KR101377000B1

KR101377000B1 - 나노 규산입자 혼합 수용성 규산을 유효성분으로 한 가축분뇨 유래 악취유발물질 저감제

Info

Publication number: KR101377000B1
Application number: KR1020130088999A
Authority: KR
Inventors: 박은숙; 강현석
Original assignee: 강현석; 박은숙
Priority date: 2013-07-26
Filing date: 2013-07-26
Publication date: 2014-03-25

Abstract

나노규산입자가 혼합된 수용성 규산을 유효성분으로 한 가축분뇨 유래 악취유발물질 저감제는 가축분뇨의 처리시 첨가되어 악취유발물질인 암모니아, 황화수소 등을 저감 시키고, 가축분뇨의 자원화가 속성으로 이루어지도록 하는 가축분뇨의 악취유발물질 저감제에 관한 것으로, 가축분뇨와 혼합하여 가축분뇨에서 발생하는 악취를 저감시키는 악취 저감제에 있어서, 나노입자형 규산 5 ~ 20 중량%와 수용성 규산액 10 ~ 40 중량%를 혼합한 나노입자형 규산을 포함한 규산 혼합액 8 ~ 60 중량%를 포함하는 것을 기술적 특징으로 하고, 이를 통해 가축분뇨의 자원화(퇴비화/액비화) 공정에서 발생하는 암모니아, 황화수소 등과 같은 악취유발물질을 매우 효과적으로 저감시키는 효과가 있고, 나노입자형 규산이 혼합된 수용성 규산액에 산소계 산화제, 비염소계 산화제, 제올라이트 및 활성탄을 부가하여 가축분뇨의 퇴비화 및 액비화 공정에서 발생되는 암모니아와 황화수소 등과 같은 악취유발물질을 효율적으로 저감시키는 효과가 있다. 또한, 퇴비화 및 액비화 공정 처리시 가축분뇨의 발효 및 부숙도를 촉진시켜 자원화 기간을 단축하는 효과가 있고, 규산이 퇴비/액비에 혼합되어 있어 1회의 시비로 규산과 퇴비를 같이 시비할 수 있어 농가 생력화의 토대를 마련할 수 있는 효과가 있다.

Description

나노 규산입자 혼합 수용성 규산을 유효성분으로 한 가축분뇨 유래 악취유발물질 저감제{Reducing agent of odor containing water soluble silicate with nano size particles for livestock excretions recycling}

본 발명은 가축분뇨의 자원화 과정에서 가장 큰 문제로 대두되고 있는 악취문제, 가축분뇨의 퇴/액비화 과정에서 발효 및 부숙 기간의 단축으로 인한 효율성 제고그리고 규산비료와 퇴비/액비 시비의 생력화와 관련된 제반문제를 해결하기 위해 창안되었다.

최근 들어 정부는 지속 가능한 친환경 축산업을 위한 대책 중 일환으로 가축분뇨의 자원화 방안을 추진하고 있다. 이를 위해 가축분뇨 공동자원화시설은 2017년까지 총 150개소를 설치하여 연간 약 450만 톤의 가축분뇨를 비료로 사용할 수 있는 처리기반을 구축하며, 에너지화 시설은 2017년까지 총 21개소를 설치하여 연간 약 44만 톤의 가축분뇨를 처리하여 약 8천 4백만㎾의 전기를 생산하고 이를 활용할 수 있도록 하며, 총 287개소의 액비 유통센터를 설치하여 연간 약 248만 톤의 액비를 농경지 등에 살포할 수 있는 유통체계 기반 구축을 목표로 하고 있다.

이와 같이 가축분뇨를 자원화함에 있어서 가장 해결하기 어려운 과제가 바로 가축분뇨의 자원화 과정에서 발생하는 악취유발물질로 인한 악취발생 문제다.

악취발생 문제의 경우 민원 발생, 혐오감 유발, 악취발생에 따른 법적 규제 등 환경의 질 저하 문제와 밀접한 관련이 있어 가축분뇨의 자원화 사업에 있어 큰 걸림돌로 작용하고 있다.

'악취'라 함은 황화수소, 메틸머캅탄류, 아민류, 그 밖에 자극성이 있는 기체 상태의 물질이 사람의 후각을 자극하여 불쾌감과 혐오감을 주는 냄새를 말하는 것으로, 특히 가축분뇨 자원화 과정에서 가축분뇨 중 유기 성분인 질소(아미노산) 성분은 암모니아 및 시안화합물(cyanide)로, 황 성분(시스테인, 메티오닌)은 황화합물(황화수소, 메틸머캅탄류)로, 당과 지방산은 휘발성 지방산으로 전환되어 암모니아와 같은 악취유발물질을 발생시키고 있다.

