KR20020087653A - 유기질 비료의 제조방법 - Google Patents

유기질 비료의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유기질 비료의 제조방법에 관한 것으로, 통상적인 유기질 비료의 제조공정을 개선하여 제조된 유기질 비료의 질소함량을 극대화시켜 작물의 생장에 필요한 질소를 충분히 공급하여 줌으로서 작물의 성장을 촉진시킬 수 있도록 하는데 그 목적이 있으며, 상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 원료물질을 혼합하는 혼합공정과; 상기 원료 배합물에 통상의 호기성 및 혐기성 미생물을 투입하여 70℃ 내지 80℃의 고온에서 약 15일간 발효시키는 1차 발효공정과; 상기 1차 발효공정을 거친 배합물을 다시 상온에서 교반시키면서 약 10일간 발효시키는 2차 발효공정과; 상기와 같이 발효공정을 거쳐 발효된 배합물을 통상의 방법으로 압축하고 커팅하여 정제화시키는 정제화공정과; 정제화된 배합물을 제올라이트, 황토흙 이나 숯분말을 이용하여 코팅시켜주는 코팅공정과; 및 코팅된 배합물을 건조하는 건조공정을 포함하는 유기질 비료의 제조방법에 있어서, 상기 2차 발효공정에서 질소질비료를 첨가한 다음 여기에 다시 질소고정용 미생물을 첨가함을 특징으로 하는 유기질 비료의 제조방법을 제공함으로서 달성할 수 있다

Description

유기질 비료의 제조방법{A manufacturing method of organic fertilizer}
본 발명은 유기질 비료의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 통상적인 유기질 비료의 제조공정을 개선하여 제조된 유기질 비료의 질소함량을 극대화시켜 작물의 생장에 필요한 질소를 충분히 공급하여 줌으로서 작물의 성장을 촉진시킬 수 있도록 한 유기질 비료의 제조방법에 관한 것이다.
종래로 부터 농경지의 지력을 보전하고 양질의 농산물을 생산하기 위하여 퇴비나 비료 등을 사용하여 왔다. 특히, 현대 농업에서 거의 필수적으로 사용하고 있는 화학비료는 작물의 성장시기에 맞는 필수 성분만을 구성하여 제조판매 함으로서 보다 간편하게 소비자가 사용할 수 있도록 하고 있다.
그러나 상기 화학비료는 농약과 더불어 토양을 산성화시킬 뿐만 아니라 과다사용으로 인하여 환경오염의 주범이 되고 있으며, 이로 인하여 최근 소비자들은 화학비료에 의해 생산된 농산물 보다는 퇴비와 같은 유기질 또는 부산물 비료를 사용하여 재배된 농산물을 선호하고 있는 추세이다.
일반적으로 유기질 비료는 내용물의 질소, 인산, 칼륨 등 비료 성분의 함량을 공정 규격의 규제기준으로 적용하고 있으나, 부산물 비료는 내용물의 유기질 함량과 질소비를 규제하고 있다는 점에서 차이가 있다. 그러나 유기질 비료나 부산물 비료는 공정 규격의 규제기준으로 선정된 비료성분 대부분이 퇴비화 과정을 거쳐 제조되므로 넓은 의미의 퇴비에 포함시킬 수 있다.
상기 퇴비를 만드는 기술은 농경이 시작된 역사이래로 지속되어온 것이나, 최근에는 농가의 일손 부족으로 인하여 퇴비도 산업화되는 추세이다. 즉, 대다수의 농가가 필요한 양의 퇴비를 전문적인 제조업체에서 제조한 유기질 비료나 부산물 비료를 구입하여 사용하고 있다.
상기 유기질 또는 부산물 비료의 원료에는 부숙겨, 재, 분뇨잔사, 부엽토, 아미노산발효부산비료, 부숙왕겨, 톱밥 또는 토양 미생물제제 등이 있다. 특히, 가축분은 유기물과 비료가치가 높고 입자의 규격이 일정하기 때문에 질적인 측면에서 퇴비원료로 가장 널리 사용되고 있다.
상기한 원료를 이용하여 유기질 비료를 제조하는 일반적인 과정은 축분과 기타 축산폐기물, 톱밥 및 규산성분물질인 퍼라이트 또는제올라이트의 미세분말을 혼합하여 70 내지 80℃를 유지하면서 효소 등의 미생물을 첨가하여 발효시킴으로써 분말형태로 제조하는 것이다.
