KR980009205A - 무기다공체와 유기 산업 폐기물을 주제로 한 퇴비 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무기다공체와 유기산업폐기물을 주제로 한 퇴비 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 수분조절제로 무기다공체(경량기포콘크리트 제조시 발생되는 폐기물을 1mm 크기로 분쇄한 것 또는 화력발전소에서 발생하는 석탄회를 가성소다와 반응시킨 후 열처리하여 제조한 무기다공체)에 미강유 제조 공장에서 배출되는 유기폐기물인 폐산성백토나 폐지방산 또는 검질과 혼합하고, 여기에 축산 분뇨와 혼합한 후 퇴비화 공정에 의해 퇴비를 제조할 수 있도록 한 것으로, 폐기물을 재활용하여 환경 문제의 해결에도 기여하고 수분조절제로 사용되는 톱밥의 비경제성과 긴 부숙기간의 단점 왔을 보완할 수 있는 효과적인 퇴비의 제조 방법을 제공한다.

Description

무기다공체와 유기 산업 폐물을 주제로 한 퇴비 및 그 제조방법

본 발명은 무기다공체와 유기 산업 폐기물을 주제로 한 퇴비에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 경량기포콘크리트(ALC: Autoclaved Lightweight Concrete)폐기물 또는 석탄회(Fly Ash)를 이용하여 제조한 다공체를 수분 조절제로 하고 검질, 폐지방산, 폐산성백토 등의 유기질 산업의 폐기물을 탄수공급원으로 한 퇴비 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

퇴비는 비효 물질의 공급은 물론 산성화된 토양의 개량, 토양의 물리화학적 성질을 개량하기 위한 목적으로 사용되는 것으로, 이를 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 발효 퇴빈ㄴ는 주원료인 축분 등에 톱밥과 같은 수분조절제와 발효촉진제를 혼합하여 1∼2개월 발효시켜 제조하는 것으로, 가장 일반적으로 쓰이는 것이다.

그러나 발효 퇴비는 제조 시에는 첫째 악취가 발생하는 등 작업 환경이 나빠 제조에 어려움이 있고, 둘째 수분조절제로 톱밥을 사용하기 때문에 제조 단가가 높을 뿐 아니라 구입에 어려움이 있으며, 또한 톱밥에 셀룰로오스가 다량 함유되어 있어 퇴비의 분헤기간이 길다는 단점을 갖고 있다.

이를 극복하기 위한 방법으로 산업 폐기물을 원료로 사용하여 퇴비의 경제성을 제고하고 동시에 환경문제를 해결하고자 하는 시도가 활발히 이루어지고 있다. 예를들면, 수분조절제로 도시폐기물 중 기저귀나 화장지 등을 활용하고자 하는 시도가 있었다.

그러나 이러한 시도는 퇴비의 경제성을 개선할 수 있지만, 도시폐기물 중 퇴비의 원료로 사용하고자 하는 대상폐기물의 선별 등에 많은 문제점이 있어 현실적으로 적용하기는 어렵다.

본 발명은 이러한 현실 하에서 폐기물을 재활용하여 환경 문제의 해결에도 기여하고 수분조절제로 사용되는 톱밥의 비경제성과 긴 부숙기간의 단점 등을 보완할 수 있는 무기다공체와 유기산업 폐기물을 주제로한 퇴비를 제공하는데 그 목적이 있다.

또 다른 본 발명의 목적은 무기다공체와 유기산업 폐기물을 주제로한 퇴비의 제조 방법을 제공하는데 있다.

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 무기다공체와 유기산업 폐기물을 주제로한 퇴비는, 무기다공체를 수분조절제로 하고, 유기질 산업폐기물을 탄소공급원으로 한 두 물질의 혼합물에 분뇨를 첨가한 후 수분함량 50∼70%가 되도록 조절한 후 퇴비화 공정을 진행시키는 데에 그 특징이 있다.

무기다공체로는 경량기포콘크리트 제조 업체에서 다량 발생하는 폐기물을 1mm 내외로 분쇄한 것이나, 화력발전소 등에서 다량 발생하는 석탄회를 가성소다와 반응시킨 후 열처리하여 다공질화 한 것을 수분저절제로 사용한다. 아울러 이러하 무기물계 수분조절제의 탄소원으로는 미강유 제조 공장에서 배출되는 폐산성백토, 폐지방산 또는 검질을 사용한다.

