KR19990006257A - 음식쓰레기와 Fly ash를 수분조절재로 이용한 비료제조방법 및 수도용 완효성 생력적 복합토양개량제(RGO) - Google Patents

Abstract

1. 본 발명에 속한 기술분야

(1) 음식물쓰레기 95년도 전국 1일 발생량 평균 15000톤의 콤포스팅 비료화 재활용기술 개발.

(2) 식료품 제조업 유통업 판매업에서 발생하는 동 식물성잔재물, 음료품 제조업 잔재물, 가축분뇨의 동시 콤포스팅 비료화기술 개발.

(3) 석탄사용 화력발전소, 제지공장 쓰레기 소각장의 Fly ash 소각잔재물 1년간 약300만톤을 팽화제(수분조절재 Bulking agent)로 활용 비료제조 재활용 기술개발.

(4) WTO 협정에 의거 국제 식량무기화 추세에 다른 주식량 (쌀)의 자급 기반조성에 필요한 종합토양개량제 및 농촌노동력 부족에 따른 수도용 완요성 노동력절감형 복합토양계량제(RGO) 제조기술 개발.

2. 본 발명이 해겨하려고 하는 기술적인 과제

본 발명에서 비료제조에 이용하는 폐기물인 음식물쓰레기, Fly ash의 처리기술은 환경분야에 오랜기간의 과제로서 재활용기술을 개발하여 왔으나, 지금까지의 개발기술로는 경제적으로 활용할 만한 방법이 없어, 95년도에 음식물쓰레기 2, 1%, Fly ash는 18% 정도가 재활용하는 것으로 알려지고, 대부분을 매립으로 처리되어 매립지 확보와 악취 침출수의 발생등 2차공해 문제가 심각한 사회문제로 대두되었다.

또한 음식물쓰레기로 제조한 부산물비료는 염분농도로 밭토양에 집적하여 토양이 굳어지고 농작물에 염류피해를 유발하고 있으나, 본 발명은 수도용으로 논에 사용하므로 염분장애의 우려가 없고, Fly ash 와 동시에 환경오염 문제를 해결하고, 성분상의 특성을 살려 수도용 복합토양개량제로 제조하는 기술을 제공하므로서 자원의 절감과 2차공해를 주려 환경을 살리고, 이들 폐기물을 처리하는데 소요되는 비용을 절감하는 기술적인 과제를 해결하는 환경친화적인 유익한 발명이다.

3. 본 발명의 해결방법 및 중요한 용도

본 발명은 음식물쓰레기와 가축분뇨 목분 Fly ash를 콤포스팅하여 유기질비료성분(N, P, K)토양개량제(Si, Fe, Ca, Mg)토양미생물이 고르게 안정화되어 논토양에 필요한 모든 성분을 함유한 복합비료를 제조하며, 토양에 환원하므로서 환경보전에 기여하며,

WTO협정에 따른 무한경쟁시대에 값이 저렴한 외국산 쌀 수입에 대비한 무공해 고품질양질미를 생산할수 있도록 흙을 살리고, 농업을 살리는데 기여하며 식량안보차원에서 쌀자급을 위한 수도용 완효성 노동력절감형 복합토양개량제(RGO)를 제조하는 제공하는 유익한 발명이다.

Description

음식물쓰레기와 Fly ash를 수분조절제로 이용한 비료제조 방법 및 수도용 완효성 생력적 복합토양계량제(RGO)

(1)복합토양개량제(RGO) 제조방법

음식물쓰레기, 식료품 제조업 유통업 판매업에서 발생하는 동 식물저장성 잔폐물, 음료품 제조업(주정 소 주인삼주 약주 탁주 맥주 청량음료 기타)에서 발생하는 잔재물, 가축분뇨, 하수처리오니 등 유기성폐기물과 톱밥과 Fly ash를 팽화제(수분조절제 Bulking agent)로 하여 콤포스팅 비료화하는 본 발명의 제조공정을 별첨 제 8도 공정도에 의거하여 수도용 완효성 노동력절감형 복합토양개량제(RGO)의 제조방법을 상세히 설명한다.

