KR102568866B1 - 계분 소성 비료 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 계분 소성 비료에 관한 것이다. 특히, 본 발명에 따른 계분 소성 비료는 발효 및 부숙의 공정이 필요없이 제조된 것으로서, 질소 함량이 미량이고, 유효 미네랄 성분을 다량 포함하고 있다.

Description

계분 소성 비료{POULTRY WASTE FIRED FERTILZER}
본 발명은 계분 소성 비료에 관한 것이다. 특히, 본 발명에 따른 계분 소성 비료는 발효 및 부숙의 공정이 필요없이 제조된 것으로서, 질소 함량이 미량이고, 유효 미네랄 성분을 다량 포함하고 있다.
우리라에서 계분은 연간 2천만톤 이상이 나오기 때문에 이를 비료로 재활용하지 않으면 환경에 큰 문제가 발생한다. 그래서 각 지자체들이 보조금을 주면서까지 많은 양의 계분으로 만든 퇴비를 농가에 지원하고 있다.
이에 따라 부숙 비료로 활용하고자 여러 방법을 동원하여 비료 품질향상을 도모하고 있지만, 사용하는 농민 입장에서는 질소 발생으로 인한 연작 피해와 충분히 부숙하지 않은 질 낮은 계분으로 인해 사용이 꺼려지는 상황이다. 또한, 화학비료에 비해 현저히 떨어지는 성분으로 인해 단순한 토양 개량의 기능이나 지력보조 정도로 여겨지고 있다.
현재의 계분 비료화 과정 및 문제점을 보면, 계분은 분뇨가 혼합되어 있으므로 수분을 적절하게 조절한 후 발효 퇴비화 하는 방법으로 처리한다. 퇴비화는 분뇨 중에 존재하는 미생물에 의해 진행되므로 퇴비의 품질제고와 발효시간 단축을 위해서는 이들 미생물의 생존조건을 적절하게 유지해 주는 것이 중요한다.
그러나 계분은 질소함량이 높으므로 암모니아 발생 정도가 높은 경향이 있다. 암모니아는 온도와 pH가 높을 경우 더 많이 발생하는 특성이 있는데 축분 퇴비화시에는 발효 열에 의해 온도가 상승하므로 암모니아 발생량은 더 늘어나게 된다.
다시말해, 계분 중의 질소는 요산태 형태로 되어 있어 쉽게 암모니아로 전환된다. 따라서 퇴비화 기간동안 질소를 최대한 무기질소화 시켜야 되고, 1차 발효가 완료된 퇴비를 퇴적한 후 충분한 시간을 두고 후숙 시키면서 뒤집기를 실시하여 퇴비단 내에 축적된 암모니아 등을 휘산시켜 주어야 하는 것이다.
총괄해서 보면, 현재의 계분 비료는 기본적을 질소함량의 비율이 높고, 질소함량을 낮추고 암모니아 발생을 억제하여 비료로서 사용하기 위하여 발효, 부숙 및 후숙을 해야하는 등 품질이 낮고 처리시간면에서도 효율이 낮은 상태라고 할 수 있다.
본 발명은 계분을 이용한 비료 제조방법에 관한 것으로서, 추가적으로 패각을 함께 이용하는 것이므로, 이에 대한 선행기술문헌을 살펴본다.
선행기술문헌을 살펴보면, 계분 비료에 대해서는, 대한민국 등록특허공보 10-1978615에 '계분 비료의 제조방법 및 그에 의하여 제조된 계분 비료'가 기재되어 있다. 청구항 1을 보면, '계분에 톱밥, 커피 찌꺼기 및 견과류 껍질을 혼합하고 이를 분쇄하는 제1단계; 상기 분쇄된 혼합물을 50 내지 100℃에서 건조 및 60 내지 100℃에서 1차 발효한 다음, 미생물을 가하고 2차 발효를 실시하여 비료 분말을 제조하는 제2단계; 상기 비료 분말의 pH를 8 내지 9.5로 제어하는 제3단계; 및 상기 제3단계의 생성물을 이용하여 계분 비료 입자를 제조하는 제4단계;를 포함하는 계분 비료의 제조방법'이 기재되어 있다. 즉 계분에 톱밥 등의 수분조절제를 혼합하고 건조 및 두 번 발효시키는 것을 주요특징으로 하고 있다.
