KR102538072B1 - 유기질 비료 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
피마자박 60~80중량부 및 미강 1~15중량부를 포함하는 유기질 비료에 있어서, 상기 유기질 비료 표면에 적어도 일부에 형성되는 코팅층을 포함하고, 상기 코팅층은 미생물 배양액을 분사, 건조 및 냉각시켜 형성된 미생물 제제가 코팅된 유기질 비료와 그 제조방법이 개시된다.
Description
기계적 물성 및 품질이 향상된 미생물 제제가 코팅된 유기질 비료 및 그 제조방법에 관한 것이다.
비료는 전이나, 답, 토양을 비롯하여 과수 또는 산림 토양을 비옥하게 하여 작물이나 초목의 생육을 촉진시키는 영양물질의 총칭을 의미한다. 일반적으로 비료는 토양의 생산력을 유지하거나 증진시켜 작물이나 초목 생작을 촉진시키기 위하여 토양이나 식물에 직접 투입하는 영양물질과 달리 직접적으로 작물의 영양물질이 되지는 않더라도 토양의 물리화학적 성질을 개선하고 유용한 미생물들을 증진시키거나 억제시키며, 또는 식물에 직접 이용될 수 없는 형태로 존재하는 영양성분을 이용 가능한 형태로 바꾸어 주거나, 근부에 유독한 물질의 독성을 저감시키는 등 간접적으로 작물 생육에 도움을 주는 물질로 정의된다.
식물 중 고등 식물은 뿌리에서 물과 양분인 무기성분을 흡수하고 태양에너지를 이용하여 잎에서 광합성 작용을 하여 생육에 필수적인 다양한 유기물을 합성한다. 자생식물은 일정한 장소에서 양분을 흡수하여 생육하고 죽기 때문에 서식지에서의 토양 중의 양분 손실은 거의 없어 비교적 잘 성장할 수 있다. 이에 반해, 농경지의 농작물은 토양 근권에 존재하는 양분을 흡수하여 생육이 완료되면 수확물은 다른 곳으로 운반되므로 흡수하였던 영양성분이 토양으로 환원되지 못한다. 따라서, 농작물의 생육단계에서 소모된 영양성분을 인위적으로 적기에 공급하지 않으면 작물의 생산력은 매년 감소세를 나타낼 수 있어 토지의 생산성을 계속 유지시키거나 증대시키고 작물의 생산력을 유지하기 위해서는 작물의 종류와 토양의 종류에 따른 비배 관리가 요구된다.
이에 따라, 농작물의 생산력 증대를 위해 1960년대 이후부터 화학 비료(무기질 비료)의 사용이 이어져 왔다. 적정량의 화학 비료의 사용은 재배작물의 빠른 성장과 이로 인한 수익의 증가를 담보할 수 있으나, 과도한 시비로 인해서 재배지 토양의 산성화와 염류집적에 따른 염류장해의 문제점이 발생될 수 있고, 최종 분해자인 미생물의 생육억제에 따라 토양생태계가 파괴되어 농토의 황폐화를 야기할 수 있다.
이를 해결하기 위해 화학 비료를 대신 유기질 비료가 제안되었다. 유기질 비료는 유기물을 미생물로 발효하여 분해시켜 식물이 사용할 수 있는 영양분으로 제공하는 것이다. 유기질 비료가 재배지에 시비될 경우에는 재배 작물을 위한 영양분으로 무기영양분(N, P, K) 및 미량요소(Mg, Mn, Cu, B, Mo 등)이 공급되어 생장촉진을 자극할 뿐만 아니라, 토양에 물리적인 공극을 제공하여 토양 근권미생물이 정착할 수 있도록 아미노산, 핵산, 유기산, 비타민 등이 공급될 수 있고, 이에 따라 복원된 근권미생물이 분비하는 유기산 등으로 뿌리 주변의 무기염류가 작물에 쉽게 흡수될 수 있도록 이온화되어 작물재배지의 염류집적을 완화할 수 있다.
다만, 유기질 비료의 원료가 되는 가축물의 배설물, 유기물을 함유하는 폐기물 또는 식물성 물질 등을 원료 그대로 사용하는 경우 보관 및 사용의 어려움 등의 문제점이 있어 고형화된 유기질 비료 형태로 사용하고 있다. 한편, 유기질 비료에 미생물을 포함하여 제조하는 경우 일반적으로 볏짚, 파쇄목, 천연광물 등의 담체에 미생물을 투입하는 형태로 적용할 수 있으나, 담체의 형태로 미생물을 포함할 경우 유기물의 발효 속도가 저하되거나 완전 발효가 어려워 토양 개질 효과가 저하될 수 있어 이에 따라 작물 생장촉진 효과가 저하될 수 있다.
따라서, 유기질 비료가 용이하게 미생물을 포함할 수 있으면서도, 품질의 개선 및 작물의 생산성을 향상시킬 수 있는 유기질 비료 및 그 제조방법에 대한 기술 개발이 요구되고 있다.
