KR19980076708A - 하수 슬러지오니와 Fly Ash를 이용한 비료의 제조방법과 수도용 완효성 노동력 절감형 비료 - Google Patents

Abstract

[본 발명에 속한 기술분야]

1. 하수처리장, 축산폐수 공동처리장 슬러지 오니 국내 발생량(습량기준) 일간 약 3300톤의 비료화 재활용 기술개발

2. 화력발전소 석탄재(Fly ash) 제지슬러지 소각재(Ash) 발생량 년간 약 320만톤의 비료화 재활용 기술개발

3. 환경 친화적인 재활용 사업으로 환경오염의 방지와 자원의 절감으로 값이 저렴하고 품질 좋은 부산물 비료의 생산 공급

4. WTO협정에 의거 국제 식량 무기화 추세에 따른 쌀증산 자급기반 조성에 필요한 토양 종합개량제의 개발 공급

5. 농촌 노동력 부족에 따른 완효성 노동력 절감형 벼농사 생력화를 위한 종합 비료의 개발 공급

[본 발명이 해결하려고하는 기술적 과제]

본 발명에서 비료 제조에 이용하는 폐기물인 하수 슬러지오니와 Fly Ash의 처리기술은 환경분야에 오랜 기간의 과제로서, 재활용 기술을 연구 개발하여 왔으나, 지금까지의 개발 기술로는 경제적으로 활용할 만한 방법이 없어, 하수슬러지 오니는 7%, Fly Ash는 18%정도가 재활용되는 것으로 알려지고, 대부분 매립으로 처리되며 매립지 확보와 2차 공해 문제로 심각한 사회문제로 대두되고 있다.

본 발명은 이 문제를 해결하고, 성분상의 특성을 살려 수도용 종합 토양개량제의 제조기술을 제공하므로서 자원의 절감과 2차공해를 주려 환경을 살리고, 이들 폐기물을 매립하는데 소요되는 비용을 절감하는 기술적인 과제를 해결하는 환경친화적인 유익한 발명이다.

[본 발명의 해결 방법 및 중요한 용도]

본 발명은 하수처리장 슬러지와 축산폐수 공동처리장 오니를 Fly Ash로 수분조절하여 호기성 미생물에 의해 발효처리로 유기질, 비료성분, 규산, 석회, 고토등 토양개량제와 Talk, Clay, 토양미생물이 고르게 안정화되어 논토양의 개량에 필요한 모든 성분을 함유한 종합토양개량제를 제조하여 토양에 환원하므로서 WTO협정에 따른 무한경쟁시대에 값이 싼 외국산 쌀의 수입에 대비한 고품질 양질미를 생산하고, 식량안보차원에서 쌀증산을 위한 자급기반조성에 필요한 수도용 생력적 완효성으로 쌀 생산비를 절감하는 비료의 제조기술을 제공하는 발명이다.

Description

하수 슬러지오니와 Fly Ash를 이용한 비료의 제조방법과 수도용 완효성 노동력 절감형 비료

하수 슬러지 오니와 Fly ash를 동시에 처리 비료화하는 본 발명의 제조 공정의 개량은 아래와 같다.

뒤에 첨부된 제 5 도 공정도에 의거하여 본 발명 수도용 완효성 노동력 절감형 종합비료의 제조방법을 상세히 설명한다.

함수율 75~95%의 하수 슬러지 오니에 건조한 Fly ash를 투입하여 호기성 발효에 적합한 수분 50~70%로 혼합한 후에 발효기간을 단축하고자 나선형스크류 2단 교반기가 장착되어 있는 발효조에서 공기를 주입하면서 슬러지 오니에 함유되어 있는 호기성 미생물에 의하여 70~85℃의 고온으로 콤포스팅, 발효기간을 2~3주간으로 단축한다.

고온 발효기간중 병원균이나 기생충란, 잡초씨가 살멸되며 유해성 유기물이 호기성 미생물에 의해 산화와 합성등 생화학적인 반응을 통하여 유해물질을 CO₂, H₂O 등으로 분해 증발시키며, 고분자의 유기물을 식물이 이용하기에 적합한 양분으로 합성하여 유기물과 무기물이 고르게 안정화된 수도작 완효성 종합 비료를 제조하는 방법을 특징으로 한다.