또한, 대한민국 등록특허공보 10-0878904에는 '농축계분과 음식물 찌꺼기 및 해양 부산물을 이용한 융합입상 유기질 비료 제조방법'이 기재되어 있다. 청구항 1을 살펴보면, 계분, 음식물 찌꺼기 및 해양 부산물을 발효, 부숙, 건조, 분쇄 및 펠렛화하는 것을 주요특징으로 하고 있다.
다음으로, 패각 비료에 대해서는, 대한민국 등록특허공보 10-0430815에 '패각의 알카리 안정화공법을 이용한 유기질 비료제조방법'이 기재되어 있다. 청구항 2를 살펴보면, '축산분뇨, 인분뇨, 음식물 쓰레기 및 하수 슬러지 등의 유기성 폐기물을 이용한 유기질비료 제조방법에 있어서, 상기 유기성 폐기물을 분쇄하고 혼합하는 유기성 폐기물 혼합공정, 패각을 채취한 후 세척하는 패각 세척단계, 상기 패각 세척단계에서 세척된 패각을 가열로에 넣고 900℃∼1000℃로 가열하여 소성하는 패각 소성단계, 상기 패각 소성단계에서 소성된 패각을 분쇄하여 상기 유기성 폐기물 혼합공정에서 혼합된 유기성 폐기물에 투여하는 패각 투여단계를 포함하는 알카리 안정화공정, 및 상기 알카리 안정화공정에서 안정화 처리된 유기성 폐기물의 안정화 반응물을 공기에 노출시켜 건조하여 탄산칼슘을 생성시키는 건조공정의 순으로 진행하는 것을 특징으로 하는 패각의 알카리 안정화 공정을 이용한 유기질비료 제조방법'이 기재되어 있다. 즉 소성된 패각을 유기성 폐기물에 혼합 및 건조시키는 것을 주요특징으로 하고 있다.
또한, 대한민국 공개특허공보 10-2010-0046484에 '분뇨 및 패각을 이용한 비료의 제조방법'이 기재되어 있다. 청구항 1을 보면, '인분뇨 및 축산분뇨를 포함하는 유기성 폐기물에서 불순물을 제거하는 제1공정과; 상기 유기성폐기물에 안정화 첨가제인 패각을 고온건조하고 분쇄하여서 된 폐각분말을 혼합하는 제2공정과; 상기 안정화된 유기성폐기물에 수분흡수제인 톱밥과, 질소성분을 흡착하기 위한 제올라이트를 투입하는 제3공정과; 상기 공정을 거친 혼합물질을 발효조 내부로 유입하여 산소를 일정하게 공급하면서 내부온도를 50~60℃로 유지시켜 7일간 발효시키는 제4공정과; 상기 공정의 발효물질을 안정조에서 교반하면서 차아염소산 나트륨을 살포하여 3일간 숙성하는 제5공정과; 상기 숙성된 발효물질을 열풍건조기에서 건조하고 이를 포장하여 수분함량 20%이하의 발효물질로 건조시키고 포장하는 제6공정; 으로 이루어진 것을 특징으로 하는 분뇨 및 패각을 이용한 비료의 제조방법'이 기재되어 있다. 즉 고온건조한 패각분말을 유기성 폐기물에 혼합하고, 수분과 질소 조절, 발효, 숙성 및 건조 과정을 거치는 것을 주요특징으로 하고 있다.
대한민국 등록특허공보 10-1978615 (2019.05.08 등록) 대한민국 등록특허공보 10-0878904 (2009.01.08 등록) 대한민국 등록특허공보 10-0430815 (2004.04.28 등록) 대한민국 공개특허공보 10-2010-0046484 (2010.05.07 공개)
해결과제는, 계분을 자연으로 환원시킴으로써 생활환경과 자연환경에 해가 없게 하기 위하여 식물이 쉽게 흡수할 수 있는 상태까지 유기성 비료자원화된 계분 비료를 제공하는 것이다.
해결과제는, 계분에 포함된 질소 함량을 낮추고, 유효 미네랄 성분을 획기적으로 증대된 비료를 제공하는 것이다.
해결수단은,
소성된 계분과 소성된 패각을 포함하는 분말을 유효성분으로 포함하는 계분 소성 비료이다.
