KR100254037B1 - 칼륨을 주제로 한 알칼리성 수질 및 토양 개량제 수용액 조성물과 그 조성물의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 칼륨을 주제로 한 알칼리성 수질 및 토양 개량제 수용액 조성물과 그 조성물의 제조방법을 개시한다.

그 조성물은 규산칼륨(K₂O·nSiO₂H₂O), 탄산칼륨(K₂CO₃), 구연산 칼륨(K₂C₆H₅O₇), 황산카리(K₂SO₄) 및 붕사(Na₂B₄O₇)를 용해한 수용액으로서, 계속 60℃이상의 온도로 유지하면서 규산칼륨(K₂O·nSiO₂H₂O), 탄산칼륨(K₂CO₃), 구연산 칼륨(K₂C₆H₅O₇) 및 황산카리(K₂SO₄)를 순차로 교반, 용해시키고 붕사(Na₂B₄O₇)를 60℃이상의 물에 용해시킨 붕사수용액을 추가로 첨가하여 교반, 용해시킨 뒤, 서서히 상온으로 냉각시킴으로써 제조된다.

이에 따라, 용존산소량(DO)을 증대시킬 수 있으며, 수질을 중성 내지 약알칼리성화시켜 개선할 수 있고, 산성토양을 중성 내지 알칼리성화시킬 수 있으며, 나아가 토양의 구조를 개량할 수 있어 공해 등에 따른 환경오염을 획기적으로 방지 내지 제거할 수 있을 뿐만 아니라 식물이나 어류의 생장을 향상시킬 수 있는 등의 효과가 있다.

Description

칼륨을 주제로 한 알칼리성 수질 및 토양 개량제 수용액 조성물과 그 조성물의 제조방법

본 발명은 칼륨을 주제로 한 알칼리성 수질 및 토양 개량제 수용액 조성물과 그조성물의 제조방법에 관한 것으로, 용존산소량(DO)의 증대와 중성 내지 알칼리성화시켜 수질을 개선할 수 있고, 토양의 산도 및 구조를 개량할 수 있는 칼륨을 주제로 한 알칼리성 수질 및 토양 개량제 수용액 조성물과 그 조성물의 제조방법에 관한 것이다.

생태계에는 물, 토양, 태양에너지, 공기 등의 환경과 녹색 식물, 식물성 플랑크톤 등의 생산자와, 초식, 육식 동물인 소비자와, 미생물 곰팡이 등의 분해자로 구성되어 물질과 에너지가 사이클을 이루면서 계속 순환하고 있다.

그러나, 최근의 공업발달에 따른 공업폐기물, 배기가스, 분뇨, 화학비료 등의 증대로 인해 생태계에 큰 영향을 미쳐 그 평형이 깨어지고 있다. 특히, 대기오염과 수질오염이 심하여지고 나아가 토양이 부폐되기에 이르러 더욱 식물, 어류 등의 생육에 큰 지장을 초래하여 생태계의 변화가 인류의 생존에 큰 위협을 가하고 있는 실정이다.

이와 같은 원인, 즉 최근의 하천, 호수 등의 도시하수 내지 공장폐수 등으로 인한 수질오염이나 직접적인 토양의 오염, 또는 공기 오염에 의한 간접적인 원인에 의해 산소가 부족하게 되고, 탄산이 증가하게 되어 토양에 흡착된 K⁺(칼륨이온)이 빗물에 함유된 탄산에 의해 즉, H⁺(수소이온)에 의해 유실되게 됨으로써 자정능력을 상실하게 되고 음용수로서 부적합하게 할 뿐만 아니라, 생태계를 파괴하기에까지 이르렀다.

또한, 더욱 대량으로 발생하는 각종 음식물찌꺼기, 분뇨 등의 폐유기물이 산성발효를 통해 저분자유기산으로 분해되고 그 저분자유기산인 초산, 프로피온산, 낙산 등은 최종적으로 초산으로 분해되게 되며, 이와 같은 초산은 약산성이기 때문에 다음과 같이 해리된다.

