KR20120104507A - 축산 분뇨를 이용한 악취 제거용 종균의 제조 및 퇴비화 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 축산 분뇨에서 발생되는 악취를 효율적으로 제거하면서 단시간 내에 퇴비화시키는 방법에 관한 것으로, 축산 분뇨 처리과정에서의 악취 문제와 축사 내 악취 문제 및 축산 분뇨의 퇴비화에 소요되는 비용의 문제를 해결하기 위하여 악취 제거 활성이 우수한 종균을 축산 분뇨 자체를 배지로 이용하여 종균을 제조하고, 제조된 종균을 수분 조절제 대신 축산 분뇨에 대하여 50중량% 이상 사용하여 30~40℃의 중온에서 호기적으로 발효시킴으로써 24시간 이내에 악취가 제거되고 7일 이내에 퇴비화가 완성되며, 발효된 축산 분뇨를 다시 종균 및 수분조절제로 사용할 수 있는 축산 분뇨의 처리 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명을 통하여 축산 분뇨 처리과정과 축사 내에서 발생되는 악취를 신속하게 제거할 수 있으며, 발효된 분뇨 자체를 다시 종균 및 수분조절제로 사용함으로써 처리 비용을 줄일 수 있고, 단기간 내에 퇴비화가 가능하여 상대적으로 적은투자 설비에서 대규모의 축산 분뇨를 효율적으로 처리할 수 있다.

Description

축산 분뇨를 이용한 악취 제거용 종균의 제조 및 퇴비화 방법 {Starter cultures for malodor elimination and composting by using livestock manure}

본 발명은 축산 분뇨의 자원화, 특히 퇴비화 과정에서 발생하는 악취 문제를 신속히 해결함과 동시에 퇴비화시킬 수 있는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 토양 미생물을 이용하여 우분이나 돈분, 계분 자체를 호기적으로 발효시켜 악취 제거용 종균을 우점화시키고, 이를 건조시킨 다음, 그대로 종균으로 사용하여, 톱밥이나 왕겨 등의 수분 조정제를 전혀 사용하지 않고, 대신 악취가 완전히 제거된 발효 축분의 건조물을 처리되지 않은 축분과 혼합하여 단시간 내에 축산분뇨에서 유래하는 악취를 제거하고 퇴비화시키는 방법에 관한 것이다.

생활수준의 향상과 더불어 축산물의 소비량과 축산업의 규모는 지속적으로 증가되고 있으며, 그에 따른 축산분뇨가 연간 5,000만톤 정도씩 발생되고 있으나 효율적인 자원화 처리가 이루어지지 못하고 있어 심각한 악취 발생의 문제와 더불어 토양 오염, 수질 오염 등의 환경 문제로 이어지고 있으며, 분뇨는 발생 직후부터 장내 부패성 세균과 축사 내 부패성 세균에 의하여 부패가 시작되면서 심한 악취가 발생되기 시작하고 파리 등의 해충이 분뇨에 산란을 하면서 유충이 발생되고 분뇨의 악취가 더욱 심해지는 것이 특징이다.

축산 분뇨의 축종별 발생량은 전국적으로 한우 46.0%, 젖소 14.3%, 돼지 31.7%, 닭 8.0%의 비율을 나타내고 있으나 지역별로 차이가 있다.

본 발명자가 거주하고 있는 제주 지역의 경우 축산 분뇨가 연간 180만톤 정도씩 발생되고 있으며, 축종별로는 한우 8.8%, 젖소 3.9%, 돼지 84%, 닭 3.3%로 대부분을 돼지 분뇨가 차지하고 있고 이를 이용한 에너지 생산, 비료화 등의 자원화를 위하여 축산 농가의 자체부담을 포함하여 매년 수백억원의 비용이 투입되고 있으나 효과적인 분뇨의 처리가 이루어지지 못하고 있어 악취 발생 문제, 지하수 오염 문제 등이 지속되고 있다.

축산 분뇨의 처리 기술은 전세계적으로 많은 연구가 이루어지고 있으며, 농가별 가축의 사육규모가 커지면서 종래의 처리방법으로는 대규모로 발생되는 축산분뇨의 효율적인 처리가 불가능하게 되어 악취 발생으로 인한 민원이 빈발하고 있는 실정이다.

축산 분뇨의 처리 방법으로는 퇴비화, 액비화, 바이오가스 생산후 퇴비화, 공공처리장 등에서의 정화 처리, 해양 배출 등이 이용되고 있으나, 해양 배출의 경우 2012년 이후 전면 금지된다고 하며 정화 처리나 바이오가스의 생산 처리 방법은 국내의 지역성 특성을 고려할 때, 막대한 비용과 악취 민원의 문제로 실용화되지 못하고 있으며, 일반적으로 퇴비화 및 액비화 방법이 적용되고 있다.

종래에는 소규모의 축산 농가에서, 배출되는 축산 분뇨를 처리하기 위하여 톱밥이나 왕겨, 볏짚 등의 수분 조정제를 이용하여 축산 분뇨와 혼합하여 호기적으로 50℃이상의 고온에서 1개월 정도 발효시키고, 6개월 이상 부숙시켜 퇴비로 사용하였으나 이러한 부숙 과정에서 지속적으로 발생되는 악취 문제가 축산 환경을 악화시키고 있다. 오늘날에는 축산농가의 규모가 커지면서 다량 발생되는 축산 분뇨의 효율적인 처리를 위하여 기계적인 다양한 방법과 미생물을 이용하여 액비화시키는 방법이 이용되고 있으나 축산업 및 축산 분뇨의 처리에 있어서 가장 큰 문제점인 악취 발생 문제가 해소되지 못하고 있다.

