KR102376447B1 - 기능성 발효액비의 제조방법 - Google Patents

기능성 발효액비의 제조방법 Download PDF

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Abstract

기능성 발효액비의 제조방법이 제공된다. 상기 기능성 발효액비의 제조방법은 가축분뇨를 분과 뇨로 분리하는 제 1단계, 상기 분리된 뇨를 40 내지 70℃에서 7 내지 10일 동안 호기성 발효하는 발효공정을 반복적으로 4회 수행하여 제 1발효원물을 형성하는 제 2단계, 상기 제 1발효원물을 침전시켜 제 1상등액을 분리해내는 제 3단계, 상기 제 1상등액에 첨가물을 첨가한 후, 여과시켜 여액을 분리하여 제 1여과물을 형성하는 제 4단계, 상기 제 1여과물을 침전시켜 제 2상등액을 분리해내는 제 5단계, 상기 제 2상등액에 유익미생물을 첨가한 후, 여과시켜 여액을 분리하여 제 2여과물을 형성하는 제 6단계, 폭기장치를 이용하여 상기 제 2여과물을 활성화시켜 활성슬러지혼합물을 형성하는 제 7단계, 상기 활성슬러지혼합물을 7 내지 10일 동안 숙성하며 침전시켜 제 3상등액을 분리해내는 제 8단계 및 상기 제 3상등액을 침전시켜 제 4상등액을 분리해내어 액비원료를 형성하는 제 9단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

기능성 발효액비의 제조방법{MANUFACTURING METHOD OF FUNCTIONAL LIQUID MANURE}
본 발명은 기능성 발효액비의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가축뇨의 발효물에 미량요소 및 발효촉매제인 첨가물과 유익미생물을 혼합하여, 이의 가공처리를 통해 고활성도를 갖는 미생물을 함유시켜 작물의 생산성과 상품성을 증대시킬 수 있는 기능성 발효액비의 제조방법에 관한 것이다.
가축분뇨는 축산을 위하여 사육하는 소, 돼지 및 닭 등 가축의 배설물을 말한다. 가축분뇨에는 유기물과 비료성분을 비롯한 각종 영양분이 함유되어 있어 작물생육을 촉진시키며 토양에 함유된 생물상의 활성증진에 효과가 있는 것으로 알려져 있다. 최근, 축산물의 수요 증가로 축산농가가 대량화 및 집중화되면서 가축분뇨의 발생량도 크게 늘어나고 있다.
그러나, 가축분뇨는 거름이나 바이오가스 생산 공정 등에 일부 활용될 뿐 대부분 방치 또는 폐기되고 있어, 농가 주변 생활환경의 악화 및 하천 오염 등 환경문제를 유발하고 있다. 이에, 가축분뇨에 대한 적극적 관리가 요구되고 있으며, 동시에 가축분뇨의 자원화를 위한 노력이 이뤄지고 있다.
한편, 액비는 액체비료라고도 하며, 분말 또는 입자 모양의 비료를 희석한 후, 액상(液狀)으로 시여하는 비료를 말한다. 종래의 농가에서는 깻묵이나 어박(魚粕) 등을 부숙시켜 묽게 형성한 액비, 또는, 가축이 배설한 분뇨나 사료를 섞어 액상 형태로 퇴비화한 액비를 사용하였다. 이 후, 현대 농업에서는 재배에 필수적인 성분만을 함유한 화학비료를 개발하여 주요 제품으로써 사용되고 있다. 그러나, 화학비료는 계속적 사용에 따라 토질이 악화되고 식물의 병해에 대한 내성을 저하시켜 비료의 사용효과가 점차 저하되는 문제점이 있다.
이러한 화학비료의 사용으로 산성화된 토양의 정화와 복원을 위한 방안 마련과, 환경에 미치는 영향을 최소화할 수 있는 액비에 관한 기술개발이 진행되고 있다.
구체적으로 선행기술1(대한민국 등록특허 제10-1932599호) 및 선행기술2(대한민국 등록특허 제10-2114840호)와 같이 가축분뇨를 효과적으로 자원화할 수 있는 가축분뇨를 이용한 액비 또는 친환경 비료의 제조방법 등에 대한 여러가지 기술들이 제시되어 있다.
하지만, 가축분뇨를 이용한 액비는 함유된 인산 성분의 표준화가 어려워 토양 중 인산의 적정 함량을 맞추기 위해서는 인산질 화학비료의 추가공급이 요구되고 있다. 토양에 뿌려진 인산질 화학비료는 1주일 내에 토양에 고정되어 작물이 이용할 수 없는 상태가 되므로, 인산질 화학비료와 함께 별도의 킬레이트제(chelate)나 유기산을 첨가하여 인산의 용화를 방지할 수는 있으나, 이들의 사용으로 인해 농가의 비용부담이 더욱 높아지고 있다.
이에, 관련 분야에서는 작물 생장을 효과적으로 촉진하면서도 별도의 킬레이트제가 수반되지 않아 토양을 안정화시킬 수 있는 고품질의 액비에 대한 수요가 증가하고 있다.
대한민국 등록특허 제10-1932599호 대한민국 등록특허 제10-2114840호
상술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 작물 생장을 효과적으로 촉진시킬 수 있는 기능성 발효액비의 제조방법을 제공하는 데에 있다.
또한, 본 발명은 열악한 토양 환경에서도 유기물을 잘 분해할 수 있는 기능성 발효액비의 제조방법을 제공하는 데에 있다.
아울러, 본 발명은 별도의 킬레이트제 첨가가 필요하지 않은 기능성 발효액비의 제조방법을 제공하는 데에 있다.
더불어, 본 발명은 토양의 안정화가 가능한 기능성 발효액비의 제조방법을 제공하는 데에 있다.
상기 과제를 이루기 위하여 본 발명은 가축분뇨를 분과 뇨로 분리하는 제 1단계, 상기 분리된 뇨를 40 내지 70℃에서 7 내지 10일 동안 호기성 발효하는 발효공정을 반복적으로 4회 수행하여 제 1발효원물을 형성하는 제 2단계, 상기 제 1발효원물을 침전시켜 제 1상등액을 분리해내는 제 3단계, 상기 제 1상등액에 첨가물을 첨가한 후, 여과시켜 여액을 분리하여 제 1여과물을 형성하는 제 4단계, 상기 제 1여과물을 침전시켜 제 2상등액을 분리해내는 제 5단계, 상기 제 2상등액에 유익미생물을 첨가한 후, 여과시켜 여액을 분리하여 제 2여과물을 형성하는 제 6단계, 폭기장치를 이용하여 상기 제 2여과물을 활성화시켜 활성슬러지혼합물을 형성하는 제 7단계, 상기 활성슬러지혼합물을 7 내지 10일 동안 숙성하며 침전시켜 제 3상등액을 분리해내는 제 8단계 및 상기 제 3상등액을 침전시켜 제 4상등액을 분리해내어 액비원료를 형성하는 제 9단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기능성 발효액비의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제 2단계는 상기 분리된 뇨를 60 내지 70℃에서 7일 동안 호기성 발효하여 1차 발효물을 형성하는 제 2-1단계와, 상기 1차 발효물을 50 내지 60℃에서 7일 동안 호기성 발효하여 2차 발효물을 형성하는 제 2-2단계와, 상기 2차 발효물을 50 내지 55℃에서 7일 동안 호기성 발효하여 3차 발효물을 형성하는 제 2-3단계와, 상기 3차 발효물을 40 내지 50℃에서 10일 동안 호기성 발효하여 4차 발효물을 형성하는 제 2-4단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 첨가물은 셀레늄(Se), 나트륨(Na) 및 규산(H4SiO4) 중에서 어느 하나 이상으로 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 유익미생물은 아스로박터 균주(Arthrobactor sp.) 또는 파라코커스균인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제 7단계는 상기 제 2여과물을 미세폭기장치를 이용하여 호기성 발효시킨 후, 숙성시켜 제 1활성혼합물을 형성하는 제 7-1단계와, 상기 제 1활성혼합물을 가열하는 제 7-2단계와, 상기 가열된 제 1활성혼합물을 여과시켜 제 1활성여액을 형성하는 제 7-3단계와, 상기 제 1활성여액을 마이크로폭기장치를 이용하여 호기성 발효시켜 제 2활성혼합물을 형성하는 제 7-4단계와, 상기 발효된 제 2활성혼합물을 교반하면서 반자성체 필터볼을 통해 오염물질을 제거하여 활성슬러지혼합물을 형성하는 제 7-5단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 기능성 발효액비의 제조방법은 고활성도를 갖는 미생물의 킬레이션을 통해 양분이 빠르게 흡수될 수 있어 열악한 토양 환경에서도 유기물을 잘 분해할 수 있다. 이에, 작물의 생장을 효과적으로 촉진시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 기능성 발효액비의 제조방법은 고활성도를 갖는 미생물을 통해 토양에 있는 염류를 분해하여 오염된 토양의 정화 및 안정화가 가능할 수 있다.
