KR102222139B1 - 가축분뇨 및/또는 유기성 폐기물의 호기성 급속발효 촉진제 - Google Patents

가축분뇨 및/또는 유기성 폐기물의 호기성 급속발효 촉진제 Download PDF

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Abstract

본 발명은 구체적으로는 가축분뇨 및/또는 유기성 폐기물의 부숙 및 발효를 촉진시키는 제제에 관한 것으로서, 가축분뇨 및/또는 유기성 폐기물의 부숙 및 발효 과정에서 발생되는 암모니아 가스와 황화 수소를 상당히 감소시키고 호기성 환경 조건을 형성함으로써, 부숙 및 발효에 관여하는 미생물의 활동을 극대화시키고, 이에 의해 부숙 및 발효가 단시간 내에 이루어질 수 있게 하는 급속발효 촉진제에 관한 것이다.

Description

가축분뇨 및/또는 유기성 폐기물의 호기성 급속발효 촉진제{Aerobic rapid fermentation accelerator of livestock manure and/or organic waste}
본 발명은 가축분뇨 및/또는 유기성 폐기물의 부숙 및 발효를 촉진시키는 제제에 관한 것으로서, 유기물 부숙 및 발효 과정에서 발생되는 암모니아 가스와 황화 수소를 상당히 감소시키고 호기성 환경 조건을 형성함으로써, 부숙 및 발효에 관여하는 미생물의 활동을 극대화시키고, 이에 의해 부숙 및 발효가 단시간 내에 이루어질 수 있게 하는 발효 촉진제 및 이의 적용 방법에 관한 것이다.
축산 농가의 분뇨처리 과정에서 발생하는 악취 가스는 인체에 유해하고 대기 또는 환경오염을 일으키는 동시에 불쾌감이나 혐오감을 유발시키므로 악취 발생은 해결해야 할 중요한 과제 중의 하나이다.
축산 선진국에서도 가축분뇨의 악취와 환경오염 문제는 매우 중요한 사안으로 인식하였고, 이미 많은 국가에서 관련 법안을 제정하고, 문제를 해결하기 위해서 노력하고 있다.
축산농가에서 발생하는 악취는 유기물질의 혐기성 분해과정에서 발생하는 악취 유발가스 성분에 의한 것으로서, 생물학적 분해 진행 단계에 따라 그 조성이 달라진다. 발생되는 악취가스의 주성분은 메탄 및 이산화탄소이며, 암모니아, 황화수소, 메르캅탄류, 아민류 및 초산 등과 같은 무기물 및 저분자 유기물들이 동시에 발생하여 악취를 유발시키며 이들 물질을 주요 유발물질로 간주할 수 있다.
현재까지 정부는 축산분뇨처리 정책에 2조 이상의 막대한 예산을 쏟아 부었으나, 만족할만한 결과를 얻지 못하였다. 또한, 축산농가의 환경문제에 대한 인식 부족으로 인하여, 막대한 양의 축산분뇨가 배출되어 국토와 해양의 심각한 오염문제를 초래하고, 이에 따른 악취 발생도 심각한 문제로 대두되었다. 뿐만 아니라, 미부숙 퇴비의 사용에 따라 작물 생장에도 악영향을 미치게 된다.
이러한 문제에 대처하기 위하여, 가축분뇨의 관리 및 이용에 관한 법률(이하, '가축분뇨법'이라 함)이 개정되면서, 2020년 3월 25일부터 부숙도 검사가 의무화되었으며, 이에 따라 가축분뇨 배출시설 허가대상(한우/젖소 900m2이상, 돼지 1,000m2, 닭 3,000m2) 농가는 연 2회(6개월에 1회), 신고대상(한우/젖소 100m2이상, 돼지 50m2, 닭 200m2) 농가는 연 1회 퇴비부숙도 검사를 의무적으로 받아야 한다.
또한, 가축분뇨 퇴비를 농경지에 살포시, 축사면적 1,500㎡ 이상의 농가는 부숙 후기 및 완료 시, 축사면적 1,500㎡ 미만의 농가는 부숙 중기 이후 퇴비의 농경지 살포가 가능하며, 부숙 기준의 위반시 과태료 징수 대상이 된다.
