KR101179661B1 - 유기질 비료 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 탄소원으로서 주로 톱밥을 사용하고 여기에다 동물성 단백질을 혼합하여 퇴비 숙성도가 우수한 유기질 비료를 제조하는 방법에 관한 것이다. 이 제조 방법은 탄소원 51 중량%과 동물성 단백질 49 중량%을 혼합한 것에 24시간 동안에 약 60℃의 상온에서 시작하여 80℃의 온도까지 점증적으로 상승시켜 소화하고, 소화 공정 동안에 공지의 미생물을 5 ～ 10분 간격으로 총 10 ～ 20회 분무하여 만들어진 배합물을 60℃ ~ 80℃의 온도에서 10 ~ 20일 정도로 발효한 후에, 배합물을 파쇄하고 건조기의 내부의 온도를 65℃～80℃로 유지하여 파쇄된 배합물을 건조함으로써 양질의 유기질 비료를 제조하는 것을 특징으로 한다. 또한 이 제조 방법에 의하면 농민의 부담을 덜어주는 효과를 발휘할 수 있다.

유기질 비료, 톱밥 비료, 동물성 단백질 비료

Description

유기질 비료 제조 방법{METHOD FOR MANUFACTURING AN ORGANIC COMPOST}

본 발명은 유기질 비료 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 탄소원으로서 주로 톱밥을 사용하고 여기에다 동물성 단백질을 혼합하여 퇴비 숙성도가 우수한 유기질 비료를 제조하는 방법에 관한 것이다.

통상적으로 유기질 비료라 함은 무기질 비료(화학비료)와의 상대적 개념으로서 유기물을 주원료로 하는 유기질 비료와 부산물을 주원료로 하는 부산물 비료를 포함하는 것이 일반적이며, 이러한 유기질 또는 부산물 비료의 원료에는 부숙겨, 재, 분뇨 잔사, 부엽토, 아미노산 발효 부산 비료, 부숙왕겨, 톱밥 또는 토양 미생물제 등이 있다.

유기물의 기본은 탄화수소이고 탄소와 탄소, 탄소와 수소의 공유결합으로 구성된다. 탄소끼리는 공유결합에 의해 여러 개가 결합하여 사슬모양이나 고리모양의 골격을 형성하기도 하며 탄소-탄소 결합에는 단일결합 외에 2중 결합이나 3중 결합도 가능하므로 탄화수소만으로도 여러 개가 존재한다. 또 탄화수소의 골격을 산소,?질소,?황 등의 헤테로 원자를 함유한 작용기로 치환하면 더욱 많은 유도체가 만들어지므로 유기물의 수는 매우 많아져 수백만이나 된다고 한다. 유기물은 그 종류에 따라 성질이 서로 다르지만, 일반적으로 가연성이고 무기물에 비해 녹는점이 낮으며, 물에 녹기 어렵고 알코올?에테르 등의 유기용매에 녹기 쉬운 성질이 있다.

따라서 본 발명에서는 특별히 언급하지 않는 이상은, 유기질 비료는 협의의 유기질 비료와 부산물 비료를 포함한다.

이러한 톱밥을 발효시키기 위하여 다량의 톱밥에 소정 량의 첨가제를 넣고 사람이 일일이 필요 시기마다 교반하거나 경운기의 로타리를 이용하여 교반 및 운반하여야 하고 발효가 용이하도록 별도의 보관실 등을 구비하여야 함으로써, 발효기간이 오래 걸릴 뿐만 아니라 비능률적 방법에 의존하고 있는 톱밥을 강제로 순환 및 교반하여 톱밥을 단기간 내에 발효되도록 한다. 또한 편리하면서도 적은 비용으로 발효작업을 할 수 있는 능률적인 작업을 톱밥에 발효 첨가제 및 수분의 공급 시에는 투입구나, 발효 통을 통해 뿌려 주면 톱밥이 순환하면서 골고루 섞여 주어 톱밥 전체가 균일하게 발효시킬 수 있다. 특히, 톱밥이 순환되는 과정에서 승강 이송관에서 배출구를 통해 발효 통에 떨어질 때 분산되면서 뿌려져 톱밥에 골고루 공기가 공급된다. 이러한 작동에 따라 발효방법에 의해 필요시간마다 능률적으로 톱밥을 용이하게 교반할 수 있으면서 발효 통에서 발효할 수 있는 것이다.