축산 분뇨의 처리 과정에서 발생되는 악취는 가축의 종류에 따라 차이는 있으나 암모니아(NH₃) 가스, 인돌(indole)과 같은 휘발성 아민류, 황화합물, 휘발성 저급 지방산류, 휘발성 알데하이드(aldehyde) 및 알콜류 등이며, 장내 미생물과 부패성 미생물 등의 유기물 분해 과정에서 기인하는 것으로 알려져 있다.

축산 분뇨의 퇴비화 과정은 가축 분뇨의 유기물을 식물이 이용할 수 있는 무기물화 및 저분자화시키는 것으로 축산분뇨 퇴비 및 액비에 대한 공정 규격이 농림수산식품부 법령으로 설정되어 있다.

축산 분뇨의 효율적인 처리를 위해서는 악취발생 문제의 해결과 동시에 신속하고 경제적인 퇴비화 방법의 개발이 필요하다. 이를 위하여 대한민국 등록특허 제 10-1120095호의 "돈분 악취 저감 방법"에서는 감귤나무 톱밥과 마분 퇴비를 악취 저감 미생물과 함께 사용하여 발생악취를 통과시키거나 흡착시키는 방법을 제시하고 있으며, 대한민국 공개특허 제 10-2012-0068194호의 "축산분뇨의 악취 제거용 조성물, 이를 이용한 비료 및 제조방법"에서는 임업 부산물인 대나무 잎과 솔잎, 유산균(Lactobacillus parakefili)과 효모(Candida glabrata)로 이루어진 토착미생물, 무수포도당의 혼합물로 이루어진 조성물을 축산 분뇨 비료에 10~30 중량%로 혼합하여 악취를 제거시키는 방법을 제시하고 있다. 상기 특허의 경우 인위적으로 배양한 미생물을 첨가하여 처리하는데 있어 분뇨의 부패 정도에 따라 처리 효율의 편차가 클 뿐만 아니라 축산 분뇨의 악취 저감을 위하여 이용되는 재료가 일반적으로 이용되고 있는 톱밥이나 왕겨에 비해서도 수급이 용이하지 않고, 대규모의 축산 분뇨 처리에는 적합하지 않다.

또한 대한민국 등록특허 제 10-0378667호의 "가축분뇨의 신속한 무취화 및 퇴비화 방법 및 그 조성물"에서는 악취 분해 미생물의 조성물을 5~10% 가축분뇨와 혼합하고 톱밥, 왕겨 및 낙엽분말을 섞어 호기적으로 발효시켜 퇴비화 하는 방법을 제시하고 있으며, 대한민국 등록특허 제 10-0848677호의 "퇴비의 제조방법"에서는 계분 100중량부에 대하여 부엽토 30~50 중량부, 목질점토 10~30 중량부, 생석회 5~20 중량부, 폐화석 5~20 중량부, 친열성 미생물 0.5~2 중량부를 혼합하여 5~7주 동안 50~60℃ 온도로 발효시키는 방법을 제시하고 있으나 처리하고자하는 분뇨량에비하여 투입되는 부형제의 양이 많아 대단히 비효율적이며, 역시 재료 수급과 비용 및 대규모 처리에 필요한 기계적인 설비 투자가 요구되어 실용적이지 못하다.

톱밥이나 왕겨 등 부형제의 수급 문제를 해결하기 위하여 가축분뇨의 액비화 방법이 이용되고 있으며 대한민국 등록특허 제 10-1107184호의 "자연순환형 가축 분뇨 자원화 시스템"과 대한민국 등록특허 제 10-1156466호의 "축산분뇨의 축사순환 처리장치와 그에 따른 친환경 정화처리방법"에서는 종래 기술의 문제점을 보완하여 축산분뇨를 액비화시킬 수 있는 기계장치 및 공정을 제시하고 있으나 처리 규모 및 악취 문제 해결의 한계와 사용 가능 기간이 짧고 저장 문제, 액비 살포지 확보 등의 문제가 있어, 지역별로 축산 분뇨를 수거하여 공공처리하는 형태로 액비화하는 방법이 적용되고 있으나 악취 발생 문제가 심각하게 나타나고 있다.

악취 문제의 해결을 위하여 종래의 특허 기술로, 미생물을 이용하는 바이오 필터법, 활성탄 흡착법, 생물 화학적 습식 스크러버법, 플라즈마 분해법 등이 제시되고 있으나 모든 방법이 고농도의 악취를 연속적이고 지속적으로 제거하는 데에는 한계가 있고 막대한 비용이 소요되는 문제가 있다.

일본 공개특허 제 2004-215779호의 "탈취제, 탈취방법, 탈취제의 사용방법 및 탈취구조물"에서는 가축분을 고온(400~1,100℃)에서 탄화시켜 그 탄화물을 악취 흡착제로서 이용하는 방법에 대하여 제시하고 있으나 가축분뇨의 처리에 톱밥이나 왕겨같은 별도의 부형제가 요구되지않는 반면에 가축분의 탄화에 소요되는 비용 문제가 있다.

축산 분뇨의 처리 및 자원화를 위한 종래의 기술은 액비화 기술을 포함하여경제적인 측면에서 소규모의 처리에 적용 가능하며, 축산 농가 규모부터 대규모 공공 처리에 이르기까지, 저비용으로 동일한 공정을 적용하여 추가 비용 없이 탄력적으로 처리규모를 적용할 수 있으며 근본적으로 악취 발생 문제를 해결하고 경제적으로 퇴비화시킬 수 있는 방법의 개발은, 현재 연간 5천만톤에 달하는 축산분뇨의 악취 문제 해결 및 효율적인 자원화를 위하여 대단히 중요한 과제이다.

