요소, 그리고 경제 및 경영적인 요소 등 시대와 지역적 차이에 따라 분류되고 있다.

현재 한국의 비료공정규격에서는 주로 생산 및 공급수단을 기초로 하여 보통비료와 특수비료로 대별하고 있으며, 보통비료는 주성분을 기초로 하여 무기질 질소비료, 무기질 인산비료, 무기질 칼륨비료, 복합비료, 유기질비료, 석회질비료, 규산질비료(珪酸質肥料), 마그네슘비료, 붕소비료(硼素肥料), 기타 비료(亞鉛肥料등)로 분류되며, 특수비료에는 퇴구비(堆廐肥)를 비롯한 각종 자급 비료와 부산물비료 등이 포함된다. 비료의 일반적인 분류도 일정한 기준에 따르는 것이 아니며, 필요에 따라 임의로 분류된다.

주요한 비료의 종류를 현재 한국에서 생산되고 사용되는 것과 외국의 것을 예로 들면, 질소비료로서는 황안, 요소, 염안, 질안, 석회질소, 암모니아수 및, 초석을 들 수 있으며, 인산비료로서는 과석, 중과석, 용인, 용과인 및, 토머스인비를 들 수 있고, 칼륨비료로서는 염화칼륨 및 황산칼륨을 들 수 있으며, 석회비료로서는 생석회, 소석회, 석회석 분말 및, 부산(副産), 소석회를 들 수가 있고, 규산질비료로서는 규산질비료(제철광재) 및 규회석(硅灰石) 비료를 들 수가 있고, 마그네슘비료로서는 황산고토 및 백운석(白雲石) 분말을 들 수가 있으며, 복합비료로서는 제1종 복비(化成複肥), 제2종 복비(配合複肥), 제3종 복비(有機質複肥), 제4종 복비(液狀複肥)를 들 수가 있고, 미량원소비료로서는 붕산(붕사)비료, 망간 또는 아 연 미량원소복비를 들 수가 있으며, 유기질(판매)비료로서는 어박(魚粕) 또는 어분(魚粉), 골분(骨粉), 대두박(大豆粕), 각종 유박, 계분 가공 비료를 들 수가 있고, 자연비료로서는 구비, 퇴비, 부숙강(腐熟糠), 초목회, 녹비, 분뇨 잔재, 부엽토, 아미노산발효 부산비료, 계분, 조미료박 등을 들 수가 있다.

비료의 분류는 이러한 비료공정규격상의 분류 이외에도, 비료의 효과, 비료의 반응, 비료의 공급원, 유기질 함유 여부, 제조 원료의 성질, 비효의 지속성, 수용해성 등에 의하여 분류하기도 한다.

비료의 효과에 따라 직접비료로서는 질소질비료, 인산질비료, 칼륨질비료, 잡질비료(조합비료, 화성비료, 퇴비 등)가 있고, 간접비료로서는 석회비료나 세균비료 및 토양개량제 등의 토양의 이화학적 성질 개선을 통하여 비료효과를 나타내는 것이 있다. 또한, 비료의 반응에 따라 산성비료(과인산석회, 중과인산석회), 생리적 산성비료(황산암모늄, 용성인비, 토머스인비, 중과인산석회 등), 중성비료, 염기성비료(회분, 석회질소) 및 생리적 염기성비료(석회질소, 어분, 회), 비료 공급원에 따라 자급비료와 판매비료, 제조 원료의 성질에 따라 화학(무기질 또는 광물성)비료, 유기질(동식물성)비료 및 복합비료, 비효 속도에 따라 속효성비료와 지효성비료, 수용해성에 따라 수용성비료, 구용성비료, 불용성비료 등으로 분류될 수 있다.

전술한 바와 같은 다양한 비료 중에서도 수용성 화학비료(인산암모늄, 과인산석회) 및 유기질 비료는 가장 광범위하게 사용되고 있으며, 매년 다량을 시비하여야 하나, 시비된 비료 성분 중 식물이 흡수하는 양은 약 15% 내외에 불과하다.