특히 암모니아, 황화수소 및 메틸머캅탄류를 비롯한 주요 악취유발물질들은 혐기성 조건에서 유박테륨(Eubacterium) 등의 미생물들의 작용에 의해 발생한다.

종래 악취유발물질을 저감시키는 방법은 방법에 따라 물리적 방법, 화학적 방법 및 생물학적 방법 등이 있다.

물리적 방법으로는 흡착제법, 이온교환수지 흡착법 등이 있고, 화학적 방법으로는 수세정법, 약액세정법, 직접연소법, 촉매연소법, 오존산화법 등이 있으며, 생물학적 방법으로는 담체 충진형 미생물 탈취법이 있다.

구체적인 종래기술들을 보면, 출원번호 10-2004-0056339호 '악취제거제와 악취제거방법, 축산분뇨 비료'는 산업공정, 축산업계 및 수산업계, 식품업계 등에서 발생하는 각종 악취를 제거할 수 있는 악취제거제, 악취제거 방법, 이로부터 얻어진 비료에 관한 것으로, 수산화마그네슘을 악취제거제의 유효성분으로 이용하는 것을 개시하고 있고 특히, 수산화마그네슘은 해수마그네시아 제조공정에서 발생하는 수산화마그네슘 슬러리로서 건조중량기준으로 Mg(OH)₂:92-98중량%, CaO:0.6-2.0중량%, SiO₂:0.3- 3.0중량%, R₂O₃(FeO₃ + Al₂O₃):1.0-3.0중량%, 기타 불가피한 불순물로 조성되는 것이 사용될 수 있고, 상기 악취제거제는 제철소 고로의 선철 제조 공정에서 배출되는 고온의 용융 슬래그의 냉각과정에서 발생하는 악취제거에도 효과가 있는 것을 개시하고 있다.

또한, 출원번호 10-1999-0061067호 '가성 소다 수용액 분사에 의한 고로 수재 제조시 발생한 황화수소 제거방법 및 이에 사용되는 장치'는 가성 소다 함유 냉각수를 교반조로 분사하여 고로 수재 제조시 발생하는 황화수소를 제거하는 방법에 관한 것으로, 냉각수 분사 장치에 의해 고압의 냉각수를 교반조로 분사하여 고로에서 배출되는 용융 슬래그를 급냉, 세립화시켜 고로 수재를 제조하고, 상기 용융 슬래그가 냉각수로 급냉될 때 슬래그에 함유된 유황분이 물과 접촉되어 발생되는 황화수소 함유 증기를 배출하는 고로 수재 제조 방법에 있어서, 상기 냉각수와는 별도로 스택 상부 분사 냉각수에 가성소다를 첨가하여 가성소다 수용액을 제조한 다음, 얻고자 하는 황화수소의 제거 효율에 따라 수재스택 상부로 분사하여 황화수소와 반응시키고 스택 내부로 낙하하는 가성소다 함유 냉각수는 회수한 다음, 스택 상단에서 측정된 황화수소 배출 농도에 대한 당량비로 냉각수에 가성소다를 투입하여 냉각수의 pH를 필요로 하는 황화수소의 제거 효율에 따라 유지하면서 재순환시켜 고로 수재 제조시 발생된 황화수소를 제거하는 기술을 개시하고 있다.

구체적으로 황화수소를 제거하기 위하여 냉각수에 투입하여 스택 상부로 분사하는 NaOH를 그 분사유량 및 pH를 통하여 효과적으로 관리함으로써 종래에 사용되는 슬래그 샌드 제조 설비에서 배출되는 황화수소 혼합 증기 중에서 부식성이 강하면서 악취발생의 원인이 되는 황화수소만을 선택적으로 그리고 효율적으로 제거하는 기술을 개시하고 있다.

또한, 출원번호 10-2001-0078655호 '액상 탈취제'는 액상 탈취제에 관한 것으로, 유카리 나무를 고온 건류하여 추출한 액기스(유카 추출액)와 안정화 이산화염소, 제올라이트 및 기타 첨가제를 혼합하여 탈취제를 제조하여 수소이온농도(pH)가 중성범위(pH 6.5~7.5)에 이르게 되어 산성취, 중성취, 염기성취에 모두 탈취능력이 좋으며, 산화-환원·흡착·중화에 의한 악취의 분해가 동시에 이루어지므로 악취 제거의 범위가 광범위하고, 인체에 무해하여 취급이 용이한 액상 탈취제에 관한 것을 개시하고 있다.

