WO2013137536A1

WO2013137536A1 - 축분 또는 축분슬러지를 이용한 축분탄 및 그 제조방법

Info

Publication number: WO2013137536A1
Application number: PCT/KR2012/009306
Authority: WO
Inventors: 박상규
Original assignee: (주)비케이
Priority date: 2012-03-13
Filing date: 2012-11-07
Publication date: 2013-09-19
Also published as: CN103492538A; KR101175287B1

Abstract

본 발명은 축분 또는 축분슬러지를 이용한 축분탄 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 축분 또는 축분슬러지를 이용한 축분탄은, 축분 또는 축분슬러지 중 선택된 어느 하나 이상으로 이루어진 미가공 축분물 원재료; 생석회; 정수 슬러지와, 인산 또는 황산 중 어느 하나 이상으로 이루어지며, 10~40%의 함수율을 갖는 건조물을 포함하는 탈취제; 및 3,000~8,000 kcal/kg의 발열량을 가지는 석탄을 포함하여 구성된다. 본 발명에 의해, 축분 또는 축분슬러지에서 발생하는 악취를 효과적으로 제거할 수 있는 탈취제를 사용하며, 발열량을 높여주는 석탄을 함께 사용함으로써 연료로 사용하기 어려웠던 축분 또는 축분 관련 모든 슬러지의 재활용이 가능하며, 이로 인해 저가의 난방용 연료로 사용가능한 축분탄 및 그 제조방법이 제공된다.

Description

축분 또는 축분슬러지를 이용한 축분탄 및 그 제조방법

본 발명은 축분 또는 축분슬러지를 이용한 축분탄 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연료로 사용하기 어려웠던 축분 또는 축분 관련 모든 슬러지들의 재활용이 가능하며, 저가의 난방용 연료로 사용가능한 축분탄 및 그 제조방법에 관한 것이다.

우리나라 주요하천의 수질은 생활하수 및 공단폐수와 함께 축산단지로부터 유입되는 분비물, 폐수 등으로 인하여 매우 심각하게 오염되어 왔다.

이에 정부는 하천 수질 개선을 위해 다양한 정책을 시행하였으며, 축산폐수의 처리도 중요한 현안임을 감안하여 2006년 가축분뇨의 관리 및 이용에 관한 법률을 제정하여 간이 축사 폐수정화조의 설치 대상지역을 상수원 보호구역 등 특정지역에서 전국으로 확대 실시토록 하였으며, 축산폐수 배출시설의 허가 및 신고 대상시설을 강화함으로써 축산폐수의 체계적인 관리 및 오염원차단 등의 노력을 경주해왔다.

이에, 현재 폐수처리방법으로 가축의 배설분뇨를 분리시켜 액상은 배수처리 시설에 도입하여 처리 후 방류시키거나 슬러지 등의 액상비료로서 사용하고, 고형성분의 배설물은 유기물을 안정화하여 위생적으로 문제가 생기지 않는 형태의 제품으로서 연료화를 시행하고 있다.

다시 말해 고농도 축산 폐수인 가축(소, 돼지, 닭 등)의 분뇨를 처리함에 있어서 기존의 퇴비화 방법과 더불어 화훼단지, 축사 등의 농가에서 필요로 하는 저가의 난방용 연료로서 사용할 수 있는 방법이 모색되고 있다.

그러나, 우분(牛糞)이나 마분(馬糞)외 계분이나 돈분 같은 경우에는 수분이 너무 많고 축분 특유의 악취와 혐오감을 주며 불완전 연소가 되는 경우가 많아 불이 잘 붙지 않거나 연기 등이 발생되는 문제점이 있다.

관련 선행기술로는 대한민국공개특허 제2008-110970호(공개일: 2008년 12월 22일, 명칭: 생석회와 음식류 폐기물 및 농,축산 부산물을 이용한 연료)와 대한민국공개특허 제2010-138484호(공개일: 2010년 12월 31일, 명칭: 마이크로파 열원 및 생석회 첨가제를 이용한 석탄화력 발전소 혼합연소용 하수 슬러지의 건조 및 악취발생 억제방법 및 장치)가 있다.

본 발명의 목적은 연료로 사용하기 어려웠던 축분(우분, 돈분, 계분, 인분, 견분, 압분, 마분, 사육동물 배설물, 식육동물 배설물 등) 또는 축분 관련 모든 슬러지들(우분 슬러지, 돈분 슬러지, 계분 슬러지, 인분 슬러지, 혐기성소화 잔재 슬러지, 축산폐수시설에서 발생되는 슬러지 등)의 재활용이 가능하며, 저가의 난방용 연료로 사용가능한 축분탄 및 그 제조방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 축분 또는 축분슬러지를 이용한 축분탄은, 축분 또는 축분슬러지 중 어느 하나 이상으로 이루어진 미가공 축분물 원재료; 생석회; 정수 슬러지와, 인산 또는 황산 중 어느 하나 이상으로 이루어지며, 10~40%의 함수율을 갖는 건조물을 포함하는 탈취제; 및 3,000~8,000 kcal/kg의 발열량을 가지는 석탄을 포함하여 구성된다.

