KR100697671B1 - 점토질성 미립토의 이화학성을 개선하고 중금속에 오염된토양을 복원하는 토양 개량제, 이의 제조 방법 및 이를이용한 토양 개량 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 해상(海床), 호상(湖床), 하상(河床) 퇴적토, 항만준설토(港灣浚渫土), 논토양 및 하수처리과정의 슬러지 등 통기 불량, 배수 불량의 문제점을 가진 모든 점토질성 미립토의 물리성의 문제와 생장에 부적합한 pH, 과다 이온 등의 치환 등 화학성의 문제를 개량하고, 산업 발달로 인하여 중금속 등에 오염된 토양을 복원하도록 하는 토양 개량제, 토양 개량제의 제조 방법 및 토양 개량제를 이용한 토양의 개량 방법에 대한 것으로서, 토목 측면에서는 복토재, 매립재 또는 연약 지반의 안정화 기간을 단축시키고, 식물이 정상적 생장, 경제적 생장을 할 수 있도록 하는 식재용 토양과 배수층재의 제공, 한걸음 더 나아가 중금속에 오염된 토양 등을 복원, 개량하여 토목 측면의 이용, 식재용 토양, 배수층재 활용과 함께 퇴적토, 논토양, 슬러지 등을 토사 매몰지, 채석장, 폐광산 및 산불 지역의 복원 토양재, 인공용토 등으로 활용할 수 있도록 하는 토양 개량제, 토양 개량제의 제조 방법 및 토양 개량제를 이용한 토양의 개량 방법에 관한 것이다.

토양 개량, 준설토, 퇴적토

Description

점토질성 미립토의 이화학성을 개선하고 중금속에 오염된 토양을 복원하는 토양 개량제, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 토양 개량 방법{SOIL CONDITIONER IMPROVING PHYSIOCHEMICAL PROPERTIES OF CLAYED GRANULE AND RESTORING SOIL CONTAMINATED WITH HEAVY METALS, PROCESS OF MANUFACTURING THEREOF AND PROCESS OF CONDITIONING SOIL THEREWITH}

도 1은 준설토의 자연 배수를 목표로 한 30 ㎝ 높이 노지 포설 사진.

도 2는 준설토 노지 포설 2 ~ 3 일 후 준설토로부터 배수되는 물의 상태 사진.

도 3 및 도 4는 토양 개량제 살포 전과 살포 후 25일째를 보이는 것으로서 주변에서 천이된 식물들이 자라고 있음을 보이는 사진.

도 5는 투수 장치의 설치 사진.

도 6 및 도 7은 개흙의 투수 전, 후의 비교 사진.

도 8 내지 도 11은 개량된 개흙의 생장 비교 시험 사진.

도 12는 샌드 필 오우거 홀(Sand Fill Augar Hole) 법에 의한 2개월 후 각 처리구별 수리전도도 변화 비교 그래프.

도 13은 개량 전, 후 강저 준설토의 투수 속도 비교 그래프.

도 14는 개량 전, 개량 후 강저 준설토의 생장량 비교 시험 결과 그래프(지 수).

도 15는 개량 전, 개량 후 한강 퇴적토의 생장량 비교 시험으로서 1차 측정시 벤트그라스의 생장 상태 사진.

도 16은 개량 후 퇴적토와 시중 판매 인공용토의 생장량 비교 시험 결과 그래프(지수).

도 17은 개량 후 퇴적토와 시중 판매 인공용토와의 생장량 비교시험으로서 1차 측정시 벤트그라스의 생장 상태 사진.

도 18 내지 도 25는 개량 전, 후 퇴적토의 중금속(각각 Cd, Cr, Cu, Ni, Pb, Zn, Hg, As, 단위 : ppm) 함량 측정 결과를 보이는 그래프.

도 26은 생산 부숙토 A, B와 공정 규격과의 유기물 비교 그래프.

도 27은 생산 부숙토 A, B와 공정 규격과의 OM/N 율(유기물 대 질소의 비) 비교 그래프.

도 28은 생산 부숙토 A, B와 공정 규격과의 염분 비교 그래프.

도 29는 생산 부숙토 A,B 와 공정 규격과의 중금속 비교 그래프.

도 30은 무처리구에 대한 처리구의 이화학성 변화량 비교 그래프.

도 31 내지 도 34는 개흙의 통기, 배수 촉진 처리구별 처리 3 개월 후의 개흙의 상태 사진.

해상(海床), 호상(湖床), 하상(河床) 퇴적토, 항만준설토(港灣浚渫土), 논토양 및 하수처리과정의 오니성 슬러지 등의 점토질성 미립토는 토목용 및 식물식재용 토양 재료로 사용함에 있어서 이화학성의 문제가 많기 때문에 직접 활용하는 것은 불가능하다.

토목적으로 이들 재료를 직접 사용하여 지반층을 조성할 경우에는 토양 중의 수분이 증발 내지는 배수되지 않아서 지반이 안정화되는데 많은 시간이 요구되고, 또한 지반층을 조성한다 하여도 시간이 지나면서 균열, 침하의 위험이 따른다.

식재 기반 토양으로 이용할 경우에는 토양 표면이 경결하고, 투수성 및 통기성이 불량하며, 함유된 유기물의 부패로 지중에 유해 가스가 집적되어 식물의 뿌리를 질식시킨다.

또한 유해 또는 오염 성분의 함유 가능성으로 인해 이용의 제한을 받게 되고, 양분 이온의 불균형으로 식물 생육에 부적당한 토층을 형성한다. 특히 임해지 또는 강하구의 준설토의 경우에는 토양 입자에 집적된 과도한 나트륨 이온이 지속적으로 물에 용출됨으로써 염분 피해를 주기 때문에 시설물의 부식과 식물의 삼투압 생리 대사가 역으로 일어나 식물이 고사하는 피해가 발생한다.

때문에 임해 지역을 매립하여 대면적의 공단, 위락 시설, 공원 등을 조성하기 위하여 건축을 위한 토건 지역과 식물 식재를 위한 식생 지역에는 원거리로부터 다량의 객토를 반입해야 하고, 함염수의 피해를 경감시키는 공정을 거치는 등 조성에 있어 많은 경비와 시간이 소요된다.

강상류나 호상준설로 발생한 미립 퇴적토의 경우에는 염해의 피해가 적다 하 여도 낮은 응집력과 투수성으로 건조에 많은 시간이 경과해야 하고, 건조되어도 강우 등으로 결지성을 잃으며, 건조 과정에서 일어나는 토양 수축과 균열 때문에 토목적 이용성이 낮고, 식물 식재시 통기 부족과 균열에 의한 단근 현상이 발생하여 사용이 불가하다.

따라서 준설토 또는 슬러지는 폐기물로 분류하여 대부분 해양 투기, 매립 또는 소각되고 있다. 특히 해양 투기는 어장 오염이라는 피해를 수반하고 있고, 하수 슬러지는 많은 소각 비용과 소각한다 하여도 소각 과정의 환경 호르몬 등 환경 피해가 발생된다. 또한 이들 준설토 또는 하수 슬러지를 매립하거나 해양 투기하는 경우에는 높은 함수율로 인하여 과다한 운송비가 소요되기 때문에 중량과 부피를 줄이기 위해 건조시킬 필요가 있었고 이 때문에 건조 방법에 대한 연구는 그런대로 상당히 많이 이루어지고 있으나 대부분의 건조 방법은 고열이나 고압을 이용한 속성 건조법이므로 건조 기계와 시설을 별도로 필요로 하는데 이 또한 많은 경비가 소요되고 처리량에 제한을 받는 문제가 있다.

이렇게 급건 처리로 건조된 준설토나 슬러지의 일부는 제한적이기는 하지만 매립 복토용재 등으로 활용하거나 점토 대용으로 사용하기도 하고 시멘트 원료로 혼합되기도 한다.

독일을 위시해서 몇몇 국가는 하수 슬러지를 건조시킨 후 발전용 연료로도 일부 사용하고 있으나 환경 호르몬의 발생으로 이를 예방할 수 있는 설비를 추가로 필요로 한다.

또한 소각 후 재(소각 분진)를 압착하여 건축용재로도 사용하고 있다. 그러 나 이런 방법으로 건조된 준설토나 하수 슬러지는 고압, 고온에서 처리되기 때문에 토양으로서의 기능을 상실한다. 산불 지역의 나대지가 고온에 의해 토양 기능이 상실되어 토양 복원이 어렵고 자연스런 식물 천이가 지연된다는 사실도 입증된 바 있다.

이와 같이 하수 슬러지 등의 산업 폐기물은 그 오염의 심각성 때문에 특수한 처리를 한다 하더라도 토양으로서의 이용은 거의 불가능하다.

본 발명은 준설토와 하수 슬러지가 갖는 토양학적 의미와 이를 개량함으로서 토양 자원으로 하여 여러가지 용도로 재활용하고 중금속에 오염된 토양을 복원하고자 하는 것이다.

준설토와 슬러지를 이용하기 위해서는 우선 토목학적 지반 조성과 생물학적 지반 조성이 가능하도록 토성을 개량하는 것이 선행되어야 한다.

토목적 지반 조성은 토양의 고정이 가장 우선적이다. 임해지 또는 하상저이토로 이루어진 지반은 수분의 항존(恒存)과 점토 입자의 약한 지지력으로 인하여 연약 지반이 되기 때문에 하중이 가해진 경우 균열과 기울어짐이 일어나기 쉽다. 특히 점토로 이루어진 지반은 투수성이 약해서 하중이 가해질 경우에 과밀 간격 수압이 생기게 되고 수두차에 의해 발생하는 토중 수분의 배수는 지연되고 토양 입자의 결합력이 약해서 압밀 현상으로 토양 침하가 지속적으로 계속되기 때문에 토양 고정에 오랜 시간이 요구된다.

부유 미립 토양 입자(浮游 微粒 土壤 粒子)와 부유 유기물 입자(浮游 有機物 粒子)의 침전으로 이루어진 이들 토양 재료들은 낮은 비중과 분산성으로 수분 포화 시 콜로이드를 형성한다. 특히 나트륨 이온으로 포화된 해안 또는 강하구의 퇴적토는 나트륨 이온으로 인한 분산성의 정도가 심하여 과포화상태에서 토중 곳곳에 수포(水泡: water bag) 또는 수방(水防: water hall)을 형성하므로 토양 안정을 방해한다.

이런 지반 위에 수목을 식재할 경우에는 수목이 필요로 하는 투수성, 통기성이 극히 불량하여 수목의 뿌리를 고사시키고, 모관수 내의 염분은 역삼투현상을 유발하여 고사를 가속시킨다.

이러한 문제를 압밀 또는 샌드 파일에 의한 물리적인 방법만으로 개선하기는 어렵다. 즉 압밀 공법이나 샌드 파일 공법의 2가지 토목 공법은 장기간을 요하고 더구나 이들 방법은 물리력만으로 토양 수분을 제거하려 하는 방법이기 때문에 압밀 공법은 토양 경결이 심하고, 샌드 파일 공법은 효과가 기대에 미치지 못하며 경비도 많이 소요된다. 따라서 이 공법은 수목 식재 등 농업적 견지에서는 오히려 바람직하지 못하다.

따라서 본 발명은 물리, 화학적 방안을 망라하여 토목학적인 토양 안정과 식물학적인 토양 생육력을 제고함으로써 수목이 생장할 수 있는 토양 조성에 기여코자 한다.

즉, 본 발명은 해상(海床), 호상(湖床), 하상(河床) 퇴적토, 항만준설토(港灣浚渫土), 논토양, 하수처리과정의 오니성 슬러지 등 통기 불량, 배수 불량의 모든 점토질성 미립토의 물리성의 문제와 생장에 부적합한 pH 값, 과다 이온 등의 치 환 등의 화학성의 문제를 개량하고, 산업 발달로 인하여 중금속 등에 오염된 토양을 복원시키는 자연친화적 토양 개량제, 토양 개량제의 제조 방법 및 토양 개량제를 이용한 토양의 개량 방법을 제공함으로써, 토목 측면에서는 복토재, 매립재 또는 연약 지반의 안정화 기간을 단축시키고, 식물이 정상적 생장, 경제적 생장을 할 수 있는 식재 토양 및 배수층재를 제공하며, 더욱이 중금속 등에 오염된 토양 등을 복원하여 토사 매몰지, 채석장, 폐광산 및 산불 지역의 복원 토양재, 인공용토 등으로 활용할 수 있도록 한다.

본 발명에서 개량하고자 하는 준설토는 임해지나 강저의 퇴적토로서 지표면이 씻겨 생긴 토사(미사 또는 점토 입자)와 부유물(유기물)이 하상에 가라앉아 생성된다. 이러한 퇴적토 등은 일반 토양에 비해서 영양분이 풍부하고 유기물 함량도 높아서 생산성이 우수한 장점으로 노후화 답의 지력 증진을 위한 객토재로서 사용된 적이 있었다. 그러나 급격한 중화학 공업의 발전으로 공장 등에서 배출되는 폐수의 유입에 의해 중금속 등의 오염이 우려되고, 불량한 환경에 의해 물리성이 악화되어 토양 자원으로서의 가치를 상실하였다.

이 때문에 준설토는 활용성이 외면된 채 해양 투기, 매립 등 폐기물로 처리되고 있다. 강상류나 해안에 집적된 모래는 골재 등으로 그 유용성이 인정되면서도 모래보다 풍화가 잘 된 퇴적토가 외면되는 것은 이해하기 어려운 일이다. 특히 우리나라는 석영질이 많은 카오린계 토양으로 풍화가 어렵기 때문에 미립의 점토가 부족한 토양 조건을 가진 국가 중의 하나이다. 토양은 보수력이 약하고 보비력도 약해서 방치하면 척박한 토양으로 변환되기 쉽다. 때문에 이런 귀중한 퇴적의 점토 에 대해 적절한 개량 과정을 거치게 한다면 우수한 토양 자원으로 재활용 가치가 충분한 것이다.

본 발명은 준설토 등과 하수 슬러지를 개량하기 위하여 이들이 가진 불량한 물리성, 화학성과 중금속 오염 등의 제문제를 해결할 수 있는 토양 개량제, 토양 개량제의 제조 방법 및 토양 개량제를 이용한 토양의 개량 방법을 제시하고자 한다.

준설토 등과 하수 슬러지가 가진 열악한 물리성과 화학성에서 먼저 물리성의 문제점은 준설토 등이나 하수 슬러지 모두가 갖는 과도한 수분 함량이다. 이 과도한 수분 함량은 점토질의 토양 입자와 토양 입자 간극에 존재하는 물이 쉽게 빠져 나가지 않기 때문이다.

물 분자는 고체, 액체, 기체 등 어떤 형태에서도 독립적으로 존재하는 것이 아니라 분자간의 결합 상태로 존재한다. 이와 같은 맥락에서 물과 미립 토양 입자도 독립적으로 존재하는 것이 아니라 상호 연결되어서 일종의 결합 용액으로 존재한다. 물은 저온에서 고체가 되고 고온에서 기체가 될 때에도 모두 각각의 분자 상태로 존재하지 않는다.

또한 토양에 물이 흡수되는 때에도 토양 입자와 물 분자는 서로 간의 역학적 관계를 가지고 결합 상태로 존재한다. 물 분자의 극성으로 인해서 물분자와 양이온(K⁺, Na⁺, Ca⁺², Mg⁺² 등)간의 인력이 생기고 이에 따라 물분자가 양이온을 포위하 는 형태로 서로 결합하는데, 양이온이 흡착된 토양 점토에도 같은 형태로 결합한다. 이와 같은 현상으로 인하여 토양으로부터 물을 제거할 경우 에너지가 필요하고, 가역적으로 토양에 물을 가하면 열이 발생한다. 즉 물질에서 수분을 제거할 때는 가열이 필요하고, 반대로 건조된 물질에 물을 가하면 열이 발생하는 것은 이 과정에서 일어나는 반응이다.

토양에 함유된 수분을 탈취할 경우 상기한 바와 같이 힘이 가해져야 하는데, 이 힘의 크기는 토양이 가진 물의 양과 토양 입자가 물을 끌어당기는 힘에 의하여 결정된다. 토양으로부터 물을 제거하려면 토양에 어느 정도의 물이 있느냐도 중요하겠지만 토양 입자 내에 물이 어떤 형태로 분포되어 있고 이들 토양 입자가 어떤 이온과 결합되어 있느냐가 중요하다.

토양 입자와 결합하고 난 잉여의 수분은 공극만 있다면 언제든지 중력 방향으로 이동할 수 있다. 이를 위해서는 연결된 대공극이 필요하고, 대공극 사이를 연결할 수 있는 모세관이 발달해야 한다. 하향하는 중력수에 인근 토양으로부터 지속적으로 수분이 옮겨 와야 하기 때문이다. 이런 현상은 증발에서도 마찬가지이다. 대공극과 모세관의 발달은 배수와 증발을 촉진하여 토양으로부터 단시간 내에 많은 수분을 배출케 하는데 이러한 공극을 발달시키는 주체가 되는 것은 우선 점토 입자들을 결집시켜 입단을 만드는 것이다.

