KR20040035539A - 자화퇴비의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 음식물쓰레기, 축산분뇨, 농 ·수산부산물, 도축공장부산물, 식품공장부산물…등과 같은 유기성폐기물로부터 양질의 자화퇴비(磁化堆肥)를 제조하는 방법을 제시하는 것을 목적으로 한다.
이를 위하여 본 발명은, 음식물쓰레기, 축산분뇨, 농 ·수산부산물, 도축공장부산물, 식품공장부산물…등과 같은 유기성폐기물을 이물질의 제거, 염분의 제거, 파쇄처리, 탈수처리와 같은 전처리를 한 유기성폐기물에 톱밥, 왕겨, 부엽토(腐葉土), 이탄(Peat moss), 수태(Dried sphagnum moss), 바크(Bark), 코코피트(Coconut peat)와 같은 수분조절제(Bulking agent)와 산야(山野)의 흙, 황토(寅土), 점토(粘土), 제올라이트(Zeolite), 적토(赤土), 천매암(千枚岩), 패화석(員化石), 질석(姪石 ; Vermiculite), 각섬석(角閃石), 감람석(橄欖石), 흑운모(黑雲母)와 같은 광물의 분말과 자철광(磁鐵鑛) 분말 또는 바륨페라이트(Barium ferrite ; BaO ·6Fe2O3)나 스트론튬 페라이트(Strontium ferrite ; SrO ·6Fe2O3) 분말을 배합한 다음 발효숙성공정으로 보내어 유기물질을 부식물질(腐植物質)로 전환하는 부식화미생물과 상호 공생관계에 있는 토양미생물배양공정에서 배양된 미생물을 공급받아 발효숙성을 하여 부식도(Humification grade)가 높으면서 킬레이트(Chelate)성 부식 산철착염 및 기타미네랄(Minerals)착염 형태의 부식질토양(Humus soil)으로 전환 한 다음 이물질선별기로 보내어 이물질을 최종적으로 선별 한 후 혼합기로 보내어 알긴산소다(Sodium alginate), 키토산(Chitosan)수지, 피비에이(PVA), 녹말, 폴리올레핀(Polyolefin)수지와 같은 생분해성수지를 바인더(Binder)로 공급하여 교반혼합 한 다음 펠렛트(Pellet)사출기로 보내어 펠렛트 형태로 사출 한 후 건조공정으로 보내어 건조한다.
건조된 펠렛트 형태의 퇴비는 착자공정으로 보내어 착자 한 다음 포장공정으로 보내어 양질의 자화퇴비(磁化堆肥)를 만드는 것이다.
특이한 사항은, 종래에 주로 적용하던 유기질퇴비에 비해서 부식물질이 토양의 미네랄성분과 단순히 혼합되어 있는 것이 아니고, 킬레이트(Chelate)성 유기산철 및 기타미네랄착염 형태의 착화퇴비는 작물의 생육촉진, 병해충의예방, 수확량의 증산 및 품질의 향상, 토양입자의 단립구조의 향상 등의 효과가 있기 때문에 농 ·원예작물 재배에 널리 보급 될 것으로 기대된다.

Description

자화퇴비의 제조방법{Production method of magnetized compost.}
본 발명은 음식물쓰레기, 축산분뇨, 농 ·수산부산물, 도축공장부산물, 식품공장부산물…등과 같은 유기성폐기물을 이물질의 제거, 염분의 제거, 파쇄처리, 탈수처리와 같은 전 처리를 한 유기성폐기물에 톱밥, 왕겨, 부엽토(腐葉土), 이탄(Peat moss), 수태(Dried sphagnum moss), 바크(Bark), 코코피트(Coconut peat)와 같은 수분조절제(Bulking agent)와 산야(山野)의 흙, 황토(黃土), 점토(粘土), 제올라이트(Zeolite), 적토(赤土), 천매암(千枚岩), 패화석(員化石), 질석(蛭石 ; Vermiculite), 각섬석(角閃石), 감람석(橄欖石), 흑운모(黑雲母)와 같은 광물의 분말과 자철광(磁鐵鑛 ; Fe3O4) 분말 또는 바륨페라이트(Barium ferrite ; BaO ·6Fe2O3)나 스트론튬 페라이트(Strontium ferrite ; SrO ·6Fe2O3) 분말을 배합한 다음 발효숙성공정으로 보내어 유기물질을 부식물질(腐植物質)로 전환하는 부식화미생물과 상호공생관계에 있는 토양미생물배양공정에서 배양된 미생물을 공급받아 발효숙성을 하여 부식도(Humification grade)가 높으면서 킬레이트(Chelate)성 부식산철착염 및 기타미네랄(Minerals)착염 형태의 부식질토양(Humus soil)으로 전환 한 다음 이물질선별기로 보내어 이물질을 최종적으로 선별한 후 혼합기로 보내어 알긴산소다(Sodium alginate), 키토산(Chitosan)수지, 피비에이(PVA), 녹말, 폴리올레핀(Polyolefin)수지와 같은 생분해성수지를 바인더(Binder)로 공급하여 교반혼합 한 다음 펠렛트(Pellet)사출기로 보내어 펠렛트 형태로 사출 한 후 건조공정으로 보내어 건조 한 다음 착자공정으로 보내어 착자(着磁) 한 다음 포장공정으로 보내어 양질의 자화퇴비를 제조하는 방법을 제시하는 것이다.
