KR20000058615A - 경소도로마이트를 이용한 축산분뇨의 재활용기술 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소. 중. 대형 축산시설에서 발생되는 축산분뇨를 음식물쓰레기와 함께 혼합기에 넣은 후 반응재인 경소도로마이트를 투입하여 교반하면서 반응시킨다.

반응이 완료된 후 수분 조절제인 석탄회(Fly-Ash)를 투입한 후 교반하여 배출가능한 상태로 만든 후 투하한다.

이 반응 과정은 경소도로마이트의 영향으로 강 알카리 상태에서 격렬한 반응이 일어난다.

축산분뇨와 음식물 쓰레기는 경소도로마이트의 주성분인 산화칼슘과 산화마그네슘의 소화 반응(Slaking)과 가수분해 작용으로 반응물은 알카리도가 높고 유기질이 풍부한 자원으로 재 생산된다.

제조 개요는 혼합기의 투입구(1)를 통해 음식물 쓰레기, 축산분뇨, 경소도로마이트를 순차적으로 투입한 후 브레이드가 부착된 샤프트(3)를 회전시키면서 1시간 반응시킨다.

혼합기에 부착된 온도감지기(7)와 투시창(13)을 통하여 반응정도 및 완결여부를 확인하며 완료후 송풍기(6)를 작동하여 배기구(5)를 통해 고열, 유해가스를 가스정화장치(스크라버)로 이송시킨다. 그런다음 수분조절제인 석탄회를 투입한 후 15분간 교반, 혼합한 후 투하한뒤 콘베이어(14)를 거쳐 다음 공정으로 이송시킨다.

본 발명은 축산분뇨, 음식물 쓰레기와 석탄회를 토지개량제 및 부산물 비료로 자원 재활용 할 수 있을뿐만 아니라 악취, 토양 및 수계 오염이나 매립지 확보등 제반 환경저해 요인을 야기시키는 폐기물을 효율적으로 처리 할 수 있다.

Description

경소도로마이트를 이용한 축산분뇨의 재활용기술{Recycling technology of the live-stock excretion using dolomite}

본 발명은 함수율이 높은 축산분뇨와 음식물 쓰레기를 산화칼슘 및 산화마그네슘이 조성성분인 경소도로마이트와 반응시킨다음 수분조절제로써 석탄회(Fly-Ash)를 넣어 혼합하여 가용성 알카리분이 많고 유기질 함량이 풍부한 토지개량효과와 유기질 비효 두가지 기능을 갖춘 고품질의 토지개량제 및 부산물 비료를 생산하는 자원 재 활용기술이다.

가축분뇨처리의 종래기술로는 고형성분(분)은 통상 톱밥, 지오라이트등과 혼합한 후 약 20여일간 발효시킨다음 40여일간 후 처리시켜 유기질 비료를 생산한다. 제조시 다량소비되는 톱밥은 자원의 한정요인 때문에 가격의 급등과 품귀현상이 문제가 되고 지오라이트는 경제성이 없다. 또한 장기간의 발효시일이 소요되므로 악취 발생과 생산성 및 경제성이 문제가 있고 이렇게 생산된 부산물 비료의 품질 또한 신뢰성이 낮다. 증발 방식은 무방류시스템으로 가장 이상적인 방식이나 경제성이 큰 문제로 대두된다. 액체성분(뇨)은 액비화와 정화 방법으로 대별되는데 액비화 방식은 악취문제 이외에 소비할 수 있는 필요 농경지의 확보가 어렵다.

정화 방식은 다 단계의 기술적 관리가 수반되고 여러 가지 장치의 설치비용 및 운전가동비가 많이 소요되고 계속 강화되는 규제 기준 때문에 사용자인 축산업자의 기술적, 경제적 문제가 지난하다.

