KR920003238B1 - 토양 미생물에 의한 토지개량제의 제조방법 - Google Patents

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Description

토양 미생물에 의한 토지개량제의 제조방법

본 발명은 생화학적 기술로서 하수오니를 포함하는 각종오니분뇨 및 가축분을 토양 개량제로 전환하는 것에 관한 것으로서, 특히 토양미생물을 이용하여 단시간내에 상기의 유기성 폐기물을 생화학적으로 분해시켜 유기 비료화시키는 방법에 관한 것이다.

산업의 급속한 성장과 도시화에 따른 인구증가 및 집중현상에 대해 여러 가지 환경오염 문제가 발생하여 왔으나 분해자이며 정화자인 미생물의 활동으로 환경은 어느정도 보전되어 왔다.

그러나 미생물의 자연적 정화능력을 벗어난 오염물질의 배출 과다에 따른 또다른 오염문제가 심각한 해결 과제로 등장하게 되었다.

특히 각종 산업활동으로 인해 발생하는 폐기물의 처리는 처리시 많은 비용이 들뿐 아니라 부적절한 매립이나 투여시 토양이나 지하수를 크게 오염시키는 결과가 발생하여 왔다.

이러한 상기의 단점을 해결하기 위한 종래의 각종 유기성 폐기물의 처리방법으로는 고, 액을 먼저 분리하여 고형분은 건조 또는 소각하고, 나머지 여액은 활성오니법 에 의해 처리하는 것이 일반적이었다. 그러나, 상기의 건조, 소각 및 활성오니법은 운영경비의 상승과 함께 다량의 에너지를 소비하기 때문에 매우 비경제적인 방법이 되고 있다.

한편, 각종 유기물 폐기물은 질소(N), 인(P), 칼리(K)등 작물에 대한 필수 3요소를 가지고 있을 뿐만 아니라 다수의 유효한 미량요소를 포함하고 있으므로, 건조, 소각에 의한 처리방법에 의할 경우 각종의 유기물과 비료성분을 활용할 수 없게 되는 단점이 있다.

따라서, 본 발명에 있어서는 각종 유기성 폐기물을 용수 희석 처리하지 아니하고, 폐수가 발생하지 아니하며, 유기물과 비료성분을 잃지 아니하는 토양미생물에 의한 발효분해법을 제공하는데 그 목적이 있는 것이다.

본 발명은 94-97중량%의 유기성 폐기물에 205중량%의 톱밥과 0.2-0.5중량%의 석회유 및 0.2-0.5중량% 목회를 혼합하여 유기성 혼합물을 만들고, 상기 혼합물에 pH 6.5-7.5에서 0.2-0.06중량%의 토양미생물을 접종시켜 상기 유기성 혼합물을 상기 토양미생물의 발효작용에 의해 토양개량제를 만드는 방법에 관한 것이다.

본 발명에 있어서는 94-97중량%의 유기성 폐기물을 사용한다. 이때 유기성 폐기물이라 함은 하수처리장에서 나오는 하수오니와, 분뇨 및 가축분 그리고 공장 폐기물등으로 구성된 각종 오니를 말한다. 이러한 유기성 폐기물에는 수분이 70-90% 정도 함유되어 있다.

본 발명에 있어서는 톱밥을 2-5중량% 사용한다. 부재료로서 사용되는 톱밥은 흡수력이 커서 상기의 각종 유기성 폐기물의 수분을 다량 흡수하여 미생물이 발육하기 좋은 수분조건을 만들어 주며, 반유동상태의 유기물의 물리성을 개선해 세립화하기 쉽고 표면적을 크게해서 더욱 통기성을 좋게한다.

이외에도 부패하는 과정에서는 반드시 메탄가스, 질산가스 이외에 인들, 스카틀 등 여러종류의 유기산 가스가 배출되는데 이것을 흡착하는 탈취의 효과가 매우 크며 토양개량제로서 상승의 효과를 나타낸다.

본 발명에 있어서는 0.2-0.5중량%의 석회유와 0.2-0.5중량%의 목화를 사용한다. 석회유와 목회를 톱밥과 함께 사용하면 각종 유기성 폐기물에 포함된 리그닝이나 난분해성 섬유소를 분해 촉진하여 고온성의 호기성 분해가 용이하게 일어나기 때문이다.

