KR101267538B1 - 마사토와 슬러지를 이용한 토양 개량제와 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마사토와 슬러지를 이용한 토양 개량제와 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 화강석 채취 현장에서 발생되는 마사토(산토)와 부산물인 마사토 슬러지와 화강암 활석 슬러지, 우유 가공슬러지, 축분 및 인분 뇨 처리 슬러지, 하수처리 슬러지,유기성 식품슬러지 중 어느 하나를 원료로 혼합하여 펠릿 형, 또는 분상으로 객토 대용 토양 개량제를 만들어 토양에 비료처럼 시비를 하도록 각각 멸균, 발효, 건조 등의 물리적, 기계적으로 처리 후 일정 비율로 배합하여 펠릿 형 또는 분상으로 객토 대용 토양 개량제를 제조하는 마사토와 슬러지를 이용한 토양 개량제와 그 제조방법에 관한 것이다.
이러한 본 발명은 유기성 폴리머가 함유된 하수 슬러지 40∼60 중량부, 유기성 폐기물 20∼50 중량부, 분뇨 하수 슬러지 5∼15 중량부, 부형재 2∼5 중량부와,
마사토 슬러지, 유,무기성 슬러지, 유기성 폐기물, 부형제를 배합하여 섭씨 50도∼섭씨 70도로 가열하고, 멸균처리 및 건조하여 유기성 폴리머의 점성을 없애는 단계, 2∼4시간 동안 발효, 파쇄, 건조, 토착 미생물을 배양하는 단계를 포함하는 마사토와 슬러지를 이용한 토양 개량제의 제조방법에 있어서,
상기 토양 개량제는 영양소인 벤토나이트로 이루어지는 부형제를 혼합하여 펠릿형 또는 입상형 중 어느 하나로 제조하는 단계;
마사토 슬러지는 풍화된 화강암 마사토로써, 유기성 폴리머가 함유된 마사토 슬러지와, 우유 가공 슬러지, 화강암 활석 석분 중 어느 하나로 이루어지는 것과;
상기 유기성 폐기물은 분뇨 하수처리 슬러지, 축산분뇨 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 것이다.

Description

마사토와 슬러지를 이용한 토양 개량제와 그 제조방법{Sandy soil and sludge and soil conditioner using the method of manufacturing the same}

본 발명은 마사토와 슬러지를 이용한 토양 개량제와 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 화강석 채취 현장에서 발생되는 마사토(산토)와 부산물인 마사토 슬러지와 화강암 활석 슬러지, 우유 가공슬러지, 축분 및 인분 뇨 처리 슬러지, 하수처리 슬러지,유기성 식품슬러지 중 어느 하나를 원료로 혼합하여 펠릿 형, 또는 분상으로 객토 대용 토양 개량제를 만들어 토양에 비료처럼 시비를 하도록 각각 멸균, 발효, 건조 등의 물리적, 기계적으로 처리 후 일정 비율로 배합하여 펠릿 형 또는 분상으로 객토 대용 토양 개량제를 제조하는 마사토와 슬러지를 이용한 토양 개량제와 그 제조방법에 관한 것이다.

각종 폐기물의 발생량은 지속적으로 증가하고, 처리 비용 문제, 사회적 갈등을 유발하고, 환경오염문제 등, 여러 가지 어려움이 있으나, 가까운 일본의 전례와 같이 충분히 재활용하여 자원화할 수 있는 원료이며, 고 부가 가치가 있는 산업이 될 수 있고, 소비자에게 저가공급이 가능하고 공정 시설과 장치 기술에 따라 사회적 갈등을 해소할 수 있다 할 것이다.