구체적으로 유카 추출액 6.7~6.8중량%, 안정화 이산화염소 0.4~0.6중량%, 제올라이트 0.2~0.3중량%, 황산 알루미늄 0.6~0.8중량%, 아세트산 0.04~0.05중량%, 정제수 89.54~93.97중량%를 혼합하여 액상 탈취제를 제조하는 방법을 개시하고 있다.

또한, 출원번호 10-2008-0054834호 '악취가 제거된 호기성 액비화 제조공법'은 가축분료를 이용하여 액비를 생성하기 위한 제조공법에 관한 것으로, 악취 발생의 원인이 되는 암모니아와, 가축분료에 포함된 충란과 유기미생물을 제거하기 위해 폭기조 내의 pH 수준을 조절함과, 동시에 에어 플로워에 의해 공기를 공급하고, 또 오수에 식종된 토양미생물의 배양을 촉진하기 위해 폭기조 내부에 펠릿형상의 메디아와 규산질의 경석으로 이루어진 충진제가 내장된 바이오 리액터를 도입하고, 아울러 용존산소량의 농도를 조절함에 따라 토양미생물의 호기성 반응을 촉진하여 가축분료발효비료 성분 중 특히 질소 성분이 다량으로 포함된 악취가 제거된 액비를 제공하여 토양의 단립화를 이룰 수 있는 것을 개시하고 있다.

또한, 출원번호 10-2004-0008919호 '축산분뇨 및 축산분뇨 액비 탱크의 악취를 저감하고 부숙을 촉진하는 방법'은 축산분뇨와 액비 탱크의 악취를 저감하고 부숙을 촉진하는 방법에 관한 것으로, 전체 무게 1,000g에 대해 황산철 200∼400g과 황산알루미늄 100∼400g 및 염화제이철 50∼150g이 물에 용해된 축산분뇨 처리용 조성물 또는 전체 무게 1,000g에 대해, 황산철 200∼400g, 황산알루미늄 300∼500g, 고체상부형제 200∼400g으로 이루어진 축산분뇨 처리용 조성물을 축산분뇨 또는 축산분뇨 슬러리에 1차 처리하고, 전체 부피 1,000㎖에 대해 규산칼륨 50∼70g, 탄산칼륨 60∼70g, 구연산칼륨 20∼40g, 황산카리 5∼10g, 그리고 붕사 20∼40g이 물에 용해된 조성물 300∼500중량부와 부형제 500∼700중량부 및 생균제 0.1∼0.2중량부로 이루어진 축산분뇨 처리용 조성물을 상기 1차 처리된 축산분뇨 또는 축산분뇨 슬러리에 2차 처리하는 방법을 개시하고 있다.

그러나, 상기와 같은 종래기술들은 2차적인 오염문제를 유발시키는 문제가 있고, 초기 투자비가 과도하게 소요되며 특히, 가축분뇨의 자원화 과정에서 발생하는 악취유발물질을 효과적으로 관리하지 못하는 문제가 있다.

또한, 상기 종래기술들은 축산분뇨의 자원화 공정에서 축산분뇨의 처리량과 직결되는 축산분뇨의 자원화 기간 문제에 관해서는 전혀 고려하고 있지 않고, 축산분뇨의 자원화를 통해 생산된 퇴비/액비의 질에 대해서도 전혀 고려하고 있지 않다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 가축분뇨의 퇴비 및 액비 제조 공정에서 발생하는 암모니아, 황화수소 등과 같은 악취유발물질을 저감시키는 악취유발물질 저감제를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 상기 가축분뇨 악취유발물질 저감제를 이용하여 가축분뇨 자원화 공정에서 가축분뇨를 속성으로 자원화할 수 있는 악취유발물질 저감제를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 현재 토양개량제인 규산과 퇴비를 2회에 걸쳐 시비하는 과정에서 농가노동력이 과다하게 투입되고 있어 본 발명에 의해 생산된 가축분뇨 퇴비/액비는 규산이 다량 함유되어 있어 1회의 시비만으로 퇴비/액비와 규산이 혼화처리되어 농가 생력화에 크게 기여할 수 있는 악취유발물질 저감제를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 상기와 같은 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위한 과제의 해결 수단으로 가축분뇨와 혼합하여 가축분뇨에서 발생하는 악취를 저감시키는 악취 저감제에 있어서, 나노입자형 규산 5 ~ 20 중량%와 수용성 규산액 10 ~ 40 중량%를 혼합한 나노입자형 규산을 포함한 규산 혼합액 8 ~ 60 중량%를 포함하는 것;을 기술적 특징으로 한다.

