KR19980063340A - 아미노산 원액과 Fly ash를 이용한 수분조절재 및 비료제조 방법 농가보급형 가축분뇨처리 시스템 - Google Patents

Abstract

1. 본 발명에 속한 기술분야

(1) 화력발전소, 제지공장, 고로 Fly ash 년간 312만톤의 재활용기술 개발

(2) 조미료, 식품생산공장 아미노산원액 슬러지, 공정오니의 재활용기술 개발

(3) 년간 4400만톤의 가축분뇨 자원화처리에 필요한 톱밥대체 수분조절재의 개발 및 농가보급형 가축분료처리 시스템 연구개발

(4) 농촌 노동력 부족에 따른 완효성, 노동력절감형 비료의 개발공급

(5) WTO 협정에 의거 국재 실량무기화 추세에 따른 주곡의 자급기반조성에 필요한 종합토양개량제의 개발공급

2. 본 발명이 해결하려고 하는 기술적인 과제

본 발명에서 재활용하는 Fly ash와 아미노산 원액은 산업폐기물이며 해당산업분야에서는 오랜기간 재활용기술을 연구 개발하여 왔으나, 아직 괄목할만한 기술의 개발이 되지않아, Fly ash는 약 18%가 재활용되고 대부분 회처리장에 매립처리하는데 매립지 확보의 곤란과 2차 공해로 업계의 큰 문제점이 되고, 아미노산 원액은 강산성으로 비료로 사용하기에 문제점이 발생하여 막대한 유기자원이 해양투기로 버려지고 있다.

국내 축산농가에서 배출하는 가축분뇨의 자원화를 위한 발효돈사, 깔집축사 등 퇴비화에는 수분조절재인 톱밥이 필요하나, 톱밥수급의 어려움으로 대체 조절재의 개발과 농가보급형 가축분뇨처리 시스템의 연구개발은 축산업계의 중요한 당면 과제이다.

3. 본 발명의 해결방법 요지 및 중요한 용도

강알카리성의 Fly ash의 강산성의 아미노산원액을 혼합 PH 중성으로 안정화하고 건조하여, 가축분뇨의 흡착율을 높여 무방류 처리에 사용되는 입상과립상 수분조절재(RGO)를 제조하는 방법을 제공하는 데 있다.

또한 RGO를 이용하여 가축분뇨를 자원화처리에는 농가보급형 가축분뇨 처리 시스템을 개발하여 그 방법을 제공하는 데 있다.

가축분뇨처리후에 수거하는 RGO 잔폐물은 유기물과, 질소를 비롯한 비료성분, 규산질, 고토, 석회 등 미량원소가 다량 함유한 논토양의 종합 토양개량제로 토양에 환원하므로 WTO협정에 따른 무한경쟁시대에 값이 싼 외국산 농산물에 대비한 고품질 양질미를 증산하는 자급기반조성에 필요한 완효성 노동력절감형 비료를 제조하는 기술을 제공하는 유익한 발명이다.

Description

아미노산 원액과 Fly ash를 이용한 수분조절재 및 비료제조 방법 농가보급형 가축분뇨처리 시스템

(1) 수분조절재의 제조방법

Fly ash는 규산질 다공체로서 공극율이 높고, 함수율 0%로서 수분과 양분의 흡착력이 높으나 미세한 분말로서 깔집축사 또는 수분조절재로 사용하기 위하여는 가축의 호흡기 질병과, 운반 및 사용시에 분진 등의 2차공해로 인한 불편한 문제점이 있어 사용을 기피하고 있다.

이와 같은 문제점을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, Fly ash의 운반보관, 사용에 편리하도록 입상(Briquette) 또는 과립상(Granulate)으로 만들고, 퇴비화된 후에는 덩어리가 부서지는 방법을 특징으로 하고 있다.

알칼리성의 다공체인 Fly ash를 입상 과립상으로 뭉치는 접착제를 또 다른 폐기물인 조미료 제조 공정오니인 산성의 아미노산원액, 슬러지를 사용하여 PH를 중성으로 안정화하는 것을 특징으로하며 제5도 공정도와 같이 만드는 본 발명의 제고 공정을 상세히 설명하면 아래와 같다.

제5도, 수분조절재 및 비교 제조 공정도

제1공정: 운반 공정

발전소나 제지공장에서 함수율 0% 상태로 배출하는 Fly ash를 탱크로리로 수거 운반하여 Ash 싸일로(태크)에 보관한다.

조미료공장이나 식품공장에서 배출하는 아미노산액 슬러지 오니를 수거운반하여 액비탱크에 보관한다.