일본국 특허 공개번호 2001-269051호에서는 배양토(培養土)에 착자된 페라이트(Ferrite) 자성분(磁性粉)을 혼합하여 배양토를 제조하는 방법이 제시되어 있으며, 일본국 특허 공개번호 평(平)11-60368호에서는 화학비료. 유기비료 ,무기비료 등에 영구자석(永久磁石)을 혼합한 자화비료(磁化肥料) 제조방법이 제시 되어 있으며, 일본국 특허 공개번호 평(平)8-290990호에서는 바륨 페라이트(Barium ferrite ; BaO ·6Fe2O3) 또는 스트론튬 페라이트(Strontium ferrite ; SrO ·6Fe2O3) 자성분(磁性粉)을 비료와 혼합하여 조립 ·건조 ·착자 하여 자화비료를 제조하는 방법이 제시 되어 있으나 이들 방법은 비료와 자성분이 단순히 혼합된 상태 이므로 농 ·원예작물에 시비하였을 때 발아(發芽) 및 생육촉진 효과가 느린 문제점이 있으며, 바륨 페라이트, 스트론튬 페라이트, 영구자석 등은 비용이 고가이기 때문에 경제적인 문제점이 있기 때문에 널리 보급되지 못하고 있는 실정에 있다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해서, 음식물쓰레기, 축산분뇨, 농 ·수산부산물, 도축공장부산물, 식품공장부산물…등과 같은 유기성폐기물을 이용하여 농 ·원예작물 등에 사용할 수 있는 양질의 자화퇴비를 경제적으로 만들 수 있는 방법을 제시하는데 본 발명의 목적이 있는 것이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 전술한 전처리를 한 유기성폐기물에 톱밥, 왕겨, 부엽토, 이탄, 수태, 바크, 코코피트와 같은 수분조절제와 산야의 흙, 황토, 점토, 제올라이트, 적토, 천매암, 패화석, 질석, 각섬석, 감람석, 흑운모와 같은 광물의 분말과 자철광을 적합하게 배합한 다음 발효숙성 후 이물질선별기로 보내어 이물질을 최종적으로 선별한 후 혼합기로 보내어 알긴산소다, 키토산수지, 피비에이(PVA), 녹말, 폴리올레핀수지와 같은 생분해성수지를 바인더를 공급하여 교반혼합 한 다음 펠렛트 사출기로 보내어 펠렛트 형태로 사출 한 후 건조공정으로 보내어 건조 한 다음 착자공정으로 보내어 착자하여 양질의 자화퇴비를 제조한다.
도 1은 자화퇴비의 제조 공정도
음식물쓰레기, 식품공장부산물과 같은 유기성폐기물을 퇴비로 자원화 경우 수분, 염분 및 이물질 등이 문제가 되는 유기성폐기물은 전처리 공정에서 탈수, 탈염 및 이물질을 제거한 다음 투입저장조에 주입하고, 농 ·수산부산물, 도축공장부산물, 축산분뇨와 같이 수분 및 이물질이 문제가 되는 경우에는 전처리 공정에서 탈수 및 이물질을 제거한 다음 투입저장조에 주입한다.
