WO2021167201A1 - 유기질 비료의 제조방법 - Google Patents

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WO2021167201A1
WO2021167201A1 PCT/KR2020/014618 KR2020014618W WO2021167201A1 WO 2021167201 A1 WO2021167201 A1 WO 2021167201A1 KR 2020014618 W KR2020014618 W KR 2020014618W WO 2021167201 A1 WO2021167201 A1 WO 2021167201A1
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organic
fertilizer
microorganisms
organic waste
mixture
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PCT/KR2020/014618
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임성길
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농업회사법인 (주)중부바이오텍
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C05—FERTILISERS; MANUFACTURE THEREOF
    • C05F—ORGANIC FERTILISERS NOT COVERED BY SUBCLASSES C05B, C05C, e.g. FERTILISERS FROM WASTE OR REFUSE
    • C05F17/00—Preparation of fertilisers characterised by biological or biochemical treatment steps, e.g. composting or fermentation
    • C05F17/20—Preparation of fertilisers characterised by biological or biochemical treatment steps, e.g. composting or fermentation using specific microorganisms or substances, e.g. enzymes, for activating or stimulating the treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C05—FERTILISERS; MANUFACTURE THEREOF
    • C05F—ORGANIC FERTILISERS NOT COVERED BY SUBCLASSES C05B, C05C, e.g. FERTILISERS FROM WASTE OR REFUSE
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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A40/00—Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production
    • Y02A40/10—Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production in agriculture
    • Y02A40/20—Fertilizers of biological origin, e.g. guano or fertilizers made from animal corpses
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00—Technologies for solid waste management
    • Y02W30/40—Bio-organic fraction processing; Production of fertilisers from the organic fraction of waste or refuse

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing an organic fertilizer, and more particularly, a mixing step of mixing 50 to 70% by weight of liming compost, 20 to 40% by weight of chicken manure, and 5 to 10% by weight of microorganisms, the liming compost, and chicken manure and a stirring step of adjusting the moisture content to 30-40% while stirring the mixture mixed with microorganisms for 17 to 22 days, a post-ripening step of aging the mixture with the adjusted moisture content for 27 to 32 days, and the matured mixture It relates to a method for producing an organic fertilizer comprising; a drying step of drying so that the moisture content is 15 to 25% and a crushing step of crushing the dried mixture.
  • organic wastes such as sewage and wastewater sludge and livestock manure have a high water content and are easily perishable.
  • Vietnam is a country that has traditionally developed agriculture, and agriculture accounts for 85% of the total agricultural, forestry and fishery output, fishery industry 11%, and forestry industry 4%.
  • agriculture plays a very important role in Vietnam's economy, making a significant contribution to Vietnam's exports, and it is competing for the world's first or second place in exports of rice, coffee and pepper.
  • Vietnam's agricultural growth has recently caused many environmental problems, such as soil degradation and water pollution, due to the excessive use of chemical fertilizers and agrochemical products.
  • the supply chain chain, weak product quarantine management and quality supervision are cited as the main causes of deterioration of Vietnam's agricultural production competitiveness.
  • the Vietnamese government promulgated the 202/2013/ND-CP Act on Fertilizer Management Regulations and presented the necessary conditions for each process such as inspection and examination for production, import and export, and fertilizer quality control, and gradually and announced plans to expand the use of organic farming methods such as organic fertilizers.
  • An object of the present invention is to solve the above problems, and to provide an environmentally friendly organic fertilizer manufacturing method using organic waste while satisfying various requirements required by foreign importers.
  • an object of the present invention is to provide a fertilizer manufacturing method using organic waste capable of sterilizing and insecticidal organic waste, while immediately removing wastewater generated during the treatment process in the reaction process to produce no wastewater discharge.
  • an object of the present invention is to provide a fertilizer manufacturing method using organic waste that can economically and efficiently produce lime-treated fertilizer with high organic content by using a moisture control agent and excipient optimized for the process.
  • the present invention is a mixing step of mixing 50 to 70% by weight of lime-treated compost, 20 to 40% by weight of chicken manure and 5 to 10% by weight of microorganisms, a mixture in which the lime-treated compost, chicken manure and microorganisms are mixed
  • a stirring step of adjusting the moisture content to 30-40% while stirring for 17-22 days, a post-ripening step of aging the mixture with the adjusted moisture content for about 27-32 days, % provides a method for producing an organic fertilizer comprising a drying step of drying and a crushing step of crushing the dried mixture.
  • the post-ripening step it is preferable that 1 to 5 wt% of the microorganism is additionally added.
  • the lime-treated compost comprises the steps of crushing and sorting organic waste and storing it, a first moisture control step of mixing the stored organic waste with a moisture control agent, and mixing the first moisture-controlled organic waste with quicklime to react It is preferably produced through a drying step of mixing the organic waste mixed with the quicklime with an excipient, a second moisture control step, and a drying step of stirring and drying the second moisture-controlled organic waste.
  • the moisture control agent is preferably a 1:1 mixture of sawdust and coco peat, and the excipient is preferably a part of the finished fertilizer after the drying step is reused.
  • the reused fertilizer may be further subjected to a microorganism input step of stirring and drying after adding sawdust and microorganisms to the finished fertilizer, and more preferably, stabilization of natural aging in a separate aging room after the microorganism input step Additional steps may be taken.
  • the mixing amount of the moisture control agent input to the organic waste is preferably 4 to 6% by weight of the stored organic waste, and the mixing amount of the quicklime is preferably 20 to 30% by weight of the organic waste with the primary moisture control, and the excipient
  • the mixing amount is preferably 8 to 12% by weight of the organic waste mixed with quicklime.
  • the present invention as an organic fertilizer prepared by the above-described method, to provide an organic fertilizer comprising lime-treated compost, chicken manure and microorganisms.
  • 1 is a flow chart of the manufacturing process of the organic fertilizer of the present invention.
