KR101068701B1 - 중금속을 제거한 축산분뇨를 이용하는 친환경 퇴비의 제조방법 및 그로부터 제조한 친환경 퇴비 - Google Patents

Abstract

축산분뇨에서 중금속을 제거하여 친환경적인 퇴비를 제조하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 (1) 축산분뇨를 수거하여 전처리한 후 중금속 제거장치에서 옥살산2수화물 수용액과 혼합하여 처리하는 제1공정; (2) 상기 혼합물로부터 구리 및 아연이 함유된 옥살산2수화물 수용액을 제거한 후 축산분뇨슬러지를 분리하는 제2공정; (3) pH를 높이기 위하여 상기 분리된 축산분뇨슬러지에 소석회를 첨가하는 제3공정; (4) 소석회를 첨가한 축산분뇨슬러지에 부자재를 첨가한 후 혼합하는 제4공정; (5) 교반식 설비에서 상기 제4공정의 혼합물에 1일 12시간씩 송풍을 공급하고 매일 1회씩 뒤집기를 진행하여 25일 동안 발효하는 제5공정; 및 (6) 1주일 동안 공기만을 송풍하여 후숙하는 제6공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 중금속을 제거한 축산분뇨를 이용하는 친환경 퇴비의 제조방법 및 그로부터 제조한 친환경 퇴비에 관한 것이다.

본 발명에 의하면, 옥산산2수화물을 사용하여 축산분뇨로부터 중금속을 제거할 수 있고, 축산분뇨의 처리 효율성과 활용도를 향상시킬 수 있음과 동시에, 중금속에 의한 토양오염을 방지할 수 있다.

축산분뇨, 옥살산2수화물, 중금속, 구리, 아연, 수피, 톱밥, 후숙, 퇴비

Description

중금속을 제거한 축산분뇨를 이용하는 친환경 퇴비의 제조방법 및 그로부터 제조한 친환경 퇴비{Method for preparing Echo-Compost using the Pig Slurry removed the heavy metal, and the Product obtained therefrom}

본 발명은 축산분뇨로부터 중금속을 제거할 수 있고, 축산분뇨의 처리 효율성과 활용도를 향상시킬 수 있음과 동시에, 중금속에 의한 토양오염을 방지할 수 있는 중금속을 제거한 축산분뇨를 이용하는 친환경 퇴비의 제조방법 및 그로부터 제조한 친환경 퇴비에 관한 것으로, 특히 축산분뇨로부터 옥살산2수화물 처리를 통하여 구리, 아연 등의 유해 중금속을 제거한 후 부자재를 첨가하여 친환경 퇴비를 제조하는 방법 및 그로부터 제조한 친환경 퇴비에 관한 것이다.

일반적으로 우분, 돈분, 축분 등의 축산분뇨는 생물학적 산소요구량(BOD)의 총부하량이 각종 산업폐수와 비교하여 볼 때 가장 높을 뿐만 아니라 발생량에 비하여 수질오염 부하량이 높다. 따라서 축산분뇨를 그대로 방류하는 경우에는 하천의 수질을 악화시키고 지하수를 오염시키며, 부영양화를 초래하여 상수원과 농업용수 를 오염시키고, 악취나 해충 등을 발생시켜 쾌적한 생활환경을 해치게 된다.

대한민국 등록특허 제10-0371823호에는 오염된 토양, 슬러지, 침강물 및 공업 잔사와 같은 기질로부터 중금속을 분리하기 위한 방법 및 물질이 개시되어 있으나, 축산분뇨에 적용하여 중금속을 제거한 후 분뇨를 비료 등으로 재활용하는 데는 더 많은 연구개발이 필요하다.

또한 축산분뇨의 유해 중금속을 제거하기 위해 대한민국 등록특허 제 856063호에서는 전자빔 및 감마선 조사를 통한 양질의 유기물 원료를 제조하는 방법을 개시하고 있으나, 이러한 방법만으로는 중금속을 제거하고 폐자원을 재활용하기에는 효율적인 방법이 되지 못하고 있다.

최근 축산분뇨를 처리하기 위한 방법과 기술에 대한 많은 연구가 진행되고 있으며, 이러한 연구 결과의 하나로 축산분뇨를 작물재배에 사용하는 방법이 알려져 있다. 그러나 축산분뇨를 적정한 처리 없이 그대로 작물 재배에 사용하게 되면 암모니아가스 등이 발생하여 농작물의 생장을 오히려 저해시키고, 중금속 오염 및 축적으로 농작물의 성장에 장애를 일으켜 수확량을 감소시킬 뿐만 아니라 품질을 저하시키는 문제점이 있다.

일반적으로 알려진 바와 같이 퇴비는 주로 볏짚 또는 잡초와 낙엽에 거름을 섞어서 혼합한 후 자연적으로 발효시키며 제조하는 비료(또는 두엄)이다.

한편, 퇴비는 상기와 같은 원료들을 이용하여 제조하는 것이 대중화되었지만 최근 들어서는 가축의 분뇨와 음식 찌꺼기 그리고 수분 조절제로서의 기능을 하는 톱밥 등을 이용하여 제조되는 것이 알려지고 있다.

