KR20110046971A - 굴껍데기를 이용한 칼슘비료의 제조방법 및 그 칼슘비료 - Google Patents

Abstract

본 발명은 굴껍데기를 이용한 칼슘비료의 제조방법 및 그 칼슘비료에 관한 것으로, 그 목적은 굴껍데기를 사용하여 간단한 공정으로 저렴하게 칼슘비료를 제조하는 방법 및 그 칼슘비료를 제공하는 데 있다.

본 발명의 구성은 굴껍데기로부터 칼슘비료를 제조하는 방법에 있어서, (A) 굴껍데기를 수거하는 단계; (B) 굴껍데기를 일정 크기로 분쇄하는 단계; 및 (C) 굴껍데기를 반응로에서 저온가압하여 건조하는 단계; 로 이루어진 굴껍데기를 이용한 칼슘비료의 제조방법 및 그 칼슘비료를 특징으로 한다.

굴껍데기, 칼슘비료, 재활용, 저온가압, 중압증기

Description

굴껍데기를 이용한 칼슘비료의 제조방법 및 그 칼슘비료{Manufacturing method of calcium manure using oyster shells and calcium manure thereof}

본 발명은 굴껍데기를 이용한 칼슘비료의 제조방법 및 그 칼슘비료에 관한 것으로, 자세하게는 해양에 대량으로 폐기처분되는 굴껍데기를 이용하여 농작물에 사용되는 칼??비료를 저렴하고 단시간에 제조하는 방법 및 칼슘비료에 관한 것이다.

우리나라 굴 껍데기(패각) 발생량은 경남 통영을 중심으로 연간 약 28만여톤이 생산되고 있으며 이중 약 30% 정도가 재활용 되고 나머지는 해양투기하는 등의 방법으로 처리하고 있으나, 최근 중국으로부터 종패를 부착시킨 패각이 수입됨으로써 재활용률은 더욱 급격하게 줄어들고 있는 실정이다.

더욱이 굴 패각의 해양투기전 과정을 보면 박신장에서 알굴을 생산한 후 버려진 굴 패각을 야적보관함에 따른 악취발생, 침출수의 유출 등과 같은 여러 가지 환경문제를 야기하고 있어서 해양투기전에도 많은 문제점을 가지고 있다.

이러한 문제를 해결하기 위해서는 재활용률을 높여야 하는 실정으로, 정부에서는 이러한 굴패각 처리를 위하여 여러 방안을 제시한 바 있으나 경제성 및 잦은 민원의 발생으로 처리설비의 확충에 어려움을 가중시키고 있는 실정이다.

굴 패각의 재활용 방법의 하나는 굴 패각 이용 칼슘 비료 생산이다. 굴 패각을 이용한 칼슘 비료 생산은 품질이 좋아 점차 수요가 증가하고 있다.

칼슘비료는 농업에 있어서 없어서는 안되는 중요한 비료이다. 그 이유는 산성비가 농작물에 내리면 칼슘을 녹여 농작물로이 칼슘 성분이 부족하게 되는데, 이와 같은 칼??성분의 부족으로 인해 식물의 잎, 줄기, 과일, 꽃 등 부위에 식물 탄저병이 발생하게 된다. 식물 탄저병에 걸린 식물은 열매 껍질에 암갈색의 작은 반점이 생겼다가 그것이 차츰 명확해지면서 원형으로 넓어져 가운데가 움푹하게 꺼지게 됨으로 인해 상품성이 떨어져 출하가 불가능하여 농가에 치명적인 손해를 입히게 된다.

이를 예방하기 위해 최근 농업에서는 식물 재배시 칼슘비료를 주는 것이 일반화되어 있다.

이하 구체적으로 종래의 굴껍데기(패각)을 이용한 재활용방법 중 하나인 칼슘비료 생산방법을 살펴본다.

도 4는 종래의 칼슘비료 생산 공정도로, 도시된 바와 같이 종래의 칼슘비료 생산방법은 (A)굴껍데기를 수거하는 단계와; (B)굴껍데기를 세척하는 단계와; (C) 굴껍데기를 자연건조하는 단계와; (D)굴껍데기를 소성건조하는 단계와; (E)소성건조된 굴껍데기를 냉각하는 단계와; (F)냉각된 굴껍데기를 분쇄하는 단계;를 포함하여 이루어진다.

또한 상기 (F)단계 후 분쇄된 가루는 저장 후 필요에 따라 포장하여 출하 하면 된다.

이러한 단계를 거쳐 출하된 비료는 석회질 비료인데, 그 주성분이 칼슘인 칼슘비료이다.