이 방법은 각종 폐기물을 활용한다는 측면 뿐 아니라 ALC 폐기물에 다량 함유된 규소(Si)이온이나 칼슘(Ca)이온을 식물에 공급하는 측면에서도 매우 유용하다. 필수 요소로서 비료의 3요소인 N, P, K 뿐 아니라 규소(Si) 이온이나 칼슘(Ca) 이온 역시 식물에 공급해야 할 미령 필수 요소이므로 본 발명에 의한 방법은 경제성뿐만 아니라 시용 효과의 측면에서도 매우 효과적으며, 실제 시용 효과는 구체적인 실시예에서 나타내기로 한다.

따라서 본 발명에 의해 퇴비를 제조할 때 ALC 제조업체 뿐만 아니라 화력발전소 및 미강유 제조업체로부터 부생되는 폐기물을 처리 비용을 받고 운반하여 투입할 수 있어 경제적인 측면에서 톱밥을 사용하는 경우에 비해 매우 경제적이다.

또한 ALC 중에 다량 함유된 칼슘(Ca) 이온는 톱밥의 셀룰로오스를 분해하는데 촉진제 역할을 하기 때문에 톱밥과 함께 혼용하여도 종래 퇴비 제조 방법에 비해 제조공정의 단축을 가져올 수 있다.

본 발명은 실시예에 의하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

무기다공체(ALC 폐기물의 분쇄물 또는 석탄회와 가성소다(NaOH)를 반응시켜 수열처리한 다공체)에 미강유 제조업체에서 발생하는 폐기물(폐산성백토, 폐지방산 또는 검질) 중 한가지 또는 두 가지 이상의 혼합물을 pH가 6.5∼8.0이 되도록 혼합한다.

이 혼합물 단독 또는 톱밥과의 혼합물을 인분, 계분, 돈분, 우분 등의 분뇨와 혼합하여 수분 함량 50∼70%가 되도록 조절한 다음 퇴비한 반응을 진행시켜 퇴비를 제조한다. 이 방법에 의한 제조한 퇴비의 효과를 알아보기 위해 무 및 배추에 적용하여 시험을 하였다.

[실시예 1]

1mm 내외로 분쇄한 ALC 폐기물 1240g과 폐산성백토 860g을 혼합한 후 축분 3520g과 혼합하여 퇴비화 장치에서 공기를 주입하면서 퇴비화 공정을 진행하여 퇴비를 제조하였다(시료-1)

[실시예 2]

1mm 내외로 분쇄한 ALC 폐기물 1773g과 폐지방산 225g을 혼합한 후 축분 2000g과 혼하여 실시예1과 같은 방법으로 쾨비를 제조하였다(시료-2)

[실시예 3]

1mm 내외로 분쇄한 ALC 폐기물 591g과 검질 85g을 혼합한 후 축분 2000g과 혼합하여 실시예1과 같은 방법으로 퇴비를 제조하였다(시료-3)

[실시예 4]

석탄회 5g과 고형 수산화나트륨 용액 5g을 송풍건조기를 사용해서 90∼130℃의 온도에서 가열 처리를 행한다. 그 후 혼합물을 용기에서 꺼내 분쇄해서 전처리 석탄회 시료로 사용하였다.

전처리 석탄회 10g과 2N 수산화나트륨 용액 100ml를 가하고 항온조를 사용하여 90℃에서 소정시간 수열 반응하여 제조된 다공체 1860g 폐지방산 250g을 혼합한 후 축분 3000g과 혼합하여 퇴비화 장치에서 공기를 주입하면서 퇴비를 제조하였다(시료-4)

[실시예 5]

1mm 내외로 분쇄한 ALC 폐기물 591g과 폐지방산 85g을 혼합한 후 다시 톱밥 168.8g과 혼합하고 축분 2000g과 혼합하여 실시예 1과 같은 방법을 사용하여 퇴비를 제조하였다(시료-5)

본 발명에 의해 제조된 퇴비의 실제 작물 및 토양에 미치는 영항을 알아보기 위하여 시료-1을 충남농촌진흥원에 시험 의뢰하였으며, 그 결과는 표1에 나타냈다.

퇴비화에 관한 간단한이론 및 상기 실시예 1∼5에서의 결과는 아래와 같다.

퇴비화란, 호기성(好氣性) 조건하에서 미생물의 활동에 의하여 유기물을 분해, 안정화시켜 여기서 생산된 부산물을 환경에 어떠한 부작용도 일으키지 않으면서 토양에 다시 적용할 수 있는 폐기물 처리 방식이라고 정의할 수 있다.

호기성 퇴비화라 함은 공기(산소)의 존재 하에서 유기 물질을 분해하는 것인데, 주요 생성물로는 안정한 물질 및 CO₂H₂O, 열 등이 있다.

