KR20130066802A - 음폐수 활용을 통한 가축분뇨의 ｐｈ조절 및 액비화 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 음폐수 활용을 통한 가축분뇨의 ＰＨ조절 및 액비화 방법에 관한 것으로서, 본 발명에 의하면, 가축분뇨를 액비화하기 위한 방법에 있어서, 상기 가축분뇨에 음폐수를 교반하는 단계; 상기 가축분뇨의 식물성 물질에 대해 혐기 처리에 따른 환경적 완화조건을 주기 위한 1차 호기 처리 단계; 상기 제 1차 호기 처리 단계를 거친 가축분뇨를 공기가 없는 상태에서 적어도 하나의 분해균에 의해 가용성 물질로 분해하는 혐기 처리 단계; 및 호기성 미생물이 활동할 수 있도록 폭기처리하고, 온도 및 수분을 조절하여 부숙을 촉진하는 2차 호기 처리단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 음폐수 활용을 통한 가축분뇨의 ＰＨ조절 및 액비화 방법을 제공한다.

Description

음폐수 활용을 통한 가축분뇨의 ＰＨ조절 및 액비화 방법{Method for ＰＨ- controlling and liquid-fertilizing of livestock excretions using food waste water}

본 발명은 강알칼리 가축분뇨와 강산성 음폐수를 혼합하여 중화시켜 미생물 생육 조건을 개선하고 발효 효율 증가시키기 위한 음폐수 활용을 통한 가축분뇨의 ph조절 및 액비화 방법에 관한 것이다.

비료는 식물에 영양을 주거나 식물의 재배를 돕기 위하여 흙에서 화학적 변화를 가져오게 하는 물질과 식물에 영향을 주는 물질을 말하는 것이며, 이러한 비료는 시비 상법에 따라, 밑거름, 웃거름, 제법과 성상에 따라 입상비료, 분상비료, 사상비료, 고형비료, 액상비료, 원료에 따라 유기질비료, 무기질비료, 광물질비료, 주성분에 따라 단비, 복합비료, BB비료, 질소질비료, 인산질비료, 가리질비료, 미량요소비료, 효과에 따라 속효성비료, 완효성 비료, 지효성비료, 용도에 따라 수도용비료, 원예용비료, 과수용비료, 비료 공정 규격에 따라 무기질 질소비료, 무기질 인산비료, 무기질 가리비료, 복합비료, 유기질비료, 석회질비료, 규산질비료, 고토비료, 미량요소비료, 규인비료, 규인가리비료, 부산물에 따라 퇴비, 부숙겨, 재, 분뇨잔사, 부옆토, 아미노산발효 부산비료, 건계분, 건조축산 폐기물, 부숙왕겨 및 톱밥, 토양미생물제제 및 토양활성제 비료로 분류된다.

이중 액체로 이루어지는 액상비료는, 분말 또는 입자 모양의 비료를 희석하여 된 것으로 액비(液肥, Liquidfertilizer)라고도 하며, 주로 제4종 복합 비료에 속하며 일반적인 농가에서는 깻묵, 어박 등을 부숙시켜 묽게한 액이나 물에 녹기 쉬운 형태의 액상비료 전용의 화학비료를 사용하고 있다.

일반적으로 액비란, 가축이 배설한 분뇨 그리고 가축을 사육하는 과정에서 자연 발생되는 가축이 먹다 남은 사료나 깔짚 등이 섞여 액상의 상태로 퇴비화한 것으로, 퇴비와 비교하여 화학비료처럼 속효성과 유기질 비료로서의 지속효과가 있는 장점이 있다.

우리나라에서 발생하는 가축분뇨는 연간 3,262만톤 정도이며 그중 돈분뇨가 1,376만톤으로 전체 가축분뇨의 42%를 차지하고 있어 가축 중 가장 많은 발생량을 보이고 있으며, 돈분뇨는 돈사구조, 분뇨 분리 유무, 돈사청소 방법, 세척수량 등에 따라 분뇨의 성분에 현저한 차이를 나타내고 있어 분뇨처리에 많은 어려움을 겪고 있는 실정이다.

현재 우리나라 축사 형태 중 대부분을 차지하고 있는 슬러리 형태의 축사는 외국에서는 가축분뇨를 액비로 농경지에 직접 살포하는 것을 전제로 활용하는 처리수단인데, 국내에서는 액비화에 대한 실효성을 고려하지 않은 채 도입됨으로써 슬러리축사 이용농가가 현재 어려움을 겪고 있으며, 이와 같은 문제점은 소 사육농가에 비해 농경지를 확보하지 않은 돼지 사육농가에서 더욱 큰 문제점으로 지적되고 있다.

