KR102099253B1 - 천연 포졸란을 이용한 액상 비료의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 천연 포졸란을 이용한 액상 비료의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명의 천연 포졸란을 이용한 액상 비료의 제조 방법은, 천연 포졸란을 준비한 후 분쇄하여 포졸란분말을 제조하는 포졸란분쇄단계와; 폐난각과, 폐 식용 유지 및 물을 혼합한 다음, 습식 분쇄하여 난각분쇄물을 제조하는 난각분쇄단계와; 상기 포졸란분말과 난각분쇄물을 혼합 및 교반하여 슬러리를 수득하는 슬러리제조단계와; 상기 슬러리를 과립기 내에서 열풍 건조 방식으로 건조하여 과립으로 성형하는 과립화단계와; 액체 비료 제조용 유기 원료를 다수 준비한 후 혼합하여 발효혼합물을 제조한 후 발효혼합물을 발효용기에 투입하는 혼합단계와; 상기 과립을 망상 포대에 넣은 후 상기 발효혼합물이 투입된 발효용기에 투입하는 과립첨가단계와; 상기 발효용기 내의 발효혼합물 및 과립 중량을 합한 값의 10 ~ 15배의 물을 상기 발효용기에 투입하는 희석단계와; 상기 발효용기 내부의 내용물을 상온에서 60 ~ 120일 동안 발효시키는 발효단계와; 상기 발효용기 내부의 상등액만을 수득하여 액상비료를 제조하는 분리단계;를 포함하여 구성된다.
본 발명에 의해, 유기 원료를 배합하여 발효시켜 액상 비료를 제조하되, 유기 원료의 배합 전에 천연 포졸란을 슬러리 상으로 제조한 후 이를 내부에 기공이 형성된 과립으로 제조하고, 이 과립을 배합된 유기 원료의 발효시 첨가함으로써 종래에 비해 작물 생장 효과가 우수하고, 이취가 훨씬 적으며, 특히, 슬러리 제조시 폐난각을 첨가함으로써 폐난각에 포함된 영양 성분이 발효 과정에서 액상 비료의 영양 성분이 되어 작물 생장에 도움을 줄 수 있게 할 뿐만 아니라, 폐난각의 칼슘 성분이 과립에 포함되어 부서짐을 방지하여 비료 생산 후 분리된 과립을 페인트 첨가물로 활용할 수 있게 되고, 슬러리 제조시 이산화티탄을 첨가함으로써 이취 억제 효과를 높이고, 발효 효과를 향상시킬 뿐만 아니라, 제조 후 남은 과립을 페인트 첨가물로 활용시 유해균 억제 효과를 향상시킬 수 있게 된다.

Description

천연 포졸란을 이용한 액상 비료의 제조 방법{manufacturing method of liquid fertilizer using natural pozzolan}
본 발명은 액상 비료의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 포졸란을 과립상으로 성형하여 유기 농산물의 발효 과정에 투입함으로써 액상 비료의 악취를 억제하고, 작물 생산량을 증대시키면서 병충해에 대한 예방 효과를 높일 뿐만 아니라, 제조 후의 과립은 페인트 첨가물로 활용할 수 있도록 한, 천연 포졸란을 이용한 액상 비료의 제조 방법에 관한 것이다.
포졸란(pozzolan)은 실리카 물질(SiO2)을 주성분으로 하며 그 자체에는 수경성(水硬性)이 없는 광물질 분말 재료이며 혼화재의 일종으로, 물의 존재로 쉽게 석회와 화합하여 경화하는 성질의 것을 총칭해서 말한다.
시멘트 혼합재, 용성 백토, 규산 백토, 의회암의 풍화물 등의 천연 포졸란과 플라이애시(fly-ash) 등의 인공 포졸란이 있다.
포졸란은 용광로에서 철광석으로부터 선철(銑鐵)을 뽑아낼 때 남은 “재(高爐 슬래그)”를 가지고 시멘트에 혼합해서 사용할 때 처음 생겨난 용어로, 화산재 광물인 천연 포졸란보다 먼저 노출되는 경우가 많다.
이러한 포졸란을 상기한 용도 외에 비료의 원료로 활용한 사례가 "천연 포졸란을 포함하는 원적외선 및 음이온 발생제, 및 이의 용도"(한국 등록특허공보 제10-0480439호, 특허문헌 1)에 원외선 파장의 방출 비율과 음이온 방출량의 비율이 특정된 상태로 공개되어 있다.
상기 특허문헌 1에서는 원적외선 방출 및 음이온 방출 성능을 가진 포졸란 광물을 토양에 공급함으로써 병충해에 대한 작물의 내성을 강화시키고 이를 통해 수확량을 보다 향상시키도록 하였다.
한편, 또다른 기술로, "별갑 및 포졸란을 유효성분으로 포함하는 비료 조성물 및 이로 인해 생산된 혈당개선 농작물"(한국 등록특허공보 제10-1834566호, 특허문헌 2)에 공개되어 있다.
상기 특허문헌 1은 포졸란 외에 자라의 등껍질인 별갑을 사용하였으며, 주 성분은 포졸란으로 이루어져 있으며, 인슐린 저항 관련 질환의 개선을 위한 감자 재배에 활용하는 것을 특징으로 한다.