CH₃COOH↔CH₃COO^-+H⁺

초산은 PH값이 4.75이고 산의 87%가 PH 4에서 다 해리되지 못하는 반면, PH 6에서는 95%가 해리된다.

토양은 미생물에 의한 분해 생성물과 균사들에 의해 입단구조 즉, 떼알구조로 되고 그 떼알구조의 토양에는 수많은 공극이 형성되어 공기소통과 투수성이 원활하며 보수력이 증대되어 중금속 유해물질 해독 작용, 지온상승작용, 각종화학반응 촉진으로 양분의 가급태화가 가능하고 작물의 뿌리의 생장을 촉진시키며 유익한 길항균의 증식을 도모하여 병충해의 발생을 완화시키며, 점토와 부식은 음전하(-) 상태로 되고 양전하(+)를 띤 Ca⁺⁺, Mg⁺⁺, K⁺, Na⁺등이 흡착되어 전기적 중화를 이루게 되며 비료 등으로 공급된 양이온들이 유실, 용탈되지 않고 작물이 이용될 수 있는 형태로 보존되게 되는 것이 바람직하다.

그러나, 화학비료 등으로 미생물들이 사멸하여 토양의 구조가 단립구조로 변화를 일으키며 토양이 염류가 집적되면 작물의 뿌리가 다치거나 필요 성분 등이나 수분의 흡수저해현상 등이 일어나 생육에 방해를 받게 된다. 이 경우 K⁺의 흡착력이 약해지게 되고 토양으로부터 더욱 그 유실상태가 커지게 되고 더욱 생물의 생육을 저해하게 된다.

한편, 지구의 지각에는 나트륨과 칼륨이 거의 같은 양으로 존재한다. (각각 2.83%와 2.59%). 그러나, 해수는 NaCl을 2.8% 포함하고 있지만, KCl을 0.08%포함하고 있다. 이와 같은 차이는, 육지에는 이들 두 염이 상대적으로 거의 같은 양으로 존재하고 또한 Na와 K는 이를 포함하는 광물들로부터 나트륨과 칼륨의 염이 빗물에 녹아 수세기에 걸쳐 하천 등을 통해 바다로 운반되지만, 칼륨은 식물생장에 있어서 중요한 요소가 되어 지하수에 존재하는 칼륨의 많은 양이 식물에 의해 우선적으로 섭취되는 한편, 나트륨이온은 바다로 계속 유입되기 때문이다. 대부분의 식물은 나트륨보다 칼륨을 4∼6배 더 많이 함유하고 있다. 이에 따라 칼륨화합물은 비료로써의 용도가 중요하다.

본 발명은, 상술한 문제점들을 감안하고 칼륨의 기능에 착안하여 이루어진 것으로, 용존산소량(DO)을 증대시킬 수 있으며, 수질을 중성 내지 약알칼리성화시켜 개선할 수 있고, 산성토양을 중성 내지 알칼리성화시킬 수 있으며 나아가 토양의 구조를 개량할 수 있는, 칼륨을 주제로 한 수질 및 토양 개량제 수용액 조성물과 그 조성물의 제조방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 규산칼륨(K₂O·nSiO₂H₂O)이 50 내지 70g, 탄산칼륨(K₂CO₃)이 60 내지 70g, 구연산 칼륨(K₂C₆H₅O₇)이 20 내지 40g, 황산카리(K₂SO₄)가 5 내지 10g, 그리고및 붕사(Na₂B₄O₇)가 20 내지 40g의 비율로 물에 용해된 것을 특징으로 하는, 칼륨을 주제로 한 알칼리성 수질 및 토양 개량제 수용액 조성물을 제공한다.

상기 조성물에는 설탕이 첨가되어 사용될 수 있다.