따라서 우수한 유기질 비료를 제조하기 위하여, 본 발명은 탄소원과 동물성 단백질을 혼합한 것에 탄소원의 부속도를 향상시키기 위하여 24시간 동안에 소화시키고 소화 공정의 진행 동안에 미생물을 투입하고 발효한 후에, 배합물을 파쇄하고 건조하여 토양을 재활성화하게 하고 작물의 생육을 촉진하도록 도와 주는 유기질 비료를 제조하는 방법을 제공하는 것이 목적이다.

유기질비료 제조방법에서 혼합 공정(10)은, 수분 20% ~ 40%를 함유하며 톱밥 68 중량%, 왕겨 및 볏짚을 동일중량비로 혼합한 것 32 중량%를 포함하는 탄소원 51 중량%와, 수분 60% ~ 80%의 수증기로 증자한 교질상 동물성 단백질 49 중량%를 포함하는 혼합물을 생성; 소화 공정(20)은, 상기 혼합물을 60~80℃, 12시간 유지하여 아미노산을 용액을 침출; 미생물 투입 공정(30)은, 소화 공정(20)을 지난 혼합물에 세균, 방선균, 곰팡이균, 바실러스크로스트리비움, 플라보박테리움, 스모악티노마이세스, 스트렙토마이세스 및 아스펠리길루스올리제의 공지의 미생물을 투입하되, 5 ～ 10분 간격으로 총 10 ～ 20회 분무; 발효 공정(40)은, 상기 미생물이 배합된 배합물을 수분함량 10 ~ 15중량%에 60 ~ 80℃의 온도에서 10 ~ 20일 발효; 파쇄 공정(50)은 상기 발효공정을 거친 소화된 배합물 100 중량%를 기준으로 이스트 0.5～3.0중량%를 포함하도록 첨가하여 파쇄; 건조 공정(60)은 건조기의 내부 온도가 65～ 80℃를 유지하며 파쇄된 배합물의 수분함량은 10 ~ 15%를 유지하도록 건조하고 포장하는 포장 공정(70)을 거치는 유기질비료 제조방법에서,
상기 미생물 투입 공정(30)에서 중탄산나트륨, 황산제일철, 규소 및 산화알루미늄 중 적어도 하나 이상 더 투입하는 것이 과제 해결 수단이다.

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본 발명의 유기질 비료 제조 방법에 의하면 생산기간이 단축되어 생산 향상 및 비용 절감이 되고, 소량으로 토양을 재활성화하게 하고 작물의 생육을 촉진할 수 있어서 농민의 부담을 덜어주는 효과를 발휘할 수 있다.

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 유기질 비료 제조 방법의 구성과 그에 의하여 발휘되는 작용을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 유기질 비료 제조 방법을 설명하기 위한 공정 흐름도이다.

제1 공정(혼합 공정)

톱밥, 왕겨 및, 볏짚을 이용하여 유기비료를 제조함으로써, 유기비료의 원가를 현저히 줄일 수 있다.

우선, 수분 20% ~ 40%를 함유한 탄소원 51 중량% [톱밥 68 중량%, 왕겨 및 볏짚 32 중량%(왕겨 : 볏짚 = 1 : 1)]에 수분 60% ~ 80%의 수증기로 증자한 교질상 동물성 단백질 49 중량%을 혼합기에 집어넣고 균일하게 혼합하여 혼합물을 생성한다(단계 10).

제2 공정(소화 공정)

소화공정은 약 60℃의 상온에서 시작하여 점차 시간이 갈수록 온도가 상승하며 약 12시간이 지나면 온도가 80℃로 상승하고 이 상태로 약 12시간이 유지된 후에 온도가 하강하기 시작한다(단계 20). 아미노산의 침출은 약 65℃에서부터 조금씩 과잉 의 동물성 아미노산 용액이 하단부로 침출하기 시작하여 약 80℃ 정도에서 가장 많은 양이 결집한다. 또 1차 아미노산 용액을 얻고난 잔유물은 소화가 진행중인 톱밥, 왕겨 및 볏짚으로 이들은 아미노산 용액을 통과시키는 기능을 지니고 있지만, 완전 소화되면 아미노산 용액을 통과시킬 수 있는 기능이 없어지고 아미노산 용액과 혼합되어 침출함으로 아미노산 용액의 순도가 떨어지고 불순물이 다량 함유되므로 약 3회까지 사용함이 바람직하며 이때에 탄소원은 부속도가 가장 좋은 상태로 된다.