아울러, 본 발명의 기능성 발효액비의 제조방법은 별도의 킬레이트제의 첨가가 필요하지 않아, 농가의 비용부담을 줄일 수 있다.
다만, 발명의 효과는 상기에서 언급한 효과로 제한되지 아니하며, 언급되지 않은 또 다른 효과들을 하기의 기재로부터 당업자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기능성 발효액비의 제조방법을 설명하기 위한 순서도.
도 2는 본 발명의 실시예1에서 제조된 기능성 발효액비에 함유된 성분 분석결과를 나타낸 검사성적서.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기능성 발효액비를 적용한 작물과 적용하지 않은 작물의 재배상태를 나타낸 이미지.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기능성 발효액비를 적용한 작물과 적용하지 않은 작물을 비교한 이미지.
이하, 본 발명에 의한 기능성 발효액비의 제조방법의 바람직한 실시예가 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기능성 발효액비의 제조방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 기능성 발효액비의 제조방법은 상기 과제를 이루기 위하여 본 발명은 가축분뇨를 분과 뇨로 분리하는 제 1단계(S10), 상기 분리된 뇨를 40 내지 70℃에서 7 내지 10일 동안 호기성 발효하는 발효공정을 반복적으로 4회 수행하여 제 1발효원물을 형성하는 제 2단계(S20), 상기 제 1발효원물을 침전시켜 제 1상등액을 분리해내는 제 3단계(S30), 상기 제 1상등액에 첨가물을 첨가한 후, 여과시켜 여액을 분리하여 제 1여과물을 형성하는 제 4단계(S40), 상기 제 1여과물을 침전시켜 제 2상등액을 분리해내는 제 5단계(S50), 상기 제 2상등액에 유익미생물을 첨가한 후, 여과시켜 여액을 분리하여 제 2여과물을 형성하는 제 6단계(S60), 폭기장치를 이용하여 상기 제 2여과물을 활성화시켜 활성슬러지혼합물을 형성하는 제 7단계(S70), 상기 활성슬러지혼합물을 7 내지 10일 동안 숙성하며 침전시켜 제 3상등액을 분리해내는 제 8단계(S80) 및 상기 제 3상등액을 침전시켜 제 4상등액을 분리해내어 액비원료를 형성하는 제 9단계(S90)를 포함하는 것일 수 있다.
도 1을 참조하면, 상기 S10은 가축분뇨를 분과 뇨로 분리하는 것일 수 있다. 상기 가축분뇨는 농가에서 발생한 가축분뇨를 수거하여 준비하는 것일 수 있다. 상기 수거된 가축분뇨는 분과 뇨과 혼합된 상태이며, 평균적으로 가축분뇨에서 분은 약 15%이며, 뇨는 약 85%로 구성될 수 있다. 상기 가축분뇨를 벨트프레스 등과 같은 통상의 분뇨분리장치를 이용하여 분과 뇨로 분리하는 것일 수 있다.
이에, 상기 분리된 뇨를 본 발명의 기능성 발효액비의 주원료로 사용할 수 있다. 상기 분리된 분은 퇴비화시켜 퇴비로 이용될 수도 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
도 1을 참조하면, 상기 S20은 상기 분리된 뇨를 40 내지 70℃에서 7 내지 10일 동안 호기성 발효하는 발효공정을 반복적으로 4회 수행하여 제 1발효원물을 형성하는 것일 수 있다. 즉, 상기 S20은 상기 분리된 뇨를 4차례에 걸쳐 발효시키는 것일 수 있다. 상기 분리된 뇨는 4차례의 호기성 발효과정을 통해 상기 분리된 뇨에 포함되어 있는 살모넬라, 대장균이나 BOD5 등의 유해균, 오염물질과 악취가 제거될 수 있으며, 상기 분리된 뇨에 포함된 유기물을 효과적으로 분해할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 S20에서 상기 분리된 뇨를 호기성으로 발효하여 효과적으로 부숙시키기 위해 상기 발효공정을 수행하는 장치 내에 호기성 미생물이 활발하게 활동하는 데에 필요한 조건을 구성할 수 있다.
구체적으로, 상기 호기성 미생물이 활동하는 데에 필요한 조건으로는 크게 영양원, 산소(공기) 및 온도 등을 들 수 있다.
상기 S20에서의 4차례의 호기성 발효를 위하여 상기 영양원으로는 상기 분리된 뇨와 분리된 뇨에 일부 남아있는 가축분 성분 등이 호기성 생물의 영양원으로 기능할 수 있다.
또한, 상기 S20에서의 4차례의 호기성 발효를 위하여 상기 분리된 뇨의 액중에 산소(공기)를 강제적으로 공급하는 폭기처리를 수행할 수 있다. 구체적으로, 상기 폭기장치는 가축분뇨에 산소를 지속적으로 공급하여 호기성 미생물의 유기물 분해를 촉진시키고 이를 통해 가축분뇨의 발효가 효과적으로 진행되는 것일 수 있다. 상기 폭기장치는 통상의 장치를 사용하여 수행할 수 있다.
아울러, 상기 S20에서의 4차례의 호기성 발효를 위하여 호기성 미생물이 활동할 수 있는 적정 온도를 구성할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 호기성 미생물이 활동할 수 있는 온도는 40 내지 70℃의 범위일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제 2단계는 상기 분리된 뇨를 60 내지 70℃에서 7일 동안 호기성 발효하여 1차 발효물을 형성하는 제 2-1단계(S21)와, 상기 1차 발효물을 50 내지 60℃에서 7일 동안 호기성 발효하여 2차 발효물을 형성하는 제 2-2단계(S22)와, 상기 2차 발효물을 50 내지 55℃에서 7일 동안 호기성 발효하여 3차 발효물을 형성하는 제 2-3단계(S23)와, 상기 3차 발효물을 40 내지 50℃에서 10일 동안 호기성 발효하여 4차 발효물을 형성하는 제 2-4단계(S24)를 포함하는 것일 수 있다.
구체적으로, 상기 S21은 1차 발효공정으로 상기 분리된 뇨를 60 내지 70℃에서 7일 동안 호기성 발효하여 1차 발효물을 형성하는 것일 수 있다. 또한, 상기 S21에서 1차 발효 공정을 수행하여 형성된 1차 발효물에 부유하는 각종 이물질 및 거품을 제거하는 공정을 추가적으로 수행할 수 있다. 이는, 후술하는 4차례의 발효공정 동안 발효공정 이후에 각각 반복적으로 수행하는 것일 수 있다.
상기 1차 발효과정을 통해 상기 가축분뇨에 함유된 유기물이 분해될 수 있고, 각종 유해균을 멸균시키고 오염물질을 분해/제거할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 1차 발효공정에서 상기 분리된 뇨를 60℃보다 낮은 온도에서 수행하는 경우, 상기 상기 분리된 뇨 내의 호기성 미생물의 활동이 원활하지 않아 상기 분리된 뇨 내의 유해균의 멸균이 효과적으로 이뤄지지 않을 수 있다. 또한, 상기 1차 발효공정에서 상기 분리된 뇨를 70℃보다 높은 온도에서 수행하는 경우, 높아진 온도로 인해 호기성 미생물의 활동이 둔화되어 발효효율이 저하될 수 있다.
일 구현예에서, 상기 1차 발효공정에서 상기 분리된 뇨를 7일보다 더 짧은 시간 동안 발효시키는 경우, 발효가 충분하게 이뤄지지 않을 수 있다. 또한, 상기 1차 발효공정을 수행하는 시간이 7일을 초과하는 경우, 비정상적인 발효가 진행되어 냄새물질이 다량 생성되면서 악취가 유발될 수 있다.
다음으로, 상기 S22는 2차 발효공정으로 상기 1차 발효물을 50 내지 60℃에서 7일 동안 호기성 발효하여 2차 발효물을 형성하는 것일 수 있다. 상기 2차 발효과정을 통해 상기 1차 발효물에 잔존한 유기물이 분해될 수 있다.
상기 2차 발효공정은 상기 1차 발효공정보다 다소 낮은 온도범위 내에서 수행하는 것일 수 있다. 이는, 상기 1차 발효공정에서 호기성 미생물들이 발효되면서 열이 발생하므로, 이를 감안하여 상기 2차 발효공정의 전체 온도를 발효에 적합한 온도로 조성하기 위한 것일 수 있다.
일 구현예에서, 상기 2차 발효공정에서 상기 1차 발효물을 50℃보다 낮은 온도에서 수행하는 경우, 상기 1차 발효물에 잔존한 유해균의 제거효율이 낮아질 수 있다. 또한, 상기 2차 발효공정에서 상기 1차 발효물을 60℃보다 높은 온도에서 수행하는 경우, 호기성 미생물의 활동이 둔화되어 발효가 원활하게 이뤄지지 않을 수 있다.
일 구현예에서, 상기 2차 발효공정에서 상기 1차 발효물이 7일보다 더 짧은 시간 동안 발효시키는 경우, 발효가 충분하게 이뤄지지 않을 수 있다. 또한, 상기 2차 발효공정을 수행하는 시간이 7일을 초과하는 경우, 비정상적인 발효로 냄새물질이 다량 생성되어 작업환경이 나빠지고, 발생한 냄새를 제거하기 위한 공정이 추가로 요구되어 제조효율이 낮아질 수 있다.