그러나, 현재 축산업계에서 분뇨처리와 관련한 상황은, (1) 축사 인허가 가축 분뇨 보관 기준은 60일인 반면, 퇴비 부숙은 보관 기준이 180일이므로, 충분한 부숙을 위해서는 기존 대비 최소 3배 이상의 공간이 필요하고, (2) 부숙을 위한 주기적 교반 작업이 필요하므로, 스키로더나 포크레인 등의 장비 작업 및 이와 같은 작업을 위한 공간이 필요하며, (3) 1차 퇴비 발효 공간과 2차 퇴비 부숙 공간을 분리하여 분뇨를 관리하여야 하는 문제점이 존재한다.
현재 축산 농가에서 발생하는 악취를 제거하는 방법으로는 흡착법, 흡수법, 연소법, 생물학적 및 화학적 산화법 등이 주로 사용되고 있으나, 어느 방법도 악취 발생을 효과적으로 해결할 수 없고, 효과에 있어서도 만족할 만한 수준에 이르지 못하였다.
한국 공개특허 제10-2015-0004128호(2015년 1월 12일 공개)
이에, 본 발명자는 종래 축산 분뇨를 비롯한 가축분뇨 및 유기성 폐기물의 처리에서 만족할 만한 수준의 결과를 얻지 못한 문제를 해결하고자 하였다.
따라서, 본 발명은 축산 분뇨를 비롯한 가축분뇨 및/또는 유기성 폐기물의 부숙 및 발효 과정에 관여하는 미생물의 활동을 극대화시키기 위하여 미생물의 활성에 방해가 되는 요인을 제거한 환경 조건을 형성하고, 이를 통해 가축분뇨 및/또는 유기성 폐기물의 부숙 및 발효가 단시간 내에 이루어질 수 있게 하는 발효 촉진제를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 발효 촉진제를 사용하여 가축분뇨 및/또는 유기성 폐기물의 발효를 촉진시킬 수 있는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은
급속발효 촉진제의 총 양에 대하여
- 발효시 발생하는 악취를 저감하기 위한 실리카 파우더(silica powder: SiO2)와 CaO의 혼합물 40 내지 80 중량%;
- 실리카 파우더의 pH를 저감시키기 위한 탄산칼슘(CaCO2) 10 내지 30 중량%;
- 이온을 발생시켜 미생물을 활성화시키기 위한 음이온성 폴리머 0.5 내지 5 중량%; 및
- pH를 조정하기 위한 황산알루미늄 2 내지 10 중량%
를 포함하되, 상기 실리카 파우더와 CaO의 혼합물 중 CaO의 비율은 혼합물 총 중량에 대하여 55 내지 85 중량%인, 가축분뇨 또는 유기성 폐기물의 급속발효 촉진제를 제공한다.
또한, 본 발명은
1) 가축분뇨 또는 유기성 폐기물에 톱밥, 수피 및 왕겨로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 수분 흡수 물질을 첨가하여 오염 퇴적물의 함수율을 55~62%로 조정하는 단계; 및
2) 상기 1) 단계에서 함수율을 조정한 가축분뇨 또는 유기성 폐기물에 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 가축분뇨 또는 유기성 폐기물의 발효 촉진제를 가축분뇨 또는 유기성 폐기물의 총 중량에 대하여 5~6중량%의 양으로 첨가하는 단계;
를 포함하는, 가축분뇨 또는 유기성 폐기물의 발효 촉진 방법을 제공한다.
본 발명의 실시에에 따른 발효 촉진제는 다음과 같은 장점을 제공할 수 있다:
1. 퇴비 발효시 발생하는 악취(구체적으로, 암모니아, 황화수소 등의 가스)를 현저하게 감소시킬 수 있다(기존 제품 대비 50~70% 이상).
2. 발효 촉진제 투입 후 빠르게는 2~3일 후 부숙 온도가 70~80℃까지 상승하므로, 초기 부숙 온도를 크게 상승시킬 수 있다(기존 제품 대비 5~12℃ 상승).
3. 기존 제품의 사용시 45~60일 정도 발효 시간이 소요되었으나, 본 발명에 따른 발효 촉진제의 적용 시 35일 정도 소요되어, 퇴비 발효 시간을 현저하게 단축시킬 수 있다(기존 제품 대비 30% 이상 단축).