전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 식물성 및 동물성 물질을 포함하는 유기질 비료의 표면 중 적어도 일부에 액상의 미생물을 코팅하여 기계적 물성 및 품질을 향상시킬 수 있고, 작물의 생산성이 우수한 유기질 비료 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
일 측면에 따르면 피마자박 60~80중량부 및 미강 1~15중량부를 포함하는 유기질 비료에 있어서, 상기 유기질 비료 표면에 적어도 일부에 형성되는 코팅층을 포함하고, 상기 코팅층은 미생물 배양액을 분사, 건조 및 냉각시켜 형성된 미생물 제제가 코팅된 유기질 비료가 제공된다.
일 실시예에 있어서, 상기 유기질 비료는 채종유박 5~30중량부, 팜유박 1~5중량부 및 가공계분 5~20중량부로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 미생물 배양액은 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis) 배양액, 사카로마이세스 세레비지애(Saccharomyces cerevisiae) 배양액, 슈도모나스 프로테겐스(Pseudomonas protegens) 배양액, 아스퍼질러스 칼레스테미이(Aspergillus callestemii) 배양액, 로도토룰라 아우란티아카(Rhodotorula aurantiaca) 배양액, 바실러스 메가테리움(Bacillus megaterium) 배양액, 스트렙토마이세스 코스타리카너스(Streptomyces costaricanus) 배양액, 써모아스커스 써모필러스(Thermoascus thermophilus) 배양액 및 이들 중 2이상의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 코팅층의 두께는 10~50㎛일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 유기질 비료의 평균 입도는 1~10㎜일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 유기질 비료는 펠렛 또는 그래뉼 형태일 수 있다.
또 다른 일 측면에 따르면, (a) 피마자박 60~80중량부 및 미강 1~15중량부를 혼련 및 분쇄하는 단계; (b) 상기 (a)의 혼합물을 펠렛 또는 그래뉼 형태로 성형하여 유기질 비료를 제조하는 단계; (c) 상기 유기질 비료에 미생물 배양액을 분사하여 코팅층을 형성하는 단계; 및 (d) 상기 (c) 단계의 생성물을 냉각 및 건조하는 단계;를 포함하는 미생물 제제가 코팅된 유기질 비료의 제조방법이 제공된다.
일 실시예에 있어서, 상기 (a) 단계에서 채종유박 5~30중량부, 팜유박 1~5중량부 및 가공계분 5~20중량부로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 더 포함하여 혼련 및 분쇄할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 (c) 단계는, 유기질 비료를 드럼형 코팅기에 내부에 투입하는 단계; 및 상기 코팅기 내부로 미생물 배양액을 분사하는 단계;를 포함하고, 상기 코팅기의 회전함과 동시에 미생물 배양액이 분사되면서 상기 유기질 비료의 코팅이 수행될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 (d) 단계의 유기질 비료의 냉각 및 건조가 온도 0~10℃에서 수행될 수 있다.
일 측면에 따른 미생물 제제가 코팅된 유기질 비료 및 그 제조방법은 NPK 함량이 높고, 시비 시 잡초발생이 적고, 악취가 발생하지 않아 사용성이 우수할 수 있다. 또한, 액상의 미생물 배양액으로부터 코팅층이 형성됨으로써, 유기질 비료의 기계적 물성, 저장안정성 및 품질이 향상될 수 있다.
본 명세서의 일 측면의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 명세서의 상세한 설명 또는 청구범위에 기재된 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 명세서의 일 실시예에 의한 미생물 제제가 코팅된 유기질 비료의 제조방법을 도식화한 것이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 명세서의 일 측면을 설명하기로 한다. 그러나 본 명세서의 기재사항은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 명세서의 일 측면을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 수치적 값의 범위가 기재되었을 때, 이의 구체적인 범위가 달리 기술되지 않는 한 그 값은 유효 숫자에 대한 화학에서의 표준규칙에 따라 제공된 유효 숫자의 정밀도를 갖는다. 예를 들어, 10은 5.0 내지 14.9의 범위를 포함하며, 숫자 10.0은 9.50 내지 10.49의 범위를 포함한다.
미생물 제제가 코팅된 유기질 비료
일 측면에 따르면, 피마자박 60~80중량부 및 미강 1~15중량부를 포함하는 유기질 비료에 있어서, 상기 유기질 비료 표면에 적어도 일부에 형성되는 코팅층을 포함하고, 상기 코팅층은 미생물 배양액을 분사, 건조 및 냉각시켜 형성된 미생물 제제가 코팅된 유기질 비료가 제공된다.
종래 유기질 비료는 가축물의 배설물, 유기물을 함유하는 폐기물 또는 식물성 물질 등을 주원료로 포함하여 사용되었으나, 보관 및 사용의 어려움 등의 문제로 고형으로 제조하여 사용하고 있다. 이 중 가축물의 배설물, 음식폐기물 등을 주원료로 제조하는 경우 제조 공정 중에 인위적인 부숙(발효)을 반드시 거쳐야하는 번거로움이 있고, 비료의 시비 시 특유의 악취발생 및 잡초가 빈번하게 발생될 수 있다.
