KR100348637B1 - 축산폐수의 퇴비화 방법에 의한 무방류 처리공법 및 수도용비 - Google Patents

Abstract

본 발명은 축산농가에서 배출하는 축산폐수를 수거하여 고액 분리과정을 거쳐 액상뇨는 1차 전처리조에서 제지슬러지등 유기성 오니류와 교반 후에 고형 축분을 추가 혼합하여 미생물의 호기성 발효 에너지를 보충하고 2차 교반조에서 폐목재를 분쇄한 목분, 목편(Wood chip)과 소각잔재, 석탄회 등 Fly ash를 혼합교반하여 초기함수율 60-65%, 탄질율(C/N), 통기성을 조절하여 발효조건을 충족하고 3차 교반식 발효시스템에 투입하여 점진적으로 교반 이송과 공기를 공급하면서 70-85℃의 고온 발효열을 내는 발효상 위에 축산폐수를 살포하여 수분을 산화 증발시키는 방법으로 축산폐수를 무방류처리하여 10-15일간에 퇴비화하는 환경친화적인 재활용 공법에 관한 것이다.

부산물 퇴비는 토양 미생물과 유기물, 비료성분(질소, 인산, 가리), 토양개량제(규산, 석회, 고토)와 미량원소를 함유한 논 토양의 생력적 복합 토양개량제로 논 토양에 환원하므로서 WTO협정에 따른 무한경쟁시대에 값이 저렴한 외국산 쌀 수입에 대비하여 고품질 양질미를 증산하고, 폐자원을 재활용하여 기존의 축산폐수 공동처리장의 처리후 방류시설에 비하여 처리장 운영비를 절감하는 환경친화적인 유용한 발명이다.

Description

축산폐수의 무방류 처리공법에 의한 수도작용 복합토양개량제의 제조방법{Witout Discharging Treatment System and Paddy Rice Fertilizer by The Composting Method of Livestock Sewage.}

국내 축산농가 567,000호에서 배출되는 축산폐수는 1일간 약197천톤으로서 년간 약70,920천톤에 달한다.

축산분뇨는 고농도 폐수로서 생물학적 산소요구량(BOD)의 총부하량은 각종 산업 폐수의 47%로 가장 높고, 축산 폐수는 발생량에 비하여 수질 오염부하량이 높아 이를 적정 처리하지 않고 방류시에 하천의 수질 악화와 지하수 오염호소의 부영양화를 초래하여 상수원과 농업용수를 오염시킬 뿐 아니라 악취, 해충 피해등으로 쾌적한 생활 환경을 해치는 요인이 되고 있다.

따라서 국내외적으로 축산폐수의 처리밥법에 많은 연구와 기술개발에 많은 투자를 하고 있지만 기술에 한계가 있어 가축 사육을 제한하거나 폐수 방류 수질기준을 강화하고 있어 축산폐수 처리 기술개발은 환경보전 측면뿐 아니라 축산업의 안정적 발전을 위한 가장 큰 문제점으로 지적되고 있다.

오수 분뇨 및 축산폐수의 처리에 관한 법률에 의거 축사를 설치하려는 자는 축사 규모에 따라 시도지사의 축산분뇨처리시설 설치 허가를 받거나 시장, 군수에게 신고를 해야 하며 방류수질기준이하로 처리하는 시설을 설치 하도록 하였다. 허가 신고 대상 이외의 소규모 축산농가에서 발생하는 폐수를 공동으로 수거하여 처리 할수 있도록 1991년부터 국고 지원사업으로 축산폐수공동 처리시설 설치사업을 추진하여 '98년도 현재 11개소가 설치 가동중에 있고 45개소가 건설중이며 2005년도까지 전국 100개 시,군에 축산폐수 공동처리 시설을 연차적으로 시설 할 계획으로 추진하고 있다.

그러나, '98현재 가동중인 11개소 전체가 BOD, COD, 질소함량, 탁도 등 모두가 기준이상으로 문제가 되고 있어 전반적인 수정이 불가피한 현실이며 시설중인 45개소의 공사가 중단되고 있다. 지금까지는 축산폐수 공동처리장 처리후 방류방법에 의한 시설 설계기준에 BOD는 5,000mg/ℓ인 반면에 유입 폐수의 평균 BOD농도는 15,000-25,000mg/ℓ의 고농도 분뇨가 유입되어 정화 처리가 불가능한 문제가 발생되는 등 기존의 축산폐수 처리시스템의 문제점으로 지적되고 있다.