상기와 같이 토양을 오염시키지 않으면서 유기농법에 의해 농산물을 재배하기 위한 방편으로 퇴비를 선호하며, 그 원료도 다양하게 제안되고 있지만 가장 관건이 되는 점은 제조된 퇴비가 토양을 2차적으로 오염시키지 않으면서 농산물에 영양분을 공급하는 비료로서의 기능에 탁월한 효과를 부여해야 한다는 것이다.

한편, 상기와 같은 퇴비 제조방법의 일례 중 가장 최근 들어 개발되고 또 보편적으로 사용되고 있는 방법이 축산농가에서 양산되는 축산분뇨가 산천에 버려질 경우 토양과 하천을 심각하게 오염시키게 되므로 축산분뇨와 수분 조절제로서의 기능을 하는 톱밥 등을 혼합 및 발효시켜 퇴비를 제조하는 방법이 제안되고 있다.

대한민국 등록특허 제 466363호에는 톱밥 대신에 왕겨를 이용하여 퇴비를 제조하는 방법이 개시되어 있으나, 이는 돈분슬러지의 화학조성을 변화시키는 것이 아니라 단순한 미봉책에 불과한 것이다.

축산분뇨에는 식물의 생장에 필요한 다량원소인 질소, 인, 칼륨이 높은 농도로 함유되어 있어 비료자원으로서 유용성을 갖는 반면에, 가축사료를 통해 공급된 구리, 아연과 같은 중금속 등이 기준치를 훨씬 초과하여 축산분뇨 자원의 질적 하락을 초래하여 축산분뇨의 자원화에 걸림돌이 되어 왔다.

이상 살펴본바와 같이, 선행 기술에 대한 검토 결과, 본 발명에서 목적하는 바와 같이 축산분뇨의 우수 유기질자원으로 활용과 관련되어 파생될 수 있는 유해 중금속 등을 효율적으로 제어하는 기술과 방법이 개발되어 있지 않다.

한편, 2011년부터는 축산분뇨의 해양투기가 전면 금지될 예정인데, 2005년 기준 축산분뇨의 해양 투기량은 2백74만5천m³으로 2004년 대비 17%가 증가하였으며, 전체 해양투기물량 가운데 축산분뇨가 차지하는 비율이 약 30%에 육박하고 있다. 이 양은 하루 처리량 약 7,600m³ 수준으로 기존의 퇴비화 공법으로는 많은 양을 처리하는 데 한계가 있는 것으로 예상되어 향후 축산분뇨의 중금속을 제거하거나 기준치 이하로 함량을 낮추어 퇴비화 하는 기술개발이 절실히 요구된다.

따라서 본 발명은 종래와 같이 축산분뇨를 이용하여 퇴비를 제조하는 공정 중에 발생되었던 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 옥살산2수화물을 사용하여 축산분뇨에 함유된 중금속을 제거한 후 퇴비를 제조하는, 중금속을 제거한 축산분뇨를 이용하는 친환경 퇴비의 제조방법 및 그로부터 제조한 친환경 퇴비를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 축산분뇨의 효율성과 활용도를 향상시킬 수 있도록 자연환경이 오염되는 원인을 미연에 방지할 수 있는, 중금속을 제거한 축산분뇨를 이용하는 친환경 퇴비의 제조방법 및 그로부터 제조한 친환경 퇴비를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 중금속을 제거한 퇴비를 제조함으로써 중금속에 의한 토양오염을 방지할 수 있는, 중금속을 제거한 축산분뇨를 이용하는 친환경 퇴 비의 제조방법 및 그로부터 제조한 친환경 퇴비를 제공하는데 있다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위하여 이루어진 것으로서, 본 발명의 중금속을 제거한 축산분뇨를 이용하는 친환경 퇴비의 제조방법은 축산분뇨를 이용하는 친환경 퇴비의 제조방법에 있어서, (1) 축산분뇨를 수거하여 전처리한 후 중금속 제거장치에서 중금속이 제거된 축산분뇨를 옥살산2수화물 수용액과 혼합하여 옥살산2수화물 수용액과 중금속이 제거된 축산분뇨의 혼합물로 처리하는 제1공정; (2) 상기 제1공정에서 옥살산2수화물 수용액과 중금속이 제거된 축산분뇨의 혼합물로부터 구리 및 아연이 함유된 옥살산2수화물 수용액을 제거한 후 축산분뇨슬러지를 분리하는 제2공정; (3) pH를 높이기 위하여 상기 분리된 축산분뇨슬러지에 소석회를 첨가하는 제3공정; (4) 소석회를 첨가한 축산분뇨에 부자재를 첨가한 후 혼합하는 제4공정; (5) 교반식 설비에서 상기 제4공정의 혼합물에 1일 12시간씩 송풍을 공급하고 매일 1회씩 뒤집기를 진행하여 25일 동안 발효하는 제5공정; 및 (6) 1주일 동안 공기만을 송풍하여 후숙하는 제6공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기에서, 축산분뇨는 소, 돼지, 닭과 같은 가축이 배설하는 똥과 오줌을 포함한다. 구리와 아연을 제거하기 위하여 처리하는 유기산은 옥살산2수화물이다. 부자재는 수피, 톱밥, 낙엽, 왕겨, 볏짚, 잡초 등으로 구성된 군에서 선택된 하나 이상 혼합하는 것이 바람직하다.