4. 중량당 수분 흡수율이 1,200 L/ton으로 높아서 톱밥 또는 수피 사용량을 감소시킬 수 있다(기존 제품 대비 30% 감소).
5. 강 알칼리성 제품으로 원물 중량 대비 4~5%의 양으로 혼합시 pH가 7~7.5의 중성 범위에 이르러, 미생물의 활성화에 도움이 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발효 촉진제의 화학반응의 원리 및 흐름도이다.
도 2는 퇴비화 공정에 있어서 투입 물질에 따른 온도 변화를 시간에 대한 함수로 나타낸 그래프이다.
도 3은 기존 퇴비화 공정에 대한 플로우 차트이다.
도 4는 본 발명에 따른 발효 촉진제를 사용할 경우의 공정에 대한 플로우 차트이다.
도 5 내지 9는 본 발명에 따른 발효 촉진제를 사용할 경우의 결과를 나타낸다.
본 발명은 가축분뇨 및/또는 유기성 폐기물의 부숙 및 발효가 단시간 내에 이루어질 수 있게 하는 발효 촉진제에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는
급속발효 촉진제의 총 양에 대하여
- 실리카 파우더(silica powder: SiO2)와 CaO의 혼합물 40 내지 80 중량%;
- 탄산칼슘(CaCO2) 10 내지 30 중량%;
- 음이온성 폴리머 0.5 내지 5 중량%; 및
- 황산알루미늄 2 내지 10 중량%
를 포함하되, 상기 실리카 파우더와 CaO의 혼합물 중 CaO의 비율은 혼합물 총 중량에 대하여 55 내지 85 중량%인, 가축분뇨 및/또는 유기성 폐기물의 급속발효 촉진제에 관한 것이다.
이하에서는, 본 발명을 상세히 기술한다.
1. 본 발명에 따른 발효 촉진제의 특성
본 발명은 오염 퇴적물의 토양안정, 개량, 및 퇴비 발효 촉진, 보다 구체적으로는 가축분뇨 및/또는 유기성 폐기물의 부숙 및 발효 촉진이 가능한 새로운 제제를 제공한다.
바람직하게는, 본 발명은 가축분뇨 및/또는 유기성 폐기물의 호기성 급속발효 촉진제에 관한 것이다.
본 발명의 조성물은 가축분뇨 및/또는 유기성 폐기물의 부숙 및 발효 공정에 관여하는 다양한 미생물이 활성화되기에 적합한 최적의 발효 조건을 조성할 수 있는 제제에 관한 것으로서, 무기물로만 이루어져 있음에도 유기물인 미생물의 활성을 촉진시킨다는 점에서 종래 기술과 차별화된다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, “유기성 폐기물”은 동식물성 폐기물, 음식 폐기물, 하수처리오니(슬러지) 등을 광범위하게 포함하는 것이며, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, “미생물”은 본 발명에 따른 조성물에는 포함되지 않지만, 주위 환경에 존재하여 가축분뇨 및/또는 유기성 폐기물의 발효 과정에 관여하는 것을 의미하며, 미생물의 종류가 특별히 제한되는 것은 아니지만, 구체적으로는 방선균, 사상균 등의 호기성 미생물뿐만 아니라, 고초균과 같은 통성혐기성(facultative anaerobic; 산소가 존재하는 조건에서도 생육 가능) 미생물도 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발효 촉진제의 부숙 반응의 원리 및 흐름도가 도 1에 제시되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발효 촉진제는 다음과 같은 특성을 가진다:
1) 가축분뇨 및/또는 유기성 폐기물을 부숙/발효하는 과정에서 온도가 상승할 때 발생되는 암모니아와 황화수소를 약 50~70% 이상 감소시킨다.
2) 부산물을 단립화시켜 통기성이 향상된 호기성 환경 조건을 만들어 주어, 중온성 미생물과 고온성 미생물 둘 다의 활동을 극대화시킨다.