음식물 쓰레기는 현재 대부분이 매립되고 있으나 침출수에 의한 지하수 오염, 악취 발생 및 유해 병해충의 서식지화등 문제점이 심대하고 계속되는 매립지 확보 또한 어렵다. 부분적으로 선별 분리 수거후 사료화 및 퇴비화 방식이 적용되고 있는데 사료화는 부패된 음식물의 독소 때문에 위험성이 잔존하고, 퇴비화 방식은 장기간의 발효기간 때문에 시설비, 에너지 비용, 악취등의 문제점을 안고 있고, 미숙성된 제품의 메탄, 유화수소, 암모니아등 유해성분 때문에 농작물의 고사와 시설 단지내 작업자의 건강에 위해요인이 된다. 또한 상기 두 방식은 장기간의 제조기간 때문에 악취문제가 심각하다. 그리고 상기 방식들에 의해 제조된 처리물은 성상이 산성이기 때문에 경작지의 산성화를 가속화 시킬 위험성이 있다.

이에 비해 본 발명은 상기 문제점들을 근본적으로 해결할 뿐만아니라 산성화된 토양을 개량하고 친환경 유기농업의 근간인 유기물이 풍부한 부산물 비료로 생산할 수 있다. 또한 경소도로마이트의 조성성분인 칼슘과 마그네슘은 작물의 다량 필수원소이며 이의 연속적인 보급책이 될 수 있다.

더불어 석탄을 열원으로 하는 화력 발전소의 폐기물인 석탄회의 안정적인 처리도 가능하다.

현재까지 수자원 오염의 주범인 축산분뇨와 매립지 확보의 어려움을 가중시키는 음식물 쓰레기 및 처리에 어려움이 있는 석탄회를 경소도로마이트를 이용하여 토지 개량제 및 부산물 비료로 만드는 자원 재활용 기술을 구축한다.

또한 상기 기작을 연속적인 소. 중. 대형 제조 체계로 안정적인 처리시스템을 구축하여 산성화된 경작지의 개량, 친환경 유기농업의 자재보급, 작물의 필수 다량 원소의 안정적인 공급면에서 본기술을 적용하고자 한다.

도1.은 본 발명의 혼합기 구성예시도

본 발명의 산화 소석 반응재로 쓰이는 경소도로마이트는 탄산염 광물질로 탄산칼슘(CaCO₃)과 탄산마그네슘(MgCO₃)의 복염으로 조성되어 있는데 관용명은 백운석으로 불리운다. 이 백운석을 고온에서 소성시키면 이산화탄소(CO₂)가 방출되어 조성성분이 산화칼슘(CaO)이 50～55%이고, 산화 마그네슘(MgO)이 32～35%인 알카리성을 띈 경소도로마이트가 된다. 이것을 직경 30～50 미리 정도의 괴석 상태로 파쇄, 선별한 후 사용한다.

본 발명에 적용한 반응혼합기가 도1. 에 도시되어 있는데 음식물쓰레기, 가축분뇨, 경소도로마이트를 투입구(1)를 통해 순차적으로 투입하는데 구성비는 1대2대1정도로 한다.

기어드모터(2)로 샤프트(3)를 회전시켜 교반익에 의해 투입물을 교반하면서 1시간동안 반응시킨다.

이 과정에서 음식물쓰레기와 가축분뇨에 함유된 수분과 산화 칼슘 및 산화마그네슘은 급속한 발열반응을 수반하면서 수산화칼슘과 수산화 마그네슘으로 바뀐다.

{CaO + H₂O ---〉Ca(OH)₂+ X Kcal, MgO + H₂O

---〉 Mg(OH)₂+ X Kcal}

물에 경소도로마이트를 넣고 교반시키면 액온은 최고 600℃까지 도달된다.

상기 수산화 작용의 반응열은 온도감지기(7)에 100～130℃의 온도가 유지되는 것으로 보아 품온은 130～150℃가 되는 것으로 추정된다.

동과정은 양조성성분의 영향으로 강알카리 상태에서 진행되며 괴석상태의 경소도로마이트가 교반과정에서 분화되면서 투입된 원료와 물리적인 충돌현상이 일어난다.

이때 미 분말 상태의 경소도로아이트를 사용하면 극히 짧은 시간에 격렬한 반응이 완료되므로 투입원료의 저 분자화 반응이 부분적으로 끝나기 때문에 반드시 괴석상태를 사용해야 한다.