본 발명의 중금속을 제거한 축산분뇨를 이용하는 친환경 퇴비의 제조방법은 바람직하게는 상기 제1공정은 (1) 옥살산2수화물 수용액에 중금속 제거장치에서 중금속이 제거된 축산분뇨를 1 내지 10 %(w/v)로 혼합하는 옥살산2수화물 수용액ㆍ중금속 제거 축산분뇨 혼합단계; 및 (2) 상기 옥살산2수화물 수용액ㆍ중금속 제거 축산분뇨 혼합단계에서 옥살산2수화물 수용액에 중금속이 제거된 축산분뇨가 혼합된 혼합물을 10시간 동안 침전시킨 후, 50rpm의 일정속도로 20 내지 25시간 동안 진탕하는 진탕단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기에서, 축산분뇨를 1 %(w/v) 이하로 사용하면 비용이 많이 들게 되며, 10 %(w/v) 이상으로 사용하면 구리 및 아연의 제거율이 저하된다.

본 발명의 중금속을 제거한 축산분뇨를 이용하는 친환경 퇴비의 제조방법은 더욱 바람직하게는 상기 옥살산2수화물 수용액이 물에 2.25 내지 9.0 %(w/v)의 옥살산2수화물을 혼합한 것을 특징으로 한다.

여기에서, 옥살산2수화물을 2.25 %(w/v) 이하로 사용하면 구리 및 아연의 제거율이 저하되며, 9.0 %(w/v) 이상으로 사용하면 물에 잘 녹지 않게 된다.

본 발명의 중금속을 제거한 축산분뇨를 이용하는 친환경 퇴비의 제조방법은 더욱 바람직하게는 상기 제2공정이 (1) 혼합물을 0.5 mm의 체로 통과시킨 후 여과필터를 사용하여 구리 및 아연이 함유된 옥살산2수화물 수용액을 분리하는 단계; 및 (2) 상기 단계(1)에서 분리된 축산분뇨슬러지를 수집탱크(30)로 배출분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 중금속을 제거한 축산분뇨를 이용하는 친환경 퇴비의 제조방법은 더더욱 바람직하게는 상기 제3공정이 축산분뇨슬러지 98.5 내지 96.5 중량% 및 소석회 1.5 내지 5 중량%를 첨가하는 것을 특징으로 한다.

여기에서, 소석회는 1.5 중량% 이하이면 pH가 너무 낮고 5 중량% 이상이면 pH가 너무 높아지게 된다.

본 발명의 중금속을 제거한 축산분뇨를 이용하는 친환경 퇴비의 제조방법은 가장 바람직하게는 교반식 설비에서 분리된 축산분뇨슬러지에 소석회를 혼합한 혼합물 40 내지 60 중량%에 부자재 60 내지 40 중량%를 첨가하여 퇴비화 과정을 진행하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 중금속을 제거한 축산분뇨를 이용하는 친환경 퇴비는 상기의 중금속을 제거한 축산분뇨를 이용하는 친환경 퇴비의 제조방법에 의하여 제조한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 중금속을 제거한 축산분뇨를 이용하는 친환경 퇴비의 제조방법에 의하면, 옥살산2수화물을 사용하여 축산분뇨로부터 중금속을 제거할 수 있고, 종래의 퇴비 제조 방법보다 부자재의 양을 더욱 적게 사용하게 되어 축산분뇨의 효율성과 활용도를 향상시킬 수 있음과 동시에 중금속에 의한 토양오염을 방지할 수 있다는 효과가 있다.

돈분에 함유된 중금속은 본 출원인이 동일자로 출원한 돈분에 함유된 중금속의 제거장치를 사용하여 옥살산2수화물 수용액을 첨가하여 제거하였다.

도 1은 본 발명의 돈분에 함유된 중금속을 제거하는 중금속 제거장치를 개략적으로 도시한 종단면도이며, 도 2는 본 발명의 퇴비를 제조하는 공정을 도시한 개 략도이다.

본 발명의 퇴비 제조공정 및 실시예를 설명하기 전에 본 발명에 사용된 도 1의 중금속 제거장치에 관하여 하기에서 그 구성 및 작용을 먼저 설명한다.