상기 (B)단계는 야적시 냄새를 제거하기 위한 단계이다.

상기 (C)단계에서 자연건조는 굴 패각 비수기 동안 이루어지는데 이를 통해 굴 패각에 잔류한 염분 및 수분을 자연적으로 제거하기 위함이다.

상기 (D)단계는 고온(400~600℃)에서 건조하여 칼슘의 농도를 높이기 위한 건조, 소성 단계이다. 건조, 소성된 굴??데기는 냉각을 거쳐 분쇄 단계에서 미세한 분말로 분쇄가 가능해 진다.

상기 (E) 단계에서 소성건조된 굴껍데기는 냉각되어 잔류 수분을 제거한 후 분쇄 과정을 거치게 된다.

하지만 상기와 같은 종래 칼슘비료 생산 방법은 다음과 같은 문제점이 있다.

먼저, 상기 (B)단계에서 세척시 많은 물이 소요된다는 문제점과, 오염된 세척수로부터 환경오염을 방지하기 위해 추가적인 수처리 공정이 있어야 한다는 문제 점이 있다.

또한 상기 (c)단계는 자연건조시 많은 시간이 걸린다는 문제점이 있고, 만약 날씨가 좋지 않으면 자연건조시간이 많이 걸리고, 비록 선 세척 단계를 거쳤지만 비가 눈이 오면 야적된 굴껍데기로부터 악취가 발생하거나 추가적인 오염된 물이 외부로 방출이 걸환경을 오염시킬 수 있고, 세균 등이 발생할 수 있다는 위생상의 문제점과 같은 다양한 문제점이 발생하게 된다.

또한 (D)단계는 소성건조시 내부 온도를 고온으로 유지하다 보니 소성건조로의 운전에 필요한 막대한 에너지 비용이 들고, 뿐만 아니라 굴껍데기의 내부수가 건조되지 않는다는 구조적인 문제점이 있다. 내부수라는 것은 굴껍데기를 이루는 세포의 내부에 있는 수분으로 일반적으로 세포의 외부에 있는 수분은 일반적인 소성건조로에서 건조되지만 세포 내부에 있는 내부수는 잘 건조되지 않는다.ㅏ

또한 (E) 단계는 소성건조된 굴껍데기를 냉각함에 따라 과도한 에너지 비용이 든다는 문제점이 있다.

결론적으로 상기와 같은 종애?? 칼슘비료 생산방법은 그 생산단계가 복잡하고, 고온 소성로 건조 방식이어서 건조시 많은 에너지가 소모되어 생산된 칼??비료의 단가 중 연료비 비중이 높아 채산성이 떨어지거나 채산성을 맞추기 위해서는 단가가 높아져 경제성이 없고, 최종 칼슘비료를 생산하기 까지의 시일이 많이 걸린다는 등등의 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 굴껍데기를 사용하여 간단한 공정으로 저렴하게 칼슘비료를 제조하는 방법 및 그 칼슘비료를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 굴껍데기를 사용하여 칼슘비료를 제조시 저온가압공정을 도입하여 건조에 소모되는 연료를 적게 소모하는 칼슘비료의 제조 방법 및 그 칼슘비료를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 굴껍데기를 사용하여 칼슘비료를 제조시 중압증기를 이용한 저온가압공정을 도입하여 내부수까지 건조시켜 건조시간을 포함한 전체 제조시간을 단축한 칼슘비료의 제조 방법 및 그 칼슘비료를 제공하는 데 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명은 굴껍데기로부터 칼슘비료를 제조하는 방법에 있어서,

(A) 굴껍데기를 수거하는 단계;

(B) 굴껍데기를 일정 크기로 분쇄하는 단계; 및

(C) 굴껍데기를 반응로에서 저온가압하여 건조하는 단계; 로 이루어진 것을 특징으로 하는 굴껍데기를 이용한 칼슘비료의 제조방법을 제공함으로써 달성된다.

상기 (B)단계는 건조를 위한 표면적 증가와 반응기 내부에서의 혼합을 원활하게 하기 위하여 굴껍데기를 1∼3cm의 크기로 분쇄하는 단계인 것을 특징으로 한다.

상기 (C)단계는 180∼210℃, 18∼20atm의 저온가압상태에서 50~60분 동안 유지하여 건조하는 것을 특징으로 한다.

상기 (C)단계는 반응로에 180∼210℃, 18∼20atm의 중압증기를 공급하여 저온가압상태를 50~60분 동안 유지하여 건조하는 것을 특징으로 한다.

상기 (C)단계는 저온가압상태에서 굴껍데기의 세포 내부수까지 건조하는 단계인 것을 특징으로 한다.