또한, 본 발명은, 온도를 60℃이상으로 유지하면서, 물 800cc에 규산칼륨(K₂O·nSiO₂H₂O)을 50 내지 70g 비율로 용해시켜 1차 수용액을 형성하고, 그 1차 수용액에 탄산칼륨(K₂CO₃)을 60 내지 70g 비율로 용해시켜 2차 수용액을 형성하며, 그 2차 수용액에 구연산 칼륨(K₂C₆H₅O₇)을 20 내지 40g 비율로 용해시켜 3차 수용액을 형성하고, 그 3차 수용액에 황산카리(K₂SO₄)를 5 내지 10g 비율로 용해시켜 상기 4차 수용액을 형성하며, 그리고 붕사(Na₂B₄O₇)를 20 내지 40g 비율로 60℃ 이상의 물로 200cc에 용해시킨 붕사수용액을 상기 4차 수용액에 용해시킨 후에 20℃이하로 냉각시킴으로써 제조되는 것을 특징으로 하는, 칼륨을 주제로 한 알칼리성 수질 및 토양 개량제 수용액 조성물의 제조방법을 제공한다.

이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

본 발명은 칼륨을 주제로 한 수용액으로써 하천이나 음용수에 첨가함으로써 용존산소량(DO)을 증대시킬 수 있으며, 수질을 중성 내지 약알칼리성화시켜 개선할 수 있는 것에 특징이 있고, 또한, 토양에 뿌려 산성토양을 중성 내지 알칼리성화시킬 수 있고 나아가 토양의 구조를 개량할 수 있는 것이다.

본 발명에 따른 칼륨을 주제로 한 수질 및 토양 개량제 수용액 조성물은, 규산칼륨(K₂O·nSiO₂H₂O), 탄산칼륨(K₂CO₃), 구연산 칼륨(K₂C₆H₅O₇) 및 황산카리(K₂SO₄)를 순차로 물에 용해시키고, 붕사(Na₂B₄O₇)를 용해한 수용액을 첨가하여 용해시킴으로써 제조된다.

이와 같이 제조됨으로써 본 발명에 따른 조성물은, 규산칼륨(K₂O·nSiO₂H₂O), 탄산칼륨(K₂CO₃), 구연산 칼륨(K₂C₆H₅O₇), 황산카리(K₂SO₄) 및 붕사(Na₂B₄O₇)를 함유하게 된다.

구체적으로 본 발명의 수용액 조성물은, 그 일실시예에 따라서는 물 1000cc에 대해 50 내지 70g의 규산칼륨(K₂O·nSiO₂H₂O), 60 내지 70g의 탄산칼륨(K₂CO₃), 20 내지 40g의 구연산 칼륨(K₂C₆H₅O₇), 5 내지 10g의 황산카리(K₂SO₄). 그리고 20 내지 40g의 붕사(Na₂B₄O₇)가 용해됨으로써 수질 내지 토양의 개량에 가장 바람직한 것으로 나타났다.

또한, 설탕을 첨가함으로써 미생물의 증식에 더욱 효과적인 것으로 나타났다.

이와 같은 칼륨을 주제로 한 수질 및 토양 개량제 수용액 조성물의 제조방법은, 다음과 같다.

먼저, 상기 규산칼륨(K₂O·nSiO₂H₂O), 탄산칼륨(K₂CO₃), 구연산 칼륨(K₂C₆H₅O₇), 황산카리(K₂SO₄) 및 붕사(Na₂B₄O₇)의 수용액을 형성하기 위하여 본 발명의 조성물의 제조중에 물을 가열하여 계속 60℃이상 (바람직하게는 90℃이상)의 온도로 유지시킨다.

즉, 물 800cc를 60℃이상(바람직하게는 90℃이상)의 온도로 유지하면서, 규산칼륨(K₂O·nSiO₂H₂O)(겔상의 액체)을 50 내지 70g 비율로 용해시켜 1차 수용액을 형성한다.

그 1차 수용액에 60℃이상을 유지하면서 탄산칼륨(K₂CO₃) 분말을 60 내지 70g 비율로 용해시켜 2차 수용액을 형성하며, 그 2차 수용액도 60℃이상을 유지하면서 구연산 칼륨(K₂C₆H₅O₇) 분말을 20 내지 40g 비율로 용해시켜 3차 수용액을 형성하며, 그 3차 수용액도 60℃이상을 유지하면서 황산카리(K₂SO₄) 분말을 5 내지 10g 비율로 용해시켜 4차 수용액을 형성한다. 이와 같이 용해시키기 위해서는 60℃이상을 유지하면서도 약 10분이상 교반하여 주어야 한다.