축산폐수는 생활오수나 공장폐수와는 달리 고농도 유기성분으로서 무기인이나 중금속이 함유되지 않았고 미생물의 발효분해가 용이하여 양질의 유기질비료로 자원화가 가능하며 유입 축산폐수의 BOD 15,000-25,000mg/ℓ를 무리하게 정화처리후 방류하는 방법보다는 본 발명은 다른 폐기물인 제지슬러지, 폐목재류, 유기성 오니류, 소각잔재와 석탄재 Fly ash를 팽화제로 이용하여 수분조절하고 콤포스팅방법으로 70-85℃의 고온발효 과정중에 축산폐수를 살포하여 발효 산화 증발시켜 폐수를 퇴비화 콤포스팅하여 재활용하는 기술이며,폐수를 원천적으로 무방류하고 축산폐수의 무방류 처리시스템에 관한 것이다.

콤포스트화는 호기성 미생물에 의하여 유기물을 분해하는 생물학적 공정으로서 미생물의 성장과 분해를 위하여 수분, 산소, 유기질(탄소), 영양소, 온도를 필요로 한다.

축산분뇨에는 수분, 유기질, 영양소를 고르게 갖추고 있으나 수분의 함량이 80-95%높아 호기성발효에 적합한 초기 함수율 60-65%로 조절과 공기의 적절한 공급을 위한 공극을 확보해 주는 수분조절제인 톱밥, 왕겨 등이 다량 필요하나 가격이 비싸고 확보가 어려워 축산분뇨의 퇴비화가 어려웠다.

본 발명은 톱밥이나 왕겨 대용으로 다른 폐기물인 슬러지 오니류와 폐목재를 분쇄한 목분과 목편, 소각잔재, 석탄재 Fly ash를 재활용하여 호기성 발효방법에 적합한 에너지를 공급함과 동시에 함수율, 탄질율, 통기성을 조절하여 호기성 퇴비화 기술로 콤포스팅하여폐수를 산화, 증발, 발효, 분해하는 기술이다.

본 발명은 폐기물로 대량 발생하는 제지펄프슬러지, 아미노산액 등 유기성 오니류와 소각로, 석탄 화력발전소의 Fly ash와 가로수 절지목등 폐목재 목분 분쇄목(Wood chip)을 축산폐수의 퇴비화에 수분조절제로 사용하는 방법을 특징으로 한다.

Fly ash는 수분 0%상태로 수집하여 가용성 규산, 석회, 고토, 철분, 인산, 가리성분과 토양개량에 유효한 미량원소로 이루어진 분말로서 농작물이 이용하기에 용이한 가용성으로 구성되어 있어 토양개량제로 유용한 자원이 된다.

또한 제지펄프슬러지와 아미노산액 등 유기성 오니류는 호기성 미생물의 먹이가 되는 유기물(탄소)와 탄질율(C/N)조정에 필요한 질소성분이 고르게 함유되어 있어 축산폐수에 부족한 유기물성분, 질소등 발효에너지를 공급하여 호기성 발효와 함께 폐수의 수분 증발을 왕성하게 이루어 지도록 호기성 미생물의 영양분을 보충함을 특징으로 한다.

본 발명 방법으로 퇴비화 된 부산물비료는 논 토양에 부족한 유기물과 규산, 석회, 고토, 미량원소 Talc, Clay등 토양개량제를 고르게 함유한 복합 토양개량제가 되며 논 토양에 객토, 퇴비, 규산질비료, 미량원소와 비료삼요소(질소, 인산, 가리)를 동시에 뿌려주는 효과가 있는 생력적 복합 토양개량제를 제조하는 기술과 그 비료를 특징으로 한다.

본 발명에서 이용되는 유기성 폐자원인 축산분뇨와 목분, 제지슬러지, 아미노산액 등 유기성 오니류의 유기물과 비료성분 함량 발열량을 보면 아래 표1과 같으며 본 발명은 이와같은 폐자원을 이용하여 축산폐수를 퇴비화 방법으로 무방류 처리하고 복합 토양개량제를 제조하는 방법을 제공하고자 한다.

표1. 본 발명 유기성 폐자원의 비료성분 함량표 및 발열량.

도1은 본 발명의 공정도

도2은 본 발명의 기계 설치도

축산폐수를 정화처리 하지 않고 다른 폐기물인 제지슬러지와 세팔로스포린-C등 유기성 오니류와 아미노산폐액 Fly ash와 폐목재를 분쇄한 목분, 목편, 톱밥, 왕겨 등을 수분조절제로 하여 호기성 발효방법에 의한 콤포스팅하여 수분을 증발시키고 수도용 비료를 제조하는 본 발명의 제조공정의 개략은 도1과 같다.