토양 입단화가 개선되면 사질토에서는 수분 보존 능력이 향상되고, 저이토나 하수 슬러지 등 식질토에서는 배수성과 통기성이 향상된다. 입단화에 의해서 토양 입자가 안정된 응집체를 형성하면 토양 중에 대공극과 소공극이 발달하기 때문에 대공극에 의해 통기성과 배수성이 우수해지고 소공극을 통해 보수성이 증대된다.

토목학적 견지에서 입자가 작은 점토질 토양에서 하중이 가해지면 토층 내에서 액화 현상이 발생한다. 이런 현상은 실트(slit) 토성의 토공에서의 세립 모래 실험에서 나타난다.

매립지의 토양 입자는 실트와 클레이(clay)의 조합이므로 액화 현상의 진행이 실트나 클레이 때문에 지연될 수는 있으나 발생하는 것만은 분명한 사실이다.

토양이 입단화되면 입자의 흡습수는 입자간의 결합수로서의 역할을 담당하여 전단 강도가 높은 토양 조직이 생긴다. 토양 입자가 입단화에 의해서 체적이 증가하면 토양 입자는 침하하려는 힘이 강해진다. 이를 공식으로 표시하면 아래와 같다.

F = (pA - mA)gV

(F : 입자의 침강력(이동 저항성), pA : 입자의 밀도, mA : 액체의 밀도,

g : 중력가속도, V : 입자의 용적)

지표 하에서 자유수가 없는 한 절대 수분 함량은 거의 일정하다 할 수 있으므로 액체의 밀도 또한 일정할 것이다. 토양의 입단화에 의해 토양 입자의 밀도가 높아지고 용적이 증가한다면 토양 입자가 결집하여 침강하려는 힘은 커질 것이다. 토양의 침강력이 크다는 것은 토양 안정에 중요한 부분을 차지한다.

실험실에서 토양 입자가 토양수에서 침강하는 속도를 측정한 결과 토양 직경별 침강 속도는 토양 입자의 크기에 비례한다는 것을 증명하였다. 예를 들면 비중 2.64, 침강 높이 30.5 ㎝에서 입경이 0.01 ㎜인 토양 입자는 33 분, 0.001 ㎜인 경 우 55시간, 0.0001 ㎜인 경우 230일이 소요된다. 이 실험은 일반 점토에서의 실험이므로 나트륨 이온이 결합된 저이토에서는 그 정도가 더욱 심하다.

따라서 토양 입단화에 의해서 점토 입자가 밀집된 토양과의 직경을 증가시킴으로서 토목학적으로 토양의 밀압이 증가하여 토양 안정화를 단축할 수 있다.

또한 식물학적 견지에서 토양의 입단화는 토양 내에 수분의 이동 통로인 대공극을 증가시키고 모관수 이동 통로인 미세공극을 발달시켜서 통기성과 보수성을 동시에 만족시켜서 수목 생장에 적합한 토양 조성이 이루어지게 된다.

토양의 입단화란 독립된 토양의 미립자들이 화학적 결집으로 인해서 하나의 군체를 형성하는 현상으로 토양의 이동성을 저하시키고 물리적인 저항성이 증가되는 현상이다. 토양 중에 입단화가 이루어진 토양은 공극의 발달로 수격 현상이 방지되고 동시에 미립 점토로 이루어진 토양이라도 액화 현상에 대한 저항 또한 증대되는 것이다.

토양의 입단화를 조장하는 요소 중 가장 중요한 것은 토양 내에 존재하는 광물질 이온과 유기 성분이다. 광물질 이온들은 무기물 간의 결합, 무기물과 유기물의 결합, 유기물과 유기물 간의 결합을 가능하게 하는 작용을 한다.

토양이 용액에 접하면 점토 입자 표면의 음이온은 용액 중의 양이온과 강한 인력을 갖게 된다. 따라서 토양 입자가 용액 중의 양이온을 사이에 두고 접근하는 형상이다.

만일 토양 입자 사이에서 수분이 상실되면 간격은 좁아지고 이런 작용이 연쇄적으로 일어나서 토양 구조를 갖게 된다. 어떤 구조를 갖느냐는 토양 모재의 종 류와 그 당시의 외부 환경에 영향을 받는다.

양이온의 입단화 작용은 이온의 수화도(水和度: 물에 풀어지는 정도)에 의하는데, 수화도가 큰 이온은 입단화 효과가 낮고 수화도가 낮은 이온은 입단화 효과가 크다. 예를 들면, Na 양이온은 수화도가 큰 양이온이므로 토양 입자들이 분산되는 반면, Ca 양이온은 수화도가 낮아서 입단화 효과가 매우 크다.

토양의 입단화를 촉진하는 광물질은 산화물, 석회, 규산, 고토, 석고 등이며 석회의 시용 효과는 pH를 조절하고 토양 구조를 입단화시키는 외에도 유기물의 분해와 세균 번식이 촉진시킨다. 또한 토양 내에 양이온성 비료를 시여해도 효과가 좋지만 효과의 정도는 양이온의 종류에 따라 다르다.

토양의 입단화를 촉진하는 유기질 성분은 유기물이 미생물에 의해 분해되면서 발생하는 다당류의 접착성 물질과 미생물의 사체가 분해되면서 생성되는 접착 물질(폴리우로나이드: polyuronide) 등 점토 입자와 부식 입자를 결합시키는 착화합물(킬레이트)들로서, 이들은 토양을 직접 결집시키는 외에 음전하에 다양한 양이온을 흡착시켜 입단화 결집에 좋은 역할을 담당한다. 유기물에 의해 이루어진 입단은 안정성이 매우 높다.

[표 1-1]퇴비 시용에 따른 입단화의 변화

입괴상의 크기별 (Ø ㎜)		토양 유기물 시여 여부에 따른 입단 분포(%)		비고
		시여 없는 경우	시여한 경우
0.1 이하	작은 입단 ↓ 큰 입자	35	19	유기물의 시여는 입단 형성을 촉진할 뿐만 아니라 대형 입단 (제2차 입단)형성을 촉진한다.
0.1 ~ 0.5		28	20
0.5 ~ 4.0		29	40
4.0 이상		8	21

그 외의 입단재로는 여러 가지 제품이 있는데, 이들 재료는 우선 유기물이 부족한 점질토에서는 토양을 유연하게 해 주고 사질토에서는 입자를 결집시켜 주는 역할을 한다. 이런 목적으로 사용되는 토양 입단제는 황산철·암모니움[(NH₄)₂SO₄·FeSO₄·6H₂O]을 유기물과 혼합한 재료로서 산화철 피막이 생기면서 입단화를 촉진한다.

또 다른 재료로는 규산나트륨과 인산이 함유된 규산염 콜로이드가 있다. 이 재료의 예로서는 규산과 인산이 함유된 재료로서 이 입단제는 토양 수분과 결합하여 규산염-'솔'(sol)을 형성하고 건조하면 가역적으로 '겔'(gel)을 형성하면서 토양에서 수분과 영양 보전력을 높여 입단화를 촉진한다.

수중의 토양 미립자를 응집시키기 위해서 응집제인 Al 또는 Fe(황산 알루미늄 : Al₂(SO₄)₃·nH₂O, 황산제1철 : FeSO₄·nH₂O, 황산제2철 : Fe₂(SO₄)₃ 등)의 염과 활성 규산(active silicate) 등의 배합이 있다. 이들 재료는 수중에 분산된 미립자의 응집제로서 반응은 신속하지만 효과 범위가 적기 때문에 이들 재료만으로 토양 입단화를 기하기 곤란하다. 이는 토목상의 토양 입단화는 입경의 크기보다는 강도가 중요하다. 응집제로 형성된 입경은 2 ~ 3 ㎜로 크지만 강도가 약해서 토목적 견지에서는 별 효과가 없다. 토목에서의 토양 입단은 크기는 작다 해도 견고성이 높은 것이 중요하다.

입단화를 촉진하는 또 다른 방법은 입단화를 방해하는 요소 즉 분산성의 소거이다.

준설토나 하수 슬러지는 주로 무구조의 미립 토양 입자로 이루어져 있다. 무구조의 미립 토양은 가수 상태에서 입자간의 강한 반발력 때문에 분산해서 콜로이드를 형성한다.

콜로이드 내의 토양 입자는 염기성 물질로 이루어졌기 때문에 그 외곽에 음이온를 결합시키고 음이온에는 다시 각종 양이온이 결합하여 고정층을 형성한다. 고정층 외각에는 음이온과 양이온으로 이루어진 확산 이온층을 갖는다. 이들 고정층과 확산 이온층을 망라하여 확산 이중층이라 한다.

확산 이중층의 두께는 수소 이온 농도와 양이온의 온도가 낮을수록 크고 양이온의 종류에 따라서도 상이하다. 즉 원자가가 낮은 양이온이 존재하면 커지게 된다. 확산 이중층이 두꺼운 이온은 나트륨인데 나트륨의 함량이 높은 임해지나 강하구의 준설토, 하수 슬러지가 특히 분산성이 강한 이유는 이 때문이다.

[표 1-2]가수 이온의 종류와 크기

가수 '이온'의 종류	Mg+2	Li+	Na+	Ca+2	K+	NH4 +	'이온'의 크기는 반지름 (Å)
가수 '이온'의 크기	5.4	10.03	7.90	4.8	5.32	5.37

예를 들어 Na⁺ 이온과 Ca⁺² 이온의 경우, Na⁺ 이온의 가수 이온은 7.90 Å, 원자가는 +1가이고, Ca⁺² 이온은 가수 이온이 4.8 Å , 원자가는 +2가이다. 즉 확산 이중층의 두께가 Ca⁺² 이온이 Na⁺ 이온에 비하여 얇으며, 제타 전위의 차가 더 작다. 따라서 Ca⁺² 이온은 Na⁺ 이온에 비하여 입자 간의 인력이 강하기 때문에 입자간 응집력이 더 강하다.

이러한 원리를 이용하여 개흙과 같이 Na⁺ 이온의 분산성으로 토양 입자가 흩어져 있는 토양에서 Na⁺ 이온을 용탈시키고, Na⁺ 이온 보다 제타 전위가 더 작은 다른 양이온들을 가해주면 토양 전체의 제타 전위 값을 감소시켜 토양 입단을 형성시킬 수 있다. 그러나 양이온의 종류와 사용량에 따라 감소 효과가 달라지므로 양이온의 선택과 사용량의 조절이 아주 중요하다. 양이온의 종류와 사용량에 따라서는 오히려 역효과가 날 수도 있음을 명심해야 한다.

나트륨 이온은 가수 상태에서 입자가 가장 크고 이로 인해 나트륨 이온으로 포화된 토양 입자는 다른 토양 입자와 결합하기 힘들다.

즉, 제품 내의 다양한 다가 이온들은 양이온 치환 용량이 큰 토양이나 교질에서는 1가 이온보다 2가 이온의 흡착력이 크고, 양이온 치환 용량이 작은 토양이나 교질에서는 2가 이온보다 1가 이온의 흡착력이 크기 때문에, 이액 순위(토양이 함유하는 양이온의 종류에 따라 토양 성질의 변화를 나타내는 용어로서 토양 용액 중에서 유리 양이온이 교질 입자의 확산 이중층의 내부로 치환, 침입하는 순서를 말한다)도 달라진다는 사실에 근거하여 조제된다.

물과 토양 입자는 토양 콜로이드를 형성하여 확산 이중층을 만드는데, Ca 이온은 확산 이중층에 쉽게 침투해서 Na 이온을 유리시키고 치환되어 확산 이중층을 감소시키므로 투수성을 높이고 여러 음이온을 결합시키는 능력이 높아진다.

양이온 치환 용량이 큰 입자의 표면은 음전하의 밀도가 높아서 2개의 치환 위치가 필요한 2가 이온인 Ca 이온이 용이하게 흡착되지만, 1가 이온인 H⁺는 밀집하면 동일한 전하(+)의 반발로 흡착력이 약화된다. 반대로 양이온 치환 용량이 작은 경우에는 - 전하의 밀도가 낮아서 오히려 H⁺의 흡착량이 Ca⁺² 보다 많아진다. 또한 침출 순위에서 가장 침출이 용이한 이온은 나트륨이므로 제품 내의 다가 이온은 신속히 나트륨을 제거한다.

NaCl + CaX → NaX + Cl ↑

NaX는 수용성으로 물에 녹아서 용탈되고 Cl은 기화하던지 이 또한 물에 녹아서 용탈된다.

나트륨 이온은 침투력이 낮아서 다른 다가 이온으로 치환된 경우 환원되기 어렵지만, 다가 이온 농도가 낮을 경우에는 나트륨 이온은 잔존하고 다가 이온이 용탈되기도 하기 때문에 다가 이온의 선택과 농도를 산출해야 한다.

이때 사용되는 다가 이온은 모두 수용성이어야 한다. 성분이 물에 용해되어 자유수로 중력 방향으로 이동하거나 점토 내에서 모관수로 이동하면서 토양 입자에 결합된 Na 이온을 유리시키게 된다. 또한 결합된 Na 화합물 역시 수용성으로 Na와 더불어 용탈되어야 한다. 만일 치환된 Na가 비용해성 화합물을 형성하여 토양 내에 집적한다면 앙금으로 잔류하여 불투성 막을 형성하기 때문에 오히려 투수성을 저하시키고 이로 인해 소기의 목적을 달성할 수 없다.

반대로 건조할 경우에는, 분산성 이온(Na⁺ 이온 등)은 물과 분자 결합을 일으켜서 강한 결합력을 갖는다. 예를 들면 Na⁺ 이온이 많이 함유된 점토질의 해상 준설토(개흙)는 건조하면 다른 토양에 비해 더욱 단단하게 결합하고 수축하면서 균열이 생기는데 이런 특성은 논흙, 슬러지 또는 하상 준설토의 경우에도 정도의 차이는 있을지라도 그 성상은 유사하다.

본 발명의 토양 개량제 내에 함유된 수용성의 다가 이온 물질들은 신속하게 나트륨 이온을 치환하여 입단화를 촉진하고 배수성을 증가시켜 물리성을 개선한다.

토양의 화학성 측면에서 준설토나 하수 슬러지는 수용성 이온 중 많은 양은 용탈하고 토양 입자 내 결합된 비수용성 이온이 편존하게 되고 임해지 준설토나 하수 슬러지의 경우 수용성 이온의 용탈과 더불어 과다한 염기 이온 특히 Na⁺ 이온의 편중으로 강알칼리의 pH를 나타낸다.

하상 퇴적토의 경우, 바다에 인접한 하구로 갈수록 과다한 나트륨 이온의 영향으로 개흙보다는 낮지만 중성인 7.0을 넘기는 알칼리성의 pH를 갖게 되는 경우가 많다.

pH가 높아지면(알칼리화), 토양 내 양분 요소는 불용화되어 Na 이온을 제외 한 다른 이온은 식물이 이용할 수 없게 된다. 염류토의 피해는 토양 중에 염기성 양이온 물질이 과다하게 함유되어 생성되는 것인데, 개흙은 Na⁺ 이온이 편중 내지는 포화되어 식물이 생존하기 어렵다. 또한 과다한 염기 이온은 전기전도도(Electric Conductivity : EC)를 높이는 작용을 한다.

전해질 물질의 용액 농도가 식물이 이용할 수 있는 한계를 넘어설 정도로 높은 EC는 역삼투압 작용이 일어나게 하여 식물로부터 수분을 탈취하므로 식물을 고사시키게 된다. 일반 식물은 EC 값이 4.0 dS/ｍ 이하일 경우에 정상적인 생육을 할 수 있는데, 대부분 개흙의 경우 휠씬 높은 수치를 가진다. 강 퇴적토의 경우는 4.0 dS/ｍ를 넘기지 않는 것이 보통이지만, 일반 토양보다는 높다.

준설토는 육지 토양으로부터 침식, 이동, 침전, 퇴적한 미사 또는 점토이므로 토양이 가지는 모든 광물성 염류를 함유하고, 유기물, 질소 등도 다량 함유한다. 그러나 개흙의 경우 다량 함유된 Na⁺ 이온에 동반된 알칼리 이온(OH^-)에 의해 치환, 결합되어 불용성이 되고, 점토질의 작은 입자들은 이들 이온들을 흡착하므로, 수용성 이온과 비수용성 화합물 간에 함유차가 극명하게 분리되어 과다 함유 이온과 결핍 이온이 발생한다, 이런 현상은 토양으로서의 기능 마비를 가져오며 식물 생육 측면에서는 이용성이 낮아진다.