본 명세서의 일 측면에 따른 유기질 비료는 피마자박 60~80중량부 및 미강 1~15중량부를 포함할 수 있다. 또한 적용되는 토양의 상태나 품종에 따라 채종유박 5~30중량부, 팜유박 1~5중량부 및 가공계분 5~20중량부로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 이와 같이 피마자박, 채종유박, 팜유박, 미강 등의 식물성 원료를 포함하여 종래의 퇴비 대비 NPK 함량을 증가시키며 가공계분과 같은 동물성 원료를 포함하여 유기물 함량을 증가킬 수 있다.
상기 피마자박, 채종유박 및 팜유박은 원료가 되는 종자에서 유지를 추출한 나머지 부산물을 의미하며 상기 피마자박은 피마자 열매에서 기름을 짜고 남은 부산물이고, 채종유박은 유채 종자에서 기름을 짜고 남은 부산물이며, 팜유박은 야자류의 종자에서 기름을 압착하고 남은 부산물이다. 상기 피마자박, 채종유박 및 팜유박은 동물성 원료에 비해 상대적으로 높은 질소함량을 포함할 수 있다.
상기 피마자박의 함량은 예를 들어, 60중량부, 61중량부, 62중량부, 63중량부, 64중량부, 65중량부, 66중량부, 67중량부, 68중량부, 69중량부, 70중량부, 71중량부, 72중량부, 73중량부, 74중량부, 75중량부, 76중량부, 77중량부, 78중량부, 79중량부 또는 80중량부일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 피마자박의 함량이 상기 범위를 벗어나면 비료 내 질소함량이 저하될 수 있다.
또한, 상기 채종유박의 함량은 예를 들어, 5중량부, 6중량부, 7중량부, 8중량부, 9중량부, 10중량부, 11중량부, 12중량부, 13중량부, 14중량부, 15중량부, 16중량부, 17중량부, 18중량부, 19중량부, 20중량부, 21중량부, 22중량부, 23중량부, 24중량부, 25중량부, 26중량부, 27중량부, 28중량부, 29중량부 또는 30중량부일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 상기 팜유박의 함량은 예를 들어, 1중량부, 2중량부, 3중량부, 4중량부 또는 5중량부일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
채종유박 또는 팜유박을 더 포함하는 경우 각각의 함량이 상기 범위를 벗어나게 투입되면 비료의 코팅성이 저하될 수 있다.
한편, 상기 유기질 비료는 가공계분을 더 포함할 수 있다. 일반적으로 계분은 우분과 돈분에 비해 질소, 인산 및 칼리와 같은 비료 성분의 함량이 많아 비료의 원료로 가치가 높고, 사료의 성분이 대체적으로 일정하여, 계분의 성분의 차이가 크지 않다. 다만 원료 자체가 수분이 많아 비료로 적용하기 위해 일반적으로 발효과정이나 건조과정을 거쳐 유기질 비료로 적용할 수 있다. 계분을 건조한 건계분, 일정기간의 발효과정을 거친 가공계분 및 발효과정을 거쳐 부숙이 완료된 부숙퇴비 등의 형태로 제조할 수 있다. 특히, 가공계분은 일정 발효기간을 거치기 때문에 건계분에 비해 작물 생육에 안정적일 수 있고, 부숙퇴비에 비해 발효기간이 짧기 때문에 양분의 손실이 적은 장점이 있다.
상기 가공계분은 원료인 계분에 톱밥을 혼합하여 발효공정을 거쳐 제조될 수 있고, 계분 및 톱밥이 70~90 : 10~30의 중량비로 혼합된 것일 수 있다. 상기 계분에 톱밥을 혼합함으로써, 계분의 수분을 조절 및 악취가 저감되어 취급이 용이할 수 있고, 유기질 비료로의 적용이 용이할 수 있다. 상기 가공계분은 전술된 식물성 원료인 피마자박, 채종유박 및 팜유박과 배합되어 상기 유기질 비료의 성능을 향상시킬 수 있고, 이에 따라 작물의 생산성이 향상될 수 있다.
상기 가공계분의 함량은 예를 들어, 5중량부, 6중량부, 7중량부, 8중량부, 9중량부, 10중량부, 11중량부, 12중량부, 13중량부, 14중량부, 15중량부, 16중량부, 17중량부, 18중량부, 19중량부 또는 20중량부일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 미강은 현미를 백미로 도정할 때 발생하는 부산물이며, 인산의 함량이 높아 사료, 퇴비 또는 친환경 자재 용도로 사용될 수 있다. 상기 미강은 기름 성분을 포함하고 있어, 유기질 비료의 각각의 원료가 혼합될 시 고르게 혼합될 수 있도록 윤활제 역할을 수행할 수 있다. 상기 각각의 원료가 고르게 혼합됨으로써, 상기 원료 간의 결합력이 향상할 수 있다. 상기 미강의 함량은 예를 들어, 1중량부, 2중량부, 3중량부, 4중량부, 5중량부, 6중량부, 7중량부, 8중량부, 9중량부 또는 10중량부일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 미강의 함량이 상기 범위를 벗어나면 전술한 윤활제로서의 효과가 부족하거나, 비료의 고형화가 어려울 수 있다.