각 공정별로 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.

제 1 공정 ; 수분 조절재의 운반 보관

함수율 75~95%의 하수 슬러지 오니를 발효에 적합한 함수율 50~70%로, 함수율을 조절하기 위한 수분조절재(Bulking agent)로 석탄재(Fly ash)를 수분없이 탱크로리로 운반하여 싸일로에 보관한다.

제 2 공정 ; 하수 슬러지, 오니와 혼합공정

발효조에 하수 슬러지 오니를 투입하고 슬러지의 함수율에 따라 20~40중량%의 Fly ash를 싸일로에서 스크류 콘베어로 발효조에 투입하여 초기 함수율 50~70%가 되도록 조절하고 덩어리가 분해되도록 나선형 스크류식 2단 교반기로 혼합 교반 과정을 거친다. 또는 혼합기에 하수 슬러지 오니 80~60중량%와 Fly ash 40~20중량% 비율로 투입하여 교반 혼합과정을 거쳐 통풍식 발효조에 반입한다.

제 3 공정 ; 발효공정

(1) 교반식 발효공정

상기와 같이 제 2 공정을 통하여 하수 슬러니 오니와 Fly ash를 혼합 분해 공정에 연결된 발효조는 발효기간을 단축하기 위하여 발효 시스템으로 교반식 발효조(Pit)를 이용한다. 처리 용량에 따라 Pit 길이는 60~120m, 넓이 4~8m, 깊이 1.5~2.0m, 크기의 터널식 발효조 바닥에 공기를 강제로 주입할 수 있는 파이프 라인에 연결한 발효조 측면부에 설치한 강력한 송풍기를 이용하여 발효 건조에 필요한 공기를 24시간 공기를 강제 공급하면서 교반 발효 작업을 동시에 실시한다.

상기 발효과정에서 130~180cm 깊이로 쌓여있는 혼합물에 균일한 공기 투입과 수분 증발이 되도록 로타리 교반 발효시스템을 도입하여 발효조 하부의 물질을 상부로 끌어 올려주며, 라선형 스크류 2단교반기 장착으로 상부로 끌어 올려 뒤집고 사방으로 흩으러 고르게 교반, 통기성과 산소공급이 증대되며 수분의 증발을 도와서 발효기간을 단축시키며 앞 부분에서 뒷 부분으로 서서히 옮겨 가면서 호기성 발효가 진행된다. 발효조에 투입된 후 24~48시간 (하절기~동절기) 이내에 발효가 개시되면 수증기가 발생하며 2~4일 이후 부터는 40~60℃ 이상 상승하며 발효가 진행되며 발효조의 1/3 부분에서 부터 60~70℃의 온도 분포를 나타내며 호기성 미생물의 활성화로 염기성 미생물은 감소한다. 온도 상승이 늦어질 때에는 미생물제재를 뿌려준다.

자동적인 기계작동에 의한 발효, 건조, 증발이 되면서 발효조의 1/2부터 내부는 70~85℃의 온도로 상승하여 서서히 수분이 감소되면서 발효조 2/3부분 이후에는 40~50℃ 이하로 낮아지면서 함수율이 40%이하로 되며 2주간 이후에는 발효가 정지된다.

발효후에 고르게 안정화된 비료성분은 제 6 도 시험성적서와 같다.

제 4 공정 ; 첨가제 혼합 및 포장

이상에서와 같이 본 발명에 의해 제조된 비료는 하수 슬러지 오니에 유해성 중금속이 함유할 수가 있어 중금속을 흡착 활성화를 억제하고자 염기치환용량을 높이고 논토양에 사용시에 비료의 성분을 흡착 보관하여 지속적인 완효성을 돕기 위하여 다공성인 갈탄이나 활성탄소 부숙톱밥 또는 제오라이트를 3~5중량%의 첨가제를 혼합하여 포장한다.

완효성 노동력 절감형 비료는 비료성분의 보관성과 다루기에 편리하도록 과립기로 입상으로 완제품을 제조한다.