국내에서 논에 객토 사업이 진행되지 않은 지가 오래되었고, 객토 사업을 하기 위한 토양 공급도 어렵다. 다양한 슬러지를 이용하여, 퇴비를 만드는 설비들이 가동 중에 있어나, 발효기간이 다소 길게 소요되고, 뒤집기를 하거나, 야적 과정에서 또는 원재료 투입 과정 등; 제조 공정 과정에서 많은 악취와 냄새를 유발하고, 건조 과정 등에서 고온으로 멸균 처리 시 영양소가 파괴되고, 화석 연료를 사용 하므로 대기환경이 오염될 수 있고, 야적 생산 과정에서 수질오염이 될 여지가 있다 할 것이다.

그리고 중요한 것은 토양에 시비했을 때 폐기물 처리로서가 아닌 실질적으로 육상 식물에 유용한 퇴비이어야 하고 그 식물을 섭취하는 인간이나 동물의 위생과 안전을 위협해 서는 안 된다. 현재도 막대한 자금을 투입하여 설비를 갖추고서 민원이 야기 되 정상 가동이 어렵고 설비의 설계능력 발휘가 안 되는 실정이다. 해양 투기가 금지되는 2013년부터는 일부 소각에 의존하거나 매립에 의존할 것이다.

연료화시키는 것도 다소 어려움이 지적되기도 한다. 소각 처리는 막대한 화석연료를 소모 시킴은 물론 환경호르몬을 유발시키는 결점이 발생한다.

그리고 재활용하여 자원화할 수 있는 자원을 낭비하는 것이다. 기존 시설 들은 저장 탱크에 오래 보관할 경우 공정 과정에서 중금속이 농축될 가능성이 매우 높으며, 축 분 및 인분, 뇨 하수처리 슬러지도 빠르게 처리되지 않으면 계속 쌓이면서 중금속이 농축된다고 할 것이다. 또한 톱밥과 섞어서 발효시킨 축산 분뇨 중 돈 분은 돼지가 소화시키지 못한 사료가 많으므로 충분히 숙성 발효되지 않은 퇴비는 작물에 나쁜 영향을 끼친다. 앞서 밝힌 대로 발효 숙성 때문에 보관 탱크에 장기간 축 분과 여액을 본관 하는 것은 중금속이 농축될 가능성이 있고 이를 매일 전적으로 관리 감독한다는 것은 매우 어려운 결점이 발생하게 된다.

이러한 결점을 해소하기 위하여 안출된 본 발명의 해결과제는, 폐기물 처리 문제, 사회적 갈등 종래의 기술과 설비의 구성, 장치 등이 가지는 문제점을 해소시키기 위한 것으로 써;

주원료는 마사토 슬러지, 유.무기성 슬러지와 유기성 폐기물, 부형제로는 소량의 벤토나이트, 작물의 필요에 따른 소량의 영양소를 배합하되 배합하기 전 각 각의 폐기물을 영양소가 파괴 되지 안토록 기압을 낮추어 섭씨 50도 ∼섭씨 70도에 끓토록하여 저 온 멸균 처리하고, 건조로 유기성 폴리머의 점성을 없애고, 원료의 상태에 따라 2∼4 시간 안에 발효, 파쇄, 건조, 토착 미생물까지 배양하여 제품에 합당한 비율로 배합하는 것과;

육상 식물의 생육 조건과 면역성, 생산량, 작물의 품질을 증대시키기 위해, 산성화된 토양을 개량시켜서 비옥한 토양을 만들거나, 지력이 약해진 토양을 원래의 지력을 회복시킬 목적으로 화학비료처럼 지속적으로 뿌리거나, 장비 등으로 땅속으로 침투시키는 토양 개량제를 만듦에 있어서, 풍화된 화강암 마사 토로써 인공모래를 제조할 때 발생된 유기성 폴리머가 함유된 마사토 슬러지와, 우유 가공 슬러지, 화강암 활석 석분, 식품가공 슬러지 등 유기성 폐기물, 축분뇨 및 인분뇨 슬러지, 하수 슬러지와 같은 다양한 폐기물을 원료로 사용하고, 부형제로써 미량의 벤토나이트를 혼합하여 펠릿형 또는 입상형으로 만들어 토양에 비료처럼 지속적으로 시비 가능하도록 제공하는 것이다.