도 1에 도시한 바와 같이 중금속 제거장치(100)는 나무나 비닐 등 이물질이 제거된 돈분을 투입하는 투입구(부호 표시하지 않음)를 덮는 상부 덮개(11a)가 설치되며 하부에 입자사이즈가 0.5 mm 이상의 돈분에 함유된 이물질(예를 들면, 지푸라기, 나무가지 등)을 제거하는 하부 개구부(부호 표시하지 않음)를 덮는 하부 덮개(12a)가 설치된 반응조(11)와, 저장탱크(13)내에 저류되어 있는 옥살산2수화물 수용액을 상기 반응조(11) 내로 공급하도록 도입파이프(15a)가 상기 저장탱크(13)에 접속됨과 동시에, 배출 파이프(15b)가 상기 반응조(11)에 접속된 펌프(15)와, 상기 반응조(11)의 내주면에 나선형상으로 권취되어 설치되어서 전원의 인가시에 열을 방사하는 시이즈 히터(17)와, 상기 반응조(11) 내에 공급된 돈분과 유기산용액을 교반하도록 상기 반응조(11)의 중심에 설치된 샤프트(19a)를 구비함과 동시에, 상기 샤프트(19a)의 외주면에 일정간격을 두고 설치된 다수의 교반날개(19b)로 이루어진 교반기(19)와, 상기 교반기(19)의 샤프트(19a) 상부에 설치되어 전원의 인가시에 상기 교반기(19)를 회전시키는 기어드 모터(21)와, 상기 교반기(19)의 하부로부터 일정 간격 떨어져서 상기 돈분에 함유된 0.5 mm 이상의 이물질을 필터링하도록 0.5 mm의 구멍이 다수개 형성된 스테인레스제의 선별망(25; sieve)과, 상기 선별망(25)을 통과한 0.5 mm 이하의 돈분과 구리 및 아연이 함유된 옥살산2수화물 수용액의 배출을 단속하도록 상기 선별망(25) 하부에 설치된 제1 밸브(27)와, 상기 제1 밸브(27)의 하부 통로(28)에 배출된 0.5 mm 이하의 돈분과 구리 및 아연이 함유된 옥살산2수화물 수용액 중에서 구리 및 아연이 함유된 옥살산2수화물 수용액을 추출하는 여과필터(29)와, 상기 여과필터(29)에 의해 여과된 구리 및 아연이 함유된 옥살산2수화물 수용액을 구리/아연 함유 옥살산2수화물 수용액 수집탱크(30)로의 배출을 단속하도록 상기 하부 통로(28)에 접속된 제1 배관(28a)에 설치된 제2 밸브(31)와, 상기 하부 통로(28)에서 구리/아연 함유 옥살산2수화물 수용액이 추출된 입자 사이즈가 0.5 mm 이하인 돈분을 돈분 수집탱크(32)로의 배출을 단속하도록 상기 하부 통로(28)에 접속된 제2 배관(28b)에 설치된 제3 밸브(33)로 구성되어 있다.

상기 펌프(15)에 접속된 도입파이프(15a)에는 상기 반응조(11) 내로 공급되는 옥살산2수화물 수용액의 공급량을 표시하도록 계량기(16a)가 설치되어 있고, 또한 상기 반응조(11) 내로 공급되는 옥살산2수화물 수용액의 공급을 차단하는 밸브(16b)가 설치되어 있다.

도면에서 미설명 부호 11b는 상기 상부 덮개(11a)를 열고 닫을 수 있도록 상부 덮개(11a) 상에 설치된 손잡이이고, 11c는 상기 반응조(11)의 상부에 설치되어 상기 반응조(11) 내의 증기압이 일정압력 이상이 되면 , 상기 반응조(11) 내의 증기압을 대기로 배출하고, 상기 반응조(11) 내의 증기압이 일정압력 이하가 되면 폐색되는 안전밸브이고, 12b는 상기 하부 덮개(12a)를 열고 닫을 수 있도록 상기 하부 덮개(12a)에 설치된 손잡이이고, 21a는 상기 기어드 모터(21)에 전원을 공급하는 전원 라인이고, 27a는 상기 제1 밸브(27)를 개방 또는 폐색시키는 손잡이이고, 25a는 상기 하부통로(28)의 단면에 대해 상기 선별망(25)을 수직되게 위치시키는 손잡이이고, 31a는 상기 제2 밸브(31)를 개방 또는 폐색시키는 손잡이이고, 33a는 상기 제3 밸브(33)를 개방 또는 폐색시키는 손잡이이다.

다음에, 상기와 같이 이루어진 중금속 제거장치에 관한 작용에 대하여 설명한다.

먼저, 반응조(11)의 상부 개구부를 덮는 상부 덮개(11a) 상에 설치된 손잡이(11b)를 잡고 상부 덮개(11a)를 열고나서, 상기 반응조(11) 내로 돈분을 투입한 후에, 상기 상부 덮개(11a)를 닫는다.

다음에, 상기 반응조(11) 내에 공급하고자 하는 옥살산2수화물 수용액의 배출량을 계량기(16a)에 설정한 후에, 밸브(16b)를 개방한 다음 도시하지 않은 제어판넬에서 펌프(15)에 전원을 인가하면 상기 펌프(15)가 구동되면서 저장탱크(13)내에 저류되어 있는 옥살산2수화물 수용액을 도입파이프(15a)를 통해서 흡입하여 상기 계량기(16a), 상기 밸브(16b) 및 배출파이프(15b)를 통해서 상기 계량기(16a)에서 설정한 옥살산2수화물 수용액의 배출량을 상기 반응조(11) 내로 공급한다.

상기 계량기(16a)에서 설정한 옥살산2수화물 수용액의 배출량이 상기 반응조(11) 내로 공급되면, 상기 밸브(16b)를 폐색(close)시킨 다음, 도시하지 않은 제어판넬에서 시이즈 히터(17)에 전원을 인가함과 동시에, 기어드 모터(21)에 전원을 인가하면, 상기 시이즈 히터(17)에서 섭씨 40도 내지 섭씨 50도의 열을 방사하면서 20 내지 25시간동안 진탕함과 동시에, 교반기(19)가 선회하면서 상기 반응조(11) 내에 투입된 돈분과 옥살산2수화물 수용액이 섞이면서 돈분에 함유되어 있던 중금 속, 즉 구리(Cu)와 아연(Zn)이 옥살산2수화물 수용액에 흡착된다.