한편, 상기 미생물 제제가 코팅된 유기질 비료는 상기 유기질 비료 표면 중 적어도 일부에 형성되는 코팅층을 포함하고, 상기 코팅층은 미생물 배양액을 분사, 건조 및 냉각시켜 형성된 것일 수 있다.
상기 코팅층은 미생물 분말 존재 하에 유기질 비료를 회전시키거나, 미생물 배양액에 유기질 비료를 담지시키는 방법 등으로도 형성될 수 있으나, 분사, 건조 및 냉각시키는 방법을 이용하면 유기질 비료의 특성과 미생물 비료의 특성을 동시에 발현하면서도 기계적 강도를 향상시켜 저장안정성을 개선할 수 있다.
유박, 가공계분, 미강 등의 유기물 성분을 주원료로 제조되는 유기질 비료의 경우 이미 발효과정을 거쳤거나, 인위적인 부숙이 필수적으로 요구되는 성분은 아니나, 토양에 시비된 후 토양의 미생물과 발효 과정을 거쳐 토양의 영양성분을 공급할 수 있다. 다만 발효되는 속도가 가축분퇴비에 비해 더디고, 토양의 황폐화에 따른 미생물의 공급이 원활하지 못하는 경우 유기질 비료의 토양 개질 효과가 현저하게 저감될 수 있다.
상기 코팅층은 상기 유기질 비료의 표면 중 적어도 일부에 형성되되, 상기 유기질 비료 중심부에의 침투량이 극히 적거나, 침투하지 않는 것일 수 있다. 코팅층에 포함되는 미생물은 액상으로 적용됨으로써, 코팅 시 상기 유기질 비료 중심(0%)으로부터 75%를 초과하는 지점인 표면부에 일정량이 흡수될 수 있고, 상기 유기질 비료의 재료 간의 결합력이 강해져 상기 미생물 제제가 코팅된 유기질 비료의 기계적 물성이 향상될 수 있다. 또한, 유기질 비료의 미강은 코팅층과의 결합력을 강화할 수 있다. 반면 유기질 비료의 중심으로부터 75% 이하의 지점인 중심부에 미생물 배양액이 침투하는 경우 건조 및 냉각 공정에서 비료가 파손될 수 있다. 종래의 화학비료와 달리 유기질 비료는 상대적으로 결합력이 부족할 수 있으나, 코팅층을 표면부에만 형성시킴으로써 기계적 강도와 저장안정성을 개선할 수 있다.
상기 미생물 배양액은 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis) 배양액, 사카로마이세스 세레비지애(Saccharomyces cerevisiae) 배양액, 슈도모나스 프로테겐스(Pseudomonas protegens) 배양액, 아스퍼질러스 칼레스테미이(Aspergillus callestemii) 배양액, 로도토룰라 아우란티아카(Rhodotorula aurantiaca) 배양액, 바실러스 메가테리움(Bacillus megaterium) 배양액, 스트렙토마이세스 코스타리카너스(Streptomyces costaricanus) 배양액, 써모아스커스 써모필러스(Thermoascus thermophilus) 배양액 및 이들 중 2이상의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나일 수 있고, 상기 미생물 배양액은 1x106~7cfu/g의 미생물 분말을 정제수에 300~500배 희석한 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 상기 코팅층의 두께는 10~50㎛일 수 있고, 예를 들어, 10㎛, 11㎛, 12㎛, 13㎛, 14㎛, 15㎛, 16㎛, 17㎛, 18㎛, 19㎛, 20㎛, 21㎛, 22㎛, 23㎛, 24㎛, 25㎛, 26㎛, 27㎛, 28㎛, 29㎛, 30㎛, 31㎛, 32㎛, 33㎛, 34㎛, 35㎛, 36㎛, 37㎛, 38㎛, 39㎛, 40㎛, 41㎛, 42㎛, 43㎛, 44㎛, 45㎛, 46㎛, 47㎛, 48㎛, 49㎛ 또는 50㎛일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 코팅층의 두께가 10㎛ 미만이면 상기 유기질 비료의 품질이 저하되거나 기계적 강도 개선 효과가 불충분할 수 있고, 50㎛ 초과이면 필요 이상의 코팅층이 형성되어 상기 유기질 비료의 비효 속도가 저하되거나, 내부에 배양액이 과도하게 침투하여 기계적 물성이 저하될 수 있다.
한편, 상기 유기질 비료의 평균 입도는 1~10㎜일 수 있고, 예를 들어, 1㎜, 2㎜, 3㎜, 4㎜, 5㎜, 6㎜, 7㎜, 8㎜, 9㎜ 또는 10㎜일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 유기질 비료의 평균 입도가 1㎜ 미만이면 상기 유기질 비료의 유실의 위험성이 증가할 수 있고, 10㎜ 초과이면 상기 유기질 비료의 기계적 물성이 저하될 수 있다.