함수율 80~95%의 음식물쓰레기, 음료제조 잔재물, 가축분뇨등 유기성 폐기물을 호기성 발효에 적합한 초기 함수율 60~70%로 조절하고, 통기성, C/N(탄소 대 질소비)를 주기 위하여, 수분조절재인 톱밥과 Fly ash 를 혼합교반하여 통풍식발효조 또는 교반식발효조에 투입하고, 공기를 주입하면서 호기성 미생물에 의하여 70~85℃의 고온으로 콤포스팅 발효기간을 2~3주간으로 단축하는 방법이다.

고온 발효기간중 병원균이나 기생충난 잡초씨가 살멸되며, 유혜성 유기물이 호기성미생물에 의하여 산화와 합성 등 생화학적인 반응을 통하여 유해물질을 CO₂,H₂O, 등으로 분해 증발시키며, 고분자의 유기물을 식물이 이용하기에 적합한 양분으로 합성하여, 유기물과 무기물이 고르게 안정화된 수도용 완효성 노동력절감형 복합비료(RGO)를 제조하는 방법을 특징으로 한다.

각 공정별로 좀더 상세히 설명하면 아래와 같다.

제1공정 ; 수분조절재의 운반 보관

음식물쓰레기 등 유기성폐기물의 발효에 적합한 탄질을 (C/N), 통기성 함수율을 조절하기 우한 팽화제, 수분조절재(Bulking agent)로 목분(톱밥 대패밥 수피분 왕겨 wood chip) 5~30중량%와 함수율 5% 상태로 Fly ash를 탱크로리로 운반하여 70~95중량%로 혼합하거나 별도로 싸일로(탱크)에 보관한다.

제2공정 ; 음식물쓰레기와 유기성 잔재물의 운반 보관

음식물쓰레기, 식품제조업 유통업 판매업에서 발생하는 동식물성 잔재물 음료품제조업(주정 소주 인삼주 약주 맥주 탁주 청량음료 기타)에서 발생하는 잔재물, 가축분뇨 등 함수율 70~95%의 유기성 폐기물을 암롤차 탱크로리 드럼통에 수집운반하고, 발효에 적합한 물질을 선별하여 탱크에 보관하거나 교반식 발효조(pit)에 직접 투입한다.

제3공정 ; 혼합 교반공정

통풍식발효조에 발효를 위하여는 초기함수율 60~70%, 탄질율 20~50이 되도록 혼합과정을 거친후에 장비로 통풍식발효조에 투입한다.

함수율 탄질율을 조절하기 위하여 혼합기의 한쪽 용기(pit)에는 함수율70~95%의 음식물쓰레기, 유기성 폐기물 60~90중량%를 투입하고 한쪽 용기(pit)에는 수분조절재 10~40중량%를 투입하고 교반한다.

교반식발효조에 발효는 위하여는 음식물쓰레기 유기성 폐기물 60~90중량%를 발효조(pit)에 투입하고, 그 위에 수분조절재 10~40중량%비율로 발효조(pit)에 투입하고 초기함수율 60~70%가 되도록 혼합조절하고, 교반식발효조의 나선형스크류식 2단 교반기로 교반과정을 거쳐 발효공정으로 연결된다.

제4공정 ; 발효공정

상기와 같이 제3 혼합공정에 연하여 발효기간을 단축하기 위한 발효시스템으로 교반식 발효방법 또는 통풍식발효방법을 이용한다.

교반식발효방법을 설명한다. 처리 용량에 따라 교반식 발효조(pit)의 길이60~120m, 넓이는 4~8m, 깊이는 1,5~2,0m 크기의 터널식 발효조 바닥에 공기를 강제로 주입할 수가 있는 파이프라인에 연결한 발효조 측면부에 설치한 송풍기를 이용하여, 발효 건조에 필요한 공기를 24시간 간단없이 공급하면서 교반 발효작업을 동시에 진행한다.