  • Figure 2 is a flow chart of the manufacturing process of the lime-treated fertilizer used in the organic fertilizer of the present invention.
  • FIG. 3 is a photograph showing the final organic fertilizer produced according to the present invention.
  • 4a and 4b are comparative photographs of the results of a heat-free growth experiment performed using the organic fertilizer of the present invention.
  • Control group general soil
  • treatment group mixing organic fertilizer of the present invention with general soil
  • each step the identification number (first, second, etc.) is used for convenience of description, and the identification number does not describe the order of each step, and each step does not clearly describe a specific order in context. It may be performed differently from the order specified above. That is, each step may be performed in the same order as specified, may be performed substantially simultaneously, or may be performed in the reverse order.
  • the organic fertilizer of the present invention is a mixing step of mixing 50 to 70% by weight of lime-treated compost, 20 to 40% by weight of chicken manure and 5 to 10% by weight of microorganisms, 17 to a mixture of the lime-treated compost, chicken manure and microorganisms
  • the lime-treated compost used in the mixing step is a sterilized and insecticidal compost by liming organic waste, preferably after crushing and sorting the organic waste and storing it, mixing the stored organic waste with a moisture control agent.
  • organic waste various organic raw materials such as vegetable residues and animal residues as well as food waste may be used. Prepared organic wastes are first shredded and sorted to remove foreign substances and then stored primarily. At this time, the moisture content of the organic waste that has undergone the crushing and screening process is about 80 to 90% by weight.
  • the stored organic waste is transported into the reactor and undergoes a mixing process with a series of additives. First, it undergoes a process of mixing with a moisture control agent in order to primarily control the moisture in the waste before a full-scale mixing reaction with quicklime.
  • the moisture control agent is preferably a mixture of sawdust and coco pit in a ratio of 1-2:1 (w/w) is used.
  • Sawdust is a moisture control agent widely used as a moisture regulator in the past
  • coco peat is an organic particle made by pulverizing fibers existing from the inner skin of a coconut to the outer skin of a coconut.
  • the mixing amount of the moisture control agent input to the organic waste is 6 to 10% by weight of the stored organic waste, and if it is less than this, it is difficult to obtain a sufficient moisture control effect.
  • the moisture content of the organic waste that has undergone the first moisture control step is 75 to 80 wt %.
  • the organic waste whose moisture has been controlled primarily is mixed with quicklime in earnest to cause a hydrolysis reaction.
  • the temperature in the reactor is maintained at 80 ⁇ 120 °C due to the heat of reaction, which not only causes digestion, sterilization, insecticidal action of organic matter, but also odor. removal will take place.
  • moisture contained in the organic waste is absorbed into the fine pores of the lime oxide and heat is generated by slaking to form calcium hydroxide (CaOH) 2 fine particles.
  • Ca(HCO 3 ) 2 is produced.
  • a lot of heat of reaction chemical bonding (change, decomposition)
  • the heat of reaction has three important functions. First, it promotes the activity of organic substances in organic waste to promote the formation of complex compounds of metal ions such as calcium. Second, by decomposing the component that is the source of the odor substance, a part of the decomposed odor substance forms a calcium compound. Finally, due to the temperature rise of the organic waste, some moisture is evaporated, and the calcium hydroxide particles are uniformly dispersed and adsorbed to the organic matter and calcium-organic compound of the organic waste immediately after the completion of the reaction. The sterilization and sterilization treatment of organic waste is performed.
  • the organic waste in the sol state is gelled, and then the decomposed weak odor component forms a calcium compound through the following reactions.
  • Volatilization is a method of deodorizing and volatilizing gaseous odor substances such as ammonia (NH 3 ), hydrogen sulfide (H 2 S), trimethylamine (CH 3 ) 3 N] by a deodorizing device using ClO 2 attached to the reactor
  • Physical deodorization is a method of adsorbing odorous substances remaining in organic waste to granular structures.
  • the mixing amount of the quicklime is preferably 20 to 30% by weight of the primary moisture-controlled organic waste, and if it is less than this, it is difficult to obtain sufficient water digestion, sterilization, and insecticidal effect. It is preferable that the moisture content of the organic waste that has undergone the mixing reaction step with quicklime is 50 to 60% by weight.
  • the organic waste that has undergone the quicklime mixing reaction is mixed with an excipient and undergoes a second moisture control step.
  • the excipient used in this case is a mixture of sawdust and coco pit used in the first moisture control step.
  • Various excipients may be used, but it is preferable
  • a recycled excipient in which a portion of the final fertilizer produced according to the process of the present invention is reused may be used.
  • 100% of the final fertilizer may be used as the Sangri recycling excipient, but in another embodiment, 65 to 75% by weight of the final fertilizer and 25 to 35% by weight of peatmus or humic acid may be used.
  • the mixing amount of the excipient is preferably 8 to 12% by weight of the organic waste mixed with the quicklime. If it is less than this, it is difficult to obtain sufficient moisture control effect. As such, it is preferable that the moisture content of the organic waste that has been subjected to the second moisture control step is 50 to 55 wt%.
  • the reused fertilizer, sawdust and microorganisms are additionally added to the finished fertilizer, and then further subjected to a process of stirring and drying may be used. Through this process, it is possible not only to increase the moisture absorption of the fertilizer, but also to further increase the productivity of the finally produced fertilizer.
  • the input sawdust and microorganisms are preferably 4 to 6% by weight of the fertilizer to be reused, respectively, and it is preferable to undergo a stirring and drying process for about 5 to 15 days after the input.
  • various beneficial microorganisms commercially used for crops may be used as the microorganisms, and if necessary, grape fermentation extract may be additionally added together with the microorganisms in order to maximally suppress the expression of microorganisms harmful to plants.
  • the input amount of the grape fermentation extract is 1 to 30% by weight of the content of the microorganisms.