구리(Cu)와 아연(Zn)이 옥살산2수화물 수용액에 흡착된 후에, 손잡이(25a)를 90도 선회시켜서 상기 하부통로(28)의 단면에 대해 선별망(25)을 수직되게 위치시킴과 동시에, 상기 하부통로(28)에 설치된 제1 밸브(27)를 개방하면 상기 선별망(25) 및 제1 밸브(27)를 통해서 돈분과 구리/아연이 함유된 옥살산2수화물 수용액이 상기 하부통로(28)에 떨어지며, 이때 구리 및 아연이 함유된 옥살산2수화물 수용액이 여과필터(29)에서 추출되며, 상기 여과필터(29)에서 추출된 구리 및 아연이 함유된 옥살산2수화물 수용액은 제1 배관(28a)에 설치된 제2 밸브(31)의 손잡이(33a)를 잡고 회전시켜서 상기 제2 밸브(31)를 개방하여 구리/아연 함유 옥살산2수화물 수용액 수집탱크(30)로 배출시킨 후에 구리 및 아연이 함유된 옥살산2수화물 수용액의 배출이 완료되면 상기 제2 밸브(31)를 폐색한다.

다음에, 상기 하부통로(28)에 떨어진 구리 및 아연이 제거된 돈분은 제2 배관(28b)에 설치된 제3 밸브(33)의 손잡이(33a)를 잡고 회전시켜서 상기 제3 밸브(33)를 개방하여 돈분 수집탱크(32)로 배출시키고, 돈분이 모두 배출된 후에는 상기 제1 밸브(27) 및 상기 제3 밸브(33)를 폐색시킨다.

상기 구리/아연 함유 옥살산2수화물 수용액 수집탱크(30)에 수집된 구리 및 아연이 함유된 옥살산2수화물 수용액은 도시하지 않은 폐수처리장치로 이송하여 구리 및 아연을 추출하고, 상기 돈분 수집탱크(32)에 수집된 돈분은 도시하지 않은 퇴비 제조장치로 이송하여 시킨다.

상기 시이즈 히터(17)의 발열 온도는 섭씨 30도 내지 섭씨 60도까지 가변시 킬 수 있는 것은 물론이다.

한편, 상기 선별망(25)의 상부에 필터링된 0.5 mm 이상의 돈분슬러지에 함유된 이물질을 제거할려면, 상기 하부 덮개(12a)에 설치된 손잡이(12b)를 잡고 상기 하부 덮개(12a)를 개방해서 상기 반응조(11)의 하부 개구부(부호 표시하지 않음)를 통해서 제거한 후에 상기 하부 덮개(12a)를 덮으면 된다.

상기 설명에 있어서, 상기 반응조(11)의 내주면에 설치된 시이즈 히터(17)에의 방열에 의해 상기 반응조(11)내의 증기압이 일정레벨 이상이 되면 안전밸브(11c)가 개방되어 상기 반응조(11)내의 증기압을 대기로 배출하고, 상기 반응조(11) 내의 증기압이 대기로 배출됨에 따라 상기 반응조(11) 내의 증기압이 일정압력 이하가 되면 상기 안전밸브(11c)가 폐색된다.

이하에서는 옥살산2수화물 수용액을 이용한 중금속 제거 실험결과이다.

하기 표 1과 같이 각종 유기산을 증류수에 넣고 2시간 동안 진탕하여 완전히 용해시켜 제조하였다.

[표 1] 옥살산2수화물 수용액의 제조

상기 표 1과 같이 제조된 유기산 수용액에 돈분 5 %(w/v)를 삼각플라스크에 넣고 진탕기에서 24시간 진탕하여 여과지로 유기산과 시료를 분리한 후 노상에서 24시간 건조하였다. 다시 건조기에서 50℃에서 24시간 건조한 후 원자흡광분광분석법으로 구리와 아연의 함량을 측정하였다.

각 유기산별 구리와 아연의 제거율은 하기 표 2 및 3과 같다.

[표 2] 유기산으로부터 시료의 구리 제거율

[표 3] 유기산으로부터 시료의 아연 제거율

구리의 제거율 면에서 옥살산2수화물은 54%의 제거율을 보이고 아연의 제거율 면에서는 구연산이 97%로 가장 높은 제거율을 보이고 있다.

옥살산2수화물 수용액을 물에 2.25, 4.5, 6.75, 9.0 %(w/v) 을 첨가하여 4가 지 수준으로 옥살산2수화물 수용액을 제조하였다. 이렇게 선택된 4가지 수준의 옥살산2수화물 수용액으로 다시 상기와 같이 중금속을 제거하여 유기산의 투입비율과 중금속의 제거율을 고려하여 가장 적합한 유기산으로 옥살산2수화물로 선정하였다.

옥살산2수화물 수용액에 1 내지 10 %(w/v)의 돈분을 혼합하여 중금속 제거장치에 넣고 10시간 침전시킨 후에 1시간에 10분씩 타이머로 설정 후에 50rpm의 속도의 진탕하였고 이 과정을 다시 20시간을 반복한 후에는 0.5 mm의 체로 통과시킨 후 여과필터를 사용하여 구리 및 아연이 함유된 옥살산2수화물 수용액을 분리하였다.