제2공정: 혼합 공정

Ash 싸일로에 보관되어있는 Ash와 탱크에 보관되어 있는 아미노산액을 Fly ash 80∼85중량%를 고속 교반기로 완전 혼합한다.

Fly ash를 뭉치는데(Binding) 사용되는 접착제를 아미노산원액이나 공정오니 슬러지의 점도가 부족하여 덩어리가 쉽게 무너짐(부서짐)을 방지하기 위하여는 아마노산 농축액을 사용하거나, 당밀액, 과당액, 엿물 등을 5∼10중량%를 혼합하여 접착제로 사용한다.

제3공정: 입상 과립상 제조공정

혼합공정을 거친 후에 콘베어로 이송하여 과립기(몰드직경 3∼10mm) 입상제조기(몰드직경 10∼30mm)에 투입하여 고속 압출기로 밀어내거아 찍어내어 용도에 따라 과립상, 입상으로 제조한다.

제4공정; 건조 공정

함수율 15∼20%로 제조한 입상, 과립상 RGO덩어리를 200℃고온의 터널식 건조로에 10∼15분간 통과하며 함수율 5이하로 건조하여, 입상 과립상으로 강도의 유지와 수분과 양분의 흡착력을 높이어 RGO를 만든다.

제5공정; 포장 운반 공정

제품의 포장은 20kg PP 포대에 포장하거나, 운반의 편의나 생산비의 절감을 위하여 수용공급량이 많은 수요자에게는 1톤백으로 벌크상태로 운반 공급한다, 보관 및 운반도중 물에 젖지않도록 주의한다.

제6공정; 비료제조 공정

발효돈사, 우사 및 깔집축사에서 가축분뇨를 처리한후에 수거한 RGO잔폐물에는 유기물과 비료성분, 수분을 조직내에 흡착하여 포화된 상태로 수거, 적치보관중 후발효되어 수도용 비료로 사용이 가능하다.

수거한 잔폐물의 부가가치를 높이고, 후숙처리 과정중 부족한 비료성분을 보충하기 위하여 잔폐물 70∼80중량%에 아미노산원액 20∼30중량%를 흡착 후발효 안정화하여 비료를 제조한다.

RGO를 가축분뇨의 처리에 사용하지 않고, Fly ash와 아미노산원액의 재활용량을 높이고, 물류비와 수집운반에 번거로움을 생략하기 위하여 입상, 과립상 RGO에 곳바로 아미노산원액을 흡착 안정화하여 직접 비료로 제조하며, 방법은 Fly ash 또는 건조한 RGO 60∼70중량%에 아미노산원액 30∼40중량%를 흡착 안정화하여 만든다.

위와 같이 제조한 비료의 시험성적은 아래 제6도와 같다.

제6도, 본 발명 부산물비료 시험성적서 한국생활용품시험연구원

RGO의 특성은 악취와 유기물, 질소 등 영양분과 수분을 다량 흡착보관성이 높은 미세다공질로 염기치환용량이 100∼140me/100g 으로 높고, 질소 등 비료성분, 유기물, 규산질, 고토, 석회, 철분 등 각종 유효성분을 다량 함유하고, 서서히 공급해 주므로 비료의 유실을 방지하는 완효성 종합 토양개량제로 경운시에 1회의 기비로 100∼120일 이상 비료호과를 나타내는 노동력 절감형비료가 된다.

RGO에 다량 함유한 규산질은 벼의 규화세포를 이루어 도열병 등 병해나 충해에 다한 저항성을 높이며, 세포를 강화하므로 내 도복성이 높아지고 벼가 잘 익어 고품질 양질미를 5%이상 증산이 가능하다.

제7도, 본 발명 비료의 수도작 경작 시험성적서

상술한 수치는 본 고안의 실험을 위한 수치이므로 본 고안은 상기 수치에 한정되지 않는다.

(2) 농가보급형 가축분뇨처리 시스템

축사바닥에 10∼60cm의 발효상을 설치하고, 톱밥 20∼30중량%와 과립상RGO 70∼80중량%를 혼합한 발효상재를 채운다.

발효상 위에 가축을 사육하면 배설한 분뇨가 상재에 흡착하여 호기성 발효균제에 의하여 발효분해되어 수분이 증발되고, 축사내에서 퇴비화하는 방법으로, 가축분뇨 무방류화로 수질오염을 근원적으로 방지하며, 시설비와 유지관리 처리비가 절감되는 효율적이고, 간편한 농가보급형 가축분뇨처리 시스템(System)에 관한 기술을 제공함에 있다.