상기에서,
소성된 계분과 소성된 패각을 포함하는 분말은,
건조 육계 계분, 건조 산란계 계분 및 패각을 1:2~3:0.5 중량비로 혼합하여 소성로에 넣고 900~1300℃에서 1~3시간 소성시켜서 질소 함량을 낮추고 인, 칼륨 및 칼슘의 함량을 높여 제조된 분말인 것을 특징으로 한다.
상기에서,
소성된 계분과 소성된 패각을 포함하는 분말은,
건조 산란계 계분 및 패각을 2~3:0.5 중량비로 혼합하여 소성로에 넣고 900~1300℃에서 1~3시간 소성시켜서 질소 함량을 낮추고 인, 칼륨 및 칼슘의 함량을 높여 제조된 분말인 것을 특징으로 한다.
상기에서,
소성된 계분과 소성된 패각을 포함하는 분말은,
육계 계분, 산란계 계분 및 패각을 각각 소성로에 넣고 900~1300℃에서 1~3시간 소성시켜서 질소 함량이 낮아진 소성 육계 계분, 질소 함량이 낮아진 소성 산란계 계분 및 소성 패각을 제조하고, 소성 육계 계분, 소성 산란계 계분 및 소성 패각을 1:2~4:0.5~0.8 비율로 혼합하여 제조된 분말인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 계분 소성 비료는 계분에 포함된 질소 함량이 미량 포함되어 있고, 유효 미네랄 성분을 획기적으로 증대된 비료이다.
본 발명에 따른 계분 소성 비료는 발효 및 부숙 등의 공정이 필요없이 제조 된 비료이다.
본 발명에 따른 방법에 따라 제조된 계분 소성 비료는 질소가 미량 함유되고, 인, 칼륨 및 칼슘이 고농도로 포함되어 있어 지력 향상은 물론 작물 재배에 요효한 품질을 보유하고 있다.
도 1은 실시예 2에 따른 산란계 계분과 패각을 함께 소성하여 얻은 분말 사진이다. 도 2a 내지 도 2c는 본 발명에 따른 비료를 이용한 샐러리 재배 실험의 사진이다.
본 명세서 및 청구 범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서 본 명세서에 기재된 실시예, 참조예 및 도면에 기술된 사항은 본 발명의 가장 바람직한 일 예에 불과할뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
참조예 1. 산란계 계분의 소성
1) 닭을 비롯한 모든 가축이 배설하는 분뇨는 사료로 섭취한 영양소 중의 미소화 성분과 소화대사 산물을 포함하고 있기 때문에 질소와 인 그리고 칼륨 등의 다양한 영양성분을 함유하고 있다. 이로 인해 가축분뇨로 인한 환경오염에 대한 우려가 제기 되기도 하지만 가축분뇨 중에 함유된 영양성분은 경작지의 지력을 높이는 요소로 유익하게 활용될 수 있다. 즉 가축분 퇴비는 토양 중에서 천천히 분해됨으로써 화학비료에 비하여 비료효과의 지속성이 길다는 특징을 가진다.
2) 닭은 소화관이 짧기 때문에 사료중의 영양소 흡수효율이 낮다. 그러나 분뇨가 혼합되어 배설되기 때문에 요산형태의 질소 농도가 높고 기타 영양소도 타 축종에 비해 높다.
3) 본 발명은 산란계의 계분을 이용하는데 가축들의 분뇨 성분을 살펴보면 하기 표 1과 같다.(자료 : 축산연, 2000, %)
구분 수분 N P2O5 K2O CaO MgO
한우 분 80.8 0.34 0.29 0.09 0.37 0.11
뇨 95.4 0.48 0.006 0.48 0.01 0.04
젖소 분 83.9 0.26 0.10 0.14 0.20 0.01
뇨 95.1 0.34 0.03 0.31 0.10 0.05
돼지 분 76.3 0.77 0.50 0.25 2.22 1.39
뇨 98.1 0.83 0.07 0.20 - -
닭 육계 73.5 1.21 0.48 0.53 1.51 0.39
산란계 26.0 0.89 0.26 0.39 0.73 0.18
즉 산란계의 계분은 육계의 계분보다 수분 및 질소 함량이 적은 것을 알 수 있다. 단, 인, 칼륨 및 마그네슘이 육계 계분보다 다소 낮고 칼슘이 육계 계분의 1/2 인 것을 알 수 있다.