  • the fermentation extract is obtained from grape residues including grape seeds, skins, and stems under aerobic conditions, more specifically, while maintaining acidity (pH) of 5.5 to 7.0 at 57 to 84% humidity and 40 to 60 ° C. It is possible to use fermented ones for ⁇ 3 weeks, and it is preferable to remove sugar and alcohol and use those stabilized for 30 to 40 hours at 50 ⁇ 75°C rather than using fermented grape residues immediately.
  • the fertilizer after the process of inputting sawdust and microorganisms is completed in this way is further subjected to a stabilization step of natural aging for about 15 to 25 days in a separate aging room, and through this process, the quality of the recycling excipient can be further improved.
  • the organic waste that has been subjected to the second moisture control step is transferred to a stirring dryer, undergoes a drying step, and finally manufactured as a lime-treated fertilizer, and some of it is reused as an excipient as described above. It is preferable that the moisture content of the organic waste roughed up to the drying step is 40 to 45% by weight.
  • a secondary chemical reaction may be repeated.
  • the stirring operation intermittently operated by a rotary stirred dryer installed in a sludge drying bed, moisture is evaporated to produce calcium salt, which is the main element that increases sugar content, and is combined with carbon dioxide in the air as shown in the following formula
  • Calcium carbonate is produced by chemical reaction of organic waste with calcium hydroxide and calcium bicarbonate. Since calcium carbonate is a poorly soluble material with strong adsorption power, it forms a film on the surface and plays a significant role in converting short-acting fertilizers into slow-acting fertilizers.
  • a microwave irradiation step may be additionally performed before inputting sawdust and microorganisms.
  • Microwave is an electromagnetic wave that has a wavelength and frequency between radio waves and infrared rays.
  • microwaves having a frequency of 2 to 4 GHz band are close to the natural frequency of water (H2O) molecules, so when the microwaves in the above band are irradiated to water molecules, the water molecules rotate strongly, thereby generating vibration and frictional energy, causing the temperature to decrease.
  • the sterilization effect can be obtained by increasing the heat, and the microwave can also destroy the cell membrane of the bacteria non-thermal to obtain the sterilization effect.
  • the lime-treated fertilizer prepared in this way is subjected to a mixing step of mixing with chicken manure and microorganisms.
  • Quail meal may be used as the chicken meal.
  • the chicken manure contains organic substances and is an excellent fertilizer resource. It has a rich organic content and contains a large amount of elements necessary for crops, so it has the ability to improve soil fertility, improve soil structure, and strengthen soil's sustainable production capacity. have it
  • chicken manure contains about 26% of crude protein, which is 57-66% of soybean meal. Amino acids in proteins are also relatively complete, especially lysine (0.51%), methionine and cystine. In addition, chicken manure contains abundant B vitamins, minerals and trace elements.
  • the chicken manure is an excellent organic fertilizer, but before use, it must be fermented well or dried at a high temperature to be detoxified. Fertilizing detoxified chicken manure on the field has a good fertilizing effect and increases the duration of fertilization to improve crop yield, increase organic content in the soil, reduce soil hardening due to the use of chemical fertilizers, and improve the structure;
  • the drying method is a mechanical drying method that uses a drying machine to dry at a temperature of 70°C for 12 hours, at 140°C for 1 hour, and at 180°C for 30 minutes, and rice bran or bran (total 20 in total). ⁇ 30%), dry in the sun, remove impurities, and store in a sack in a dry place for storage.
  • chicken manure and other feed are mixed in a certain ratio and then fermented. After evenly mixing 35% raw chicken meal, 35% rice bran or wheat straw powder, and 30% finely chopped green feed, sprinkle with clear water so that the moisture content is about 60%. Put it in a jar or in a shredded nail, step on it, and then seal it tightly with plastic and let it ferment for about 5 days. When the chicken manure turns yellow-green and smells like sake lees, it can be used as feed. In summer, fermentation time can be shortened. Alternatively, add an appropriate amount of bran to live chicken meal, add 10% sake lees and 10% water, mix evenly, put in a fermenting pond or jar, ferment for 10-20 hours, and sterilize again with steam at 100°C to make feed. have.
  • silo 50 to 60% of live chicken meal is mixed with chopped green corn straw, flowers and grasses, tubers and tubers feed 25%, and bran 10%, the water content is adjusted to about 60%, and then silo Alternatively, it can be placed in a pit and sealed tightly by stepping on it. After 30 to 45 days, it can be taken out and fed to cattle, sheep and pigs.
  • the chicken manure prepared in this way is mixed with the above-mentioned lime-treated compost and commercially available microorganisms, and then subjected to a process of adjusting the moisture content to 30-40% while stirring for 17-22 days.
  • the mixture whose moisture content is adjusted is subjected to a post-ripening step of aging at room temperature for 27 to 32 days, and finally, a drying step of drying so that the moisture content of the matured mixture is 15 to 25%.
  • the dried mixture is finally packaged and transported through the crushing and sorting steps.
  • 1-5 wt% of microorganisms may be additionally added so that the post-ripening process can be performed well.
  • the moisture content was adjusted to 35% while stirring for 20 days. After aging the mixture with the adjusted moisture content at room temperature for 30 days, it was dried to a moisture content of 20% using a brush. The dried mixture was crushed to finally obtain the organic fertilizer of FIG. 3 .
  • a comparative experiment of radish crops was performed in a pot with a treatment group in which the organic fertilizer prepared in Example was mixed with common soil in a ratio of 10:1 and a control group consisting of only plain soil.
  • the treatment amount was treated on the basis of 800 kg/200 pyeong, and after planting 14 days after fertilization, moisture was supplied for 70 days, and the results are shown in Table 1 and FIGS. 4a and b.
  • a comparative experiment of cabbage crops was performed in the field with the treatment group and control group of Experimental Example 1.
  • the test site was treated on the basis of 1000 kg/200 pyeong in Wonju, Gangwon-do, and after fertilization 14 days after fertilization, water was supplied for 60 days, and the results are shown in Table 2 below.