또다른 기술로, "유기농 완효성비료 제조방법"(한국 등록특허공보 제10-1575549호, 특허문헌 3)에서는 유박, 어박, 혈분, 골분, 천연석고 등을 파쇄한 후 가수분해시킨 다음 가수분해에 의해 생성된 액상을 다공질체에 함침시킨 후, 천연 포졸란 물질인 규조토를 코팅 처리하는 비료 제조 공정이 공개되어 있다.
특허문헌 3에서의 포졸란 물질은 코팅 물질로 사용된 것을 특징으로 하며, 내부의 비료 성분이 즉각적인 효과를 발휘하는 것을 억제하여 완효성을 갖도록 해주는 역할을 하는 내용이 공개되어 있다.
한편, 포졸란을 상기와 같이 비료나 토양 개량제로 사용하는 기술 외에 페인트 첨가용 조성물로 활용하는 기술이 공개되어 있다.
"천연 포졸란을 포함하는 페인트 첨가용 조성물"(한국 공개특허공보 제10-2014-0140345호, 특허문헌 4)에는 천연 포졸란 분말을 페인트 조성시 첨가함으로써 페인트 독성을 완화시킬 수 있음이 공개되어 있다.
상기와 같은 종래의 기술을 살펴보면 토양 개량제나 비료, 페인트 제조시 별다른 가공 처리를 거치지 않은 천연 포졸란을 원료로 사용하고, 기타 용도에 따라 첨가물을 첨가하여 제조해왔던 것을 알 수 있다.
즉, 천연 포졸란을 가공 처리하면서 비료 원료와 페인트 원료를 제조할 수 있는 기술은 아직까지 공개된 사례가 전무한 실정이다.
또한, "농산부산물을 이용한 시설고추 관비재배용 유기질액체비료 및 그 제조방법"(한국 등록특허공보 제10-0431121. 특허문헌 5)에는 농업 부산물인 계분, 대두박, 쌀겨 등을 이용하여 액체 비료를 제조함으로써 우수한 품질의 작물을 재배할 수 있게 한 기술이 공개되어 있다.
그러나, 특허문헌 5에 개시된 기술의 경우 그 자체로는 병충해에 대한 저항성이 적으며, 시비시 악취가 발생하여 혐오감을 주는 문제점도 있었다.
KR 10-0480439 (2005.03.23) KR 10-1834566 (2018.02.26) KR 10-1575549 (2015.12.01) KR 10-2014-0140345 (2014.12.09) KR 10-0431121 (2004.04.30)
본 발명의 천연 포졸란을 이용한 액상 비료의 제조 방법은 상기와 같은 종래 기술에서 발생하는 문제점을 해소하기 위한 것으로, 유기 원료를 배합하여 발효시켜 액상 비료를 제조하되, 유기 원료의 배합 전에 천연 포졸란을 슬러리 상으로 제조한 후 이를 내부에 기공이 형성된 과립으로 제조하고, 이 과립을 배합된 유기 원료의 발효시 첨가함으로써 종래에 비해 작물 생장 효과가 우수하고, 이취가 훨씬 적은 액상 비료를 제공하려는 것이다.
특히, 슬러리 제조시 폐난각을 첨가함으로써 폐난각에 포함된 영양 성분이 발효 과정에서 액상 비료의 영양 성분이 되어 작물 생장에 도움을 줄 수 있게 할 뿐만 아니라, 폐난각의 칼슘 성분이 과립에 포함되어 부서짐을 방지하여 비료 생산 후 분리된 과립을 페인트 첨가물로 활용할 수 있게 하려는 것이다.
또한, 슬러리 제조시 이산화티탄을 첨가함으로써 이취 억제 효과를 높이고, 발효 효과를 향상시킬 뿐만 아니라, 제조 후 남은 과립을 페인트 첨가물로 활용시 유해균 억제 효과를 향상시킬 수 있게 하려는 것이다.
본 발명의 천연 포졸란을 이용한 액상 비료의 제조 방법은 상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 천연 포졸란을 준비한 후 분쇄하여 포졸란분말을 제조하는 포졸란분쇄단계와; 폐난각과, 폐 식용 유지 및 물을 혼합한 다음, 습식 분쇄하여 난각분쇄물을 제조하는 난각분쇄단계와; 상기 포졸란분말과 난각분쇄물을 혼합 및 교반하여 슬러리를 수득하는 슬러리제조단계와; 상기 슬러리를 과립기 내에서 열풍 건조 방식으로 건조하여 과립으로 성형하는 과립화단계와; 액체 비료 제조용 유기 원료를 다수 준비한 후 혼합하여 발효혼합물을 제조한 후 발효혼합물을 발효용기에 투입하는 혼합단계와; 상기 과립을 망상 포대에 넣은 후 상기 발효혼합물이 투입된 발효용기에 투입하는 과립첨가단계와; 상기 발효용기 내의 발효혼합물 및 과립 중량을 합한 값의 10 ~ 15배의 물을 상기 발효용기에 투입하는 희석단계와; 상기 발효용기 내부의 내용물을 상온에서 60 ~ 120일 동안 발효시키는 발효단계와; 상기 발효용기 내부의 상등액만을 수득하여 액상비료를 제조하는 분리단계;를 포함하여 구성된다.