상기 발효과정에서 130~180cm깊이로 쌓여있는 혼합물에 균일한 공기투입과 수분증발이 되도록 로타리 교반시스템을 도입하여 발효조 하부의 물질을 상부로 끌어 올려주며, 라선형스크류 2단교반기 장착으로 상ㅂ로 끌어 올려 뒤집고, 사방으로 흩으려 고르게 교반 통기성과 산소공급의 증대로 수분의 증발을 도와서 발효기간을 단축시키며 앞부분에서 뒷부분으로 옮겨 가면서 호기성 발효가 진행된다.

발효조에 투입된 후에 24~48시간 (하절기~동절기) 이내에 발효가 개시되면 수증기가 발생하며 2~4일 이후 부터는 40~60℃이상 상승하며, 발효가 진행되어 바효조의 1/3부분에서 60~70℃의 온도분포를 나타내며, 호기성미생물의 활성화로 염기성 미생물은 감소한다.

발효가 부진 온도상승의 늦어질 때에는 호기성 미생물제제를 뿌려준다.

자동적인 기계작동에 의한 발효 건조 증발이 되면서 발효조의 1/2이후 내부는 70~85의 온도로 상승하며, 서서히 수분이 감소되며 발효조2/3부분 이후에는 40~50℃ 이하로 낮아지면서 합수율이 40% 이하가 되며, 2주간 이후에는 발효가 정지된다 .

통풍식발효방법을 설명한다. 길이 5~7m, 높이 2~3m 넓이 3~5m의 발효조 바닥에 공기를 강제로 주입할 수 있는 구멍이 뚫인 파이프 라일을 구들뼈간에 배관하고, 그 위애 방청 철망으로 덮은 발효조에 혼합물질을 투입한 후에 발효조 전면에 윗부분 부터 아래로 조립하는 조립식 문을 닫는다.

그 후 발효조 외부벽에 설치한 송풍기에서 파이프 라인을 통하여 24시간 간단없이 지속적으로 공기를 주입하는 통풍식발효조에서 호기성발효로 콤포스팅한다.

발효과정중 내부 온도의 변화상태를 점검한바 하절기에는 24시간 이내에 동절기에는 36~48시간 이내에 70~85℃의 고온으로 3~4일간 지속되어 서서히 7~10여일간 발효가 진행되며, 60~50℃ 이하로 온도가 낮아져 10일 이후에는 45℃이하 상온으로 함수율이 30~40%이하가 되며 2주간 이후에는 발효가 정지된다.

제 5공정 첨가제 혼합 및 포장

상기와 같은 방법으로 제조한 부산물 비료에는 비료성분이 부족한 경우가 있어 비료성분을 보충하기 위하여 아미노산폐액이나 액비, 영양소를 보충하고 홉학교반한 후에 정선하여 포장한다.

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

(1)음식물 쓰레기의 발생과 그 처리

우리나라의 쓰레기 발생의 특성은 음식물, 종이, 나무 등과 같은 유기성 폐기물의 증가와 플라스틱의 급속한 팽창을 특징으로 한다.

음시물 쓰레기는 수분을 다량 함유하고 있어 부패로 인한 악취를 발생하고, 썩은 물은 내어 보관과 운반에 어려움이 많고, 전국 500여개소 매립지에 침출수와 악취를 발생하는 주 원인으로서 문제가 심각하여 본 음식물 쓰레기의처리 문제가 커다란 사회적 문제로 대두 되고 있다.

음식물 쓰레기의 발생량을 살펴보면 아래 제 1도와 같이 매년 증가추세이며 95년도 생활쓰레기 1일발생량 47774톤의 31.6%를 점유하고 있으며, 재활용품을 제외하고 나면 50~60%나 된다.

이와 같이 커다란 비중을 차지하며 처리하기가 곤란한 음식물 쓰레기는 정부의 관리대상 쓰레기로 감량화와 재활용방법에 관한 정책개발과 처리기술의 연구개발에 박차를 가하고 있으며, 1996년도에 난지 하수처리장내에 관, 산, 학, 연의 유기적인 협동하에 한국형 콤포스트화 시설(시설용량 10톤/일)을 설치하고 연구에 착수하였으나, 감량화기술과 콤포스트(비료)의 품질(염분)과 용도에 문제점이 지적되고 있다.