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Abstract

본 발명은 유기질 비료의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 석회처리 퇴비 50~70 중량%, 계분 20~40 중량% 및 미생물 5~10 중량%를 혼합하는 혼합 단계, 상기 석회처리 퇴비, 계분 및 미생물을 혼합한 혼합물을 17~22일 동안 교반하면서 수분함량을 30~40%로 조절하는 교반 단계, 상기 수분함량이 조절된 혼합물을 27~32일 정도 후숙시키는 후숙 단계, 상기 후숙된 혼합물을 수분함량이 15~25%이 되도록 건조하는 건조 단계 및 상기 건조된 혼합물을 파쇄하는 파쇄 단계;를 포함하는 유기질 비료의 제조방법에 대한 것이다.

Description

유기질 비료의 제조방법
본 발명은 유기질 비료의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 석회처리 퇴비 50~70 중량%, 계분 20~40 중량% 및 미생물 5~10 중량%를 혼합하는 혼합 단계, 상기 석회처리 퇴비, 계분 및 미생물을 혼합한 혼합물을 17~22일 동안 교반하면서 수분함량을 30~40%로 조절하는 교반 단계, 상기 수분함량이 조절된 혼합물을 27~32일 정도 후숙시키는 후숙 단계, 상기 후숙된 혼합물을 수분함량이 15~25%이 되도록 건조하는 건조 단계 및 상기 건조된 혼합물을 파쇄하는 파쇄 단계;를 포함하는 유기질 비료의 제조방법에 대한 것이다.
일반적으로 하ㆍ폐수슬러지나 축산분뇨 등과 같은 유기성 폐기물은 대체로 함수량이 높아 부패하기 쉬우므로 그대로 땅속에 매립되는 경우 침출수에 의한 토질오염과 지하수오염 등의 심각한 환경오염을 유발할 수 있게 될 뿐 아니라 방대한 매립지를 필요로 한다.
또한 유기성 폐기물을 소각처리할 경우에는 다이옥신 등과 같은 대기오염물질이 발생될 우려가 있을 뿐만 아니라 함수량이 높은 유기성 폐기물을 소각시키기 위해서는 다량의 연료가 소비되어야 한다.
이러한 유기성 폐기물의 매립 및 소각으로 인하여 유발되는 각종 문제점을 해소하기 위하여 다양한 기술들이 연구되어 왔으며, 일 예로 유기성 폐기물을 탄화시켜 탄화물로서 재활용하거나, 유기성 폐기물 내 수분을 제거하여 비료로 제조하는 기술 등이 개발되어 왔다.
이 중 유기성 폐기물을 원료로 하여 비료를 제조하는 과정을 살펴보면, 먼저 각종 유기성 폐기물을 파쇄하거나 혼합한 후 밀폐된 용기 내에서 생석회와 함께 혼합 교반하여 가수 분해시키게 된다. 이후, 이를 톱밥, 왕겨 등의 부재료와 혼합하여 교반하여 수분을 제거하고, 이를 다시 인공발효시켜 최종적으로 퇴비를 제조하는 것이 일반적이다.
그러나, 이러한 방법은 유기성 폐기물의 석회처리 공정에서 발생되는 폐수, 수증기, 악취 등을 완전히 제거하기에는 한계가 있으며, 특히 수분 조절제로서 활용하는 톱밥 역시 가격이 매우 비쌀 뿐 아니라 수분 조절제로서의 효능 또한 떨어진다는 문제점이 있었다.
한편, 베트남은 전통적으로 농업이 발달한 국가이며, 전체 농림수산업 생산액에서 농업이 차지하는 비중은 85%이고, 수산업 11%, 임업 4%를 차지하고 있다. 특히, 농업은 베트남 수출에 큰 기여를 하는 등 베트남 경제에서 매우 중요한 역할을 하고 있으며, 쌀, 커피, 후추 수출에 있어 전세계 1~2위를 다투고 있다.
그러나, 이런 베트남의 농업 성장은 근래 과도한 화학비료와 농화학 제품 사용으로, 토질 저하 및 수자원 오염 등 많은 환경적 문제를 일으키고 있으며, 낙후된 기술, 낮은 생산효율성과 저품질 제품, 취약한 식품안전도, 비집약적인 공급체인망, 취약한 제품검역관리 및 품질감독 등은 베트남 농업생산 경쟁력을 저하시키는 주요 원인들로 꼽히고 있다.
이런 환경적인 문제에도 불구하고, 베트남 내 비료 수요량은 꾸준히 증가하는 가운데 저품질 비료와 가짜 비료 브랜드가 시장에 유통되고 있어 식물 재배에만 피해를 주는 것이 아니라 시장 왜곡 및 베트남 농업 발전에 심각한 악영향을 끼치고 있다.
이에, 베트남 정부에서는 비료관리규정에 대한 202/2013/ND-CP 법령을 공포하여 생산, 수출입 및 비료 품질관리를 위한 검열, 심사 등의 각 과정에 대한 필요조건을 제시하였으며, 점진적으로 화학제품을 줄이고 유기질비료 등 유기 농법 사용을 확대하겠다고 공표하였다.
이에, 본 발명에서는 베트남 등 해외 수입처에서 요구하는 각종 필요조건을 만족하면서도 유기성 폐기물을 활용하여 친환경적인 유기질 비료를 개발하기에 이르렀다.
