KR100426470B1 - 패각을 이용한 바다비료 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 패각을 이용한 바다비료 제조방법은 축산분뇨, 남은 음식물 등의 유기성 폐기물 및 바다의 해적생물인 불가사리를 분쇄하여 혼합하는 유기물 혼합공정과, 상기 유기성 폐기물을 혼합한 혼합폐기물에 패각을 900∼1000℃로 소성시킨 산화칼슘을 알칼리 안정화 첨가제로 투여하여 대장균군, 분변계 대장균 및 세균을 사멸시키는 병원성 미생물로부터 안전성을 확보하고, 상기 혼합폐기물의 유기적 특성을 향상시키는 알칼리 안정화 공정을 포함하며, 알칼리 안정화 공정후 건조시 숯가루를 첨가하여 건조시간 단축, 영양분의 공급 및 냄새를 제거시키도록 한 탈취 안정화공정 및 건조공정 순으로 진행함으로써, 패각을 재활용하여 양식어장의 부족한 먹이원인 식물플랑크톤의 생산을 촉진하며, 바다 목장화 또는 바다복원에 기여하는 바다목초지 조성의 영양분을 공급하고, 비교적 짧은 시간에 물에 잘 녹지 않는 완효성을 지닌 양질의 비료를 생산하여 풍요로운 바다조성에 일익을 담당함으로써 연안 해역의 환경을 개선하고, 효율적으로 보전함과 더불어 자연자원을 이용할 수 있도록 한다.

Description

패각을 이용한 바다비료 제조방법{METHOD FOR FABRICATING SEA FERTILIZER USING SHELL WASTE}

본 발명은 패각을 이용한 바다비료 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 패각을 이용하여 알칼리 안정화 공정을 진행함으로써 유기물의 특성을 향상시키고, 병원성 미생물로부터 안전성을 확보하며, 양식부산물로서 대부분 해안가에 야적되어 연안어장오염, 공유수면 관리의 지장 및 어촌의 자연 경관을 훼손하고 있는패각 및 바다의 해적생물로 알려지고 있는 불가사리를 자원화하고 냄새를 제거하며, 건조시간을 단축하여 산업적으로 이용할 수 있는 바다 비료 제조방법에 관한 것이다.

우리 나라 남해안에서 수하식으로 양식한 굴 패각의 일부는 종패와 석회비료로 재사용되고 나머지는 매립지에 매립을 하던지 해안가에 무단으로 폐기되는데 그 양이 1년에 30만톤에 이른다. 또한, 불가사리의 종류는 전세계적으로 3,600여종이고, 우리 나라에서는 30여종이 분포하고 있는 것으로 알려지고 있다.

굴 패각은 일반 폐기물로서 양식어민이 처리하여야 하나 매립지 확보, 패각의 수거와 운반비 등 비용과다로 효과적인 처리가 불가능한 실정이다.

다음은 굴 패각의 특성 및 성분을 살펴본다.

굴 패각은 생명체가 만든 것이어서 순수한 탄산칼슘으로 되어 있으며, 얇은 막으로 여러 겹 둘러싸여 있다. 그리고 성장하면서 유기물이 외부에 붙어있게 된다. 내면의 광택이 있는 면은 SiO₂로 이루어진 것으로 알려져 있으며, 패각자체는 순수한 탄산칼슘과 유기물질로 되어 있다. 패각의 성분을 분석하면 아래 표 1과 같다.

패각의 성분분석

T-C(%)	T-N(%)	P2O5(%)	K2O(%)	CaO(%)	MgO(%)	Cu(mg/kg)	Pb(mg/kg)	Cr(mg/kg)	Cd(mg/kg)	Zn(mg/kg)
11.87	0.28	0.23	0.12	48.25	0.68	10.12	0.70	5.06	0.29	8.52

양식부산물로서 대부분 해안가 야적으로 연안어장오염, 공유수면 관리의 지장 및 어촌의 자연 경관을 훼손시키고 있는 패각은 그 처리 방법으로 공유수면 매립, 해양투기, 건축자재 등으로 이용되고 있고, 패각을 재활용하는 방법으로는 폐수처리, 적조생물 입자의 응집제거 및 해수 중의 용존성 무기 인산인의 흡착제거 등이 있다.

또한, 축산분뇨, 인분뇨, 남은 음식물 및 하수 슬러지 등의 유기성 폐기물을 재활용하는 방법은 발효공정을 이용하여 비료를 제조하는 것이다. 즉 유기성 폐기물에 발효시 필요한 적당량의 수분을 함유시켜 이를 발효시킴으로써 비료로 재활용하였다.