KR 10-1120095 B1 KR 10-2012-0068194 A KR 10-0378667 B1 KR 10-0848677 B1 KR 10-1107184 B1 KR 10-1156466 B1 JP 2004-215779 A

최선화, 축산분뇨 처리방안과 효율적 관리방안, 2007, 한국관개배수 제14권 제1호 가축분뇨 자원화 기술 연구성과, 농촌진흥청, 2007

본 발명은 상기한 바와 같이 종래의 기술로는 해결되지 않고 있는, 매일 발생되는 막대한 양의 축산분뇨에 의한 악취 발생과 축사 내 악취로 인한 가축의 건강 문제 및 축산 종사자의 열악한 축산 환경 문제, 축사 주변의 악취 민원 문제 등을 종합적으로 해결하기 위한 것이며, 이와 같은 축산 농가의 문제를 효과적으로 해결하기 위해서는 축산분뇨의 원할한 처리를 위해 빠른 시간 내에 악취를 발생시키지 않으면서 퇴비화시킬 수 있는 기술이 필요하다.

또한 축산농가에서 발생되는 분뇨의 자원화를 위한 농가별 퇴비화 과정과 대량의 공공처리 과정에서 발생되는 악취 문제를 근본적으로 해결하고, 종래의 기술에서 제시하고 있는 톱밥 등의 부형제 사용과 부숙 촉진 및 악취제거를 위한 미생물 제제의 사용, 액비화를 위한 설비 등으로 인한 막대한 비용 부담을 줄일 수 있는 기술의 개발이 필요하다.

본 발명은 위와 같은 과제를 해결하기 위하여 퇴비화에 소요되는 시간을 종래의 1개월 이상에서 10일 이내로 줄이고, 축산분뇨 자체를 수분 조절제 및 종균으로 사용하면서 분뇨 자체의 악취 및 퇴비화 과정에서의 악취를 24시간 이내에 무취화시킴으로써 축산 환경을 근본적으로 개선시킴과 동시에 양질의 축산 분뇨 퇴비를만들 수 있는 경제적인 기술을 제공하고자 하는 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 축산 농가에서 발생되고 있는 축산분뇨는 우분과 돈분, 계분 중 어느 1종을 단독으로 사용하는 것에 국한되지 않으며, 지역 특성과 축종별 분뇨의 발생비율을 고려하여 2종 이상을 일정 비율로 혼합하여 사용할 수 있다.

본 발명에 따른 축산분뇨를 이용한 악취 제거용 종균의 제조는 호기적인 분뇨 처리를 위하여 톱밥과 같은 별도의 수분조정제를 50중량% 이상 혼합하거나 별도의 배지에서 배양된 미생물 제제를 첨가하는 종래의 처리 방법을 이용하는 것이 아니라 악취 제거 효과가 우수한 토양 미생물을 살균처리하지 않은 100% 분뇨를 배지로 사용하여 호기적인 발효 과정을 거쳐 우점화 시키는 것을 특징으로 한다.

그러나 발효된 축산 분뇨 자체를 분뇨의 악취 제거용 종균으로 사용하기 위해서는 인위적으로 배양된 특정 미생물을 이용하는 것보다는 토양방선균, 유산균, 효모균, 바실러스균 등 다양한 토양 미생물이 혼재되어 있는 여러 곳에서 채취한 비옥한 토양이나 부엽토 등을 그대로 각종 분뇨와 혼합하여 발효시키면서 악취가 완전히 사라지는 시간이 가장 짧은 시험구를 선택하는 것이 바람직하다. 이렇게 하여 선택된 발효 시험구에 존재하는 악취 제거 효과가 우수한 미생물을 우점화시키기 위하여 분뇨와 다시 혼합 발효시킴으로써 악취 제거 활성이 우수한 토양균을 효과적으로 우점화시킬 수 있고, 이와 같은 우점화 과정을 반복할 수록 악취 제거 효율은 더욱 향상될 수 있다.

본 발명의 구성에서 가장 중요한 부분은 축산분뇨의 발효 공정으로, 발효 24시간 이내에 악취가 완전히 없어진 발효된 분뇨를 저온에서 건조시킨 다음 바로 사용하는 것이 바람직하며, 저온에서 건조시킨 상태로 보관하면서 종균으로 재사용할 경우 1개월 이상 경과시에는 종균의 활성이 약화될 수 있음으로 종균으로서 장기간 보존은 바람직하지 않다.

본 발명에 의한 최적 발효조건은 악취 제거용 종균과 축분 혼합물의 함수율이 60중량% 이하이며 40℃ 이하에서 발효가 진행될 수 있도록 호기적인 통기 조건을 유지시키는 것이며, 이러한 조건에서 우점화된 악취 제거 효율이 우수한 주요 토양 미생물이 분뇨 자체에 존재하는 대장균을 비롯한 부패성 악취유발 미생물 및 병원성 미생물을 강력하게 억제하면서도 축산분뇨의 대부분을 차지하는 우분과 돈분 및 계분에서 모두 우수한 정착 활성과 악취 제거 활성을 보여주는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하여 처리된 악취가 없는 발효분뇨의 일부를 다시 종균과 수분조절제로 사용하기 위해서 30중량% 이하의 수분 함량이 되도록 40℃ 이하에서 직사광선을 피하여 건조시키는 것이 바람직하며, 퇴비로 사용하는 경우에는 부숙도의 검사와 함께 공정규격 상의 함수율 조건에 적합하도록 천일건조 등의 경제적인 방법을 이용하여 건조시킬 수 있으며 건조 조건에 제약을 둘 필요는 없다.