[제1도] 음식물 쓰레기 발생량 및 비율

음식물 쓰레기의 발생원을 살펴보면 음식점 ; 4.2%, 가정: 4.1%. 대형 유통업소(시장 백화점) ; 1.3%, 집단급식소 ; 4% 를 차지하고 있으며, 성상별로는 채소류 ; 53.1%, 어육류 ; 18.6%. 곡류 ; 14.7%, 과일류 ; 13.7%를 점유하고 있으며, 발생량의 95.4%가 매립처리되고 2,1%에 해당하는 1일 316톤 만이 재활용되고 있다.

음식물 쓰레기를 재활용하는 류형은 사료화와 퇴비화로 나눌수 있다.

사료화는 호텔이나 집단급식소(학교, 병원, 공장, 군부대), 대형식당에서 나오는 음식물 쓰레기를 이용할 수 있는데 전체 발생량의 20% 이하로 추정되며, 대부분은 채소류 생선류 각종 주방쓰레기가 혼합되어 배출되는 아파트단지나 독립주택 상가 소형식당에서 음식물 쓰레기를 자체로 감량화 하거나, 이를 선별적으로 수집 소각하거나 콤포스팅하여 퇴비화할수 있는 성분만을 골라낸후 퇴비화 하는 방법이다.

콤포스트하는 호기성 미생물에 의하여 유기물을 분해하는 생물학적 공정으로 미생물의 성장과 분해를 위하여 수분 산소 유기질(탄소) 영양소 온도를 필요로 한다. 유기성 쓰레기(음식물 쓰레기, 식료품 제조업 유통업 또는 판매업에서 발생하는 동 식물성 잔재물, 음료품 제조업 잔재물)

에는 수분 기질 영양소를 골고루 갖고 있으나, 발효에 접합한 수분의 함량(60~70%)과 공기의 공급을 위한 적절한 공극을 확보해 주는 톱밥 왕겨등 팽화제(Bulking agent)가 다량 필요하다.

콤포스트화 기술은 유기물의 자연적인 물질분해지만 미생물을 사용하는 생물학적 공정으로서 인위적인 조작 및 첨가량이 상대적으로 적고, 분해과정에서 오염물질을 배출하지 않기 때문에, 매립 소각 처리시에 발생하는 침출수나 악취, 치명적인 다이옥신에 의한 피해등 다른 처리공정에 비하여 경제적인 측면과 2차 환경오염적 측면에서 우월한 방법이다.

콤포스팅시에 고온으로 음식물쓰레기에 들어있는 병원균이나 잡초씨 유해물질이 살멸되며, 수분이 증발하고, 유기물이 분해되어 쓰레기량을 1/10~1/20로 감량시키며, 콤포스팅 최종 산물은 미생물의 분해와 합성 생화학적으로 안정화되어 있으므로, 농작물이 이용하기 용이한 영양분이되며, 강우에 의해서 유출시나 논 토양에 사용시에도 하천과 호소를 오염시키지 않는 자연적인 토양과 같은 성질은 가지고 있다.

음식물쓰레기, 식료품 제조업 유통업 판매업에서 발생하는 등 식물성잔재물, 음료품 제조업(주정 소주 인삼주 약주 맥주 탁주 청량음료 기타)에서 발생하는 잔재물등 유기성 폐기물과 가축분뇨를 또 다른 폐기물인 Fly ash(화력발전소, 제지공장 쓰레기소각장 잔재, 고로광재, 기타)를 팽화제(수분조절재)로 하여 호기성발효로 유기물과 비료성분 토양개량제를 고르게 함유한 복합토양계량제를 베조하는 방법을 제공하고, 농촌노동력부족에 대비한 시비와 농약살포 노동력절감을 위한 쌀생산비의 절감과 국제 경쟁력을 키우는 수도용 생력적 완효성 복합토양계량제가 된다.

(2) 소각잔재 고로광재 회 (Flu ash)의 발생과 그 처리

석탄을 사용하는 화력발전소, 제철소고로, 제지공장 쓰레기소각로에서 발생하는 석탄회 광제 소각잔재는 1996년도에 1년간 약 400여만톤에 달하였으며, 발전소 소각로의 증절에 따라 2005년에는 570만톤으로 2010년에는 약 610만톤에 이를 것으로 추정하고 있다.