일반적으로 화학비료는 대량 생산이 비교적 용이하고 속효성이며 운송 및 보관이 상대적으로 용이하다는 장점은 있으나, 일반적으로 고가이고, 원료를 수입에 의존하며, 비효가 단기적이고, 식물에 흡수되지 않은 부분은 토양고착화(不容化)에 따른 토양 공해를 유발시키며 토양 미생물의 활동을 억제하고 세탈로 인해 하천수에 유입되어 녹조나 적조 등과 같은 폐해를 야기하는 등 자연 생태계를 오염시키고 파괴하며, 과다 시비 시 식물에 농도 장애를 일으키고, 장기간 시비 시 가스 장애를 유발할 염려가 있으며, 토양 질소 기아 현상을 초래할 수 있는 등 여러 가지 심각한 문제점을 안고 있다.

한편, 현재 생산되고 있는 유기질 비료는 토양의 고착화 등과 같은 토양 공해 문제는 없지만, 일반적으로 걸음발이가 늦고, 부피에 대비한 단위 비료성분함량이 낮아 화학비료에 비해 토양에 염류가 집적되지 않으므로 많은 양을 시비하여야 하는 문제점이 있으며, 특히 퇴비화 또는 부숙 시설비용 및 제조비용이 높고, 대량생산이 용이하지 않으며, 토양 온도가 낮거나 배수가 불충분할 경우 그 효과가 감소한다는 문제점이 있다.

따라서 생산성이 우수하고 제조비용이 저렴한 화학비료의 장점을 살리면서도 비료성분함량이 높고 토양 공해를 유발하지 않을 뿐만 아니라 친환경적인 방식으로 제조가 가능한 직접비료의 제조 방법에 관한 개발이 당업계에 요청되어 왔다.

이에, 본 발명자들은 국내 조미료(MSG, IMP, GMP) 생산 공정에서 연간 수십만 톤에 이르는 아미노산 폐액이 발생되고 있으며, 이러한 부산물이 pH 3~4의 강산 성 액의 재활용 기술 부족으로 인해 해양에 투기되고 있으며 그로 인한 처리비용도 수 십 억원에 이르는 점에 착안하여 상기 아미노산 폐액과 톱밥을 이용한 간단한 공정을 통해 유해 금속은 포함하지 않으면서도 질소 함량이 높은 비료의 제조 방법을 제공하고자 하였다.

이와 관련된 종래의 기술로는 한국공개특허 제2000-61949호에 개시된 바와 같이, 폐석회, 플라이 애쉬 등과 같은 광물질에 글루타민산 발효 부산모액을 첨가하여 입상 또는 과립상으로 제조하는 기술이 있다. 그러나 이 기술은 산성인 조미료 발효 부산모액과 강알칼리성인 폐석회, 플라이 애쉬 등이 혼합되면서 암모니아 가스가 다량으로 발생되어 작업환경이 극도로 열악하게 되어 실제로는 생산이 불가능하다는 문제점이 있다.

또 다른 종래 기술로는 조미료 발효 부산모액과 백운석 또는 제올라이트를 혼합하여 입상으로 제조한 후, 이를 건조기에 통과시켜 입상 비료로 제조하는 기술이 있다. 이 기술은 혼합시 가스의 발생이 없어 작업성이 좋은 장점이 있어 현재 산업화되고 있다. 그러나 건조를 위한 에너지 비용이 지나치게 높고, 얻어진 비료가 흡습을 하여 입자 간에 서로 붙게 되어 사용 시 분리하여야 하는 번거로움이 따르며 그 결과 상품성이 크게 저하되는 문제점을 갖고 있다. 그 밖에 이 기술은 조미료 발효 부산모액을 제올라이트 등에 많이 흡착시키기 위하여 수회에 걸쳐 반복된 흡착공정을 거쳐야 하므로 생산성이 크게 저하되는 문제점과, 유기질 함량을 원하는 수치로 높이기 위하여 혼합공정에서 조미료 발효 부산모액의 농축염 분말을 첨가하는데 농축염 분말은 고가일 뿐만 아니라 부산모액보다 암모니아성 질소성분 을 많이 함유하고 있어 최종 제품의 품질을 저하시키는 주요 요인이 되고 있는 문제점이 있다.