다음으로, 상기 S23은 3차 발효공정으로 상기 2차 발효물을 50 내지 55℃에서 7일 동안 호기성 발효하여 3차 발효물을 형성하는 것일 수 있다. 상기 3차 발효과정을 통해 상기 2차 발효물에 잔존한 유기물을 분해할 수 있고, 유해균을 제거될 수 있다. 상기 S23의 3차 발효공정은 상기 2차 발효공정보다 다소 낮은 온도 범위 내에서 수행하는 것일 수 있다. 이는, 상기 2차 발효공정에서 호기성 미생물들이 발효되면서 열이 발생하므로, 이를 감안하여 상기 3차 발효공정의 전체 온도를 발효에 적합한 온도로 조성하기 위한 것일 수 있다.
일 구현예에서, 상기 3차 발효공정에서 상기 2차 발효물을 50℃보다 낮은 온도에서 수행하는 경우, 상기 2차 발효물에 잔존한 유해균의 제거효율이 낮아질 수 있다. 또한, 상기 3차 발효공정에서 상기 2차 발효물을 55℃보다 높은 온도에서 수행하는 경우, 상기 2차 발효공정에서 발효과정을 통해 형성된 열이 더해져 전체 온도가 상승하므로, 이로 인해 호기성 미생물의 활동이 둔화되거나 열변성될 수 있다.
일 구현예에서, 상기 3차 발효공정에서 상기 2차 발효물을 7일보다 더 짧은 시간 동안 발효시키는 경우, 발효가 충분하게 이뤄지지 않을 수 있다. 또한, 상기 3차 발효공정을 수행하는 시간이 7일을 초과하는 경우, 비정상적인 발효로 냄새물질이 다량 생성될 수 있다.
다음으로, 상기 S24는 4차 발효공정으로 상기 3차 발효물을 40 내지 50
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에서 10일 동안 호기성 발효하여 4차 발효물을 형성하는 것일 수 있다. 상기 4차 발효과정을 통해 상기 3차 발효물 내 유기물을 분해할 수 있고, 유해균을 멸균시킬 수 있다. 상기 S24의 4차 발효공정은 상기 3차 발효공정보다 다소 낮은 온도범위 내에서 수행하는 것일 수 있다. 이는, 상기 3차 발효공정에서 호기성 미생물들이 발효되면서 열이 발생하였으므로, 이를 감안하여 상기 4차 발효공정의 전체 온도를 발효에 적합한 온도로 조성하기 위한 것일 수 있다.
일 구현예에서, 상기 4차 발효공정에서 상기 3차 발효물을 40℃보다 낮은 온도에서 수행하는 경우, 상기 3차 발효물의 발효가 원활하게 이뤄지지 않을 수 있다. 또한, 상기 4차 발효공정에서 상기 3차 발효물을 50℃보다 높은 온도에서 수행하는 경우, 상기 4차 발효공정의 높은 온도로 인해 발효효율이 저하될 수 있다.
일 구현예에서, 상기 4차 발효공정에서 상기 3차 발효물을 10일보다 더 짧은 시간 동안 발효시키는 경우, 발효가 충분하게 이뤄지지 않아 최종제품의 품질의 영향을 줄 수 있다. 또한, 상기 4차 발효공정을 수행하는 시간이 10일을 초과하는 경우, 공정시간의 증가로 공정효율이 낮아질 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 S20에서의 4차례의 발효공정을 거쳐 형성된, 상기 제 1발효원물은 발효과정에서 부식화(humification) 되면서 호기성 미생물이 가축뇨에 포함된 유기질을 분해하여 유기산, 효소 및 다양한 활성물질을 생성하는 것일 수 있다. 아울러, 상기 S20에서의 4차례의 발효과정을 통해 가축뇨 고유의 악취를 줄일 수 있다.
도 1을 참조하면, 상기 S30은 상기 제 1발효원물을 침전시켜 제 1상등액을 분리해내는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 S20에서 4차례에 걸쳐 발효시킨 제 1발효원물을 침전조에 배치하여 침전시켜 상기 제 1발효원물 내에 함유된 부유물, 이물질과 물에 불용성인 물질 등의 침전되어 가라앉는 것일 수 있다. 이 때, 가라앉은 침전물을 제거하고, 윗부분의 배치된 액체층인 상등액만을 분리해내는 것일 수 있다. 일 실시예에서, 상기 침전 공정은 자연침전 방식으로 수행되는 것일 수 있으며, 상기 제 1발효원물을 침전조에 24시간 동안 배치하여 수행되는 것일 수 있다. 또한, 일 실시예에서, 상기 침전조는 혐기조 방식으로 수행되는 것일 수 있다.
도 1을 참조하면, 상기 S40은 상기 제 1상등액에 첨가물을 첨가한 후, 여과시켜 여액을 분리하여 제 1여과물을 형성하는 것일 수 있다. 이를 위해, 먼저, 상기 제 1상등액에 첨가물을 투입한 후, 이를 교반하여 상기 제 1상등액에 함유된 뇨의 발효성분과 상기 첨가물을 효과적으로 혼합시켜 제 1혼합물을 형성하는 것일 수 있다(S41). 이 후, 상기 제 1혼합물을 여과장치를 이용하여 여과시킴으로써 여과장치를 통과한 여액을 분리해내어 이를 제 1여과물로 준비하는 것일 수 있다(S42).
구체적으로, 상기 첨가물은 미량요소 또는 발효촉매제로 작용하는 것일 수 있다. 즉, 상기 제 1상등액에 상기 첨가물을 첨가하여 미량요소로써 작용하여 본 발명에서 제조되는 기능성 발효액비가 효과적으로 킬레이션화 될 수 있어 작물에 양분이 빠르게 흡수되도록 할 수 있다. 또한, 상기 첨가물은 발효촉매제로써 작용하여 상기 제 1상등액에 함유된 미생물의 활성화를 도울 수 있다. 아울러, 상기 첨가물은 본 발명에서 제조되는 기능성 발효액비를 작물에 적용시, 작물이 양분을 균형흡수할 수 있도록 하며, 천연 호르몬의 공급도 가능할 수 있다. 더불어, 본 발명에서 제조된 기능성 발효액비를 통해 토양의 질을 높여 비옥한 토양을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 첨가물은 셀레늄(Se), 나트륨(Na) 및 규산(H4SiO4) 중에서 어느 하나 이상으로 구성된 것일 수 있다. 상기 첨가물은 상기 제 1상등액에 함유된 미생물과 후술하는 유익미생물의 발효를 촉진시킬 수 있다.
또한, 상기 셀레늄은 농작물에 살포시 농작물의 생육을 촉진시킬 수 있다. 아울러, 농작물에 셀레늄을 높은 농도로 흡수시켜 농작물을 통하여, 이를 섭취하는 사람의 체내로 셀레늄이 용이하게 흡수될 수 있다. 이에, 본 발명에서 제조된 기능성 발효액비가 적용된 농작물의 상품성을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 나트륨은 염생식물의 생육에 필수적인 원소이며, C4식물의 생육을 촉진시킬 수 있다. 일부 식물은 나트륨 부족시에 백화현상과 같은 결핍증상이 나타날 수 있어, 본 발명은 화학비료에 비해 가축분뇨에 부족할 수 있는 나트륨을 미량요소와 발효촉매제로써 첨가하는 것일 수 있다. 더불어, 본 발명에서 제조된 기능성 발효액비에 함유된 미생물이 토양에 있는 염류를 분해하여 다시 킬레이션되는 자연정화킬레이트 공정을 위한 미네랄로써 나트륨을 첨가하는 것일 수 있다.
아울러, 상기 규산은 대부분의 밭, 논, 등의 토양에서 부족한 성분으로 작물에 따라 흡수량과 필요도가 달라질 수 있다. 상세하게는, 농작물이 벼인 경우, 규산은 벼를 구성하는 세포를 강하게 만들어 도열병이나 해충으로 인한 피해를 줄 일 수 있다. 또한, 상기 규산은 산성을 중화하는 효과(생석회의 절반 정도)가 있어, 철이나 알루미늄과 붙어서 고정된 인산을 녹여 유효화 시킬 수 있다. 이에, 본 발명은 상기 제 1상등액에 규산을 첨가함으로써 농작물의 인산 흡수율을 높일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제 4단계에서 상기 제 1상등액 800중량부에 대하여 상기 첨가물 10 내지 15중량부를 첨가하는 것일 수 있다. 즉, 상기 첨가물을 적정량으로 투입하여 상기 첨가물이 용이하게 작물에 흡수될 수 있도록 하며, 상기 제 1상등액의 발효된 성분들과 상기 첨가물이 부반응없이 효과적으로 결합될 수 있다.