3) 본 발명의 일 실시예에 따른 발효 촉진제는 CaO 성분을 포함함으로써 퇴비화 부숙 공정에서 발생되는 암모니아(NH3) 및 황화수소(H2S)를 중화 및 감소시킨다.
i) 3CaO + 2NH3 = 3Ca + N2 + 3H2O
ii) CaO +H2S = CaS + H2O
iii) CaS + H2O →Ca(SH)(OH)
CaS(황화칼슘)이 물과 접촉시 황화이온을 생성하고 황화이온은 불안정한 중간 생성물로써 대기중의 산소에 의하여 산화하거나 탄산가스에 의하여 중화되어 냄새가 소실되는 원리이다.
2. 본 발명에 따른 발효 촉진제를 이용한 부숙 및 발효 퇴비화의 원리 및 조건
가축분뇨 및/또는 유기성 폐기물은 질소질과 섬유질(낙엽, 거름 등)의 중간 성질을 가지는 것으로서, 이들에는 비료가 되는 성분이 많이 포함되어 있다. 그러나, 이들을 그대로 흙 안에 넣어 버리면, 악취와 작물의 생육에 악영향을 미치게 된다. 따라서, 가축분뇨 및/또는 유기성 폐기물을 적절하게 퇴비화하기 위해 미생물을 이용한 발효 공정이 필요하다.
일반적으로, 퇴비는 다음과 같은 기능을 가진다:
1) 흙을 부드럽게 유지한다.
2) 비료분을 흐르기 어렵게 한다.
3) 적당한 수분을 유지한다.
4) 미생물을 번식시킨다.
5) 병해충의 발생을 경감한다.
6) 흙의 산성을 완화시킨다.
7) 흙을 단립구조로 한다.
퇴비화를 위한 발효 공정은 자연계에 있는 많은 미생물, 특히 호기성 미생물이 차례차례로 관여하여, 가축분뇨, 및 동식물성 폐기물, 음식 폐기물, 하수처리오니와 같은 유기성 폐기물 등을 퇴비로 만든다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유기물(가축분뇨, 유기성 폐기물 등)의 퇴비화, 즉 부숙 발효 공정에 있어서, 다양한 미생물, 특히 호기성 미생물이 작용하지만, 그 중에서도 필수적으로 필요한 미생물은 고초균, 방선균, 및 사상균이다.
고초균(Bacillus subtilis)은 토양과 발효 식품 등 다양한 환경에서 발견되는 세균으로서, 이전에는 절대 호기성 균주로 인식되었으나, 현재는 통성혐기성인 것으로 분류된다.
방선균(Actinomyces)은 토양·식물체, 동물체, 하천, 해수 등에 균사체 및 포자체로 존재하는 미생물로서 세균에 가까운 원핵생물, 즉 세균의 방선균목으로 분류된 미생물을 말한다.
사상균은 진균 가운데서 곰팡이 형태의 기중균사(氣中菌絲)가 생기는 것을 효모상(酵母狀)의 진균에 대하여 사상균이라고 말한며, 아스페르길루스, 페니실리움 등이 포함된다.
최초로 작용하는 미생물은 중온성 미생물인 고초균이다. 고초균은, 가축분뇨, 또는 유기성 폐기물의 당류나 아미노산을 전부 먹고 분해한다. 이때, 고초균이 증식하고, 미생물의 활동에 의한 유기물 분해 공정에 의해 열이 발생해, 오염 퇴적물 내부의 온도가 상승해 간다(20~40℃). 온도 상승에 의해 잡초의 종, 파리와 같은 곤충의 알, 잡균은 사멸하게 되고, 이윽고 고초균도 사멸하게 된다.
이후에, 고온에 강한 미생물인 방선균이 증식한다. 방선균은, 섬유 조직(셀룰로오스)이나 섬유 결합(헤미세르로스)과 같은 약간 딱딱한 물질을 먹고 분해한다. 이 방선균이 활약하는 시기가 가장 고온기가 되며, 조건이 좋다면 60℃ 이상, 바람직하게는 60 내지 80℃의 온도가 된다. 방선균이 먹는 먹이가 적게 되면, 미생물의 기능이 저하하고, 방선균의 수가 적어지게 되며, 이와 함께 방선균에 의해서 분해된 섬유 조직을 먹는 여러 가지 다른 세균(박테리아)이 많아진다.