준설토나 하수 슬러지 내에서 수용성 이온의 대부분을 Na⁺ 이온이 차지하고 있다면, 토양 입자에 불용성으로 존재하는 양분 이온은 수용성이 되기가 어렵다. 이 때문에 준설토나 하수 슬러지 내에서 식물이 이용할 수 있는 수용성 양분 이온 은 자연 상태 하에서 장기간의 풍화가 요구된다.

중금속의 오염에 대해서는 준설토 또는 슬러지에는 각종 중금속 및 유해 물질에 축적되어 있을 가능성이 매우 높다.

아래 표 1-3은 우리나라 한강, 낙동강, 금강 퇴적토에서 중금속 함량을 조사한 것이다.

[표 1-3]한강, 낙동강, 금강 수계 강 퇴적토의 중금속 함량 단위: ppm

하천		Cd	Cu	Pb	Zn	Cr	Hg
한강	굴포천 왕숙천 중랑천 곡능천 복하천 양근천 지장천 섬 강	0.96 0.12 0.97 0.87 1.54 2.19 3.41 1.52	252.5 65.21 14.27 11.50 3.79 15.91 160.1 75.00	117.0 4.46 2.08 9.33 57.70 28.85 86.30 187.5	383.0 39.63 66.27 75.20 21.07 45.99 88.20 289.9	246.6 26.13 268.3 68.80 4.84 57.67 10.51 43.41	0.830 0.940 2.475 0.470 0.017 0.024 0.040 0.275
낙동강	학상천 양산천 신 천 팔계천 구미천 황지천	5.37 5.35 0.04 0.01 0.02 3.00	300.5 498.3 45.80 43.69 43.12 175.3	211.1 326.3 42.38 26.46 16.48 180.35	498.0 776.3 43.85 76.98 43.16 294.2	125.9 982.3 0.79 2.40 2.35 14.47	0.837 0.241 0.011 0.028 0.009 0.094
금강	항건천 보청천 강경천	2.5 Nd 0.02	10.25 4.25 1.50	32.50 10.0 0.47	453.0 35.09 3.857	0.25 Nd 0.01	0.22 Nd 0.018

한국토양비료학회, 1993, 환경 보전형 농업을 위한 토양 관리 심포지엄('87 환경)

아래 표 1-4는 중금속 함량과 이용 제한에 관한 참고 자료이다.

[표 1-4]토양오염 우려기준 및 대책기준(토양환경보존법 시행규칙 별표 2, 3)

단위: ppm

구분＼오염물질		Cd	Cr+6	Cu	Mn	Ni	Pb	Zn	Hg	As
토양오염 우려기준	"가"지역	1.5	4	50	-	20	100	90	4	6
	"나"지역	12	12	200	-	50	400	200	16	20
토양오염 대책기준	"가"지역	4	10	125	-	-	300	-	10	15
	"나"지역	30	30	500	-	-	1,000	-	40	50

1. "가"지역 : 지적법 제5조 제1항의 규정에 의한 전·답·과수원·목장 용지·임야·학교 용지·하천·수도 용지·공원·체육 용지(수목, 잔디 식생지에 한한다.)·유원지·종교 용지 및 사적지

2. "나"지역 : 지적법 제5조 제1항의 규정에 의한 공장 용지, 도로, 철도 용지 및 잡종지

3. 다음 각목의 1에 해당하는 경우에는 지목 구분에 관계 없이 "나" 지역 토양 오염 우려(대책) 기준을 적용한다.

가. 토양 오염 유발 시설이 설치된 경우

나. "가"지역에서 폴리클로리네이티드비페닐 또는 유류에 의한 토양 오염 사고가 발생한 지점

다. "가"지역을 제외한 지역에서 토양 오염 사고가 발생한 경우

위 2개의 표에서 모두 중금속의 함유량에 기준을 두고 있다. 그러나 일반적 토양에도 어느 정도의 중금속 함량은 존재한다. 문제는 중금속의 함량도 중요한 사항이 될 수는 있지만 이보다 더욱 중요한 사항은 토양에 함유된 중금속이 토양수 내에 용해되어 나오는 정도가 중요한 사항이 된다.

자연 상태에서 중금속은 알칼리의 환원 상태 하에서 불용성 화합물이 되고, 시간이 경과할수록 불용성 정도가 점차 강해진다. 토양 중에 유리되었던 중금속 이온도 이런 과정을 거치면서 화합물 형태의 미세한 결정체가 되고, 다시 중합되면서 큰 결정체가 되어 토양 입자화하여 고분자 물질이 된다. 그러나 자연 상태에서 이런 과정을 거쳐 안정화되는데 오랜 시간이 걸린다.

또한 강산성, 고온과 같은 조건이 주어진다면 반대로 유리되어 나오는 경우도 있다. 이럴 경우 우리는 중금속에 피해를 입게 된다. 이를 개량하지 않고 이용할 경우 2차 오염을 일으킬 수 있는 가능성이 있는 것이다.

때문에 중금속은 함량도 문제되겠지만 그보다는 중금속이 활성 이온 상태로 유리해서 식물이나 동물에 접촉해서 섭취, 흡수될 수 있느냐가 문제가 되는 것이다. 식물이 흡수한 중금속이 동물에 농축되고 이를 섭취한 인간에게 농축되어 중금속 피해를 입게 된다. 이를 방지하기 위해서는 물론 중금속의 배출을 억제해야 되겠지만 배출된 중금속을 신속히 불용성 화합물로 전환시켜서 흡수를 방해하여야 한다. 불용성 화합물로 고정된 중금속은 중금속 이온으로 분해되는 것이 용이하지 않다.

본 발명의 토양 개량제의 역할은 중금속을 고정하는 과정으로서 자연 상태에 서 중금속을 토양화 과정에 접하게 하는 것이다. 토양화를 이루기 위해서는 다양한 원자와 원자단이 필요하고, 특히 토양화에 직접 관여하는 규산 물질, 인산 물질, 석회 물질, 음이온 물질 등 다양한 물질과 토양 입자 내에 정체할 수 있는 높은 양이온 치환 능력(Cation Exchange Capacity : CEC)을 가진 물질이 요구된다. 이들 물질을 적정하게 배합함으로써 중금속 이온들을 고분자 화합물 형태로 신속히 변환시키는 것이다.

준설토나 하수 슬러지의 이용을 기피하는 또 다른 원인은 혐오취(악취)의 발생이다. 악취의 발생은 퇴적 내에 존재하는 유기물, 황화물, 질산화물 등이 산소 공급이 부족한 밀폐 상태에서 혐기성 세균의 작용으로 부패하기 때문이다. 그 결과 악취 가스가 발생하고 암흑색의 부패토가 된다.

수서 생물에 의해 퇴적 내에 통기 공간이 생기면 산소의 공급이 이루어져서 더 이상의 부패가 이루어지지 않지만, 생활 폐수 등으로 오염된 퇴적토는 수서 생물의 활동을 불가능하게 하고 오탁물의 유입으로 퇴적 속도가 빠르기 때문에 부패의 정도가 심하다.

이를 개선하지 않고서는 준설토의 이용에 많은 문제점을 제공한다.

일차적으로 토양에 다양한 이온 상태를 유지하도록 하고, 토양 결집을 촉진하는 이온을 첨가해야 한다. 분산성이 약화된 준설토 내에서는 토양 입단화가 촉진되기 때문에 토양 공극이 증가하고 아울러 투수력도 증가하고 투수 공간으로 공기가 유입되어 부패가 억제된다.

악취의 원인이 되는 물질은 탄수화물성 악취 물질 즉 메탄(CH₄), 프로피온알데히드(C₂H₅CHO), 자일렌(C₆H₄(CH₃)₂), 톨루엔(C₇H₈) 등과 암모니아(NH₃)성 물질 그리고 황화물인 황화수소(H₂S) 등이다. 준설 퇴적토 또는 하수 슬러지에서 발생하는 혐오취는 과포화 수분을 가져 통기가 불가능한 환경에서 부패 유기물 함량이 많은 토양 중에서 발생한다. 탄수화물의 분해로 발생하는 메탄 가스와 단백질 분해 과정에서 발생하는 황화 수소가 주류를 이룬다.

황화 수소를 예로 들면, 동식물성 단백질에 들어 있던 유기성 유황(예: cystine, cysteine, methionine 등)은 하수나 슬러지 등 통기 부족 상태에서 혐기성 세균에 의해 무기화되는데, 이 무기화 과정에서 발생한 황화 수소(H₂S)가 악취의 원인이 된다. 황산염을 황화 수소로 변환시키는 세균은 혐기성 세균인 '디설포비브리오'속(desulfovibrio desulficans)의 세균이다.

그러나 통기가 원활해지면 혐기성 세균은 세력이 약화되고 유황 화합물이나 황화 수소를 다시 황산염으로 변환시키는 호기성균인 티오바실러스속 (thiobacillus thiooxidans)의 세균이 증식된다. 때문에 준설 퇴적토나 하수 슬러지에서 발생하는 악취의 원인은 대부분 통기성의 불량에 있다고 해야 할 것이다.

또한 이들 세균은 우리나라 토양에 상존하고 특히 호기성 발효 과정을 거친 유기물 내에 많이 존재한다. 메탄이나 암모니아도 이와 유사한 과정을 거치게 됨으로 토양 공극을 증가시켜 투수성과 통기성이 향상된다면 투수된 모관 내에 공기가 유입되면서 악취의 원인이 되는 혐기성 세균은 급격히 약화되고 호기성균들의 활발 한 활동 하에 악취 물질 생성은 소거된다. 악취 흡착 물질도 배합되지만 이 경우, 발효 유기물의 배합은 이런 호기성균의 배합에서 더 좋은 결과를 가져올 수 있다.

이와 같이 준설토나 하수 슬러지의 불량한 물리성, 화학성 그리고 중금속 오염 등의 문제점이 개량되지 않은 준설토에서는 육상 식물이 정상적 생장, 경제적 생장은 불가능하다.

준설토를 개량하여 정상적인 토양으로 활용하기 위해서는 적정 배수층의 설치, 물리적, 화학적 방법 등이 모두 동원되어야 하며, 최종적으로 식물이 생장하기에 적합한 양질의 토양으로 개량하는 것을 목적으로 하여 본 발명이 고안되었다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여 개발된 본 발명의 토양 개량제(상품명: 바이오그로-일레븐, 이하 "BG-11"이라 함)은 1그룹 개량 물질, 2그룹 개량 물질, 3그룹 개량 물질, 4그룹 개량 물질의 4가지 물질군으로 구성된다.

1그룹 개량 물질이라 함은 토양 입자의 분산성을 감소시키고 응집성을 증가시키는 작용을 하는 것으로서, 준설토(해저 개흙 및 강저 퇴적토), 슬러지의 토양 입자들을 결집시켜 입단화를 촉진하는 물질(입단화 촉진제), 입자 응결을 촉진하는 물질(입자 응결 촉진제) 및 토양화를 촉진하는 물질(토양화 촉진제)로 이루어진다.

이러한 1그룹 개량 물질을 사용함으로써 미립의 퇴적토 내에 토양 입자를 결집시키고 토양 입자 결집으로 인해서 봉소 구조를 형성케 하면서 그 범위를 확대하는 것이다. 봉소 구조가 증가하면 대립의 입단 조직이 형성되고 입단 조직 주변에서 소공극과 대공극이 발달하게 된다. 이 공극을 통하여 원활한 통기와 배수가 이루어질 수 있고 이런 작용은 시간이 경과하면서 개량 효과가 가속적으로 이루어진 다.

수분이 배수된 미립 토양 내에는 유입된 공기(산소)는 건조를 촉진하고 2그룹 개량 물질에 함유된 유기 재료에 혼입된 발효균과 공기 중에 존재하는 호기성 세균의 활동을 조장함으로써 토양의 이화학적 개선을 촉진한다. 세균의 활동으로 퇴적토 내에서 악취의 원인이 되는 유기물이 발효, 분해되는 과정에서 황화 수소 또는 메탄 가스의 발생이 감소하고 일반적으로 발생하는 탄산 가스 등은 토양 공극을 통해서 가스 교환이 이루어진다. 또한 이들 가스체의 토양 입자간 출입은 토양 공극의 발달을 조장한다.

토양 공극이 발달하면 치환성 이온으로 치환되어 유리된 분산성 나트륨 이온, 칼륨 이온 등은 물에 용해된 상태로 공극을 통해서 배출된다, 나트륨 이온, 칼륨 이온의 배출은 미립 토양의 분산을 방지해서 결집을 더욱 신속하게 이루어지게 한다.

이러한 효과를 가져오는 1그룹 개량 물질의 구성 물질인 입단화 촉진제, 입자 응결 촉진제, 토양화 촉진제에 대하여 자세히 보면 다음과 같다.

우선 입단화 촉진제는 칼슘 화합물 및 마그네슘 화합물을 포함한다. 이때 칼슘 화합물 : 마그네슘 화합물의 중량 비율은 3 ~ 5 : 1이 바람직하다.

이와 같이 칼슘 화합물을 마그네슘 화합물에 비하여 더 높은 비율로 사용하는 이유는 우선 칼슘 화합물이 마그네슘 화합물에 비하여 토양 교정 효과가 좀 더 우수하지만, 칼슘 성분은 마그네슘 성분에 비하여 수용액에 의한 용탈이 심하기 때문이다. 이는 여러가지 토양 실험에서 나타나며 용탈율 비교에서도 증명된다. 따라 서 Ca 화합물 : Mg 화합물의 비율은 3 ~ 5 : 1 이 가장 적정한 것이다.

칼슘 화합물은 CaSO₄, CaCl₂, Ca(OH)₂, CaCO₃, Ca(NO₃)₂, CaO, Ca(OH)₂, Ca(H₂PO₄)₂로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물 또는 이들의 혼합물이다.

마그네슘 화합물은 MgO, MgSO₄, MgCl₂, MgCO₃, MgNH₂PO₄, Mg₂P₂O₇, MgS로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물 또는 이들의 혼합물이다.

이때 칼슘 화합물 중 중탄산칼슘(CaHCO₃)을 소량 혼합하면 후에 설명할 3그룹 개량 물질에 속하는 유기물의 발효와 더불어 토양 중에 CO₂의 발생을 조장한다. 이는 토양 내 공극량을 증가시키는 방안 중 하나이다. 토양 중에 생긴 기방(氣房)은 가수시에 서로 연결되면서 구분 이동의 통로가 되며 기방 내에 존재하는 유해 가스는 물에 용해되어 제거된다.

입자 응결 촉진제는 철 화합물 및 알루미늄 화합물을 포함한다. 이때 철 화합물 : 알루미늄 화합물의 중량 비율이 6 ~ 8 : 1이 바람직하다.

이와 같이 철 화합물을 알루미늄 화합물에 비하여 더 높은 비율로 사용하는 이유는 우선 철 화합물이 알루미늄 화합물에 비하여 토양 교정 효과가 더 우수하고 또한 미생물 번식에도 유리하기 때문이다. 또한 철은 활동도가 알루미늄보다 높아서 결합하는 음이온이 다양하기 때문에 중금속과 치환되고 악취 물질의 음이온과도 용이하게 결합한다. 식물에 대한 이용도도 높기 때문에 함유량을 증가시키는 것이다. 따라서 철성분과 알루미늄 성분비는 6 ~ 8 : 1인 것이 가장 적정하다.

철 화합물은 FeO, Fe₂O₃, Fe₃O₄, FeS, FeSO₄, Fe-EDTA을 비롯하여 Fe-복합 물질인 CaO·Fe₂O₃, CaO·Al₂O₃·Fe₂O₃로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물 또는 이들의 혼합물이다.

알루미늄 화합물은 Al₂O₃, Al₃(SO₄)₃, Al(OH)₂을 비롯하여 Al-복합 물질인 Al·K(SO₄)₂, Al·NH₄(SO₄)₂ 등으로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물 또는 이들의 혼합물이다.

토양화 촉진제는 규소 화합물을 포함하고 이는 SiO₂, CaSiO₃, CaO·SiO₂ 등으로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물 또는 이들의 혼합물이다.

1그룹 개량 물질의 구성은 입단화 촉진제 65 ~ 85 중량%, 입자 응결 촉진제 1 ~ 6 중량%, 토양화 촉진제 10 ~ 30 중량%로 한다. 바람직하게는 입단화 촉진제 70 ~ 82 중량%, 입자 응결 촉진제 2 ~ 5 중량%, 토양화 촉진제 15 ~ 25 중량%로 한다.

1그룹 개량 물질에 있어서 주 물질은 입단화 촉진제이다. 입자 응결 촉진제의 경우에는 토양에 혼입됨으로써 토양 자체에 함유된 성분이 활성화되기 때문에 소량만 혼입하여도 충분한 효과가 나타난다. 만일 입자 응결 촉진제를 상기한 범위 보다 다량으로 혼입한다면 성분의 과다 출현이 예상된다.