함수율 80-95%의 축산폐수를 호기성 발효에 적합한 초기함수율 60-65%로 조절하고 통기성, 탄질율(C/N)을 조절하기 위하여 수분조절제를 혼합 교반하여 교반식 발효조에 투입하여 고온 발효로 발효기간을 단축하고자 교반식 발효시스템으로 70-85℃의 고온으로 호기성 발효기간을 10-15일로 단축하여 퇴비화하는 방법을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 함수율이 80∼95%인 축산폐수 40∼60 중량%에 제지슬러지, 아미노산폐액, 폐목재를 분쇄한 목분, 폐목재를 분쇄한 목편, 플라이 애쉬 및 왕겨로 이루어진 수분조절제 40∼60 중량%를 혼합하는 단계; 상기 혼합물의 함수율을 초기 함수율의 60∼65%로 조절하고 탄질율(C/N) 통기성을 20∼50으로 조절하여 교반식 발효조에 투입하고 70∼85℃에서 10∼15일 동안 발효시키면서 상기 고온발효기간중 상기 혼합물에 축산폐수를 살포하여 발효분해시키는 수도작용 복합토양개량제의 제조방법으로 구성된다. 본 발명은 고온 발효기간중 축산폐수를 발효상 위에 살포하여 폐수를 무방류 퇴비화하며 병원균이나 기생충알, 잡초씨가 살멸되며 유해성 유기물이 호기성 미생물에 의해 산화와 합성 등 생화학적 반응을 통하여 축산폐수의 유해 물질을 CO_2,H₂O 등으로 분해 증발시키며 고분자의 유기물을 식물이 이용하기에 적합한 양분으로 합성되어 유기물과 무기물이 안정화된 수도용 복합 토양개량제를 제공한다. 호기성 발효 기간중 발효 온도의 변화는 아래 표2와 같으며 발효퇴비의 수분과 생산량 대비는 표3과 같다.

본 발명을 제1도 공정도에 의거 공정별로 좀더 자세히 설명하면 다음과 같다. 축산폐수를 탱크로리차로 수거 1차 저장조에 투입하여 분과 뇨의 비중에 따라 고형분은 저장조 하층에 침전시키고 액상 폐수는 상층부로 분리한 후에 1차로 폐수를 펌프로 뽑아내어 다른 폐기물인 제지슬러지 전처리조에 투입하여 24시간 이내로 혼합 교반 해리하여 기어펌프(Gear Pump)를 통과하여 곤죽과 같은 혼합물로 제조하여 제지슬러지의 덩어리를 분해하여 목섬유를 호기성 발효시 미생물의 에너지원으로 하며 제2 저장조에 이송 저장한다.

여기에 침전된 고형분과 아미노산 액비를 첨가하고 혼합교반기에서 톱밥이나 폐목을 분쇄한 목분과 목편(Wood chip) 소각잔재 석탄회(Fly ash) 등 팽화제를 투입 혼합 교반 VS, TS를 조절하여 초기함수율 60-65%로 조절하고, 호기성미생물(Bio-TOMI)를 첨가하여 악취 제거와 동시에 퇴비화를 촉진 왕성하게 미생물이 증식할수 있도록 최상의 환경 조건을 만들어 교반식 발효조(Pit)에 일정수량을 매일매일 투입한다.

제지슬러지와 팽화제를 혼합시에 축산분뇨의 50%가 처리되어 함수율 60-65%로 조절되고 교반식 발효조(Pit) 길이 60-100m의 발효시스템에 투입한후 70-85℃의 활발한 고온 발효과정이 진행되는 부분에서부터 발효상위에 50%의 축산폐수를 매일 지속적으로 2-3회 반복하여 강제로 살포하면서 교반하여 수분을 산화 증발시키며 폐수를 무방류 처리하고 발효가 종료되는 시점까지 계속하여 연속적으로 발효건조기로 반복 작업하므로 고르게 콤포스팅 1차 발효기간을 2주 이내에 완료하는 새로운 기술이다. 좀더 발효처리 공정을 세분하여 설명하면 아래와 같다.

제1공정:축산폐수의 운반, 저장

축사시설에서 배출하여 보관된 축산폐수를 탱크로리로 수거 운반하여 1차 저장조에 투입하여 2-3일간 보관시에 고형물과 액체는 비중에 따라 고형분은 저장조 하층에 침전되고 액상 폐수는 상층부로 고액분리가 이루어지게 보관한다.