[제 6 도] 본 발명 부산물비료 성분 시험성적서

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

상술한 바와 같이 본 발명의 비료제조 방법은 환경오염원인 하수슬러지오니와 Fly ash의 처리 문제를 해결하여 주며, 천연 미생물의 호기성 유기물 분해를 이용한 여러가지 폐기물을 동시에 처리하는 방법으로서 처리비용이 절감되며, 농민에게 저렴한 가격으로 종합비료 생산 공급이 가능한 환경친화적인 유용한 재활용 기술이다.

벼 생육에 필요한 모든 성분이 고르게 안정화된 완효성, 노동력 절감형 비료로서 경운시 1회의 기비로 무농약 저 화학비료 농법으로 고품질 양질미를 증산하며, 주식량자급을 위한 농업기반 조성에 기여하며, 농촌 노동력 부족에 대비한 시비, 농약살포 노동력 절감을 위한 쌀생산비의 절감에 생력화로 국제 경쟁력을 키울 수 있는 유용한 발명으로서 96년도 본 발명품에 의한 수도작 경작 시험결과는 다음과 같다.

[제 7 도] 본 발명 비료의 수도작 경작 시험성적서

(1) 하수 슬러지, Fly ash의 발생량 및 재활용 현황

우리나라 전지역 하수처리장에서 발생하는 슬러지 오니는 '95년도 1일간 습량 기준으로 3300톤에 달하며 금후 전극으로 하수처리장을 증설하고 있어 매년 증가 추세로 2001년에는 약 8950통이되면 2011년도에는 약 10020톤에 달할 것으로 추정되고 있다.

1995년도 전국 폐기물 발생 및 처리 현황에 관한 환경부 자료에 의하면 소각처리 5%, 재활용 7% 매립 88%로서 대부분이 매립에 의존하고 있는데, 매립장소의 확보 문제가 심각한 사회문제로 대두되고 있다. 또한 하수 슬러지 처리 기술에는 국내외 적으로 소각처리 방법이나, 경화제를 이용한 고체화하여 폐기하는 방법등이 있으나 처리후 2차 공해를 피할 수가 없고, 막대한 처리비용이 소요되는 문제점이 지적되고 있다.

지정폐기물 공공처리시설 반입수수료 ; 소각시설 (유기성오니) 108천원/톤, 매립시설 (오니류, 소각잔재물) 67400~56200원/톤 석탄을 사용하는 화력발전소에서 발생하는 Fly-ash는 96년도 1년간 312만톤에 달하며 금후 석탄사용 발전소의 증설과 발전량의 증가에 따라 2005년에는 570만톤 2010년에는 약 600톤에 달할 것으로 추정되고 있다. 95년도의 석탄회 재활용율은 18% 정도로서 시멘트원료, 레미콘 혼화재, 건축 토목분야에 재활용되고 나머지는 대부분을 회 처리장(ash pond)에 매립하고 있다.

이들 폐기물의 재활용 기술의 연구 개발은 연구기관이나 재활용업계에서 활발하게 진행되고 있으나 아직 부가가치가 높은 비료화가 되지 않았다. 처리하지 않은 슬러지를 토양에 매립 할대에 발생하는 악취, 침출수에 의한 지하수 오염, 동물 인체에 병원균 전파, 각종 기생충의 전파등 공해 문제를 감소하는 본 발명의 비료화 방법은 콤포스팅 과정중 유기 탄소가 미생물의 활동에 의해 CO₂로 소실되므로 전체적인 폐기물의 분량을 감소시키는 것을 특징으로 한다.

(2) 하수 슬러지 및 Fly Ash의 성분 함량

[제 1 도] 하수 슬러지, 오니의 성분(평균치) 서울특별시 자료참조

[제 2 도] Fly ash 성분(범위 및 평균치) 한국전력, 한솔제지 자료 참조

하수 슬러지, 오니는 배출지역, 계절에 따라 일정하지 않으나 유해물질의 함유량이 많은 경우가 있다. 이들 슬러지 오니를 Fly ash와 갈탄으로 수분을 조절 발효할때에 염기치환용량을 높여 중금속을 흡착하여 활성화를 억제 안정화한다.