또한, 제조된 종균을 이용하여 축사 내 악취 발생을 최소화시키고 발생 분뇨의 처리 효율을 높이기 위하여 우사나 돈사, 계사 내에 톱밥 등을 깔아주거나 축사 내부를 물로 세척하는 대신, 건조된 악취 제거용 종균을 필요량 만큼 깔아줌으로써 가축의 분뇨가 배설됨과 동시에 자연적으로 종균과 혼합되어 발효가 진행되어 축사 내 악취 발생이 억제되고, 종균을 10중량% 정도 물에 현탁하여 여과시킨 물을 축사의 세척에 사용하여 축사 내 위생 상태 개선과 악취 제거 및 발생 분뇨의 처리 효율을 높일 수 있으며, 본 종균을 컬럼 등에 채워 악취 제거용 바이오필터로도 사용할 수 있도록 하는 것을 특징으로한다.

본 발명에 의하여 제조된 종균에 함유되어있는 우점화된 주요 토양균은 방선균과 발효성 세균이며, 순차적으로, 본 발명의 최적 발효조건에 따라 발효시킨 분뇨 는 그 자체를 다시 종균으로 사용하여도 자연적으로 우점화된 유효 토양균은 지속적으로 증식되면서 악취 제거 활성이 유지되어 별도의 종균 배양이 필요치 않다. 따라서 본 발명에서는 특정 토양균을 이용하는 것으로 한정하지는 않으며 자연계에 존재하는 다양한 미생물이 본 발명의 제시조건으로 축산분뇨의 효과적인 처리에 적용될 수 있음은 자명한 사실이다.

상기한 바와 같이 본 발명의 방법에 따라 축산분뇨를 악취문제 없이 처리할 수 있으며 기존의 처리 설비 그대로 종균 제조 및 발효 조건만을 달리하여 처리할 수 있어 추가 비용의 부담이 없고 축산 종류 및 규모에 상관없이 같은 공정으로 축산 분뇨의 처리가 가능하다.

본 발명에 의하여 악취 제거 및 분뇨처리 효율과 상관없이 종래의 기술에서지속적으로 발생되는 미생물 제제나 톱밥 등의 부형제 구입비용이 필요치 않으며 악취 제거 및 퇴비화에 소요되는 시간의 단축으로 기존의 동일한 처리 설비의 처리 능력이 향상되어 막대한 경제적 이익을 얻을 수 있다.

상기한 바와 같이 본 발명에 의하여 제조된 종균을 발생된 축산 분뇨와 축사 내에 바로 활용함으로써 원천적으로 악취 발생을 감소시킬 수 있어 악취가 발생되지 않는 축산 환경의 조성이 가능하다.

도 1은 본 발명에 따른 축산 분뇨 자체를 이용하여 종균을 제조함과 동시에 퇴비를 제조할 수 있는 축산 분뇨의 처리공정을 나타낸 도이다.
도 2는 본 발명에 의하여 제조된 축산 분뇨 처리용 종균을 나타낸 도이다.
도 3은 본 발명에 의하여 제조된 종균으로 부터 분리된 방선균을 나타낸 도이다.
도 4는 본 발명에 의하여 제조된 종균으로 부터 분리된 세균을 나타낸 도이다.
도 5는 악취 제거용 종균에 함유되어있는 방선균과 세균의 공생 모습을 나타낸 도이다.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예와 시험예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 축산 분뇨의 퇴비화 과정에서 발효된 축산 분뇨를 다시 종균으로 이용하여 악취가 발생되지 않도록 축산분뇨를 순환 처리하는 공정(2000)을 도시한 도면으로 수집된 축산 분뇨(100)로부터 사전에 제조된 분뇨 발효에 의한 종균(200)을 혼합하여 발효하는 공정(300)과 악취가 완전히 사라진 발효 분뇨를 종균화하기 위하여 건조하는 공정(400), 그리고 발생된 분뇨를 100% 처리할 수 있는 규모의 종균을 만들기 위하여 처리 공정(2000)을 반복하여 실시하고 종균이 확보된 다음에 여분의 발효 축분을 퇴비화 하는 공정(500)으로 구성된다.

도 1의 공정에서 축산 분뇨(100)의 경우, 대부분을 차지하고 있는 우분, 돈분, 계분에 대하여 가축으로부터 배설되는 시점에서는 악취 발생 정도가 심하지 않기 때문에 분뇨발생 초기단계에서 처리하는 것이 가장 바람직하지만 본 발명의 구성에서 처리되는 분뇨의 상태는 부패 정도에 전혀 제약을 받지 않는다는 것이 특징이다.

본 발명을 구체적으로 실시하기 위해서는 우선 악취 제거용 종균(200)의 제조가 필요하다. 본 발명의 과제해결 수단에서 명시한 바와 같이 활성 종균은 별도의 배지에서 배양하여 사용하는 것이 아니라 처리하고자하는 축산 분뇨 자체를 이용하는 것이고 토양 방선균을 중심으로 하는 악취 제거 활성이 우수한 미생물은 자연계 어디에서나 존재하기 때문에 이를 어떤 방법으로 축산 분뇨의 처리에 이용하고, 어떻게 효율적으로 활성 미생물을 분뇨 중에 우점화시켜 빠른 시간 내에 악취를 제거하고 퇴비화 시킬 수 있는가와 발효된 분뇨의 일부를 다시 종균으로 지속적으로 사용할 수 있는가하는 것이 관건이다.

본 발명에 의한 악취 제거용 종균을 제조하기 위하여 본 발명자는 제주도 한라산 주변 지역의 부엽토 및 오염되지 않은 토양을 채취하여 멸균되지 않은 생분뇨와 혼합하여 상온에서 호기적인 조건을 유지시키면서 실험구간에 상대적으로 빨리악취가 완전히 없어지는 실험구를 검색한 결과 20종의 토양 시료 중 5종의 시험구에서 72시간 이내에 악취가 완전히 제거되는 것을 확인하여 도 1의 공정(2000)에 따라 10회 이상 반복하여 종균으로 재사용하여도 악취 제거 활성이 가장 우수하고 우분과 돈분, 계분 및 혼합구에서 모두 활성이 우수한 최종 분뇨 발효 실험구를 기본 종균으로 선정하여 사용할 수 있으며, 위와 같은 과정을 통하여 용이하게 자연계로부터 활성화된 종균을 얻을 수 있다.