본 발명의 유기질 비료 제조 방법에서는 소화율을 약 70%에서 95%까지 상승시킬 수 있다.

제3 공정(미생물 투입 공정)

소화 공정 동안에 제1 공정에서 생성된 혼합물에 미생물을 투입하는데, 미생물은 세균, 방선균, 곰팡이균, 바실러스크로스트리비움, 플라보박테리움, 스모악티노마이세스, 스트렙토마이세스, 아스펠리길루스올리제 등의 공지의 미생물이라 할 수 있다.

미생물의 투입 시에는 상기 열거한 미생물을 제1 공정에서 생성된 혼합물에 5 ～ 10분 간격으로 총 10 ～ 20회 분무하는 것은 제1 공정에서 생성된 혼합물에 미생물이 고르게 배합되어 균일한 발효도를 유지할 수 있도록 하기 위한 것이다(단계 30).

본 발명의 유기질 비료 제조 방법에서는 C/N율(탄질율 : 탄소와 질소와의 비율) 즉, 과잉의 동물성 단백태를 사용하는 것이 특징이라 할 수 있고 식물성 섬유인 탄소원과 동물성 단백태와는 소화되는 속도의 차이가 나기 때문에, 탄소원을 함유한 톱밥, 왕겨 및, 볏짚이 본 발명의 유기비료 제조 방법에서 사용된 미생물에 의해 소화되는 시간은 동물성 단백태가 소화되는 시간에 대하여 약 3배의 차이가 난다. 그러므로 1차 아미노산 침출 용액을 얻은 후에 남은 잔유물에 5회 ~ 10회까지 소량의 미생물을 첨가하여 아미노산 침출 용액을 얻게 된다. 이때 추가되는 미생물은 소화 상태에 따라 적절히 첨가된다. 이때에 3회의 아미노산 용액을 얻고 남은 잔유물은 탄소원이 완전히 소화된 상태이고 최적의 부숙도와 C/N율이 적합하게 유지된다.

이어서, 침출 용액의 포집이 가능한 경사진 개폐 용기에 넣고 완전 소화하여 아미노산 침출 용액을 얻은 다음에, 나머지 잔량의 미생물을 첨가하는 공정을 5 ~ 10회 되풀이하여 아미노산 분해 추출 용액을 얻는다.

과잉의 아미노산 용액만을 미생물에 의하여 분리 추출함으로써 각종의 유효 아미노산을 골고루 함유한 유기비료를 생산할 수 있으며, 또한 탄소 함유 유기물의 최종 잔유물을 유효 미생물에 의하여 최적의 부숙도와 C/N율이 적합하게 유지된다.

사용 시에 토양의 질을 개선하여 알칼리성이나 중성화합물은 물론 토양 중 유익한 미생물의 증식을 활성화하기 위하여 혼합물에 약 알칼리성을 띄는 중탄산나트륨과 황산제일철, 규소, 산화알루미늄과 기타 식물성장의 필수 영양소인 미량의 원소들을 소량씩 첨가한다. 여기에서 중탄산나트륨과 황산제일철, 규소, 산화알루미늄 및 미량의 원소들에 대한 배합량은 제한되지 않으나, 과량은 본 발명의 혼합물에서 반 응되지 않고 불필요한 량으로 남게 되므로 미반응 양으로 남지 않도록 조절하면서 소량씩 적당량 첨가하면 된다.

유기질 재료 자체들에 의한 비료 성분을 제공함은 물론이고 특히 중탄산나트륨에 의해서는 그 자체가 약 알칼리성이어서 산성 토양을 알칼리화시키므로 토양을 활성화시켜 토양 중 미생물의 증식 작용을 재활성화시키게 되며, 또한 토양 중의 암모니아, 유화수소, 질소 등의 유해 가스로 인한 악취를 탄산염으로 전환 및 고정하여 오히려 비료의 유효성분을 증가시켜 주며 황산제일철에 의해서는 인분, 계분 등 기타 유기물과 토양 중, 특히 비닐 하우스의 경우에 토양에서 발생하는 미숙 퇴비로 인한 유해 유화 수소가스나 혹은 화학 비료의 과사용에 따른 유해가스를 흡착하여 탈취 소독하면서 황 이온이나 혹은 철 이온을 가용성화하여 요소의 결핍 현상을 대신하게 된다.