연안의 자연경관 및 공유수면 관리에 지장을 주고있는 패각의 처리로 여러 가지 방법이 제시되고 있으나, 굴패각을 이용하여 바다 비료를 제조하는 방법은 처음으로 시도되는 방법이다. 패각을 재활용하여 알칼리 안정화공정에 의하여 생산된 비료는 양식어장의 부족한 먹이원인 식물플랑크톤의 생산을 촉진하며, 바다 목장화 또는 바다복원에 기여하는 바다목초지 조성의 영양분으로 작용한다. 또한, 짧은 시간에 물에 잘 녹지 않는 완효성을 지닌 양질의 비료를 생산하여 풍요로운 바다조성에 일익을 담당함으로써 연안 해역의 환경을 개선하고, 효율적으로 보전함과 더불어 자연자원을 이용할 수 있도록 한다.

또한, 남은 음식물 등 유기성 폐기물을 재활용하는 방법으로 제시된 종래의 기술에 의한 발효공정은 발효에 적당한 수분인 60∼70%의 함수율을 만들기 위하여톱밥 등의 수분 조절제를 사용해야 하며, 이러한 수분 조절제를 사용하는 경우, 무기질을 첨가하게 되어 비료의 유기물 함량이 낮아져 양질의 제품을 기대하기는 힘든 문제점이 있다. 그리고 이러한 발효공정을 유기성 폐기물에 적용하면 패각 및 유기성 폐기물에 함유된 염분의 영향으로 미생물의 발효활동이 억제되어 완숙발효가 일어나기 힘들며, 또한 발효되기 위한 시간이 필요하여 비료의 제조시간이 길어지는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 고려하여 안출한 것으로, 패각을 재활용하여 함유 염분량에 영향을 받지 않는 알칼리 안정화 공정을 적용함으로써 혼합한 유기물의 특성을 향상시키고, 알칼리 안정화제로 소성된 패각을 투입하여 대장균군, 분변계 대장균 및 세균을 사멸시키는 병원성 미생물로부터 안전성을 확보하는 알칼리 안정화 공정을 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 목적은 양식어장의 부족한 먹이원인 식물플랑크톤의 생산을 촉진하며, 바다목장화 또는 바다복원에 기여하는 바다목초지 조성의 영양분으로 작용하는 비료를 유기성 폐기물을 이용하여 짧은 시간 안에 제조함으로써, 연안 해역의 환경을 개선하고, 효율적으로 보존함과 더불어 양식부산물로서 대부분 해안가에 야적되어 연안어장오염, 공유수면 관리의 지장 및 어촌의 자연 경관을 훼손하고 있는 패각 및 바다의 해적 생물로 알려지고 있는 불가사리를 자원화하여 이용할 수 있도록 한 알칼리 안정화공정을 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 목적은 유기성 폐기물의 안정화 반응물에 칼슘 및 칼륨을포함한 각종 미네랄을 공급하여 양질의 비료를 제조할 수 있도록 함과 아울러 습기를 조절하여 건조시간을 단축하고, 냄새를 제거할 수 있도록 한 탈취 안정화 공정을 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 축산분뇨, 인분뇨, 남은 음식물, 분뇨슬러지, 하수 슬러지 및 불가사리 등의 유기성 폐기물을 분쇄하고 혼합하는 유기성 폐기물 혼합공정, 상기 유기성 폐기물 혼합공정에서 혼합된 유기성 폐기물에 안정화 첨가제인 패각을 소성한 산화 칼슘 분말을 투여하여 병원성 미생물로부터 안정성을 확보하고, 혼합된 유기성 폐기물의 유기적 특성을 향상시키는 알칼리 안정화공정, 상기 알칼리 안정화공정에서 안정화 처리된 유기성 폐기물의 안정화 반응물에 숯가루를 첨가하여 영양분을 공급함과 아울러 냄새를 제거하는 탈취 안정화공정, 그리고, 탈취 안정화공정에서 안정화 처리된 유기성 폐기물의 탈취 안정화 반응물을 건조하여 분말 및 팰렛 형태로 바다 비료를 생산하는 건조공정의 순으로 진행하는 것을 특징으로 한다.

상기 알칼리 안정화 공정은 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 혼합된 유기성 폐기물에 투여하는 패각 투여단계를 포함하여 이루어진다.