상기 축분은 우분, 돈분, 계분, 인분, 견분, 압분, 마분, 사육동물 배설물, 식육동물 배설물 중 선택된 어느 하나 이상인 것이 특징이며, 상기 축분슬러지는 우분 슬러지, 돈분 슬러지, 계분 슬러지, 인분 슬러지, 혐기성소화 잔재 슬러지, 축산폐수시설에서 발생되는 슬러지 중 선택된 어느 하나 이상인 것이 특징이다.

상기 생석회는 상기 미가공 축분물 원재료 중량을 기준으로 10~40 중량부로 포함되고, 상기 탈취제는 상기 미가공 축분물 원재료 중량을 기준으로 10~40 중량부로 포함되며, 상기 석탄은 상기 미가공 축분물 원재료 중량을 기준으로 100~200 중량부로 포함되어 이루어지는 것이 특징이다.

상기 탈취제는 상기 건조물 1 kg당 0.01~0.1 ㎖로 혼합되는 유용미생물과 물을 포함하여 이루어진 것이 특징이다.

상기 축분탄은 유용미생물을 더 포함하는 것이 특징이다.

상기 축분탄은 펠렛형태, 조개탄형태, 원기둥형태, 구멍탄형태 중 어느 하나의 형태로 이루어져 연료로 사용하는 것이 특징이다.

본 발명의 축분 또는 축분슬러지를 이용한 축분탄 제조방법으로는, 축분 또는 축분슬러지 중 어느 하나 이상으로 이루어진 미가공 축분물 원재료에 상기 미가공 축분물 원재료 중량을 기준으로 10~40중량부의 생석회를 투입하고, 그 투입된 생석회와 미가공 축분물 원재료가 함유하는 수분의 결합에 의한 발열반응으로 미가공 축분물 원재료의 수분을 제거한 후 1차 숙성하는 제1단계; 상기 1차 숙성물에 정수 슬러지와, 인산 또는 황산 중 어느 하나 이상으로 이루어지며, 10~40%의 함수율을 갖는 건조물을 포함하는 탈취제를 상기 미가공 축분물 원재료 중량을 기준으로 10~40중량부로 넣어 유해가스를 탈취시키는 제2단계; 상기 탈취된 1차 숙성물에 3,000~8,000 kcal/kg의 발열량을 가지는 석탄을 상기 미가공 축분물 원재료 중량을 기준으로 100~200중량부로 넣고 2차 숙성하는 제3단계 및, 상기 2차 숙성물에 상기 미가공 축분물 원재료 중량을 기준으로 1~5 중량부의 성형보조용 바인더를 넣은 후 성형 및 건조하는 제4단계를 포함하는 것이 특징이다.

상기 제1단계의 숙성은 30~80℃에서 1~3시간동안 이루어지는 것이 특징이다.

상기 제2단계의 탈취는 30~80℃에서 1~10일동안 탈취가 이루어지며, 유해가스인 암모니아와 황화수소가 탈취되는 것이 특징이다.

상기 제2단계의 탈취는 유용미생물을 더 포함하여 이루어지는 것이 특징이다.

상기 제3단계의 2차 숙성은 30~80℃에서 1~24시간 동안 이루어지는 것이 특징이다.

상기 제4단계의 성형은 펠렛형태, 조개탄형태, 원기둥형태, 구멍탄형태 중 어느 하나의 형태로 이루어져 연료로 사용되는 것이 특징이다.

본 발명에 의해, 축분 또는 축분슬러지에서 발생하는 악취를 효과적으로 제거할 수 있는 탈취제를 사용하며, 발열량을 높여주는 석탄을 함께 사용함으로써 연료로 사용하기 어려웠던 축분(우분, 돈분, 계분, 인분, 견분, 압분, 마분, 사육동물 배설물, 식육동물 배설물 등)과 축분 관련 모든 슬러지들(우분 슬러지, 돈분 슬러지, 계분 슬러지, 인분 슬러지, 혐기성소화 잔재 슬러지, 축산폐수시설에서 발생되는 슬러지 등)의 재활용이 가능하며, 이로 인해 저가의 난방용 연료로 사용가능한 축분탄 및 그 제조방법이 제공된다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 축분 또는 축분슬러지를 이용한 축분탄을 제조하는 공정을 나타낸 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들 및 실험예를 상세하게 설명하며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

본 발명의 축분탄은 축분 또는 축분슬러지 중 선택된 어느 하나 이상으로 이루어진 축분물, 생석회, 탈취제, 석탄을 포함하여 구성된다.