본 발명에 있어서는 상기의 유기성 폐기물의 톱밥과 석회유 및 목회를 넣고 이를 잘 혼합시켜 유기성 혼합물을 제조한다. 이 유기성 혼합물은 혼합과정에서 증발된 수분과 상기의 톱밥에 의한 다량의 수분 흡수 때문에 수분함량이 55-65%로 낮아진다.

이때 다량의 수분을 함유한 톱밥은 그 자체가 다량의 수분에 의해 각종의 셀룰로스로 분리, 분해되어 조성유화 되어진다. 본 발명에 있어서는 상기의 유기성 혼합물에 0.02-0.06중량%의 토양 미생물을 접종시켜 토양개량제를 제조한다.

본 발명에 있어서 사용되는 토양 미생물은 호기성균으로서 알카리게네스(Alcaligenes), 셀룰로모나스(Cellulomonas), 바실루스(Bacillus), 에어로 박테리아(Aerobacter), 후라보 박테리아(Flavobacteriar), 슈도모나스(Pseudomonas) 풀루레어리아(Pullularia), 아조토 박테리아(Azotobacter), 노카프디아(Nocardia), 크로마티움(Chromatiun), 라조비움(Rhizobium), 액티우노미세스(Actiunomyces), 미이코리자(Mycorrhiza), 곰팡이균(Fungi), 노스특(Nostoc)등이다.

토양미생물은 먼저 비옥한 토양에서 채취 분리한다. 예컨데, 세비를 하지 않은 부식질의 비옥한 토양 80g(이때 토양은 5-10cm 깊이 안에 있는 것)을 채취하여 0.2g의 Na₂CO₃와 200ml의 증류수를 가하고 121℃에서 60분 살균하여 목적하는 균을 분리한 후, 그 분리균에 변이 유도제를 작용시켜 생산성이 높은 균주를 분리한다.

미생분 분리는 미생물 이외에 잡균이 혼재되어 있으므로 평판도말을 반복하여 순수분리하는 방밥(평판 도막법)을 사용하며, 이때 1차 배양조건은 37℃ 1-2일간 획선배양(사면배양)하고, 분리 배지는 pH 5.5 정도의 합성배지 또는 맥아즙배지를 사용한다. 미생물의 보존은 냉암소에서 행하고, 배지를 넣을때는 여과지로 여과해서 사용한다.

이와 같이 분리채취된 1차 배양 미생물을 밀기울, 옥수수가루, 대두박 및 펩톤으로 구성된 배치 혼합물에 접종하여 2차 배양시킨다. 균주 배양을 위한 배지 혼합물은 예컨데, 밀기울 : 대두박 : 옥수수가루 : 펩톤 = 10 : 10 : 3 : 1의 비율로 혼합하는 것이 바람직하며, 이 혼합물을 0.2N HCI로 처리하여 pH 5.5 정도에 맞추고, 100-110℃에서 약 2시간 멸균하여 제조한다.

상기의 멸균된 배지 혼합물에 37℃에서 사면 배양시킨 1차 배양균주를 분무식으로 무균접종한다.

이때, 균주의 배양을 더욱 활성화시키기 위하여 상기의 배지 혼합물에 ZnSO₄,·7H₂O, FeSO₄·7H₂O, CuSO₄·5H₂O등을 미량섞는다. 미량이라 함은 배지 1kg에 대해 0.01g 정도를 말한다.

상기의 과정이 끝나면, 접종된 혼합물을 두께 5cm 정도의 밧트(VAT)에 두께 2cm 정도로 만들어 항온실에 쌓는다. 이때 상온의 무균공기가 약간 통하도록 한다. 배양온도는 40℃ 이하이며, 이 온도에서 36-48 시간이며 제2차 배양이 완성된다.

이와 같이 분리, 배양이 완성된 미생물은 상기의 유기성 혼합물에 접종시킨다. 이때, 미생물의 접종에 있어서 가장 중요한 요소는 수분의 조절과 충분한 산소의 공급이다. 발효 촉진분해 속도는 모든 조합된 재료의 전체적인 평균 수분이 55-65%로 맞아야 발효 촉진균의 번식이 왕성하여 양질의 토양개량제로서 성과를 올릴 수 있다.

이러한 유기성 혼합물의 수분조절은 부재료로써 사용되는 톱밥에 의해 이루어진다. 만약, 상기 유기성 혼합물의 수분이 65% 이상이 되면 발효 촉진물이 수축하여(즉 내부공간이 물로 충만되어) 토양개량제에 산소 공급이 불충분하게 되어 협기성이 되므로 목적을 이룰 수 없게 된다. 따라서 호기성균의 신진대사를 유지할 수가 없게되어 분해속도는 저하되고 황화수소, 메르캅탄등이 악취가스가 발생하게 된다.