또한 혐기성(嫌氣性) 퇴비화는 공기(산소)가 없는 상태에서 유기 물질을 분해하는 것인데, 대사의 산물로는 CH₄CO₂및 저분자 유기산 등이 있다. 그러나 이 방법은 유기산 등의 중간 생성물에 의해 악취가 발생하기 때문에 대부분의 퇴비화는 호기성 조건하에서 행해진다.

유기물의 호기성 분해과정을 간단히 나타내면 아래와 같다.

호기성미생물

유기물 + O₂ 안정한물질 + CO₂+ H₂C + N_O3+ S_O ^2- ₄+ 열

이와 같이 유기물은 호기성 미생물에 의하여 비교적 안정된 물질로 분해되고, 불질의 분해 과정에서 CO₂및 H₂O등을 생성되고 열이 발생하게 된다. 따라서 퇴비더미의 온도가 상승하게 되므로 미생물의 활동이 활발하게 진행되거 분해가 더욱 촉진된다. 퇴비화에 관여하는 미생물은 하수나 폐수 처리에서와 같이 다양하며 그 중에서도 박테리아, 균류, 방선균류 등이 주종을 이루고 있다.

퇴비화 반응이 진행되면서 퇴비 물질는 미생물학적으로 안정되어 균일난 물질로 변하고 색깔은 짙은 갈색을 띄게 된다. 또한 부식질(Humus) 함량이 증가하고 냄새도 발생하지 않는다.

각 실시예(실시예 1∼5)의 결과를 표 1에 나타냈다.

퇴비화 과정에서 용해성 기질이 풍부한 초기단계에는 탄소원의 호기성 분해에 의하여 온도가 상승하며 이 때 높아진 온도에 의하여 병원균이 사멸하게 된다. 표 1에서 보는 바와 같이 각 실시별 최고 온도는 59∼64℃로 호기성 미생물의 활동이 양호한 것으로 나타났으며, pH는 초기에 비하여 약간 높아지는 경향을 보였다.

퇴비의 숙성도를 판단하는 기준은 잘 알려지지 않았으나, 대개는 온도변화 및 △pH와 함께 C/N비의 변화를 통해 숙성도를 판단할 수 있다. C/N비는 퇴비화 원료 물질의 종류에 따라 차이는 있지만 대개(나중 C/N비)(초기 C/N비)가 0.75 이하이면 퇴비화가 완료된 것으로 본다. 표 1에서와 같이(최종 C/N)(C/N)의 비가 톱밥이 첨가되지 않은 시료-1∼시료-4에서는 퇴비화 개시 20일에 0.66∼0.71의 비를 보여 35일에 0.74의 비를 나타낸 시료-5에 비하여 부숙기간이 빠른 것으로 나타났으며, 또 다른 숙성도 판단 기준인 △pH에서도 이와 유사한 결과를 보이고 있다. △pH를 측정하는 방법은 시료 2.5g을 증류수 10ml흐로 희석하여 pH를 측정하고 다시 이 희석액을 유리병에 가득 담고 공기가 스며들지 않도록 마개르 하여 55℃에서 24시간 동안 분해시킨 후 pH를 측정한다. 분해가 덜된 시료의 경우에는 24시간 동안 염기성 분해로 인하여 유기산이 발생하여 pH가 낮아지게 된다. 이러한 24시간 전, 후의 pH차이로 퇴비물질의 분해 정도 즉, 숙성도를 알 수 있다. 앞에서 언급한 바와 같이 시료-1∼시료-4는 제조 개시 20일에 0.56∼0.62를 나타낸 반면 톱밥이 첨가된 시료-5는 개시 35일 후에도 0.75를 나타내 부숙기간이 긴 것으로 나타났다.

[표 1] 실시예 1∼5에서 제조된 퇴비의 시험 결과

위에 실시에에 의해 제조된 퇴비중 시료-1을 선택하여 충남 농촌진흥원에 의외하여 시험하였다. 시료-1의 조성 및 중금속 함량은 표 2, 표 3, 표 4에 나타냈고, 각각의 처리 내용은 표 5에 그리고 시험 결과는 표 6, 표7, 표 8에 나타냈다. 표 2와 표 3에서 보는 바와 같이 비료의 3요소 중 N과 K가 각각 3.67%와 0.37% 함유되어 있어 Higgins'의 퇴비 물질 분류 기준과 비교하여 고급에 속하는 것으로 나타났다.