한편, 상기 유기질 비료는 펠렛 또는 그래뉼 형태일 수 있다. 구체적으로, 상기 유기질 비료는 펠렛 또는 그래뉼의 고형 입자로 제조되어 비료의 운반 시 분진의 발생이 최소화될 수 있고, 시비 시 균일하게 살포될 수 있어 사용의 편의성이 향상될 수 있다.
미생물 제제가 코팅된 유기질 비료의 제조방법
도 1은 일 실시예에 따른 유기질 비료의 제조방법을 도식화한 것이다.
도 1을 참고하면, (a) 피마자박 60~80중량부 및 미강 1~15중량부를 혼련 및 분쇄하는 단계; (b) 상기 (a)의 혼합물을 펠렛 또는 그래뉼 형태로 성형하여 유기질 비료를 제조하는 단계; (c) 상기 유기질 비료에 미생물 배양액을 분사하여 코팅층을 형성하는 단계; 및 (d) 상기 (c) 단계의 생성물을 냉각 및 건조하는 단계;를 포함하는 미생물 제제가 코팅된 유기질 비료의 제조방법이 제공된다.
먼저, (a) 단계에서 피마자박 60~80중량부 및 미강 1~15중량부를 혼련 및 분쇄하여 혼합물을 제조하거나 채종유박 5~30중량부, 팜유박 1~5중량부 및 가공계분 5~20중량부로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 더 포함하여 혼련 및 분쇄하여 혼합물을 제조할 수 있다. 상기 각 원료에 대한 물성, 함량 및 이에 따른 구체적인 효과는 전술한 바와 같다.
상기 (a)의 혼합물은 (b) 단계에서 펠렛 또는 그래뉼 형태로 성형하여 유기질 비료가 제조될 수 있다. 구체적으로, 상기 (a)의 혼합물은 성형기에 투입되어 펠렛 또는 그래뉼 형태로 고형화되어 성형될 수 있고, 상기 (b) 단계는 유기질 비료의 성형온도가 300~500℃, 예를 들어, 300℃, 325℃, 350℃, 375℃, 400℃, 425℃, 450℃, 475℃, 500℃ 또는 이들 중 두 값의 사이 값에서 수행될 수 있다. 상기 성형온도가 300℃ 미만이면 유기질 비료의 성형성이 저하될 수 있고, 500℃ 초과이면 성형온도가 과도하게 높아 유기질 비료가 파괴될 수 있다.
상기 (c) 단계에서 상기 유기질 비료에 미생물 배양액을 분사하여 코팅층을 형성시킬 수 있다. 구체적으로, 상기 (c) 단계는, 상기 (b) 단계에서 성형된 유기질 비료를 드럼형 코팅기에 내부에 투입하는 단계; 및 상기 코팅기 내부로 미생물 배양액을 분사하는 단계;를 포함하고, 상기 코팅기의 회전함과 동시에 미생물 배양액이 분사되면서 상기 유기질 비료의 코팅이 수행될 수 있고, 이에 따라 상기 유기질 비료의 표면에 균일하게 코팅층이 형성될 수 있다. 상기 코팅층은 미생물 배양액을 포함함으로써, 상기 미생물 배양액의 일부가 상기 유기질 비료에 흡수되어 상기 유기질 비료의 결합력을 견고하게 증가시킬 수 있고, 이에 따라 유기질 비료의 기계적 물성이 향상될 수 있다. 또한, 상기 미생물 배양액이 직접 상기 유기질 비료에 코팅됨으로써 상기 유기질 비료의 비효 속도가 향상될 수 있어 작물의 생산성을 향상시킬 수 있다. 또한 상기 코팅층이 회전식 분사에 의해 형성되면서 배양액의 과도한 침투를 막으며 기계적 물성과 저장안정성을 개선할 수 있다.
상기 드럼형 코팅기는 유기질 비료의 특성과 형성하고자 하는 코팅층의 두께에 따라 드럼의 회전속도와 배양액의 분사량을 조절할 수 있다. 예를 들어, 드럼의 회전속도는 5~25rpm일 수 있고, 배양액의 분사량은 유기질 비료 100부피부에 대하여 0.1~20부피부일 수 있다. 드럼의 회전속도가 증가하거나 배양액의 분사량이 감소하면 코팅층 두께가 감소하고, 드럼의 회전속도가 감소하거나 배양액의 분사량이 증가하면 코팅층 두께가 증가할 수 있다.
상기 (d) 단계에서 상기 (c) 단계의 생성물을 냉각 및 건조시킬 수 있다. 상기 (d) 단계의 냉각 및 건조가 온도 0~10℃에서 수행될 수 있고, 냉각 및 건조온도가 상기 범위를 만족하면 과도하게 냉각 및 건조되어 기계적 물성이 저하되거나 유기질 비료 및 코팅층 간의 결합력이 저하되는 문제점을 방지할 수 있다.