또한 수분이 적으면 미생물의 증식에 방해되어 분해속도는 저하된다.

본 발명에 있어서는 필연적으로 산소를 요구하는 호기성균의 작용에 의해 분해가 이루어지게 된다. 따라서, 충분한 산소의 공급이 절대적으로 필요하며, 이것에 의해 발효기간을 크게 단축시킬 수 있으며, 본 발명에 의한 소기의 목적도 이룰 수 있게 된다. 만약, 산소의 공급이 불충분하거나 공기의 유통이 불량하면 공기중의 산소가 빨리 소비되어서 혐기성균이 생육하고 분해속도는 매우 완만하게 진행되게 새까맣고 악취가 나며 식물에 독이 되므로 본 발명의 목적을 이룰 수 없게 된다.

그러므로 발효시 공기 유통량의 조절 여하는 매우 중요하다. 발효시 통을 사용할 경우에는 분해에 소비되는 산소 이용율을 계산하여 강제 통풍과 교반에 필요한 공기를 공급할 필요가 있다. 발효를 할대 공급하는 공기는 보통 상은 그대로 사용되며 공기량이 너무 많으면 발효물의 온도가 낮아져 미생물의 생육에 부적당하게 된다.

또한 간단한 통기 장치로서 퇴적물 가운데 통기관만을 넣거나 혹은 재료를 망 혹은 통기공이 있는 용기에 넣은 것은 공기량이 작게되어 일부만 호기적 상태이며 대부분은 혐기적 상태로 되어 발효가 늦어진다.

발효과정에서 냄새가 유발되는 경우는 발효후 생산된 공기를 다시 발효물로 불어넣어 냄새를 제거시키는 것이 효과적이며, 공기관의 크기는 직경 10-15cm이며 공기 주입량은 산소농도가 5-15% 가량 되도록 한다.

호기성균의 성장과 완전 발효를 위해 퇴적시엔 산소의 유통이 잘되게 가볍게 얹는 것이 온도 상승이 빠르며 수분이 많은 경우 산소의 유통이 나빠 완전히 환원 분해가 이루어지며 이것은 강산성화를 촉진하므로 필히 산화분해가 이루어지도록 하여야 한다.

그리고 외벽으로 손실되는 열이 적도록 충분한 단열 보온을 하면 건조가 빨라지고 미생물의 활동을 높일 수 있다. 발효물의 온도상승은 산소의 공급 여하에 따라 크게 영향을 받는다. 온도의 상승여하는 미생물의 활동의 정도를 나타내는 척도이며 온도저하는 공기의 부족 또는 분해가 종말에 이르렀다는 것을 나타내는 것이다.

본 발명에 있어서 분리 분해 균주는 각종의 유기물과 셀룰로오스, 리그닝등 조섬유가 함유되어 있는 유기성 혼합물에 대하여 당, 단백질, 지방 등 분해되기 쉬운 물질들을 먼저 분해 완료하고 다음 리그닝, 헤미셀롤로오스, 셀롤로오스 순의 과정으로 대단히 빠르게 분해시킨다.

고온하에서 활동하는 리그닝 분해균과 섬유소 분해균이 섬유소를 분해하면서 유기산을 만들며 이 유기산에 의한 산도의 저하와 그에 대한 분해 작용의 저하를 최대한 방지한다.

이 분해균은 호기성균이며 60℃ 이상의 발효이기 때문에 혐기 발효시킬 경우 고열로 분해를 하면 탈집작용을 일으키거나 Azotobactor, Pdsedomonas, Nocardia, Pllularia, 질소 고정균의 작용으로 토양에 있는 질소가 미생물 증식에 사용되고 작물이 필요로하는 질소를 미생물이 배앗아가지 않도록 탈질을 방지하며 질소의 고정과 식물의 생장촉진, 및 조절작용, 토양미생물의 번식촉진 및 미량 요소를 공급 증대하여 식물에 있어서 중요한 아미노산, 저분자 핵산, 비타민, 홀몬 등을 분비하여 식물의 뿌리에 직접 간접으로 흡수시킨다. 발효시 발생하는 발효열은 본 발명에 따른 미생물균주의 접종과 호열성균의 작용으로 도달최고온도가 50-70℃까지 상승하여 발효기간이 단축된다.