즉, 상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 한 측면은 아미노산 폐액을 농축시키는 단계; 상기 아미노산 폐액의 농축액과 충진제를 1:1~1:2의 부피비로 혼합하는 단계; 및 상기 혼합액을 건조하는 단계를 포함하는 질소 함유 비료의 제조방법에 관한 것이다.

또한, 상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다른 한 측면은 상기 방법에 의해 제조된 질소 함유 비료에 관한 것이다.

이하, 본 발명에 관하여 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 질소 함유 비료의 제조방법은 다음과 같은 공정으로 구성된다.

즉, 제 1단계는 일반적으로 국내에서 생산되고 있는 조미료(MSG, IMP, GMP) 생산업체에서 부산물로 배출되는 아미노산 폐액을 탱크로리로 수거/운반하여 원액 탱크에 보관하는 운반 공정이다.

바람직하게는 상기 아미노산 폐액이 질소 화합물 6.2~6.8 중량%, 수용성 P₂O₅ 0.5~2.5 중량%, 수용성 K₂O 0.5~2.5 중량%, 유기물 40~50 중량%, 염분 1.5~3.0 중량%, 및 수분 38~48 중량%를 포함하며 pH는 5.5 내지 5.7의 범위인 조성을 갖는 것이 본 발명의 방법을 이용하여 충분한 질소 함량을 갖는 비료를 제조하는데 적합하다.

상기 운반 공정에 이어서, 선택적으로 침전 공정이 추가될 수 있다. 이 때 침전은 약 48시간 동안 자연 침전시킬 수도 있으며, 통상의 폐수 처리 공정에서 이용하는 침전제를 이용하여 강제 침전시킬 수도 있다.

다음으로 본 발명에 따른 제조방법의 제 2단계는 상기 아미노산 폐액을 농축하는 단계이다. 바람직하게는 상기 아미노산 폐액이 수분율 40% 미만까지 농축되는 것이 제조된 비료의 질소 함량을 충분히 높이는데 효과적일 수 있다. 경우에 따라서는 상기 침전 공정을 충분히 진행시킴으로써 필요한 수준의 아미노산 폐액의 농축액을 수득할 수 있다.

본 발명에 따른 제조방법의 제 3단계는 상기 단계에서 수득한 아미노산 농축액과 충진제를 혼합 및 건조하는 단계이다.

상기 제 2단계에서 농축되어 탱크에 보관되어 있는 아미노산 농축액과 충진제를 1:1~1:2의 부피비가 되도록 자동화 시스템으로 계근한 후, 발효기에 운반하여 고속 교반기로 완전 혼합한다. 아미노산 농축액의 농도에 따라 점도의 차이가 있으므로, 이를 고려하여 배합비율을 상기 범위에서 결정할 수 있다.

필요에 따라서는, 점도가 부족하여 혼합이 잘 일어나지 못하는 것을 방지하기 위해 당밀액, 과당액, 엿물 등 식물성 바인더를 첨가할 수도 있다.

또한 상기 충진제로 가장 널리 사용되고 있는 것은 톱밥으로서, 기타 바람직한 예로서 톱밥, 주정박, 팜박, 피자마박, 야자박, 미강박, 목분, 쌀겨분 등을 들 수 있다. 이러한 충진제는 수분 조절제로서 주로 기능하는 외에 부숙화 과정에서 내부에 공극을 유지하는 기능을 하며, 필요에 따라서는 상기한 바와 같은 톱밥 대신에 상대적으로 수분 함량이 적은 것을 이용하여 비료의 수분 함량을 적절히 제어할 수도 있다.

한편, 상기 혼합과 동시에 건조가 일어나는데 이러한 공정은 일반적으로 퇴비공장에서 사용되는 발효기에서 진행될 수 있다.　상기 발효기는 특별히 한정되는 것이 아니며 로터리식 발효기 또는 에스컬레이터식 발효기 등 어느 것에서도 가능하다.