본 발명은 유기성 폴리머가 함유된 하수 슬러지 40∼60 중량부, 유기성 폐기물 20∼50 중량부, 분뇨 하수 슬러지 5∼15 중량부, 부형재 2∼5 중량부와,
마사토 슬러지, 유,무기성 슬러지, 유기성 폐기물, 부형제를 배합하여 섭씨 50도∼섭씨 70도로 가열하고, 멸균처리 및 건조하여 유기성 폴리머의 점성을 없애는 단계, 2∼4시간 동안 발효, 파쇄, 건조, 토착 미생물을 배양하는 단계를 포함하는 마사토와 슬러지를 이용한 토양 개량제의 제조방법에 있어서,
상기 토양 개량제는 영양소인 벤토나이트로 이루어지는 부형제를 혼합하여 펠릿형 또는 입상형 중 어느 하나로 제조하는 단계;
마사토 슬러지는 풍화된 화강암 마사토로써, 유기성 폴리머가 함유된 마사토 슬러지와, 우유 가공 슬러지, 화강암 활석 석분 중 어느 하나로 이루어지는 것과;
상기 유기성 폐기물은 분뇨 하수처리 슬러지, 축산분뇨 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 것이다.

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본 발명은 악취가 나지 않으며, 수증기가 배출되지 않고, 급속 발효기간이 2∼4 시간으로 매우 짧은 효과를 제공한다.

본 발명은 발효 및 파쇄와 건조가 같이 되며 화석 연료를 사용하지 않고 적은 에너지로 건조와 파쇄가 가능(내부 진공 상태에서 내부와 외부에서 열매체 오일을 이용하여 가열함)한 효과를 제공한다.

본 발명은 건조 함수율 조정이 가능하고, 영양소를 파괴하지 않으며, 저온 살균으로 멸균(낮은 기압에서 섭씨 50도∼섭씨 70도이므로 2∼4시간 온도를 유지하여 살균)할 수 있는 효과를 제공한다.

기존 공정 설비들은 비위생적인 환경에 노출되기 쉽고, 악취와 냄새를 유발하며, 수질을 오염시킬 확률과 건조시 대기오염 유발 가능성이 있지만, 본 발명은 뒤집기 공정, 발효공정, 폐수 처리공정, 송풍시설, 고쳐 쌓기 야적장 등의 공정과 설비가 필요 없는 효과를 제공하는 것이다.

본 발명은 제조 공정 동안 토착 미생물 배양이 가능한 효과를 제공하는 것이다.

이하에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부시킨 도면에 따라서 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명에서 필요로 하는 마사토 슬러지는 지역에 따라 다소 차이가 있으나, PH는 8∼9정도, 미량의 유기물, 미량의 유효 인산, 소량의 칼륨, 적정한 칼슘, 미량의 마그네슘, 적정한 유효규산이 있다.

분뇨 하수 슬러지는 하수처리 물 내용에 따라 차이가 나지만, 대체로 카드뮴, 크롬, 니켈, 납, 마그네슘, 칼슘, 나트륨, 철, 알루미늄, 망간, 구리, 아연. 산화물 등의 중금속 외 미생물의 성장에 필요한 염을 많이 가지고 있고, 질소, 인, 유/무기질 성분을 가지고 있다.

유기성 폐기물을 발효시키면 토양에 필요한 유기물과 부식질 외 토양 생물에 의한 합성 물질이 주를 이루며 식물의 생육에 상태가 좋은 토양을 만든다.

벤토나이트는 양이온 교환성, 수분 흡착성 윤활성이 있고, 무기질 규소, 알루미늄, 철, 마그네슘, 칼슘, 나트륨, 칼륨, 미네랄 등이 함유되어 있다.

본 발명은 화강암이 풍화된 지역에서 인공모래를 제조하고 난 뒤, 발생하는 유기성 폴리머가 함유된 슬러지 40∼60 중량부, 유기성 폐기물 20∼50 중량부, 분뇨 하수 슬러지를 5∼15 중량부, 부형재 3∼5 중량부로 이루어지는 것이다.