4) 산란계 계분을 고온 소성이 가능한 소성로에서 소성하면 육계의 계분보다 더 빨리 질소 및 수분을 없앨 수 있게 된다.
실시예 1. 계분 소성 비료의 제조 : 육계 계분, 산란계 계분 및 패각 소성
질소가 거의 없고, 인, 칼륨 및 칼슘의 함량을 유지하거나 높여, 화학 비료의 충분한 영양 공급 기능과 토양 개랑의 두가지 기능을 동시에 충족시키는 천연 유기농 계분을 활용한 비료로 제조하려고 한다.
1단계) 육계의 계분을 소성로에 넣고 100~200℃에서 2~3시간 건조 소성시켜 수분을 없앤 건조 육계 계분을 제조한다.
2단계) 산란계의 계분을 소성로에 넣고 100~200℃에서 1~2시간 건조 소성시켜 수분을 없앤 건조 산란계 계분을 제조한다.
3단계) 건조 육계 계분, 건조 산란계 계분 및 패각을 1:2~3:0.5 중량비로 혼합하여 소성로에 넣고 900~1300℃에서, 바람직하게 1000~1300℃에서 1~3시간 소성시켜서 질소를 없애고 인, 칼륨 및 칼슘의 함량을 높인 분말 비료를 제조한다..
상기와 같은 단계를 거쳐, 발효 및 부숙이 필요없고, 질소가 제거되어 지력에 영향을 주지않고 암모니아 발생도 없는 비료를 제조할 수 있다.
4단계) 분발 비료를 그대로 이용할 수도 있고, 한천 등과 같은 천연물질을 이용하여 분말 비료를 펠렛화한 펠렛 비료 또는 용액화한 용액 비료로 제조할 수 있다.
실시예 2. 계분 소성 비료의 제조 : 산란계 계분 및 패각 소성
도 1은 실시예 2에 따른 산란계 계분과 패각을 함께 소성하여 얻은 분말 사진이다. 상기 실시예 1과 달리 육계 계분 이외에 산란계 계분만을 이용한다.
1단계) 산란계의 계분을 소성로에 넣고 100~200℃에서 1~2시간 건조 소성시켜 수분을 없앤 건조 산란계 계분을 제조한다.
2단계) 건조 산란계 계분 및 패각을 2~3:0.5 중량비로 혼합하여 소성로에 넣고 900~1300℃에서, 바람직하게 1000~1300℃에서 1~3시간 소성시켜서 질소를 없애고 인, 칼륨 및 칼슘의 함량을 높인다.
실시예 3. 계분 소성 비료의 제조 : 소성 계분 분말과 패각 소성 분말의 혼합
상기 실시예 1 및 2와 달리 소성 계분 분말 및 패각 소성 분말을 각각 제조하여 이를 혼합할 수도 있다.
1단계) 소성 육계 계분, 소성 산란계 계분 및 소성 패각을 각각 제조한다.
2단계) 소성 육계 계분, 소성 산란계 계분 및 소성 패각을 1:2~4:0.5~0.8 비율로 혼합한다.
실험예 1. 실시예 1 내지 3의 성분 분석
실시예 1 내지 3의 질소(N), 인(P205), 칼륨(K20), 칼슘(CaO)를 분석하였다. (실시예 1 : 건조 육계 계분, 건조 산란계 계분 및 패각을 1:2:0.5 중량비 혼합 후 1000℃에서 2시간 소성, 실시예 2 : 건조 산란계 계분 및 패각을 2:0.5 중량비로 혼합 후 1000℃에서 2시간 소성, 실시예 3 : 소성 육계 계분, 소성 산란계 계분 및 소성 패각을 1:3:0.5 비율 혼합)
구분 질소(N) 인(P205) 칼륨(K20) 칼슘(CaO)
실시예1 0.12% 10.25% 5.21% 47.08%
실시예2 0.08% 11.04% 5.78% 52.20%
실시예3 0.18% 9.25% 4.28% 45.04%
결과를 살펴보면, 산란계 계분과 패각을 함께 소성한 실시예 2의 결과가 가장 우수했으며, 이는 기본적으로 산란계 계분에 질소가 많이 포함되어 있지 않기 때문이고, 또한, 소성 과정을 거치면서 계분과 패각 성분 사이의 화학적 반응이 긍정적으로 작용하였다고 추론할 수 있겠다.