[표 4] 수준별 옥살산2수화물 수용액의 구리와 아연의 제거율

[표 5] 소석회의 첨가비율

상기 표 5에서 보는 바와 같이 소석회를 1.5 중량%만 혼합하여도 pH변화는 큰 폭이나 5 중량% 이상을 혼합하여도 pH의 변화폭은 적어 가장 합리적인 석회의 혼합수준은 소석회의 첨가량을 1.5 내지 5 중량%로 판단하고 여기에 부자재를 혼합하여 퇴비화과정을 진행하였다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 중금속을 제거한 축산분뇨를 사용하는 퇴비의 제조방법 및 그로부터 제조한 중금속을 제거한 축산분뇨를 이용하는 친환경 퇴비에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

실시예

본 발명의 퇴비를 제조하는 방법은 도 2에서 나타낸 바와 같이 공정별로 살펴보면 다음과 같다.

1. 중금속 제거(제1공정)

돈분의 중금속 제거 방법은 도 2를 참조하여 설명한다.

(1) 돈분의 수거

충남 당진군 석문면에 있는 돈분장에서 2008년 2월에 약 200kg을 수거하였다. 정확성을 기하기 위하여 일주일 간격으로 동일 장소에서 동일 방법으로 시료를 3회 채취하여 혼합하였다.

(2) 돈분의 전처리

상기 수거된 돈분을 전처리실에서 돈분을 3일 정도 자연 건조한 후 3 ~ 5 mm의 체로 걸러 나무, 비닐 등 이물질은 제거하는 1차 전처리 작업을 하였다.

(3) 돈분과 옥살산2수화물 수용액의 혼합

상기 중금속 제거장치에서 돈분과 사전에 조제된 옥살산2수화물 수용액을 혼합한다.

(4) 침전 및 진탕

돈분과 옥살산2수화물 수용액의 혼합액을 10시간 동안 침전시킨 후 1시간에 10분씩 50 rpm의 속도로 20 내지 25 시간 동안 진탕한다.

2. 옥살산2수화물 수용액 제거(제2공정)

(1) 혼합액의 옥살산2수화물 수용액 분리

돈분과 옥살산2수화물 수용액의 혼합액을 0.5 mm의 체로 통과시킨 후 여과필터를 사용하여 구리 및 아연이 함유된 옥살산2수화물 수용액을 분리한다.

3. 돈분슬러지와 소석회 첨가(제3공정)

돈분슬러지의 pH를 높이기 위하여 소석회를 첨가한다. 돈분 자체는 pH가 7정도의 중성수준으로 비료로서 적합하나 유기산으로 중금속을 제거한 돈분슬러지는 저유기산이라고 할지라도 산성용액과 접촉 후에는 그 pH가 2.0 이하의 수준으로 급격히 떨어지는 현상이 나타났다. 이는 유기산에 48시간 이상 침전되는 과정에서 화학적 특성이 변화된 것으로 농업에 사용되는 비료로써 활용되기 위해서는 적합한 pH로 조절하여야 한다. 이러한 pH수준으로 조절하기 위하여 소석회를 일정비율로 혼합하여 pH의 변화를 관측하였다.

4. 부자재의 첨가 및 혼합(제4공정)

돈분슬러지 40 내지 60 중량% 및 부자재 60 내지 40 중량%를 혼합한다. 바람직하기로는 제 3공정에서 처리된 축산분뇨슬러지 40 내지 60 중량% 및 수피, 톱 밥, 낙엽, 왕겨, 볏짚, 잡초를 한가지 이상 포함하는 부자재를 60 내지 40 중량% 첨가하여 교반식 설비에서 퇴비화 과정을 진행한다.

돈분슬러지와 수피를 혼합한 원료를 충남 당진군에 있는 유기질비료 생산공장의 교반식 설비에 실시예 1 내지 3을 3㎥투입하여 퇴비화과정을 진행하였는데 교반식설비의 송풍은 40마력 모터2기로 1일 12시간씩 공급하였고 뒤집기는 매일 1회씩 진행하였다.

5. 발효(제5공정)

교반식 설비에서 혼합물에 1일 12시간씩 송풍을 공급하고 매일 1회씩 뒤집기를 진행하여 25일 동안 발효한다.

6. 후숙(제6공정)

발효한 혼합물에 1주일 동안 공기만을 송풍하여 후숙한다.

<유식물검정법>

돈분슬러지를 퇴비화설비에 넣고 생산하는 일련의 과정을 퇴비화과정 또는 부숙이라고 한다. 이러한 과정이 중요한 것은 별도의 처리를 하지 않고 돈분슬러지나 유기물을 함유한 유기자재를 작물에 시비하면 다량의 미부숙 물질은 미생물에 의해 다시 분해되며 이 과정에서 온도가 상승하며 이때에 저분자량의 유기산이 생성되는데 이는 화학적 특성의 급격한 변화를 초래하여 작물에 비해현상이 나타나 최종적으로는 작물이 고사하는 결과까지 초래할 수 있다(Riffaldi et al., 1986; Sugahara et al., 1984). 이러한 이유로 2009년 1월부터는 부산물비료의 공정규격 에 부숙도라는 공정규격을 신설하여 규제가 실시된다.

식물체 안정성 평가로는 현재까지 여러 가지 방법이 적용가능하나 각 검정법 마다 적용가능한 원자재의 특성이나 단점으로 그 한계가 있어 어떠한 검정법이 가장 정확한가에 대해서는 정확한 판단기준을 확립할 수 없을 것이다.