상기 알칼리 안정화 공정에 투여하는 소성된 패각의 산화칼슘량은 습중량비 20% 이하인 것을 특징으로 한다.

상기 알칼리 안정화 공정에서 패각이 포함되어 반응한 혼합 유기성 폐기물의pH는 12.4∼12.6 인 것을 특징으로 한다.

상기 탈취 안정화공정에서 첨가하는 숯가루량은 습중량비 10% 이하인 것을 특징으로 한다.

상기 건조 공정시 알칼리 안정화 처리된 혼합 유기성 폐기물의 안정화 반응물을 공기 중에 노출하여 탄산칼슘을 생성시킴으로써 약알칼리성을 유지하도록 한다.

도 1은 본 발명에 의한 바다비료 제조공정을 순차적으로 나타내는 공정도.

도 2는 본 발명에 의한 알칼리 안정화공정을 순차적으로 나타내는 공정도.

(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)

S100 ; 유기성 폐기물 혼합공정 S200 ; 알칼리 안정화공정

S210 ; 패각 세척단계 S220 ; 패각 소성단계

S230 ; 패각 투여단계 S300 ; 탈취 안정화공정

S400 ; 건조공정 S500 ; 바다 비료

본 발명의 이들 목적과 특징 및 장점은 첨부 도면 및 다음의 상세한 설명을 참조함으로서 더욱 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명에 의한 바다비료 제조공정을 순차적으로 나타내는 공정도를 보인 것으로, 이에 도시한 바와 같이, 본 발명에 의한 패각을 이용한 바다비료 제조방법은 우선, 축산분뇨, 인 분뇨, 남은 음식물, 하수 슬러지 및 불가사리 등의 유기성 폐기물을 분쇄하여 혼합하는 유기성 폐기물 혼합 공정(S100)을 수행한다.

그런 다음, 상기 혼합된 유기성 혼합 폐기물에 900∼1000℃로 소성시킨 패각을 투여하여 알칼리 안정화 반응을 일으키는 알칼리 안정화 공정(S200)을 수행한다.

이때 상기 알칼리 안정화 공정(S200)은 도 2에 도시한 바와 같이, 패각을 채취한 다음 세척하는 패각 세척단계(S210)와, 세척한 패각을 전기로에 넣고 900∼1000℃의 온도에서 대략 3시간 소성시킴으로써 패각 표면의 유기물이 전량 제거되도록 함과 아울러 패각 표면이 흡착 기능을 충분히 발휘할 수 있도록 기공을발달시키는 패각 소성단계(S220)와, 상기 소성된 패각을 분쇄하여 혼합 유기성 폐기물에 투여하는 패각 투여(S230) 단계의 순으로 진행된다. 이때 소성된 패각의 산화칼슘량은 수분이 함유된 유기성 폐기물의 중량 기준, 즉 습중량비 20% 이하로 한다.

그런 다음, 상기 알칼리 안정화 처리된 혼합 폐기물의 알칼리 안정화 반응물에 숯가루를 습중량비 10% 이하 첨가하여 영양분을 공급함과 아울러 알칼리 안정화 반응물의 냄새를 제거하고, 건조시간을 단축시키는 탈취 안정화공정(S300)을 수행하고, 탈취 안정화공정(S300)에서 안정화 처리된 유기성 폐기물의 탈취 안정화 반응물을 건조하여 유기질 함량이 높은 양질의 분말 및 펠렛 형태로 바다비료를 생산하는 건조공정(S400)을 수행한다.

건조공정(S400)시 안정화 처리된 혼합폐기물의 알칼리 안정화 반응물을 공기중에 노출하여 이산화탄소와 반응하게 함으로써 탄산칼슘을 생성시켜 약알칼리성을 유지하도록 한다.

상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 알칼리 안정화공정을 유기성 폐기물에 적용하여 바다 비료를 생산하는 것임을 알 수 있다. 이에 알칼리 안정화 공정(S200)에 대하여 간단히 살펴본다.

알칼리 안정화는 혼합폐기물을 이화학적 및 위생학적으로 살균시켜 혼합폐기물의 환경 부정적인 측면인 악취, 병원균 및 혐오감 등을 해소하며, 식물플랑크톤이 부족한 양식어장 및 바다 목장화 또는 바다복원에 기여하는 바다목초지 조성의 영양분으로 사용하기 위한 공정이다. 따라서, 알칼리 안정화는 유기성폐기물이 첨가제와 전체적, 혹은 부분적으로 결합되는 공정이라 할 수 있다.