투입저장조에 주입된 유기성폐기물은 부식화미생물과 상호공생관계에 있는 토양미생물 배양공정에서 배양된 배양액을 주입하여 1차 예비발효를 하여 악취발생을 억제시킨 다음 혼화기로 보낸다.
혼화기에서는 산야(山野)의 흙, 황토(黃土), 점토(粘土), 제올라이트(Zeolite), 적토(赤土), 천매암(千枚岩), 패화석(貝化石), 질석(蛭石 ; Vermiculite), 각섬석(角閃石), 감람석(橄欖石), 흑운모(黑雲母)와 같은 광물질의 분말 1종류 이상을 발효숙성 후 총무기물함량이 45 wt% 이하가 되게 주입하고, 자철광(磁鐵鑛 ; Fe304)은 발효숙성 후 5∼30 wt% 범위가 되게 주입 한 다음 톱밥, 왕겨, 부엽토(腐葉土), 이탄(Peat moss), 수태(Dried sphagnum moss), 바크(Bark), 코코퍼트(Coconut peat)와 같은 수분조절제(Bulking agent) 1종류 이상을 발효숙성공정에서 원활한 발효가 일어 날수있도록 함수율이 60wt% 정도 되게 주입하여 교반혼합 한다.
이때, 보자력(保磁力)이 높은 자화비료(磁化肥料)를 생산하고자 할때는 자철광 분말 대신에 바륨페라이트(Barium ferrite ; BaO ·6Fe2O3)나 스트론튬 페라이트(Strontium ferrite ; SrO ·6Fe2O3) 분말을 발효숙성 후 10∼3owt% 범위가 되게 주입 한다.
혼화기에서 교반혼합이 완료되면 발효숙성공정으로 이송하여 유기물질을 안정된 부식질(腐植質) 토양으로 전환한다.
발효숙성공정에서 발효숙성 메커니쥼(Mechanisms)은 다음과 같다.
발효숙성공정의 초기단계에서 유기성폐기물은 1차 호기성미생물에 의해서 분해가 용이한 탄수화합물, 단순단백질 등이 CO2, H2O와 같은 간단한 무기물질로 분해가 일어난다.
호기성미생이 활발한 활동을 하게 되면서 산소농도가 떨어지면 혐기성미생물이 활동하게 되며, 유기물질은 CO2, CH4, NH3, H2S와 같은 간단한 무기물질과 휘발성아민류, 휘발성알콜류, 휘발성유기산류, 메르캅탄(Mercaptan)류와 같은 저분자성유기물질로 분해가 일어나면서 악취가 발생하게 된다.
전술한 ②의 반응이 일어나게 되면 심한 악취를 발생하면서 식물에 유해한 낙산과 같은 미생물대사산물이 생성 될 수 있기 때문에 충분한 산소를 공급하여 ②의 반응은 최대한 억제 되도록 운전해야 한다.
미생물에 의해서 분해가 용이한 탄수화합물, 단순단백질 등이 전술한 ① 및 ②의 반응이 일어나면 반응열에 의해서 온도가 상승하게 되면서 호열성미생물(Thermophilic bacteria)이 활동하게 되며, 이때 열에 약한 병원성미생물, 해충의 유충(幼蟲) 및 알, 잡초의 씨앗 등이 사멸 하게 된다.
유기물질중에서 호열성미생물의 먹이가 되는 영양성분이 고갈하게 되면 온도는 떨어지게 되면서 방선균, 곰팡이류, 효모류, 중온성토양미생물 등이 활동하게 된다.
토양미생물중에서 방선균(放線菌)류, 바실루스 마이코이데스(Bacillus mycoides)와 같은 간균(桿菌)류, 소랑굼 세루로섬(Sorangium cellulosum), 믹소박데리아(Myxobacteria)류, 일부곰팡이류(Aspergillus niger, Penicillium sp., Mucor sp., Fusarium sp. 등)와 같은 토양미생물은 대사산물 중 폴리페놀(Polyphenol)성 대사물질을 배설하여 유기물질을 부식물질로 전환하는 부식화미생물로 알려져 있으며, 이들 부식화미생물은 유기물질을 섭취하여 CO2, H2O와 같은 간단한 무기물질로 분해를 하면서 폴리페놀성 대사산물을 배설한다.