이때 발생하는 발효열에 의하여 유기성 혼합물에 함유된 수분은 계속 증발하여 30% 전후가 되고 셀룰로오스 분해의 최성기가 지나면 토양개량제 내부의 온도는 미생물의 대사반응이 끝나므로 서서히 하락된다.

발효를 마친 토양개량제는 입경이 불균일하므로 파쇄하고 채분리함으로 균일화하며 수분은 약30% 중량 이하가 되게끔 하는 것이 바람직하므로 필요에 의해 건조한다. 파쇄는 Hammer Mill로서 한다. 채분리는 눈금 1.27cm 이하의 회전 또는 진동체에 의한다. 발효물의 수요는 봄과 가을에 많다. 따라서 PLANT는 짧아도 6개월간의 생산 분량을 저장할 수 있는 설비가 필요하다.

본 발명에 있어서, 토양미생물의 분해 효과는 균주를 첨가하지 않은 경우에 비하여 현저하게 나타난다.

실례로서, 유기성 혼합물에 포함된 섬유소의 부해도는 아래의 표 1과 같았다.

[표 1]

1.본 발명의 균주를 원료건조 무게당 0,02 내지 0.06중량투입

2. 60℃-70℃에서 5일간 경과후 분석결과임.

본 발명에 있어서는 토양미생물의 발효에 의해 메탄가스, 질산가스(암모니아등), 또는 유기산 가스(인들, 스카틀등)가 거의 발생하지 않는다. 이것은 호기성의 토양미생물에 의해 분해작용이 빠르고 거의 완전하게 이루어지기 때문이다. 이에 대한 구체적인 실험예는 아래와 같다.

또한, 본 발명에 있어서는 토양미생물의 활발한 작용에 의해 고온(60-80℃)의 발효열이 발생하므로 유기성 폐기물내에 있는 기생충란, 해충, 병원균, 기타 잡초의 종자등이 완전히 사멸되므로 위생적인 면에서도 바람직하다.

이는 병원성균이나 해충 등의 사멸 조건이 적리균의 경우 50℃에서 5분, 디프테리아균의 경우 55℃에서 45분, 대장균 60℃-60분 또는 70℃-5분, 비루스 70℃-25분, 선층 65℃-2분, 해충란 50℃-60분 또는 55℃-7분 정도이기 때문이다.

본 발명에 의한 발효열에 의한 온도변화를 살펴보면 아래와 같다.

이와 같이 구성된 본 발명의 제조방법에 있어서, 15종류의 분리 채취된 토양미생물 집단은 어떤 특정한 분해 능력을 갖는 균주로서 순수하게 배양하여 이것을 톱밥 및 기타 첨가물로 구성된 유기성 혼합물에 사용하므로, 혼합일로부터 4-5일 정도이면 완전 무취에 가까운 토지개량제를 만들어 낼 수 있다.

이것은 자연의 노천 상태에서 6-12개월 정도를 지나야 독성이 없는 비료로서 사용할 수 있는 것에 비교할 수 없는 것이다.

Claims (3)

1. 94-97중량％의 유기성 폐기물에 2-5중량%의 톱밥과 0.2-0.5중량%의 석회유 및 0.2-0.5중량％의 목회를 혼합하여 유기성 혼합물을 만들고, 상기 혼합물에 pH 6.5-pH 7.5에서 0.02-0.06중량5의 토양미생물을 접종시켜 상기 유기성 혼합물을 상기 토양미생물의 발효작용에 의해 토양개량제를 만드는 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기의 유기성 폐기물은 하수오니, 분뇨, 가축분, 그리고 공장폐기물 등으로 구성된 것을 특징으로 하는 토양개량제의 제조방법.
3. 제1항에 있어서, 상기의 토양미생물은 호기성균으로서 알카리게네스(Alcaligenes), 셀룰로모나스(Cellulomonas), 바실루스(Bacillus), 에어로박테리아(Aerobacter), 후라보 박테리아(Flavobacteriar), 슈도모나스(Pseudomonas), 풀루레어리아(Pullularia), 아조토박테리아(Azotobacter), 노카르디아(Nocardia), 크로마티움(Chromatiun), 라조비움(Rhizobium), 액티우노미세스(Actiunomyces), 미이코리자(Mycorrhiza), 곰팡이균(Fungi), 노스특(Nostoc) 등으로 구성된 것을 특징으로 하는 토양개량제의 제조방법.