본 발명은 활성 종균을 별도의 배지를 이용하여 배양하지 않고 악취가 발생되지 않는 양질의 퇴비(500)를 도 1의 공정에 따라 제조하는 과정에서 발효된 분뇨(400)의 일부를 활성 미생물이 사멸되거나 역가가 저하되지 않도록 30중량% 이하의 함수율이 되도록 40℃ 이하의 저온에서 건조(400)시켜 이를 종균으로 재사용할 수 있도록 하는 것이 특징이며 나머지는 퇴비로 사용하기 위하여 종균화와 동일한 건조 방법 또는 천일 건조, 고온 건조 등 적합한 방법을 선택하여 사용할 수 있다.

본 발명에 의하여 제시되고 있는 발효 공정에 있어 분뇨의 호기적 처리를 위하여 톱밥 등의 수분조정제 대신 저온에서 건조시킨 퇴비 종균을 사용할 경우 통상적으로 1:1의 중량비율로 사용하는 것이 바람직하며 이때의 발효 조건으로는 30~40℃가 유지될 수 있도록 호기적인 통기 조건으로 조절하면 된다.

본 발명의 기술을 적용함에 있어서 양돈 농장의 경우 발생 분뇨를 고액분리하여 처리하는 예가 많지만 효율적인 악취 제거와 퇴비의 비효를 높이기 위하여 분뇨액을 종균에 함수율이 60% 이하가 되도록 살포하여 발효(300) 공정을 거쳐 처리하는 것이 바람직하다.

발효된 분뇨를 새로운 분뇨와 혼합하여 인위적인 pH 조절이나 발효 보조제의 첨가 없이, 발효 조건으로서 함수율, 발효 온도, 통기 조건 만을 변화시키면서 비교 시험한 결과에 따르면, 함수율은 70중량%이상이 될 경우 통기성이 저하되면서 악취가 완전히 제거되는 소요시간이 길어지게 되고, 가장 바람직한 함수율 조건은 60중량% 이하였으며, 별도의 수분조정제를 사용하지 않고 축산분뇨를 이용하여 제조된 건조 종균을 사용하기 때문에 함수율을 낮추는 경우에는 상대적으로 종균의 비율이 높아짐으로서 분뇨의 악취 제거 소요시간은 비례적으로 단축될 수 있다. 그러나 발생분뇨의 원할한 처리를 고려할 때 함수율은 50~60중량%가 되도록 하는 것이 바람직하다. 발효 온도의 경우, 40℃까지는 악취 제거 소요시간이 온도가 높을 수록 단축되었으나 45℃ 이상에서는 다른 악취 성분은 단시간 내에 없어지지만 암모니아취는 증가되는 결과로 나타나 본 발명에 의한 발효 온도는 40℃ 이하, 바람직하게는 35℃를 유지하는 것이 최적의 조건이며, 통기 조건의 경우 발효열에 의한 40℃ 이상의 온도 상승을 억제할 수 있는 정도 만으로 정상적인 분뇨 처리가 이루어짐을 알 수 있다.

축사 내에서 나는 악취는 바로 배설된 분뇨보다는 축사 바닥이나 벽면 등에 장기간에 걸쳐 상존하는 부패성 미생물이 배설된 분뇨와 접촉 혼합되면서 발생되는 것으로 본 발명으로 제조된 악취 제거용 종균을 축사 내에 살포함으로써 분뇨 처리 과정과 마찬가지로 배설된 분뇨와 종균의 접촉이 가축에 의하여 자연스럽게 이루어져 악취가 제거되게 된다. 이 때 종균은 축종에 따라 적합한 방법으로 축사 내에서 사용할 수 있으며, 종균의 물 추출 여과액을 이용하여 주기적으로 축사 내부를 세척하거나 분무해주는 것도 바람직하다. 또한, 축사를 포함하여 악취가 발생되는 어떠한 장소에서도, 포집된 악취를 종균을 채운 컬럼 등에 통과시켜 악취가 제거된 공기로 배출시키는 바이오필터로 사용하는 것도 바람직하다.

본 발명에 의한 축산분뇨의 처리에 있어서 분뇨의 종류에 따른 처리 방법의 차이는 없으며, 단지 축산 농가별로 발생되는 분뇨의 100%처리를 위하여 필요한 종균을 제조하는데 있어 초기 종균의 제조에는 부엽토 등의 각종 토양을 우분과 혼합하여 발효시켜 원종균을 제조하는 것이 가장 효율적이다. 다음 단계로 종균을 양을 늘려나가는 과정에서는 우분이나 돈분, 계분 모두 단독으로 또는 혼합하여 사용할 수 있으며, 계분의 경우 분뇨의 특성상 우분이나 돈분과 혼합하여 발효시키는 것이 악취 제거 효과를 높이는데 바람직하다. 우분의 경우 본 발명의 최적 발효조건에서 악취 제거에 소요되는 시간은 5시간 이내이며, 돈분의 경우 8시간, 계분의 경우 20시간 정도가 소요된다. 완숙퇴비화에 소요되는 시간은 자가 발열법 측정 결과를 기준으로 우분은 72시간(3일), 돈분은 120시간(5일), 계분 단독 처리 시 168시간(7일) 경과 되었을 때 완숙퇴비로 판정할 수 있었다.

이하에서는 본 발명의 구성을 실시예와 시험예를 통하여 더욱 상세히 설명하지만 본 발명의 권리 범위가 하기 실시 예에만 한정되는 것은 아니다.