그 뒤, 붕사(Na₂B₄O₇)를 20 내지 40g 비율로 60℃ 이상의 물 200cc에 용해시킨 붕사수용액을 상기 4차 수용액에 60℃이상을 유지하면서 교반하여 완전히 용해시킨다. 이와 같이 완전하게 용해되면, 맑고 투명한 액체로 된다. 그 후, 20℃이하로 냉각시킴으로써 본 발명에 따른 칼륨을 주제로 한 수질 및 토양 개량제 수용액 조성물이 제조된다. 그 조성물 원액의 PH는 12이었으며, 비중은 1.12이었다.

더욱 고농도 농축시키기 위해서는 온도를 높이고 물의 양을 상대적으로 감소시키며 교반시간을 더욱 길게 함으로써 가능하였다.

이와 같이 제조된 본 발명의 구성에 따른 칼륨을 주제로 한 수질 및 토양 개량제 수용액 조성물을 이용하여 그 작용 및 효과를 실험한 결과는 다음과 같다.

먼저, 순수한 증류수에 본 발명에 다른 칼륨을 주제로 한 수질 및 토양 개량제 수용액 조성물(이하 "시료"라 한다)을 희석하였을 때, 희석후 23초 내지 2분 경과시 변화되는 용존산소량과 PH는 다음과 같았다.

이상에서 그 측정방법으로는 비색계 측정을 하였으며, 측정기구로는 캐미트 R-7512를 이용하였다. 상술한 바와 같이 100 내지 300배 희석시킨 때에 용존산소량이 약 16.7% 증가하였으며, PH가 8이상으로 약 알칼리성화하였따. 또한, 1000배로 희석한 경우에도 1시간 후에 측정한 결과 용존산소량(DO)이 6.5로 늘어나는 것으로 측정되었다. 따라서, 정체수의 경우 용존산소량(DO)이 2-3정도이고, 샘물의 경우 5정도로서 용존산소량이 5이상이면 산소량이 많아 물이 맑게 되기 때문에 본 발명의 조성물을 약간만 첨가하더라도 장시간 경과 후에는 더욱 큰 효과가 예상되어 오염된 수질을 획기적으로 개선시킬 수 있을 것으로 예상된다.

다음에 더욱 현실적인 양식장의 수질오염에 대한 개선효과를 측정하였다.

전남소재의 동원양식장에서 시험하였고 시험기간은 1개월로 시험어류로서는 광어를 선택하였으며, 시험 어류수량은 본 발명의 시험군과 종래의 대조군을 각각 100,000수로 하였고, 생사료를 준비하여 투여하였다.

즉, 시험군에 투여되는 생사료는 다음과 같이 제조하였다.

즉, 미강(쌀겨) ton당 본 발명의 시료 1.5미터를 넣고 백설탕 2-3kg와 소금 1kg을 물에 희석하여 수분이 30%정도 되게 뿌려서 미강발효사료로 발효시킨다. 그 발효기간은 봄, 여름, 가을 온도 차이에 따라 7-10일 정도면 완전 발효되고 겨울철에는 6-7일경부터 발효가 시작되어 15일 정도 되면 완전 발효되었다. 그 뒤, 그 미강 발효 사료를 생고등어, 정어리, 명태, 기타 잡어 등에 4-5 중량% 첨가하여 발효시킨 생사료를 펠렛형태로 제조하여 시험군의 양식자에 투여하였다.

대조군에 투여되는 생사료는 본 발명의 시료로 발효시킴이 없이 투여하였다.

그 결과, 사료섭취율에 있어서 대조군은 70-75%에 불과하였으나, 시험군의 경우 97-100% 섭취율이 나타남으로써 대조군보다 시험군이 27-30% 소화율이 향상되었고 찌꺼기 내지 침전물이 발생하지 아니하여 수질의 오염이 크게 감소되었다.