상기 축분물은 축분 또는 축분슬러지 중 선택된 어느 하나 이상으로 이루어지는 것을 특징으로, 통상적으로는 재활용 대상으로 사용되는 축분 또는 축분슬러지로 우분 또는 우분슬러지, 마분 또는 마분 슬러지가 사용되고 있다.

그러나, 돈분 또는 돈분 슬러지, 계분 또는 계분 슬러지의 경우에는 함수율이 높고 악취가 심해 사용되지 못하고 있는 실정이다.

이에, 본 발명은 상기의 문제점을 해소해 줌으로써 우분 또는 우분슬러지, 마분 또는 마분 슬러지 뿐만 아니라 기존에 사용하지 못했던 모든 축분 또는 축분관련 슬러지들을 대상으로 하여 축분탄을 제조하게 된다.

다시 말해, 본 발명에서는 상기와 같이 함수율과 무관하게 가축분뇨를 의미하는 모든 축분 또는 축분 관련 모든 슬러지들이 사용가능하며, 바람직하게 상기 축분으로는 우분, 돈분, 계분, 인분, 견분, 압분, 마분, 사육동물 배설물, 식육동물 배설물 중 선택된 어느 하나 이상을 사용하며, 상기 축분 슬러지로는 우분 슬러지, 돈분 슬러지, 계분 슬러지, 인분 슬러지, 혐기성소화 잔재 슬러지, 축산폐수시설에서 발생되는 슬러지 중 선택된 어느 하나 이상을 사용한다.(이하, 축분 또는 축분슬러지 중 어느 하나 이상으로 이루어지는 것을 '축분물'이라 명명한다.)

상기 생석회(CaO)는 백색 무정형의 물질로 비중이 높고(3.2~3.4), 공기 중에 방치되면 수분 및 탄산가스를 흡수하여 수분 및 수산화칼슘과 탄산칼슘이 되고, 물과 반응시 높은 열을 내며 수산화칼슘이 되는 성질이 있다.

즉, CaO+H₂O→Ca(OH)₂+15.6 Kcal/mol

Ca(OH)₂+2CO₂→Ca(HCO₃)₂+35.4 Kcal/mol

본 발명은 이러한 생석회의 화학적인 특성을 이용하여 상기 생석회와 상기 미가공 축분물 원재료를 혼합함으로써 상기 생석회와 미가공 축분물 원재료가 함유하는 수분의 결합에 의한 발열반응으로 미가공 축분물 원재료의 수분이 제거되어 미가공 축분물 원재료를 별도 건조공정없이 안정화반응을 일으킬 수 있게 되며, 상기 미가공 축분물 원재료 중량을 기준으로 10~40중량부 포함하는 것이 바람직하다.

이는 상기 생석회의 함량이 10 중량부 미만일 경우 정상적인 발열반응이 생기지 않기 때문에 함수율이 저감되지 않아 오히려 별도의 건조공정을 거쳐야 하는 문제가 발생되며, 40 중량부를 초과할 경우에는 비용이 과다하게 발생될 뿐이고, 함수율 저감이 미미하며, 오히려 불완전연소 가능성이 높아질 우려가 있다.

상기 탈취제는 정수 슬러지와, 인산 또는 황산 중 어느 하나 이상으로 이루어지며, 10~40%의 함수율을 갖는 건조물을 포함하는 것을 특징으로, 함수율이 10% 미만으로 떨어지면 완전 분말 상태가 되어 제품 사용 시 20~40%의 제품 손실이 발생하고, 비산으로 인한 민원유발우려 및 작업상의 불편함을 초래하게 되며, 함수율이 40%를 초과하게 되면 높은 함수율로 인해 탈취기능 저하, 성형상의 어려움, 재슬러리화 우려 등의 문제가 발생되므로 10~40%의 함수율을 갖는 건조물을 포함하는 탈취제를 사용하는 것이 중요하다.

또한, 상기 건조물은 정수 슬러지에, 정수 슬러지 중량대비 5~20 중량%의 황산 또는 인산 중 어느 하나를 혼합하여 이루어지거나, 정수 슬러지에, 황산과 인산을 혼합한 혼합물을 정수 슬러지 중량대비 5~20 중량%를 혼합하여 이루어지는 것으로 이때 황산이나 인산은 반드시 고가의 인산이나 황산을 사용할 필요는 없으며, 저가의 재활용 인산이나 황산을 사용할 수 있다. 구체적으로, 인산 농도가 60~90%인 것이면 폐인산, 재생인산도 사용할 수 있으며, 또한 반도체 제조공정 등에서 에칭액으로 사용 후 나오는 폐인산을 사용할 수도 있다. 한편 황산 공급원은 황산 농도 30~70%인 것이면 폐황산, 재생황산도 사용할 수 있다.