한편, 상기 코팅층의 두께는 10~50㎛일 수 있고, 예를 들어, 10㎛, 11㎛, 12㎛, 13㎛, 14㎛, 15㎛, 16㎛, 17㎛, 18㎛, 19㎛, 20㎛, 21㎛, 22㎛, 23㎛, 24㎛, 25㎛, 26㎛, 27㎛, 28㎛, 29㎛, 30㎛, 31㎛, 32㎛, 33㎛, 34㎛, 35㎛, 36㎛, 37㎛, 38㎛, 39㎛, 40㎛, 41㎛, 42㎛, 43㎛, 44㎛, 45㎛, 46㎛, 47㎛, 48㎛, 49㎛ 또는 50㎛일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 코팅층의 두께가 10㎛ 미만이면 상기 유기질 비료의 품질 및 기계적 물성이 저하될 수 있고, 50㎛ 초과이면 필요 이상의 코팅층이 형성되어 상기 유기질 비료의 비효 속도가 저하될 수 있다.
한편, 상기 유기질 비료의 평균 입도는 1~10㎜일 수 있고, 예를 들어, 1㎜, 2㎜, 3㎜, 4㎜, 5㎜, 6㎜, 7㎜, 8㎜, 9㎜ 또는 10㎜일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 유기질 비료의 평균 입도가 1㎜ 미만이면 상기 유기질 비료의 유실의 위험성이 증가할 수 있고, 10㎜ 초과이면 상기 유기질 비료의 기계적 물성이 저하될 수 있다.
이하, 본 명세서의 실시예에 관하여 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이하의 실험 결과는 상기 실시예 중 대표적인 실험 결과만을 기재한 것이며, 실시예 등에 의해 본 명세서의 범위와 내용이 축소되거나 제한되어 해석될 수 없다. 아래에서 명시적으로 제시하지 않은 본 명세서의 여러 구현예의 각각의 효과는 해당 부분에서 구체적으로 기재하도록 한다.
실시예 1
분쇄기에 피마자박 80중량부, 채종유박 10중량부, 팜유박 5중량부 및 미강 5중량부를 투입하고 혼련 및 분쇄하여 혼합물을 제조하였다.
제조된 혼합물에 입상성형기에 투입하여 400℃에서 압출하여 펠렛 형태의 유기질 비료를 성형하였다. 성형된 유기질 비료를 드럼형 코팅기에 투입하고 회전시키는 동시에 바실러스 메가테리움 배양액을 분사시켜 유기질 비료의 표면에 30㎛의 두께로 코팅한 후 냉각기에서 5℃의 온도에서 2시간 동안 냉각 및 건조하여 평균 입도가 5㎜인 미생물 제제가 코팅된 유기질 비료를 제조하였다.
실시예 2
분쇄기에 피마자박 70중량부, 계분 및 톱밥이 80 : 20의 중량비로 혼합된 가공계분 20중량부 및 미강 10중량부를 투입하고 혼련 및 분쇄하여 혼합물을 제조하였다.
제조된 혼합물에 입상성형기에 투입하여 400℃에서 압출하여 그래뉼 형태의 유기질 비료를 성형하였다. 성형된 유기질 비료를 드럼형 코팅기에 투입하고 회전시키는 동시에 바실러스 메가테리움 배양액을 분사시켜 유기질 비료의 표면에 30㎛의 두께로 코팅한 후 냉각기에서 5℃의 온도에서 2시간 동안 냉각 및 건조하여 평균 입도가 5㎜인 미생물 제제가 코팅된 유기질 비료를 제조하였다.
실시예 3
분쇄기에 피마자박 60중량부, 채종유박 30중량부 및 미강 10중량부를 투입하고 혼련 및 분쇄하여 혼합물을 제조하였다.
제조된 혼합물에 입상성형기에 투입하여 400℃에서 압출하여 그래뉼 형태의 유기질 비료를 성형하였다. 성형된 유기질 비료를 드럼형 코팅기에 투입하고 회전시키는 동시에 바실러스 서브틸리스 배양액을 분사시켜 유기질 비료의 표면에 30㎛의 두께로 코팅한 후 냉각기에서 5℃의 온도에서 2시간 동안 냉각 및 건조하여 평균 입도가 5㎜인 미생물 제제가 코팅된 유기질 비료를 제조하였다.
실시예 4
드럼 회전속도를 증가시키고 배양액 분사량을 감소시켜 코팅층의 두께가 15㎛가 되도록 코팅한 것을 제외하면 실시예 1과 동일한 방법으로 미생물 제제가 코팅된 유기질 비료를 제조하였다.
실시예 5
배양액 분사량을 증가시켜 코팅층의 두께가 45㎛가 되도록 코팅한 것을 제외하면 실시예 1과 동일한 방법으로 미생물 제제가 코팅된 유기질 비료를 제조하였다.
비교예 1
종래 가축물의 배설물을 주원료로 제조된 유기질 비료를 비교예 1로 하였다.
비교예 2
미생물 배양액을 포함하는 코팅층을 형성하지 않은 것을 제외하면 실시예 1과 동일한 방법으로 유기질 비료를 제조하였다.