그 다음에, 사상균이 증식한다. 사상균은 고온균인 방선균의 활동 후 온도가 하락할 때 중온성에서 활동하는 최종균이다.
이와 같이, 여러 가지 미생물이 교대하면서, 각각의 역할을 분담하여 발효 과정을 진행하면서, 가축분뇨 또는 유기성 폐기물이 적절한 퇴비로 변화된다.
퇴비화에는 여러 가지 미생물이 관여하므로, 미생물의 생육을 위해 적절한 수분과 공기를 확보하는 것이 필요하다.
호기성 미생물이 일하기 쉬운 함수율은 약 55~62%이다. 수분이 너무 많으면 공기가 통과하지 않고, 공기가 없는 곳에서 악성 미생물(혐기성 미생물)이 유기물을 분해하기 시작하여 악취(부패취)가 나게 된다.
따라서, 부숙 퇴비 발효 시 점질성인 가축분뇨 또는 유기성 폐기물을 공기가 잘 통하도록 입상을 개선하여야 한다. 특히, 유기물은 함수율이 90% 이상인 경우도 있으므로, 수분 조절, 즉 얼마나 수분을 저하시킬 수 있는지 여부가 퇴비의 완성 및 퇴비의 질을 좌우하게 된다. 이러한 수분 조절의 목적으로, 통상적으로 사용되는 수분 흡수 물질인 톱밥, 수피, 왕겨 등을 사용할 수 있다.
또한, 미생물이 활성화된 상태에서는, 미생물의 호흡에 의해서 산소가 부족되기 쉽다. 특히, 본 발명에 따른 발효 촉진제는 호기성 미생물을 활성화시키는 것이므로, 미생물의 활성화를 위해서는 공기가 필요하다. 이에 따라 내부에 공기를 넣는 것이 필요한데, 이를 “교반”이라 한다. 교반은 페로다, 포크레인, 교반기, 블로어 등을 사용하여 이루어질 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 미생물에 있어서, 탄소는 에너지원, 질소는 영양원으로서 필요하며, 미생물의 적절한 활성화를 위해서는 탄소와 질소의 밸런스가 중요하다.
퇴비에 포함되는 탄소와 질소의 밸런스는, 탄소량을 질소량으로 나눈 값인, 탄소율(C/N 비)로 나타낸다.
가축분뇨 또는 유기성 폐기물의 퇴비화에 적절한 탄소율은 대략 20이다. 이는, 가축분뇨 또는 유기성 폐기물에 존재하는 질소의 양에 대하여 대략 20배의 탄소가 존재한다는 것을 나타낸다.
가축분뇨 또는 유기성 폐기물의 호기성 발효시, C/N 조건이 맞으면 온도가 상승하게 미생물이 활성화하기에 보다 적합한 환경이 조성되게 된다.
그러나, 가축분뇨, 동식물성 폐기물, 음식 폐기물, 하수처리오니 등의 미부숙 퇴비가 그대로 땅에 더해지면, 농작물과 미생물이 서로 질소를 차지하기 위하여 경쟁을 하게 되고, 결과적으로 질소가 부족하게 된다.
또한, 미부숙 퇴비를 토양에 사용하게 되면, 미숙된 유기물들에 의한 미생물의 왕성한 분해작용이 일어나 산화 작용으로 산소 부족 현상이 생기고, 이에 의해 작물에 치명적인 손상이 나타난다. 또한 미부숙 퇴비의 분해시 생성되는 유기산 등으로 인해 퇴비가 강한 산성을 띄게 되어, 미부숙 퇴비의 투여량에 따라 작물이 생존을 할 수 없게 된다.
3. 본 발명에 발효 촉진제의 적용
본 발명의 일 실시예에 따른 발효 촉진제는 주성분으로 실리카 파우더와 CaO의 혼합물을 포함한다.
종래 오염 퇴적물 처리제에서 실리카 파우더는 일반적으로 폐수 처리의 목적으로 사용된 것으로, 오염 퇴적물 내의 수분을 흡수하고, 흙을 포함하는 오염된 퇴적물 또는 가축분뇨와 음식물 슬러지 등을 신속하게 고화시키는 용도, 즉 수분 조절 및 고형화 안정 용도로서 사용되었다.