상기 (C)단계는 설정된 저온가압상태를 유지하기 위해 감압단계를 포함하면서 건조하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은 상기 방법에 따라 제조된 고상의 칼슘비료로 아래와 같은 함량비를 특징으로 하는 굴껍데기로부터 제조된 칼슘비료.

원료명	수분	단백질	조지방	조회분	칼슘	인
굴껍데기 (wt.%)	0.28	0.89	0.01	63.65	35.08	0.09

본 발명은 굴껍데기를 이용하여 칼슘비료 생산시 공정 단계가 간단하여 제조시간이 획기적으로 단축된다는 장점과,

칼슘비료 제조시 건조공정을 종래의 굴껍데기 제조방법의 소성건조온도인 400~600℃ 낮은 온도에서 실시하면서도 굴껍데기 세포의 표면수 뿐만 아니라 세포의 내부수까지 한꺼번에 건조되도록 하여 반응로의 운전용 연료를 기존 제조방법의 성형건조를 사용시 소모되는 연료량에 비해 1/5정도 밖에 필요치 않아 생산 단가를 획기적으로 낮출 수 있다는 경제적 이점과,

굴껍데기를 장시간 야적하지 않아도 됨으로 인해 야적공간이 적게 들고 공간의 회전비율이 빠르다는 장점과,

세척 후 자연건조가 필요치 않아 기상조건에 구애받지 않고 연속적으로 칼??비료를 생산할 수 있다는 장점과,

세척 또는 기상악화에 따른 오염수가 발생하지 않는다는 환경적인 측면의 장점과,

생산된 분말 칼슘비료 중 칼슘의 성분함량이 35.08% 정도여서 종래의 방법으로 생산된 칼슘비료 중 칼슘 성분??량 36%와 비슷한 고 칼슘비료라는 장점을 가진 유용한 발명으로 산업상 그 이용이 크게 기대되는 발명이다.

이하 본 발명의 실시 예인 구성과 그 작용을 첨부도면에 연계시켜 상세히 설 명하면 다음과 같다. 또한 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 공정도인데 도시된 바와 같이 본 발명은 (A) 굴껍데기 수거단계; (B) 굴껍데기를 일정 크기로 분쇄하는 단계; (C) 굴껍데기를 반응로에서 저온가압하여 건조하는 단계; 를 거쳐 칼슘비료가 제조된다.

이후 제조된 고형분 칼슘비료를 저장하고 포장하는 단계로 이루어진다.

상기 B단계는 1~3cm의 크기로 굴껍데기를 분쇄하는 단계이다. 이와 같이 1~3cm의 크기로 굴껍데기를 분쇄하여 건조를 위한 표면적 증가와 반응기 내부에서 회전을 원활하게 할 수 있도록 한다.

상기 C단계는 저온가압형 건조시스템에 1~2cm의 크기로 분쇄된 굴껍데기를 투입하여 미분화하여 내부수분을 제거하고 칼슘 함량을 높이는 단계이다. 이 단계에서 기존 유기성폐기물(하수슬러지, 음식물쓰레기 및 축산분뇨)의 건조단계와는 다르게 200∼210℃, 18∼20atm에서 유지 시간을 50∼60분 정도를 유지하여야 한다.

또한 상기 (C)단계는 반응로에 180∼210℃, 18∼20atm의 중압증기를 50∼60분 정도 공급하여 저온가압상태를 유지하여 건조할 수 있다.

또한 상기 C단계의 건조에 사용되는 반응로는 분쇄된 굴껍데기가 장입된 후 저온가압상태를 유지한상태로 회전하는 반응로로 구성하거나 고정된 반응로에 장입 된 분쇄된 굴껍데기를 교반하는 교반기가 내부에 설치된 것을 사용하면 된다.

또한 저온가압상태의 유지는 반응로에 히팅코일 또는 직접가열에 의한 반응로 내부의 온도 및 압력을 상승시켜 제어하면 된다.

또다른 방법으로는 반응로 내부에 직접 일정압력과 온도를 가진 저온가압상태의 중압증기를 공급하여 건조시켜도 된다. 이때 반응로 내의 압력에 따라 감압할수 있는 수단을 구비하여 설정된 압력을 유지하도록 구성해야 한다. 이와 같은 반응로 내부를 가압 또는 승온하고 일정 압력과 온도를 유지하는 것은 다양한 방법으로 실시할 수 있다.

가장 중요한 것은 본 발명에 따른 저온가압상태를 제공하는 것으로, 이러한 조건만 만족할 수 있다면 어떠한 방식으로 반응로를 구성하여도 무방하므로 이러한 장치 수단의 형태를 본 발명에서는 특정하지는 않는다.