비교예 3
성형된 유기질 비료를 미생물 분말과 회전식 교반하여 코팅층을 형성한 것을 제외하면 실시예 1과 동일한 방법으로 미생물 제제가 코팅된 유기질 비료를 제조하였다. 미생물 분말이 유기질 비료에 불균질하게 코팅되어 코팅층의 두께 측정이 불가능하였다.
비교예 4
성형된 유기질 비료를 미생물 배양액에 30초 동안 담지시킨 후 냉각 및 건조하여 코팅층을 형성한 것을 제외하면 실시예 1과 동일한 방법으로 미생물 제제가 코팅된 유기질 비료를 제조하였다. 코팅층의 두께는 약 80㎛로 형성되었으며, 미생물 배양액이 성형된 유기질 비료의 내부에 침투하여 냉각 및 건조 시 미생물 제제가 코팅된 유기질 비료가 파손되는 비율이 30%를 초과하여 수율이 불량하였다.
비교예 5
드럼 회전속도를 증가시키고 미생물 배양액의 분사량을 감소시켜 코팅층의 두께를 5㎛로 조절한 것을 제외하면 실시예 1과 동일한 방법으로 유기질 비료를 제조하였다.
비교예 6
미생물 배양액의 분사량을 증가시켜 코팅층의 두께를 75㎛로 조절한 것을 제외하면 실시예 1과 동일한 방법으로 유기질 비료를 제조하였다. 미생물 배양액이 성형된 유기질 비료의 내부에 침투하여 냉각 및 건조 시 미생물 제제가 코팅된 유기질 비료 일부가 파손되는 현상이 발생하였다. 비료가 파손되어 직경의 약 15%가 손실되었다는 점에서 미생물 배양액이 과도하게 침투하는 경우 이러한 파손이 발생량이 증가하는 것으로 예상된다.
실험예 1: 유기질 비료의 성분 평가
실시예 및 비교예에서 제조된 유기질 비료의 성분 평가를 위해, 각각의 유기질 비료의 pH, OM(유기질), T-N(총질소), P2O5(인), K2O(칼리), CaO(칼슘), MgO(마그네슘), Na2O(나트륨) 및 수분 함량을 측정하고, 그 결과를 표 1에 나타내었다.
| 구분 | pH | OM(%) | T-N(%) | P2O5(%) | K2O(%) | CaO(%) | MgO(%) | Na2O(%) | 수분(%) |
| 실시예 1 | 6.4 | 76.4 | 7.7 | 2.4 | 2.1 | 5.8 | 0.9 | 0.2 | 4.5 |
| 실시예 2 | 6.5 | 76.2 | 7.6 | 2.4 | 1.9 | 5.7 | 1.1 | 0.3 | 4.8 |
| 실시예 3 | 6.4 | 76.3 | 7.7 | 2.5 | 2.0 | 5.6 | 1.0 | 0.2 | 4.7 |
| 비교예 1 | 6.1 | 45.7 | 4.7 | 1.2 | 0.5 | 3.4 | 0.3 | 1.2 | 43 |
| 비교예 2 | 6.2 | 80.3 | 6.2 | 1.5 | 1.1 | 4.5 | 0.5 | 0.2 | 3.7 |
| 비교예 3 | 6.4 | 78.9 | 7.1 | 2.0 | 2.0 | 5.2 | 0.7 | 0.3 | 3.8 |
| 비교예 4 | 6.2 | 75.9 | 6.8 | 1.6 | 1.2 | 5.4 | 0.6 | 0.2 | 8.3 |
상기 표 1을 참고하면, 종래 가축분퇴비인 비교예 1을 제외한 유기질 비료는 미차가 존재하나 유기질 성분이 75% 이상을 만족하였고, 특히 실시예 1 및 2의 유기질 비료 성분 중 가장 유효한 성분인 질소(N), 인(P), 칼리(K)의 함량이 가장 높은 수치를 나타냄을 확인할 수 있어 시비 시 토양의 품질을 개선할 수 있고 작물의 생산성이 향상될 것으로 예상할 수 있다. 이에 반해, 코팅층을 포함하지 않거나(비교예 2), 배양액에 유기질 비료를 담지시켜 코팅층을 형성하는 경우(비교예 4)의 유기질 비료는 NPK 성분이 다소 저하됨을 확인할 수 있다.
실험예 2: 유기질 비료의 기계적 물성 평가
실시예 및 비교예에서 제조된 유기질 비료의 기계적 물성을 확인하기 위해 충격강도 및 인장강도를 측정하였고, 그 결과를 표 2에 나타내었다.