산화 알루미늄에 의해서는 역시 흡착, 작용이 있어서 유기물이나 무기물 또는 토양 중에서 발생하는 악취 등을 흡착하게 되면서 또한 산화 알루미늄은 양성 산화물이어서 토양의 산성화에 전혀 영향을 주지 않으면서 상기와 같은 효과를 얻게 된다. 규소는 무기질 비료의 필수 영양소로서 이미 공지된 것이나 상기한 본 발명의 유기비료의 제조 방법에서 사용되는 다른 혼합물과의 상승효과로 비료 성분의 효과를 증진시켜 주게 된다. 미량의 원소들의 효과 역시 상기 규소와 같다.

상기와 같이 제조된 본 발명의 유기질 비료는 연용할 경우에 토양 중 유효 미생물의 증식작용으로 토양을 재활성화하게 하고 토양 환경을 정화하여 지력을 서서히 활성화시켜 주며 비닐 하우스 내에 사용할 경우에 미숙 퇴비나 화학비료의 사용시 고온 발산으로 인한 유해가스를 억제하고 되고 토양 중에 유해물질은 제거하면서 유익한 박테리아 균의 대량 증식으로 토질을 활성화시켜 토질의 산도를 교정하여 작물의 생육을 촉진하게 되고 또한 작물의 연작에서 오는 생리 장해들을 제거해 주며 작물의 생육을 촉진하게 된다.

제4 공정(발효 공정)

제1 공정의 혼합물과 제3 공정의 미생물이 배합된 배합물은 보통 60℃ ~ 80℃의 온도에서 10 ~ 20일 정도로 발효된다(단계 40).

미생물과 혼합물속에 존재하는 톱밥은 유효 미생물을 이용하면 60℃ 이상의 고온에서 30분 정도만 발효시켜도 탄닌과 리그닌이 분해되고, 단단한 섬유질도 가소화 상태가 되어 최고의 사료나 퇴비로 변하게 된다.

본 발명의 유기비료의 제조 방법에서 발효 공정은 주로 호기성 발효를 위주로 고속 발효 과정을 거치게 되는바, 혐기적 시기와 호기적 시기의 싸이클로 주원료의 종류에 따라 10 ~ 20일 정도 발효시킨다. 고속 발효는 혐기성 단계에서 60℃ ~ 70℃의 온도로 6 ~ 12일, 호기성 단계에서 70℃ ~ 80℃의 온도로 4 ~ 8일로 유지되며, 수분은 10% ~ 15%가 유지되도록 하되, 수분 15%를 기준으로 하고 공기의 공급은 단계별 발효 상태에 따라 적절히 조절한다.

이때에 본 발명의 발포 질석의 발효 과정에서 역할은 호기성 발효를 위한 공기 공급이 골고루 확산할 수 있도록 발효 중의 배합물 속에 많은 공극이 확보되도록 하고, 발포 질석의 수많은 공극과 비표 면적에 의해 발효의 주체인 미생물의 서식처 를 제공하고, 호기성 발효 시에 공급되는 공기의 전단력으로부터 서식 중의 미생물을 보호하고, 보온, 보습 능력으로 미생물 발효 조건(온도, 습도 유지)을 안정적으로 유지하고, 질석의 높은 양이온 교환 능력과 비료의 필수 요소인 5대 영양소(N. P. K. Ca. Mg) 및 미량 원소(Si 등)의 공급으로 미생물의 활성화를 키우며, 액화, 기화 등으로 유출될 수 있는 비효 영양소의 흡착과 혐오감을 주는 악취 제거 능력의 효능으로써, 다량의 유기성 페기물을 종류, 성상과 까다로운 제조 공정 조건에도 불구하고 최단기간에 안정적으로 발효시킬 수 있게 된다.

제5 공정(파쇄 공정)

발효 공정을 거쳐 배합물의 소화가 완료되면 공지된 방법에 따라 소화된 배합물을 파쇄하는 파쇄단계를 거치게 된다(단계 50). 이때에, 파쇄 공정 동안에 소화된 배합물 100 중량%에 대하여 이스트 0.5～3.0 중량%를 첨가하는 이스트 첨가단계를 더 거치게 된다. 그러면 파쇄된 배합물에 골고루 이스트가 첨가된다.