[표 2] 시료-1의 성분 조성

[표 3] Higgins' 의 퇴비물질 분류 기준

그리고 시료-1의 안정성을 확인하기 위해 중금속 함량을 측정하다. 중금속은 토양에 집적하거나 인체에 치명적 역할을 하기 때문에 그 함량은 매우 중요한 의미를 지닌다. 측정 결과 Cu, Dd, Zn, Pb 모두 Higgins' 의 분류 기준에 비교하여 낮은 값을 보여 안정성 면에 있어서도 우수한 것으로 나타났다(표4 참조).

[표 4] Higgins' 의 분류 기중과 시료-1의 중금속 함량

[표 5] 무와 배추에 대한 처리내용(시료-1)

본 발명에 의해 제조된 시료-1을 배추에 적용한 결과를 표 6에 나타내었다. 배추에 있어서 중간 생육은 화학 비료(시험구1)나 시료-1(시험구 2, 3, 4)간에 뚜렷한 차이가 없었으나 시료-1 시험구 3에서 초장(길이)이 가장 높은 19.3㎝로 나타났고 또한 엽수 및 엽폭에서도 각각 14매, 10.0㎝로 가장 높게 나타났다. 그리고 수확 직전의 생육 상황은 화학 비료(시험구 1)에 비하여 시료-1 시험구3(20㎏-N/10a), 시험구4(30㎏-N/10a)에서 초장(길이), 엽수, 엽폭 등에서 약간 높은 결과를 얻었고, 생체 중이 581∼586g으로 다른 시험구와 비교하여 20% 이상 높게 나타났다.

무의 현장 재배의 결과는 표7에 나타냈다. 무의 경우는 중간 생육에는 뚜렷한 차이를 보이지 못하였고, 수확 직전 생육 상황은 화학 비료 시험구1에 비하여 시료-1의 시험구2, 3, 4에서 초장(길이)이 약 3㎝정도 높은 결과를 얻었다. 그리고 뿌리의 길이도 시료-1 시험구3과 4에서 8.6㎝으로 가장 높게 나타났고, 생체중에서는 시험구2를 제외하고는 별다를 차이가 없는 것으로 나타났다.

[표 6] 배추의 재배 결과

[표 7] 무의 재배 결과

화학비료 및 시료-1의 비효성의 평가 이외에도 각각이 비료로 처리한 토양의 시험전, 후의 각 성분 함량을 측정하여 토양의 개량 효과에 대해 분석하였다. 표 8에 시험 유표인산 및 교환성 양이온, 그리고 양이온 교환능은 증가한 것으로 나타났다. 따라서 시표-1이 토양의 개량 효과가 있는 것으로 보인다.

[표 8] 무와 배추에 대한 처리 전, 후의 토양 특성

실시예에서는 무와 배추에 관해서만 시용 효과를 보였으며, 본 발명에 의해 제조된 퇴비는 형상 제어를 통해 수도 작물, 원예 작물, 화훼, 임산 작물, 잔디 등에 사용할 경우도 우수한 결과를 보일 것이며, 또한 수요의 확대에도 기여할 것으로 판단된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 퇴비는 폐기물을 재활용하여 환경 문제의 해결에도 기여하고 수분조절제로 사용되는 톱밥의 비경제성과 긴 부숙기간의 단점 등을 보완할 수 있는 장점을 갖고 있다.

Claims (5)

1. 무기다공체를 수분조절제로 하고, 유기질 산업폐기물을 탄소공급원으로 한 두 물질의 혼합물에 분뇨를 첨가한 후 수분 함량 50∼70%가 되도록 조절한 후 퇴비화 공정을 진행시키는 것을 특징으로 하는 무기다공체와 유기산업체폐기물을 주제로 한 퇴빙의 제조 방법.
2. 제1항에 있어서, 유기질 산업폐기물이 미강유 제조 공장에서 발생되는 폐지방산, 폐산성백토, 검질중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 무기다공체와 유기산업폐기물을 주제로 한 퇴비의 제조 방법.
3. 제1항에 있어서, 무기다공체가 ALC 제도 업체에서 발생하는 ALC 폐기물과 화력발전소에서 배출되는 석탄회를 가성소다와 반응시켜 수열 처리한 다공체에서 선택된 1종임을 특징으로 하는 무기다공체와 유기산업폐기물을 주제로 한 퇴비의 제조 방법.
4. 제1항에 있어서, 무기다공체와 유기질 산업폐기물의 혼합물에 분뇨를 첨가시 부재료도 톱밥응 추가로 혼용시킴을 특징으로 하는 무기다공체와 유기산업폐기물을 주제로 그리하여 퇴비의 제조 방법.
5. 제1항 내지 제 4항에 의해 제조된 무기다공체와 유기산업폐기물을 주제로한 퇴비.

   ※ 참고사항 : 최초출원 내용에 의하여 공개하는 것임.