도 2는 본 발명에 따른 건조방법 원리도인데, 도시된 바와 같이 본 발명은 건조시 저온가압 하에서 건조함으로 인해 굴껍데기 세포의 표면수분뿐만 아니라 굴껍데기 세포의 내부에 존재하는 내부수까지 한번에 건조하게 된다.

내부수는 일반적인 건조에서는 대부분 건조되지 않고, 종래의 칼슘비료 제조공정의 소송건조단계와 고온의 건조분위기 즉, 400~600℃까지 온도를 올려야 건조되는 것으로, 칼슘비료 생산에 있어서 이러한 건조단계의 온도를 유지하기 위한 연료소비 때문에 굴껍데기를 이용한 경제성이 저하되는 구조적 문제점이 있다.

하지만 본 발명은 건조단계에서의 반응로 조건을 200∼210℃, 18∼20atm의 저온 가압을 50~60분 동안 유지함으로써 파쇄효과에 의한 표면적 증가로 수분증발이 용이해지고, 이후 세포벽을 파괴함으로써 내부수까지 건조되게 된다.

도 3은 본 발명의 비료를 투입한 채소의 성장을 보인 예시도로, 고추 상추, 열무 및 호박에 대하여 본 발명에 따라 제조된 칼슘비료를 뿌려 그 생육상태를 확인해 보았다. 생육상태는 일반적인 칼슘비료와 비교해도 특별한 생육상의 차이점이 없는 것으로 판단되었다.

이때 사용된 칼슘비료 중 칼?? 성분함량은 전체량 중에서 35.08%로 매우 우수 하였다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예이다.

(실시예 1)

도 1에 도시한 500L 규모의 저온가압형 건조시스템에 통영시에서 수거한 약 300kg 정도의 굴껍데기를 투입하여 210℃, 20atm의 저온 가압을 60분 동안 유지한 후 배출하여 생성된 고형분을 회수하였다.

회수된 고형분을 이용한 칼슘비료의 각 성분함량은 다음과 같다.

원료명	수분	단백질	조지방	조회분	칼슘	인
굴껍데기 (wt.%)	0.28	0.89	0.01	63.65	35.08	0.09

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위 에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

도 1은 본 발명의 공정도이고,

도 2는 본 발명에 따른 건조방법 원리도이고,

도 3은 본 발명의 비료를 투입한 채소의 성장을 보인 예시도이고,

도 4는 종래의 칼슘비료 생산 공정도이다.

Claims (7)

1. 굴껍데기로부터 칼슘비료를 제조하는 방법에 있어서,

   (A) 굴껍데기를 수거하는 단계;

   (B) 굴껍데기를 일정 크기로 분쇄하는 단계; 및

   (C) 굴껍데기를 반응로에서 저온가압하여 건조하는 단계; 로 이루어진 것을 특징으로 하는 굴껍데기를 이용한 칼슘비료의 제조방법.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 (B)단계는 건조를 위한 표면적 증가와 반응기 내부에서의 혼합을 원활하게 하기 위하여 굴껍데기를 1∼3cm의 크기로 분쇄하는 단계인 것을 특징으로 하는 굴껍데기를 이용한 칼슘비료의 제조방법.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 (C)단계는 180∼210℃, 18∼20atm의 저온가압상태에서 50~60분 동안 유지하여 건조하는 것을 특징으로 하는 굴껍데기를 이용한 칼슘비료의 제조방법.
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 (C)단계는 반응로에 180∼210℃, 18∼20atm의 중압증기를 공급하여 저온가압상태를 50~60분 동안 유지하여 건조하는 것을 특징으로 하는 굴껍데기를 이용한 칼슘비료의 제조방법.
5. 청구항 1에 있어서,

   상기 (C)단계는 저온가압상태에서 굴껍데기의 세포 내부수까지 건조하는 단계인 것을 특징으로 하는 굴껍데기를 이용한 칼슘비료의 제조방법.
6. 청구항 3 또는 청구항 4에 있어서,

   상기 (C)단계는 설정된 저온가압상태를 유지하기 위해 감압단계를 포함하면서 건조하는 것을 특징으로 하는 굴껍데기를 이용한 칼슘비료의 제조방법.
7. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한항의 방법에 따라 제조된 고상의 칼슘비료로 아래와 같은 함량비를 특징으로 하는 굴껍데기로부터 제조된 칼슘비료.

   원료명 수분 단백질 조지방 조회분 칼슘 인 굴껍데기
   (wt.%) 0.28 0.89 0.01 63.65 35.08 0.09

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