일 구현예에서, 상기 제 1상등액 800중량부에 대하여 상기 첨가물을 10중량부 미만으로 첨가하는 경우, 농작물에 흡수되는 첨가물의 농도가 줄어들어 농작물의 생산성 및 품질의 향상이 어려울 수 있다. 또한, 상기 제 1상등액 800중량부에 대하여 상기 첨가물을 15중량부를 초과하여 첨가하는 경우, 상기 첨가물이 상기 제 1상등액에 함유된 발효 성분들과 효과적으로 혼합되지 않아 농작물의 생육 촉진이 어려울 수 있다. 특히, 상기 첨가물 중에서 나트륨을 과다 첨가하는 경우 농작물의 염분 스트레스를 유발하여 작물의 뿌리성장 저해 등 악영향을 줄 수 있으므로, 상기 첨가물은 상기 제 1상등액에 적정량으로 포함되는 것일 수 있다.
그런 다음, 상기 S40에서 상기 제 1발효원물의 상등액과 상기 첨가물이 혼합하여 구성된 제 1혼합물을 여과시킴으로써, 여과장치를 통과하지 못한 입자가 큰 불순물이나 이물질을 제거하고, 여과된 여액만을 분리해내어 제 1여과물로 사용하는 것일 수 있다. 상기 S40에서의 여과공정은 통상의 여과장치를 통해 수행될 수 있으나, 구체적으로 예를 들어, 상기 여과장치는 통상의 바이오(bio) 필터를 이용하는 것일 수 있다.
도 1을 참조하면, 상기 S50은 상기 제 1여과물을 침전시켜 제 2상등액을 분리해내는 것일 수 있다. 즉, 상기 S50에서 형성된 제 1여과물을 침전조에 배치시켜 상기 제 1여과물을 24시간 동안 자연 침전시키는 것일 수 있다. 상기 제 1여과물은 침전공정을 통해 상기 제 1여과물에 함유되어 있는 미세한 불순물이나 이물질 등이 가라앉게 될 수 있다. 이렇게 가라앉은 침전물들을 제거하여 상등액만을 분리해내어 이를 제 2상등액으로써 준비하는 것일 수 있다.
도 1을 참조하면, 상기 S60은 상기 제 2상등액에 유익미생물을 첨가한 후, 여과시켜 여액을 분리하여 제 2여과물을 형성하는 것일 수 있다. 이를 위해 먼저, 상기 제 2상등액에 유익미생물을 첨가하여 제 2혼합물을 형성하는 것일 수 있다(S61). 이 후, 상기 제 2혼합물을 여과시켜 여과된 여액을 분리하여 이를 제 2여과물로 준비하는 것일 수 있다(S62).
즉, 본 발명은 상기 제 2상등액에 작물에 유익한 유익미생물을 첨가하고 이의 활성도를 높여 고활성도를 갖는 미생물을 포함한 기능성 발효액비를 제조하는 것일 수 있다. 구체적으로, 상술한 4차례의 발효공정과 침전 및 여과공정을 반복적으로 수행함에 따라, 가축뇨는 효과적으로 부식화되고 이물질이 효과적으로 제거된 순도높은 발효물로 가공될 수 있다. 이러한 발효물과 여기에 투입된 첨가물이 함유된 상기 제 2상등액은 상기 S60에서 첨가되는 유익미생물이 잘 배양될 수 있고 상기 유익미생물이 효과적으로 활성화될 수 있는 배지 및 영양공급원으로 기능할 수 있다. 이에, 본 발명의 기능성 발효액비에 함유된 미생물은 고활성도를 갖게 되어 열악한 토양환경에서도 유기물을 잘 분해할 수 있다.
또한, 상기 발효과정에서 호기성 미생물이 생성한 다양한 유기산 및 효소가 포함된 상기 제 2상등액은 상기 첨가물과 함께 상기 유익미생물의 활성화를 위한 활성물질로 작용하여 상기 유익미생물을 효과적으로 활성화시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 유익미생물은 아스로박터 균주(Arthrobactor sp.) 또는 파라코커스균(Paracoccus)일 수 있다.
상기 아스로박터 균주는 아스로박터속 균이라고도 하며, 토양에 주로 서식하는 호기성 세균으로 글루탐산과 같은 아미노산을 생산할 수 있다. 생성된 아미노산은 상기 제 2상등액에 함유된 미생물들에 의해 잘게 쪼개져 질소로 분해되어 농작물에게 원활하게 질소를 공급할 수 있도록 할 수 있다. 또한, 상기 아스로박터 균주에 의해 형성된 아미노산은 작물에 영양제로 작용하여 잎의 황화현상을 억제하고 엽색을 향상시키며 당도를 증가시킬 수 있다. 아울러, 상기 아스로박터 균주는 식물 호르몬을 활성화시켜 효소작용을 향상시킬 수 있으며, 토양 내 미생물의 배양 및 증식을 가능하게 하여 지력유지에 효과적일 수 있다. 더불어, 아스로박터 균주는 농작물의 탄저병을 방제할 수 있어, 본 발명의 기능성 발효 액비가 적용된 농작물의 생산성과 상품성을 더욱 높일 수 있다.
상기 파라코커스 균은 탄소를 고정시키고 황(S)을 환원시키면서 질산염을 산화시킬 수 있어 작물의 생육을 촉진시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제 6단계에서, 상기 제 2상등액 800중량부에 대하여 상기 유익미생물 12 내지 36중량부를 첨가하는 것일 수 있다. 일 구현예에서, 상기 제 2상등액 800중량부에 대하여 상기 유익미생물을 12 중량부 미만으로 첨가하는 경우, 유익미생물이 충분히 포함되지 않아 토양 속의 유기물이 원활하게 분해되지 않을 수 있다. 또한, 상기 제 2상등액 800중량부에 대하여 상기 유익미생물을 36중량부를 초과하여 첨가하는 경우, 상기 유익미생물의 활성화를 위하여 영양공급원으로 작용하는 상기 제 2상등액이 부족하게 되어 상기 유익미생물의 고활성화가 어려울 수 있다.
바람직하게는, 상기 제 2상등액 800중량부에 대하여 상기 아스로박터 균주는 36중량부가 첨가되는 것일 수 있다. 또는, 상기 제 2상등액 800중량부에 대하여 상기 파라코커스균은 12중량부가 첨가되는 것일 수 있다.
그런 다음, 상기 S60에서 상기 제 2혼합물을 여과시켜 제 2여과물을 형성하는 것일 수 있다. 즉, 상기 유익미생물이 함유된 제 2혼합물을 여과시켜 여과되지 못한 이물질과 불순물을 제거하고, 여과된 여액을 분리하여 제 2여과물로 준비하는 것일 수 있다. 상기 여과공정은 통상의 여과장치를 사용할 수 있으며, 구체적으로 예를 들어, 상기 여과장치는 통상의 유기물 필터를 이용하여 미세여과를 수행함으로써, 상기 제 2혼합물의 순도를 높이는 것일 수 있다.
도 1을 참조하면, 상기 S70은 폭기장치를 이용하여 상기 제 2여과물을 활성화시켜 활성슬러지혼합물을 형성하는 것일 수 있다. 즉, 상기 S70에서 상기 제 2여과물에 함유된 미생물 및 유익미생물을 완전 활성시켜 활성슬러지혼합물이 형성되는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제 7단계는 상기 제 2여과물을 미세폭기장치를 이용하여 호기성 발효시킨 후, 숙성시켜 제 1활성혼합물을 형성하는 제 7-1단계(S71)와, 상기 제 1활성혼합물을 가열하는 제 7-2단계(S72)와, 상기 가열된 제 1활성혼합물을 여과시켜 제 1활성여액을 형성하는 제 7-3단계(S73)와, 상기 제 1활성여액을 마이크로폭기장치를 이용하여 호기성 발효시켜 제 2활성혼합물을 형성하는 제 7-4단계(S74)와, 상기 발효된 제 2활성혼합물을 교반하면서 반자성체 필터볼을 통해 오염물질을 제거하여 활성슬러지혼합물을 형성하는 제 7-5단계(S75)를 포함하는 것일 수 있다.