제2공정:팽화제의 운반 보관

①수분조절제인 소각잔재 석탄회(Fly ash)를 소각장에서 선별, 화력발전소 Fly ash Silo에서 무수분 상태로 벌크차에 적재 운반하여 저장탱크(Silo)에 브로어로 이송하여 보관한다.

②섬유질 재료인 팽화제는 도시폐목재, 가로수절지목, 과수전지목, 임지폐잔재를 수거 운반하고 분쇄하여 목분이나 목편(Wood chip)을 만들고, 또는 왕겨나 톱밥을 구입하고 팽화제 보관창고에 운반 보관한다.

③제지펄프공장에서 수처리후에 폐기물로 발생한 오니, 제지슬러지를 암롤 차량으로 수거운반하여 전처리조에 투입하고, 여유분은 보관창고에 보관한다.

④조미료 공장 폐기물인 아미노산액 및 유기성 폐기물을 탱크로리로 운반하여 액비탱크에 보관한다.

제3공정:전처리 공정

전처리 조에 투입한 제지슬러지와 1차 저장조인 축산분뇨 탱크 보관된 상층부 폐수를 펌프로 이송하여 슬러지와 50:50으로 혼합하여 24시간 침전 해리 분해하여 곤죽과 같이 만들어 기어펌프(Gear Pump)로 2차 저장조에 이송 보관한다.

제4공정:팽화제와 혼합 교반공정

2차 저장조에 보관된 슬러지와 축산폐수의 혼합물에 제1차 저장조 하층에 침전된 고형분을 고압펌프로 이송 50:50으로 혼합하고 아미노산액 5-10%를 첨가한 후 고형펌프로 이송하여 혼합교반조 한쪽 호퍼(Hopper)에 채우고, 팽화제인 섬유질 재료를 벨트콘베어로 이송하여30-40%와 Fly ash를 스크류콘베어로 이송하여60-70%를 한쪽호퍼(Hopper)에 채우고, 양쪽 호퍼하부에 설치된 스크류콘베어(Screw Conveyor)의 회전속도를 조절하여 C/N비(20-50)와 초기 함수율 60-65%로 혼합 교반한다.

제5공정:호기성 미생물 첨가 교반식 발효시스템으로 이송

혼합교반공정에서 C/N비 20-50, 초기 함수율60-65%로 혼합 물질을 교반식 발효조(Pit) Article에 벨트콘베어(Velt Conveyor)로 이송중에 악취 방지와 왕성한호기성 발효 분해를 돕기위하여 호기성 미생물(Bio TOMI)를 첨가(0.5-1.0ℓ/톤당)하여 반송퇴비와 목편(Wood chip)을 동시에 교반식 발효시스템에 투입한다.

제6공정:발효공정

상기와 같은 과정을 거쳐 교반식 발효조(Pit)에 투입한후 초기 발효작업을 시작할때는 발효조 측면부에 설치한 송풍기를 이용하여 50℃의 고온으로 강제송풍을 지속적으로 실시하면서, 자동적인 발효기계의 작동으로 교반작업을 동시에 실시하면 발효조내의 평균 온도가 서서히 상승하며 24시간 이내에 60℃정도로 상승하며, 상기 발효과정에서 150-180cm 깊이로 쌓여 있는 혼합물질에 균일한 공기투입과 수분증발이 되도록 발효조 하부의 물질을 상부로 끌어올려 뒤집고 사방으로 흩으려 1회의 교반시마다 발효물질이 1.0-2.5m 전진하며 교반과 공기의 공급으로 70-85℃의 왕성한 발효가 진행된다.

제1 축산폐수 저장조에 설치한 펌프를 이용하여 발효건조기에 장착된 4-6톤 폐수탱크에 축산폐수를 투입하며 강제 살포용 펌프로 발효조의 온도가 60℃이상 상승하는 지점부터 60-100m의 발효상 위에 발효조(Pit)의 길이에 따라 1일 약5-15톤의 폐수를 2-3회 정도 강제 살포하면서 자동교반기로 뒤집기를 계속 반복하면서 2주간의 전진 교반 발효를 실시한다.

발효조의 3/4-4/5지점이 경과하여 고온발효가 정지되는 시점은 함수율 40%이하에 발효가 정지되어 발효상의 온도가 40℃이하로 떨어져 완숙된 퇴비가 연속적으로 매일 생산된다.