대사산물중에서 폴리페놀성화합물은 공기 중에서 산화효소(Polyphenoloxidase)의 촉매작용에 의해서 퀴논(Quinone)화합물로 산화되면서 과산화수소(H2O2)가 생성되며, 과산화수소는 미생물이 배설하는 효소와 반응해서 산화효소를 생성한다.
퀴논화합물은 미생물에 의해서 분해가 어려운 리그닌(Lignin), 셀루로스(Cellulose), 탄닌(Tanin)과 같은 물질과 중축합반응(重縮合反應)을 하여 물에 불용성이면서 비휘발성인 안정된 부식물질로 전환 된다.
이때 악취를 발생하는 암모니아(NH3), 유화수소(H2S), 휘발성아민류, 휘발성알콜류, 휘발성유기산류, 메르캅탄류와 같은 물질도 부식물질에 부동화(不動化 ; Immobilization) 되므로서 악취발생이 저감하게 된다.
부식물질은 토양에 함유된 활성미네랄(물에 가용성미네랄)성분과 반응하여 부식산미네랄염의 상태인 콜로이드 미셀(Colloidal micelle)형태인 부식질토양(Humus soil)이 생성된다.
그리고, 철(Fe), 구리(Cu), 마그네슘(Mg), 닉켈(Ni)과 같은 착화합물(錯化合物)을 생성하는 금속은 부식물질중 풀브산(Fulvic acid) 및 부식산(Humic acid)과 같은 킬레이트(Chelate)성 유기산과 반응하여 킬레이트성 풀브산철염(Chelatic iron fulvate)과 같은 킬레이트성 유기산금속착화합물을 생성 한다.
또한, 부식화미생물 및 이들 미생물과 상호 공생관계에 있는 토양미생물은 악취발생을 유발하는 부패성미생물 및 유해병원성미생물의 생육을 억제하는 항생물질을 배설하여 이들 미생물의 생육을 억제하는 등 상호길항관계를 유지 하게 된다.
따라서, 부식화미생물 및 이들 미생물과 상호 공생관계에 있는 토양미생물의 생육환경조건을 최적의 상태로 유지하여 주면 악취발생은 억제하게 된다.
그리고, 사상균류, 슈도모나스(Pseudomonas sp.)와 같은 미생물은 부식화된 부식물질을 먹이로 섭취하여 대사산물중 식물성장에 유용한 생리적 활성물질인 비타민(Vitamin)류와 성장촉진물질인 호르몬(Hormon)류와 같은 식물성장에 유용한 물질을 배설한다.
발효숙성공정에서 발효숙성이 완료된 완숙퇴비는 이물질선별기로 보내어 이물질을 분리제거 한 다음 혼합기로 보낸다.
발효숙성공정을 보다 안전하게 운전이 될 수 있게 하기 위해서는 부식화미생물과 상호공생관계에 있는 토양미생물균주를 배양공정에서 이들 미생물을 배양한 배양액이나 종균제를 투입저장조와 혼화기에 공급한다.
혼합기에 주입된 완숙퇴비에 알긴산(Sodium alginate), 키토산(Chitosan), 피비에이(PVA), 폴리올레핀(Poly-olefin)수지와 같은 생분해성수지를 바인더(Binder)로 주입하여 교반혼합 후 펠렛트(Pellet)사출기로 보내어 환상(環狀)의 펠렛트 형태의 퇴비를 사출한다.
펠렛트 사출기에서 사출된 펠렛트상의 퇴비는 건조고정으로 보내어 함수율이 20∼35wt% 정도로 건조 한다.
건조된 펠렛트 상의 퇴비는 착자(着磁)공정으로 보내어 보자력(保磁力)이 가능한 500G(Gauss) 이상으로 착자 한 자화퇴비를 만든 다음 제품포장공정으로 보내어 포장 후 상품화 한다.
[실시예 1]
양돈분뇨를 함수율 78%까지 탈수한 탈수케이크(Cake) 100부에 천연제올라이트 분말 2부, 천매암 분말 3부, 각섬석분말 3부, 자철광 분말 10부를 혼합 교반한 다음에 이들에 이탄과 톱밥을 1 : 1의 비율로 혼합 한 것(함수율 23%) 20부 정도를 주입하여 함수율이 60% 정도로 한 다음 교반혼합 한 후 30일간 뒤집기를 하면서 발효숙성을 하여 함수율 38%의 완숙퇴비 약 60부를 만들었다.