이외에 인산기, 황산기, 붕산기, 질산기, 수산화기 등을 가진 화합물을 포함시킬 수도 있다.

또한 본 발명의 토양 개량제인 BG-11에 대한 1그룹 개량 물질의 혼합량은 25 ~ 40 중량%, 바람직하게는 30 ~ 40 중량%로서, 처리하고자 하는 준설토나 슬러지의 특성에 따라 가감할 수 있다. 1그룹 개량 물질의 함량을 증량할수록 개량 효과가 증가하나 그 한계는 40 중량% 범위를 초과하지 못함을 여러 실험으로 확인했다. 40 중량% 이상으로 증량해도 그 효과의 증가는 없었으며, 다른 성분의 감량으로 오히려 투수성, 입단화 등이 감소하는 경향을 보인다.

이러한 1그룹 개량 물질의 양은 준설토와 하수 슬러지의 물리적 상태에 따라 달리하며, 퇴적토의 토성(클레이, 실트, 샌드 함량)과 투수성을 조사하고 기초 자료로 삼는다.

1그룹 개량 물질로 토양의 분산성이 감소하고 입단화가 촉진되면, 토양 공극이 증가하게 되고 이로 인해서 투수성은 급격히 상승한다. 이 효과에 의하여 토양 내에 편중되었던 분산성 이온은 수분과 더불어 용탈되고, 준설토 내에는 다양한 음이온이 존재하게 된다.

2그룹 개량 물질이라 함은 토양 안정, 식물 생장용 이온 혼합체 및 유기물을 말한다. 유기물은 유기 성분을 장기간 토양 내에 함유시킬 수 있는 지분해성 유기물을 발효시킨 것으로 한다.

이들 성분을 본 발명의 토양 개량제에 혼합시킴으로서 토양 중에서 생명체가 생존하는데 필요한 양분 요소가 첨가되고, 특히 식물이 생장하는데 필수적인 양분 요소가 추가되며 퇴적토나 슬러지를 개량하는 경우에 양분 균형을 이루는 물질의 보완이 될 것이다.

즉, 2그룹 개량 물질은 1그룹 개량 물질의 작용을 보완하고, 유기물과 식물의 생장에 필요한 각종 양이온과 부족한 양분 이온이 주재료원이 된다. 유기물은 만약 개량하고자 하는 저이토나 오니에 배합되어 미생물에 의하여 신속히 분해된다면 토양의 물리성 개량 보다는 점성을 높일 위험이 있다. 따라서 개량제에서 사용되는 유기물은 분해성이 낮은 수목의 수피나 참나무류(떡갈나무, 신갈나무, 굴참나무, 졸참나무, 밤나무, 상수리 나무 등)의 목질을 분쇄한 후 발효 미생물(4 ~ 5과 10여속에 속하는 발효균을 발효 미생물로 사용하는데, 이러한 예로는 bacillus subtilus, B. pumilus, micrococcus glutamicus 등이 있다. 이외에 시중에 유통되고 있는 발효제인 EM(effective microorganism)제도 사용할 수 있다.)로 완전 발효시킨 것이어야 한다. 상기한 참나무류의 목질 이외에 닥나무, 자작나무, 박달나무 등의 목질 또는 코코넛 섬유를 완전 발효시킨 것도 좋다.

완전 발효된 지분해성 바크로 이루어진 유기물은 높은 CEC를 가지며 친수성 모세관 형성에 기여한다. 유기물에 함유된 다양한 양이온과 음이온 물질은 점토의 결집력과 모관력을 향상시키고, 식물 식재시 다양한 양분 공급원으로 작용하며, 보비력이 높아서 배합한 양분 요소를 보전하고 용탈을 방지한다.

준설토와 오니의 개량은 1그룹 개량 물질의 작용으로 분산성 이온의 용탈과 더불어 물리성 개선, pH, EC의 하강이 예상되지만, 준설토와 오니 자체에 3대 필수 영양소인 질소, 인산, 가리를 위시해서 다량 원소인 Ca, Mg, S과 미량 원소인 B, Mn, Cu, Zn, Mo, Fe, Cl 등의 양분 성분에 있어 극심한 불균형에 빠질 수 있다.

즉, 1그룹 개량 물질의 배합으로 Ca, Mg, Fe 등 첨가 물질의 함량은 높아지 지만 그 이외 성분은 결핍되거나 과잉일 수 있다. 따라서 2그룹 개량 물질은 이들의 균형을 맞추어 줌으로써 1그룹 개량 물질의 효과를 증가시키면서 원활한 식물 생육이 가능하도록 하게 한다.

2그룹 개량 물질의 가장 중요한 물질 중 하나는 발효균이 함유된 지분해성인 양질의 유기물이다. 양질의 유기물이란 건강한 유기물을 발효시켜 식물이 이용할 수 있는 적정 범위로 가급태화된 유기물로 토양에 많은 양의 부식을 생성 잔존케 한다.

2그룹 개량 물질에 사용되는 유기물은 리그닌 함량이 높은 참나무과 수목의 목질 섬유를 재료원으로 한 유기물을 발효 효소에 의해 발효시킴으로서 생산된다. 그 이유는 일반 유기물은 분해가 용이해서 효과의 지속성이 낮고 토양에 잔존하는 부식량이 적기 때문이다.

저이토나 오니의 개량을 위해서는 단순한 유기물로서는 효과를 기대하기 어렵다. 이들 토양의 개량을 위해서는 유기물이 분해된 후 토양에 많은 부식량을 잔존시켜야 한다. 즉 일반적인 탄수화물성 유기물은 완전 분해하면 물과 탄산 가스로 변환하여 토양 중에 잔존량이 적다. 이 잔존 성분인 부식은 셀룰로오스, 단백질, 리그닌, 탄닌 등이 분해 과정에서 미생물의 대사 물질과 결합된 분해 저항성의 교질물이다. 부식은 방향족의 벤젠, 나프탈렌, 안트라센, 피리진 등의 고리를 가지며 페놀기, 카복실기 등으로 공역 이중 결합을 가질 뿐만 아니라 표면에 많은 +. -의 전하를 갖는다. 이로 인해 양이온 치환 용량이 높아서 300 me/ 100 g에 이른다.

양질의 유기물은 1그룹 개량 물질의 작용으로 개량된 물리성, pH, EC를 개량 된 상태로 유지시켜 주며, 토양(준설토)의 친화력을 높여 추가로 첨가되는 각종 양분 요소가 토양과 식물에 잘 흡착, 흡수되도록 도와주는 작용을 한다. 발효 과정에서 생성된 가스는 토양 내 공극량을 증가시키고, 가스의 배출로 표층까지의 모관 형성에 도움을 준다.

저이토나 하수 슬러지 내에도 유기물 함량이 높지만 발효균이 함유된 유기물 혼합은 토양 내에 혼합된 다양한 유기물을 무기화하여 흡수를 촉진하고, 입단화 촉진과 더불어 모관을 증가시켜 배수를 촉진하고 토양 내 모관력을 향상시킨다.

이러한 양질의 유기물은 수분율 30 ~ 50 중량%, 발효 유기물 함유량이 50 ~ 70 중량%, 질소에 대한 탄수화물의 비율(Cabohydrate/Nitrogen 비율 : C/N 율)이 30 ~ 35 (w/w)범위인 것으로 중금속 함유량이 국가 공정 규격을 만족해야 한다.

토양 안정, 식물 생장용 이온 혼합체에 대하여 자세히 보면 다음과 같다.

질소 화합물은 (NH₄)₂SO₄, NH₄NO₃, NH₄Cl, HNO₃, KNO₃, (NH₂)₂CO 등으로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물 또는 이들의 혼합물이다. 인산 화합물은 H₃PO₄, KH₂PO₄, KH₂PO₄, K₂HPO₄, 용성인비, 토마스인비, NH₄H₂PO₄, (NH₄)₂HPO₄, 인산나트륨, CaH₂PO₄, Ca(H₂PO₄)₂, 과인산석회, 중과인산석회 등으로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물 또는 이들의 혼합물이고, 가리 화합물은 K₂SO₄, KCl, KNO₃, KHSO₄, KMnO₄ 등으로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물 또는 이들의 혼합물이다. 인산 및 가리의 복합 물질로 KH₂PO₄, K₂HPO₄ 등이다.

황 화합물은 (NH₄)₂SO₄, CaSO₄, MgSO₄, K₂SO₄, FeS, H₂SO₄ 및 분말 유황으로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물 또는 이들의 혼합물이고, 몰리브덴 화합물은 MoO, 암모늄 몰리브데이트 및 소디움 몰리브데이트로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물 또는 이들의 혼합물이며, 붕소 화합물은 붕사, 붕산(H₃BO₃), K₂B₄O₇, B₂O₃, B₂O₂, H₄B₂O₄ 등으로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물 또는 이들의 혼합물이고, 아연 화합물은 Zn(OH)₂, ZnSO₄, ZnCl₂ 등으로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물 또는 이들의 혼합물이며, 망간 화합물은 MnO₂, Mn₂O₃, Mn₃O₄, Mn(OH)₂, MnCl₂, MnSO₄ 등으로 이루어진 군으로부터 선책된 화합물 또는 이들의 혼합물이고, 구리 화합물은 Cu(OH)₂, CuCl₂, CuSO₄ 등으로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물 또는 이들의 혼합물이며, 염소 화합물은 KCl, NH₄Cl, MgCl₂, CaCl₂, HCl로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물 또는 이들의 혼합물이다.

이들 2그룹 개량 물질을 이루는 유기물 및 토양 안정, 식물 생장용 이온 혼합체 화합물의 사용량을 보면 유기물은 55 ~ 80 중량%, 질소 화합물은 3 ~ 18 중량%, 인산 화합물은 3 ~ 25 중량%, 가리 화합물은 2 ~ 7 중량%, 황 화합물은 0.3 ~ 0.5 중량%, 몰리브덴 화합물은 0.5 ~ 1 중량%, 붕소 화합물은 1 ~ 3 중량%, 아연 화합물은 0.5 ~ 0.8 중량%, 망간 화합물은 0.5 ~ 1.0 중량%, 구리 화합물은 0.3 ~ 0.8 중량%, 염소 화합물은 0.3 ~ 0.5 중량%이다. 바람직하게는 유기물은 60 ~ 75 중량%, 질소 화합물은 5 ~ 15 중량%, 인산 화합물은 5 ~ 20 중량%, 가리 화합물은 3 ~ 5 중량%, 황 화합물은 0.3 ~ 0.5 중량%, 몰리브덴 화합물은 0.5 ~ 1 중량%, 붕소 화합물은 1 ~ 3 중량%, 아연 화합물은 0.5 ~ 0.8 중량%, 망간 화합물은 0.5 ~ 1.0 중량%, 구리 화합물은 0.3 ~ 0.8 중량%, 염소 화합물은 0.3 ~ 0.5 중량%이다.

유기 함유량, CEC, 전질소, 유효 인산, 치환성 양이온, pH, EC 등을 측정하여 기초 자료로 삼는다.

본 발명의 토양 개량제인 BG-11에 대한 2그룹 개량 물질의 혼합량은 20 ~ 40 중량%, 바람직하게는 25 ~ 40 중량%에 해당하며, 수목 식재 또는 작물 재배 토양으로 개량할 경우에는 증량한다. 식물학적 견지에서 개량토를 식재용토로 할 경우에는 N, P, K 등과 미량원소의 보충이 요구된다. 따라서 총체적 개량에서 2그룹 개량 물질의 혼합량을 20 ~ 40 중량%가 적정하고 25 ~ 40 중량%가 바람직하다. 특히 2그룹 개량 물질의 주성분인 유기물을 증가시킨다면 일시적으로 투수성을 감소시킬 우려가 있다.

3그룹 개량 물질이라 함은 퇴적토나 특히 하수 슬러지에서 예상되는 중금속 및 각종 오염 물질의 피해를 소거하고 혐오취를 감소시키는 물질이다. 이 물질은 토양화 작용을 촉진하고 중금속 등 오염 이온과 용이하게 치환되는 물질로서 이 물질 내의 이온과 치환·고정된 중금속 등은 활동도가 낮아져서 토양수에 용해되지 않기 때문에 오염원으로서 위험이 소거된다. 이 물질의 기본 물질은 치환 용량이 높아서 토양 입자 외 물질을 저장하며 각종 이온의 용출을 억제한다.

즉 3그룹 개량 물질은 중금속을 불용화시키고 이를 고정하는 물질을 주재료원으로 한다. 중금속은 물에 녹아 수용액 내에서 이온 상태로 존재할 때 피해를 줄 수 있는데 토양 성분으로 결합되어 분자량이 증가된다면 아무리 많은 중금속이 흙 속에 함유되어 있다 해도 식물과 인체에 흡수, 축적되는 기회가 적어져서 전혀 피해를 주지 않는다.

중금속들은 주로 성분 함유가 많은 광석으로부터 화학적 방법이나 물리적 방법으로 추출한다. 중금속을 추출하는 과정에서 주로 공통적으로 사용되는 공법은 산처리이다. 중금속 함량이 많은 암석을 강산으로 처리하면 이들 중금속은 토양 입자로부터 유리된다. 즉 강한 산성 조건 하에서 중금속의 원소들은 활동도가 높아져서 토양과의 결합력이 약화되어 토양 입자로부터 이탈, 이온 상태가 되는 것이다.

이들 성분들은 이용된 후 다시 토양으로 돌아가는데 이때 토양 조건이 산성을 나타내면 중금속은 토양에 흡착되지 못한 채 유리되어 식물, 동물에 흡수되어 생물학적 농축이 일어나고 이 농축 현상에 의해 중금속 중독 현상을 일으키게 된다. 따라서 토양에 들어 있는 중금속 이온들이 활동하지 못하도록 토양 입자에 강하게 흡착시켜 주는 것이 오염원을 제거하는 첩경이 된다.

3차 개량 물질의 작용을 중금속 카드뮴(Cd)을 예를 들어 설명하면 다음과 같다.

식물의 뿌리는 토양 용액에 녹아 있는 성분을 우선 흡수하고 다음에 뿌리가 다가가서 콜로이드에 흡착된 치환성 이온을 흡수한다. 중금속 카드뮴 이온(Cd^{2 +})은 2가의 양이온으로 토양 콜로이드에 흡착되지만 토양 조건 특히 중성이고 이 이온과 결합할 수 있는 음이온(OH^-, PO₄ ^{2 -}, S^{2 -}, SiO₃ ^{2 -} 등)이 풍부할 때는 이들과 난용성 화 합물로 침전하여 토양 용액에 용출되지 않는다. Cd는 다음과 같이 결합하여 난용성 화합물이 되는 것이다.

Cd²⁺ + 2OH^- → Cd(OH)₂ ----- Ksp^*1 : 6 ×10^-15

Cd²⁺ + CO₃ ^2- → CdCO₃ ----- Ksp^*1 : 3 ×10^-14

Cd²⁺ + PO₄ ^3- → Cd(PO₄)₂ ----- Ksp^*1 : 2.5 ×10^-32

Cd²⁺ + SiO₃ ^2- → CdSiO₃ ----- Ksp^*1 :

Cd²⁺ + S^2- → CdS ----- Ksp^*1 : 5 ×10^-27

* Ksp : 용해도적(積)

용해도적(Ksp)은 난용성 물질의 용해도를 측정하는 기준이다. 이 수치가 작으면 작을수록 용해도는 낮은 것이다. 위에서 Cd²⁺가 인산(PO₄ ^3-)과 결합되었을 때 용해도가 가장 낮고, S^{2 -}, OH^- 등과 결합되었을 때도 매우 낮아서 식물이 흡수되기는 어렵다. 이런 결합은 시간이 경과할수록 단단해지고 커지며, 그럴수록 용해도는 더 낮아진다. 때문에 토양 조건을 개량하여 이런 결정을 자라게 하고 또한 더욱 단단하게 키우면 키울수록 중금속(여기서는 Cd)은 불용성의 토양 성분으로 변한다.

위에 기술된 용해도적(溶解度積 : K_sp)이란 중금속 등이 용해되는 정도를 말 하는 것으로 용해도적이 낮은 이온과 용해도적이 높은 이온이 상존하는 한 용해도적이 낮은 이온은 용해되지 않는다.

예컨대, 아래 반응식에서 왼쪽에 있는 AlPO₄(K_sp=10^-18)와 Cd(OH)₂(K_sp=10^-6)는 오른쪽의 2개 물질 Al(OH)₃(K_sp=10^-33), Cd(PO₄)₂(K_sp=10^-26)에 비하여 용해도적이 상대적으로 높기 때문에 자연 상태에서 물(H₂O)과 만나면 왼쪽에서 오른쪽으로 반응이 진행되게 된다.