상기한 구성에 있어서, 상기 난각분쇄단계에서 상기 폐난각은 상기 포졸란분말 100 중량부 대비 3 ~ 5 중량부 혼합되고, 상기 폐 식용 유지는 상기 포졸란 분말 100 중량부 대비 0.5 ~ 1.5 중량부 혼합되며, 물은 상기 포졸란분말 100 중량부 대비 25 ~ 35 중량부 혼합되는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 슬러리제조단계에서 상기 포졸란분말 100 중량부 대비 0.2 ~ 0.5 중량부의 이산화티탄 분말을 더 첨가한 후 혼합 및 교반하여 슬러리를 수득하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 과립첨가단계는, 상기 발효혼합물과 9 : 5의 중량비가 되도록 상기 과립을 계량하여 발효용기에 투입하는 것을 특징으로 한다.
더불어, 상기 혼합단계는, 액체 비료 제조용 유기 원료로 계분, 증숙미, 대두박을 준비한 다음, 계분, 증숙미, 대두박을 4 : 1 : 4의 중량비로 혼합하여 발효혼합물을 제조한 후 발효혼합물을 발효용기에 투입하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의해, 유기 원료를 배합하여 발효시켜 액상 비료를 제조하되, 유기 원료의 배합 전에 천연 포졸란을 슬러리 상으로 제조한 후 이를 내부에 기공이 형성된 과립으로 제조하고, 이 과립을 배합된 유기 원료의 발효시 첨가함으로써 종래에 비해 작물 생장 효과가 우수하고, 이취가 훨씬 적은 액상 비료가 제공된다.
특히, 슬러리 제조시 폐난각을 첨가함으로써 폐난각에 포함된 영양 성분이 발효 과정에서 액상 비료의 영양 성분이 되어 작물 생장에 도움을 줄 수 있게 할 뿐만 아니라, 폐난각의 칼슘 성분이 과립에 포함되어 부서짐을 방지하여 비료 생산 후 분리된 과립을 페인트 첨가물로 활용할 수 있게 된다.
또한, 슬러리 제조시 이산화티탄을 첨가함으로써 이취 억제 효과를 높이고, 발효 효과를 향상시킬 뿐만 아니라, 제조 후 남은 과립을 페인트 첨가물로 활용시 유해균 억제 효과를 향상시킬 수 있게 된다.
도 1은 실험예 6의 결과를 나타낸 그래프.
이하 본 발명의 천연 포졸란을 이용한 액상 비료의 제조 방법에 대해 상세히 설명하기로 한다.
1. 포졸란분쇄단계
천연 포졸란을 준비한 후 분쇄하여 포졸란분말 100 중량부를 준비한다.
포졸란이란 그 자신만으로는 수경성을 갖지 않지만, 물에 용해되어 있는 수산화칼륨과 상온에서 서서히 반응하여 물에 녹지 않는 화합물을 만들 수 있는 미분상태의 물질을 일컫는다.
포졸란은 게르마늄, 셀리늄, 바나듐 및 각종 미네랄 성분을 함유하고 있고, 원적외선 및 음이온 방출량이 높다는 것이 이미 알려져 있다.
이러판 포졸란에는 규산백토, 응회암, 규조토와 같은 천연 포졸란과, 소성 점토, 실리카 겔, 실리카 흄, 플라이 애쉬 등 인공적으로 만들어진 인공 포졸란이 있다.
본 발명에서는 인공 포졸란이 아닌 천연 포졸란을 사용하는 것을 특징으로 하다.
보다 바람직하기로는 강원도 횡성의 포졸란 광산에서 채굴되는 아래 표 1의 조성으로 이루어진 포졸란을 사용함이 바람직하다.
SiO2 Al2O3 Fe2O3 MgO K2O Na2O CaO TiO2 MnO P2O5
68.9 15.6 4.74 1.24 3.55 1.66 0.36 0.62 0.01 0.07
(분석 기관 : 한국 화학시험연구원, 시료: 강원도 횡성 포졸란 광산)
상기한 조성의 포졸란은 여타의 광물에 비해 기공성이 높고, 강흡수성, 낮은 비중, 화학적 안정성을 가진다 할 것이다.
또한, 포졸란은 비중이 2 정되 되는데, 후술하는 이산화티탄의 비중보다 작게 이루어져 있어 과립화 성형 과정에서 이산화티탄을 가두어주는 역할을 하게 된다.
2. 난각분쇄단계
폐난각과, 폐 식용 유지 및 물을 혼합한 다음, 습식 분쇄하여 난각분쇄물을 제조한다.
보다 바람직하기로는, 상기 포졸란분말 100 중량부 대비 3 ~ 5 중량부의 폐난각과, 상기 포졸란 분말 100 중량부 대비 0.5 ~ 1.5 중량부의 폐 식용 유지를 준비한 후, 상기 포졸란분말 100 중량부 대비 25 ~ 35 중량부의 물을 폐난각 및 폐 식용 유지와 혼합한 다음, 습식 분쇄하여 난각분쇄물을 제조한다.
난각(egg-shell)은 동물 알의 껍질을 의미하는 것이다.