상기 황산 또는 인산 각각의 사용량 또는 황산과 인산을 혼합한 혼합물의 사용량은 정수슬러지 중량대비 5 중량% 미만 사용될 경우 탈취능에 영향을 미쳐 탈취제로서 부적합한 문제가 있고, 20 중량%를 초과하여 사용될 경우 탈취효과에 별다른 차이가 없는데 반해 산의 과다 투입으로 인한 중화공정이 별도로 필요하고, 제조비용이 늘어나는 문제가 있기 때문에 상기 함량은 정수 슬러지 중량대비 5~20중량% 사용하는 것이 좋다.

이러한 상기 탈취제는 상기 미가공 축분물 원재료에서 발생되는 유해가스를 탈취시키기 위한 것을 목적으로 인체에 유해한 가스들은 모두 탈취의 대상이 되며, 바람직하게는 암모니아와 황화수소를 탈취시키기 위한 것으로서, 상기 미가공 축분물 원재료의 중량을 기준으로 10~40 중량부 함유되는 것 좋다.

이는 상기 탈취제의 함량이 10 중량부 미만일 경우 탈취기능이 떨어져 미가공 축분물 원재료에서 발생되는 유해가스가 탈취되지 않아 작업에 상당한 지장을 초래하며, 상기 탈취제의 함량이 40 중량부를 초과할 경우에는 탈취율의 향상효과가 미미하며 오히려 비용만 추가 발생하게 되는 문제가 생기기 때문이다.

또한, 상기의 탈취제에는 상기 건조물 1 kg당 0.01~0.1 ㎖로 혼합되는 유용미생물과 물을 포함하여 이루어지기도 한다.

여기서 상기 유용미생물(EM, Effective Microorganisms)은 광합성 세균, 효모균, 방선균, 유산균 중에서 선택된 미생물을 조합하여 공존 공생하면서 강력한 항산화작용을 하고 다른 생명체에 무해유익한 역할을 하며, 예전부터 식품의 발효 등에 이용해 왔다.

이러한 유용미생물(EM)은 0.01㎖ 미만으로 혼합될 경우 유용미생물(EM) 혼합에 따른 시너지를 기대할 수 없으며, 0.1㎖ 초과로 혼합될 경우 더 이상의 효과를 기대할 수 없으므로 상기 건조물 1 kg당 0.01~0.1 ㎖을 혼합하는 것이 적합하며, 상기 물은 유용미생물(EM)의 함량을 기준으로 10~100배로 혼합하는 것이 적합하다.

상기 물은 상기 유용미생물(EM)이 수분과 접촉하면서 그 성능을 더욱 잘 발휘하기 때문에 함께 함유되는 것이 좋으며, 이에 상기 탈취제에는 상기 건조물, 유용미생물, 물로 구성되는 것이 바람직하다.

이러한 상기 유용미생물(EM)은 탈취제 자체 구성요소로 이루어지기도 하지만, 상기 축분물을 생물 분해과정을 통해 부식질화시켜 안정화된 유기물 상태로 제조하기 위함과 동시에 탈취효과도 갖고 있어 별도로 본 발명의 축분탄의 추가성분으로 포함하기도 한다.

상기 석탄은 3,000~8,000 kcal/kg의 발열량을 가지는 것을 특징으로, 상기 미가공 축분물 원재료를 연료로 사용할 수 있도록, 상기 미가공 축분물 원재료의 중량을 기준으로 100~ 200중량부 함유하는 것이 바람직하다.

이는 상기 석탄의 함량이 100 중량부 미만일 경우 연료로 사용시 연소시간이 짧아 연료로 사용하기 부적합한 문제가 발생되며, 200 중량부를 초과할 경우에는 오히려 착화시간이 길어지고 불완전연소에 따른 매연발생 등의 문제가 발생될 가능성이 있기 때문이다.

이와 같이 구성된 본 발명의 축분탄을 연료로 사용하기 위하여 어떠한 형상으로 이루어져도 무관하며, 바람직하게는 펠렛형태, 조개탄형태, 원기둥형태, 구멍탄형태 중 어느 하나의 형태로 이루어지는 것이 연료로 사용하기에 용이하다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 축분탄은 연료로 사용하기 어려웠던 축분 또는 축분 관련 모든 슬러지의 재활용이 가능하며, 저가의 난방용 연료로 사용가능하도록 하기 위해 하기의 제조방법에 따라 제조되며, 각 단계별로 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

1. 제1단계(S1): 1차 숙성

도 1의 S1은 축분 또는 축분슬러지 중 어느 하나 이상으로 이루어진 미가공 축분물 원재료에 생석회를 투입하여 수분을 제거한 후 1차 숙성하는 단계이다.