반면, 본 발명에서 실리카 파우더(SiO2)는 고형 안정화, 수분 조절 용도 이외의 다른 용도로 사용된다는 점에서 선행 기술과 차이가 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 실리카 파우더는 CaO와 혼합물로 포함되며, 이 때 CaO는 발효 과정에서 발생하며 악취의 원인이 되는 암모니아 및 황화수소 가스를 저감시킴으로써, 악취의 저감 효과를 제공할 수 있다. 또한, 암모니아 및 황화수소는 호기성 미생물의 호흡을 방해하여, 호기성 미생물의 활성화에 방해가 되므로, CaO의 사용을 통해 이러한 방해 요소를 제거할 수도 있다.
또한, 실리카 파우더와 CaO는 둘 다 물과 반응시 발열반응을 일으킨다. 발열 반응에 의해 공정 온도를 70~80℃로, 기존 온도보다 10~15% 상승시킬 수 있다(종래 60~70℃). 이와 같은 온도의 상승에 의해 미생물의 활동에 보다 적합한 환경의 조성이 가능하게 된다. 또한, 고온 발효 및 장기간 고온 유지가 가능하여 수분 증발량이 많아져서 생성되는 수분이 감소되고, 따라서 가축분뇨 또는 유기성 폐기물의 양이 현저하게 저감된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발효 촉진제는 탄산칼슘(CaCO2)을 포함한다. 본 발명에 따른 발효 촉진제에 다량으로 사용되는 실리카 파우더는 pH가 12 정도인 강알칼리성의 물질이다. 따라서, 다량의 실리카 파우더의 사용으로 인하여 상승되는 pH를 저감시키기 위해, 본 발명에 따른 발효 촉진제는 탄산칼슘을 포함한다. 또한, 탄산칼슘에 의한 폴리실리케이트(polysilicate) 안정망목을 형성하여 악취를 저감시키고, 미생물이 활성화되도록 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발효 촉진제는 음이온성 폴리머를 포함한다. 기존 오염 퇴적물의 처리제에서도 음이온성 폴리머가 사용되기는 하였으나, 이는 일반적으로 발효 과정에서 발생하는 폐수를 응집시키기 위한 용도로 사용되었다. 그러나, 본 발명에서 음이온성 폴리머는 이와 같은 폐수 응집 용도보다는 음이온 발생 용도로서 사용된다. 미생물의 호흡을 위해 pH를 중성 범위로 유지하는 것이 중요한데, 음이온을 발생하는 음이온성 폴리머의 사용을 통해 pH를 중성 범위로 유지시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 음이온성 폴리머의 예에는 알긴산나트륨, 구아검, 전분, 젤라틴, 잔탄검 등의 천연 고분자; 폴리아크릴아미드, 폴리에틸렌이민, 폴리아크릴산나트륨 등의 합성 고분자; 또는 이들의 혼합물이 포함되지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발효 촉진제는 황산알루미늄을 포함한다. 황산알루미늄은 강산의 물질로서, 실리카 파우더의 사용에 따른 pH의 변동성을 조정하기 위하여 사용되며, 이의 사용을 통해 pH를 9 정도(약알칼리)로 조정한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발효 촉진제는 제올라이트를 추가로 포함할 수 있으며, 이는 급속발효 촉진제의 총 양에 대하여 10~30중량%의 양으로 포함될 수 있다. 제올라이트는 다공성 물질로서, 이의 첨가에 의해 발효 속도가 높아져 부숙 과정 진행시 효율성이 증가된다. 또한, 제올라이트의 사용에 의해 발효 촉진제가 다공성 구조를 포함하여 고초균, 방선균 등 각종 미생물에 의한 유기물의 분해, 특히 난분해성 유기물의 분해에 중요한 역할을 하며, 최종적으로 생성되는 퇴비가 다공질의 안정망 구조를 가지면서 약 알칼리성을 나타내게 한다.