[실시 예 1]

본 실시 예는 축산분뇨 자체를 이용하여 도 1의 공정도에 게시된 종균(200)을 제조하기 위한 것으로 제주도 한라산 주변의 부엽토 및 오염되지 않은 토양을 2kg 정도씩 20개의 토양 시료를 채취하여 30℃에서 수분 함량이 20~30중량%가 될 때까지 제습된 바람을 이용하여 건조시킨 다음, 토양 활성미생물의 검정용 시료로 사용하였으며, 축산 분뇨는 축산 농가별로 우분, 돈분 슬러지, 돈분액, 계분을 축사에서 처리장으로 모아진 상태의 것을 각각 10kg 정도씩 밀폐 용기에 담아서 수거 하였다. 사용 기간 동안 수거된 분뇨의 부패 진행을 막기 위하여 각 시료는 밀봉된 상태로 0℃ 냉장 보관하였다.

준비된 건조 토양 시료 100g과 각 분뇨 100g을 균일하게 혼합하고 용적이 1,000ml인 사각용기에 담아 통기성이 유지될 수 있도록 90도 각도로 기울여 35℃의 항온기에서 80%의 습도를 유지시키면서 발효시킨다. 발효 진행 시간에 따라 실험구의 악취 정도를 공정 시험법인 공기 희석 관능법과 직접 관능법을 이용하여 측정하여 악취 제거 효과가 가장 우수한 시험군을 선정하였다.

발효 진행 과정에서 72시간 내에 악취가 완전히 없어진 시험군은 20종 중에서 5종이었으며 악취 제거 효율은 우분 시료가 가장 우수하였으며 돈분, 계분 순으로 악취가 제거되었다.

악취가 제거된 5종의 시험 발효물을 35℃에서 수분 함량이 30중량% 이하가 될 때까지 건조시킨 다음 분뇨 시료와 1:1로 다시 혼합하여 발효시키면서 악취 정도를 측정하여 악취 제거 효율의 순위를 결정하고, 도 1의 발효과정(2000)이 반복 될 수록 악취 제거 효율이 향상되고, 동일 종균으로 모든 축산 분뇨의 악취 제거 효과가 우수한 시험군 1종을 최종 종균으로 선정하였으며 모든 시험 분뇨구에서 24시간 이내에 악취가 완전히 제거되었다.

[실시 예 2]

실시 예 1에서 얻어진 종균을 이용하여 도 1의 발효공정(2000)을 반복하여 우분 종균, 돈분 종균, 계분 종균을 각각 50kg씩 제조하고 각 종균에 대란 분뇨별 발효 시험과 혼합 분뇨로 국내 전체 축종별 분뇨 비율(우분 60중량%, 돈분 30중량%, 계분 10중량%)과 제주 지역 축종별 분뇨 비율(우분 15중량%, 돈분 80중량%, 계분 5중량%)의 2종에 대한 발효 시험을 실시하였다. 실시 예 1에서 제조한 종균과 각 실험 분뇨를 1:1의 중량 비율로 혼합하여 실시 예 1에서와 같은 조건으로 발효 시켜 악취가 완전히 제거된 발효 분뇨를 2일 간격으로 10일 동안 시료를 채취하여 40℃에서 건조시킨 다음, 자가발열 측정법으로 건조된 퇴비의 수분함량을 45중량%로 맞추어 1.5리터의 보온병에 퇴비를 넣고 실내와 용기내의 온도 차이를 3일간 측정하여 실온과 용기 내 온도 상승이 차이가 최대 10℃ 이내일 때를 완숙 퇴비의 조건으로 정하여 판단하였다. 시험 결과 모든 시험구에서 악취 제거 소요시간 1일을 포함하여 7일차에 자가 발열 온도의 차이가 10℃ 이내를 나타내었으며, 우분 발효 시험구에서는 3일차에서 완숙 퇴비 판정을 내릴 수 있었다.

[실시 예 3]

실시 예 1과 실시 예 2에서 얻어진 악취 제거용 종균을 이용하여 실제 축산 농가에서의 분뇨 처리 시험을 실시하였다. 분뇨 발생량이 가장 많은 양우, 양돈 농가를 대상으로 수행하였으며 1차 종균의 양은 20kg이었고, 발효는 축산 농가의 축분 처리장의 설비를 이용하였다. 악취가 제거된 발효 분뇨의 건조는 직사 광선을 피하여 40℃ 이하로 자연건조시켰으며 처리 효과는 소량의 실험실 결과와 같았다. 1회 처리시 종균은 약 40%가 증량되었으며 종균 20kg 기준으로 분뇨를 1톤 처리하기 위해서는 12회의 처리가 요구되었으며 소요시간은 발효된 분뇨 종균의 건조 시간에 따라 차이가 있었으나 종균의 건조를 1일 이내에 완료할 경우 초기 종균을 10kg씩 나누어 1일씩 처리한 다음 3회차에 1회차 처리 종균을 처리하는 방법으로 15일 뒤에 1톤 처리 분량의 종균을 제조할 수 있었다.

[시험 예 1]

본 시험 예는 실시 예 1에서 얻어진 악취 제거용 종균을 이용하여 도 1의 발효시키는 과정(300)에서 분뇨와 종균 혼합물의 함수율 차이가 악취 제거에 미치는 영향을 조사하기 위한 시험이며, 돈분 발효 종균에 대하여 고액분리된 돈분액을 사용하여 함수율을 40~70중량%까지 10% 간격으로 조정하여 시험하였다. 이때 종균과 돈분액의 함수율 기준은 30중량%와 90중량% 정하여 혼합 비율을 계산하였다.

시험 결과는 표 1에서 보는 바와 같이 함수율 70중량%에서는 악취 제거 효율이 급격히 저하됨을 알수 있으며 발효 과정에서 증발에 의하여 함수율이 60중량%이하로 되면서 악취는 완전히 제거되었다.