설명하면, 상기 미가공 축분물 원재료에 상기 미가공 축분물 원재료 중량을 기준으로 10~40중량부의 생석회를 투입하고, 그 투입된 생석회와 미가공 축분물 원재료가 함유하는 수분의 결합에 의한 발열반응으로 미가공 축분물 원재료의 수분을 제거한 후 1차 숙성한다.

상기 축분물의 상기 축분은 우분, 돈분, 계분, 인분, 견분, 압분, 마분, 사육동물 배설물, 식육동물 배설물 등 모든 축분을 의미하는 것이며, 상기 축분슬러지는 우분 슬러지, 돈분 슬러지, 계분 슬러지, 인분 슬러지, 혐기성소화 잔재 슬러지, 축산폐수시설에서 발생되는 슬러지 등 함수율과 무관하게 축분과 관련된 모든 슬러지를 의미하는 것이다.

이러한 상기의 축분물이 함유하는 수분을 제거하기 위해 생석회를 투입하고 이로 인해 수분과 생석회가 결합하여 발열반응이 일어나 별도 건조공정 없이 축분물의 수분이 제거되며, 이렇게 수분이 제거되어 함수율이 낮아진 축분물을 가지고 1차 숙성한다.

이때, 1차 숙성은 30~80℃에서 1~3시간 동안 1차 숙성이 이루어지는 것이 바람직한 것으로, 상기의 숙성조건을 벗어날 경우에는 오히려 하기 탈취공정이 잘 이루어지지 않는 문제가 발생되므로, 더욱 바람직하게는 40~70℃에서 1~2시간 동안 이루어지는 것이 좋다.

2. 제2단계: 탈취

도 1의 S2는 상기 1차 숙성물에 탈취제를 넣고 탈취시키는 단계이다.

설명하면, 상기 1차 숙성물에 정수 슬러지와, 인산 또는 황산 중 어느 하나 이상으로 이루어지며, 10~40%의 함수율을 갖는 건조물을 포함하는 탈취제를 상기 미가공 축분물 원재료 중량을 기준으로 10~40중량부로 넣어 유해가스를 탈취한다.

이때, 탈취는 30~80℃에서 1~10일 동안 이루어지는 것이 바람직한 것으로, 상기 탈취조건을 벗어날 경우에는 하기 2차 숙성 시 하기 석탄과 탈취된 1차 숙성물 간의 결합이 잘 이루어지지 않는 문제가 발생되므로, 더욱 바람직하게는 40~70℃에서 1~5일 동안 이루어지는 것이 좋다.

또한, 상기 탈취제는 바람직하게 상기 건조물 1 kg당 0.01~0.1 ㎖로 혼합되는 유용미생물과 물을 포함하여 이루어진 것이 좋으며, 상기 유용미생물은 상기 축분물을 생물 분해과정을 통해 부식질화시켜 안정화된 유기물 상태로 제조함과 동시에 탈취효과도 갖고 있어 별도로 본 단계에서 추가성분으로 포함한 후, 하기 2차 숙성단계를 이행하기도 한다.

3. 제3단계: 2차 숙성

도 1의 S3은 상기 탈취된 1차 숙성물에 석탄을 넣고 2차 숙성하는 단계이다.

설명하면, 상기 탈취된 1차 숙성물에 3,000~8,000 kcal/kg의 발열량을 가지는 석탄을 상기 미가공 축분물 원재료 중량을 기준으로 100~200중량부로 넣고 2차 숙성한다.

이때, 2차 숙성은 30~80℃에서 1~24시간 동안 이루어지는 것이 바람직한 것으로, 상기 숙성조건을 벗어날 경우에는 하기의 성형이 이루어지기 어려운 문제가 발생되므로 연료로 용이하게 사용되기 어려운 문제가 발생되므로, 더욱 바람직하게는 40~70℃에서 1~10시간 동안 이루어지는 것이 좋다.

4. 제4단계: 성형 및 건조

도 1의 S4는 상기 2차 숙성물에 성형보조용 바인더를 성형 및 건조하는 단계이다.

설명하면 상기 2차 숙성물에 상기 미가공 축분물 원재료 중량을 기준으로 1~5 중량부의 성형보조용 바인더를 넣은 후 성형 및 건조한다.