이와 같은 알칼리 안정화공정(S200)을 이용한 본 발명의 바다비료 제조방법을 화학반응식을 통해 좀더 상술한다.

본 발명은 축산분뇨, 인 분뇨, 남은 음식물, 분뇨슬러지, 하수 슬러지 및 불가사리 등의 유기성 폐기물을 분쇄 혼합한 후 소성시킨 패각을 첨가제로 이용하여 알칼리 안정화 반응을 시킨 것으로써, 상기 알칼리 안정화 반응은 다음과 같다.

알칼리 안정화 화학반응은 반응기내의 화학반응과 반응기외의 반응 즉 건조반응과 양식장 및 목초지내 반응으로 나누어 살펴볼 수 있다. 먼저 반응기내의 화학반응은,

CaO + H₂O → Ca(OH)₂+ 15.6 kcal/mol

Ca(OH)₂+ 2CO₂→ Ca(HCO₃)₂+ 35.4 kcal/mol

pH ; 12∼13 으로, 패각을 소성시킨 산화칼슘을 투입 후 수산화칼슘(Ca(OH)₂)으로, 다시 중탄산칼슘으로(Ca(HCO₃)₂)로 변화하여 강열반응을 일으키게 되고, 열은 악취 성분을 분해하며, 수소이온농도(pH)를 강알칼리화 시켜 병원균을 사멸시킨다.

다음으로, 반응기외 반응 즉 건조의 원리에 대한 화학반응식은

Ca(OH)₂+ CO₂→ CaCO₃+ H₂O ↑

Ca(HCO₃)₂→ CaCO₃+ H₂O + CO₂↑ 으로, 반응 후 처리물은 공기 노출시 이산화탄소(CO₂)와 반응하여 탄산칼슘이 생성되고, 상기 탄산칼슘의 수소이온농도(pH)는 약알칼리성을 유지한다.

마지막으로 본 발명에 의한 패각을 이용한 바다비료 제조방법에 의해 제조된 비료를 양식장 및 목초지에 주었을 때의 화학반응식은

CaCO₃+ H₂O + CO₂→ Ca(HCO₃)₂

Ca(HCO₃)₂→ Ca²⁺+2HCO₃ ^-으로, 처리물을 양식장 및 목초지에 주었을 때 자연히 중탄산 칼슘(Ca(HCO₃)₂)이 되고, 이것이 해리하여 약알칼리 상태가 되며, 이때 함유하고 있는 영양분이 서서히 녹아 식물플랑크톤이 부족한 양식어장 및 바다 목장화 또는 바다복원에 기여하는 바다목초지 조성의 영양분으로 사용된다.

상기와 같이, 소성시킨 패각과 유기성 폐기물의 화학반응시 자연 발생되는 반응열 및 강알칼리성으로, 유기성 폐기물의 악취 및 병원균이 제거된다.

계속해서, 탈취 안정화공정에 대하여 간단히 살펴본다.

숯가루는 오랜 세월에 걸쳐서 대지로부터 영양분을 흡수해 올린 미네랄의 보고이다. 즉, 나무 속에는 중량비로 보아 0.3∼0.6% 정도 미네랄류가 함유되어 있는데, 그 나무를 숯으로 구우면 미네랄 성분이 약 4∼5배로 농축되어 회분으로서 숯 속에 남아 있게 된다. 숯에 함유된 미네랄은 칼슘, 마그네슘, 칼륨, 철 망간 등이지만 제일 많이 함유된 것이 칼슘이고 그 다음이 칼륨이다. 이와 같은 숯가루를 알칼리 안정화 반응물에 첨가함으로써, 생물에 필요한 각종 미네랄을 공급하게 된다.

또한, 숯은 1g 속에 나 있는 구멍의 넓이를 모두 합하면 백평이 넘을 정도로 무수히 많은 미세한 구멍을 갖고 있다. 이처럼 많은 구멍을 갖고 있는 숯은 수분을 흡수하여 습기를 조절하는 흡수성 및 흡취성이 뛰어나 건조시간을 단축시킬 뿐만 아니라 탈취작용을 하게 된다.

이와 같은 방법에 의해 제조된 바다비료는 양식장의 부족한 먹이원인 식물 플랑크톤의 생산을 촉진하며, 바다 목장화 또는 바다복원에 기여하는 목초지 조성의 영양분으로 제공된다.