구체적으로, 상기 S71은 미세폭기장치를 이용하여 폭기조에 구성된 에어레이터를 통해 상기 제 2여과물에 산소(공기)가 미세하게 침투될 수 있도록 공급하여 상기 제 2여과물을 호기성 발효시킨 후, 산소 공급을 중단하고 휴지 상태에서 숙성시키는 것일 수 있다. 즉, 본 발명의 기능성 발효액비의 제조방법은 상기 S71에서 폭기공정을 수행하여 상기 제 2여과물에 함유된 유익미생물을 비롯한 미생물들의 활동으로 발생하는 활성슬러지인, 오니플록(sludge floc)의 생성을 더욱 빠르게 진행시키는 것일 수 있다. 이에, 상기 오니플록이 침강하면서 고정형 세균이 흡착되면서 원생동물, 후생동물과 섬모충류 등의 증식을 막을 수 있다. 이와 같이, 상기 S71은 상기 제 2여과물을 호기성 발효시키는 미세폭기공정을 통해 상기 제 2여과물에서 중간활성 세균 및 비활성에 따른 부패균의 증식을 억제시킬 수 있다. 이 때, 과폭기 과정이 되지 않도록 적정시간 동안 호기성 발효공정을 수행한 후, 산소공급을 중단하고 휴지시키며 숙성시키는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 S71에서 상기 제 2여과물을 간헐폭기 공정으로 발효 및 숙성시키는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 간헐폭기 공정은 상기 제 2여과물을 12시간 동안 발효시킨 후, 12시간 휴식 동안 휴지상태를 유지하는 것일 수 있다. 상기 제 2여과물을 12시간 보다 적은 시간 동안 호기성 발효시키는 경우, 상술한 오니플록이 충분히 생성되지 않아 유해균 증식 억제 효과가 저하될 수 있다. 또한, 상기 제 2여과물을 12시간 보다 많은 시간 동안 호기성 발효시키는 경우, 과폭기 상태가 되어 유익미생물을 비롯한 상기 제 2여과물 내 미생물들이 사멸하거나, 침강된 플록이 부상할 수 있다.
그런 다음, 상기 S72는 상기 제 1활성혼합물을 가열하는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 S72는 상기 제 1활성혼합물이 상기 S71의 마지막 단계에서 숙성을 위해 휴지처리됨에 따라 온도가 낮아지면서(10 내지 20℃) 상기 제 1활성혼합물에 함유된 미생물들의 활동이 저하된 것을, 재활성화시키기 위하여 상기 제 1활성혼합물을 가열시키는 것일 수 있다. 즉, 상기 가열공정을 통해 상기 제 1활성혼합물은 유익미생물을 비롯한 미생물들이 다시 원활하게 활성화될 수 있는 온도로 조성되어 미생물들을 완전 활성화시킬 수 있다.
상세하게는, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 S72에서의 가열온도는 30 내지 40℃일 수 있다. 상기 제 1활성혼합물을 30℃ 미만의 온도에서 가열하는 경우, 미생물의 활성화를 높이는 것이 용이하지 않을 수 있다. 또한, 상기 제 1활성혼합물을 40℃를 초과하는 온도에서 가열하는 경우, 상기 제 1활성혼합물에 함유된 미생물이 높은 온도로 인해 열변성되거나 활성화가 더욱 저하될 수 있다.
이 후, 상기 S73은 상기 가열된 제 1활성혼합물을 여과시켜 여액을 분리해내어 제 1활성여액을 형성하는 것일 수 있다. 상기 여과장치는 예를 들어, 통상의 이온 필터를 사용할 수 있다. 상기 여과공정을 통해 상기 제 1활성혼합물에 함유된 불순물과 이물질들을 제거할 수 있다.
그런 다음, 상기 S74는 상기 제 1활성여액을 마이크로폭기장치를 이용하여 호기성 발효시켜 제 2활성혼합물을 형성하는 것일 수 있다. 이를 통해, 상기 제 1활성여액에 함유된 미생물들을 더욱 활성화되어 원활한 분해활동을 통해 다양한 유기산과 효소들을 형성할 수 있고 오니플록 생성은 더욱 빠르게 진행되어 중간활성세균의 증식을 완전히 억제할 수 있다.
이 후, 상기 S75는 상기 발효된 제 2활성혼합물을 교반하면서 반자성체 필터볼을 통해 오염물질을 제거하여 활성슬러지혼합물을 형성하는 것일 수 있다. 구체적으로, 일 실시예에서, 상기 교반공정 수행시 불규칙한 속도로 급속교반시키는 것일 수 있다. 상기 불규칙한 급속교반을 통해 상기 발효된 제 2활성혼합물을 뭉쳐진 덩어리의 형성 없이 원활하게 교반시킬 수 있다. 또한, 상기 반자성체 필터볼을 이용하여 상기 발효된 제 2활성혼합물에 포함되어 있는 방사성 또는 중금속 등의 자성 또는 반자성 성분을 회수하여 제거할 수 있다. 이를 통해 본 발명의 기능성 발효액비의 제조방법은 산성화된 토양의 정화 및 복원이 가능하며 식물의 내병성을 향상시킬 수 있는 기능성 발효액비를 제공할 수 있다.
상기와 같이, 본 발명의 기능성 발효액비의 제조방법은 상기 S70 에서 상기 제 2여과물에 함유된 유익미생물을 비롯한 미생물들이 활성화시켜 치밀하고 큰 활성슬러지가 형성된 활성슬러지혼합물을 형성할 수 있다. 상술한 폭기, 가열, 교반 및 폭기공정으로 이루어진 폭기장치를 이용한 재순환을 통해 견고해진 활성슬러지는 고정형 세균이 흡착된 상태를 유지하며 잘 침전될 수 있어 후술하는 침전 및 상등액 분리 고정에서 원활하게 제거될 수 있다.
도 1을 참조하면, 상기 S80은 상기 활성슬러지혼합물을 7 내지 10일 동안 숙성하며 침전시켜 제 3상등액을 분리해내는 것일 수 있다. 즉, 상기 S70에서 제조된 상기 활성슬러지혼합물을 숙성조에 배치하여 숙성시키면서 숙성과정에서 자연 침전됨에 따라 침전물을 제거하고 윗부분의 상등액을 분리해내어 이를 제 3상등액으로 준비하는 것일 수 있다. 이러한 숙성과정을 통해 분리된 상기 제 3상등액에 함유된 미생물은 휴면상태(dormancy)가 될 수 있다. 미생물이 휴면됨에 따라 본 발명에서 제조된 기능성 발효액비의 유통 및 보관이 가능해질 수 있다. 휴면된 미생물들은 제조된 기능성 발효액비를 물에 희석하여 24시간 이상 숙성시 킬레이팅 활성화되어 발효액비로써 효과적으로 기능할 수 있다.
일 구현예에서 상기 S80에서 상기 활성슬러지혼합물을 7일 미만으로 숙성하는 경우, 발효가 충분히 이뤄지지 않을 수 있다. 또한, 상기 S80에서 상기 활성슬러지혼합물을 10일을 초과하여 숙성시키는 경우, 공정시간이 증가되어 공정효율이 저하될 수 있다.
도 1을 참조하면, 상기 S90은 상기 제 3상등액을 침전시켜 제 4상등액을 분리해내어 액비원료를 형성하는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 제 3상등액을 침전조에 24시간 동안 자연침전시켜 가라앉은 침전물을 모두 제거하고 상등액을 분리해내는 것일 수 있다. 상기 분리해낸 상등액은 본 발명의 기능성 발효액비의 제조방법을 통해 제조된 기능성 발효액비로, 살포방법에 따라 희석비율을 달리하여 희석하여 사용하는 것일 수 있다.
상세하게는, 일 실시예에서, 상술한 본 발명의 기능성 발효액비의 제조방법을 이용하여 제조된 기능성 발효액비는 킬레이팅 활성화 과정을 위해 물과 1:100으로 혼합하여 24시간 이상 숙성하여 사용하는 것일 수 있다. 이 후, 토양작업, 토양관주, 작물 엽면 살포 또는 육묘에 엽면살포 등의 사용용도에 상기 100배 희석액에 물을 추가로 첨가하여 희석한 후, 사용하는 것일 수 있다.
상기와 같이, 본 발명의 기능성 발효액비의 제조방법은 유익미생물의 고활성화를 위해 가축뇨를 4차례 발효시켜 부식화하고 미량요소 및 발효촉매제로 작용할 수 있는 첨가물을 투입하여, 여기에 유익미생물을 효과적으로 배양시켜 유익미생물을 고활성화시킬 수 있다. 또한, 상술한 공정을 통해 유해균의 생성을 억제, 잡균 소멸 및 악취를 효과적으로 제거시킬 수 있다.
이를 통해, 본 발명의 기능성 발효액비의 제조방법을 이용하여 제조된 기능성 발효액비는 토양 속의 유기물 분해로 작물의 영양분 흡수를 촉진시키며, 지력을 향상시켜 연작피해를 저감시킬 수 있다. 또한, 식물에 기생하는 유해곤충 등이 기피하여 달아나는 방충효과를 가질 수 있다. 아울러, 탄저병 방제 등 내병성을 향상시켜 작물의 생산량과 상품성을 증대시킬 수 있다.
이하, 상술한 기능성 발효액비의 제조방법을 사용하여 실험한 내용을 상세하게 설명한다.
실험예1: 활성슬러지혼합물 형성 공정의 수행여부에 따른 기능성 발효액비의 성능평가
하기 실험은 본 발명의 기능성 발효액비의 제조방법에서 가축뇨의 4차례 발효시킨 후, 여기에 첨가물과 유익미생물을 투입하고, 여과시킨 제 2여과물(발효여과물)에 폭기장치를 상기 제 2여과물을 활성화시키는 공정의 수행 여부에 따른 기능성 발효액비의 토양비옥도 개선 또는 작물 성장 촉진 등 기능성 발효액비의 성능에 관한 실험을 진행하였다.
구체적으로, 하기 비교예1 및 실시예1과 같이 기능성 발효액비를 제조하였다.