발효숙성공정에서 생산된 완숙퇴비에 알긴산소다, PVA, 폴리올레핀수지를 1 : 0.1 : 2의 비율로 혼합한 것을 20% 수용액으로 물에 용해한 바인더를 5∼10% 정도 주입 후 혼합교반 한 다음 펠렛트 사출기에서 10mmφ크기의 펠렛트상으로 사출한 후 열풍건조기(열풍 온도 120∼130℃)에서 함수율이 약 25%까지 건조한 펠렛트상의 퇴비를 만들었다.
건조된 펠렛트상의 퇴비는 착자기에서 보자력이 2,230G(Gauss)의 자화퇴비를 만들었다.
전술한 자화퇴비를 고랭지(高冷地) 채소(배추)에 시비한 결과 성장속도가 대조구에 비해서 월등히 빨았으며, 크기(무게)도 1.35배 정도 큰 것이 수확 되었다.
전술한 기술내용으로부터 자명하듯이, 본 발명은 음식물쓰레기, 축산분뇨, 농 ·수산부산물, 도축공장부산물, 식품공장부산물…등과 같은 유기성폐기물을 양질의 퇴비로 자원화 할수 있기 때문에 이들 유기성폐기물의 자원화 방법으로 널리 보급될 것으로 기대된다.

Claims (2)

  1. 음식물쓰레기, 축산분뇨, 농 ·수산부산물, 도축공장부산물, 식품공장부산물…등과 같은 유기성폐기물을 이물질, 염분의 제거, 탈수처리와 같은 전처리를 한 후 도 1과 같은 자화퇴비제조공정의 투입저장조에서 혼화기에 주입된 유기성폐기물에 산야(山野)의 흙, 황토(黃土), 점토(粘土), 제올라이트(Zeolite), 적토(赤土), 천매암(千枚岩), 패화석(貝化石), 질석(蛭石 ; Vermiculite), 각섬석(角閃石), 감람석(橄欖石), 흑운모(黑雲母)와 같은 광물질의 분말 1 종류 이상을 발효숙성 후 총무기물함량이 45 wt% 이하가 되게 주입하고, 자철광(磁鐵鑛 ; Fe3O4)은 발효숙성 후 5∼30 wt% 범위가 되게 주입 한 다음 톱밥, 왕겨, 부엽토(腐葉土), 이탄(Peat moss), 수태(Dried sphagnum moss), 바크(Bark), 코코피트(Coconut peat)와 같은 수분조절제(Bulklng agent) 1종류 이상을 발효숙성공정에서 원활한 발효가 일어 날수 있도록 함수율이 60wt% 정도 되게 주입하여 교반혼합 한 다음 발효숙성공정으로 이송하여 30일 이상 발효숙성을 한 후 이물질선별기에서 이물질을 분리제거 하여 완숙퇴비를 만든다.
    이물질이 제거된 완숙퇴비는 혼합기 주입하고, 이 완숙퇴비에 알긴산(Sodium alginate), 키토산(Chitosan), 피비에이(PVA), 폴리올레핀(Poly-olefin)수지와 같은 생분해성수지를 바인더(Binder)로 주입하여 교반혼합 후 펠렛트(Pellet)사출기로 보내어 환상(環狀)의 펠렛트 형태의 퇴비를 사출한다.
    펠렛트 사출기에서 사출된 펠렛트 상의 퇴비는 건조고정으로 보내어 함수율이 20~35wt% 정도로 건조 한다.
    건조된 펠렛트 상의 퇴비는 착자(着磁)공정으로 보내어 보자력(保磁力)이 가능한 500G(Gauss) 이상으로 착자 한 자화퇴비를 제조하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 보자력(保磁力)이 높은 자화비료(磁化肥料)를 생산하고자 할때는 자철광 분말 대신에 바륨페라이트(Barium ferrite ; BaO ·6Fe2O3)나 스트론튬 페라이트(Strontium ferrite ; SrO ·6Fe2O3) 분말을 발효숙성 후 10∼30wt% 범위가 되게 주입하여 자화퇴비를 제조하는 방법.
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