함수율 (%)	시료양(g)		발효 시간별(hr) / 악취도
	종균	돈분액	0hr	4hr	8hr	12hr	16hr	20hr	24hr	48hr	72hr
40	1,000	200	2	0	0	0	0	0	0	0	0
50	1,000	500	3	2	0	0	0	0	0	0	0
60	1,000	1,000	4	3	2	1	0	0	0	0	0
70	1,000	2,000	5	5	5	4	4	3	3	2	2

표 1에서의 악취도는 악취에 대한 공정 시험법 중 직접 관능법에 의한 6등급의 취기 강도로 나타낸 수치이며 표 2의 기준에 따라 표준 악취강도 인식시험액의 테스트를 통과한 5인 이상의 판정요원을 구성하여 악취를 측정한다.

악취도	악취감도 구분	설 명
0	무취(None)	상대적인 무취로 평상시 후각으로 감지하지 못하는 상태
1	감지 냄새	무슨 냄새인지 알 수 없으나 냄새를 느낄 수 있는 정도
2	보통 냄새	무슨 냄새인지 알 수 있는 정도의 상태
3	강한 냄새	쉽게 감지할 수 있는 정도의 강한 냄새
4	극심한 냄새	아주 강한 냄새, 예를 들면 여름철 재래식화장실 냄새
5	참기 어려운 냄새	견디기 어려운 강렬한 냄새로 숨이막힐 듯한 상태

[시험 예 2]

본 시험 예는 실시 예 1에서 얻어진 악취 제거용 종균을 이용하여 도 1의 발효시키는 과정(300)에서 발효온도의 차이가 악취 제거에 미치는 영향을 조사하기 위한 시험이며, 우분 발효 종균에 대하여 우분 및 돈분, 계분을 사용하여 함수율을 60중량%가 되도록 분뇨와 종균을 1:1로 혼합하여 5℃ 간격으로 30~50℃까지 10% 간격으로 조정하여 24시간 발효시켜 표 2의 기준에 따라 악취도를 평가 시험하였다.

종균		분뇨		발효 온도 / 악취도
종류	시료량(g)	종류	시료량(g)	30℃	35℃	40℃	45℃	50℃
우분	1,000	우분	1,000	1	0	0	2	3
	1,000	돈분	1,000	1	0	0	2	4
	1,000	계분	1,000	2	0	0	3	4

시험 결과는 표 3에서 보는 바와 같이 40℃까지는 분뇨에 대한 악취 제거 효과가 우수했으며 45℃ 이상에서는 복합 악취 중 관능 평가에서 대분분의 악취는 사라진 반면 암모니아취 발생이 심했으며, 50℃ 시험구에서는 지속적으로 암모니아취가 강하게 나타나 시험 기간 이후에도 사라지지 않았다. 암모니아취 이외의 악취존재 여부를 확인하기 위하여 45℃ 이상 시험구에 대하여 5중량%의 초산 희석액을 분무하여 불휘발성 암모늄염으로 반응시킨 다음 악취 판정를 수행한 결과 다른 악취는 거의 감지할 수 없었다. 이는 분뇨의 고온 발효에 의한 호열성 미생물의 증식 과정에서 질소 화합물의 분해에 기인하는 것으로 판단할 수 있으며 본 발명에 의한 악취제거용 종균의 처리 온도는 40℃ 이하가 바람직한 것으로 판단할 수 있었다. 도 2에 분뇨별 발효 종균을 도시하였다.

[시험 예 3]

본 시험 예는 실시 예 2에서 실시한 본 발명에 의하여 제조된 악취 제거용 종균을 이용하여 발효시킨 분뇨에 대하여 혼합종균(우분 발효 종균과 돈분 발효 종균을 1:1 혼합) 50kg을 이용하여 종균과 분뇨의 1:1 혼합 조건에서 35~40℃의 온도 유지의 통기조건으로 발효시킨 분뇨에 대한 부숙도 판정을 시험한 예이다.

분뇨는 축종별 분뇨와 혼합 분뇨로 국내 전체 축종별 분뇨 비율 1(우분 60중량%, 돈분 30중량%, 계분 10중량%)과 제주 지역 축종별 분뇨 비율 2(우분 15중량%, 돈분 80중량%, 계분 5중량%)의 2종에 대한 발효 시험을 9일간 수행하였으며 2일 간격으로 1.5kg씩 시료를 채취하여 40℃에서 건조 후 부숙도를 측정하였다.

종균 종류	분뇨 종류	일자별 최대자가발열 온도(℃)
		0일	1일	3일	5일	7일	9일
혼합 종균	우분	25	11	7	5	3	2
	돈분	32	20	14	8	6	4
	계분	38	27	19	12	9	5
	혼합 1	30	13	10	5	4	4
	혼합 2	33	19	12	8	5	3

시험 결과는 표 4에서 보는 바와 같이 모든 실험구에서 7일 경과 후 완숙 퇴비 판정의 결과를 얻을 수 있었으며 부숙도 실험에서 초기 실내 온도와 시험용 퇴비의 초기 온도 및 함수량에 따라 1~3℃ 정도의 실험 편차가 인정되었다. 부숙도의 판정은 실시 예 2에 명시된 방법으로 표 5의 판정 기준에 따라 실온과의 온도 차이에 대한 상승분을 측정하였다.

발열 온도 상승분(℃)	안정성 등급	분류
0 ~ 10	Ⅴ	매우 안정된 완숙 퇴비
10 ~ 20	Ⅳ	후숙중인 퇴비
20 ~ 30	Ⅲ	분해 중인 퇴비
30 ~ 40	Ⅱ	미숙하고 활성인 퇴비
40 ~ 50	Ⅰ	원료 그대로의 퇴비

[시험 예 4]

본 시험 예는 본 발명의 악취 제거용 종균의 분뇨별 우점화된 미생물과 초기 원 종균과 악취 제거 활성이 유지되고 있는 종균 간의 차이 및 미생물 분포를 확인하기 위한 시험으로 순환 발효 10회차까지 차수별로 종균 시료를 채취하여 건조된 종균 1g 중에 생균으로서 10⁶ 마리 이상 우점화된 균을 대상으로 하였다.