AlPO₄ + Cd(OH)₂ → Al(OH)₃ + Cd(PO₄)₂ (고형화물질)

즉, Cd(OH)₂라는 유해한 카드뮴 화합물은 AlPO₄와 만나 Cd(PO₄)₂ 라는 용해도적이 아주 낮은 고형화 물질로 형성되고, 이 물질은 용해도적이 10^-26으로 매우 낮아 자연 상태에서는 용해되기 어려운 물질로 고형화된다. 이와 같이 중금속의 고형화, 불용화의 방법으로 용해도적이 낮은 물질로 고형화시키는 방법이 있다.

또한 토양(퇴적토)에 용해도적이 중금속 보다 상대적으로 높은 식물에 유익한 이온들을 상존시킨다면, 중금속 이온이 용해되지 않을 것이다.

이러한 원리를 이용하여 중금속의 고형화를 조정하고 단기간에 중금속 이온을 고분자 물질화하여 쉽사리 용출되지 않도록 작용을 하는 것이 3그룹 개량 물질이다.

중금속을 고형화시키는 음이온군은 1그룹 개량 물질과 2그룹 개량 물질이 해 리되면서 다량 배출된다. 본 발명의 토양 개량제인 BG-11에서 발생하는 대표적인 음이온의 종류는 -PO₄ ^-3, -NO₃ ^-, -NO₃ ^-, -CO₃ ^{2 -}, -SO₄ ^{2 -}, -OH^-, -BO^{3 -} 등이다.

또한, 2그룹 개량 물질의 지분해성 바크 유기물 입자에는 -COO^- 등 다양한 음이온이 존재하며 이들 음이온은 중금속과 결합하여 고정한다.

이와 동일한 작용을 하는 물질은 CEC가 높은 광물질 재료이다. 광물질 재료로서는 제오라이트, 버미큐라이트, 벤토나이트, 실리카, 실리케이트, 규회석, 활성탄 등이다. 이들 물질은 음이온과 결합하여 화합물질화한 중금속을 더욱 견고한 물질로 완전 고정하고, 이들 물질이 가진 격자 내에 포함시킴으로써 수용액에 함유되지 못하게 한다.

제오라이트를 위시해서 이들 광물질은 입도화 정도가 클수록 CEC가 높아지므로 분말도를 높여야 한다. 3그룹 개량 물질의 배합은 처리하고자 하는 토양의 특성에 따라 변화시킬 수 있다. 사용량은 준설토의 성분을 분석하여 피해가 예상되는 중금속 종류와 위험 수준에 맞추어 조절한다.

이러한 3그룹 개량 물질의 구성은 제오라이트 70 ~ 87 중량%이며, 벤토나이트 2 ~ 15 중량%, 버미큐라이트 2 ~ 15 중량%, 활성탄, 실리카, 실리케이트, 규회석 등의 기타 물질 2 ~ 7 중량%이다. 바람직하게는 제오라이트 80 ~ 85 중량%이며, 벤토나이트 5 ~ 10 중량%, 버미큐라이트 5 ~ 10 중량%, 활성탄, 실리카, 실리케이트, 규회석 등의 기타 물질 3 ~ 5 중량%이다.

또한 본 발명의 토양 개량제인 BG-11에 대한 3그룹 개량 물질의 배합비는 20 ~ 40 중량%, 바람직하게는 20 ~ 35 중량%이다.

3그룹 개량 물질의 주재료인 제오라이트는 분말도가 높을수록 CEC가 높아서 이온 보존 능력 및 고정 능력이 높다. 그러나 미립 분말의 벤토나이트를 위시한 개량 성분은 토양 개량 효과는 있으나, 10 중량% 이상 사용시에는 투수력 감소의 위험이 있다.

중금속이 예상되는 공단 폐수의 유입지 퇴적토 또는 폐광산의 갱도 및 광미(鑛尾) 지역에는 3그룹 개량 물질의 함유율을 높인다.

또한 이들 재료는 처리 초기에 발생하는 건조에 의한 경결을 방지하고 물리성을 지속적으로 향상시키는 역할을 하며 집하 초기에 발생하는 황화수소, 메탄가스 등으로 인한 혐오취도 화학적 결합으로 감소시키고 기발생한 혐오취도 흡착하는 효과를 갖는다. 3그룹 개량 물질은 1그룹 개량 물질과 2그룹 개량 물질에 함유되어 있는 물질의 효과를 극대화시키면서 토양화 작용을 촉진한다.

4그룹 개량 물질이라 함은 9문으로 분류되고 있는 미생물 조류(algae) 중 남조류(blue algae-cyanobacteria) 중 광합성 작용, 복합 당류 합성 능력이 높은 남조류, 염류 토양에서 Na 이온을 유리·용탈시키는 몇 종의 혼합이다. 많은 남조류 가운데 사용되는 종류는 아나베나(anabaena), 아나베놉시스(anabaenopsis), 닥티로코콥시스(dactylococcopsis), 시네코시스티스(synechocystis), 마이크로시스티스(mocrocystis) 등이며 이들을 추출, 배양하여 배합한다.

이들 남조류는 염류 토양에 과다한 나트륨 성분을 치환시키고, 토양 내 유기물의 분해를 촉진하여 유효 유기물 함량을 증가시키며, 질소·인산을 고정하여 양 이온의 유효도를 높이고, 토양 내 염류의 유리를 촉진, 용탈되게 하여 과다염 피해를 방지하며, 광합성과 다당류 합성 작용을 하여 양분 물질 공급원이 되고, 유기물과 미생물의 상호 작용에 의해 토양의 단립 구조를 입단 구조화하여 통기, 배수 촉진의 물리성을 개선되게 하며, pH 교정 등의 화학성 개선 작용을 하고, 광합성에 의해 발생한 산소 등 가스의 영향으로 토양 경결도 방지한다. 또한 이들 남조류는 여러 시험 성적에서 중금속을 흡착하는 효과도 나타낸다.

이러한 남조류는 배양된 호기성 미생물로 발효 공정을 거친 바크성의 저분해성 유기물, 즉 2그룹 개량 물질의 유기물에 접종하여 사용된다. 사용하는 조류는 오염 물질 고정 효과에도 크게 도움을 준다.

4그룹 개량 물질의 과다염 치환 정도는 무처리구 비 66.2 중량% 감소하였고, 통기 배수 촉진은 무처리구 0.7 ㎜/hr에서 4.6 ㎜/hr으로 6.6 배 이상 촉진되었다. 그 외 질소량은 0.03 중량%가 0.21 중량%로 7.0 배 증가했다. 4그룹 개량 물질은 상기한 과다 염의 치환, 통기, 배수 촉진 작용 뿐 아니라 유기 질소를 생성 증가시켜 토양 비옥도를 높이는 작용도 한다.

4그룹 개량 물질의 BG-11에 대한 배합량은 0.2 ~ 0.5 중량%, 바람직하게는 0.3 ~ 0.5 중량%이고, 특수한 경우, 즉 임해 매립 직후 또는 생활 하수 오니 등 나트륨을 위시해서 염류 함량이 많을 때에는 증량 배합한다. 배합 방법은 2그룹 개량 물질에 함유되는 유기물에 분무, 배합한다. 0.3 중량% ~ 0.5 중량% 이상을 배합할 수 있으나 배합 후 번식이 이루어짐으로 0.5 중량% 정도가 적정하다.

다음, 상기한 바와 같은 1그룹 개량 물질, 2그룹 개량 물질, 3그룹 개량 물 질 및 4그룹 개량 물질을 각각 혼합하여 본 발명의 토양 개량제인 BG-11을 제조하는 방법에 대하여 본다.

우선 1그룹 개량 물질은 입단화 촉진제, 입자 응결 촉진제 및 토양화 촉진제를 혼합하여 제조한다.

입단화 촉진제로는 칼슘 화합물 및 마그네슘 화합물을 사용한다. 이때 칼슘 화합물 : 마그네슘 화합물의 중량 비율이 3 ~ 5 : 1이 되도록 한다.

여기서 칼슘 화합물은 CaSO₄, CaCl₂, Ca(OH)₂, CaCO₃, Ca(NO₃)₂, CaO, Ca(OH)₂, Ca(H₂PO₄)₂로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물 또는 이들의 혼합물이다. 또한 마그네슘 화합물은 MgO, MgSO₄, MgCl₂, MgCO₃, MgNH₂PO₄, Mg₂P₂O₇, MgS로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물 또는 이들의 혼합물이다.

입자 응결 촉진제로는 철 화합물 및 알루미늄 화합물을 사용한다. 이때 철 화합물 : 알루미늄 화합물의 중량 비율이 6 ~ 8 : 1이 되도록 한다.

철 화합물은 FeSO₄, FeO, Fe₂O₃, Fe₃O₄, FeS, Fe-EDTA을 비롯하여 Fe-복합 물질인 CaO·Fe₂O₃, CaO·Al₂O₃·Fe₂O₃로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물 또는 이들의 혼합물이다.

알루미늄 화합물은 Al₂O₃, Al₃(SO₄)₃, Al(OH)₂을 비롯하여 Al-복합 물질인 Al·K(SO₄)₂, Al·NH₄(SO₄)₂로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물 또는 이들의 혼합물이다.

토양화 촉진제로는 규소화합물을 사용하며 이는 SiO₂, CaSiO₃, CaO·SiO₂ 등으로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물 또는 이들의 혼합물이다.

1그룹 개량 물질의 구성은 입단화 촉진제 65 ~ 85 중량%, 입자 응결 촉진제 1 ~ 6 중량%, 토양화 촉진제 10 ~ 30 중량%, 바람직하게는 입단화 촉진제 70 ~ 82 중량%, 입자 응결 촉진제 2 ~ 5 중량%, 토양화 촉진제 15 ~ 25 중량%로 한다.

2그룹 개량 물질은 토양 안정, 식물 생장용 이온 혼합체 및 유기물을 혼합하여 제조한다.

유기물로는 분해성이 낮은 수목의 수피나 참나무류인 떡갈나무, 신갈나무, 굴참나무, 졸참나무, 밤나무, 상수리 나무 등의 목질을 분쇄한 후 발효 미생물(4 ~ 5과 10여속에 속하는 발효균을 발효 미생물로 사용하는데 이러한 예로는 bacillus subtilus, B. pumilus, micrococcus glutamicus 등이 있다. 이외에 시중에 판매되고 있는 발효제인 EM(effective microorganism)제도 사용할 수 있다.)을 접종시켜 완전 발효시킨 것이어야 한다. 상기한 참나무류의 목질 이외에 닥나무, 자작나무, 박달나무 등의 목질을 사용할 수도 있으며 코코넛 섬유 역시 사용할 수 있다.

이러한 양질의 유기물은 수분율 30 ~ 50 중량%, 발효 유기물 함유량이 50 ~ 70 중량%, C/N 율이 30 ~ 35 (w/w)범위인 것으로 중금속 함유량이 국가 공정 규격을 만족해야 한다.

토양 안정, 식물 생장용 이온 혼합체로는 3대 필수 영양소인 질소, 인산, 가리를 위시해서 황, 몰리브덴, 붕소, 아연, 망간, 구리, 염소 화합물을 혼합하여 준 비한다.

질소 화합물은 (NH₄)₂SO₄, NH₄NO₃, NH₄Cl, HNO₃, KNO₃, (NH₂)₂CO로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 인산 화합물은 H₃PO₄, KH₂PO₄, KH₂PO₄, K₂HPO₄, 용성인비, 토마스인비, NH₄H₂PO₄, (NH₄)₂HPO₄, 인산나트륨, CaH₂PO₄, Ca(H₂PO₄)₂, 과인산석회, 중과인산석회로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물 또는 이들의 혼합물을 사용하고, 가리 화합물은 K₂SO₄, KCl, KNO₃, KHSO₄, KMnO₄로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 인산 및 가리의 복합물질로 KH₂PO₄, K₂HPO₄ 등을 사용할 수도 있다.

황 화합물은 (NH₄)₂SO₄, CaSO₄, MgSO₄, K₂SO₄, FeS, H₂SO₄ 및 분말 유황으로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있고, 몰리브덴 화합물은 MoO₃, 암모늄 몰리브데이트, 소디움 몰리브데이트로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있으며, 붕소 화합물은 붕사, 붕산(H₃BO₃), K₂B₄O₇, B₂O₃, B₂O₂, H₄B₂O₄로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있고, 아연 화합물은 Zn(OH)₂, ZnSO₄, ZnCl₂로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물 또는 이들의 혼합물 사용할 수 있으며, 망간 화합물은 MnO₂, Mn₂O₃, Mn₃O₄, Mn(OH)₂, MnCl₂, MnSO₄으로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물 또는 이들의 혼합물 사용할 수 있고, 구리 화합물은 Cu(OH)₂, CuCl₂, CuSO₄로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물 또는 이들의 혼합물 사용할 수 있으며, 염소 화합물은 KCl, NH₄Cl, MgCl₂, CaCl₂, HCl로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다.

이들 2그룹 개량 물질을 이루는 유기물 및 토양 안정, 식물 생장용 이온 혼합체 성분의 사용량을 보면 유기물은 55 ~ 80 중량%, 질소 화합물은 3 ~ 18 중량%, 인산 화합물은 3 ~ 25 중량%, 가리 화합물은 2 ~ 7 중량%, S는 0.3 ~ 0.5 중량%, Mo은 0.5 ~ 1 중량%, B는 1 ~ 3 중량%, Zn은 0.5 ~ 0.8 중량%, Mn은 0.5 ~ 1.0 중량%, Cu는 0.3 ~ 0.8 중량%, Cl은 0.3 ~ 0.5 중량%, 바람직하게는 유기물은 60 ~ 75 중량%, 질소 화합물은 5 ~ 15 중량%, 인산 화합물은 5 ~ 20 중량%, 가리 화합물은 3 ~ 5 중량%, S는 0.3 ~ 0.5 중량%, Mo은 0.5 ~ 1 중량%, B는 1 ~ 3 중량%, Zn은 0.5 ~ 0.8 중량%, Mn은 0.5 ~ 1.0 중량%, Cu는 0.3 ~ 0.8 중량%, Cl은 0.3 ~ 0.5 중량%이다.

상기한 성분들 중 인산 화합물은 2그룹 개량 물질을 제조할 때 첨가하지 않고 후에 각각 제조된 2그룹 개량 물질에 4그룹 개량 물질을 분무하여 혼합한 후에 인산 액제의 형태로서 처리한다.

3그룹 개량 물질은 CEC가 높은 광물질 재료인 제오라이트, 버미큐라이트, 벤토나이트, 실리카, 실리케이트, 규회석, 활성탄을 혼합하여 제조한다.

3그룹 개량 물질의 구성은 제오라이트 70 ~ 87 중량%이며, 벤토나이트 2 ~ 15 중량%, 버미큐라이트 2 ~ 15 중량%, 활성탄, 실리카, 실리케이트, 규회석 등의 기타 물질 2 ~ 7 중량%, 바람직하게는 제오라이트 80 ~ 85 중량%이며, 벤토나이트 5 ~ 10 중량%, 버미큐라이트 5 ~ 10 중량%, 활성탄, 실리카, 실리케이트, 규회석 등의 기타 물질 3 ~ 5 중량%로 한다.

4그룹 개량 물질이라 함은 9문으로 분류되고 있는 미생물 조류(algae) 중 남조류(blue algae-cyanobacteria) 중 광합성 작용, 복합 당류 합성 능력이 높은 남조류, 염류 토양에서 Na를 유리·용탈시키는 몇 종을 추출하여 이용한다. 많은 남조류 가운데 사용되는 종류는 아나베나(anabaena), 아나베놉시스(anabaenopsis), 닥티로코콥시스(dactylococcopsis), 시네코시스티스(synechocystis), 마이크로시스티스(mocrocystis) 등이며 이들을 추출, 배양하여 배합한다.

본 발명의 토양 개량제인 BG-11의 제조 방법을 보면 다음과 같다.

우선 상기한 1그룹 개량 물질, 2그룹 개량 물질, 3그룹 개량 물질 및 4그룹 개량 물질을 각각 준비하고,

무기성 물질인 1그룹 개량 물질과 3그룹 개량 물질을 혼합하며,

유기물인 2그룹 개량 물질에 4그룹 개량 물질을 분무하여 혼합한 후,

상기한 1, 3 그룹 개량 물질의 혼합물을 2, 4 그룹 개량 물질의 혼합물과 혼합하여 본 발명의 토양 개량제인 BG-11을 제조한다.

본 발명의 토양 개량제는 2그룹 개량 물질 중의 인산 화합물을 2그룹 개량 물질 제조시 혼합시키지 않고, 상기한 2그룹 개량 물질에 4그룹 개량 물질을 분무하여 혼합한 혼합물에 인산액제로서 처리하여 제조할 수 있다.

본 발명의 토양 개량제인 BG-11에 대한 1그룹 개량 물질의 혼합량은 25 ~ 40 중량%, 바람직하게는 30 ~ 40 중량%에 해당하고, 처리하고자 하는 준설토나 슬러지의 특성에 따라 가감할 수 있다.