또한, 상기 나노입자형 규산을 포함한 규산 혼합액에 산소계 산화제, 산소계산화제 안정제, 비염소계 산화제, 제올라이트 및 활성탄;을 부가하는 것을 기술적 특징으로 한다.

또한, 상기 산소계 산화제는 1 ~ 10 중량%, 상기 산소계 산화제 안정제는 0.1 ~ 1 중량%, 상기 비염소계 산화제는 1 ~ 10 중량%, 상기 제올라이트는 1 ~ 10 중량%, 상기 활성탄은 1 ~ 10 중량% 인 것;을 기술적 특징으로 한다.

본 발명에 따른 가축분뇨의 악취유발물질 저감제는 가축분뇨의 자원화(퇴비화/액비화) 공정에서 발생하는 암모니아, 황화수소 등과 같은 악취유발물질을 매우 효과적으로 저감(제거)시키는 효과가 있다.

또한, 나노입자형 규산이 혼합된 수용성 규산액에 산소계산화제, 비염소계 산화제, 제올라이트 및 활성탄을 부가하여 가축분뇨의 퇴비화 및 액비화 공정에서 발생되는 암모니아와 황화수소 등과 같은 악취유발물질을 효율적으로 저감(제거)시키는 효과가 있다.

즉, 악취유발물질에 대한 흡착력과 산화력이 우수한 나노입자형/수용성 규산의 처리가 일차적으로 암모니아와 황화수소의 분해 및 저감에 크게 기여하며, 부가적으로 산소계 산화제와 비염소계 산화제 등의 처리에 의한 수소이온농도 저하 및 강력한 산화력으로 암모니아와 황화수소를 제거하는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 가축분뇨의 악취유발물질 저감제를 통해 퇴비화 및 액비화 공정 처리시 가축분뇨의 발효 및 부숙도를 촉진시켜 자원화 기간을 단축하는 효과가 있다.

또한 부가적으로, 일반 농가에서 토양 개량제 처리시 1차적으로 퇴비/액비 시비 후 2차적으로 규산비료를 시비함으로써 많은 노동력이 소모되고 있는데 본 발명에 따른 가축분뇨의 악취유발물질 저감제의 주요 성분인 규산이 가축분뇨의 자원화로 생산된 퇴비/액비에 혼합되어 있어 1회의 시비로 규산과 퇴비를 같이 시비할 수 있어 농가 생력화의 토대를 마련할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명 나노 규산입자 혼합 수용성 규산을 유효성분으로 한 가축분뇨 유래 악취유발물질 저감제를 이루는 구성을 개념적으로 보인 도면,
도 2는 본 발명 나노 규산입자 혼합 수용성 규산을 유효성분으로 한 가축분뇨 유래 악취유발물질 저감제를 이루는 구성의 실시 예를 보인 도면,
도 3은 본 발명에 따른 악취유발물질 저감제 처리 유무에 따른 가축분뇨 액비화 공정에서 암모니아와 황화수소 발생 정도 비교표,
도 4는 본 발명에 따른 악취유발물질 저감제 처리 유무에 따른 가축분뇨 퇴비화 공정에서 암모니아와 황화수소 발생 정도 비교표,
도 5는 본 발명에 따른 악취유발물질 저감제 처리 유무에 따른 가축분뇨 퇴비화 공정에 따른 퇴비의 품질 비교,
도 6은 본 발명에 따른 악취유발물질 저감제 처리 유무에 따른 가축분뇨 퇴비화 공정에 따른 액비의 품질 비교표.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시 예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다.　이들 실시 예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다.　본 발명의 다양한 실시 예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다.　예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시 예에 관련하여 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시 예로 구현될 수 있다.　또한, 각각의 개시된 실시 예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다.　따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다.　도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.