(3) 우리나라 논 토양의 특성

우리나라 논토양의 특성은 유기물, 토양개량제(SiO₂, CaO₂, MgO)의 저 투입으로 지력이 아래표와 같이 적정 기준에 미달하며 지속적 환경 농업의 위협을 받고 있다. 본 발명의 조성물은 유기물과 비료성분이 높은 하수 슬러지 오니류와 토양개량 무기물이 많은 Ash와 혼합 동시 발효처리 안정화하여 유기물 25~35%, 비료성분 (NPK 3~5%) 토양개량제 (규산질, 석회, 고토) 15~25%를 함유한 종합 토양개량제로 재활용하여 환경오염 문제를 해결하여 주며, 국내 농경지면적 195만ha에 60%를 점유하고 있는 논면적 110만ha에 필요한 토양개량제는 년간 약 4~5백만톤에 이른다.

[제 3 도] 우리나라 논 토양의 특성

참조 : 농협중앙회 흙살리기 운동 비료사업방향 p. 18.

특히 규산질비료의 함량이 크게 미달되어 적정함량 130~180ppm에 1980년도에 88ppm에서 95년도에는 72ppm으로 감소되고 있다.

우리나라 전체논의 97.2%가 규산이 부족하여 규산질비료를 주어야 한다. Fly ash에 평균 50% 이상 함유한 규산질을 논 토양에 환원하면 벼의 생육 할때에 흡수된 규산질은 세포에 들어가 규화세포를 형성하여 벼 도열병 등의 병해나 해충의 충해에 대한 저항성을 높여 농약사용량이 줄어지며, 또 세포를 강화하므로써 내 도복성을 강화하고 경엽의 수광상태를 좋게하여 등숙 보합을 높이는 효과가 있어 쌀 11~15%의 증수와 고품질 양질미 생산에 기여한다.

규산질비료의 경작실례(1)

규산함량이 60ppm인 논에다 규산질비료를 10a당 300kg을 주었을 때 쌀이 평균 11%나 증수된다. 특히 질소의 효율성을 높여 증수가 가능하여 도열병지는 51%, 산간 고냉지 20%가 증산되었다.

(농협중앙회 흙살리기 운동과 토양개량 p35. '96. 12)

비료의 삼요소 중에서 수량이나 품질에 가장 많은 영양을 주는 것은 질소의 사용량이다. 벼 100kg을 생산할때 흡수하는 규산량은 질소 1.8kg인 경우 규산은 14.8kg나 된다. 다량의 규산질을 흡수해서 튼튼해진 벼는 잎이 직립하기 때문에 과다 질소비에 의한 수광 태세의 악화나 병충해, 도복 등이 경감되어 쌀 수확이 52% 증수 되었다.

[제 4 도] 규산질비료 경작실 례(2)

자료 ; 일본 후쿠이 농시 '76

Claims (2)

1. 하수 슬러지 오니 80~60중량%와 Fly ash 40~20중량%를 교반식 발효조에 투입하여 초기 함수율 50~70%로 조절하고; 나선형 스크류식 2단교반기로 12~15일간 고온 발효로 유기물, NPK 등 비료성분 석회, 고토, 규산질 등 토양개량제와 토양미생물이 안정화되어 유기물과 무기물, 토양미생물이 고르게 함유한 종합 비료를 제조하는 방법; 규산질을 비롯한 벼농사에 필요한 모든 성분을 고르게 함유한 종합 토양개량제로 논토양의 지력증진으로 1회의 기비로 벼 생육기간중 지속적으로 비료 효과가 나타나며, 무농약 저화학비료 농법으로 고품질 양질미를 생산하며 벼의 도복이 없고 노동력이 절감되는 생력적 수도작 전용비료 제조하는 방법.
2. 1항에 있어서 하수 슬러니 오니와 Fly ash 를 혼합 교반후에 통풍식 발효조에 또는 교반식 발효기에 투입하여 호기성 고온발효로 비료화 제조 방법; 슬러지에 함유한 유해성 중금속을 흡착 활성화를 억제하는 염기치환용량이 높은 다공질의 갈탄, 활성탄소, 제어라이트 등을 3~5중량%를 혼합하여 비료를 제조하는 방법.