상기 성형보조용 바인더는 성형 시 강도를 조절해주는 역할을 해주는 것으로서 상기 성형보조용 바인더의 함량이 1 중량부 미만일 경우 성형 시 강도가 떨어지는 문제가 발생되며, 5 중량부를 초과할 경우에는 강도가 너무 높아져 연소효율이 떨어지는 문제가 발생된다.

이에 미가공 축분물 원재료 중량을 기준으로 1~5 중량부의 성형보조용 바인더를 사용하는 것이 좋으며, 그 후 연료로 용이하게 사용하기 위해 펠렛형태, 조개탄형태, 원기둥형태, 구멍탄형태 중 어느 하나의 형태로 성형하는 것이 좋다.

상기 건조는 최종 연료로 사용되기 위해 최대 연소효율을 높이기 위한 것으로써 남은 수분을 모두 제거하기 위하여 어떠한 건조공정을 거쳐도 무관하며, 바람직하게는 냉풍건조, 온풍건조 또는 자연건조 공정을 통해 최종 본 발명의 축분탄을 제조한다.

이하 본 발명의 축분탄에 대해 실시예 및 실험예를 통해 세부적인 설명을 하고자 한다. 다만, 하기 전술한 실시예는 대표적인 예이므로 다양한 실시예가 있음을 주의하여야 할 것이다.

<실시예 1> 본 발명의 축분탄 제조1

돈분 100kg을 준비를 한 후, 상기 돈분 중량을 기준으로 20중량부의 생석회를 투입한 후 40℃에서 2시간 동안 1차 숙성하였다.

상기 1차 숙성물에 돈분 중량을 기준으로 20중량부의 탈취제를 넣고 40℃에서 5일동안 유해가스를 탈취시켰다.

이때, 상기 탈취제는 정수슬러지 중량을 기준으로 재생인산을 5중량%로 혼합하여 상온(20~25℃)에서 반응시킨 후 이렇게 숙성된 반응물을 건조장치를 통해 20% 정도의 함수율을 가진 그래뉼타입의 파우더로 건조하여 건조물을 제조하고, 이 건조물 1000kg당 EM 100㎖와 물 10ℓ를 혼합한 다음 이 결과물을 5일 정도 안정화시켜 제조된 탈취제를 사용하였다(이하, 본 발명에서 사용된 탈취제는 x-deo라고 명명하였다.)

상기 탈취된 1차 숙성물에 5,000 kcal/kg의 발열량을 가지는 석탄을 상기 돈분 중량을 기준으로 100중량부로 넣고 40℃에서 10시간 동안 2차 숙성하였다.

상기 2차 숙성물에 상기 돈분 중량을 기준으로 2 중량부의 성형보조용 바인더를 넣은 후 자연건조 과정을 거친 다음 펠렛형태의 본 발명의 축분탄을 제조하였다.

<실시예 2> 본 발명의 축분탄 제조2

상기 실시예1과 같은 방법으로 제조하되 돈분 대신 우분을 사용하여 본 발명의 축분탄을 제조하였다.

<실시예 3> 본 발명의 축분탄 제조3

상기 실시예1과 같은 방법으로 제조하되 돈분 대신 돈분슬러지를 사용하여 본 발명의 축분탄을 제조하였다.

<실시예 4> 본 발명의 축분탄 제조4

상기 실시예1과 같은 방법으로 제조하되 돈분 대신 돈분과 우분슬러지를 1:1로 혼합한 축분물을 사용하여 본 발명의 축분탄을 제조하였다.

<실험예 1> 생석회 투입량 확인

본 발명의 축분탄을 제조하기 위해 적합한 생석회 투입량을 확인하기 위해 하기의 실험을 시행하였다.

1. 실험방법

돈분과 돈분슬러지 각각 50kg을 준비하여 10kg씩 분리하여 하기 표 1과 같이 돈분 또는 돈분슬러지의 중량을 기준으로 생석회 비율을 조절하여 투입한 후 수동 교반을 실시하였다.

이후 3시간이 경과된 때, 함수율 변화를 확인하였다.

2. 실험결과

상기 실험결과, 하기 표 1과 같이 나타났다.

표 1

생석회 투입량	0%	10%	20%	30%	40%
돈분	83%	80%	66%	53%	47%
돈분슬러지	80%	77%	67%	48%	40%

상기 표 1에 나타나 있듯이, 함수율을 측정한 결과 생석회를 투입하지 않을 경우 돈분 또는 돈분슬러지 자체 함유하고 있는 함수율은 83%와 80%였으나, 생석회의 투입량을 늘려 첨가할 경우 돈분과 돈분슬러지 모두 함수율이 점점 낮아짐을 확인하였다. 즉, 생석회를 40% 투입한 실험구의 경우 돈분 또는 돈분슬러지의 함수율이 각각 47%와 40%까지 저감되는 결과를 확인되었으므로 별도 건조 공정없이 생석회 투입만으로 함수율을 낮출 수 있음을 알 수 있었다.