바람직하게는 혼합 초기에는 발효기에 연결된 송풍라인에 열을 공급하여 혼합이 보다 원활히 일어나도록 하는 것이 효과적이며, 충분한 혼합이 진행된 이후에 건조 단계에서는 송풍라인에 열을 공급하지 않는 것이 바람직하고, 가능한 건조하면서도 차가운 공기가 공급될 수 있도록 하는 것이 효과적이다.

한편, 본 발명의 다른 한 측면은 상기 방법을 이용하여 제조된 질소 함유 비 료에 관한 것으로, 특히 부추 또는 상추 등의 작물에 효과적으로 작용한다.

보다 바람직하게 상기 비료의 질소 함량은 4.0 중량% 이상, 보다 바람직하게는 4.0~10.0 중량%인 것이 효과적이다.

이하, 실시예 및 실험예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하기로 하나, 이는 본 발명을 설명하기 위한 것일 뿐 본 발명의 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.

실시예 1-2

조미료 생산 공장에서 부산물로 배출된 아미노산 폐액 시료를 25톤 탱크로리 차량으로 운송하여 원액 탱크에 저장하였다. 각 시료의 조성은 농업진흥청 고시 제2004-19호에 의해 분석되었고, 그 결과는 하기 표 1에 나타난 바와 같다.

분석 항목(단위)	질소 비료 제조에 사용한 아미노산 폐액
	실시예 11)	실시예 22)
N(중량%)	6.30	6.77
수용성 P2O5(중량%)	0.92	2.16
수용성 K2O(중량%)	1.65	0.96
유기물(중량%)	41.99	48.84
염분(중량%)	2.62	1.86
수분(중량%)	46.52	39.41
pH	5.55	5.65

¹⁾ 한국 BASF(주) 공급 아미노산 폐액, ²⁾ CJ(주) 공급 아미노산 폐액

상기 표 1에 나타난 바와 같은 성분을 갖는 아미노산 폐액 시료를 각각 약 48시간 동안 자연 침전시켜서 수분을 40% 제거하여 30%로 농축시켰다. 다음으로, 상기 농축액을 각각 로터리식 발효기에 10,000L 투입하고, 이에 대하여 1:2의 부피비로 톱밥을 투입한 후, 송풍라인에 히터를 공급하면서 혼합하였다. 충분한 혼합이 이루어지면 송풍라인을 통한 히터 공급을 중단하고, 차고 건조한 공기를 투입하여 상기 혼합 제재를 충분히 건조하였다. 이렇게 수득한 제재의 성분을 농촌진흥청 고시 비료분석법에 준하여 분석한 후 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다. 표에서 확인되는 바와 같이 본 발명의 방법에 따라 제조된 질소 함유 비료의 질소 함량은 5중량%를 상회하였으며, 일부의 금속만 검출되었고 비소, 카드뮴, 수은 등의 유해 금속은 검출되지 않았다.

분석 항목(단위)		농촌진흥청 고시 비료 함량 기준	결과
비료 조성	질소 (중량%)	-	5.06
	인산 (중량%)	-	0.27
	가리 (중량%)	-	0.54
	유기물 (중량%)	25 이상	65.66
	수분(중량%)	50 이하	27.09
	염분(중량%)	1 이하	1.38
유기물 대비 질소비		50 이하	13.61
금속 함유량	비소(mg/kg)	50 이하	-
	카드뮴(mg/kg)	5 이하	-
	수은(mg/kg)	2 이하	-
	납(mg/kg)	150 이하	0.39
	크롬(mg/kg)	300 이하	2.53
	구리(mg/kg)	300 이하	1.58
	니켈(mg/kg)	50 이하	1.31
	아연(mg/kg)	900 이하	11.75
pH		-	4.58
전기전도도(ms)		-	3.09

비교예 1

종래에 개발되어 있는 것으로, 아미노산 액상물질에 생석회를 첨가하여 고형화하는 방식으로 제조된 질소 비료 첨가제의 성분 분석표를 하기 표 3에 도시하였다.