그러나 실시예 1 내지 3 모두 질소의 함유량이 거의 없어졌고 인, 칼륨 및 칼슘의 함량이 획기적으로 증가하였는바, 비료로서의 품질 향상이 충분히 이루어졌다고 평가할 수 있겠다.
참조예 2. 계분 및 패각 비료의 상업성
계분을 패각과 함께 소성하여 제조한 고품질의 유기농 비료 장점은 하기의 표3 및 표4와 같이 정리될 수 있다.
계분의 가치 활용상 문제점
낮은 수분함량 높은 질소 함량
높은 질소, 인산, 칼륨 함량 어려운 시비법
고품질의유기질 비료 생산원료 암모니아 균에 의한 냄새
부산물비료(퇴비)로서의 한계
현재는 계분을 원료로 하여 부숙(발효) 시킨 후 단순한 형태의 부산물비료(퇴비)로 제조
유기성 비료로 자원화하여 자원으로 환원
자연 및 인간 생활환경에 해가 없고, 식물이 쉽게 흡수할 수 있는 형태
구성 성분 및 특징 효능 및 효과
천연미네랄 100%로 구성된 특수 계분비료 뿌리의 발육이 좋아진다
식물생장 필요한 칼륨, 인, 칼슘 미네랄 질소가 거의 없어, 연작장애를 피할 수 있다
식물에 필요한 미량의 핵심 미네랄 함유 효모 등 유효미생물 활성화로 토양이 되살아남
패각 소성 칼슘이 50% 이상 함유 작물의 성장 촉진
질소성분은 거의 없음 질병에 강하고 튼튼한 작물이 된다
계분의 휴개균 사멸 열매가 좋아지고 생산량이 증가한다
기능의 지속성이 좋음 열매의 당도가 좋아진다
수용성이 좋음(액체 특수 계분비료 가능) 질소 비중이 일반 계분에 비해 거의 없음
실험예 2. 실시예 2로 제조한 비료의 적용예
도 2a 내지 도 2c는 본 발명에 따른 비료를 이용한 샐러리 재배 실험의 사진이다. 실시예 2의 분말을 물에 용해시켜 사용하였다. 분말에 1,000배의 물을 가한후 일주일에 한번 살포하여 샐러리 묘목을 키웠다. 도 2a를 보면 오른쪽이 비료를 살포한 묘목이고, 왼쪽이 비료를 살포하지 않은 묘목이다. 그 후 2개월 동안 일주일에 한번 살포한 후의 샐러리 균주 사진이 도 2b이다. 오른쪽이 비료를 살포한 쪽으로서, 크기가 왼쪽보다 큰 것을 알 수 있다. 도 2c는 뿌리를 비교한 사진이다. 오른쪽 뿌리가 보다 큰 것을 알 수 있다.
지금까지 본 발명에 대하여 바람직한 실시예를 중심으로 살펴보았다.
본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시예에 관련된 것이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형된 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
따라서 본 발명은 제시되는 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위에 기재된 기술사상의 균등한 범위 내에서 다양한 수정 및 변경이 가능한 실시예가 있을 수 있다.

Claims (4)

  1. 수분 26 중량%, 질소 N 0.89 중량%, 오산화인 P2O5 0.26 중량%, 산화칼륨 K2O 0.39 중량%, 산화칼슘 CaO 0.73 중량%, 산화마그네슘 MgO 0.18 중량% 및 기타성분 71.55 중량%로 이루어진 산란계 계분을 건조시켜 수분이 조절된 건조 산란계 계분을 제조하는 단계; 및
    건조 산란계 계분 및 패각을 2:0.5 중량비로 혼합하여 소성로에 넣고 1000℃에서 2시간 소성시켜서 질소 함량을 낮추고 인, 칼륨 및 칼슘의 함량을 높인 분말을 제조하는 단계;를 포함한 공정으로 제조된 상기 분말을 포함하는 계분 소성 비료.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
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