실험 방법은 선택 배지로서 일반 세균 분리용 PCA 배지와 효모 곰팡이 분리용 YM 배지 및 유산균 분리용 BCP-PCA 배지를 이용하여 건조 종균 1g을 계면활성제인 Tween 80을 0.001% 첨가하여 멸균시킨 생리식염수 100ml에 현탁시킨 다음, 동일한 희석액으로 10⁶배까지 단계희석하여 최종 희석액 1ml을 취하여 멸균된 선택배지에서 35℃에서 5일간 배양한 후 형성된 미생물 콜로니(colony)를 광학현미경과 육안으로 관찰하였으며 비교구로서 수거하여 보관 중인 발효 전의 축종별 분뇨를 동일한 방법으로 배양하였다.

시험 결과 공통적으로 방선균이 모든 시험구에서 생균수 대비 평균 40% 정도의 분포 비율을 보였으며, 현미경 및 육안상 콜로니의 형태, 색, 포자 형태를 기준으로 관찰한 결과 12종이 확인되었고, 분뇨의 종류에 따라서 검출 빈도수의 차이는 있었으나 종균의 종류와 분뇨의 종류가 다른 발효구의 경우에도 분뇨의 악취제거 효과에서 차이가 없었으므로 기본 적인 대사 활성은 유사할 것으로 판단할 수 있다. 유산균의 경우 실험구 중 분뇨의 상태가 비교적 신선한 상태에서 사용된 경우에 비교구와 함께 검출되었으나 부패가 진행된 분뇨에서는 전혀 검출되지 않아 유산균의 경우는 악취 제거 활성에 영향을 주지 않는 것으로 판단되었다. 효모와 곰팡이의 경우에도 10⁶배 수준에서 실험구별로 공통적으로 관찰되지는 않았다. 일반 세균의 경우에는 모든 선택배지에서 콜로니 형태 및 현미경 검경 상으로 다양하게 관찰되었으나 배양된 배지에서 악취가 발생되지 않는 세균은 5종 이상이 공통적으로 관찰되었다.

처리 전 분뇨구와의 비교시험 결과를 종합하면 본 발명에 의하여 제조된 악취 제거용 종균의 활성 미생물은 방선균(도 3)과 세균(도 4)의 복합 형태로 판단되고 도 5에서 보는 바와같이 분뇨의 발효과정에서 방선균과 세균이 공생하는 것을 확인할 수 있었다. 평판에서 배양된 비교 시험구를 제외하고는 배양된 배지 상에서 악취를 감지할 수 없었다.

본 발명은 상기한 실시 예 및 시험 예를 통하여 구체적으로 설명하였으나 이에 한정되는 것은 아니며, 적용 범위가 다양함은 물론이고, 권리의 청구범위에서 정하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.

본 발명은 축산 분뇨를 이용한 퇴비 등의 자원화 과정에서 가장 문제가 되고있는 악취 발생 문제를 해결함으로써 매년 5천만톤에 달하는 막대한 양의 발생 분뇨를 자원화하는 것이 용이하게 되고, 분뇨의 퇴비화를 위하여 사용되고 있는 별도의 미생물 제제와 톱밥이나 왕겨 등의 부형제를 전혀 사용할 필요가 없기 때문에 퇴비화를 위한 운전 비용의 절감 효과를 얻을 수 있다.

또한 본 발명에 의하여 분뇨를 처리함에 있어, 악취를 신속하게 제거하고 퇴비화에 소요되는 시간을 1주일 이내로 단축시킬 수 있어 분뇨 처리를 위한 설비 투자 비용을 줄일 수 있다.

100 : 축산 분뇨 수집 공정
2000 : 축산 분뇨 순환 발효 공정
200 : 악취 제거용 종균 투입 공정
300 : 분뇨 발효 공정
400 : 발효 분뇨 종균화 공정
500 : 발효 분뇨 퇴비화 공정

Claims (4)

1. 축산 분뇨로서 우분, 돈분, 계분 중 1종 내지 2종 이상의 혼합분뇨를 유일한배지 성분으로 이용하여 악취 제거 활성이 우수한 종균을 제조하는 방법
2. 제 1항에 있어서,
   토양으로부터 분리된 악취 제거활성이 우수한 방선균과 세균 또는 그 토양 자체를, 살균하지 않은 분뇨와 혼합하여 발효시키고, 악취가 제거된 발효 분뇨를 연속적으로 분뇨 배지에서 계대 배양시켜 활성 방선균과 세균을 분뇨 내에서 우점화시켜 제조하는 것을 특징으로하는 악취 제거용 종균.
3. 악취 제거용 종균을 축산 분뇨 100중량부에 대하여 50중량부 이상 혼합하여 30~40℃가 유지되도록 호기적으로 온도를 조절하면서 발효시켜 24시간 이내에 축산 분뇨의 악취를 완전히 제거하고, 악취가 완전히 제거된 발효 분뇨를 40℃ 이하에서 건조시켜 다시 악취 제거용 종균으로 사용하여 축산 분뇨를 처리하는 방법.
4. 제 3항에 있어서,
   악취가 완전히 제거된 발효 분뇨를 다시 종균으로 사용함과 동시에 여분의 발효된 분뇨를 같은 발효 조건에서 7일 이상 더 부숙시킨 다음 건조시켜 완숙 퇴비를 제조하는 방법.

Images