성능실험을 위하여 포트에 사양토를 채우고 파종 후 약 4주가 경과한 배추를 1주 정식하였다. 하기 비교예1 및 실시예1에서 제조된 기능성 발효액비 희석액을 각각의 포트에 정식 3일 전과 정식 15일 후, 정식 30일 후에 처리하였다. 정식 후 45일이 지났을 때 수확하였으며, 수확한 배추 내의 양분함량을 측정하였다.
[비교예 1]
10톤(ton)의 축산분뇨에서 뇨를 분리하여 4차례에 걸쳐 발효시켜 제 1발효원물 0.8톤(ton)을 형성하였다. 이를 침전시켜 분리해낸 제 1상등액 800중량부에 대하여 셀레늄을 10중량부 첨가하고 혼합하여 여과 및 침전을 거쳐 제 2상등액을 형성하였다. 상기 제 2상등액 800중량부에 대하여 아스로박터 균주를 36중량부로 첨가하고 혼합한 후, 이를 여과시켜 여액을 분리해내 제 2여과물을 형성하였다.
상기 제 2여과물을 7일 동안 숙성하며 자연침전시켜 제 3상등액을 분리해 내고, 이를 다시 24시간동안 자연침전시켜 상등액을 분리해내 기능성 발효액비를 제조하였다. 상기 기능성 발효액비 1 중량부에 대하여 물 1000중량부를 혼합하여 기능성 발효액비 희석액을 준비하였다.
[실시예 1]
10톤(ton)의 축산분뇨에서 뇨를 분리하여 4차례에 걸쳐 발효시켜 제 1발효원물 0.8톤(ton)을 형성하였다. 이를 침전시켜 분리해낸 제 1상등액 800중량부에 대하여 셀레늄을 15중량부 첨가하고 혼합하여 여과 및 침전을 거쳐 제 2상등액을 형성하였다. 상기 제 2상등액 800중량부에 대하여 아스로박터 균주를 36중량부로 첨가하고 혼합한 후, 이를 여과시켜 제 2여과물을 형성하였다.
상기 제 2여과물을 미세폭기장치를 이용해 산소를 공급하여 60℃에서 12시간 동안 호기성 발효시킨 후, 산소공급을 중단하고 12시간 동안 숙성시켜 제 1활성혼합물을 형성하였다. 상기 제 1활성혼합물의 온도가 37℃가 되도록 열을 가한 후, 이온필터를 통해 여과시켜 제 1활성여액을 형성하였다. 상기 제 1활성여액에 마이크로폭기장치를 통해 산소를 공급하여 60℃에서 12시간 동안 호기성 발효시켜 제 2활성혼합물을 형성하였다. 상기 발효된 제 2활성혼합물을 반자성체 필터볼이 구비된 교반조에서 일정하지 않은 불규칙한 속도로 교반시켜 활성슬러지혼합물을 형성하였다.
상기 활성슬러지혼합물을 7일 동안 숙성하며 자연침전시켜 제 3상등액을 분리해내고, 이를 다시 24시간 동안 자연침전시켜 상등액을 분리해내 기능성 발효액비를 제조하였다. 상기 기능성 발효액비 1 중량부에 대하여 물 1000중량부를 혼합하여 기능성 발효액비 희석액을 준비하였다.
구분 배추 내 양분함량
T-N(전 질소) PzO5 K2O
비교예1 1.56 1.28 4.54
실시예1 1.87 1.61 4.87
표 1을 참조하면, 실시예1에서 제조된 기능성 발효액비를 처리한 배추에서는 비교예1에 비해 더 많은 양의 질소, 인산 및 칼륨 함량이 나타났다.
이는, 실시예1에서는 폭기장치를 이용하여 제 2여과물을 활성화시켜 활성슬러지혼합물을 형성한 후, 미세활성슬러지까지 효과적으로 제거할 수 있어, 중간활성세균의 증식을 억제되면서 유익미생물이 높은 활성화를 갖게 되며 발효액비의 성능도 더욱 향상된 결과로 볼 수 있다.
아울러, 도 2는 본 발명의 실시예1에서 제조된 기능성 발효액비에 함유된 성분 분석결과를 나타낸 검사성적서이다. 이를 참조하면, 유해성분이 불검출되거나 기준치 이하인 것을 확인할 수 있다.
상기와 같이, 본 발명의 기능성 발효액비의 제조방법을 통해 제조된 기능성 발효액비는 가축뇨를 여러 단계에 걸쳐 호기성 발효하여 첨가물과 유익미생물을 투입한 이후에, 폭기공정, 가열공정, 폭기공정 및 교반공정으로 구성된 재순환 공정을 통해 활성슬러지가 혼합된 활성슬러지혼합물을 형성하고, 이를 제거하면서 중간활성세균의 증식을 억제할 수 있어, 작물의 병해와 생리 장애가 줄어들 수 있다.
실험예2: 기능성 발효액비를 이용한 작물 실험결과
하기 실험은 상기 실험예1의 실시예1에서 제조된 기능성 발효액비를 이용한 작물 실험결과이다. 작물 실험은 의성군 금성면 밭마늘에서 재배하는 한지형 의성마늘을 대상으로 수행하였다.
실험방법은 조기수확품종 중 하나인 스페인 마늘을 파종한 밭을 2등분으로 나누어 일부 밭에는 발효액비를 처리하지 않고 일반재배방식으로 재배하고(대조군), 나머지 밭에는 상기 실시예1의 기능성 발효액비를 2주 간격으로 2회 엽면시비하여 상기 대조군과 동일한 기간 동안 재배하였다(실시예1).
각각의 마늘밭에서 수확한 마늘을 비교한 후, 부패율을 측정하였다.
구체적으로, 기능성 발효액비를 이용한 작물 실험결과는 도 3 내지 도 4의 이미지와 같다.
도 3에서, 액비첨가없이 일반 재배된 대조군의 마늘밭 전체를 살펴보면 육안으로도 마늘잎이 듬성듬성 생장한 것을 확인할 수 있다. 반면, 상기 실시예1서 제조된 기능성 발효액비가 첨가된 마늘밭을 살펴보면, 마늘잎이 육안으로도 무성하게 자란 것을 확인할 수 있다.
또한, 도 4와 같이, 상기 대조군의 마늘과 실시예1의 기능성 발효액비가 적용된 마늘을 직접 비교해보면, 본 발명에서 제조된 기능성 발효액비가 적용된 마늘의 잎 길이(엽장), 잎 폭(엽폭), 원뿌리 길이(근장)가 대조군에 비해 모두 크며, 세근 또한 많은 것을 알 수 있다.
아울러, 수확한 마늘의 부패율 측정결과, 대조군 마늘(부패율 24%)에 비해 실시예1의 기능성 발효액비가 적용된 마늘의 부패율(부패율 19.2%)이 20% 감소된 결과를 나타내었다.
상기와 같이, 본 발명의 기능성 발효액비의 제조방법에서 제조된 기능성 발효액비는 폭기장치를 이용한 활성슬러지혼합물 형성 및 이의 제거를 통해 유익미생물을 비롯한 유효미생물들이 고활성도를 갖게 되어, 토양속의 유기물 분해로 작물의 영양분 흡수를 촉진시켜 작물의 성장속도가 빠르며 생산량과 상품성을 증대시킬 수 있다.
실험예3: 기능성 발효액비의 다가알코올 항균능 평가
하기 실험은 본 발명의 기능성 발효액비의 제조방법에서 제조된 기능성 발효액비의 다가알코올 항균능 평가 실험을 진행하였다.
시판중인 알로에베라발효액을 준비하였다. 대조군으로는 알로에베라발효액에 함유되어 있는 곰팡이균을 관찰하였다.
상기 알로에베라 발효액이 포함된 시료1과, 상기 알로에베라발효액에 1,2-헥산디올을 첨가하여 살균처리한 시료2와, 상기 알로에베라발효액을 1,2-헥산디올과 에칠헥실글리세린으로 살균처리한 시료3을 준비하고 각각의 시료에 상기 실시예1에서 제조된 기능성 발효액비를 1ml 첨가한 후, 생균수 측정방법을 통해 균수를 측정하였다.
하기 표 2는 상기 실시예1에서 제조된 기능성 발효액비가 첨가된 시료별 균수와, 알로에베라 발효액에 포함되어 있는 곰팡이균의 시료별 균수를 나타낸 결과이다.
구분 시료1 시료2 시료3
실시예1 17,000,000 1,265,000 3,900
대조군 460,000 <10 <10
표 2와 같이, 대조군인 알로에베라발효액에 기포함된 곰팡이균의 경우 알코올을 이용한 살균처리 결과, 곰팡이균이 거의 사멸되어 존재하지 않게 되었다. 반면, 본 발명의 실시예1에서 제조된 기능성 발효액비는 알코올을 이용한 살균처리로 인해 균수가 다소 감소하였으나, 대조군에 비해 상당히 많은 균수를 나타내었다.