일반적으로 동물의 알은 식용 등 다양한 분야로 활용되나, 난각은 폐기되는 것이 대부분이다.
동물의 알 내부의 내용물을 사용한 뒤 폐기되는 난각에는 잔존하는 내용물과, 난막이 포함되는데, 이때 폐기되는 난각에 잔존하는 내용물은 고농도의 순단백질이고, 난막은 전체 중량의 60 wt% 이상이 단백질로 이루어져 있다.
따라서 폐난각은 작물에 유용한 영양 공급원이 될 수 있다.
이때, 난각이 3 중량부 미만으로 구성될 경우 난각 첨가로 인한 작물의 생장 촉진 효과가 적게 나타나며, 반대로 5 중량부를 초과할 경우 후술하는 과립 성형시 과립 성형이 원할히 이루어지지 못하게 된다.
폐 식용 유지는 과립 성형시 수분과 함께 외측으로 이동하면서 건조되어 외피층을 형성하게 된다.
폐 식용 유지가 0.5 중량부 미만일 경우 과립에 고르게 외피층을 형성하지 못하게 되며, 1.5 중량부를 초과할 경우 과립 성형시 과립끼리 달라붙는 현상이 발생할 수 있다.
한편, 물이 첨가되는 것은 걸죽한 슬러리와 같은 상태를 이루게 하고 후술하는 과립화 성형시 과립 성형이 원할하게 이루어지고, 기공 형성이 잘 이루어질 수 있게 한다.
만일 물 함량이 25 중량부 미만일 경우 과립 성형 후 쉽게 부서지게 되고, 35 중량부를 초과할 경우 슬러리가 너무 묽게 되어 과립 성형이 원할하게 이루어지지 못하게 된다.
3. 슬러리제조단계
상기 포졸란분말과 난각분쇄물을 혼합 및 교반하여 슬러리를 수득한다.
이때, 상기 포졸란분말 100 중량부 대비 0.2 ~ 0.5 중량부의 이산화티탄 분말을 더 첨가한 후 혼합 및 교반하여 슬러리를 수득할 수도 있다.
이산화티탄은 비중이 4.17로 포졸란의 2배에 달한다.
따라서, 과립화단계에서 이산화티탄은 중앙측의 내부 기공의 벽면에 부착된 상태가 되어 외부로 쉽게 이탈하지 못하게 된다.
이로 인해 과립 내부에 갇힌 이산화티탄은 발효 숙성 과정에서 발생하는 악취를 억제해주게 되며, 자외선이 조사되는 상태에서는 유기물을 분해해주게 된다.
4. 과립화단계
상기 슬러리를 과립기 내에서 열풍 건조 방식으로 건조하여 과립으로 성형한다.
과립 입자의 형상, 입자크기와 분포, 과립의 조직에 영향을 미치는 인자로는 슬러리의 농도와 점도, 분산정도, 슬러리의 주입 압력과 양, 분무건조기의 건조용량 및 온도 등을 들 수 있다.
이러한 변수들은 분무건조기의 구조와 노즐형태에 따라 달라질 수 있다.
일예로 건조통의 크기는 높이 10m, 지름 4m이며, LPG로 건조하는 분무건조기로 이루어진 과립기는 상부에 가압 노즐을 사용하여 병류식으로 하부에 설치된 가압노즐을 사용하여 향류식으로 분무건조 할 수 있도록 설계하고, 분무건조기에서 과립의 직경이 약 0.1 ~ 4.0㎜ 크기로 제조하기 위해서 건조기 내부에서 분사된 입자들의 체류 시간을 증가시키기 위해 분무건조기 하부에 가압노즐(내경 0.5~1.2㎜)을 사용하여 향류식 분무방식을 사용할 수 있다.
분무건조기의 운전조건은 비교적 높은 주입압력 14.0 내지 20.0㎏/㎠, 가압노즐내경 0.5~1.2㎜, 분무건조기의 내부온도 130℃ ~ 400℃, 분무건조기 출구온도는 80 내지 160℃로 구성될 수 있다.
유동성 콜로이드 상태의 슬러리를 상부점까지 분무건조기의 내부에 바닥에서 상측으로 가압하여 품어 올리게 되면, 방사된 콜로이드 슬러리는 사이클론 상부측면에서 유입되는 열풍으로 인해 와류를 일으키며 낙하하게 되며, 130℃~400℃를 유지하는 내부열로 인해 원료에 함유된 수분이 증발하며 이로 인한 기공이 형성된 0.3 ~ 0.4mm 크기의 과립이 수득된다.
이 과정에서 슬러리에 포함된 수분은 내부에서 급격한 기화가 일어나며, 이때 내부에는 중공이 형성되고, 그 외측으로 과립층이 형성되고, 외부에는 외피층이 형성되며, 과립층 내부에는 수분 증발 및 온도 팽창에 의한 기포 팽창으로 다공질 구조를 형성하게 된다.
이러한 공정은 고온의 과립기 내부에 순간적인 고압으로 유동성 콜로이드 슬러리가 분사되면서 내부의 수분이 증발하여 외측으로 먼저 이동하여 빠져나가면서 내부에 기공이 형성되어 다공질을 이루는 과립층을 형성하게 된다.