그러나 상기한 분말형태의 유기질 비료는 취급 및 사용이 용이하지 못하다는 단점이 있으므로, 이를 보완하기 위하여 근래에는 정제화된 비료를 제공하기 위하여 많은 연구가 진행되고 있다.
이에 본 발명자는 상기 정제화 기술의 일환으로 대한민국 공개특허공보 제 2000-219호의 정제형 부산물 비료 및 그 제조방법에서 원료물질을 혼합하는 혼합공정과; 상기 원료 배합물에 통상의 호기성 및 혐기성 미생물을 투입하여 70℃ 내지 80℃의 고온에서 약 15일간 발효시키는 1차 발효공정과; 상기 1차 발효공정을 거친 배합물을 다시 상온에서 교반시키면서 약 10일간 발효시키는 2차 발효공정과; 상기와 같이 발효공정을 거쳐 발효된 배합물을 통상의 방법으로 압축하고 커팅하여 정제화시키는 정제화공정과; 정제화된 배합물을 제올라이트, 황토흙 이나 숯분말을 이용하여 코팅시켜주는 코팅공정; 및 코팅된 배합물을 건조하는 건조공정으로 이루어진 기술을 선출원한 바 있다.
그러나 본 발명자에 의해 선출원된 기술을 포함하여 종래의 유기질 비료는 여러가지 작물의 성장에 필요한 다양한 성분을 함유하고 있으나 작물 성장에 필요한 질소성분의 함량이 충분하지 않다는 단점이 있다.
그에 따라 본 발명자는 유기질 비료의 제조과정에서 질소함량을 극대화시켜 식물의 초기성장을 촉진시킬 수 있도록 한 유기질 비료를 연구한 끝에 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
이에 본 발명은 수도작용 작물을 비롯하여 밭 작물에 이르기 까지 작물성장을 촉진시킬 수 있는 질소성분을 과량함유하는 유기질 비료를 제공할 수 있도록 한 유기질 비료의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은
원료물질을 혼합하는 혼합공정과; 상기 원료 배합물에 통상의 호기성 및 혐기성 미생물을 투입하여 70℃ 내지 80℃의 고온에서 약 15일간 발효시키는 1차 발효공정과; 상기 1차 발효공정을 거친 배합물을 다시 상온에서 교반시키면서 약 10일간 발효시키는 2차 발효공정과; 상기와 같이 발효공정을 거쳐 발효된 배합물을 통상의 방법으로 압축하고 커팅하여 정제화시키는 정제화공정과; 정제화된 배합물을 제올라이트, 황토흙 이나 숯분말을 이용하여 코팅시켜주는 코팅공정과; 및 코팅된 배합물을 건조하는 건조공정을 포함하는 유기질 비료의 제조방법에 있어서,
상기 2차 발효공정에서 질소질비료를 첨가한 다음 여기에 다시 질소고정용 미생물을 첨가함을 특징으로 하는 유기질 비료의 제조방법을 제공함으로서 달성할 수 있다.
이하 본 발명에 따른 유기질 비료의 제조방법을 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명은 먼저 통상적으로 사용되는 원료물질을 일정하게 혼합하는 혼합공정을 거치게 된다.
이때 본 발명에 의해 제조된 유기질 비료를 밭작물로 적용하고자 하는 경우 상기 원료물질로 부숙겨, 재, 분뇨잔사, 부엽토, 아미노산발효부산비료, 부숙왕겨, 톱밥 또는 토양 미생물제제 등을 통상적인 방법에 따라 일정하게 혼합한 것을 사용하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에 의해 제조된 유기물질을 수도작용으로 사용하고자 하는 경우 계분, 돈분, 우분과 같은 축분을 그 수분함량이 약 40% 내지 50%가 되도록 건조한 것을 사용하는 것이 바람직하다. 이것은 일반적으로 배출되는 축분의 수분함량이 대략 80% 내지 90% 정도이므로 발효 후 정제화 공정시 정제화의 용이성을 고려한것이다.
상기와 같은 원료 배합물에 통상의 호기성 및 혐기성 미생물을 투입하여 발효시키는 1차 발효공정을 거치게 되는데, 상기 1차 발효공정은 통상적인 퇴비 발효시 사용하는 호기성 및 혐기성 미생물을 투입한 후 자연 통풍되는 곳에서 70℃ 내지 80℃의 고온으로 약 15일간 발효시키는 것이다. 이와 같이 고온에서 발효시키게 되면 배합물에 함유되어 있는 병원균이나 기생충 알 등이 사멸되게 된다. 이때 상기 배합물의 내부는 외부보다 고온이므로 배합물 내부의 발효가 외부의 발효보다 빠르게 진행되어 전체 배합물의 발효도가 다르게 진행된다.