상기와 같이, 본 발명의 기능성 발효액비는 상기 기능성 발효액비에 함유된 유효미생물이 살균처리에도 균수가 일부 유지될 수 있어, 열악한 토양환경에도 활성화되어 토양 속의 유기물을 효과적으로 분해시켜 다량이 영양분이 작물에 흡수되며 생산성과 상품성을 증대시킬 수 있다.
실험예4: 첨가물의 첨가량에 따른 기능성 발효액비의 성능평가
하기 실험은 본 발명의 기능성 발효액비의 제조방법에서 첨가물의 첨가량에 따른 기능성 발효액비의 토양비옥도 개선 또는 작물 성장 촉진 등 기능성 발효액비의 성능에 관한 실험을 진행하였다.
구체적으로, 하기 비교예2 및 실시예2 내지 실시예6과 같이 기능성 발효액비를 제조하였다.
성능실험을 위하여 포트에 사양토를 채우고 파종 후 약 4주가 경과한 배추를 1주 정식하였다. 하기 비교예2 및 실시예2 내지 실시예6에서 제조된 기능성 발효액비 희석액을 각각의 포트에 정식 3일 전과 정식 15일 후, 정식 30일 후에 처리하였다. 정식 후 45일이 지났을 때 수확하였으며, 수확한 배추 내의 양분함량을 측정하였다.
[비교예 2]
10톤(ton)의 축산분뇨에서 뇨를 분리하여 4차례에 걸쳐 발효시켜 제 1발효원물 0.8톤(ton)을 형성하였다. 이를 침전시켜 분리해낸 제 1상등액을 여과 및 침전을 거쳐 제 2상등액을 형성하였다. 상기 제 2상등액 800중량부에 대하여 아스로박터 균주를 36중량부로 첨가하고 혼합한 후, 이를 여과시켜 제 2여과물을 형성하였다.
상기 제 2여과물을 미세폭기장치를 이용해 산소를 공급하여 60℃에서 12시간 동안 호기성 발효시킨 후, 산소공급을 중단하고 12시간 동안 숙성시켜 제 1활성혼합물을 형성하였다. 상기 제 1활성혼합물의 온도가 37℃가 되도록 열을 가한 후, 이온필터를 통해 여과시켜 제 1활성여액을 형성하였다. 상기 제 1활성여액에 마이크로폭기장치를 통해 산소를 공급하여 60℃에서 12시간 동안 호기성 발효시켜 제 2활성혼합물을 형성하였다. 상기 발효된 제 2활성혼합물을 반자성체 필터볼이 구비된 교반조에서 일정하지 않은 불규칙한 속도로 교반시켜 활성슬러지혼합물을 형성하였다.
상기 활성슬러지혼합물을 7일 동안 숙성하며 자연침전시켜 제 3상등액을 분리해내고, 이를 다시 24시간 동안 자연침전시켜 상등액을 분리해내 기능성 발효액비를 제조하였다. 상기 기능성 발효액비 1 중량부에 대하여 물 1000중량부를 혼합하여 기능성 발효액비 희석액을 준비하였다.
[실시예 2]
10톤(ton)의 축산분뇨에서 뇨를 분리하여 4차례에 걸쳐 발효시켜 제 1발효원물 0.8톤(ton)을 형성하였다. 이를 침전시켜 분리해낸 제 1상등액 800중량부에 대하여 셀레늄을 7중량부 첨가하고 혼합하여 여과 및 침전을 거쳐 제 2상등액을 형성하였다. 상기 제 2상등액 800중량부에 대하여 아스로박터 균주를 36중량부로 첨가하고 혼합한 후, 이를 여과시켜 제 2여과물을 형성하였다.
상기 제 2여과물을 미세폭기장치를 이용해 산소를 공급하여 60℃에서 12시간 동안 호기성 발효시킨 후, 산소공급을 중단하고 12시간 동안 숙성시켜 제 1활성혼합물을 형성하였다. 상기 제 1활성혼합물의 온도가 37℃가 되도록 열을 가한 후, 이온필터를 통해 여과시켜 제 1활성여액을 형성하였다. 상기 제 1활성여액에 마이크로폭기장치를 통해 산소를 공급하여 60℃에서 12시간 동안 호기성 발효시켜 제 2활성혼합물을 형성하였다. 상기 발효된 제 2활성혼합물을 반자성체 필터볼이 구비된 교반조에서 일정하지 않은 불규칙한 속도로 교반시켜 활성슬러지혼합물을 형성하였다.
상기 활성슬러지혼합물을 7일 동안 숙성하며 자연침전시켜 제 3상등액을 분리해내고, 이를 다시 24시간 동안 자연침전시켜 상등액을 분리해내 기능성 발효액비를 제조하였다. 상기 기능성 발효액비 1 중량부에 대하여 물 1000중량부를 혼합하여 기능성 발효액비 희석액을 준비하였다.
[실시예 3]
10톤(ton)의 축산분뇨에서 뇨를 분리하여 4차례에 걸쳐 발효시켜 제 1발효원물 0.8톤(ton)을 형성하였다. 이를 침전시켜 분리해낸 제 1상등액 800중량부에 대하여 셀레늄을 10중량부 첨가하고 혼합하여 여과 및 침전을 거쳐 제 2상등액을 형성하였다. 상기 제 2상등액 800중량부에 대하여 아스로박터 균주를 36중량부로 첨가하고 혼합한 후, 이를 여과시켜 제 2여과물을 형성하였다.
상기 제 2여과물을 미세폭기장치를 이용해 산소를 공급하여 60℃에서 12시간 동안 호기성 발효시킨 후, 산소공급을 중단하고 12시간 동안 숙성시켜 제 1활성혼합물을 형성하였다. 상기 제 1활성혼합물의 온도가 37℃가 되도록 열을 가한 후, 이온필터를 통해 여과시켜 제 1활성여액을 형성하였다. 상기 제 1활성여액에 마이크로폭기장치를 통해 산소를 공급하여 60℃에서 12시간 동안 호기성 발효시켜 제 2활성혼합물을 형성하였다. 상기 발효된 제 2활성혼합물을 반자성체 필터볼이 구비된 교반조에서 일정하지 않은 불규칙한 속도로 교반시켜 활성슬러지혼합물을 형성하였다.
상기 활성슬러지혼합물을 7일 동안 숙성하며 자연침전시켜 제 3상등액을 분리해내고, 이를 다시 24시간 동안 자연침전시켜 상등액을 분리해내 기능성 발효액비를 제조하였다. 상기 기능성 발효액비 1 중량부에 대하여 물 1000중량부를 혼합하여 기능성 발효액비 희석액을 준비하였다.
[실시예 4]
10톤(ton)의 축산분뇨에서 뇨를 분리하여 4차례에 걸쳐 발효시켜 제 1발효원물 0.8톤(ton)을 형성하였다. 이를 침전시켜 분리해낸 제 1상등액 800중량부에 대하여 셀레늄을 15중량부 첨가하고 혼합하여 여과 및 침전을 거쳐 제 2상등액을 형성하였다. 상기 제 2상등액 800중량부에 대하여 아스로박터 균주를 36중량부로 첨가하고 혼합한 후, 이를 여과시켜 제 2여과물을 형성하였다.
상기 제 2여과물을 미세폭기장치를 이용해 산소를 공급하여 60℃에서 12시간 동안 호기성 발효시킨 후, 산소공급을 중단하고 12시간 동안 숙성시켜 제 1활성혼합물을 형성하였다. 상기 제 1활성혼합물의 온도가 37℃가 되도록 열을 가한 후, 이온필터를 통해 여과시켜 제 1활성여액을 형성하였다. 상기 제 1활성여액에 마이크로폭기장치를 통해 산소를 공급하여 60℃에서 12시간 동안 호기성 발효시켜 제 2활성혼합물을 형성하였다. 상기 발효된 제 2활성혼합물을 반자성체 필터볼이 구비된 교반조에서 일정하지 않은 불규칙한 속도로 교반시켜 활성슬러지혼합물을 형성하였다.
상기 활성슬러지혼합물을 7일 동안 숙성하며 자연침전시켜 제 3상등액을 분리해내고, 이를 다시 24시간 동안 자연침전시켜 상등액을 분리해내 기능성 발효액비를 제조하였다. 상기 기능성 발효액비 1 중량부에 대하여 물 1000중량부를 혼합하여 기능성 발효액비 희석액을 준비하였다.
[실시예 5]
10톤(ton)의 축산분뇨에서 뇨를 분리하여 4차례에 걸쳐 발효시켜 제 1발효원물 0.8톤(ton)을 형성하였다. 이를 침전시켜 분리해낸 제 1상등액 800중량부에 대하여 셀레늄을 17중량부 첨가하고 혼합하여 여과 및 침전을 거쳐 제 2상등액을 형성하였다. 상기 제 2상등액 800중량부에 대하여 아스로박터 균주를 36중량부로 첨가하고 혼합한 후, 이를 여과시켜 제 2여과물을 형성하였다.