국내에서 발생되고 있는 소각잔재 회(Fly ash)의 재활용실적을 살펴보면 1995년도에 석탄회 발생량의 18%, 96년도에 22%를 시멘트원료레미콘혼화제로 재활용되었고 대부분을 매립으로 처리하고 있다.

Fly ash에는 아래 제3도 부산물비료 성분표와 같이 가용성 규산(Si)46~69%와 철분(Fe)석회 (Ca)고토(Mg)가리(K)인산 (P)등 유효한 미량원소로 이루어진 평균직경 0,02mm의 구형으로서 이루어진 분말로서 식물이 이용하기에 용이한 가용상태로 되어있다.

소각잔재와 Fly ash 에는 아래 제2도 부산물비료 규정규격의 유해성분함량비교표와 같이 허용기준량 보다 아주 적거나 검출되지 않아, 다른 유기물과 콤포스팅 안정화하는 방법으로 비료를 제조할 때에 토양개량제를 고르게 함유한 복합토양개량제가 되며, 유해성분이 부산물비료 공정규격의 허용기준치에 비하여 미량이거나 검출되지 않아 사용이 가능한 유효한 자원이 되며 환경친화적인 재활용기술을 제공하는데 있다.

[제2도] 부산물비료 공정규격과 Fly ash의 유해성분함량 비교표

Fly ash는 함수율 0%의 다공체로서 수분과 영양분의 흡착능력과 염기치환용량이 높고 비료성분을 3~5개월이상 서서히 배출하는 완효성비료 수분조절재(Bulking agent)로 적합한 물성을 가지고 있다.

[제3도] Fly ash 성분 시험성적서

(3) 우리나라 논 토양의 특성과 토양개량제의 필요성

우리나라 논토양의 특성은 유기물과 토양계량제(Si,Ca,Mg,Fe)의 저 투입으로 지력이 아래 제 4도와 같이 적정기준 크게 미달하여, 화학비료와 농약의 남용으로 토양의 오염과 황폐화로 지속농업에 위협을 받고 있다.

정부의 농협은 이미 심각성을 절감하고 흙의 생명력을 복원함으로서 민족의 먹거리를 영원히 담당할 생명창고인 흙을 살리고, WTO 협정에 따른 값이 싼 외국산 농산물의 무한정한 수입에 대비하여 안전하고, 품질좋은 유기농산물을 생산하여 우리농업을 지키기 위한 흙살리기운동에 적합한 복합토양개량제를 저렴하게 제조하는 기술이 필요하다.

[제4도] 우리나라 논토양의 특성

본 발명 비료의 조성물은 유기물과 비료성분이 함유한 음식물쓰레기를 감량화 발효 처리를 목적으로, 팽화제(수분조절제)인 톱밥 조금과 토양 개량제가 다량 함유한 Fly ash를 사용하여, 동시에 콤포스팅 안정화하여 비효성분 (아미노산폐액)을 첨가하여 제조하는 복합토양개량제(RGO)로 제 5도 본 발명 비료 시험성적서와 같이 유기물 25~35% 비료성분 3~5% 토양개량제 20~25%를 함유한 논토양에 적합한 복합토양개량제(복합비료)가 되며, 경운시에 1회의 기비로 100~150일 이상 비료효과를 서서히 나타내며, 무농약 저화학비료 농법으로 고품질양질미를 증산하며, 주 식량(쌀) 자급을 위한 농업기반 조성에 기여하며,

무한경쟁시대에 농촌도농력 부족에 대비한 토양개량제, 비료, 농약을 여러번에 걸쳐 별도로 살포하는 노동력을 절감하고, 국제경쟁력을 제고할 수 있는 수도용 생력적 완효성 복합비료(RGO)를 제공한다.

우리나라 논토양에는 규산의 함량이 크게 미달하여 적정함량 130~180ppm에 1998년도에 88ppm에서 1995년도에 72ppm으로 감소되었고, 우리나라 농경지 195만ha에 약 60%를 점유하고 있는 논면적 105만ha에 97.2%가 규산이 부족하여 규산질비료를 필요로하며 1년간 종합토양개량제의 수요는 약 500여만톤에 이른다.