제7공정:퇴비의 생산포장

2주간에 고온발효후에 발효가 정지된 완숙퇴비는 원통형 스크린으로 정선하여 미발효된 목분과 목편은 초기 혼합교반조로 리사이클링하며, 분말형 퇴비만을 선별적으로 20Kg PE포대에 자동포장하여 퇴비로 생산한다.

퇴비의 생산량은 다음식에 의하여 구할수 있고 퇴비의 수분과 백분율의 관계는 표3과 같다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 천연 미생물의 고온의 호기성 유기물의 발효 분해를 이용한 여러 가지 폐기물을 동시에 처리하는 방법을 제공하며 특히 아래 표4와 같이 축산폐수를 무방류 처리 퇴비로 재활용 하므로서 처리비용이 절감되는 환경친화적인 기술이다.

발효조의 크기와 투입 발효물질의 종류 및 함수율 축산폐수의 함수율 살포 교반회수 동절기 하절기 평균 기온과 공중습도에 따라 차이가 있으며 1일 평균 2-3회 폐수를 강제 살포하면서 교반 발효건조 처리 능력을 조사(농업과학 기술원)하였으며 결과는 아래 표4와 같다.

표4. 교반식 발효시스템 축산폐수 발효건조 처리능력

본 통계는 축산폐수 함수율 95% 정도의 슬러리 처리 농가 6개소를 1년간 평균 방문조사 한 통계자료임.

위와 같이 제조한 비료의 성분 시험성적은 아래 표5, 벼 재배시험성적은 표6과 같다.

표5. 부산물비료의 서험성적서

농업과학기술원, 한국생활용품연구원

본 발명 비료의 특성은 토양 미생물과 유기물, 질소등 영양분을 다량 흡착하고 보관성이 높은 미세다공질로 염기치환용량이 100-140me/100g으로 높고, 질소, 인산, 가리등 비료성분과 유기물, 규산질, 고토, 석회, 철분과 각종 미량원소를 포함하여 유효성분을 다량 함유하고, 서서히 공급해 주므로 과비현상과 비료의 유실을 방지하는 완효성 복합토양개량제로 경운시에 1회의 기비로 100-150일 이상 비료효과를 나타내며, 무농약 저화학비료 농법으로 고품질 양질미를 증산하여 주식량(쌀) 자급을 위한 농업기반 조성에 기여하며, 농촌노동력 부족에 대비한 시비, 농약살포 노동력 절감을 위한 쌀생산비의 절감과 생력화로 국제 경쟁력을 키울수가 있는 수도용 생력적 노동력 절감형 비료가 된다. 우리나라 논 토양에는 규산질의 적정함량 130-180ppm에 평균함량 80-70ppm으로 크게 미달되어 전체 논의 97.2%가 규산이 부족하여 규산질비료를 주어야 하며, 벼 생육에 필요한 질소질의 8배 이상을 필요로하는 논 토양의 보약괴 같다.(농협중앙회 흙살리기운동 비료사업방향 P18-20참조, 일본 후쿠이농시 '76참조).

규산함량이 10%이상인 본 발명비료를 논에 사용했을때에 흡수된 규산질은 세포에 들어가 규화세포를 형성하려, 벼 도열병 등의 병해나 해충의 충해에 대한 저항성을 높여 농약 사용량이 줄어지며 또 세포를 강화하여 튼튼해진 벼는 내도복성을 높이고, 경엽의 수광상태를 좋게하여 벼가 잘익어 등숙보합을 높이는 효과가 있어, 쌀 5-10%의 증수와 고품질 양질미 생산에 기여하는 좋은 결과를 얻었다.

표6. 본 발명 비료의 수도작 경작 시험성적서

상술한 수치는 본 고안의 실험을 위한 수치이므로 본 고안은 상기 수치에 한정되지 않는다.

Claims (2)

1. 함수율이 80∼95%인 축산폐수 40∼60 중량%에 제지슬러지, 아미노산폐액, 폐목재를 분쇄한 목분, 폐목재를 분쇄한 목편, 플라이 애쉬 및 왕겨로 이루어진 수분조절제 40∼60 중량%를 혼합하는 단계; 상기 혼합물의 함수율을 초기 함수율의 60∼65%로 조절하고 탄질율(C/N) 통기성을 20∼50으로 조절하여 교반식 발효조에 투입하고 70∼85℃에서 10∼15일 동안 발효시키면서 상기 고온발효기간 중 상기 혼합물에 축산폐수를 살포하여 발효분해시킴을 특징으로 하는 수도작용 복합토양개량제의 제조방법.
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