이하에서 유기성 폐기물(분뇨 하수처리 슬러지, 음식물 찌꺼기, 농수산 가공 식품 찌꺼기, 축산분뇨 등) 작업 공정에 대하여 설명하기로 한다.

유기성 폐기물 특장차량 진입하여 계근대(중량 계근 후)를 통과한 후 슬러지 펌프 배관을 연결(특장 차량 투입 시 이물질 여과장치 장착 )하고, 스텐싸이로 저장, 발효 탱크 투입구 자동 열림과 동시에 고속 파쇄기를 가동하여 탈취제와 고온 미생물제를 소량으로 순간 비산 살포하며, 유기성 폐기물 공급 펌프를 가동 공급하여 유기성 폴리머가 함유된 슬러지를 건조 저장 핫 빈에서 스크류 이송기를 가동하여, 핫 빈의 멸균 건조된 슬러지를 같이 투입 함으로써 잠열을 활용한다.

스텐 싸이로 탱크 저장[저장 기간은 중금속이 농축되지 않도록 하기 위해 24시간을 넘기지 않아야 하며, 스텐 싸이로 저장, 발효탱크는 중심부에 아지레이타가 있어 교반 되고 아지레이타 축과 날개는 이중관으로 되어 있고, 상기 이중관 안에 열매체오일이 순환되면서 멸균 건조된 슬러지의 잠열과 함께 탱크 내부에 온도( 섭씨 50도∼섭씨 55도)를 유지시켜준다. 투입 호퍼와 호퍼 상부에는 고압살수 분무 배관이 있고, 투입구는 자동 개폐식 밸브를 부착하여 자동 개폐하고, 그 아래에는 고속 파쇄기가 장착되어 투입 시 파쇄를 함, 유기성 폐기물이 호퍼에 투입되면, 투입 시 악취 제거를 위해 탈취제와 고온 미생물 제 투입장치를 통해서 유기성 폐기물 투입 시작 시와 투입 완료 시 탈취제와 고온 미생물 제 소량을 비산 살포시킨다. 고압 살수 분무 배관은 투입 완료 후 순간 분무하여 호퍼로부터 아래 부분 들이 세척되고, 세척 후 탈취제와 고온 미생물제가 순간 소량 비산 살포되고, 곧바로 투입구 자동개폐장치가 투입구를 밀폐시킨다]하여 투입완료하고, 고압 살수 분무 배관에서 세척수를 순간 분무 한 후 탈취제와 미생물 제를 소량순간 비산 살포하면 탱크 투입구 자동 닫힘 - 진공 멸균, 발효, 파쇄, 건조기 가동 및 진공 멸균, 발효, 파쇄, 건조기 투입구 자동 열림 - 스크류 이송기 가동 - 로타리 밸브 공급 - 스크류 이송기 이송 - 진공 멸균 발효 건조기 내부가 유기성 폐기물로 충전되기 시작하고, 진공 멸균 발효 건조기가 가동 중인 상태에서 건조기,내부에 유기성 폐기물로 70% 정도의 공간이 채워지면, 로타리 밸브가 닫히고 공급이 중단된다.

이후 스크류 이송기 내의 내용물이 다 비워 지면, 스크류 이송기가 정지되고, 진공 멸균 발효 건조기(열매체 오일은 전기 히터 혹은 가스 버너로 이미 섭씨 300도 정도 가열되고, 설정온도 범위에서 전기 히터와 가스버너는 켜짐과 꺼짐이 반복됨)가 정, 역회전을 하면서 교반하고, 진공 펌프에 의해 증기 배출, 열 교환기와 쿨링 타워를 통해 증기를 제거하고 냄새도 제거하며, 물탱크 내의 냉각수는 24도 이하가 되게 유지하고, 오존 처리하여 소독 멸균시켜서 물을 순환시켜 재사용 한다. 하수 슬러지의 내용물에 따라 멸균, 발효, 건조까지 2∼4 시간 소요되고, 낮은 기압 상태에서 끓는 온도를 섭씨 50도∼섭씨 70도로 유지시켜(전기히터와 가스버너의 최대용량이 켜짐, 3단계로 히팅 열량 조정함) 완전멸균 시킨다(여기서 함수율 12∼16% 이하로 완숙 발효, 건조 시킨다, 함수율, 온도 등은 조정 가능함).