-충격강도(1/8'', kg·cm/cm): ASTM D256 방법에 의거하여 측정하였다. (Notched-Izod Impact)
-인장강도(kg·cm/cm): ASTM D638 방법에 의거하여 측정하였다.
| 구분 | 충격강도 | 인장강도 |
| 실시예 1 | 10.4 | 251 |
| 실시예 2 | 10.2 | 247 |
| 실시예 3 | 10.3 | 253 |
| 실시예 4 | 9.8 | 237 |
| 실시예 5 | 10.1 | 238 |
| 비교예 1 | 5.1 | 154 |
| 비교예 2 | 7.4 | 174 |
| 비교예 3 | 7.2 | 162 |
| 비교예 4 | 6.3 | 137 |
| 비교예 5 | 7.5 | 177 |
| 비교예 6 | 6.8 | 141 |
표 2를 참고하면, 실시예의 미생물 제제가 코팅된 유기질 비료의 충격강도 및 인장강도를 참고하면 기계적 물성이 우수함을 확인할 수 있고, 이에 따라 실시예의 미생물 제제가 코팅된 유기질 비료를 시비 시 파손 및 유실없이 살포할 수 있고, 이에 따라 상기 유기질 비료의 사용 대비 비효가 우수하여 작물의 생산성이 향상될 것으로 예상할 수 있다.
이에 반해, 종래 가축물퇴비의 경우(비교예 1) 다량의 수분을 함유하여 충격강도 및 인장강도가 현저하게 저하됨을 확인할 수 있고, 코팅층을 포함하지 않거나(비교예 2), 미생물 분말을 이용하여 코팅층 형성 시(비교예 3) 충격강도 및 인장강도가 낮은 값을 나타내었다. 미생물 배양액에 담지시켜 코팅층을 형성한 경우(비교예 4) 미생물 제제가 코팅된 유기질 비료 내부에 배양액이 과도하게 침투하여 충격강도 및 인장강도가 저하되었다. 또한, 배양액을 분사시켜 코팅을 수행하더라도 코팅층의 두께가 과도하게 얇은 경우(비교예 5) 유기질 비료의 결합력이 저하되어 강도개선 효과가 미흡하였고, 코팅층의 두께가 과도하게 두꺼운 경우(비교예 6) 배양액이 내부에 과도하게 침투하여 기계적 강도가 저하되었음을 확인할 수 있다.
전술한 본 명세서의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 명세서의 일 측면이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 명세서에 기재된 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 명세서의 범위는 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 명세서의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
Claims (10)
- 피마자박 60~80중량부 및 미강 1~15중량부를 포함하는 유기질 비료에 있어서,
상기 유기질 비료 표면에 적어도 일부에 형성되는 코팅층을 포함하고,
상기 코팅층은 미생물 배양액을 분사, 건조 및 냉각시켜 형성되며,
상기 코팅층의 두께는 10~50㎛이고,
상기 유기질 비료의 평균 입도는 1~10㎜인, 미생물 제제가 코팅된 유기질 비료. - 제1항에 있어서,
상기 유기질 비료는 채종유박 5~30중량부, 팜유박 1~5중량부 및 가공계분 5~20중량부로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 더 포함하는, 미생물 제제가 코팅된 유기질 비료. - 제1항에 있어서,
상기 미생물 배양액은 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis) 배양액, 사카로마이세스 세레비지애(Saccharomyces cerevisiae) 배양액, 슈도모나스 프로테겐스(Pseudomonas protegens) 배양액, 아스퍼질러스 칼레스테미이(Aspergillus callestemii) 배양액, 로도토룰라 아우란티아카(Rhodotorula aurantiaca) 배양액, 바실러스 메가테리움(Bacillus megaterium) 배양액, 스트렙토마이세스 코스타리카너스(Streptomyces costaricanus) 배양액, 써모아스커스 써모필러스(Thermoascus thermophilus) 배양액 및 이들 중 2이상의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나인, 미생물 제제가 코팅된 유기질 비료. - 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 유기질 비료는 펠렛 또는 그래뉼 형태인, 미생물 제제가 코팅된 유기질 비료. - (a) 피마자박 60~80중량부 및 미강 1~15중량부를 혼련 및 분쇄하는 단계;
(b) 상기 (a)의 혼합물을 펠렛 또는 그래뉼 형태로 성형하여 유기질 비료를 제조하는 단계;
(c) 상기 유기질 비료에 미생물 배양액을 분사하여 코팅층을 형성하는 단계; 및
(d) 상기 (c) 단계의 생성물을 냉각 및 건조하는 단계;를 포함하고,
상기 코팅층의 두께는 10~50㎛이고,
상기 유기질 비료의 평균 입도는 1~10㎜인, 미생물 제제가 코팅된 유기질 비료의 제조방법. - 제7항에 있어서,
상기 (a) 단계에서 채종유박 5~30중량부, 팜유박 1~5중량부 및 가공계분 5~20중량부로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 더 포함하여 혼련 및 분쇄하는, 미생물 제제가 코팅된 유기질 비료의 제조방법. - 제7항에 있어서,
상기 (c) 단계는,
유기질 비료를 드럼형 코팅기에 내부에 투입하는 단계; 및
상기 코팅기 내부로 미생물 배양액을 분사하는 단계;를 포함하고,
상기 코팅기의 회전함과 동시에 상기 미생물 배양액이 분사되면서 상기 유기질 비료의 코팅이 수행되는, 미생물 제제가 코팅된 유기질 비료의 제조방법. - 제7항에 있어서,
상기 (d) 단계의 유기질 비료의 냉각 및 건조가 온도 0~10℃에서 수행되는, 미생물 제제가 코팅된 유기질 비료의 제조방법.
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