<실험예 2> 탈취제(x-deo) 투입량 확인

본 발명의 축분탄을 제조하기 위해 적합한 탈취제 투입량을 확인하기 위해 하기의 실험을 시행하였다.

1. 실험방법

돈분과 돈분슬러지 각각 50kg씩을 준비한 후, 10kg씩 분리하고 하기 표 2와 같이 돈분 또는 돈분슬러지의 중량을 기준으로 x-deo 비율을 조절하여 투입한 후 수동 교반을 실시하였다.

이후 48시간이 경과된 때, 각 실험구 별로 축분물에서 발생되는 유해가스인 암모니아와 황화수소의 농도변화를 확인하였다.

2. 실험결과

상기 실험결과, 하기 표 2와 같이 나타났다.

표 2

x-deo 투입량	0%	10%	20%	30%	40%
암모니아(돈분)	110ppm	20ppm	7ppm	5ppm	1ppm
황화수소(돈분)	30ppb	22ppb	5ppb	2ppb	2ppb
암모니아(돈분슬러지)	90ppm	40ppm	15ppm	3ppm	1ppm
황화수소(돈분슬러지)	44ppb	35ppb	12ppb	8ppb	1ppb

상기 표 2에 나타나 있듯이, 암모니아와 황화수소에 대한 농도를 측정한 결과 x-deo를 투입하지 않을 경우 돈분과 돈분슬러지 자체에서 발생되는 유해가스인 암모니아는 각각 110ppm, 90ppm이며, 황화수소는 각각 30ppb, 44ppb인 반면, 본 발명의 발명자가 자체 개발한 x-deo의 투입량을 늘려 첨가할 경우 돈분 또는 돈분슬러지의 자체 유해가스들이 점점 탈취됨을 확인하였다.

즉, x-deo를 40% 투입한 실험구의 경우 돈분과 돈분슬러지 모두 사람이 취기를 거의 느낄 수 없는 농도까지 저감되므로 탈취를 통해 축분탄 제조 작업이 용이해짐으로써 돈분과 돈분슬러지 모두 재활용이 가능해짐을 알 수 있었다.

<실험예 3> 유용미생물(EM) 추가 투입에 대한 탈취효과 확인

본 발명의 축분탄을 제조하기 위해 유용미생물(EM) 추가 투입에 대한 탈취효과를 확인하였다.

1. 실험방법

돈분과 돈분슬러지를 각각 50kg을 준비하여 10kg씩 분리하고 하기 표 3과 같이 돈분 또는 돈분슬러지의 중량을 기준으로 EM 희석액 비율을 조절하여 투입한 후 수동 교반을 실시하였다.

이후 1일 경과 시부터 30일 경과 시까지 각 실험구 별로 암모니아와 황화수소의 농도변화를 확인하였다.

2. 실험결과

상기 실험결과, 하기 표 3과 같이 나타났다.

표 3

소요시간	1일 경과	5일 경과	10일 경과	20일 경과	30일 경과
암모니아(돈분)	115ppm	90ppm	90ppm	32ppm	5ppm
황화수소(돈분)	35ppb	32ppb	15ppb	3ppb	3ppb
암모니아(돈분슬러지)	95ppm	82ppm	78ppm	22ppm	3ppm
황화수소(돈분슬러지)	45ppb	36ppb	23ppb	15ppb	8ppb

상기 표 3에 나타나 있듯이, 암모니아와 황화수소에 대한 농도를 측정한 결과 EM 희석액을 40% 투입한 실험구의 경우 돈분과 돈분슬러지 모두 사람이 취기를 거의 느낄 수 없는 농도까지 저감되는 결과를 확인할 수 있었다.

즉, x-deo외에 EM도 탈취효과가 있음을 확인하였으며, 이는 탈취기간이 x-deo보다 오래 걸려 실질적으로 본 발명에서 사용되는 탈취제로 단독사용보다 x-deo와 함께 사용할 시 더 높은 탈취효과를 얻을 수 있음을 알 수 있었다.

이에 본 발명은 축분 또는 축분슬러지에서 발생하는 악취를 효과적으로 제거할 수 있는 탈취제를 사용하며, 발열량을 높여주는 석탄을 함께 사용함으로써 연료로 사용하기 어려웠던 축분(우분, 돈분, 계분, 인분, 견분, 압분, 마분, 사육동물 배설물, 식육동물 배설물 등) 또는 축분 관련 모든 슬러지들(우분 슬러지, 돈분 슬러지, 계분 슬러지, 인분 슬러지, 혐기성소화 잔재 슬러지, 축산폐수시설에서 발생되는 슬러지 등)의 재활용이 가능하며, 농가에서 필요로 하는 저가의 난방용 연료로 사용가능한 축분탄 및 그 제조방법을 제공할 수 있게 된다.