또한, 대조군은 1일에 2회 양식장 물을 교환하여 관리하고 있으나, 시험군은 15일에 한번씩 교환하여도 오히려 시험군은 항생제를 일체 사용하지 않았는데도 현재까지 질병이 전혀 발생하지 않았다. 이에 반해 대조군은 질병이 자주 발생하여 여러가지 항생제를 사용하여야 하였다. 따라서, 양식장이 전혀 수질오엽원으로 되지 않았고 질병에 탁월한 효과가 있었다.

또한, 성장면에서도 대조군은 14-15개월 정도 성장시켜 출하시키던 것을 본 발명을 이용한 시험군에 있어서는 12-3개월만에 출하할 수 있어 대조군보다 시험군이 17% 더 성장률을 보였으며, 육질 면에서도 대조군 광어보다 시험군 광어 육질이 쫄깃쫄깃하였다.

따라서, 본 발명의 조성물을 이용하므로써 수질오염 방지, 질병예방 효과, 성장촉진효과, 육질 개선효과가 있어 해양 오염방지와 더불어 소비자들에게 질 좋은 무공해 어류를 공급할 수 있게 되었다.

또한, 토양에 대한 실험 결과에 있어서도 토양에 살포했을 때, 산성토양이 알카리화되면서 토양속의 공극량이 증대하였고 이에 따라 수분과 양분의 유실을 막을 수 있어 식물의 생장을 돕고 뿌리의 호흡을 활발하게 하게 되었다.

단립구조의 토양은 큰 입자들로 뭉쳐 있어 큰 공극만이 발생하고 공극량이 정렬의 경우 47.64%정도, 사열의 경우 25.9%정도이어서 그 큰 공극을 통해 각종 양분이 유실되고 전체적으로 작은 공극으로 인해 통기도가 저하되어 호기성 미생물의 번식과 활동이 억제되고 근류균이나 아조박테리아 등도 질소를 고정하지 못하게 된다. 이 경우, 통기도를 향상시키기 위해 작토의 입단화를 도모하고 하층상의 심경(沈耕) 또는 표토를 통해 그 효과를 지속하여야 한다는 번거러움이 있다. 그러나, 입단구조의 토양에서는 작은 입자들로 구성되어 있어 큰 공극뿐만 아니라 작은 수없는 공극이 형성되어 공극량이 정렬의 경우 72,58% 정도, 사열의 경우 45.17 내지 61.23% 정도이어서 그 작은 수없는 공극에 각종 양분이 포획 내지 흡착되어 유실됨이 없게 되고 전체적으로 통기도는 향상되게 된다. 이에 따라, 사과나무의 경우 뿌리의 생존을 위해 최소 3%, 그 생장을 위해서는 5 내지 10% 또, 새로운 가는 뿌리의 생장을 위해서는 12%가 요구된다.

본 발명의 조성물을 희석시켜 토양에 살포함으로써 산성의 단립구조의 토양이 입단구조로 되어 탄소와 산소량을 증대시킬 수 있게 되고 호기성 미생물을 단시간에 증식시킬 수 있게 되며, 혐기성 미생물은 단시간내에 사멸된다. 더욱, 이러한 현상으로 토양의 미생물에 의한 분해 생성물과 균사들에 의해 토양이 단립구조로부터 입단구조(떼알구조)로 구조변화가 신속하게 일어난다. 또한, 토양의 입자들 사이에 공극이 대량으로 형성되어 공기소통과 투수성을 원활하게 할 뿐만 아니라 보수력을 증대(작물 뿌리의 생장 촉진) 시키고 중금속 유해물질을 분해, 해독시키며, 나아가 지온을 상승시켜 각종 화학반응 촉진으로 양분을 최대한으로 가용화 내지 가급태화가 가능하였다. 즉, 점토와 부식은 음전하(-) 상태에서 양전하(+)를 띤 Ca⁺⁺, Mg⁺⁺, K⁺, Na⁺등이 흡착되어 전기적 중화를 이루게 됨으로써 비료 등으로 공급된 양이온의 양분이 유실, 용탈됨이 없어 작물에 이용될 수 있는 형태로 보존될 수 있게 되었다.