본 발명 나노 규산입자 혼합 수용성 규산을 유효성분으로 한 가축분뇨 유래 악취유발물질 저감제는 가축분뇨에 투입되어 가축분뇨에서 발생하는 악취를 저감시키는 악취 저감제에 관한 것으로, 도 1 본 발명 나노 규산입자 혼합 수용성 규산을 유효성분으로 한 가축분뇨 유래 악취유발물질 저감제를 이루는 구성을 개념적으로 보인 도면에 도시한 바와 같이 나노입자형 규산(1)과 수용성 규산액(2)을 주요 성분으로 하는 것으로, 분말형태의 나노입자형 규산(1) 5 ~ 20 중량%와 액상의 수용성 규산액(2) 10 ~ 40 중량%를 혼합한 나노입자형 규산을 포함한 규산 혼합액(3) 8 ~ 60 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 나노입자형 규산을 포함한 규산 혼합액은 분말형태의 나노입자형 규산을 상기 수용성 규산액에 투입하고 소정의 시간 동안 교반하여 이루어진다.

즉, 본 발명에 따른 악취유발물질 저감제(10)는 가축분뇨의 발효과정에서 발생하는 악취유발물질을 효과적으로 저감시키는 조성물로 나노입자형 규산(1)이 포함된 규산 혼합액(3)과 물(4) 등으로 이루어진다.

상기 수용성 규산액(2)은 규산이 이온 내지 콜로이드 형태로 물에 녹아있는 것으로, 반응탱크에 물 1ton당 규소 250kg의 비율로 물과 메탈실리콘(metal-silicon)을 투입하고, 메탈실리콘이 혼합된 물을 50℃까지 가열한 상태에서 가성소다를 물 1ton당 60kg의 비율로 투입하여 2시간 가량 반응을 시켜 규소가 물에 완전히 녹도록 하여 만들어진다.

이와 같은 수용성 규산액(2)은 수분증발과정(가열과정)을 통해 수분을 증발시킴으로써 규산의 비중을 조절할 수 있다.

상기 분말형태의 나노입자형 규산(1)은 상기와 같은 방법을 통해 만들어진 수용성 규산액(2)에 포함된 수분을 완전히 증발시켜 나노입자형태의 순수한 규산(1)을 얻어진다.

즉, 수용성 규산액(2)을 가열시켜 모든 수분을 제거함으로써 물에 녹아있는 규산을 추출한다.

본 발명은 이와 같은 흡착성능을 강한 수용성 규산액(2)에 분말형태의 나노입자형 규산(1)을 부가하여 나노입자형 규산(1)이 포함된 규산 혼합액(3)을 주요 성분으로 함으로써 가축분뇨를 자원화하기 위하여 발효하는 과정에서 발생하는 악취유발물질을 감소시킨다.

또한, 본 발명은 상기 나노입자형 규산을 포함한 규산 혼합액(3)에 산소계 산화제, 산소계 산화제 안정제, 비염소계 산화제, 제올라이트 및 활성탄을 부가하여 악취유발물질을 제거할 수 있도록 하는 것을 기술적 특징으로 한다.

이때, 상기 산소계 산화제는 과산화수소 등이 될 수 있고 부가되는 양은 1 ~ 10 중량%로 하는 것이 바람직하다.

상기 산소계 산화제 안정제는 인산염 등이 될 수 있고 부가되는 양은 0.1 ~ 1 중량%로 하는 것이 바람직하다.

상기 비염소계산화제는 치아염소산나트륨 등이 될 수 있고 부가되는 양은 1 ~ 10 중량%로 하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 제올라이트는 1 ~ 10 중량%, 상기 활성탄은 1 ~ 10 중량% 인 것으로 하는 것이 바람직하다.

상기와 같은 비율은 가축분뇨에서 발생하는 악취유발물질별로 실험을 통해 획득된 것으로 악취유발물질을 제거하는데 효과적인 전체 양에 따른 비율이다.

<실시 예>

본 발명에 따른 악취유발물질 저감제(10)는 나노입자형 규산을 포함한 규산 혼합액(3)에 산소계 산화제, 산소계 산화제 안정제, 화학적 산화제 및 물리적 흡착제를 혼합하여 생산된다.