본 발명은 상기의 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 해외 수입처에서 요구하는 각종 필요조건을 만족하면서도 유기성 폐기물을 활용하여 친환경적인 유기질 비료 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 유기성 폐기물을 살균 및 살충하면서도, 처리 공정상 발생하는 폐수를 반응 과정에서 바로 제거하여 폐수 무배출의 공정이 가능한 유기성 폐기물을 이용한 비료 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 공정에 최적화된 수분 조절제와 부형제를 사용하여, 경제적이며 효율적으로 유기물 함량이 높은 석회처리 비료를 생산할 수 있는 유기성 폐기물을 이용한 비료 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 석회처리 퇴비 50~70 중량%, 계분 20~40 중량% 및 미생물 5~10 중량%를 혼합하는 혼합 단계, 상기 석회처리 퇴비, 계분 및 미생물을 혼합한 혼합물을 17~22일 동안 교반하면서 수분함량을 30~40%로 조절하는 교반 단계, 상기 수분함량이 조절된 혼합물을 27~32일 정도 후숙시키는 후숙 단계, 상기 후숙된 혼합물을 수분함량이 15~25%이 되도록 건조하는 건조 단계 및 상기 건조된 혼합물을 파쇄하는 파쇄 단계를 포함하는 유기질 비료의 제조방법을 제공한다. 이때, 상기 후숙 단계에서, 미생물 1~5 중량%가 추가로 투입되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 석회처리 퇴비는, 유기성 폐기물을 파쇄 및 선별한 후 저장하는 단계, 상기 저장된 유기성 폐기물을 수분 조절제와 혼합하는 1차 수분 조절 단계, 상기 1차 수분 조절된 유기성 폐기물을 생석회와 혼합하여 반응시키는 단계, 상기 생석회와 혼합된 유기성 폐기물을 부형제와 혼합하는 2차 수분 조절 단계, 및상기 2차 수분 조절된 유기성 폐기물을 교반 건조하는 건조 단계를 통하여 제조되는 것이 바람직하다.
이때, 상기 수분조절제는 톱밥과 코코피트의 1:1 혼합물인 것이 바람직하며, 상기 부형제는 상기 건조 단계 후에 완성된 비료의 일부가 재사용되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 재사용되는 비료는, 완성된 비료에 톱밥 및 미생물을 추가 투입한 후 교반 건조하는 미생물 투입 단계를 추가로 거칠 수 있으며, 더욱 바람직하게는 상기 미생물 투입 단계 후에 별도의 숙성실에서 자연 숙성시키는 안정화 단계를 추가로 거칠 수 있다.
상기 유기성 폐기물에 투입되는 수분조절제의 혼합량은 저장된 유기성 폐기물의 4~6 중량%인 것이 바람직하며, 상기 생석회의 혼합량은 1차 수분 조절된 유기성 폐기물의 20~30 중량%인 것이 바람직하고, 상기 부형제의 혼합량은 생석회와 혼합된 유기성 폐기물의 8~12 중량%인 것이 바람직하다.
한편, 본 발명은 상술한 방법에 의하여 제조된 유기질 비료로서, 석회처리 퇴비, 계분 및 미생물을 포함하는 유기질 비료를 제공한다.
본 발명의 방법에 따르면, 베트남 등 해외 수입처에서 요구하는 각종 필요조건을 만족하면서도, 유기성 폐기물을 이용하여 유기물 함량이 높고 폐수 무배출의 공정으로 경제적이고 친환경적인 유기질 비료를 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 유기질 비료의 제조 공정 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 유기질 비료에 사용되는 석회처리 비료의 제조 공정 흐름도이다.
도 3는 본 발명에 따라 제종된 최종 유기질 비료를 보여주는 사진이다.
도 4a,4b는 본 발명의 유기질 비료를 이용하여 수행한 열무생육실험 결과 비교 사진이다. (대조구 : 일반토양, 처리구 : 일반토양에 본 발명의 유기질 비료를 혼합)
이하, 본 발명의 실시예와 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위해 예시적으로 제시한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가지는 자에 있어서 자명할 것이다.
또한, 달리 정의하지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 기술적 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야의 숙련자에 의해 통상적으로 이해되는 바와 동일한 의미를 가지며, 상충되는 경우에는, 정의를 포함하는 본 명세서의 기재가 우선할 것이다.
도면에서 제안된 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. 그리고, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에서 기술한 "부"란, 특정 기능을 수행하는 하나의 단위 또는 블록을 의미한다.
각 단계들에 있어 식별부호(제1, 제2, 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 실시될 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 실시될 수도 있고 실질적으로 동시에 실시될 수도 있으며 반대의 순서대로 실시될 수도 있다.
본 발명의 유기질 비료는, 석회처리 퇴비 50~70 중량%, 계분 20~40 중량% 및 미생물 5~10 중량%를 혼합하는 혼합 단계, 상기 석회처리 퇴비, 계분 및 미생물을 혼합한 혼합물을 17~22일 동안 교반하면서 수분함량을 30~40%로 조절하는 교반 단계, 상기 수분함량이 조절된 혼합물을 27~32일 정도 후숙시키는 후숙 단계, 상기 후숙된 혼합물을 수분함량이 15~25%이 되도록 건조하는 건조 단계 및 상기 건조된 혼합물을 파쇄하는 파쇄 단계를 통하여 제조된다. 이하 각 단계를 자세히 살펴본다.
먼저, 상기 혼합 단계에서 사용되는 석회처리 퇴비는 유기성 폐기물을 석회처리하여 살균, 살충된 퇴비로서, 바람직하게는 유기성 폐기물을 파쇄 및 선별한 후 저장하는 단계, 상기 저장된 유기성 폐기물을 수분 조절제와 혼합하는 1차 수분 조절 단계, 상기 1차 수분 조절된 유기성 폐기물을 생석회와 혼합하여 반응시키는 단계, 상기 생석회와 혼합된 유기성 폐기물을 부형제와 혼합하는 2차 수분 조절 단계, 및 상기 2차 수분 조절된 유기성 폐기물을 교반 건조하는 건조 단계를 통하여 제조된다.
상기 유기성 폐기물은 음식물류 폐기물뿐만 아니라 식물성 잔재물, 동물성 잔재물 등 다양한 유기성 원료가 사용될 수 있다. 준비된 유기성 폐기물은 먼저 파쇄 및 선별 과정을 거쳐 이물질이 제거된 후 일차적으로 저장된다. 이때, 파쇄 및 선별 과정을 거친 유기성 폐기물의 함수율은 80~90 중량% 정도이다.