가축분뇨의 처리방법은 자가 경영 경지 내 환원, 구비 등의 토양 환원 이용이지만 사육규모가 커지게 되면서 토양환원의 한계를 초과함으로써 농장여건에 적용될 수 있는 다양한 처리 방법이 요구되며, 특히 가축분뇨에는 질소, 인과 같은 영양염류 함량이 높기 때문에 정화되지 않고 인근 수계에 유입되면 수질오염을 유발하고, 토양에 과다 사용하면 염류 집적이 일어나며, NH3, H2S, VFA, 메칠메르캅탄 등이 방출되어 대기를 오염시키므로 환경오염 문제가 야기되고 있다.

한편, 메탄 생성균은 번식이 느리고 환경변화에 민감한데, 절대 혐기성 세균이기 때문에 용액 속에 용존산소가 0.01mg/l 이상이면 생존이 어렵다. 혐기성 부숙조에 유기물을 투입하면 초기에는 산 생성으로 pH가 저하되고 시일이 경과함에 따라 다시 상승한다. 이때 다시 유기물을 투입하면 이와 같은 반응이 반복되는데 이후에는 새로 유기물을 매일 투입하더라도 pH변화가 적어지고 가스 발생량도 균일하게 되는데, 메탄균은 pH변화에 특히 민감하여 최적 pH는 7.5전후이고, pH6.6이하에서는 생육에 저해를 받는다

상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 가축분뇨와 강산성 음폐수를 혼합하여 중화시켜 미생물 생육 조건을 개선하고, 혐기처리와 호기처리 공정 전에 1차적으로 호기 전처리를 함으로써 액비의 원료인 가축분뇨가 최초 고분자 상태에서 저분자 상태로 분해시켜 혐기성 미생물에 의한 발효 시 효율을 높이고, 부하를 줄임으로써 악취를 저감하기 위한 음폐수 활용을 통한 가축분뇨의 ＰＨ조절 및 액비화 방법을 제공함에 있다.

상기한 발명의 목적은, 가축분뇨를 액비화하기 위한 방법에 있어서, 상기 가축분뇨에 음폐수를 교반하는 단계; 상기 가축분뇨의 식물성 물질에 대해 혐기 처리에 따른 환경적 완화조건을 주기 위한 1차 호기 처리 단계; 상기 제 1차 호기 처리 단계를 거친 가축분뇨를 공기가 없는 상태에서 적어도 하나의 분해균에 의해 가용성 물질로 분해하는 혐기 처리 단계; 및 호기성 미생물이 활동할 수 있도록 폭기처리하고, 온도 및 수분을 조절하여 부숙을 촉진하는 2차 호기 처리단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 1차 호기처리 공정을 통한 가축분뇨 액비화 방법에 의해 달성된다.

또한 본 발명에 따르면, 교반장치를 포함하는 저장조에 처리가 필요한 가축분뇨를 임시저장하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따르면, 상기 가축분뇨의 이물질과 고형분을 분리하기 고액분리 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따르면, 상기 가축분뇨에 음폐수를 교반하는 단계는, 강알칼리 가축분뇨와 강산성 음폐수가 혼합되는 단계; 및 상기 혼합된 분뇨가 중화되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따르면, 상기 1차 호기 처리 단계는 리그닌, 셀룰로오스를 포함하는 식물성 물질에 대한 부하를 완화하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따르면, 상기 혐기 처리 단계는 공기가 존재하지 않는 상태에서 지방 분해균, 섬유소 분해균 및 단백질 분해균 중 적어도 하나의 분해균에 의해 가축분뇨를 가용성 물질로 분해처리하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따르면, 상기 2차 호기 처리 단계는 상기 혐기 처리를 통해 분해된 후 남은 탄수화물을 재처리하여 완전히 분해되도록 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 음폐수 활용을 통한 가축분뇨의 ＰＨ조절 및 액비화 방법에 의하면, 가축분뇨와 강산성 음폐수를 혼합하여 중화시켜 미생물 생육 조건을 개선하고, 혐기처리와 호기처리 공정 전에 1차적으로 호기 전처리를 함으로써 액비의 원료인 가축분뇨가 최초 고분자 상태에서 저분자 상태로 분해시켜 혐기성 미생물에 의한 발효 시 효율을 높이고, 부하를 줄임으로써 악취가 저감되는 효과가 있다.