진공 멸균 발효 건조기의 토출구가 자동 열려 완숙 퇴비 토출하며, 토출구 자동 열림과 동시에 스크류 이송기 가동(퇴비이송)하여 자석 드럼을 거치면서 1차로 쇠붙이를 제거하고, 이물질 선별기에서 기타 이물질을 제거하며, 자석 선별기로 2차로 금속을 제거하고, 경사벨트 컨베이어로 둥근 형의 이물질 및 풍력과 중력 분리로 이물질을 제거하고, 속도조정이 가능한 컨베이어를 거치면서 인력으로 수동 선별하여 이물질을 최종 제거한다.

다시 속도조정이 가능한 컨베이어 헤드드럼 자석에서 3차로 금속을 제거하고, 버켓 엘리베이터가 싸이로 탱크에 저장하며, 스크류 이송기로 이송(함수율 12∼16% 이하)하여 2차 완숙 발효 안정화 야적장으로 공급된 후 계량, 배합, 포장 공정을 거쳐서 제품을 출하하는 것이다.

다음은 부형제인 벤토나이트 및 영양소 투입 공정에 대하여 설명하기로 한다.

스텐싸이로 저장 발효 탱크에 투입되어 함수율을 낮추는 작용도 하고 부형재로 투입하기 위해, 차량 입고로 계근대에서 중량을 계근 한 후 천정 크레인으로 톤 백을 하역, 호퍼 아래의 스크류 이송기 가동하여 호퍼 내 투입 및 스크류 이송기에 이송, 버켓 엘리베이터로 부형제 싸이로에 저장한 후 필요량을 계량하여 스텐싸이로 저장발효탱크에 투입하는 것이다.

본 발명은 마사토와 부산물인 마사토 슬러지, 화강암 슬러지, 유유 가공 슬러지, 축분 및 인분 뇨 처리 슬러지, 하수처리 슬러지, 유기성 식품 슬러지를 원료로 혼합하여 펠렛형 또는 분상으로 객토 대용 토양 개량제를 제조하여, 토양에 비료처럼 시비할 수 있도록 멸균, 발효, 건조 등의 처리 후 이들을 일정 비율로 배합하여 펠렛형 또는 분상으로 제공하는 매우 유용한 발명인 것이다.

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8. 유기성 폴리머가 함유된 하수 슬러지 40∼60 중량부, 유기성 폐기물 20∼50 중량부, 분뇨 하수 슬러지 5∼15 중량부, 부형재 2∼5 중량부와,
   마사토 슬러지, 유,무기성 슬러지, 유기성 폐기물, 부형제를 배합하여 섭씨 50도∼섭씨 70도로 가열하고, 멸균처리 및 건조하여 유기성 폴리머의 점성을 없애는 단계, 2∼4시간 동안 발효, 파쇄, 건조, 토착 미생물을 배양하는 단계를 포함하는 마사토와 슬러지를 이용한 토양 개량제의 제조방법에 있어서,
   상기 토양 개량제는 영양소인 벤토나이트로 이루어지는 부형제를 혼합하여 펠릿형 또는 입상형 중 어느 하나로 제조하는 단계;
   마사토 슬러지는 풍화된 화강암 마사토로써, 유기성 폴리머가 함유된 마사토 슬러지와, 우유 가공 슬러지, 화강암 활석 석분 중 어느 하나로 이루어지는 것과;
   상기 유기성 폐기물은 분뇨 하수처리 슬러지, 축산분뇨 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 토양 개량제의 제조방법.