또한, 산성토양이 중성 내지 알칼리성 토양으로 개량되어 작물의 영양흡수가 증대되었다.

기타, 본 발명의 칼륨을 주제로 한 알칼리성 수용액 조성물은, 탄소동화작용과 호흡작용에 관여하여 생장이 왕성한 생장점형성층 세도조직 활성화 꽃눈 분화를 좋게 하고 가지와 잎의 조직을 튼튼히 하며, 고실 성숙을 촉진하고 당분 함량을 증진, 신맛을 적게 하여 품질을 좋게 한다. 또한, 생리적 낙과 방지, 단백질 합성 탄수화물대사에 관여, 중산작용조절, 탄수화물이동촉진, 병충해예방, 식물의 체내의 유기산 유해물질의 생체내 중화, 유기물을 이온화한 알칼리성 음이온으로 항균, 항바이러스, 숙성기능, 단백질 유기화합물의 독성분해로 식물체의 병해예방, 작물의 자외선 차단효과, 염기제거 및 연작장애 해소, 양분 흡수 증진으로 격년 결실예방, 과육의 질이 단단해짐, 착색이 좋아지며 저장성이 뛰어남 등의 부수적인 효과가 있게 된다. 이와 같은 부수적인 효과들은 결국 수질이나 토양에 미치는 칼륨이온의 기능 내지 알칼리성의 기능으로 판단된다.

이상에서 설명한 본 발명의 실시예들에 따른 칼륨을 주제로 한 알칼리성 수질 및 토양 개량제 수용액 조성물 및 그 제조방법의 구성과 작용에 의하면, 칼륨을 주제로 한 알칼리성 수용액을 이용하여 용존산소량(DO)을 증대시킬 수 있으며, 수질을 중성 내지 약알칼리성화시켜 개선할 수 있고, 산성토양을 중성 내지 알칼리성화시킬 수 있으며, 나아가 토양의 구조를 개량할 수 있어 공해 등에 따른 환경오염을 획기적으로 방지 내지 제거할 수 있을 뿐만 아니라 식물이나 어류의 생장을 향상시킬 수 있는 등의 효과가 있다.

이상에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 일실시예에 의해 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 이에 의해 제한되는 것은 아니고, 당업자의 통상적인 지식의 범위 내에서 그 변형이나 개량 내지 응용이 가능하다.

Claims (2)

1. 물 1000cc에 대해 규산칼륨(K₂O·nSiO₂H₂O)이 50 내지 70g, 탄산칼륨(K₂CO₃)이 60 내지 70g, 구연산 칼륨(K₂C₆H₅O₇)이 20 내지 40g, 황산카리(K₂SO₄)가 5 내지 10g, 그리고 붕사(Na₂B₄O₇)가 20 내지 40g 의 비율로 물에 용해된 것을 특징으로 하는, 칼륨을 주제로 한 알칼리성 수질 및 토양 개량제 수용액 조성물.
2. 온도를 60℃이상으로 유지하면서, 물 800cc에 규산칼륨(K₂O·nSiO₂H₂O)을 50 내지 70g 비율로 용해시켜 1차 수용액을 형성하고, 그 1차 수용액에 탄산칼륨(K₂CO₃)을 60 내지 70g 비율로 용해시켜 2차 수용액을 형성하며, 그 2차 수용액에 구연산 칼륨(K₂C₆H₅O₇)을 20 내지 40g 비율로 용해시켜 3차 수용액을 형성하고, 그 3차 수용액을 황산카리(K₂SO₄)를 5 내지 10g 비율로 60℃ 이상의 물 4차 수용액을 형성하며, 그리고 붕사(Na₂B₄O₇)를 20 내지 40g 비율로 60℃이상의 물 200cc에 용해시킨 붕사수용액을 상기 4차 수용액에 용해시킨 후에 20℃이하로 냉각시킴으로써 제조되는 것을 특징으로 하는, 칼륨을 주제로 한 알카리성 수질 및 토양 개량제 수용액 조성물의 제조방법.