도 1 본 발명의 실시예에 따른 ＰＨ조절 및 축분뇨 액비화 과정을 나타낸 흐름도.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 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 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 간벌목을 이용한 피톤치드 제조 장치 및 그 피톤치드를 활용한 공기정화 장치에 대해 설명하도록 한다.

도 1 본 발명의 실시예에 따른 가축분뇨 액비화 과정을 나타낸 흐름도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 가축분뇨 액비화 방법은, 상기 가축분뇨에 음폐수를 교반하는 단계(S100, S102)와, 가축분뇨의 식물성 물질에 대해 혐기 처리에 따른 환경적 완화조건을 주기 위한 1차 호기 처리 단계(S104)와, 상기 제 1차 호기 처리 단계를 거친 가축분뇨를 공기가 없는 상태에서 적어도 하나의 분해균에 의해 가용성 물질로 분해하는 혐기 처리 단계(S106)와, 호기성 미생물이 활동할 수 있도록 폭기처리하고, 온도 및 수분을 조절하여 부숙을 촉진하는 2차 호기 처리단계(S108)로 구성되며, 교반장치를 포함하는 저장조에 처리가 필요한 가축분뇨를 임시저장하는 단계가 선행된다.

상기 가축분뇨에 음폐수를 교반하는 단계는 강알칼리 가축분뇨와 강산성 음폐수가 혼합되는 단계(S100)와, 상기 혼합된 분뇨가 중화되는 단계(S102)로 구성되는데, 가축분뇨는 강알칼리성(약 pH9)이고 음식물 폐수는 강산성(약 pH4)이다.

이때, 가축분뇨나 음식물폐수 등을 개별적으로 이용하여 생물학적 처리를 하면 미생물들의 생육 조건이 매우 제한적이 되거나 생육 자체가 힘들기 때문에, 강알칼리성의 가축분뇨와 강산성의 음식물폐수를 적절히 혼합하여 pH를 조절하고, 중화반응으로 발생하는 열에 의해 적정 온도를 유지하면서 미생물을 투입하여 호기성과 혐기성의 발효과정을 거쳐서 액비가 제조되도록 함으로써 액비의 악취가 저감된다.

특히, 가축분뇨와 음식풀 폐수를 혼합하여 가축분뇨 액비를 호기적으로 처리하게 되면 부상물이 제거되고, 액상분뇨가 잘 섞이게 되며, 폭기를 시키면 호기성 미생물들이 번식을 하여 탄소와 질소가 있으며 활동을 시작하여 질소 및 황화합물(NH3, H2S, amine) 과 기타 악취물질을 분해하며 이 과정에서 액비의 온도가 pH와 함께 상승됨과 동시에 악취제거, 섬유소의 분해, 대장균, 기생충, 잡초종자의 사멸된다.

한편, 가축분뇨는 양돈농가 등으로부터 수거되어 처리를 하고자 하는 가축분뇨를 일정기간 저장하도록 저장조에 보관하고,교반장치를 마련하여 수거된 가축분뇨의 농도를 균일하게 하여 퇴비와 액비의 생산공정을 수행한다.

또한, 가축분뇨의 상태에 따라 상기 가축분뇨의 이물질과 고형분을 분리하기 고액분리 단계가 선행되도록 하는 것이 바람직하다.

고액분리조는 상기 저장조에 유입된 가축분뇨를 드럼스크린이나 진동스크린을 이용하여 고액분리하기 위한 구성으로서, 가축분뇨에 포함된 사료나 돼지털, 톱밥 등의 이물질과 같은 1mm 이상의 입자가 큰 고형분을 분리한다.

상기 고액분리조에서 분리된 이물질이나 입자가 큰 고형물은 상기 퇴비화조에서 제조되는 분말퇴비의 원료로 사용되며, 상기 이물질과 입자가 큰 고형물에 톱밥과 호기성 미생물 등을 살포하여 분말 퇴비를 제조하게 된다.

상기 1차 호기 처리 단계(S104)는 리그닌, 셀룰로오스를 포함하는 식물성 물질에 대한 부하를 완화하기 위한 것으로서, 혐기처리를 하는 과정에서 분해가 어려운 리그닌, 셀룰로오스 등의 식물성 물질들에 대해 혐기처리시 환경적인 완화된 조건을 주기 위함이다(지방 등의 냄새, 가스를 호기처리). 즉, 혐기처리 과정에서 분해가 어려운 리그닌, 셀룰로오스 등의 식물성 물질에 대한 부하를 완화시키는 전처리 과정과, 지방 분해균, 섬유소 분해균, 단백질 분해균 등에 의해 가용성 물질로 전환하고, 공기가 존재하지 않는 혐기 상태에서 분해처리한 후, 혐기처리를 통해 분해된 후 남은 탄수화물 등을 재처리함으로써 완전한 분해가 이뤄지도록 한다.