이러한 이유로 자원화비료의 안정성을 평가하기 위해서는 직접 식물체를 재배하는 유식물검정법이 가장 단순하면서도 가장 높은 신뢰성을 가진다고 판단하여 알팔파, 크림슨크로버, 헤어리비치, 옥수수, 자운영 및 오차드그래쉬의 6종을 이용하여 교반식 퇴비화과정에서 생산된 자원화 비료를 부피에 비례하여 20% 첨가한 실시예 1 내지 3과 비교예를 조성하여 돈분슬러지로 생산한 자원화비료의 안정성을 평가하였다.

야산에서 흙을 채취하고 5 mm의 체를 이용하여 선별한 후에 90℃까지 온도를 가열하여 세균 등을 소독하여 배양토를 제조하였고 제조된 배양토에 각 실시예 1 내지 3과 비교예로 사용될 자원화비료를 사용될 포트 용기의 부피에 비례하여 20% 혼합한 실시예 1 내지 3과 비교예 총 4가지 처리수준을 조성한 후에 영, 오차드그래쉬, 크림슨클로버, 헤어리비치, 옥수수 및 알파파의 6종의 사료작물을 각 10공씩 32공 포트에 파종한 후에 발아율과 평균 발아일수를 조사하였으며 발아가 완료된 시점에서 식물생장시스템에 넣어 1일 2회 관수를 하였으며 관수시에는 일체의 비효성분을 투입하지 않았다.

파종 10일후에 생체중을 측정하였고 70℃에서 3일간 건조 후에 건물중을 측정하여 DMRT 5%유의수준으로 통계적 유의차를 확인하였다.

비료관리법 퇴비의 공정규격에 적합한 수준이며 시료 중에 구리와 아연의 함량이 공정규격 기준치 이상으로 단속에 적발되었을 때 행정적으로 처벌을 받고 이 부분이 사회적으로 근래에 부각되고 있다.

실시예 1

옥살산2수화물 수용액으로 구리와 아연을 제거한 돈분슬러지 40 중량%와 수피 60 중량%를 혼합하여 자원화비료를 생산하였다.

실시예 2

옥살산2수화물 수용액으로 구리와 아연을 제거한 돈분슬러지 50 중량%와 수피 50 중량%를 혼합하여 자원화비료를 생산하였다.

실시예 3

옥살산2수화물 수용액으로 구리와 아연을 제거한 돈분슬러지 60 중량%와 수피 40 중량%를 혼합하여 자원화비료를 생산하였다.

비교예

시중에서 유통중인 부산물비료 퇴비의 공정규격을 준하는 제품을 충남 당진군 농자재 소매처에서 구입하여 사용하였다.

[표 6] 비교예와 실시예에 따른 퇴비의 이화학적 특성

상기 표 6과 같이 돈분슬러지의 경우에는 질소와 인산의 함량이 4.44%, 6.29%이었으며 총탄소 함량은 67.81%로 비료적인 측면에서는 활용도가 높다고 판단할 수 있으나 구리와 아연의 함량은 787 mg/kg, 1850 mg/kg으로 규격기준인 300 mg/kg, 900 mg/kg 보다 높다. 본 발명에 의하여 제조한 실시예 1 내지 3의 퇴비는 규격기준을 모두 만족하며, 비교예와 구성성분을 비교하여도 조금도 부족함이 없다할 것이다. 따라서, 비교예의 문제점으로서, 단순히 돈분슬러지에 부자재만을 혼합하여 희석시킴으로써 토양오염 및 환경오염을 근본적으로 해결하지 못하며, 많은 양의 부자재를 소모함으로써 야기되는 산림훼손 등의 환경문제를 해결할 수 없었으나, 본 발명에 따른 실시예 1 내지 3은 옥살산2수화물을 사용하여 구리 및 아연을 제거함으로써 상기의 근본적인 문제를 해결하였음을 알 수 있다.

효과 측정과 관련하여, 비교예와 실시예 1 내지 3의 퇴비에서 발아능력을 측정한 것은 하기 표 7과 같다.

[표 7] 발아능력 측정

a: 알팔파, s: 자운영, o : 오차드그래쉬, r : 크림슨크로버, h : 헤어리비치, c : 옥수수

상기 표 8에서 나타낸 바와 같이 비교예와 실시예 1 내지 3은 비슷한 발아율을 나타내고 있으므로 큰 유의차를 보이고 있지 않다.

비교예와 실시예 1 내지 3의 퇴비에서 발아한 작물을 작물생육시스템에 넣고 일주일간 생육하여 그 생육량을 측정한 것은 하기 표 8과 같다.

[표 8] 생육량 측정

상기 표 8에서 보는 바와 같이 실시예 1 내지 3의 생육이 통계적으로 비교예 에 비하여 큰 차이가 나타나고 있지 않다.

이상과 같이 사일리지작물 6품종으로 발아율과 초기생육특성을 조사한바 발아율면에서는 돈분슬러지로 제조한 자원화비료의 경우에는 높은 EC수준으로 인하여 발아능력은 떨어지나 작물을 생육하는 측면에서는 효과적이라고 할 수 있으며 옥살산2수화물로 돈분슬러지의 구리와 아연을 제거한 실시예 1 내지 3의 퇴비는 비교예에 비하여 통계적으로 비해현상이 나타나고 있지 않다.