BG-11에 대한 2그룹 개량 물질의 혼합량은 20 ~ 40 중량%, 바람직하게는 25 ~ 40 중량%에 해당하고, 수목 식재 또는 작물 재배 토양으로 개량할 경우에는 증량한다.

BG-11에 대한 3그룹 개량 물질의 배합량은 20 ~ 40 중량%, 바람직하게는 20 ~ 35 중량%이다. 토목적 이용에 사용할 경우에는 3그룹 개량 물질을 증량한다. 또한 중금속이 예상되는 공단 폐수의 유입지 퇴적토 또는 폐광산의 갱도 및 광미(鑛尾) 지역에 사용할 경우에는 1그룹 개량 물질과 3그룹 개량 물질의 배합량을 증량한다.

4그룹 개량 물질의 BG-11에 대한 배합량은 0.2 ~ 0.5 중량%, 바람직하게는 0.3 ~ 0.5 중량%이고, 특수한 경우, 즉 임해 매립 직후 또는 생활 하수 오니 등 나트륨을 위시해서 염류 함량이 많거나 부패 유기물이 많을 경우에는 증량 배합한다.

다음, 상기한 바와 같은 1그룹 개량 물질, 2그룹 개량 물질, 3그룹 개량 물질 및 4그룹 개량 물질을 각각 혼합하여 제조한 본 발명의 토양 개량제인 BG-11을 사용하여 토양을 개량하는 방법, 즉 본 발명의 토양 개량제로 토양을 개량하는 방법에 대하여 본다.

본 발명의 토양 개량제를 사용하는 방법은 우선 점토질성 미립토, 즉 개량 목적 퇴적토, 하수 슬러지에 개량 작용하는 토양 개량제의 작용을 극대화시킬 수 있도록 하기 위하여 50 ~ 60 중량% 범위의 함수율로 조절하고, 토양 개량에 작용하는 미생물의 번식에 필요한 산소가 잘 공급되도록 (폭) 1 ｍ × (길이) 사용면적별로 설정 × (높이) 1 ｍ 이하의 용적으로 점토질성 미립토를 퇴적하며, 점토질성 미립토 표면에 토양 개량제를 포설한다. 토양 개량제를 처리하는 양과 처리 회수는 개량 토양의 용도에 따라서, 처리하고자 하는 토양의 특성에 따라서 약간의 변경이 요구된다.

이러한 본 발명의 개량 방법을 설명하면 다음과 같다.

1. 점토질성 미립토가 임해 매립지나 강하구 매립지의 지반토 개흙층인 것으로서, 임해 매립지나 강하구 매립지의 지반토 개흙층을 녹지 조성지 기층 배수층재로 개량하는 방법.

임해 매립지나 강하구 매립지의 경우, 지반토 개흙층은 대부분 배수 불량이 예상된다. 배수 불량의 원인은 하층토에 발생한 경반층으로 인해서 불투수층이 생기고, 이 불투수층으로 인해서 지하수위가 항상 높기 때문이다. 불투수층의 발생은 토양의 미립자가 중력수 또는 모관수로 이동하면서 공극을 충진함으로서 일어난다.

매립지의 기반 토층 하에는 경반의 불투수층이 이미 발달해 있으므로 비가 오거나 관수를 해도 수분은 표면 이동만 할 수 있다. 이런 기반토 위에 매립토를 얹으면 불투수성의 기반토 때문에 강우시에 기반토와 매립토 사이에 수공층이 생기기 때문에 지반 고정에 장애가 된다.

1) 임해 매립지나 강하구 매립지의 갯벌 외 바깥 지역에서 장비를 이용하여 갯벌 표면에 면적당 해당량의 BG-11을 살포한다.

2) 갯벌층 표면에 50 × 50 ｍ 간격으로 0.3 × 0.3 × 0.3 ｍ 크기의 배수로를 물의 흐름 방향으로 설치하여, BG-11에 의해 치환된 Na 이온이 배출되도록 한다.

3) 1)의 공정후 기반토 표면의 수분이 장비가 움직일 정도의 상태이면 표면에 살포된 BG-11을 경운하여 효과가 증대되도록 한다.

이 공법에 의해 지반토는 투수성이 양호해지고 유리된 Na 이온 등 분산성 이온들이 용탈된다. 토목적 견지에서는 지반이 신속히 안정되고, 식물학적 견지에서는 염분의 모관 상승이 현저히 감소하고, 토양화 작용이 촉진되어 수목 식재시 고사목 발생이 현저히 감소할 것이다.

또한 이 공법과 더불어 임해 매립지 전용 개량제 및 식재 공법(발명 특허 제096108호)를 병행한다면 정상적인 수목 생장을 기대할 수 있다.

2. 점토질성 미립자가 바다, 강의 퇴적 준설토나 하수 슬러지로서, 바다, 강의 퇴적 준설토를 개량하여 녹지 조성지의 기반층 배수층재나 식재층 조성용토로 이용하거나, 하수 슬러지를 개량하여 식재층 조성 용토로 개량하는 방법.

1) 개량하고자 하는 토양의 수분율을 50 ~ 60 중량%로 조절한다.

개량하고자 하는 토양의 함수율이 60 중량% 이상이면, 산소 부족으로 개량에 작용하는 미생물의 사멸과 함유 물질의 부패가 일어나며, 50 중량% 이하이면, 수분 부족으로 토양 개량제에 작용하는 미생물이 휴면 상태로 되어져 개량 물질의 정상적 반응이 일어나지 않아 목적대로의 개량 작용 효과를 기대할 수 없다.

함수량이 높은 준설토, 하수 슬러지 등을 아래의 방법과 순서로 준설지 또는 하수 슬러지 집하장에서 함수율의 정도에 따라 20 ~ 40 ㎝ 높이로 포설, 개량과 발효에 적정한 수분율 60 중량% 내외로 조절하여 개량, 발효 작용이 촉진되도록 한다. 수분 조절은 배수로 또는 경사면을 가진 대지에서 자연 배수되도록 한다. 개량제를 처리한 후에는 우천시에도 방치한다.

2) 개량토와 본 발명의 토양 개량제(BG-11)를 완전 혼합하고 1 ｍ × 사용면적별로 설정 × 0.5 ~ 1.0 ｍ로 적재, 퇴적하여 개량 작용이 촉진되도록 한다. 한편 하수 슬러지의 경우에는 하저, 해저 저이토와 혼합하여 개량하는 것이 유리하다.

2)-1 개량 목적 토양과 BG-11은 양자간 혼합이 잘 될수록 개량의 효과가 증대되므로 완전 혼합이 되도록 한다.

2)-2 적정량의 산소 공급에서 개량 작용이 촉진되므로 개량제와 혼합된 개량토는 적정의 산소 투과가 이루어지도록 1 ｍ × 사용면적별로 설정 × 1 ｍ 높이로 퇴적하여 개량 작용이 촉진되도록 한다.

3) 개량 작용이 촉진되도록 3 ~ 4 회의 뒤집기 작업을 한다.

개량토 적재, 퇴적 후 10 ~ 15 일 간격으로 3 회 이상의 뒤집기 작업을 하여 재료의 혼합과 신선한 산소를 공급, 개량에 작용하는 물질과 미생물을 활성화하여 개량 효과가 촉진되도록 한다.

4) 개량 작용이 될 수 있는 다음의 개량 목적별 개량 기간을 둔다.

4)-1 개량의 목적이 토목 공사 등의 매립재, 복토재 일 경우 30 ~ 40 일.

4)-2 개량의 목적이 식재층 조성 용토, 인공용토일 경우 50 ~ 60 일 내외.

준설토, 하수 슬러지의 물리성 만을 개량하여 토목적으로만 사용하고자 하는 경우에는 1그룹 개량 물질과 3그룹 개량 물질을 혼합하여 준설토의 중량비로 5.0 ~ 6.0 중량%의 양을 해당 토양과 잘 섞은 후 개량 반응이 일어날 수 있도록 30일 이상 퇴적 적치한다.

종래의 토양 개량 방법은 여러 시설들을 요하지만, 상기한 본 발명의 토양 개량제를 이용한 토양의 개량 방법에 의하면 단지 제제 성분의 배합으로 상호 상가적, 상승적 효과를 얻을 수 있어 좋다. 토양화를 더욱 촉진하기 위하여는 본 발명의 토양 개량제인 BG-11의 시여량을 20 중량% 이상 늘리고 환적 횟수를 증가시키는 것이 더욱 좋다.

2005년 7월 0.1 ~ 0.2 % 염농도 범위의 낙동강 준설토 개량 공정

<개량 공정 1>

준설 후 개량제의 작용과 효과의 극대화를 목표로 한 수분 조절 공정.

도 1 및 도 2에서 보는 바와 같이 물이 흘러내질 정도의 함수율 150 중량%의 준설토를 개량제 작용에 적정한 수분율 60 중량% 조절을 목표로 노지에 30 ㎝ 높이로 포설하여 1차 자연 배수가 되도록 한다.

<개량 공정 2>

자연 배수시킨 준설토의 개량 작용에 적정한 1 ｍ × 1 ｍ × 1 ｍ 퇴적 공정.

준설 후 노지에 30 ㎝ 높이로 포설, 자연 배수되어 함수율 60 중량% 범위로 조절된 준설토의 개량 효과 극대화를 목적으로 한 1 ｍ × 1 ｍ × 1 ｍ 퇴적하는 공정이다. 개량제 내 미생물 등은 개량 과정에서 개량 목적물의 함수율 60 중량% 범위와 개량에 작용하는 적정량의 산소 공급에서 개량 작용의 효과가 극대화된다.

<개량 공정 3>

1 ｍ × 1 ｍ × 1 ｍ 퇴적 준설토에 개량제 살포기로 퇴적 더미 양측면에 일정량의 토양 개량제를 살포하는 공정(당 공정에서 토양 중량의 5 중량%에 해당하는 BG-11 살포) 및 본 발명의 토양 개량제 BG-11의 살포 5일 후 개량제의 고른 혼합을 목적으로 한 재혼합과 환적하는 공정.

<개량 공정 4>

준설 → 1차 배수, 건조 → 1 ｍ × 1 ｍ × 1 ｍ 퇴적 → 개량제 살포 → 15일 경과 → 개량제와 준설토의 혼합율을 높이고 재혼합시키기 위한 경운, 일정 높이 식재층 조성 목적 포설 트렉터 작업 공정.

도 3 및 도 4에 있어서 개량제 살포 전과 살포 후 25일째를 보이는 것으로서 주변에서 천이된 식물들이 자라고 있음을 확인할 수 있다.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 구체적으로 설명하기로 한다.

본 발명의 토양 개량제인 BG-11은 개량하고자 하는 토양의 내용과 개량 목적에 따라 실시예의 1 내지 4 그룹 개량 물질을 각각 적정량으로 하여 배합한다. 배합비는 토양의 이화학성 조사를 참조한다.

실시예 1

1그룹 개량 물질은 준설토, 하수 슬러지의 물리성, 화학성을 개량하는 물질 로서 입단화 촉진제, 입자 응결 촉진제 및 토양화 촉진제로 구성된다.

입단화 촉진제로 CaSO₄ 60 중량%, MgO 20 중량%, 입자 응결 촉진제로 Fe₂O₃ 1.5 중량%, Al₂O₃ 및 고령토 0.5 중량%, 토양화 촉진제로 SiO₂ 18 중량% 혼합하여 1그룹 개량 물질(100 중량%)로 한다.

실시예 2

2그룹 개량 물질은 유기물 및 토양 안정, 식물 생장용 이온 혼합체로 구성되며, 이때 유기물로는 바크 또는 참나무류 목질을 완전 발효시킨 것으로 70 중량% 사용한다. 이외의 질소 화합물인 (NH₂)₂CO 10 중량%, 인산 화합물인 과인산석회 10 중량%, 가리 화합물인 황산가리 4.5 중량%, 황 화합물 0.5 중량%, 몰리브덴 화합물인 암모니움몰리브데이트 0.5 중량%, 붕소 화합물인 H₃BO₃ 3 중량%, 아연 화합물인 ZnSO₄ 0.5 중량%, 망간 화합물인 Mn(OH)₂ 0.5 중량%, 구리 화합물인 CuSO₄ 0.3 중량%, 염소 화합물 0.2 중량% 사용하여 2그룹 개량 물질을 제조한다.

실시예 3

3그룹 개량 물질은 제오라이트 80 중량%, 버미큐라이트 7 중량%, 벤토나이트 7 중량%, 실리카 및 실리케이트 1 중량%, 규회석 2 중량%, 활성탄 3 중량%를 사용하여 제조한다.

실시예 4

4그룹 개량 물질은 과다염 치환 작용, 통기, 배수 촉진, 물리성 개량과 유기 질소를 생성하여 토양 비옥도를 높이는 시아노 박테리아(남조류 미생물)류인 아나베나(anabaena), 아나베놉시스(anabaenopsis), 닥티로코콥시스(dactylococcopsis), 시네코시스티스(synechocystis), 마이크로시스티스(mocrocystis)로 구성, 중량비 0.3 ~ 0.5 중량%를 물에 타서 혼합한다.

BG-11에 의해 개량된 준설토, 하수 슬러지를 반건시킨 후, 잡초 종자를 혼입시켜 압착, 성형한 후 자연 건조시켜 산사태 지역, 산불 지역 토양 피복재, 폐광의 광미 지역의 개선재, 오염수가 예상되는 갱도에 대한 충진재 등으로 사용한다.

산불 지역의 토양 변화를 보면, 열에 의해서 토양 입단이 파괴되어 단립 토양화하고 쉽게 경결하기 때문에 투수력을 상실하고 우기에는 지하 수위가 상승하면서 자유수의 표면 이동이 심해져서 산사태의 위험이 가중된다. 본 발명의 토양 개량제로 시공하면 시공된 토양은 서서히 또한 용이하게 입단을 조성하고 투수력이 복원되어 보수력을 갖게 된다.

산불 지역은 방치하면 차츰 지력이 약화되어 식물 생장량의 저하를 초래하여 시급한 표면 피복의 기회가 낮아진다. 토양 표토에서의 수분 축적과 심토로의 이동을 방해해서 표토는 과습에 빠지고 심토는 건조하여 수분 부족에 처하게 된다. 이런 불균형은 유기물 분해와 각종 이온의 활성화에도 악영향을 미치게 된다. 표층에 존재하는 각종 이온 물질은 지표면을 이동하는 물에 용해되어 저지대로 이동하거나 다른 지역으로 이동하게 되는 용탈 현상이 발생한다.

저이토나 하수 슬러지를 개량해서 식물 종자를 혼합시켜 산불 지역 토양을 피복하면 부족한 이온군을 보충하고 물리성을 개량함으로써 신속한 식생을 유도할 수 있다.

토사 유출 지역 중 경사가 심할 경우에서는 미립토의 유실이 심해서 양분 결핍과 수분 부족이 동시에 진행되어 식생이 불가능하다. 이 지역에 미립토가 주성분인 개량 준설토나 오니토를 피복하면 식생의 1차 착생을 유발해서 많은 천이를 유도함으로서 수침에 의한 토양 유실과 매몰 등 피해를 경감할 수 있다. 흘러내림을 방지하기 위해서 육면체의 블록으로 제조하여 지역의 표면을 피복한다.

경사가 심하지 않은 경우에는 BG-11에 의해 개량된 저이토와 하수 슬러지의 개량토에 잡초 종자를 혼합하여 토양 표면을 직접 피복한다.

또한 BG-11으로 개량된 준설토, 하수 슬러지 등에 해당 녹화 식물의 종자를 적정량으로 배합하여 도로 공사에서 발생되는 사면, 절개지 또는 시멘트, 돌 등으로 축조된 축대면, 하천 유수지의 측면에 취부하여 친환경적 생태 복원이 되도록 한다. 또한 인공 하천, 인공 호수의 하상, 호상의 바닥면을 조성하여 식생을 유도하고 수서 생물의 안전한 서식을 조장한다.

본 발명의 준설토 개량 효과 시험은 임해 매립 예정지의 개흙과 준설토, 강저의 퇴적 준설토로 실험실 시험을 실시하였다.

하수 슬러지 개량 효과 시험은 하수 슬러지를 집하하여 처리하고 있는 김포 수도권 매립지 관리 공사의 하수 슬러지로 개량제를 생산하고 있는 공장에서 실시하였다.

배수층 작용 효과에 대한 시험은 현장 환경 인자를 감안하기 위하여 경기도 시화 매립지 4,5 공구 현장에서 3개월 동안 실시 시험을 하였다.

실험실 시험에 사용된 개흙은 송도 해안 매립지, 시화 4,5 공구 매립 예정지, 김포 수도권 매립지의 개흙을 채취하여 같은 량으로 섞어 사용하였고, 강 퇴적토는 한강의 방화 대교와 김포 대교 남단 고수부지에서 준설하여 건조시키고 있는 퇴적토와 낙동강 낙동 대교 아래 감전동 수문과 삼락 체육 공원 주변의 준설되어 있는 퇴적토를 채취하여 같은 량으로 섞어 사용하였다. 하수 슬러지는 김포 수도권 매립지 관리 공사에서 집하 처리하고 있는 하수 슬러지를 사용하였다.