이때 발효도를 일정하게 유지하기 위하여 상기 1차 발효공정을 거친 배합물을 상온으로 냉각하고 이를 교반시키면서 약 10일간 다시 발효시키는 2차 발효공정을 거치게 된다. 이와 같은 2차 발효공정을 거치게 되면서 발효가 급속하게 진행된 내부의 배합물과 발효가 상대적으로 덜 진행된 외부의 배합물이 고르게 섞이게 되어 전체 배합물의 발효도가 일정하게 유지된다.
이때 본 발명에서는 제조된 유기질 비료의 질소함량을 높이기 위하여 상기 2차 발효공정에서 질소질 비료를 첨가한 다음 여기에 다시 질소고정용 미생물을 첨가게 된다.
상기 질소질 비료는 질소함량이 부족해 질 수 있는 유기질비료에서 질소성분의 함량을 높여 작물의 생장을 촉진시켜 줄 수 있도록 하기 위하여 첨가하는 것으로 그 첨가량은 질소질 비료의 종류에 따라서 적당히 조절할 수 있다. 특히, 상기 질소질 비료의 첨가량이 원료혼합물 100중량부에 대하여 5중량부 미만일 경우 그충분한 효과를 볼 수 없으며, 질소질 비료의 첨가량이 20중량부를 초과할 경우 질소함량이 높아 초기 성장이 과다하게 진행되어 작물이 연약해 질 수 있을 뿐만 아니라 유실이 많이 나타날 수 있다는 문제점이 있으므로 그 첨가량은 5중량부 내지 20중량부 첨가하는 것이 바람직하다. 상기 질소질 비료로는 통상적으로 사용하는 요소, 황산암모늄, 석회질소 등을 사용할 수 있다.
상기에서 질소질 비료만을 첨가하여 발효시키게 되면 발효과정에서 질소가스나 암모니아 가스가 발생하게 되는데 상기 발생되는 질소가스나 암모니아 가스를 고정시키 위하여 질소고정용 미생물을 함께 첨가하는 것이 바람직하다.
이때 상기 질소고정용 미생물로는 다양한 종류의 미생물을 사용할 수 있다. 예를 들어 질소를 고정하여 식물에게 공급하는 뿌리와의 공생적 관계에 있는 리조비윰(Rhizobium) 속 이나 아조토박터(Azotobacter) 속, 또는 비공생적 관계에 있는 클로스트리듐(Clostridium) 속 이나 로도스필륨(Rhodospirillum) 속 등에서 적어도 1종 이상을 선택하여 첨가할 수 있다.
상기와 같이 질소 고정용 미생물을 이용할 경우 질소질 비료 첨가후 발효시 발생하는 질소가스나 암모니아 가스를 고정시켜 주어 질소성분의 손실을 최소화함과 동시에 질소함량을 극대화시켜 주게 된다. 이때 그 첨가량은 통상의 발효공정시에 첨가되는 호기성 및 혐기성 미생물의 첨가량과 동일한 범위내에서 첨가하면 된다.
또한 상기 질소 고정용 미생물 이외에도 질소질 비료에 함유되어 있는 질소성분을 분해하는 미생물을 함께 투입하여 제조된 유기질 비료의 시비시 작물이 용이하게 흡수할 수 있도록 할 수도 있다.
예를 들어 수도작용 작물의 경우 질산형태와 암모니아 형태의 질소를 이용하므로 질화작용에 의하여 암모니아를 아질산 형태로 산화시키는 미생물인 니트로모나스(Nitromonas) 속, 암모니아를 질산 형태로 산화시키는 미생물인 니트로박터(Nitrobacter) 속, 혐기적 조건하에서 질산을 암모니아로 전환시켜주는 치오바실러스(Thiobacillus) 속 등에서 1종이상을 선택하여 첨가할 수 있다.
이 경우 질소 고정용 미생물에 의하여 발효시 발생하는 질화가스를 고정시킴과 동시에 상기 질소 성분을 분해하는 미생물에 의하여 작물이 바로 흡수할 수 있도록 질소 성분을 분해함으로서 작물이 이를 용이하게 흡수하여 작물의 성장을 촉진시킬 수 있다는 이점이 있다.