특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 발효 촉진제는 음이온성 폴리머, 황산알루미늄 및 제올라이트를 포함함으로써, 정화 작용에 도움이 된다. 기존 오염 퇴적물 처리제를 사용할 경우에는, 발효 진행 동안 다량의 폐수가 생성되어 토양의 재오염, 악취 발생 등의 문제가 존재하였다. 그러나, 본 발명의 일 실시 예에 따른 발효 촉진제를 사용할 경우에는 이러한 문제가 해결될 뿐만 아니라, 높은 수분 흡수율로 인해 톱밥, 수피, 왕겨 등의 수분 흡수 물질을 종래 제품에 비하여 현저하게 적은 양만을 사용하거나, 이들 수분 흡수 물질을 사용하지 않아도 된다. 다만, 톱밥, 수피, 왕겨 등의 수분 흡수 물질을 함께 사용할 경우에는 발효 효율을 더 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 발효 촉진제를 사용함에 있어서, 이전에 상기 발효 촉진제를 사용하여 부숙 및 발효가 완료된 퇴비를 함께 적용하여 가축분뇨 또는 유기성 폐기물의 부숙 및 발효를 진행하게 되면, 부숙 및 발효의 효율이 더 상승하게 된다.
4) 본 발명의 일 실시예에 따른 발효 촉진제는 원물(가축분뇨, 또는 동식물성폐기물, 음식폐기물 및 하수처리오니 등의 유기성 폐기물) 중량 대비 4~5%의 양으로 혼합하면, 원물의 단립화(입자의 뭉침)와 수화반응이 시작되며, 초기 발열이 기존 온도보다 10%~15% 상승하고 pH를 8~9로 만들어 호기성 미생물의 증식을 촉진시킬 수 있다.
구체적으로, CaO를 포함하는 실리카 파우더 혼합물인 친수성 섬유상 물질이 가축분뇨 및 유기성 폐기물 내의 수분을 빠르게 물리 흡착하여 가교반응을 진행하고, 교반 혼합 후 수화반응이 진행되어 경화를 시작한다.
또한, 음이온 폴리머에 의한 침상결정 성장에 의해 가축분뇨 또는 유기성 폐기물의 흡착과 동시에 입자간 결합이 진행되어, 고함수 상태인 오염 퇴적물의 단립화 고화가 촉진된다.
본 발명은 무기물로 구성된 발효 촉진제로서, 미생물의 발효 촉진 환경을 조성함으로써 미생물을 이용한 유기물의 발효를 촉진시키는 효과를 나타낸다는 특징이 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 발효 촉진제는 유기물을 50% 이상 포함하는 토양개량제와 비교시, 무기물로만 구성되고 미생물 자체를 포함하지 않는다는 특징이 있으면서 미생물의 활성화를 촉진시키고, 이에 따라 토양 안정화, 퇴비질 향상 등의 효과를 나타낼 수 있다.
이하, 본 발명의 내용을 실시예 및 시험예를 들어 보다 구체적으로 설명한다. 그러나 이들 실시예 및 시험예는 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해 예시의 목적으로만 제공된 것일 뿐 본 발명의 범주 및 범위가 하기 예에 의해 제한되는 것은 아니다.
[시험예 1] 퇴비화 시 투입 물질에 따른 온도 변화 측정
본 발명에 따른 발효 촉진제(5% 또는 2%), 그 밖의 다른 물질(톱밥, 왕겨)을 투입하였을 경우, 시간 경과에 따른 온도 변화를 측정하였으며, 이에 대한 결과는 도 2에 나타내었다.
도 2를 보면, 왕겨 2의 경우 약 8일 경과시 온도가 70℃ 정도에 도달하고, 왕겨 1 및 톱밥 1의 경우 약 16일 경과시 60℃ 이상의 온도가 되는데, 이러한 차이는 톱밥은 탄소원이 높은 반면, 왕겨는 탄소원이 낮은 낮은 특성을 가지기 때문이다. 반면, 본원발명에 따른 발효 촉진제를 5% 투입한 경우에는 5일 정도 경과하면 70℃ 이상의 온도에 도달하고 고온이 장기간 지속되는 것으로 나타났다.
그러나, 본 발명에 따른 발효 촉진제를 원물 중량 대비 2%의 양으로 투입한 경우에는 원하는 온도 상승 효과를 얻을 수 없는 것으로 나타났다.