이때, 슬러리에 포함되어 있던 단백질, 지방 등의 유기질 성분은 순간적인 수분 이동에 의해 함께 바깥쪽으로 이동하게 되어 과립층을 감싸 대략 타원 또는 원형의 단면 형상을 갖는 보호막과 같은 점막인 유기코팅층을 형성하게 된다.
반면, 비중이 높은 이산화티탄은 수분의 이동에 상대적으로 덜 영향을 받게 되어 중앙의 기공에 가장 인접한 골격 벽면에 부착된 상태를 이루게 된다.
5. 혼합단계
액체 비료 제조용 유기 원료를 준비하여 혼합하여 발효혼합물을 제조한 후 발효용기에 투입한다.
액체 비료 제조용 유기 원료로는 계분, 미강, 대두박, 깻묵, 어분, 골분 등 다양한 원료로 구성될 수 있다.
보다 바람직하기로는, 계분, 증숙미, 대두박을 준비한 다음, 계분, 증숙미, 대두박을 4 : 1 : 4의 중량비로 혼합하여 발효혼합물을 제조한 후 발효혼합물을 발효용기에 투입한다.
계분은 보통 닭똥이라 불리는 것으로 종래로부터 그 자체로 유기질 비료로 사용되기도 하고, 혼합사료에 배합되어 사용되기도 하였다.
계분에는 유기질 함량이 풍부하여 생계분의 유기질 함량은 25.5% 정도이며, 산란계에는 질소 1.76%, 인 2.75%, 칼륨 1.39%, 이산화탄소 5.87%, 산화마그네슘 0.75%가 함유되어 있는 것으로 알려져 있고, 육계(肉鷄)의 계분에는 질소 2.38%, 인 2.65%, 칼륨 1.76%, 이산화탄소 0.95%, 산화마그네슘 0.46%가 함유되어 있는 것으로 알려져 있다.
대두박에는 조단백질 함량이 45.43%에 이르고, 조지방 함량이 1.11% 포함되어 있다.
증숙미를 사용하는 것은 발효 과정에서 발효가 보다 활발하게 이루어지게 하기 위한 것이다.
6. 과립첨가단계
상기 과립을 망상 포대에 넣고, 발효혼합물과 함께 발효용기에 투입한다.
보다 바람직하기로는 상기 발효혼합물과 9 : 5의 중량비가 되도록 상기 과립을 계량한 다음 과립을 망상 포대에 넣은 후 상기 발효혼합물이 투입된 발효용기에 투입한다.
정확히는, 발효혼합물과 과립이 9 : 5의 중량비가 되도록 배합한다.
만일 과립이 5 중량부 미만일 경우 비료의 냄새 개선이 적게 이루어지고, 과립을 상기 비율을 초과할 경우 작물의 수확량 개선 효과가 저하된다.
7. 희석단계
상기 발효용기 내의 발효혼합물 및 과립 중량을 합한 값의 10 ~ 15배의 물을 상기 발효용기에 투입한다.
8. 발효단계
상기 발효용기 내부의 내용물을 상온에서 60 ~ 120일 동안 발효시킨다.
이때, 발효는 기본적으로는 자외선이 차단된 상태에서 혐기 상태에서 진행하되, 5일에 한번씩 6시간 동안 자외선이 조사되는 햇빛에 노출시키고, 외기 공급이 이루어지는 환경에서 발효시키는 것이 바람직하다.
9. 분리단계
상기 발효용기 내부의 상등액만을 수득하여 액상비료를 제조한다.
더불어 망상 포대에 저장되어 있는 과립은 별도로 분리한 후 탈수기에 투입하여 1차 탈수 처리하고 열풍 건조 처리하여 페인트 첨가물로 사용한다.
이 경우 열풍 건조 처리된 과립에는 포졸란, 난각, 이산화티탄 성분이 남아 있게 되며, 발효 과정에서 발생한 미생물이 일부 부착된 상태로 판단된다.
이러한 과립은 그 자체로 포졸란, 난각, 이산화티탄 성분을 혼합하여 제조한 과립에 비해 페인트 첨가물로 사용할 경우 더 우수한 효과를 발휘하게 된다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 대해 설명하기로 한다.
강원도 횡성의 포졸란 광산에서 생산된 천연 포졸란(표 1의 성분)을 준비한 후 분쇄하여 100kg의 포졸란분말을 계량하여 준비하였다.
이어 폐난각 4kg, 폐 식용유 1kg, 물 30kg을 혼합한 다음 볼밀에서 습식 분쇄하여 난각분쇄물을 제조하였다.
준비된 포졸란분말과 난각분쇄물을 혼합 및 교반하여 슬러리를 수득하였다.
상부와 하부에 가압노즐이 설치되어 있는 향류식 분무건조기를 준비한 후, 분무건조기 로내의 온도를 300℃에 도달시킨 다음 분무건조기 내부에 열풍을 공급하면서 상기 슬러리를 공급하여 방사된 슬러리가 분무건조기 내부에서 열풍에 의해 와류를 일으키면서 낙하되도록 하여, 분무건조기 내부로 공급된 슬러리가 분무건조기 내부에서 수분 증발을 통해 내부에 기공이 형성된 과립이 제조되도록 하였다.