또한 밭작물의 경우 주로 질산형태의 질소를 이용하므로 상기한 니트로모나스(Nitromonas) 속, 니트로박터(Nitrobacter) 속 등에서 1종 이상의 미생물을 선택하여 첨가할 수 있다.
상기와 같이 1차 발효공정 및 2차 발효공정을 통해 발효된 배합물은 토양에서 매우 빠르게 분해되어 작물이 성장하는 과정에서 충분한 영양분을 공급해 줌에 따라 작물의 성장을 촉진시켜준다.
상기와 같은 발효공정을 통해 발효된 배합물은 통상의 방법으로 압축하고 커팅하여 정제화시키는 정제화공정을 거치게 된다. 즉, 상기 발효 단계를 거치면서 적정 수분함량으로 건조된 발효물을 압축하여 일체로 고형화한 후, 절단기를 이용하여 커팅함으로써 정제화된 비료를 제조하게 된다. 이때 상기 정제형 비료의 입자크기는 사용 및 취급의 용이성을 고려하여 3mm 내지 10㎜로 제조하는 것이 바람직하다.
이와 같이 정제화된 유기질 비료는 제올라이트, 황토흙 이나 숯분말을 이용하여 코팅시켜주게 되는데, 상기 코팅층은 피부접촉, 시각 및 후각 등과 관련해서 외관개선의 효과 또는 이미지 개선 효과를 줄 수 있다.
이렇게 코팅된 유기질 비료는 통상의 건조공정을 거치게 된다.
이때 상기 유기질 비료의 주원료가 밭작물을 위한 경우에는 수분함량이 20% 이하가 되도록 하는 것이 좋으며, 수도작용을 위하여 축분을 이용한 유기질 비료의 경우에는 수분함량을 최종적으로 10% 내지 20%로 조절하는 것이 바람직하다. 이것은 비료의 침강성을 고려한 것으로 수분함량이 10% 미만일 경우 수분함량이 낮아 침강성이 떨어져 물에 부양되는 단점이 있으며, 수분함량이 20%를 초과할 경우 물에 쉽게 풀어져 부양되는 단점이 있기 때문이다.
상기와 같이 최종적으로 수분함량을 조절한 정제형 유기질 비료는 제품출시를 위해 적정량씩 포장하면 된다.
이하 본 발명을 하기한 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명하기로 하나 이는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것일 뿐 본 발명이 하기한 설명에 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1 내지 3>
- 유기질 비료의 제조 -
축분과 톱밥을 7:3으로 혼합한 원료 배합물에 통상의 호기성 및 혐기성 미생물을 투입한 후 자연 통풍되는 곳에서 70℃ 내지 80℃의 고온으로 15일간 발효시키고, 이를 상온으로 냉각한 후 요소비료를 원료 배합물에 대하여 5중량부, 20중량부, 30중량부의 비율로 첨가하고, 여기에 하기한 방법으로 배양된 질소고정용 미생물인 리조비윰 자포니쿰(Rhizobium japonicum)을 함께 투입하고 교반하면서 10일간 발효시켰다. 상기와 같이 발효시킨 배합물을 통상의 방법으로 압축하고 커팅하여 정제화한 다음, 이를 통상의 방법을 적용하여 제올라이트로 코팅시켜 주고 건조시켜 유기질 비료를 제조하였다.
이때 사용된 질소고정용 미생물은 배지 1ℓ당 효모추출물 1g, 토양추출물(부엽토 80g을 500㎖의 증류수로 추출한 후 탄산나트륨 4g을 넣은 액) 200㎖ 및 만니톨 10g을 넣고서 멸균한 후 pH를 7.4로 조절한 배지를 30℃의 온도에서 미리 배양한 리조비윰 자포니쿰(Rhizobium japonicum) 종배약액을 2% 수준으로 접종한 후 발효조에서 26℃, 100rpm, 0.5vvm으로 6일간 배양한 것을 사용하였으며, 이때 얻어진 균수는 단위 미리리터당 110 CFU 였다.