상기의 본 발명은 바람직한 실시예 및 실험예를 중심으로 살펴보았으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적 기술 범위 내에서 상기 본 발명의 상세한 설명과 다른 형태의 실시예들을 구현할 수 있을 것이다. 여기서 본 발명의 본질적 기술범위는 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims

돈분, 계분, 인분, 견분, 압분, 사육동물 배설물, 식육동물 배설물 중 선택된 어느 하나 이상의 축분, 또는 돈분 슬러지, 계분 슬러지, 인분 슬러지, 혐기성소화 잔재 슬러지, 축산폐수시설에서 발생되는 슬러지 중 선택된 어느 하나 이상의 축분슬러지 중 어느 하나 이상으로 이루어진 미가공 축분물 원재료 100중량부;

상기 미가공 축분물 원재료 중량을 기준으로 10~40 중량부의 생석회;

상기 미가공 축분물 원재료 중량을 기준으로 10~40 중량부인 탈취제; 및

3,000~8,000 kcal/kg의 발열량을 갖으며, 상기 미가공 축분물 원재료 중량을 기준으로 100~200 중량부의 석탄을 포함하며,

상기 탈취제는 정수 슬러지와, 인산 또는 황산 중 어느 하나 이상으로 이루어지며, 10~40%의 함수율을 갖는 건조물에, 상기 건조물 1 kg당 0.01~0.1㎖ 로 혼합되는 유용미생물과 물을 더 포함하여 이루어진 것이 특징인,

축분탄.
제1항에 있어서,

상기 축분탄은 유용미생물을 더 포함하는,

축분탄.
제1항 또는 제2항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 축분탄은 펠렛형태, 조개탄형태, 원기둥형태, 구멍탄형태 중 어느 하나의 형태로 이루어져 연료로 사용하는,

축분탄.
돈분, 계분, 인분, 견분, 압분, 사육동물 배설물, 식육동물 배설물 중 선택된 어느 하나 이상의 축분, 또는 돈분 슬러지, 계분 슬러지, 인분 슬러지, 혐기성소화 잔재 슬러지, 축산폐수시설에서 발생되는 슬러지 중 선택된 어느 하나 이상의 축분슬러지 중 어느 하나 이상으로 이루어진 미가공 축분물 원재료 100중량부에 상기 미가공 축분물 원재료 중량을 기준으로 10~40중량부의 생석회를 투입하고, 그 투입된 생석회와 미가공 축분물 원재료에 함유된 수분의 결합에 의한 발열반응으로 미가공 축분물 원재료의 수분을 제거한 후 1차 숙성하여 1차 숙성물을 얻는 제1단계;

상기 1차 숙성물에 정수 슬러지와, 인산 또는 황산 중 어느 하나 이상으로 이루어지며, 10~40%의 함수율을 갖는 건조물에 상기 건조물 1 kg당 0.01~0.1㎖ 로 혼합되는 유용미생물과 물을 더 포함하는 탈취제를 상기 미가공 축분물 원재료 중량을 기준으로 10~40중량부로 넣어 유해가스를 탈취시키는 제2단계;

상기 탈취된 1차 숙성물에 3,000~8,000 kcal/kg의 발열량을 가지는 석탄을 상기 미가공 축분물 원재료 중량을 기준으로 100~200중량부로 넣고 2차 숙성하여 2차 숙성물을 얻는 제3단계 및,

상기 2차 숙성물에 상기 미가공 축분물 원재료 중량을 기준으로 1~5 중량부의 성형보조용 바인더를 넣은 후 성형 및 건조하는 제4단계를 포함하는,

축분탄 제조방법.
제4항에 있어서,

상기 제1단계에서 1차 숙성은 30~80℃에서 1~3시간 동안 이루어지는,

축분탄 제조방법.
제4항에 있어서,

상기 제2단계에서 탈취는 30~80℃에서 1~10일 동안 탈취가 이루어지며, 유해가스인 암모니아와 황화수소를 탈취되는,

축분탄 제조방법.
제4항에 있어서,

상기 제2단계에서 탈취는 유용미생물을 더 포함하여 이루어지는,

축분탄 제조방법.
제4항에 있어서,

상기 제3단계에서 2차 숙성은 30~80℃에서 1~24시간동안 이루어지는,

축분탄 제조방법.
제4항에 있어서,

상기 제4단계에서 성형은 펠렛형태, 조개탄형태, 원기둥형태, 구멍탄형태 중 어느 하나의 형태로 이루어지는,

축분탄 제조방법.