[시험예 2] 가축분뇨, 또는 동식물성폐기물, 음식폐기물, 하수처리오니 등의 유기성 폐기물의 퇴비화 비교 기존 퇴비화 공정과 본 발명의 일 실시예에 따른 발효 촉진제를 원물 중량 대비 4~5% 적용한 경우의 발효 공정을 비교하였다. 이 때, 본 발명의 일 실시예에 따른 발효 촉진제는 음이온성 폴리머로서 폴리아크릴아마이드(㈜한솔케미칼의 HAP-759TF) 분말을 포함하였다. 통기성 확보를 위해 블로어를 설치하여 공정을 진행하였다.
기존 퇴비화 공정에 대한 플로우 차트를 도 3에 나타내고, 본 발명에 따른 발효 촉진제를 사용할 경우의 공정에 대한 플로우 차트를 도 4에 나타내었다.
본 발명에 따른 발효 촉진제를 사용할 경우의 결과는 도 5 내지 9에 제시되어 있다. 이 때, 도 4 및 5는 돼지 분뇨, 도 6은 젖소 분뇨, 도 7은 음식물 및 닭 분뇨, 도 8은 하수처리오니에 본 발명에 따른 발효 촉진제를 적용한 후의 결과를 나타낸다.
본 발명에 따른 발효 촉진제를 적용할 경우에는 침출수가 거의 없고 발효가 잘 이루어지는 반면, 발효 촉진제를 투입하지 않은 경우에는(도 6의 우측 하단 참조) 55일이 경과하여도 다량의 암모니아가 배출되고, 온도도 44℃로 미생물이 활성화되기에 충분한 온도가 되지 않아 수분이 여전히 많으면서 발효가 잘 이루어지지 않았다.

Claims (5)

  1. 급속발효 촉진제의 총 양에 대하여
    - 발효시 발생하는 악취를 저감하기 위한 실리카 파우더(silica powder: SiO2)와 CaO의 혼합물 40 내지 80 중량%;
    - 실리카 파우더의 pH를 저감시키기 위한 탄산칼슘(CaCO2) 10 내지 30 중량%;
    - 이온을 발생시켜 미생물을 활성화시키기 위한 음이온성 폴리머 0.5 내지 5 중량%; 및
    - pH를 조정하기 위한 황산알루미늄 2 내지 10 중량%
    를 포함하되, 상기 실리카 파우더와 CaO의 혼합물 중 CaO의 비율은 혼합물 총 중량에 대하여 55 내지 85 중량%이며,
    상기 음이온성 폴리머는 알긴산나트륨, 구아검, 젤라틴, 잔탄검, 폴리아크릴아미드, 폴리에틸렌이민, 폴리아크릴산나트륨, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인, 가축분뇨 또는 유기성 폐기물의 호기성 급속발효 촉진제.
  2. 제1항에 있어서, 상기 급속발효 촉진제는 발효 효율성을 높이기 위한 제올라이트 10~30 중량%를 추가로 포함하는 것인, 가축분뇨 또는 유기성 폐기물의 호기성 급속발효 촉진제.
  3. 제1항에 있어서, 유기성 폐기물은 동식물성 폐기물, 음식 폐기물 및 하수처리오니 중 하나 이상인, 가축분뇨 및 유기성 폐기물의 호기성 급속발효 촉진제.
  4. 1) 가축분뇨 또는 유기성 폐기물에 톱밥, 수피 및 왕겨로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 수분 흡수 물질을 첨가하여 가축분뇨 또는 유기성 폐기물의 함수율을 55~62%로 조정하는 단계; 및
    2) 상기 1) 단계에서 함수율을 조정한 가축분뇨 또는 유기성 폐기물에 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 가축분뇨 또는 유기성 폐기물의 급속발효 촉진제를 가축분뇨 또는 유기성 폐기물의 총 중량에 대하여 5~6중량%의 양으로 첨가하는 단계;
    를 포함하는, 가축분뇨 또는 유기성 폐기물의 발효 촉진 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 방법은 페로다, 포크레인, 교반기 및 블로어로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 교반 장치의 존재 하에서 수행되는 것인, 가축분뇨 또는 유기성 폐기물의 발효 촉진 방법.
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