<비교예 1>
- 유기질 비료의 제조 -
축분과 톱밥을 7:3으로 혼합한 원료 배합물에 통상의 호기성 및 혐기성 미생물을 투입한 후 자연 통풍되는 곳에서 70℃ 내지 80℃의 고온으로 15일간 발효시키고, 이를 상온으로 냉각한 교반하면서 10일간 발효시켰다. 상기와 같이 발효시킨 배합물을 통상의 방법으로 압축하고 커팅하여 정제화한 다음, 이를 통상의 방법을 적용하여 제올라이트로 코팅시켜 주고 건조시켜 유기질 비료를 제조하였다.
<실험예>
상기 실시예 1 내지 4에서 제조된 유기질를 이용하여 토지 10아르당 10kg을 시비한 후 토마토 모종 50그루 이앙하여 재배하였다. 이때 상기 토마토를 120일 동안 관찰하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
구분 높이(cm) 줄기지름(cm) 과실중량(g/그루)
실시예 1 152 11 1451
실시예 2 155 13 1557
실시예 3 157 9 1433
비교예 1 145 10 1412
상기 표 1에서 보는 바와 같이 질소비료를 첨가한 실시예 1 내지 3에서 질소 비료를 본 발명의 범위 내에서 실시예 1 및 실시예 2의 경우 작물의 생장이 빠르고 특히 과실중량이 높게 나타남을 알 수 있다. 그러나 질소비료를 과량첨가한 실시예 3의 경우 작물 생장은 매우 빠르게 진행되었으나 줄기지름이 가늘고 약하여 낙과가 많이 발생하였으며 그로인하여 과실중량이 떨어지는 것을 알 수 있다. 또한 상기 실시예 1 및 실시예 2의 경우 질소비료를 첨가하지 않고 실시한 비교예 1에 비하여 작물 생장이 빠르고 과실중량이 높은 것을 알 수 있다.
상기에서 설명한 바와 같이 본 발명은 수도작용 작물을 비롯하여 밭 작물에 이르기까지 작물성장을 촉진시킬 수 있는 질소성분을 과량함유하는 유기질 비료를 제공할 수 있도록 한 유기질 비료의 제조방법을 제공하는 유용한 발명이다.

Claims (5)

  1. 원료물질을 혼합하는 혼합공정과; 상기 원료 배합물에 통상의 호기성 및 혐기성 미생물을 투입하여 70℃ 내지 80℃의 고온에서 약 15일간 발효시키는 1차 발효공정과; 상기 1차 발효공정을 거친 배합물을 다시 상온에서 교반시키면서 약 10일간 발효시키는 2차 발효공정과; 상기와 같이 발효공정을 거쳐 발효된 배합물을 통상의 방법으로 압축하고 커팅하여 정제화시키는 정제화공정과; 정제화된 배합물을 제올라이트, 황토흙 이나 숯분말을 이용하여 코팅시켜주는 코팅공정과; 및 코팅된 배합물을 건조하는 건조공정을 포함하는 유기질 비료의 제조방법에 있어서,
    상기 2차 발효공정에서 질소질비료를 첨가한 다음 여기에 다시 질소고정용 미생물을 첨가함을 특징으로 하는 유기질 비료의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 질소질 비료로 통상적으로 사용하는 요소, 황산암모늄, 석회질소 등을 원료 배합물 100중량부에 대하여 5중량부 내지 20중량부 첨가함을 특징으로 하는 유기질 비료의 제조방법.
  3. 제 1항 또는 2항에 있어서, 상기 질소 고정용 미생물로 질소를 고정하여 식물에게 공급하는 뿌리와의 공생적 관계에 있는 리조비윰(Rhizobium) 속 이나 아조토박터(Azotobacter) 속, 또는 비공생적 관계에 있는 클로스트리듐(Clostridium) 속 이나 로도스필륨(Rhodospirillum) 속 등에서 적어도 1종이상을 선택하여 사용함을 특징으로 하는 유기질 비료의 제조방법.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 질소 고정용 미생물 이외에 질소질 비료에 함유되어 있는 질소성분을 분해하는 미생물로 질화작용에 의하여 암모니아를 아질산 형태로 산화시키는 미생물인 니트로모나스(Nitromonas) 속, 암모니아를 질산 형태로 산화시키는 미생물인 니트로박터(Nitrobacter) 속, 혐기적 조건하에서 질산을 암모니아로 전환시켜주는 치오바실러스(Thiobacillus) 속 등에서 적어도 1종을 선택하여 첨가하는 것을 특징으로 하는 유기질 비료의 제조방법.
  5. 상기 청구항 1항의 제조방법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 유기질 비료.
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