예를 들면, 도 2 본 발명 나노 규산입자 혼합 수용성 규산을 유효성분으로 한 가축분뇨 유래 악취유발물질 저감제를 이루는 구성의 실시 예를 보인 도면에 도시한 바와 같이, 나노입자형 규산 5 중량%와 수용성 규산액 10 중량%를 혼합한 나노입자형 규산을 포함한 규산 혼합액(3), 산소계 산화제 2 중량%, 산소계 산화제 안정제 0.1 중량%, 비염소계 산화제 1 중량%, 제올라이트 1 중량%, 활성탄 5 중량% 및 나머지 정제수를 200리터 소형 FRP 탱크(하부에 전자식 교반장치 부착)에 넣고 60회/분의 회전속도로 30분 정도 교반하여 액상의 악취유발물질 저감제(10)를 제조한다.

이때, 상기 산소계 산화제로는 과산화수소, 상기 산소계 산화제 안정제로는 인산염, 상기 비염소계 산화제로는 치아염소산나트륨이 될 수 있다.

<실험 예>

가축분뇨의 자원화 과정(퇴비화, 액비화)에서 본 발명에 따른 악취유발물질 제거제(10)를 일정량 처리 후, 교반하여 악취유발물질을 산화 흡착하여 제거한다.

(1) 액비화 공정: 30리터 수조를 개량하여(하단 내부에 폭기장치 장착) 상단부에 개폐가 가능한 뚜껑을 부착하였다. 상단부 뚜껑에는 악취유발가스를 포집할 수 있는 보조장치를 추가적으로 설치하였다. 전라북도 김제 공덕면 소재 에버그린영농조합법인에서 분양받은 양돈분뇨 슬러리 20리터를 개량 수조에 넣은 다음 상기 실시 예에 따른 악취유발물질 저감제(10)를 1톤당 2리터의 비율로 처리한 표준처리구와 악취유발물질 저감제를 처리하지 않은 무처리구 등 2개의 실험 조건하에서 발효공정을 진행시켰다(각 시험구당 3반복 실험 실시).

액비화 과정중 하단 내부에 설치된 폭기 장치는 시간조절용 타이머(OmniRex BT)를 사용하여 1시간 주입, 1시간 미주입을 반복하였다. 공기 주입량은 20리터/시간으로 설정하여 진행하였으며, 외부 온도는 25 ~ 30℃를 유지하였다. 전체 30일 동안 액비화 공정을 진행하였으며 액비의 품질특성은 매 1주 간격으로 시료를 채취하여 pH, 총질소, 탄질율 및 유기물의 농도를 분석하였다. 액비 자원화 과정중 발생하는 악취유발물질은 암모니아와 황화수소를 대상으로 하였으며, 디지털복합가스측정기(IBRID MX6)을 이용하여 1일 간격으로(매일 오후 6시) 조사하였다.

(2) 퇴비화 공정: 퇴비화 공정에 사용된 장치는 상기 액비화 공정에 사용되는 30리터 수조와 동일한 것을 사용하였다. 전라북도 김제 공덕면 소재 에버그린영농조합법인에서 분양받은 양돈분뇨 슬러리 10리터를 개량 수조에 넣고, 수분조절제로 시중에서 구입한 톱밥을 10리터 넣은 후, 양돈분뇨 슬러리와 톱밥을 교반하였다.

상기 실시 예에서 악취유발물질 저감제(10)를 1톤당 2리터의 비율로 처리한 표준처리구와 악취유발물질 저감제(10)를 처리하지 않은 무처리구 등 2개의 조건하에서 발효공정을 진행시켰다(각 시험구당 3반복 실험 실시). 퇴비화 과정중 하단 내부에 설치된 폭기 장치는 시간조절용 타이머(OmniRex BT)를 사용하여 1시간 주입, 1시간 미주입을 반복하였다. 공기 주입량은 20리터/시간으로 설정하여 진행하였으며, 외부 온도는 25 ~ 30℃를 유지하였다. 전체 30일 동안 퇴비화 공정을 진행하였으며 퇴비의 품질특성은 매 1주 간격으로 시료를 채취하여 유기물, 총질소 및 탄질율을 조사하였다. 퇴비 자원화 과정중 발생하는 악취유발가스는 암모니아와 황화수소를 대상으로 하였으며, 디지털복합가스측정기(IBRID MX6)을 이용하여 1일 간격으로(매일 오후 6시) 조사하였다. 퇴비의 부숙도 정도를 나타내는 지표로 널리 활용되는 퇴비단 내부의 온도는 일반 알콜 온도계를 가지고 매일 오후 6시에 측정하였다.

(3) 퇴비 및 액비의 품질특성 분석: 분석대상 시료를 채취하여 가축분뇨성분분석실험법(축산연구소, 2006)에 기준하여 수소이온농도는 pH 미터(TOA-20S)를 사용하여 측정하였으며, 유기물은 Tyurin법으로, 총질소는 흡광광도법으로 분석하였다.