남조류(미생물) 시험은 인천 청라지구 개흙으로 실험실 시험을 하였다.

시험 1. 해상 저이토의 물리성, 화학성 개량 효과 시험

시험 2. 개량된 해상 저이토의 생장 비교 시험

시험 3. 배수층의 설치 및 설치 효과 비교 시험

시험 4. 하상 저이토의 물리성, 화학성 개량 효과 시험

시험 5. 개량된 하상 저이토의 생장 비교 시험

시험 6. 개량된 하상 저이토와 시중 판매 인공용토와의 생장 비교 시험

시험 7. 개량 전, 후 준설토의 중금속의 불용화 고정 시험

시험 8. 개량 전, 후 하상 저이토의 중금속의 불용화, 고정 시험

시험 9. 하수 슬러지의 물리성, 화학성 개량 시험

시험 10. 남조류(미생물)군에 의한 과다염 치환 및 배수 촉진 개선 효과 시험 (BG-11 에 배합된 미생물의 작용 비교 시험)

시험 1. 해상 저이토의 물리성, 화학성 개량 효과 시험

식물 생장에 적정치 않은 알칼리의 pH, 적정비 매우 높은 EC, 과다염의 이온 간 불균형, 통기, 배수 불량인 개흙을 사용하여 개량하였을 때 개량 전 개흙과 비교하여, 제염의 효과를 배수(투수력)의 증가, pH, EC의 변화, 이온의 균형화를 통하여 확인하는 시험이다.

비교 시험을 위한 시험구는 대조구(개량전 저이토), 처리구 1, 처리구 2의 3개로 경제성과 개량 효과의 정도로 구분하였으며, 각각 2 반복 하였다.

처리구의 설정은 아래와 같다.

대조구 : 개량하지 않은 개흙(시화 지구)

처리1구 : BG-11 반량구(토양 중량비 BG-11 2.5 중량% 혼합구)

처리2구 : BG-11 표준구(토양 중량비 BG-11 5.0 중량% 혼합구)

시험 방법은 도 5와 같이 연속적으로 물이 공급되는 정수위 투수 장치를 만든 후, 내경 4.2 ㎝, 높이 32 ㎝의 컬럼에 개량전 개흙 300 g을 충진한 무처리구(대조구), 개량전 개흙 300 g에 개량제의 양을 달리한 처리구 1, 처리구 2를 비교구로 하고 정수위 장치의 물이 상부에서 하부로 흐르도록 하고 연속적 공급을 하였다.

같은 시간 동안 처리구별로 통과하여 배수되어진 물의 양을 측정하여 투수력(투수 속도)를 측정하고, 투수 후 결과 컬럼 내 시료를 분석하여 각 처리구별 화학성을 분석, 비교하였다.

물리성 개량 효과를 확인하기 위한 투수 속도를 측정한 결과는 다음 표 2-1과 같다.

[표 2-1]투수량 및 투수 속도 측정

번호	처리명		투수량(㎖/hr)											투수 속도 (㎝/hr)
			1차	2차	3차	4차	5차	6차	7차	8차	9차	10차	평균
1	대조군 (개흙)	반복 1	51.7	33.3	30.0	30.0	23.3	21.7	21.6	21.3	21.5	20.0	27.0	2.0
		반복 2	49.5	33.0	29.7	28.0	24.1	20.7	20.7	20.2	20.0	19.8
2	처리구 1	반복 1	143.2	108.4	108.3	118.3	133.5	141.7	133.6	136.7	135.0	140.2	130.9	9.5
		반복 2	147.3	108.4	110.4	121.6	130.7	146.9	142.4	136.7	136.7	137.0
3	처리구 2	반복 1	128.2	90.8	100.5	105.6	114.0	107.3	110.2	112.0	113.6	115.9	109.8	7.9
		반복 2	130.0	92.6	98.4	102.1	108.9	108.9	117.2	113.2	113.6	113.8

투수 장치는 정수위 투수 장치를 사용하였으며, 투수량의 계산은 우측 공식에 의함. ※ 투수량 ㎖/hr = 6시간 투수후 단위 시간으로 환산함

v = k·h/ℓ 투수량 = 투수계수× 토주/수주 v : 유속 ㎝/sec k : 투수 계수 ㎝/sec h : 수주 높이 ㎝ ℓ : 토주 높이 ㎝ h/ℓ : 구배

표 2-1에서 10차까지의 시험 누적 시간은 60 시간이었으며 컬럼에 물을 통과시키는 동안의 투수 속도를 비교해 보면, 처리구 1과 처리구 2는 대조구에 비해 약 4 ~ 5 배 투구력이 증진됨을 알 수 있다. 이는 토양 개량제를 처리해 줌으로써 개흙의 물리성이 개선되어 입자가 떼알 조직화되었다는 것을 확인시켜 주는 결과이다.

도 6 및 도 7은 투수 전과 후의 비교(표 2-1. 참조)으로서 대조구 (1)에 비해 처리구(2, 3)의 투수량이 단위 시간 동안 월등히 많은 것은 육안으로도 식별된 다.

투수력이 개선되었다는 것은 같은 시간 동안 토양을 투과한 물의 양이 많다는 것을 의미하며, Na 이온 침탈 및 화학성 개선에도 효과가 있을 것으로 예상된다. 이는 다음 표 2-2에서 확인할 수 있다.

[표 2-2]시료의 화학성

번호	처리명	pH 1:5	EC (dS/ｍ)	유기물 (%)	유효 인산 (ppm)	교환 가능성(me/100g)
						K+	Na+	Ca++	Mg++
1	대조구 (투과전)	7.76	48.03	1.02	46.7	2.12	10.52	3.81	6.12
	대조구 (투과후)	7.94	9.80	0.73	33.4	0.89	2.07	3.65	5.27
2	처리구1 (투과후)	6.65	2.07	0.64	35.8	1.02	0.61	7.56	1.11
3	처리구2 (투과후)	6.84	2.93	4.29	175.9	2.15	0.89	5.45	1.67

(처리구 2 토양은 식물 생장에 적정한 이화학성 수치 범위임.)

표 2-2에서 분석 모든 항목에서 처리구 2의 화학성이 월등함을 알 수 있다. 이는 본 발명에서 제시된 개량제의 효과가 우수함을 의미하며, pH, EC, 유기물, 유효 인산, 치환성 양이온 등 전 항목에서 식물이 생장하기에 적정한 수치로, 육상의 산흙 보다도 더욱 월등한 토양으로 개량되었다는 것을 확인할 수 있다.

시험 2. 개량된 해상 저이토의 생장 비교 시험

위 시험 1에서 대조구, 처리구 1, 처리구 2의 3개 처리에 60 시간 동안 투수시킨 컬럼 내 토양을 건조, 식재 토양으로 하여 생장량을 비교하였다.

위 처리구 외 처리구 2의 개량된 토양 70 중량%, 산흙 30 중량%로 배합하여 처리구 3을 추가하여 생장량을 비교하였다.

시험에 사용된 식물은 일반적 초화류인 메밀, 잔디(bentgrass), 유채, 벌노랑이, 쑥부쟁이, 벌개미취 등이었으며 각각 3 반복씩 내경 12 ㎝인 폿트(pot)에 투과처리(개량)한 용토를 250 g 씩 충진시킨 후, 유채와 메밀은 점파, 나머지는 산파한 후 저면 관수하였다.

시험 결과는 육안으로 확실하게 구분 가능하다.

벌개미취는 모든 처리구에서 발아되지 않았고, 쑥부쟁이는 처리구 2와 처리구 3에서만 발아되었다.

잔디, 유채, 메밀, 벌노랑이는 도 8 내지 도 11(각각 메밀, 잔디, 유채, 벌노랑이임)에서 확인할 수 있듯이 모든 식물이 대조구에서는 발아되지 않았고 처리구 1, 처리구 2, 처리구 3으로 갈수록 발아성과 발아 후 생장 상태가 우수하였다.

특히 잔디, 벌노랑이 등은 지피 식물로 유채. 메밀 등은 대량 군식 재배로 환경 생태 복원, 조경 경관 조성 효과를 높일 수 있는 종으로 활용도가 매우 높을 것으로 생각된다.

시험 3. 배수층의 설치 및 설치 효과 비교 시험

임해 지역 기반층(갯벌흙)에 BG-11을 사용한 직접 개량에 있어서 배수층 설치 여부에 관한 효과를 알기 위한 시험이다. 이 실험은 경기도 시흥시 시화 4, 5 공구 현장에서 실시하였다.

2005년 9월 부터 2개월간 실시하였으며 해안 제방으로부터 같은 거리에 위치 할 수 있도록 해안에 평행하게 가로, 세로 각 30 ｍ인 사각형 시험구를 4개 만들었다.

처리구는 대조구(무처리), BG-11 처리구, 배수층 설치구, BG-11 처리 + 배수구 처리구의 4 처리구 구분 실험을 하였다. 처리 시험 구간 간격은 10 ｍ로 하여 처리구별간의 영향을 최소화되도록 하였다.

배수층의 설치는 현장 지하 수위, 강우량 등 환경 인자와 토양을 정밀 측정하여 결정하였다. 토양의 조사는 총 3 지역에서 현장 지하 수위인 80 ㎝까지 깊이별 측정을 하였으며 현장의 환경 인자와 토양의 물리성 측정 결과는 다음 표 3-1과 같다.

[표 3-1]시험 장소의 환경 인자 및 토양의 물리성

지역 구분	층심(㎝)	토성	삼상 분포(%)			가비중 (g/㎠)	공극률 (%)	수리전도도(ｍ/sec)
			고상	액상	기상
(가) 지역	0 ~ 10 10 ~ 20 20 ~ 40 40 ~ 60 60 ~ 80	L SiL SiL SiCL C	51.71 54.24 55.38 54.54 54.86	12.47 25.33 24.71 24.22 27.90	35.82 20.43 19.90 21.24 17.24	1.32 1.40 1.47 1.49 1.51	48.29 45.76 44.62 45.46 45.14	2.95 × 10-6
(나) 지역	0 ~ 10 10 ~ 20 20 ~ 40 40 ~ 60 60 ~ 80	SiL SiL SiCL SiCL C	50.06 52.47 53.48 55.68 54.32	15.12 25.41 25.30 24.26 26.97	34.28 22.43 21.22 20.06 18.71	1.31 1.40 1.49 1.49 1.50	49.40 47.53 46.52 44.32 45.68	2.29 × 10-6
(다) 지역	0 ~ 10 10 ~ 20 20 ~ 40 40 ~ 60 60 ~ 80	SiL SiL SiL SiCL C	52.64 55.01 54.23 54.94 54.27	16.00 24.67 24.94 25.13 28.95	31.36 20.32 20.83 19.93 17.08	1.32 1.41 1.48 1.48 1.52	47.36 44.99 45.77 45.06 45.73	2.60 × 10-6

(조사된 지하 수위 : 지표 하 80 ㎝)

본 시험에서 표 3-1의 결과를 종합하여 배수층의 깊이는 1.8 ｍ로 결정하였고, 배수 간격은 6 ｍ로 정하였다. 또한 배수관은 직경 15 ㎝ 플라스틱 유공관을 사용하였다.

시험 방법으로 각 설치된 시험구에 대조구는 개량제 처리 없이 물만 공급하였고, BG-11 처리구는 처리구 표면에 해당량 BG-11을 살포하고, 50 ㎝ 경운 후 대조구와 같은 량의 물을 공급하였다. 배수층 설치구는 지표 하 1.8 ｍ 지점에 간격 6 ｍ로 암거배수를 설치하여 물을 공급하였고, 같은 방법으로 BG-11 + 배수층 설치구는 암거배수와 BG-11 처리를 동시에 하였다.

시험구 설치 후 2개월간 각 처리구 당 물탱크 트럭을 이용해서 1 톤 씩의 물을 매일 표면으로 공급했으며, 2개월 후 수리 전도도를 측정하여 토양 개량의 여부를 판단하였다.

다음은 샌드 필 오우거 홀(sand fill auger hole) 법에 의한 현장에서의 수리 전도도 측정이다.

오우거(auger)를 이용하여 1 ｍ 깊이까지 홀을 만들고, 홀에 유공관을 넣고, 주의를 모래로 채운 후, 유공관에 물을 채운다. 시간의 경과에 따른 수면의 변화를 측정하여 수리전도도를 계산한다.

2개월 경과 후 측정된 수리전도도는 다음 표 3-2와 같다.

[표 3-2]2개월 후 각 처리구 별 수리 전도도

	수리전도도		비고
	(ｍ/sec)	(cm/hr)
시험전	2.60 × 10-6	0.9
대조구	3.14 × 10-6	1.1
BG-11 처리구	1.92 × 10-5	6.9
배수층 설치구	1.18 × 10-5	4.2
BG-11 처리 + 배수구 설치구	3.02 × 10-5	10.9

이 결과는 도 12에서 더 확실하게 확인할 수 있다.

위 표 3-2에서 배수층 설치구는 투수력 개량 효과가 매우 높음을 확인할 수 있다.

대조구의 경우 2개월간 지속해서 물을 공급했는데도 불구하고 거의 투수력이 변화가 없다는 것을 알 수 있는데 이는 물이 토양을 통과하지 못하고 명거배수에 의해 표면으로 모두 배수되었기 때문이다.

배수층 설치구가 BG-11 설치구 보다 개량 효과가 떨어지는 이유도 이와 같은 원인에서 이다. 즉 BG-11 처리와 더불어 배수층을 설치한다면 매우 뛰어난 토양 개량 효과 볼 수 있다.

뿐만 아니라 BG-11 처리된 개량된 준설토를 배수층재로 활용할 수 있음을 보여주는 결과이기도 하다.

시험 4. 하상 저이토의 물리성, 화학성 개량 효과 시험

식물 생장에 적정치 않은 통기, 배수불량, 알칼리의 pH 또는 산성의 pH, 높은 EC, 과다염, 이온간 불균형인 퇴적토를 BG-11를 구성하는 4개 그룹 개량 물질 중 1그룹 개량 물질과 2그룹 개량 물질을 사용하여 개량하였을 때 기 개량 전 퇴적토와 비교, 투수력의 증가, pH, EC의 변화, 이온의 균형화를 통하여 확인하는 시험이다.

비교 시험을 위한 시험구는 대조구(개량 전 퇴적토), 처리구 1(1그룹 개량 물질), 처리구 2(1그룹 개량 물질 + 2그룹 개량 물질)의 3개로 구분하였으며, 각각 2 반복하였다.

처리구의 설정은 아래와 같다.

대조구 : 개량전 퇴적토

처리1구 : BG-11 개량제 중 1그룹 개량 물질 5 중량%

처리2구 : BG-11 개량제 중 1그룹 개량 물질 3 중량% + 2그룹 개량 물질 2 중량% 계 5 중량%

시험 방법은 도 5에서와 같은 연속적으로 물이 공급되는 장치를 만든 후 대조구는 개량전 퇴적토 300g을 충진하고, 처리구 1은 해당량의 1그룹 개량 물질을 처리구 2는 해당량의 1그룹 개량 물질과 2그룹 개량 물질을 혼합 컬럼에 충진시킨 후 상부에서 하부로 흐르도록 물을 연속적으로 공급해 주었다.

이때 같은 시간 동안 시료를 통과하여 빠져 나온 물의 양을 측정하여 투수력(투수 속도)을 측정하고, 투과 후 컬럼 속 시료를 분석하여 대조구와 처리구 1, 처리구 2의 화학성을 분석 비교하였다.

물리성 개량 효과를 확인하기 위하여 투수 속도를 측정한 결과는 다음 표 4-1과 같다.

[표 4-1]투수량 및 투수 속도 측정

번호	처리명		투수량※(㎖/hr)											투수 속도 (㎝/hr)
			1차	2차	3차	4차	5차	6차	7차	8차	9차	10차	평균
1	대조군 (퇴적토)	반복 1	90.8	70.4	61.0	56.4	56.3	50.1	51.4	49.0	49.0	48.3	58.2	4.3
		반복 2	89.5	71.0	60.3	55.8	57.1	50.7	51.8	48.2	48.3	47.8
2	처리구 1	반복 1	201.3	200.6	197.0	197.3	196.2	196.7	197.1	196.5	196.6	196.3	198.2	14.4
		반복 2	202.4	202.1	200.5	197.3	197.5	198.3	197.8	196.4	198.0	197.4
3	처리구 2	반복 1	160.3	162.3	152.8	149.4	148.6	148.7	147.0	145.2	146.6	146.6	149.6	10.8
		반복 2	158.7	152.3	150.8	150.7	148.9	148.1	143.0	147.2	147.8	146.3

(투수량^※ ㎖/hr = 6시간 투수 후 단위 시간으로 환산)

표 4-1에서 60 시간 동안 컬럼에 물을 통과시키는 동안의 투수 속도를 비교해 보면 처리구 1과 처리구 2는 대조구에 비해 약 3 ~ 4 배 투수력이 좋음을 알 수 있다. 이는 개량제를 처리해줌으로써 퇴적토의 홑알 입자가 떼알 조직화되었다는 것을 확인시켜 주는 결과이다.