한편, 계분, 증숙미, 대두박을 4 : 1 : 4의 중량비로 혼합하여 발효혼합물을 제조한 후 발효혼합물을 발효용기에 투입하였다.
더불어, 발효혼합물과 과립이 9 : 5의 중량비가 되도록 상기 과립을 계량한 다음, 과립을 망상 포대에 넣은 다음 발효용기에 투입하였다.
이어 발효혼합물과 과립 중량의 합의 10배의 물을 발효용기에 넣은 다음 상온에서 90일 동안 발효시켰다.
발효는 혐기 상태로 용기 뚜껑을 닫고 발효시키되, 5일에 한번 6시간 동안 뚜껑을 열어 햇빛을 받도록 하였다.
발효가 완료된 후 상등액만을 수득하여 실시예 1의 액상 비료를 제조하였다.
실시예 1과 동일하게 제조하되, 슬러리 제조시 300g의 이산화티탄 분말을 더 첨가하였다.
실시예 1과 동일하게 제조하되, 난각분쇄물 제조시 폐난각 2.9kg, 폐 식용유 1kg, 물 30kg을 혼합하였다.
실시예 1과 동일하게 제조하되, 난각분쇄물 제조시 폐난각 5.1kg, 폐 식용유 1kg, 물 30kg을 혼합하였다.
실시예 1과 동일하게 제조하되, 난각분쇄물 제조시 폐난각 4kg, 폐 식용유 400g, 물 30kg을 혼합하였다.
실시예 1과 동일하게 제조하되, 난각분쇄물 제조시 폐난각 4kg, 폐 식용유 1.6kg, 물 30kg을 혼합하였다.
실시예 1과 동일하게 제조하되, 발효혼합물과 과립이 8 : 5의 중량비가 되도록 하여 발효시켰다.
실시예 1과 동일하게 제조하되, 발효혼합물과 과립이 2 : 1의 중량비가 되도록 하여 발효시켰다.
실시예 1과 동일하게 제조하되, 계분, 증숙미, 대두박을 3 : 1 : 3의 중량비로 하여 발효시켰다.
실시예 1과 동일하게 제조하되, 계분, 증숙미, 대두박을 5 : 1 : 5의 중량비로 하여 발효시켰다.
실시예 1과 동일하게 제조하되, 발효가 완료된 후 상등액만을 분리하고 남은 과립을 꺼낸 다음 탈수 처리한 다음 열풍 건조하여 과립 내의 수분을 제거하고, 과립만을 수득하였다.
실시예 2와 동일하게 제조하되, 발효가 완료된 후 상등액만을 분리하고 남은 과립을 꺼낸 다음 탈수 처리한 다음 열풍 건조하여 과립 내의 수분을 제거하고, 과립만을 수득하였다.
이하에서는 본 발명의 실시예와 대비하기 위한 비교예에 대해 설명한다.
<비교예 1>
계분, 증숙미, 대두박을 4 : 1 : 4의 중량비로 혼합하여 발효혼합물을 제조한 후 발효혼합물을 발효용기에 투입하였다.
발효용기에 발효혼합물 중량의 10배의 물을 투입하여 희석한 다음 90일 동안 발효시키고, 발효용기 내부의 상등액만을 수득하여 액상비료를 제조하였다.
<비교예 2>
비교예 1과 동일하게 진행하되, 계분, 증숙미, 대두박을 3 : 1 : 3의 중량비로 혼합하였다.
<비교예 3>
비교예 1과 동일하게 진행하되, 계분, 증숙미, 대두박을 5 : 1 : 5의 중량비로 혼합하였다.
<비교예 4>
실시예 1과 동일하게 진행하되, 발효용기에 투입하지 않은 과립을 분리하여 비교예 4로 준비하였다.
<비교예 5>
실시예 2와 동일하게 진행하되, 발효용기에 투입하지 않은 과립을 분리하여 비교예 5로 준비하였다.
<비교예 6>
포졸란 분말과 물을 5 : 2의 중량비로 혼합하여 분무건조기에 투입하여 과립을 제조하여 비교예 6으로 준비하였다.
<비교예 7>
포졸란 분말만을 비교예 7로 준비하였다.
이하에서는 본 발명의 실시예 및 비교예를 통한 실험예에 대해 설명하기로 한다.
<실험예 1> 관능검사
실시예 1 내지 10 및 비교예 1 내지 3의 액상비료를 준비하여 악취에 대한 관능검사를 실시하였다.
관능검사는 9점 평점법을 이용하여 평가하였으며, 연령과 성별을 고려하여 30 ~ 40대 성인 남녀를 각각 연령별로 10명씩 선발하여 진행하였다.
구분 악취(발효냄새)
실시예1 6.7
실시예2 7.8
실시예3 4.8
실시예4 5.2
실시예5 5.5
실시예6 6.1
실시예7 5.2
실시예8 5.1
실시예9 5.5
실시예10 5.3
비교예1 2.2
비교예2 2.3
비교예3 2.1
(관능검사 수치 : 9-악취가 적음, 0-악취가 심함)
표 1에 나타나 있는 바와 같이 비교예들의 경우 발효 악취가 심하게 발생한 반면, 실시예들의 경우 발효 악취가 훨씬 적게 나타나는 것을 알 수 있다.