저장된 유기성 폐기물은 반응기 내로 이송되어 일련의 첨가제들과 혼합 공정을 거치게 되는데, 먼저 본격적으로 생석회와 혼합 반응을 하기 전에 폐기물 내 수분을 1차적으로 조절하기 위하여 수분 조절제와 혼합하는 과정을 거치게 된다.
이때 수분 조절제는 톱밥과 코코피트가 1~2:1(w/w)의 비율로 혼합된 혼합물이 사용되는 것이 바람직하다. 톱밥은 기존에 수분 조절제로서 널리 사용되고 있는 수분조절제이며, 코코피트는 코코넛의 내과피에서부터 외과피까지에 존재하는 섬유질을 분쇄하여 만든 유기입자로서 뛰어난 수분 흡수력을 가지고 있어 근래에 주목받고 있다.
상기 유기성 폐기물에 투입되는 수분조절제의 혼합량은 저장된 유기성 폐기물의 6~10 중량%인 것이 바람직하며, 이보다 적으면 충분한 수분 조절 효과가 나오기 어렵고 이보다 크면 전체적인 공정의 경제성이나 효율성이 떨어지게 된다. 이와 같이 1차 수분 조절 단계를 거친 유기성 폐기물의 함수율은 75~80 중량%인 것이 바람직하다.
1차적으로 수분이 조절된 유기성 폐기물은 본격적으로 생석회와 혼합되어 가수분해 반응을 일으키게 되며, 이때 반응열로 인해 반응기내 온도가 80~120 ℃를 유지하게 되어 유기물의 소화 및 살균, 살충 작용은 물론 악취 제거가 이루어지게 된다. 자세하게는, 유기성 폐기물에 함유된 수분이 산화석회의 미세한 공극에 흡수되고 소화(slaking)에 의해 열이 발생하면서 수산화칼슘(CaOH)2 미립자를 형성하게 된다. 이어 중탄산칼슘(Ca(HCO3)2을 생성하는데 이때 많은 반응열 (화학적인 결합(변화, 분해))이 발생한다.
상기의 반응열은 세 가지 중요한 작용을 하는데, 먼저 유기성 폐기물의 유기물질의 활성도를 진작시켜 칼슘 등 금속이온의 착화합물을 형성을 촉진시킨다. 두번째로는, 악취물질의 근원이 되는 성분을 분해하여 분해된 악취물질의 일부가 칼슘화합물을 형성하게 한다. 마지막으로, 유기성 폐기물의 온도상승에 의해 일부 수분이 증발되고 반응종료 직후의 유기성 폐기물의 유기물과 칼슘-유기화합물에 수산화칼슘 입자를 균일하게 분산 흡착시켰기 때문에 강알칼리성(pH 11~12)을 나타내며 이 알칼리에 의하여 유기성 폐기물의 멸균 살균 처리가 이루어지게 된다.
특히 악취제거가 이루어지는 과정을 자세히 살펴보면, 먼저 솔(Sol) 상태의 유기성 폐기물을 겔(Gel)화된 후, 하기와 같은 반응들을 통해 분해된 약취 성분이 칼슘화합물을 형성하게 된다.
2(CH3SH)+ CaO -> (CH3S)2Ca + H2O
2(RCOOH) + CaO -> (R-COO)2Ca+ H2O
-S-(유황화합물) + 2CaO -> CaS
이와 같은 화학적 탈취 방법 외에도 휘산 및 물리적 탈취를 통해 악취를 추가적으로, 제거할 수 있다. 휘산은 암모니아(NH3), 황화수소(H2S), 트리메칠아민(CH3)3N〕등 Gas 상태의 악취물질은 반응기에 부착된 ClO2를 이용한 탈취장치에 의해 탈취 휘산시키는 방식이며, 물리적 탈취는 유기성 폐기물에 잔류한 악취물질을 입상구조물에 흡착시키는 방식이다.
상기 생석회의 혼합량은 1차 수분 조절된 유기성 폐기물의 20~30 중량%인 것이 바람직하며, 이보다 적으면 충분한 수분 소화 및 살균, 살충 효과가 나오기 어렵고 이보다 크면 전체적인 공정의 경제성이나 효율성이 떨어지게 된다. 생석회와의 혼합 반응 단계를 거친 유기성 폐기물의 함수율은 50~60 중량%인 것이 바람직하다.
상기 생석회 혼합 반응을 거친 유기성 폐기물은 부형제와 혼합되어 2차 수분 조절 단계를 거치게 되는데, 이때 사용되는 부형제는 1차 수분 조절 단계에서 사용된 톱밥과 코코피트의 혼합물 등 다양한 부형제가 사용될 수 있으나, 바람직하게는 본 발명의 공정에 따라 제조된 최종 비료의 일부가 재사용된 리사이클 부형제가 사용될 수 있다. 이때, 상리 리사이클 부형제는 최종 비료 100%가 사용될 수도 있으나, 또 다른 실시예로 최종비료 65~75 중량% 및 피트머스 또는 휴믹산(humic acid) 25~35 중량%가 사용될 수도 있다.
이때, 상기 부형제의 혼합량은 생석회와 혼합된 유기성 폐기물의 8~12 중량%인 것이 바람직하다. 이보다 적으면 충분한 수분 조절 효과가 나오기 어렵고 이보다 크면 전체적인 공정의 경제성이나 효율성이 떨어지게 된다. 이와 같이 2차 수분 조절 단계까지 거친 유기성 폐기물의 함수율은 50~55 중량%인 것이 바람직하다.
한편, 상기 재사용되는 비료는, 완성된 비료에 톱밥 및 미생물을 추가 투입한 후 교반 건조하는 과정을 추가로 거친 것을 사용할 수 있다. 이러한 과정을 통하여 비료의 수분 흡수력을 높일 뿐만 아니라 최종적으로 생산되는 비료의 생산성을 더욱 높일 수 있다.