제8도, RGO 발효돈사

제9도, 깔집 축사(우사, 마사)

발전소, 제지공장, 조미료, 식품공장에서 폐기되는 수많은 부산물로 값이 저렴하게 제조한 RGO를 사용할 때 우사, 마사의 깔집축사인 경우는 15∼30일간, 발효 돈사에서는 6개월이상 악취와 분뇨를 흡착 배출하지 않고, 지속되므로 축산업에서 가장 문제점이 많고, 어려운 분뇨 처리를 매일 수거하는 인력과 비용이 절감되며, 파리, 모기, 구더기 등 해충이 구제되는 효율적이고, 생력적인 가축분뇨처리 시스템이다.

RGO는 아래 제10도 유행성분 시험성적서와 같이 인체, 동물, 작물에 무독성으로 가축에 안전하게 사용이 가능하다.

제10도, RGO의 유해성분 시험성적서한국생활용품시험연구원

조미료 및 식품, 음료생산 공정에서 부산물로 발생하는 아미노산 액비 등 폐액과 슬러지, 오니는 년간 수십만톤에 달하고 있다.

이들 폐기물은 일부 부산물비료로 이용되고 있으나 재활용기술의 부족과 수분조절재 조달의 어려움, 생산자들의 양식부족 등으로, 국내 부산물비료 생산 공장의 50%가 농림부 퇴비품질 공정규격에 미달(95년통계)하며, 토양과 농작물에 부작용이 발생되는 문제점이 지적되고 있다.

일부 조미료, 식품 생산공장에 따라서는 처리에 어려운 문제를 해결하기 위하여 해양투기로 버리고 있고, 그 처리비용이 수십억원에 이른다.

본 발명은 아래 제1도 조미료, 식품공장에서 발생하는 아미노산원액과 제2도, Fly ash를 동시에 안정화, 입상으로 수분조절재(Bulking agent)를 제조하는 방법과 발효축사, 깔집축사, 퇴비제조용 수분조절재로 사용하고, 수거한 잔폐물은 비료성분, 유기물, 규산질 등 논토양개량에 필요한 모든 성분을 고르게 함유한 수도용 완효성, 노동력 절감형 비료로 재활용하는 방법으로, 자원의 절감과 환경오염을 방지하는 기술을 제공하는데 있다.

제1도. 아미노산액의 시험성적미원산업. 제일제당; 참고자료

석탄을 사용하는 화력발전소를 비롯한 제지공장 슬러지소각로 및 고로에서 발생하는 Fly ash는 1996년 1년간 312만톤에 달하며 제지공장, 화력 발전소의 증설과 석탄사용량의 증가에 따라 2005년도에는 570만톤에 달할 것으로 추정되고 있다.

국내 Fly ash의 재활용 실적을 보면 95년도에 18%정도를 시멘트, 레미콘 혼화제, 건축 토목분야 및 용광로 제작에 일부를 재활용하고, 대부분을 회처리장(Ash pond)에 매립하고 있는데 화력발전소나 제지, 펄프 공장에 매립지 확보의 곤란과 2차 공해로 업계에 문제가 되고 있다.

Fly ash에는 제2도와 같이 논 토양개량에 필요한 가용성 규산질, 석회고토, 카리, 철분 등 미량원소로 이루어진 다공체로서 수분과 식물영양분의 흡착능력과 염기치환용량이 높고, 수분과 영양분을 서서히 배출하는 조절재(Bulking agent)로서 아주 적합한 물성을 가지고 있다.

제2도, Fly ash 성분 시험성적서한국전력, 한솔제지; 참고자료

국민소득 수준의 향상에 따라 식생활 양상이 동물성 단백질의 수요가 증가되고, 가축의 사육규모가 기업화되면서 가축분뇨에 의한 환경의 오염문제가 사회문제로 대두되었고, 환경의 중요성에 대한 국민의 인식이 급격히 높아짐에 따라 축사에서 발생하는 분뇨의 처리문제는 우리나라의 축산업 발전을 위해 반드시 해결하지 않으면 않될 문제로 축산기술연구단체나 축산업계에 기술적인 중요한 연구과제로 떠오르게 되었다.

가축의 사육두수가 증가함에 따라 분뇨의 발생량은 점증하고, 1996년도에 년간 분뇨 생산량은 약 4400만톤(분; 2800(63.6%)뇨; 1600(36.4%)에 이른 것으로 추정하고 있다.

제3도, 우리나라 축종별 사육동향축협중앙회; 참고자료

가축분뇨를 그대로 방류하거나 생분상태로 버릴 때 수질오염, 호소의 부영양화, 지하수 오염, 악취 공해와 각종 해충의 번식은 농촌 생활환경을 악화시킬 뿐 아니라, 축산폐수로 오염된 농업용수의 사용은 농산물의 수확량을 감소시킬 수가 있어 법적인 규제를 강화하며, 축산농가의 가장 큰 문제로 대두되고 있다.