바다 비료를 양식장에 주는 시비(施肥) 방법으로는 해초의 뿌리 등에 직접 주거나, 펠렛 형태의 바다 비료를 그물 망에 넣어 해수면의 표층 근처에 떠있는 부표에 매달아 놓아 서서히 녹게 하여 영양분을 공급하는 방법이 있다.

본 발명에 의한 알칼리 안정화 처리공정 및 탈취 안정화 공정을 적용할 경우, 기존의 발효공정과 비교를 한다면, 본 발명은 염분의 작용에 영향을 받지 않고, 수분 조절제를 쓰지 않으며, 비교적 단시간에 유기성 폐기물을 처리할 수 있다는 것이다. 현재 국내에 설립된 발효 공정을 이용한 부산물 비료공장은 인건비 율이 높아 효율성이 낮고, 전량을 가열로써 건조하기 때문에 건조에 많은 비용이 들어 경영상의 어려움이 있다.

또한 알칼리 안정화공정을 적용한 방법은 축산분뇨, 인분뇨, 남은 음식물 및 하수 슬러지 등의 유기성 폐기물 뿐만 아니라 바다의 해적생물로 알려진 불가사리를 재활용하고, 양식부산물로서 대부분 해안가 야적으로 연안어장오염, 공유수면 관리의 지장 및 어촌의 자연 경관을 훼손시키고 있는 패각을 직접 제거함으로써 양식어업의 지속적인 생산성 유지 및 경영의 안정을 도모하며, 식물플랑크톤이 부족한 양식어장 및 바다 목장화 또는 바다복원에 기여하는 바다목초지에 양질의 영양분을 공급함과 아울러 자연자원을 효율적으로 재활용하여 산업상의 이용 가능성은 높아질 것으로 기대된다.

이상의 본 발명은 당업자들에 의해 다양한 변형 및 변경을 가져올 수 있으며, 이는 첨부된 청구항에서 정의되는 본 발명의 취지와 범위에 포함된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 패각을 이용한 바다비료 제조방법은 유기성 폐기물 및 패각을 재활용하여 안정화 공정을 진행함으로써 유기물의 특성을 향상시키고, 병원성 미생물로부터 안전성을 확보하며, 양식부산물로서 대부분 해안가에 야적되어 연안어장오염, 공유수면 관리의 지장 및 어촌의 자연 경관을 훼손하고 있는 패각 및 바다의 해적생물로 알려지고 있는 불가사리를 자원화하고, 비교적 짧은 시간에 물에 잘 녹는 완효성을 지닌 양질의 비료를 제조하여 경제적으로 높은 수익성을 기대할 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

1. 패각을 이용한 바다비료 제조방법에 있어서,

   축산분뇨, 인분뇨, 음식물 쓰레기, 하수 슬러지 및 불가사리 등을 포함하는 유기성 폐기물을 분쇄하고 혼합하는 유기성 폐기물 혼합공정,

   상기 유기성 폐기물 혼합공정에서 혼합된 유기성 폐기물에 안정화 첨가제인 패각을 소성한 산화 칼슘 분말을 투여하여 병원성 미생물로부터 안정성을 확보하고, 혼합된 유기성 폐기물의 유기적 특성을 향상시키는 알칼리 안정화공정,

   상기 알칼리 안정화공정에서 안정화 처리된 유기성 폐기물의 안정화 반응물에 숯가루를 첨가하여 영양분을 공급함과 아울러 냄새를 제거하는 탈취 안정화공정, 및

   상기 탈취 안정화공정에서 안정화 처리된 유기성 폐기물의 탈취 안정화 반응물을 공기에 노출시켜 건조하여 탄산칼슘을 생성시키는 건조공정 순으로 진행하는 것을 특징으로 하는 패각을 이용한 바다비료 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 알칼리 안정화공정은

   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 혼합된 유기성 폐기물에 투여하는 패각 투여단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 패각을 이용한 바다비료 제조방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 알칼리 안정화공정에 투여하는 소성된 패각의 산화칼슘량은 습중량비 20% 이하인 것을 특징으로 하는 패각을 이용한 바다비료 제조방법.
4. 제 3 항에 있어서 상기 탈취 안정화공정에서 첨가하는 숯가루량은 습중량비 10% 이하인 것을 특징으로 하는 패각을 이용한 바다비료 제조방법.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서 상기 탈취 안정화공정에서 첨가하는 숯가루량은 습중량비 10% 이하인 것을 특징으로 하는 패각을 이용한 바다비료 제조방법.
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