분석 항목(단위)	분석 결과
유기물(중량%)	45.65
질소(중량%)	2.83
인산(중량%)	0.16
가리(중량%)	0.42
수분(중량%)	36.36
기타(중량%)	14. 58
납(mg/kg)	21.1
카드뮴(mg/kg)	1.3
구리(mg/kg)	5.5
크롬(mg/kg)	24.9
비소(mg/kg)	불검출
수은(mg/kg)	불검출
아연(mg/kg)	130.3
니켈(mg/kg)	9.4
pH(1:10)	3.28

상기 표 1 내지 표 3을 통해 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 질소 함유 제재와 종래 기술을 이용하여 제조한 질소 함유 제재를 비교할 때 후자의 경우 질소 함량 자체가 크게 낮아서 비료 첨가제로만 등록이 가능하며, 단독 사용으로는 작물에 질소 성분을 충분히 공급하기 어려운 반면, 전자의 경우 건조 후의 유기물 대비 질소 비율이 13.61까지 나타나서 질소 함량 측면에서 우수한 것으로 나타났으며 상대적으로 비소, 카드뮴, 수은, 납 등의 유해 금속 함량이 현저히 낮게 나타났다.

실험예 1

본 발명의 실시예 1-2에 따라 제조한 질소 함유 비료 및 비교예 1에 나타난 성분을 갖는 시판되고 있는 질소 함유 첨가제를 준비하였다.

2005년 4월 초순에 상추밭에 상기 3종류의 비료를 각각 5㎏씩 시비한 다음 1주일 후 파종하였다. 2005년 6월 중순에 상추를 수확하여 각각 비교하여 보았다. 본 발명의 실시예 1-2에 따른 질소 함유 비료를 시비한 실험군 상추의 경우 잎이 크고, 두꺼우며 색상이 고운 반면, 비교예 1에 따른 질소 함유 첨가제를 시비한 대조군 상추의 경우는 상대적으로 상태가 열등하여 첨가제 시비에 따른 별다른 효과가 나타나지 않았다.

따라서 본 발명의 방법에 의해 조미료 생산 공장에서 발생하는 아미노산 폐액을 이용하여 제조한 질소 함유 비료는 상기 성분 분석표에 나타난 바와 같이, 유해 금속을 포함하지 않으면서도 질소 함량이 높아 작물의 발육상태를 더욱 좋게하는 사실을 확인할 수 있었다.

상기한 바와 같이 본 발명에 따른 질소 함유 비료의 제조방법은 조미료 제조 공장에서 대량으로 발생하는 아미노산 폐액을 이용하여 간단한 공정을 통해 효과적으로 재활용하면서 낮은 비용으로 비료를 제공하는 효과가 있으므로, 본 발명에 따른 방법은 환경보존의 측면 또는 비료산업의 측면에서도 매우 유용하다 할 것이다.

이상에서는 본 발명의 특정의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변형 은 청구 범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

Claims (4)

1. 삭제
2. 삭제
3. 아미노산 폐액을 이용한 비료 제조 방법에 있어서,

   아미노산 폐액을 운반하여 원액 저장 탱크에 저장하는 제 1단계;

   상기 아미노산 폐액을 48시간 동안 침전시키는 제 2단계;

   상기 아미노산 폐액을 농축시키는 제 3단계; 및

   상기 아미노산 폐액의 농축액과 충진제를 1:1~1:2의 부피비로 혼합하고 건조하는 제 3단계를 포함하되,

   상기 아미노산 폐액이 질소 화합물 6.2~6.8 중량%, 수용성 P₂O₅ 0.5~2.5 중량%, 수용성 K₂O 0.5~2.5 중량%, 유기물 40~50 중량%, 염분 1.5~3.0 중량%, 및 수분 38~48 중량%를 포함하고 pH가 5.5~5.7인 조성을 가지며,

   상기 충진제는 톱밥, 팜박, 피자마박, 야자박, 미강박, 목분, 및 쌀겨분으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 질소 함유 비료의 제조방법.
4. 상기 제 3항에 따른 방법에 의해 제조되고 질소 함량이 4~10 중량%인 질소 함유 비료.