상기 본 발명의 실시예 및 비교예를 통하여 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따라 돈분슬러지에 옥살산2수화물을 첨가하여 중금속을 제거한 후 퇴비를 제조하는 경우에는 종래의 퇴비 제조 방법보다 부자재의 양을 더욱 적게 사용하게 됨으로써 돈분슬러지의 효율성과 활용도를 향상시킬 뿐만 아니라 중금속에 의한 토양오염을 방지할 것으로 기대된다.

이상의 설명은 본 특허의 기술사상을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 특허가 속하는 기술분야의 당업자라면 본 특허의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형을 할 수 있을 것이다.

또한, 본 특허에 개시된 실시예는 본 특허의 기술사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 특허의 기술사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.

그러므로, 본 특허의 보호범위는 하기 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위내에 있는 모든 기술사상은 본 특허의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

본 발명은 중금속을 제거한 돈분슬러지로부터 퇴비를 제조할 수 있는 방법을 제공함으로써 농작물의 재배에 이용될 수 있다.

도 1은 본 발명의 축산분뇨에 함유된 중금속을 제거하는 중금속 제거장치를 개략적으로 도시한 종단면도

도 2는 본 발명의 중금속을 제거한 축산분뇨를 이용하는 친환경 퇴비를 제조하는 공정을 도시한 개략도.

Claims (8)

1. 축산분뇨를 이용하는 친환경 퇴비의 제조방법에 있어서,

   (1) 축산분뇨를 수거하여 전처리한 후 중금속 제거장치에서 중금속이 제거된 축산분뇨를 옥살산2수화물 수용액과 혼합하여 옥살산2수화물 수용액과 중금속이 제거된 축산분뇨의 혼합물물로 처리하는 제1공정; (2) 상기 제1공정에서 옥살산2수화물 수용액과 중금속이 제거된 축산분뇨의 혼합물로부터 구리 및 아연이 함유된 옥살산2수화물 수용액을 제거한 후 축산분뇨슬러지를 분리하는 제2공정; (3) pH를 높이기 위하여 상기 분리된 축산분뇨슬러지에 소석회를 첨가하는 제3공정; (4) 소석회를 첨가한 축산분뇨에 부자재를 첨가한 후 혼합하는 제4공정; (5) 교반식 설비에서 상기 제4공정의 혼합물에 1일 12시간씩 송풍을 공급하고 매일 1회씩 뒤집기를 진행하여 25일 동안 발효하는 제5공정; 및 (6) 1주일 동안 공기만을 송풍하여 후숙하는 제6공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 중금속을 제거한 축산분뇨를 이용하는 친환경 퇴비의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 제1공정은 (1) 옥살산2수화물 수용액에 중금속 제거장치에서 중금속이 제거된 축산분뇨를 1 내지 10 %(w/v)로 혼합하는 옥살산2수화물 수용액ㆍ중금속 제거 축산분뇨 혼합단계; 및 (2) 상기 옥살산2수화물 수용액ㆍ중금속 제거 축산분뇨 혼합단계에서 옥살산2수화물 수용액에 중금속이 제거된 축산분뇨가 혼합된 혼합물을 10시간 동안 침전시킨 후, 50rpm의 일정속도로 20 내지 25시간 동안 진탕하는 진탕단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 중금속을 제거한 축산분뇨를 이용하는 친환경 퇴비의 제조방법.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 옥살산2수화물 수용액은 물에 2.25 내지 9.0 %(w/v)의 옥살산2수화물을 혼합한 것을 특징으로 하는 중금속을 제거한 축산분뇨를 이용하는 친환경 퇴비의 제조방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 제2공정은 (1) 혼합물을 0.5 mm의 체로 통과시킨 후 여과필터를 사용하여 구리 및 아연이 함유된 옥살산2수화물 수용액을 분리하는 단계; 및 (2) 단계(1)에서 분리된 축산분뇨슬러지를 수집탱크(30)로 배출분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 중금속을 제거한 축산분뇨를 이용하는 친환경 퇴비의 제조방법.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 제3공정은 축산분뇨슬러지 98.5 내지 96.5 중량% 및 소석회 1.5 내지 5 중량%를 첨가하는 것을 특징으로 하는 중금속을 제거한 축산분뇨를 이용하는 친환경 퇴비의 제조방법.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 제4공정은 제3공정에서 처리된 축산분뇨슬러지 40 내지 60 중량%에 수피, 톱밥, 낙엽, 왕겨, 볏짚, 잡초를 한가지 이상 포함하는 부 자재를 60 내지 40 중량% 첨가하여 교반식 설비에서 퇴비화 과정을 진행하는 것을 특징으로 하는 중금속을 제거한 축산분뇨를 이용하는 친환경 퇴비의 제조방법.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 제4공정은 제3공정에서 처리된 축산분뇨슬러지 50중량%에 수피, 톱밥, 낙엽, 왕겨, 볏짚, 잡초를 한가지 이상 포함하는 부자재를 50 중량% 첨가하여 교반식 설비에서 퇴비화 과정을 진행하는 것을 특징으로 하는 중금속을 제거한 축산분뇨를 이용하는 친환경 퇴비의 제조방법.
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