<실험 결과>

가축분뇨의 자원화 과정(퇴비화, 액비화)에서 발생하는 악취유발물질에 대한 본 발명에 따른 악취유발물질 제거제의 처리 효율을 비교한다.

도 3 본 발명에 따른 악취유발물질 저감제 처리 유무에 따른 가축분뇨 액비화 공정에서 암모니아와 황화수소 발생 정도 비교표에 나타난 바와 같이, 액비화 공정에서 발생되는 암모니아와 황화수소의 농도는 악취유발물질 저감제(10)를 액상의 가축분뇨 1톤당 2리터의 비율로 처리한 표준처리구와 악취유발물질 저감제(10)를 처리하지 않은 무처리구 등 2개의 실험 조건하에서 가축분뇨 액비화 발효공정을 30일 동안 진행시킨 후 암모니아와 황화수소의 농도를 비교한 결과 값으로 상기 도 3에 제시된 값은 3회 측정한 데이터의 평균값이다.

상기 도 3에 제시된 바와 같이, 액비화 과정에서 악취유발물질인 암모니아의 농도는 본 발명에 따른 악취유발물질 저감제(10) 처리시 무처리구보다 평균 50%, 최대 75% 이상 암모니아 농도를 저감시키는데 효과적인 것으로 나타났으며, 황화수소는 평균 75%, 최대 100% 이상 저감시키는데 효과적인 것으로 나타났다.

이와 같은 효과는 본 발명에 따른 악취유발물질 저감제(10)에 포함되어 있는 나노입자형 규산(1), 활성탄, 제올라이트 등에 의한 암모니아와 황화수소의 흡착반응과 수용성 규산액(2), 산소계 산화제와 비염소계 산화제에 의한 암모니아와 황화수소의 산화반응이 복합적으로 이루어졌기 때문이다.

특히, 흡착력과 산화력이 우수한 규산의 처리가 일차적으로 암모니아와 황화수소의 분해 및 저감에 크게 기여하며, 부가적으로 산소계 산화제와 비염소계 산화제 등의 처리에 의한 수소이온농도 저하 및 강력한 산화력이 암모니아와 황화수소의 제거에 기여하기 때문이다.

도 4 본 발명에 따른 악취유발물질 저감제 처리 유무에 따른 가축분뇨 퇴비화 공정에서 암모니아와 황화수소 발생 정도 비교표에 나타난 바와 같이, 퇴비화 공정에서 발생되는 암모니아와 황화수소의 농도는 본 발명에 따른 악취유발물질 저감제(10)를 고형 가축분뇨 1톤당 2리터의 비율로 처리한 표준처리구와 악취유발물질 저감제(10)를 처리하지 않은 무처리구 등 2개의 실험 조건하에서 가축분뇨 퇴비화 발효공정을 30일 동안 진행시킨 후 암모니아와 황화수소의 농도를 비교한 결과 값으로 상기 도 4에 제시된 값은 3회 측정한 데이터의 평균값이다.

상기 도 4에 제시된 바와 같이, 퇴비화 과정에서 악취유발물질인 암모니아의 농도는 악취유발물질 저감제(10) 처리시 무처리구보다 평균 42%, 최대 80% 이상 저감시키는데 효과적인 것으로 나타났으며, 황화수소는 평균 65%, 최대 100% 이상 저감시키는데 효과적인 것으로 나타났다.

이와 같은 효과는, 본 발명에 따른 악취유발물질 저감제(10)에 포함되어 있는 나노입자형 규산(1), 활성탄, 제올라이트 등에 의한 암모니아와 황화수소의 흡착반응과 수용성 규산액(2), 산소계 산화제와 비염소계 산화제에 의한 암모니아와 황화수소의 산화반응이 복합적으로 이루어졌기 때문이며, 특히, 흡착력과 산화력이 우수한 규산의 처리가 일차적으로 암모니아와 황화수소의 분해 및 저감에 크게 기여하며, 부가적으로 산소계 산화제와 비염소계 산화제 등의 처리에 의한 수소이온농도 저하 및 강력한 산화력이 암모니아와 황화수소의 제거에 기여한 결과이다.

상기한 바와 같은 본 발명에 따른 악취유발물질 저감제(10)를 이용해 가축분뇨를 퇴비화한 경우 퇴비와 액비의 품질을 비교한다.