알카리상태와 고온의 영향으로 투입된 원료의 유기물은 에스테르(Ester), 아미드(Amide), 에테르(Ether) 결합이 가수분해되면서 저분자로 분해되는데 이때의 온도는 학술적으로 80～100℃ 범위 이상이 필요한데 상기 상황은 이 조건을 만족시킨다.

이러한 가수분해의 영향으로 천연고분자 물질중 글루코시드(Glucoside)결합, 펩티드(Peptide)결합, 핵산의 에스테르(Ester)결합등이 분해되어 유기물은 작물이 흡수 하기 쉬운 저분자 상태로 이행된다.

이 과정의 이화학적인 반응을 정리해보면 유기물은 격렬한 발열 반응을 수반한 소화(Slaking) 반응으로 병원균을 포함한 유해 병해충이 사멸되고 악취가 제거되며 수산화 반응으로 수분의 감량이 일어나고 가수분해 작용과 경소도로마이트의 분화에 의한 물리적인 분쇄작용이 복합적으로 이루어진다.

이 반응과정의 진행상태와 온도 변화는 혼합기에 부착된 투시창(13)과 온도 감지기(7)를 통해 확인한다. 반응시간동안의 열손실을 막기위해 샤프트 양단에 특수 방진리테나(9)를 설치하였고 돌발압력상승을 제어하기 위해 안전변(8)을 장착하여 설비의 안전성을 제고시켰다.

반응완료후 수분감량 수증기분과 가스는 송풍기(6)에서 유입된 공기로 배기구(5)를 통해 배출가스정화장치(스크라버)로 이송시킨다.

반응물의 온도가 60℃이하로 내려가면 투입구(1)를 열고 수분조절제인 석탄회를 최종산물의 중량비 10～20%정도 첨가한 다음 혼합을 15분간 시킨다.

공정의 진행이 완료되면 제조물은 배출구(4)를 통해 투하시킨후 콘베이어(14)를 거쳐 다음 공정으로 이송시킨다.

축산업 경영의 사업성은 축종별 국제경쟁력 확보, 축산물의 생산비 절감, 유통 및 판매 가격안정, 가축배설물의 효율적인 처리등이 중요하며 이중에서 축산업의 성패는 생산비 절감과 가축 배설물의 효과적인 처리가 관건이다.

음식물 쓰레기 또한 침출수에 의한 지하수 및 상수계오염, 유해가스 및 악취문제, 지속적인 매립지 확보의 지난등 제반 환경저해요인의 해결책이 요구되어진다.

그리고 석탄을 열원으로 사용하는 화력발전소의 폐기물인 석탄회(Fly-Ash)도 마땅한 처리방법이 없다.

본 기술은 상기의 처리상 문제점이 심대한 폐기물들을 원료로하여 경제적이면서 단시간에 고 효율로 처리하여 고품질의 토지개량제 및 부산물 비료를 제조하므로써 유용한 자원으로 탈바꿈 시킬 수 있다.

음식물 쓰레기는 반입시 처리비용을 받는데 이는 경소도로마이트와 석탄회 구입비용을 상회한다. 그리고 제조된 토지개량제 및 부산물 비료 반제품은 유기질 비료 제조회사에 원료로 납품할 수 있으므로 축산업자는 경제적인 수익을 확보하면서 축산분뇨를 처리 할 수 있다.

본 발명의 장점은 생산된 제조산물이 악취가 없으므로 저장, 유통, 사용자의 보관시 편리하고, 제조 시간이 1～2시간의 짧은 시간에 완료할 수 있는 점이다.

아울러 축산분뇨처리 방식도 무방류시스템이므로 제반문제가 근본적으로 제거된다.

또한 연속적으로 발생되는 폐기물들을 즉시 처리할 수 있을뿐만 아니라 반응기의 용량이나 설치수량의 조정으로 단시간에 대량 처리도 가능하다.

Claims (1)

1. 축산분뇨와 음식물쓰레기를 경소도로마이트를 반응재로 사용하고, 수분조절제의 역할을 석탄회를 이용하여 반응, 혼합시키는 기작을 특징으로 한 토지개량제 및 부산물 비료를 생산하는 자원 재 활용기술이다.