특히, 실시예 1, 2의 경우 악취가 적다는 평가가 다른 실시예들에 비해서 더 높게 나타났다.
<실험예 2> 호박 재배 실험
호박 묘종 14개를 준비하여 각각 1m씩 떨어뜨린 후 밭에 이식한 후, 상기 실시예 1 내지 10 및 비교예 1 내지 3의 비료를 10배수의 물과 희석하여 1일 1회 20ml 옆면 시비하여 시비 후 20일 경과 후 잎의 폭과 길이, 뿌리의 길이 및 개수, 줄기의 굵기를 측정하였으며, 그 결과를 아래 표 3에 나타냈다.
구분 잎의 폭(cm) 잎의 길이(cm) 뿌리 길이(cm) 뿌리 갯수 줄기의 굵기(cm)
실시예1 16.5 21.0 31.2 52 2.8
실시예2 18.5 23.3 35.2 58 2.9
실시예3 8.7 14.5 21.5 28 1.8
실시예4 11.2 15.7 20.3 32 1.9
실시예5 8.9 14.2 21.2 24 1.8
실시예6 9.1 16.3 19.9 29 1.7
실시예7 12.3 16.2 23.5 26 2.1
실시예8 8.8 14.3 21.4 27 2.0
실시예9 8.7 12.5 18.9 25 1.9
실시예10 12.1 14.3 21.5 26 1.8
비교예1 4.5 8.2 12.2 14 1.1
비교예2 4.3 7.5 12.2 15 1.2
비교예3 4.7 7.9 13.1 14 1.1
<실험예 3> 오이 재배 실험
오이 묘종 14개를 준비하여 각각 1m씩 떨어뜨린 후 밭에 이식한 후, 상기 실시예 1 내지 10 및 비교예 1 내지 3의 비료를 10배수의 물과 희석하여 1일 1회 20ml 옆면 시비하여 시비 후 오이를 수확하였으며, 수확한 오이 5개의 평균 길이와 직경을 측정하여 아래 표 4에 나타냈다.
20일 경과 후 잎의 폭과 길이, 뿌리의 길이 및 개수, 줄기의 굵기를 측정하였으며, 그 결과를 아래 표 4에 나타냈다.
구분 오이의 직경(cm) 오이의 길이(cm)
실시예1 3.9 31.2
실시예2 4.2 33.4
실시예3 3.5 26.2
실시예4 3.6 28.8
실시예5 3.4 27.3
실시예6 3.5 27.9
실시예7 3.3 28.8
실시예8 3.4 27.4
실시예9 3.2 27.3
실시예10 3.5 26.7
비교예1 2.7 24.1
비교예2 2.6 23.8
비교예3 2.7 25.2
<실험예 4> 진딧물 기피 실험
상기 실시예 1 내지 10 및 비교예 1 내지 3의 액체 비료를 물에 10배수 희석하여 노린재가 달라붙어 있는 고추 잎에 살포하여 노린재들의 기피 여부를 육안 및 카메라로 관찰하여 평점 평가하여 그 결과를 표 5에 나타냈다.
구분 노린재의 기피 정도
분무 직후 1일 경과 7일 경과
실시예1 3 3 4
실시예2 1 1 2
실시예3 2 3 3
실시예4 2 3 3
실시예5 3 3 4
실시예6 3 3 4
실시예7 3 3 4
실시예8 3 3 4
실시예9 3 3 4
실시예10 3 3 4
비교예1 4 5 5
비교예2 4 5 5
비교예3 4 5 5
(5점 : 변화 없음, 4점 : 약간 줄어듬, 3점 : 절반 정도 줄어듬, 2 : 많이 줄어듬, 1 : 거의 줄어듬)
상기한 실험 결과 본 발명에 따른 액체 비료는 종래의 액체 비료에 비해 해충 기피 효과가 있는 것으로 나타났다.
특히 실시예 2의 경우 해충 기피 효과가 매우 높은 것을 알 수 있었다.
<실험예 5> 페인트 제조 및 제조된 페인트의 기능성 측정 실험
리튬 실리케이트 수용액 25 중량%, 재유화형 분산수지 35 중량%, 계면활성제 3 중량% 및 물 37 중량%를 반응기에서 60℃에서 120rpm으로 5시간 동안 혼합하여 바인더를 제조하였다.
평균입경 2㎛인 탄산칼슘 10 중량%, 평균입경 6㎛인 활석 10 중량%, 천연 증점제로 카올린 5 중량 %, 안료 분산제로 폴리카르복신산계의 분산제 2 중량%, 고유동화제로 pH 9 내지 11인 멜라민계 유동화제 3 중량% 및 소포제로 폴리에테르계 분말 2 중량% 및 잔량의 과립을 파우다 교반기로 30분 동안 교반하여 프리믹스(premix) 타입의 도료 혼합물을 제조하였다.
과립은 실시예 11 내지 12 및 비교예 4 내지 7의 과립으로 하였다.
상기 바인더 45 중량%를 바스켓 밀에 넣고 교반속도 200 rpm에서 프리믹스 형태의 도료 혼합물 55 중량%를 50분 동안에 걸쳐 연속적으로 투입하는 동안 교반속도를 1500 rpm까지 일정하게 상승시키면서 교반하여 페인트를 제조하였다.