정부에서도 이를 인식하고, 국내 모든 논에 6년 주기로 규산질비료를 정부예산(1997년도 450억원)으로 구입하여 단위농협에서 비료살포기계로 논에 무상으로 뿌려주고 있다.

(4) 본 발명 비료의 사용효과 및 경작실례

규산은 벼의 생육에 질소의 8배 이상을 필요로하는 논토양의 보약과도 같은 중요한 성분으로서, 본 발명비료에는 가용성 규산질 17%를 비롯하여 석회 고토등 토양개량제와 유기물 31.5%, 비료성분(질소 인산가리)을 고르게 함유한 복합토양개량제(RGO)가 되며, 1회의 기비로 무농약 저 화학비료 사용으로 병충해의 발생이나 도복피해가 없고, 추비농약살포 등 노동력이 절감되는 생력적 완효성비료가 되어, 고픔질 양질미를 생산하여 가마당 50%이상 높은 가격을 받을수가 있다.

[제5도] 본 발명 비료(RGO)의 시험성적서

규산질비료의 경작실례(1,2)

규산함량이 60ppm인 논에 규산질비료를 10a당 300kg을 주었을때에 쌀이 평균 11%가 증수되었다. 특히 질소의 효율성을 높여 증수가 가능하며, 도열병지는 51%, 산간고냉지는 20%가 증산되었다.

(농협중앙회 흙살리기운동과 토양개량 P. 35 1996, 12참조)

비료의 삼요소중에서 쌀 수확량이나 품질에 가장 많은 영양을 주는것은 질소의 사용량이다. 벼 100kg을 생산할 때에 흡수하는 비료성분중 질소는 1,8kg인 반면 규산은 8배인 14,8kg이나 된다.

다량의 규산을 흡수해서 규화세포를 이루어 튼튼해진 벼는 잎이 직립하기 때문에 과다 질소비료에 대한 수광태세의 약화나 병층해 도복피해 등이 경감되어 쌀 수확량이 아래 제 6도와 같이 53%증수되었다.

[제6도] 규산질비료 경작실례(2)

본 발명의 경작실례(3)

1996년도에 본 발명이 비료의 수도작 경잭실험 결과는 제 7도와 같이 병충해 도복등 피해가 없었으며 고품질양질미가 증산되었다.

[제7도] 본 발명 비료 경작 시험성적서

Claims (2)

1. 음식물쓰레기, 식료품제조업 유통업 판매업에서 발생하는 동 식물성잔재물 음료품제조업에서 발생하는 잔재물, 가축분뇨 등 함수율 70~95%의 유기성 폐기물 60~90중량%와 팽화제(수분조절제 Bulking agent)로 Fly ash와 목분(톱밥, 수퍼분, Wood chip, 왕겨 등)10~40 중량%를 혼합하여 초기함수율을 60~70%로 조절하고, 나선형 스크류식 2단교반기가 장착되어 있는 교반식발효조 또는 통풍식발효조에 투입하고, 2~3주간 호기성 미생물에 의하여 콤포스팅 고온발효와 건조로 안정화하여, 유기물, 비료성분(N, P, K)토양개량제(Si, Ca, Mg, Fe)유효 토양미생물을 고르게 함유한 수도용 복합토양개량제(Rice Crowth Organic)를 제조하는 방법과 그 조성물.

   벼농사에 보약과 같은 규산질(Si)을 비롯한 모든 성분을 고르게 함유하여 규산질, 객토, 유기물, 비료를 동시에 투입하여 논토양의 지력증진으로 무농약 저화학비료 농법으로 고품질양질미를 생산 가능한 복합토양개량제로서, 경운시에 1회의 기비로 벼 생육기간중 지속적으로 비료효과가 나타나며, 벼의 도복이 없고, 노동력이 절감되는 수도용 완효성 노동력절감형 종합토양개량제(RGO)
2. 콤포스팅 발효가 완료된 후에 비료성분을 보충하기 위하여 아미노산폐액등 비료성분을 첨가하여 부족한 성분을 보완하여 포장하는 방법.