상기 혐기 처리 단계(S106)는 공기가 존재하지 않는 상태에서 지방 분해균, 섬유소 분해균 및 단백질 분해균 중 적어도 하나의 분해균에 의해 가축분뇨를 가용성 물질로 분해처리 한다.

상기 분해균은 활성화균주 배양조에서 배양하여 안정적인 미생물의 공급이 이루어질 수 있도록 하며, 일반적인 반응조의 형태에 배치식으로 원수를 주입하고 용존산소량 1~2 ppm, 25~30℃로 미생물의 활성이 가장 좋은 조건을 유지하여 단백질 이용 미생물을 배양한다. 이 때 배양되는 미생물은 상기 활성화균주 배양조의 상기 환경에서 생존하는 우수종자로서 여러 형태의 미생물이 포함될 수 있다.

가축분뇨 액비화를 위한 발효과정은 미생물의 증식과 유기성 가축분뇨의 발효에 적합한 온도의 환경을 제공하고, 유기성 가축분뇨가 액상으로 생성되면 미생물의 접종이 이루어지고 액상의 유기성 가축분뇨는 미생물의 증식으로 발효과정이 진행된다.

이후, 2차 호기 처리 단계(S108)를 통해 상기 혐기 처리를 통해 분해된 후 남은 탄수화물을 재처리하여 완전히 분해한다.

상기와 같이, 가축분뇨와 강산성 음폐수를 혼합하여 중화시켜 미생물 생육 조건을 개선하고, 혐기처리와 호기처리 공정 전에 1차적으로 호기 전처리를 함으로써 액비의 원료인 가축분뇨가 최초 고분자 상태에서 저분자 상태로 분해시켜 혐기성 미생물에 의한 발효 시 효율을 높이고, 부하를 줄임으로써 악취가 저감되는 효과가 있다.

본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

Claims (7)

1. 가축분뇨를 액비화하기 위한 방법에 있어서,
   상기 가축분뇨에 음폐수를 교반하는 단계;
   상기 가축분뇨의 식물성 물질에 대해 혐기 처리에 따른 환경적 완화조건을 주기 위한 1차 호기 처리 단계;
   상기 제 1차 호기 처리 단계를 거친 가축분뇨를 공기가 없는 상태에서 적어도 하나의 분해균에 의해 가용성 물질로 분해하는 혐기 처리 단계; 및
   호기성 미생물이 활동할 수 있도록 폭기처리하고, 온도 및 수분을 조절하여 부숙을 촉진하는 2차 호기 처리단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 음폐수 활용을 통한 가축분뇨의 ＰＨ조절 및 액비화 방법.
   
2. 제 1항에 있어서,
   교반장치를 포함하는 저장조에 처리가 필요한 가축분뇨를 임시저장하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 음폐수 활용을 통한 가축분뇨의 ＰＨ조절 및 액비화 방법
   
3. 제 2항에 있어서,
   상기 가축분뇨의 이물질과 고형분을 분리하기 고액분리 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 1차 호기처리 공정을 통한 가축분뇨 액비화 방법.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 가축분뇨에 음폐수를 교반하는 단계는,
   강알칼리 가축분뇨와 강산성 음폐수가 혼합되는 단계; 및
   상기 혼합된 분뇨가 중화되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 음폐수 활용을 통한 가축분뇨의 ＰＨ조절 및 액비화 방법.
   
5. 제 1항에 있어서,
   상기 1차 호기 처리 단계는 리그닌, 셀룰로오스를 포함하는 식물성 물질에 대한 부하를 완화하는 것을 특징으로 하는 음폐수 활용을 통한 가축분뇨의 ＰＨ조절 및 액비화 방법.
   
6. 제 1항에 있어서,
   상기 혐기 처리 단계는 공기가 존재하지 않는 상태에서 지방 분해균, 섬유소 분해균 및 단백질 분해균 중 적어도 하나의 분해균에 의해 가축분뇨를 가용성 물질로 분해처리하는 것을 특징으로 하는 음폐수 활용을 통한 가축분뇨의 ＰＨ조절 및 액비화 방법.
   
7. 제 1항에 있어서,
   상기 2차 호기 처리 단계는 상기 혐기 처리를 통해 분해된 후 남은 탄수화물을 재처리하여 완전히 분해되도록 하는 것을 특징으로 하는 음폐수 활용을 통한 가축분뇨의 ＰＨ조절 및 액비화 방법.
   

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