제조한 페인트의 탈취, 항균, 항곰팡이, 원적외선 방사율, 음이온 방출량을 측정하여 아래 표 6에 나타냈다.
구분 실시예 비교예
1 2 4 5 6 7
탈취(%) 암모니아 95.1 99.7 85.0 83.0 83.2 81.0
포름알데히드 85.0 95.0 81 79.3 78.3 75.5
항균(%) 대장균 85.0 99.9 71.5 78.5 74.2 71.1
녹노균 83.5 99.9 83.0 83.5 81.5 80.0
황색포도상구균 85.5 99.9 75.5 74.2 71.4 70.0
상기 표 6에 나타난 것처럼 발효 과정을 거치기 전과 비교하여 발효 과정에 사용한 과립이 탈취 및 항균 성능이 더 우수한 것을 알 수 있다.
특히, 실시예 2의 경우 탈취 및 항균 성능이 가장 우수한 것을 알 수 있다.
<실험예 6> 초미세먼지 측정 실험
상기 실험예 5에서 제조한 페인트를 이용하여 가로 세로 1m 크기의 판재를 페인팅 도포한 후 건조하여 준비하였다.
더하여, 가로 세로 높이 각각 1m의 밀폐된 실험용 큐브를 제조하고, 큐브 바닥에 상기 판재를 배치한 다음 큐브 내부에 미세먼지 측정기를 설치하는 한편, 실험용 큐브의 일측에는 송풍기를 연결한 다음 송풍기를 통해 큐브 내부에 초미세먼지가 포함된 공기를 송풍시켜 미세먼지 측정기의 수치가 100㎍/㎥이 되도록 하였다.
미세먼지 측정기의 수치가 상기 수치에 도달하면 송풍기로부터 공기 공급을 차단하고 큐브 내부의 미세먼지 변화 수치를 10분 동안 시간별로 측정하여 도 1로 나타냈다.
도면을 살펴보면, 실시예 11 및 12의 경우 시간별로 초미세먼지가 빠른 속도로 저감되는 것을 알 수 있다.
반면, 비교예들의 경우 그 저감 속도가 현저히 늦은 것을 알 수 있다.

Claims (5)

  1. 액상 비료의 제조 방법에 있어서,
    천연 포졸란을 준비한 후 분쇄하여 포졸란분말을 제조하는 포졸란분쇄단계와;
    폐난각과, 폐 식용 유지 및 물을 혼합한 다음, 습식 분쇄하여 난각분쇄물을 제조하는 난각분쇄단계와;
    상기 포졸란분말과 난각분쇄물을 혼합 및 교반하여 슬러리를 수득하는 슬러리제조단계와;
    상기 슬러리를 과립기 내에서 열풍 건조 방식으로 건조하여 과립으로 성형하는 과립화단계와;
    액체 비료 제조용 유기 원료를 다수 준비한 후 혼합하여 발효혼합물을 제조한 후 발효혼합물을 발효용기에 투입하는 혼합단계와;
    상기 과립을 망상 포대에 넣은 후 상기 발효혼합물이 투입된 발효용기에 투입하는 과립첨가단계와;
    상기 발효용기 내의 발효혼합물 및 과립 중량을 합한 값의 10 ~ 15배의 물을 상기 발효용기에 투입하는 희석단계와;
    상기 발효용기 내부의 내용물을 상온에서 60 ~ 120일 동안 발효시키는 발효단계와;
    상기 발효용기 내부의 상등액만을 수득하여 액상비료를 제조하는 분리단계;를 포함하여 구성된,
    천연 포졸란을 이용한 액상 비료의 제조 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 난각분쇄단계에서 상기 폐난각은 상기 포졸란분말 100 중량부 대비 3 ~ 5 중량부 혼합되고, 상기 폐 식용 유지는 상기 포졸란 분말 100 중량부 대비 0.5 ~ 1.5 중량부 혼합되며, 물은 상기 포졸란분말 100 중량부 대비 25 ~ 35 중량부 혼합되는 것을 특징으로 하는,
    천연 포졸란을 이용한 액상 비료의 제조 방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 슬러리제조단계에서 상기 포졸란분말 100 중량부 대비 0.2 ~ 0.5 중량부의 이산화티탄 분말을 더 첨가한 후 혼합 및 교반하여 슬러리를 수득하는 것을 특징으로 하는,
    천연 포졸란을 이용한 액상 비료의 제조 방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 과립첨가단계는,
    상기 발효혼합물과 9 : 5의 중량비가 되도록 상기 과립을 계량하여 발효용기에 투입하는 것을 특징으로 하는,
    천연 포졸란을 이용한 액상 비료의 제조 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 혼합단계는,
    액체 비료 제조용 유기 원료로 계분, 증숙미, 대두박을 준비한 다음,
    계분, 증숙미, 대두박을 4 : 1 : 4의 중량비로 혼합하여 발효혼합물을 제조한 후 발효혼합물을 발효용기에 투입하는 것을 특징으로 하는,
    천연 포졸란을 이용한 액상 비료의 제조 방법.
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