상기 제 2여과물을 미세폭기장치를 이용해 산소를 공급하여 60℃에서 12시간 동안 호기성 발효시킨 후, 산소공급을 중단하고 12시간 동안 숙성시켜 제 1활성혼합물을 형성하였다. 상기 제 1활성혼합물의 온도가 37℃가 되도록 열을 가한 후, 이온필터를 통해 여과시켜 제 1활성여액을 형성하였다. 상기 제 1활성여액에 마이크로폭기장치를 통해 산소를 공급하여 60℃에서 12시간 동안 호기성 발효시켜 제 2활성혼합물을 형성하였다. 상기 발효된 제 2활성혼합물을 반자성체 필터볼이 구비된 교반조에서 일정하지 않은 불규칙한 속도로 교반시켜 활성슬러지혼합물을 형성하였다.
상기 활성슬러지혼합물을 7일 동안 숙성하며 자연침전시켜 제 3상등액을 분리해내고, 이를 다시 24시간 동안 자연침전시켜 상등액을 분리해내 기능성 발효액비를 제조하였다. 상기 기능성 발효액비 1 중량부에 대하여 물 1000중량부를 혼합하여 기능성 발효액비 희석액을 준비하였다.
[실시예 6]
10톤(ton)의 축산분뇨에서 뇨를 분리하여 4차례에 걸쳐 발효시켜 제 1발효원물 0.8톤(ton)을 형성하였다. 이를 침전시켜 분리해낸 제 1상등액 800중량부에 대하여 셀레늄을 20중량부 첨가하고 혼합하여 여과 및 침전을 거쳐 제 2상등액을 형성하였다. 상기 제 2상등액 800중량부에 대하여 아스로박터 균주를 36중량부로 첨가하고 혼합한 후, 이를 여과시켜 제 2여과물을 형성하였다.
상기 제 2여과물을 미세폭기장치를 이용해 산소를 공급하여 60℃에서 12시간 동안 호기성 발효시킨 후, 산소공급을 중단하고 12시간 동안 숙성시켜 제 1활성혼합물을 형성하였다. 상기 제 1활성혼합물의 온도가 37℃가 되도록 열을 가한 후, 이온필터를 통해 여과시켜 제 1활성여액을 형성하였다. 상기 제 1활성여액에 마이크로폭기장치를 통해 산소를 공급하여 60℃에서 12시간 동안 호기성 발효시켜 제 2활성혼합물을 형성하였다. 상기 발효된 제 2활성혼합물을 반자성체 필터볼이 구비된 교반조에서 일정하지 않은 불규칙한 속도로 교반시켜 활성슬러지혼합물을 형성하였다.
상기 활성슬러지혼합물을 7일 동안 숙성하며 자연침전시켜 제 3상등액을 분리해내고, 이를 다시 24시간 동안 자연침전시켜 상등액을 분리해내 기능성 발효액비를 제조하였다. 상기 기능성 발효액비 1 중량부에 대하여 물 1000중량부를 혼합하여 기능성 발효액비 희석액을 준비하였다.
하기 표 3은 상기 비교예2 및 실시예1 내지 실시예5에서 첨가물인 셀레늄의 첨가량을 정리한 표이다. 실시예1 내지 실시예5에서 셀레늄의 첨가량은 제 1상등액 800중량부를 기준으로 하였다.
구분(단위) 셀레늄 첨가량(중량부)
비교예2 미첨가
실시예2 7
실시예3 10
실시예4 13
실시예1 15
실시예5 17
실시예6 20
상기 실험예4에서 첨가물(셀레늄)의 첨가량에 따른 실험결과를 정리하면 하기 표 4와 같다.
구분 배추 내 양분함량
T-N(총 질소) PzO5 K2O
비교예2 1.59 1.30 4.56
실시예2 1.64 1.37 4.62
실시예3 1.72 1.44 4.69
실시예4 1.79 1.52 4.77
실시예1 1.87 1.61 4.87
실시예5 1.90 1.64 4.90
실시예6 1.91 1.65 4.91
표 4를 참조하면, 실시예1 내지 실시예6에서 기능성 발효액비 제조시 셀레늄의 첨가량이 늘어날수록 배추 내의 양분함량이 증가한 것을 알 수 있다. 특히, 셀레늄을 첨가하지 않은 비교예2와 실시예들을 비교해보면 비교예2의 배추 내의 양분함량이 낮게 나타난 것을 확인할 수 있다.
이를 통해, 본 발명의 실시예1 내지 실시예6과 같이 셀레늄 등의 첨가물을 투입함으로써 본 발명의 발효액비가 분해한 영양분을 작물이 용이하게 흡수할 수 있도록 하며, 본 발명의 기능성 발효액비 제조공정 과정에서 진행되는 발효를 촉진시켜 발효효율을 높임으로써 미생물의 활성도를 증가시키는 것을 알 수 있다.
또한, 실시예1 내지 실시예6을 비교해보면, 셀레늄의 첨가량이 늘어날수록 배추 내의 양분함량이 증가되나, 실시예5 내지 실시예6에서는 증가폭이 감소한 것을 확인할 수 있다. 즉, 제 1상등액 800중량부를 기준으로 첨가되는 셀레늄의 첨가량이 일정 수준(제 15중량부)을 초과하는 경우에는, 셀레늄으로 인한 작물의 영양분 흡수에 대한 증가폭이 감소한다고 볼 수 있다. 이에, 셀레늄 첨가에 따른 비용부담을 고려하여, 본 발명의 기능성 발효액비의 제조방법에서는 상기 제 1상등액 800중량부에 대하여 첨가물을 10 내지 15중량부를 첨가하는 것이 바람직하다고 판단된다.
이와 같이, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타나며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (5)

  1. 가축분뇨를 분과 뇨로 분리하는 제 1단계;
    상기 분리된 뇨를 40 내지 70℃에서 7 내지 10일 동안 호기성 발효하는 발효공정을 반복적으로 4회 수행하여 제 1발효원물을 형성하는 제 2단계;
    상기 제 1발효원물을 침전시켜 제 1상등액을 분리해내는 제 3단계;
    상기 제 1상등액에 첨가물을 첨가한 후, 여과시켜 여액을 분리하여 제 1여과물을 형성하는 제 4단계;
    상기 제 1여과물을 침전시켜 제 2상등액을 분리해내는 제 5단계;
    상기 제 2상등액에 유익미생물을 첨가한 후, 여과시켜 여액을 분리하여 제 2여과물을 형성하는 제 6단계;
    폭기장치를 이용하여 상기 제 2여과물을 활성화시켜 활성슬러지혼합물을 형성하는 제 7단계;
    상기 활성슬러지혼합물을 7 내지 10일 동안 숙성하며 침전시켜 제 3상등액을 분리해내는 제 8단계; 및
    상기 제 3상등액을 침전시켜 제 4상등액을 분리해내어 액비원료를 형성하는 제 9단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 기능성 발효액비의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2단계는,
    상기 분리된 뇨를 60 내지 70℃에서 7일 동안 호기성 발효하여 1차 발효물을 형성하는 제 2-1단계와,
    상기 1차 발효물을 50 내지 60℃에서 7일 동안 호기성 발효하여 2차 발효물을 형성하는 제 2-2단계와,
    상기 2차 발효물을 50 내지 55℃에서 7일 동안 호기성 발효하여 3차 발효물을 형성하는 제 2-3단계와,
    상기 3차 발효물을 40 내지 50℃에서 10일 동안 호기성 발효하여 4차 발효물을 형성하는 제 2-4단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기능성 발효액비의 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 첨가물은,
    셀레늄(Se), 나트륨(Na) 및 규산(H4SiO4) 중에서 어느 하나 이상으로 구성된 것을 특징으로 하는 기능성 발효액비의 제조방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 유익미생물은,
    아스로박터 균주(Arthrobactor sp.) 또는 파라코커스균인 것을 특징으로 하는 기능성 발효액비의 제조방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제 7단계는,
    상기 제 2여과물을 미세폭기장치를 이용하여 호기성 발효시킨 후, 숙성시켜 제 1활성혼합물을 형성하는 제 7-1단계와,
    상기 제 1활성혼합물을 가열하는 제 7-2단계와,
    상기 가열된 제 1활성혼합물을 여과시켜 제 1활성여액을 형성하는 제 7-3단계와,
    상기 제 1활성여액을 마이크로폭기장치를 이용하여 호기성 발효시켜 제 2활성혼합물을 형성하는 제 7-4단계와,
    상기 발효된 제 2활성혼합물을 교반하면서 반자성체 필터볼을 통해 오염물질을 제거하여 활성슬러지혼합물을 형성하는 제 7-5단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기능성 발효액비의 제조방법.
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KR20180124232A (ko) * 2017-05-11 2018-11-21 성낙구 가축분뇨를 이용한 기능성 발효액비 제조방법
KR101932599B1 (ko) 2016-12-29 2018-12-24 조명현 가축분뇨의 악취제거 및 액비화 방법
KR102114840B1 (ko) 2020-04-03 2020-05-25 주식회사 풍산비료 가축분뇨를 이용한 친환경 비료의 제조방법

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