도 5는 본 발명에 따른 악취유발물질 저감제 처리 유무에 따른 가축분뇨 퇴비화 공정에 따른 퇴비의 품질 비교에 도시한 바와 같이, 가축분뇨의 퇴비화 과정에서 발효정도 그리고 퇴비의 품질지표에 대한 조사결과는 상기 도 5와 같다.

퇴비화 온도는 퇴비화 과정의 가장 중요한 지표로 이용되고 있으며, 최적의 퇴비화는 50 ~ 55℃에서 일어난다.

본 발명에서는 대형 퇴비 단이 아닌 30리터 규모의 소규모 퇴비 모형을 대상으로 하였기에 악취유발물질 저감제(10)가 처리되지 않은 시험구(대조구)에서는 최대 42℃를, 그리고 악취유발물질 저감제(10)가 처리된 시험구(처리구)에서는 최대 48℃를 나타내었다. 발효 2주차에 발효 최고온도를 나타내었고, 악취유발물질 저감제(10)가 처리되지 않은 대조구보다 처리구에서 온도가 더 높게 나타났다.

이는 악취유발물질 저감제(10)가 처리된 경우, 퇴비화가 더 빨리 진행되고 있을 뿐만 아니라 발효속도도 향상되는 것을 의미한다.

결론적으로 악취유발물질 저감제(10)의 처리가 퇴비의 발효속도 증가로 퇴비화를 촉진시키는 것으로 나타났다.

퇴비화 과정중 미생물의 에너지원으로 이용되는 유기물의 경우 발효과정이 진행됨에 따라 완만하게 감소하는 경향이었으며, 미생물의 영양원으로 이용되는 질소도 동일한 경향을 나타내었다. 유기물과 총질소 모두 악취유발물질 저감제(10)가 처리되지 않은 대조구보다 처리구에서 감소되는 폭이 약간 더 높게 나타났다.

이는 악취유발물질 저감제(10)의 처리에 따라 퇴비화 및 발효가 촉진되고 있음을 보여주는 결과이다. 퇴비화 과정에서 미생물의 탄소원과 질소원의 비율을 보여주는 탄질율(C/N ratio)은 20 ~ 30 정도가 적정한 것으로 알려지고 있는데 본 발명에서도 악취유발물질 저감제(10)의 처리 유무에 관계없이 일정하게 적정범위를 유지하고 있었다.

도 6은 본 발명에 따른 악취유발물질 저감제 처리 유무에 따른 가축분뇨 퇴비화 공정에 따른 액비의 품질 비교표로 가축분뇨의 액비화 과정에서 발효정도 그리고 액비의 품질지표에 대한 조사결과는 상기 도 6에 제시되어 있다.

수소이온농도(pH)는 악취유발물질 저감제(10) 처리시 산소계 산화제 의해 초기에 감소하였다가 발효 중간과정에서부터는 무처리구와 유사한 경향을 나타내었다. 총질소와 유기물 그리고 탄질율 역시 퇴비화 과정과 유사한 경향을 나타내었으며, 액비의 발효 및 부숙과정에 가축분뇨 악취저감제가 유용하게 작용하고 있는 것으로 나타났다.

이상에서는 본 발명을 바람직한 실시 예에 의거하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 아니하고 청구항에 기재된 범위 내에서 변형이나 변경 실시가 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백한 것이며, 그러한 변형이나 변경은 첨부된 특허청구범위에 속한다 할 것이다.

1 : 나노입자형 규산
2 : 수용성 규산액
3 : 나노입자형 규산을 포함한 규산 혼합액
4 : 물
10 : 본 발명에 따른 악취유발물질 저감제

Claims

가축분뇨와 혼합하여 가축분뇨에서 발생하는 악취를 저감시키는 악취 저감제에 있어서,
나노입자형 규산 5 ~ 20 중량%와 수용성 규산액 10 ~ 40 중량%를 혼합한 나노입자형 규산을 포함한 규산 혼합액 8 ~ 60 중량%, 산소계 산화제 1 ~ 10 중량%, 산소계 산화제 안정제 0.1 ~ 1중량%, 비염소계 산화제 1 ~ 10 중량%, 제올라이트 1 ~ 10 중량%, 활성탄 1 ~ 10 중량% 및 나머지 량의 물을 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 규산입자 혼합 수용성 규산을 유효성분으로 한 가축분뇨 유래 악취유발물질 저감제.
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