상기 투입되는 톱밥 및 미생물은 각각 재사용되는 비료의 4~6 중량%가 투입되는 것이 바람직하며, 투입 후 5~15일 정도 교반 건조 과정을 거치는 것이 바람직하다.
이때, 상기 미생물은 상업적으로 농작물에 사용되는 다양한 유익 미생물이 사용될 수 있으며, 필요에 따라 식물에게 해로운 미생물의 발현을 최대한 억제하기 위하여 상기 미생물과 함께 포도 발효추출물을 추가로 투입할 수 있다. 이 경우 상기 포도 발효추출물의 투입량은 투입되는 미생물 함량의 1~30 중량%인 것이 바람직하다.
포도를 일정한 조건 하에서 발효처리하면, 휴무스(humus)균을 함유하는 발효추출물이 생성되어, 농작물의 생육을 촉진할 뿐 아니라, 병해 방제효과를 갖추어 농작물의 생산성 증대뿐 아니라 토질의 향상을 가져올 수 있다.
상기 발효추출물은 포도에서 수득된 포도씨, 껍질, 줄기를 포함하는 포도찌꺼기를 호기성 조건 하에서, 더욱 구체적으로는 습도 57~84%, 온도 40~60℃에서 산도(pH) 5.5~7.0을 유지하면서 2~3주간 발효시킨 것을 사용할 수 있으며, 발효시킨 포도찌꺼기을 바로 사용하기 보다 당분 및 알코올을 제거하고 50~75℃에서 30~40시간 동안 안정화시킨 것을 사용하는 것이 바람직하다.
한편, 이와 같이 톱밥 및 미생물 투입 과정이 완료된 비료는 다시 별도의 숙성실에서 15~25일 정도 자연 숙성시키는 안정화 단계를 추가로 거치는 것이 바람직하며, 이러한 과정을 통하여 리싸이클 부형제의 품질이 더욱 향상될 수 있다.
이와 같이 2차 수분조절 단계까지 거친 유기성 폐기물은 교반 건조기로 이송되어 건조 단계를 거쳐 최종적으로 석회처리 비료로서 제조되며, 일부는 앞서 설명한 바와 같이 부형제로 재사용된다. 상기 건조 단계까지 거친 유기성 폐기물의 함수율은 40~45 중량%인 것이 바람직하다.
한편, 상기 건조 단계에서는 2차 화학반응이 반복될 수 있다. 교반 건조장(Sludge drying bed)에 설치된 회전식 교반발효기(rotary stirred dryer)에 의해 간헐적으로 작동하는 교반작업에 따라 수분이 증발되면서 당도를 높이는 주요원소인 칼슘염을 생성하고 하기 화학식과 같이 공기 중의 이산화탄소와 유기성 폐기물의 수산화칼슘 중탄산칼슘과의 화학반응에 의해 탄산칼슘을 생성한다. 탄산칼슘은 흡착력 강한 난용성 물질이기 때문에 표면에 피막형성을 진행하며, 속효성 비료를 완효성 비료로 변환시키는 막중한 역할을 한다.
Ca(0H)2+ CO2 -> CaCO3 + H2O
Ca(HCO3)2 -> CaCO2 + H2O + CO2
한편, 상기 제조된 비료의 일부가 부형제로 재사용되기 전에 혹시라도 존재할 수 있는 유해균이 반응기 내부로 유입되는 것을 방지하기 위하여, 톱밥 및 미생물을 투입하기 전에, 마이크로파 조사단계를 추가로 거치게 할 수 있다.
마이크로파는 라디오파와 적외선 사이의 파장과 주파수를 가지고 있는 전자기파로 보통 파장은 1cm~100cm이다. 특히, 2~4GHz 대역의 주파수를 갖는 마이크로파는 물(H2O) 분자의 고유 진동수에 가까워 물 분자에 상기 대역의 마이크로파를 조사하면 물 분자는 강하게 회전하고, 이로 인해 진동, 마찰 에너지를 발생하여 온도가 상승하여 열적 살균 효과를 얻을 수 있으며, 비열적으로도 마이크로파가 세균의 세포막을 파괴하여 멸균 효과를 얻을 수 있다.
이와 같이 제조된 석회처리 비료는 계분 및 미생물과 혼합하는 혼합 단계를 거치게 된다. 상기 계분은 메추리분이 사용될 수도 있다.
상기 계분은 유기물질을 함유하고 있어 우수한 비료 자원으로서, 유기질 함량이 풍부하고 작물에 필요한 다량원소가 함유되어 있어, 토양의 비옥도를 향상시키고 토양구조를 개선시키며 토양의 지속생산능력을 강화시키는 능력을 지니고 있다.
특히, 닭의 창자는 짧아 사료 소화흡수 능력이 떨어지므로 약 70% 정도 소화가 안 된 사료를 분변으로 배출시킨다. 분석에 의하면 자연 건조된 계분에는 조단백질을 26% 정도 함유하고 있는데, 이는 콩깻묵의 57~66%에 해당된다. 또한 단백질 속의 아미노산 역시 비교적 완전한데, 특히 라이신(0.51%), 메티오닌과 시스틴이 완전하다. 이 밖에 계분에는 풍부한 B군비타민, 광물질과 미량원소가 풍부하게 함유되어 있다.
상기 계분은 우수한 유기비료이지만 사용 전에 반드시 잘 발효시키거나 고온에 잘 말려 무해화 처리를 해야 한다. 무해화 처리를 한 계분을 밭에 시비하면 비료효과가 좋고 비력의 지속시간이 길어져서 농작물의 생산량을 향상시키며, 토양 속의 유기함량을 증가시키고, 화학비료 사용으로 인해 토양이 굳는 것을 감소시키며, 토양구조를 개선한다.