1995년말 현재 농림부 통계 가축분뇨 처리시설의 설치현황을 살펴보면 아래 제4도와 같이 시설설치 대상농가 79,855의 79%인 63,435호에서 시설을 설치하였는데, 42,987호(68%)에서는 자원화시설을, 20,448농가에서는 정화방류시설을 설치하였다.

제4도, 분뇨처리시설 설치 현황농림부; 95년도말 통계

가축분뇨의 자원화 시설에는 축사바닥에 10∼60cm 깊이로 톱밥을 깔아서 처리하는 방법과, 축사 밖에 분뇨를 수거하여 톱밥과 발효 퇴비화방법, 폐수의 톱밥 여과시설 등 여러가지 방법이 개발되어 있다.

축산 농가들이나 축분을 수거하여 퇴비를 제조하는 비료공장에서 톱밥의 수요가 폭발적으로 증가함에 따라 년간 수십만톤에 달하나 제재소에서 부산물로 생산되는 톱밥만으로는 수요를 충당할 수가 없어 가격이 폭등하고, 구입하기가 용이하지 않아 자원화시설 보급에 문제점이 되고 있다.

톱밥 발효돈사, 톱밥 발효우사, 마사 등 깔집축사 시설운영 및 비료 공장운영과 원가의 상승 등 어려움이 많이 발생하고, 또한 실패의 원인이 되고 있어 심각한 현실이다. 이에 따라 톱밥대체 수분조절재의 개발과 농가보급형 가축분뇨처리 시스템 개발 연구 보급 사업은 축산기술연구단체나 축산업계의 중요한 당면과제로 대두되고 있다.

본 발명은 축산업계의 가장 큰 문제인 가축분뇨의 처리에 필요한 톱밥대체 수분조절재(Bulking agent)인 RGO를 제조하는 방법과 RGO를 이용하여 효율적인 가축분뇨의 자원화 처리하는 농가보급형 가축분뇨처리 시스템을 개발하여 그 방법을 제공하는 데 있다.

분뇨처리후에 RGO 잔폐물은 높은 유기물 함량, 질소를 비롯한 비료성분규산질 및 고토, 석회 등 미량원소가 다량 함유한 토양개량 효과로 현재 많이 사용되고 있는 톱밥과 가축분뇨로 퇴비화한 부산물비료 보다 벼에 대한 시용효과가 제7도, 경작시험 성적서와 같이 현저하게 높은, 완효성 노동력 절감형 생력적 종합토양개량제인 퇴비제조 방법을 제공하므로서, 자원의 절약과 환경오염을 방지하고, WTO협정에 따른 국제식량 무기화에 대비한 국가 정책과제인 주곡의 자급을 위한 식량증산에 기여하며, 환경 친화적인 재활용 기술에 관한 방법을 제공하는 유익한 발명이다.

Claims (3)

1. 조미료, 식품, 음료공장에서 생산하는 아미노산 원액 슬러지 공정오니 15∼20중량%와 발전소, 제지공장, 교로에서 배출하는 함수율 0%의 Fly ash 80∼85중량%를 고속 교반기로 혼합한다;

   과립기(몰드직경 3∼10mm) 입상제조기(몰드 10∼30mm)에 투입하여 고속 압출기로 밀어내거나 찍어내어 과립상, 입상으로 제조한다;

   함수율 15∼20%의 과립상, 입성덩어리를 200℃의 고온의 터널식 건조로에 10∼15분간 통과하여 함수율 5%이하로 건조하여 수분과 양분의 흡착력을 높이고, 운반과 사용에 편리한 수분조절재(RGO)를 제조하는 방법.
2. 입상, 과립상 RGO 또는 Fly ash 60∼70중량%에 아미노산 원액 30∼40중량%를 흡착 안정화하여 Fly ash와 아미노산원액의 폐기물의 재활용을 높이고, 규산질 석회, 고토, 철분, 유기물, 질소, 가리비료가 다량 함유한 품질이 우수하고 저렴한 종합토양개량제로 수도용 완효성 노동력 절감형 생력적 비료의 제조방법.
3. 축사바닥에 10∼60cm의 발효상을 설치하고 과립상, 입상 RGO 70∼80중량%와 톱밥 20∼30중량%를 혼합한 발효상재를 채우고, 가축을 사육하면 배설한 분뇨가 상재에 흡착하여 호기성 미생물에 의한 발효와 분해 건조로 악취와 분뇨의 배출이 없고 퇴비화하는 효율적이고 간편한 농가보급형 가축분뇨처리 시스템에 관한 기술.