이와 같이 파쇄 공정 동안에 이스트를 골고루 첨가하게 되면, 파쇄된 배합물은 이스트에 의해 기존 유기질 비료의 시비량보다 적은 약 10～20%의 시비만으로 충분한 토양의 개량과 식물의 증수 및 해충 방제 효과를 얻을 수 있게 된다. 이스트는 소화된 혼합물 100 중량%에 대하여 0.5 중량% 미만으로 첨가될 경우에 충분한 개선 효과를 얻을 수 없는 단점이 있으며, 그 첨가량이 3.0 중량%를 초과할 경우에 유기질 비료의 제조 단가 상승을 초래하는 단점이 있으므로 범위 내에서 첨가하는 것이 좋다. 이스트는 바람직하게는 수분함량이 7.5～9%인 건조 이스트를 사용하는 것이 좋다.

제6 공정(건조 공정)

본 발명의 유기질 비료 제조 방법은 건조기를 이용하여 파쇄된 배합물의 건조율을 높여 준다. 이때에, 건조기의 내부 온도가 65℃～80℃를 유지하도록 버너에 의해 건조로에 열을 가한다(단계 60). 건조로의 열원은 자동조절되므로 항상 내부의 온도는 65℃～80℃를 유지하면서 펌프에 의해 수분과 암모니아, CO₂등의 유해가스를 펌핑하므로 건조기 내에서 발생하는 유해가스가 제거된다. 또한 건조기의 내부에 일정한 압력을 가하여 파쇄된 배합물이 충분한 공극을 갖고 수분과 유해가스를 배출하도록 하고 대기압으로 그 공극 사이로 산소를 함포하여 호기성 발효균의 증식에 필요한 조건을 설정해 주게 된다. 그리고 건조기 내의 파쇄된 배합물의 수분함량은 약 10-15% 정도로 유지되도록 한다.

온도, 수분, CO₂발생량, 탄질율(C/N비), 부식질 추출 후의 색깔 변화 정도를 분석하여 파쇄된 배합물의 퇴비 숙성도를 추정한다.

제7 공정(포장 공정)

파쇄.건조된 배합물을 제품으로 포장한 후에(단계 70) 추가적인 부패 현상이 일어나지 않을 정도의 안정화와 건조(수분함량 약 10-15% 정도) 과정을 거치는데 건조 방법으로는 기후 및 주변 환경을 고려하여 자연 건조상을 이용하는 방법으로 한다.

이렇게 하여 생산된 유기질 비료는 질석의 흡착, 응집능력으로 별도의 분쇄, 분별 장치를 거치지 않고도 상품으로 포장될 수 있고 시비에 효율적인 정도의 적절한 유기질 비료가 된다.

도 1은 본 발명의 유기질 비료 제조 방법을 설명하기 위한 공정 흐름도이다.

[도면 부호의 간단한 설명]

10 : 혼합 공정 20 : 소화 공정

30 : 미생물 투입 공정 40 : 발효 공정

50 : 파쇄 공정 60 : 건조 공정

70 : 포장 공정

Claims (3)

1. 유기질비료 제조방법에서 혼합 공정(10)은, 수분 20% ~ 40%를 함유하며 톱밥 68 중량%, 왕겨 및 볏짚을 동일중량비로 혼합한 것 32 중량%를 포함하는 탄소원 51 중량%와, 수분 60% ~ 80%의 수증기로 증자한 교질상 동물성 단백질 49 중량%를 포함하는 혼합물을 생성; 소화 공정(20)은, 상기 혼합물을 60~80℃, 12시간 유지하여 아미노산을 용액을 침출; 미생물 투입 공정(30)은, 소화 공정(20)을 지난 혼합물에 세균, 방선균, 곰팡이균, 바실러스크로스트리비움, 플라보박테리움, 스모악티노마이세스, 스트렙토마이세스 및 아스펠리길루스올리제의 공지의 미생물을 투입하되, 5 ～ 10분 간격으로 총 10 ～ 20회 분무; 발효 공정(40)은, 상기 미생물이 배합된 배합물을 수분함량 10 ~ 15중량%에 60 ~ 80℃의 온도에서 10 ~ 20일 발효; 파쇄 공정(50)은 상기 발효공정을 거친 소화된 배합물 100 중량%를 기준으로 이스트 0.5～3.0중량%를 포함하도록 첨가하여 파쇄; 건조 공정(60)은 건조기의 내부 온도가 65～ 80℃를 유지하며 파쇄된 배합물의 수분함량은 10 ~ 15%를 유지하도록 건조하고 포장하는 포장 공정(70)을 거치는 유기질비료 제조방법에 있어서,

   상기 미생물 투입 공정(30)에서 중탄산나트륨, 황산제일철, 규소 및 산화알루미늄 중 적어도 하나 이상 더 투입하는 것을 특징으로 하는 유기질비료 제조방법.
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