무해화 처리를 하는 방법들을 살펴보면, 건조법은 건조기계설비를 이용하여 온도 70℃에서는 12시간, 140℃에서는 1시간, 180℃에서는 30분간 건조시시키는 기계건조법과 계분 속에 고르게 쌀겨나 밀기울(전체 20~30 %)를 뿌려 넣고 볕에 말린 다음에 잡질을 제거하고 자루에 담아 건조한 곳에 쌓아 보관하는 자연건조법이 있다.
발효법은 계분과 다른 사료를 일정비율대로 혼합한 뒤에 발효시키는데, 생계분 35%, 쌀겨 또는 밀보리짚 가루 35%, 잘게 썬 청사료 30%를 고르게 섞은 다음, 맑은 물을 뿌려 수분함량이 60% 정도 되게 하여 항아리 속이나 전절한 못 속에 담고 단단히 밟아준 다음에 비닐로 단단히 봉해서 5일 정도 발효시킨다. 계분이 황록색으로 변하고 술지게미와 같은 냄새가 날 때 사료로 사용할 수 있다. 여름철에는 발효시키는 시간을 단축할 수 있다. 또는 생계분 속에 적당량의 밀기울을 첨가하여 넣고 다시 10%의 술지게미와 10% 물을 넣고 고르게 섞은 다음에 발효 못이나 항아리 속에 담아 10~20시간 발효시키고, 다시 100℃ 증기로 멸균시키면 사료를 만들 수 있다.
사일로(silo)법은 생계분 50~60%를 잘게 자른 푸른 옥수수 짚, 화본과 목초, 괴근과 괴경류 사료 25%, 밀기울 10%와 혼합하고 함수량을 60%로 정도로 조절한 다음, 사일로(silo) 또는 구덩이 속에 넣고 발로 밟아 단단히 봉했다가 30~45일 지나면 꺼내다 소나 양과 돼지에 먹일 수 있다.
화학법은 계분 건물질 무게의 0.5~0.7%에 포르말린을 첨가하여 처리한 다음 뚜껑을 덮어 1~3시간 방치해두면 된다. 먹일 때는 5%의 당밀사료와 농후사료를 적당량 첨가해야 하고 사초와 함께 소나 양에 먹인다.
이와 같이 준비된 계분은 전술한 석회처리 퇴비 및 상업적으로 사용가능한 미생물과 혼합한 후, 17~22일 동안 교반하면서 수분함량을 30~40%로 조절하는 과정을 거치게 된다. 상기 수분함량이 조절된 혼합물은 상온에서 27~32일 정도 후숙시키는 후숙 단계를 거친 후, 마지막으로 후숙된 혼합물의 수분함량이 15~25%이 되도록 건조하는 건조 단계를 거치게 된다. 이와 같이 건조된 혼합물을 파쇄 및 선별 단계를 거쳐 마지막으로 포장되어 이송되게 된다. 이때, 상기 후숙 단계에서, 후숙과정이 잘 이루어질 수 있도록 미생물 1~5 중량%가 추가로 투입될 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다. 그러나 본 발명의 범위가 이들 실시예로 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
석회처리 퇴비 60 중량%, 계분 30 중량% 및 미생물 10 중량%를 혼합한 후, 20일 동안 교반하면서 수분함량을 35%로 조절하였다. 상기 수분함량 조절된 혼합물을 30일 동안 상온에서 후숙시킨 후, 브러워를 이용하여 수분함량이 20%가 되도록 건조시켰다. 건조된 혼합물을 파쇄하여 도 3의 유기질 비료를 최종적으로 얻었다.
[실험예 1]
실시예에서 제조한 유기질 비료를 일반토양에 10:1의 비율로 혼합한 처리구와 일반토양만으로 이루어진 대조구를 가지고 Pot에서 열무 작물 비교실험을 수행하였다. 처리량은 800kg/200평 기준으로 처리하였으며, 시비 후 14일에 정식한 후 70일 동안 수분을 공급하여, 그 결과를 하기 표 1과 도 4a, b에 나타내었다.
구분 엽장(cm) 엽폭(cm) 생체중(g)
대조구 3.7 0.8 10
처리구 14.0 3.7 116.4
대조구 대비 증가율(%) 378.38 462.5 1,164
[실험예 2]
실험예 1의 처리구와 대조구를 가지고 Field에서 배추 작물 비교실험을 수행하였다. 시험장소는 강원도 원주에서 1000kg/200평 기준으로 처리하였으며, 시비 후 14일 후 정식하여 60일 동안 수분을 공급하여, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
구분 생체중(g/ea) 증수율(%)
처리구 80.0 186.9%
무처리구 42.8 -
상기 실험예에서 볼 수 있듯이, 본 발명의 유기질 비료를 처리한 경우 작물의 생장율이 뚜렷하게 증가하는 것을 확인할 수 있었다.
본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 설명에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능하며, 그와 같은 변형은 본 발명의 보호 범위 내에 있게 된다.

Claims (3)

  1. 석회처리 퇴비 50~70 중량%, 계분 20~40 중량% 및 미생물 5~10 중량%를 혼합하는 혼합 단계;
    상기 석회처리 퇴비, 계분 및 미생물을 혼합한 혼합물을 17~22일 동안 교반하면서 수분함량을 30~40%로 조절하는 교반 단계;
    상기 수분함량이 조절된 혼합물을 27~32일 정도 후숙시키는 후숙 단계;
    상기 후숙된 혼합물을 수분함량이 15~25%이 되도록 건조하는 건조 단계; 및
    상기 건조된 혼합물을 파쇄하는 파쇄 단계;
    를 포함하는 유기질 비료의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 후숙 단계에서, 미생물 1~5 중량%가 추가로 투입되는 것을 특징으로 하는 유기질 비료의 제조방법.
  3. 제1항 또는 제2항의 방법에 의하여 제조된 유기질 비료로서, 석회처리 퇴비, 계분 및 미생물을 포함하는 유기질 비료.
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