이 결과는 도 13에서 더 확실하게 확인할 수 있다.

투수력 뿐만 아니라 화학성도 개선되는 것을 확인할 수 있었다. 표 4-2는 개량 전,후의 화학성을 측정한 것이다. 처리구 2의 화학성이 월등함을 알 수 있다. 이는 본 발명에서 제시된 개량제의 효과가 우수함을 의미하며, pH, EC, 유기물, 유효 인산, 치환성 양이온 등 전 항목에서 육상의 산흙 보다도 더욱 식물 생장에 적 정한 화학성의 월등한 토양으로 개량되었다는 것을 확인할 수 있다.

[표 4-2]시료의 화학성

번호	처리명	pH 1:5	EC (dS/ｍ)	유기물 (%)	유효인산 (ppm)	교환가능성(me/100 g)
						K+	Na+	Ca+	Mg++
1	대조구 (투과전)	7.01	0.49	1.03	60.8	0.14	0.32	2.42	0.45
	대조구 (투과후)	7.24	0.83	0.68	41.4	0.12	0.32	2.30	0.40
2	처리구1 (투과후)	6.58	1.06	0.90	50.8	0.14	0.29	6.67	2.01
3	처리구2 (투과후)	6.70	1.77	4.11	225.6	0.41	0.36	6.39	2.04

시험 5. 개량된 하상 저이토(퇴적토)의 생장 비교 시험

위 시험 4에서 대조구, 처리구 1, 처리구 2의 3개 처리로 컬럼 투수 시험을 하였다. 여기서 얻어진 60 시간 동안 물을 통과한 처리구별 토양들에 식물을 식재하여 생장량을 비교하였다. 100 g 용량 팟(pot)에 각각의 시료를 2 반복으로 하여 각 pot 당 발아율 90 중량%인 벤트그라스를 0.05 g 산파하여 저면 관수한 후 5일간 인큐베이터에 넣어 발아에 적정한 온도를 유지시켜 발아가 촉진되도록 하였다.

개량전과 개량후 강 퇴적토 생장량 비교 시험 결과는 다음 표 5-1과 같다.

[표 5-1]개량 전, 개량 후 퇴적토의 생장량 비교 시험 결과

시험구의 구분		1차 측정(g)		2차 측정(g)		총 생장량 (1차+2차)		지수
처리	반복	경엽중	평균	경엽중	평균
대조구	0-1	0.8735	0.8798	0.7802	0.7947	1.6745		100
	0-2	0.8860		0.8092
처리구1	1-1	1.1195	1.1263	1.0949	1.0414	2.1677		129.5
	1-2	1.1330		0.9878
처리구2	2-1	1.9963	1.9769	1.8910	1.8897	3.8666		230.9
	2-2	1.9575		1.8883

표 5-1.의 결과 지수를 그래프로 나타내면 도 14와 같다.

대조구(개량전 퇴적토)에 비해 개량 후 퇴적토가 잔디의 생장량이 월등하다는 것을 알 수 있다. 처리별로는 2차 개량에서 생장량이 가장 우수하였다.

도 15는 1차 측정시 벤트그라스의 생장 상태이다.

생장량 시험 결과 수치에서와 같이 개량 전 퇴적토의 생장량을 지수 100으로 하였을 때 1차 개량 퇴적토는 129.5, 2차 개량 퇴적토는 230.9로 대조구(개량전 퇴적토)에 비해 높은 생장량을 보였다.

시험 6. 개량된 퇴적토(하상 저이토)와 시중 판매 인공 용토와의 생장 비교 시험

위 시험 5에서 개량하지 않은 퇴적토(하상 저이토)와 개량한 퇴적토를 구분하여 식재 시험한 결과 개량한 퇴적토가 월등히 우수함을 확인할 수 있었다.

이번 시험은 한걸음 더 나아가 BG-11로 개량한 퇴적토와 일반 산적토, 시중에서 판매되고 있는 인공용토(2종류)를 비교함으로써 퇴적토를 개량하여 인공 토양으로 제조하였을 경우 상품성 여부에 대하여 확인해 보는 시험을 실시하였다.

처리구는 일반 식재토인 산적토, 하상 퇴적토(BG-11의 1그룹 개량 물질 + 2그룹 개량 물질 혼합 3.0 중량%), 시중 판매 인공용토 한국 CCR과 파라소(식재용)과 하상 퇴적토에 대해서 처리 Ⅰ, 처리 Ⅱ, 처리 Ⅲ, 처리 Ⅳ, 처리 Ⅴ로 아래 표 5-2와 같이 총 9가지로 구분하였다.

[표 5-2]처리구의 개요

처리구	구분	처리 사항
산적토	대조구(control)	일반 유기물 3 중량% + 21-17-17 복비분말 유기물량의 3.0 중량% 혼합
하상 퇴적토	BG-1차 개량구	BG-1차 개량(1그룹 개량 물질 + 2그룹 개량 물질) 3 중량%
한국 CCR	비교구	시판인공용토 100 중량%
파라소 식재용	비교구	시판 인공용토 100 중량%
처리-1	BG-유기물	BG-11 재료 유기물 3 중량%
처리-2	BG-유기물 + 비료	BG-11 재료 유기물 3 중량% + 21-17-17 복비 분말 유기물량의 3.0 중량%
처리-3	BG-11 반량구	BG-11 2.5 중량%
처리-4	BG-11 표준구	BG-11 5.0 중량%
처리-5	BG-11 증량구	BG-11 7.5 중량%

시험 방법은 100 g 용량 폿트에 각각의 시료를 2 반복으로 하여 각 폿트 당 발아율 90%인 벤트그라스를 0.05 g 산파하여 저면관수한 후 5일간 인큐베이터에 넣어 발아에 적정한 온도를 유지시켜 발아가 촉진되도록 하였다.

총 9종류의 잔디 생장량 비교 시험 결과는 다음 표 6-1와 같다.

[표 6-1]퇴적토 개량 인공용토와 시중 판매 인공용토와의 생장량 비교 시험 결과

시험구의 구분		1차 측정(g)		2차 측정(g)		총 생장량 (1차+2차)		지수
처리	반복	경엽중	평균	경엽중	평균
산적토 (대조구)	0-1	0.5944	0.5272	0.5230	0.4914	1.0186		100
	0-2	0.4600		0.4597
하상 퇴적토 (BG-1차개량)	1-1	1.1607	0.9249	0.9285	0.9145	1.8394		180.6
	1-2	0.8091		0.9005
한국 CCR	2-1	0.1966	0.2451	0.3222	0.2978	0.5429		53.3
	2-2	0.2935		0.2734
파라소 (식재용)	3-1	0.1647	0.1553	0.1315	0.1486	0.3039		29.8
	3-2	0.1459		0.1657
처리Ⅰ	4-1	0.8735	0.9298	0.7802	0.7282	1.6580		162.8
	4-2	0.9860		0.6762
처리Ⅱ	5-1	0.9950	0.9248	0.7749	0.7064	1.6312		159.2
	5-2	0.8230		0.6378
처리Ⅲ	6-1	1.1101	0.9823	0.8922	0.8518	1.8341		180.1
	6-2	0.8545		0.8114
처리Ⅳ	7-1	1.6963	1.6269	1.5910	1.4572	3.0841		302.8
	7-2	1.5575		1.3233
처리Ⅴ	8-1	1.4998	1.4180	0.9868	1.2218	2.6398		259.2
	8-2	1.3361		1.4567

표 6-1의 결과 지수를 그래프로 나타내면 도 16과 같다.

도 16은 개량 후 퇴적토와 시중 판매 인공용토의 생장량 비교 시험 결과 그래프(지수)로서, 대조구의 산적토의 생장량 지수를 100으로 하였을 때, 1차 개량 제 퇴적토구는 180.6, 2개량제 처리Ⅰ은 162.8, 처리 Ⅱ는 159.2, 처리 Ⅲ은 180.1, 처리 Ⅳ는 302.8, 처리 Ⅴ는 259.2, 시중 판매 제품인 한국 CCR(옥상조경 회사인 한국 CCR(주)의 인공용토)은 53.3, 파라소(경동세라덱 생산 인공용토) 29.8로 대조구와 비교하여 처리 Ⅳ와 처리 Ⅴ에서 3 ~ 2.5 배의 높은 생장량을 보였으며, 시중 판매 제품과 비교해서는 최대 10 배 이상의 관록할 만큼의 매우 높은 생장량 차이를 보였다.

도 17은 1차 측정시 벤트그라스의 생장 상태이다.

시험 7. 개량 전, 후 준설토의 중금속의 불용화, 고정 시험

중금속의 피해를 경감시키기 위해서는 중금속을 불용성 화합물로 전환시키는 것이다. 그러나 중금속 화합물이 생성되었다 하더라도 곧 중금속 이온으로 환원하면 효과가 적다. 중금속 이온으로의 환원을 방지하기 위해서는 중금속과 화합하여 용해도적이 낮은 화합물로 생성하는 것이다.

다음 시험 성적에서 Ac-NH₄(CH₃COONH₄)에 용출되는 것은 그 결합의 정도가 낮고, 2% 구연산, 0.1 N-HCl에 녹은 Cd⁺²는 더 굳게 결합된 것이다. 다시 말하면 Ac-NH₄에 녹은 Cd⁺²가 구연산에 녹는 것 보다 많으면 식물이 이 금속을 흡수하기가 더 용이한 것이다. 토양 조건이 좋은 속에서 시간이 경과되어질수록 여기서 Ac-NH₄에 녹았던 Cd⁺²도 모두 단단히 굳어서 불용성이 될 것이다.

장기간 토양 중에 머물면 양이온 상태로 불안정한 중금속들은 토양 중의 음이온들과 결합해서 안정된 화합물을 만들어 토양 용액 내에 용출이 불가능해져서 안정화되어 피해가 없다.

이 때문에 이들 중금속을 좀더 빨리 안정화시키기 위해서는, 첫째 중금속과 용이하게 결합하여 불용성 화합물을 만들 수 있는 음이온을 찾아내는 일이며, 둘째로는 이런 음이온의 처리량을 산출해내고 셋째 이를 폐기물 처리 기술로 산업화시키는 것이다.

위 실험에서는 Cd를 1 N-HCl로 처리하여 CdCl₂를 만들었다. 이 용액을 아래와 같은 시험구를 설정 산적토(山赤土) 강모래에 첨가하여 용출된 Cd 량을 측정하므로서 불용성 Cd 염의 생성을 비교하였다.

[표 7-1]처리구의 설정

시료 번호	처리 토양	음이온제	첨가제	용매 종류와 침출순위
1	산적토	BG-11 2% 혼합	증류수	1.Ac-NH4 2.구연산 3. 0.1N-HCl
2	산적토	-----	증류수
3	산적토	BG-11 2% 혼합	CdCl2
4	산적토	-----	CdCl2
5	강모래	BG-11 2% 혼합	증류수
6	강모래	-----	증류수
7	강모래	BG-11 2% 혼합	CdCl2
8	강모래	-----	CdCl2

위 처리를 장기간 방치하여 가습-건조를 계속하다가 건조시켜서 용출용 용매인 암모늄 아세테이트(Ac-NH₄), 구연산, 0.1 N-HCl로 Cd를 침출하였다.

[표 7-2]

처리	번호	주재	증류수 침출		침출 용매			비고
			Ca※1	Cd※2	NH4-Ac	2% 구연산	0.1 N-HCl
농과원 분석자료	1	산적	+	0	0.007	0.151	0.013	참고 자료 99.11 농과원에 의뢰하여 분석한 자료임
	2		0	0	0.147	0.033	0.026
	3		+	+	46.8	25.5	5.25
	4		0	+	58.8	4.72	1.56
	5	강사	+	0	0.069	0.248	0.021
	6		0	0	0.101	0.076	0.015
	7		+	+	33.9	30.3	5.22
	8		0	+	43.7	7.12	1.27
무처리구	1	산적	+	0	0.026	0.19	0.056
	2		0	0	0.205	0.136	0.090
	3		+	+	43.2	28.7	9.09
	4		0	+	78.7	8.36	2.93
	5	강사	+	0	0.023	0.030	0.047
	6		0	0	0.017	0.016	0.052
	7		+	+	31.5	18.1	6.90
	8		0	+	36.4	4.06	1.31

처리	번호	주재	증류수 침출		침출 용매			비고
			Ca※1	Cd※2	NH4-Ac	2% 구연산	0.1 N-HCl
1그룹 개량 물질처리 (2 중량%)	1	산적	+	0	0.563	2.75	2.00
	2		0	0	0.184	0.096	0.081
	3		+	+	47.2	27.9	10.8
	4		0	+	78.7	7.01	1.94
	5	강사	+	0	0.017	0.044	0.023
	6		0	0	0.043	0.105	0.057
	7		+	+	22.7	15.6	5.02
	8		0	+	12.8	1.26	0.434
BG-11 처리 (2 중량%)	1	산적	0	0	0.223	0.27	0.70
	2		0	0	0.008	0.001	0.019
	3		+	0	38.2	13.2	2.45
	4		0	0	29.7	1.02	0.09
	5	강사	0	0	0.002	0.001	0.000
	6		0	0	0.030	0.042	0.018
	7		0	+	11.5	2.600	1.012
	8		0	0	4.8	0.012	0.092

증류수 용출에서는 Ca, Cd 모두 발견되지 않거나 흔적이 있을 정도였다.

즉 중금속이 토양 중으로 용출되기 위해서는 강산의 작용이 있어야 하는데 토양 조건이 산성이 강하면 중금속 용출 위험이 많다. 석회나 규산 또는 유기물 성분을 토양에 배합하여 토양의 pH를 높이고 규산의 토양화 작용, 유기물의 음이온에 중금속 이온을 결합시켜서 고정하면 중금속 피해를 소거할 수 있다.

위 시험과 연관하여 동량의 CdCl₂ 를 처리한 산토와 강모래 3반복에 무처리, 1그룹 개량 물질, BG-11을 각각 2% 처리하여 30 일간 방치한 후 각 용매에서의 용출량을 조사한 결과는 아래 표 7-3와 같이 나타났는데 암모니움 아세테이트에서의 용출 수치가 높은 것일수록 침출량이 많아서 오염의 위험이 크다. 무처리구에 비교하여 1그룹 개량 물질 시용구가 침출량이 낮아졌으며 BG-11 처리구는 용출량이 극히 낮았다.

[표 7-3]

처리	산토				모래
	총용출량 mg/g토	용매			총용출량 mg/g토	용매
		Ac-NH4	2% 구연산	0.1 N -HCl		Ac-NH4	2% 구연산	0.1 N -HCl
		%				%
무처리	1.049	95.0	3.8	1.2	0.801	91.3	7.5	1.3
1그룹제	1.030	76.8	18.9	4.4	0.905	66.4	28.9	4.8
BG-11	1.029	32.1	37.8	23.7	0.887	23.7	42.0	24.1

(용출율^※2 : Ac-NH₄로 침출·세척한 후 그 잔여토를 2 중량% 구연산으로 침출·세척하고 마지막에 0.1 N-HCl로 침출, 세척하였음.)

용출율을 비교하면 무처리구에서는 암모니움 아세테이트로 토양(흙)의 경우에는 95 중량%, 모래의 경우에는 91 중량%가 용출되었다. 이는 무처리구는 중금속이 토양으로부터 용이하게 용탈되는 것을 나타낸다. 반면에 1그룹 개량 물질 처리구에서는 암모니움 아세테이트에서의 용출율이 76.8 중량%, 66.4 중량%로 무처리에 비해서 용출이 용이하지 않다. BG-11 처리구는 암모니움 아세테이트에서 32.1, 23.7 중량%이었으며 2 중량% 구연산에서 37.8, 42.0 중량%, 0.1 N-HCl에서 23.7, 24.1 중량%으로 자연 상태에서 용출가능한 암모니움 아세테이트의 용출량이 매우 적었다. 즉, 산토의 경우 70 % 정도, 모래의 경우 80 % 정도의 중금속이 불용성으로 고정되었다는 것을 의미한다.

시험 8. 개량 전, 후 하상 저이토의 중금속의 불용화, 고정 시험

BG-11의 개량 효과를 확인하기 위한 시험으로 개량하지 않은 퇴적토구와 '3그룹 개량 물질'를 각각 부피비 1 중량%, 2 중량%, 3 중량% 사용하여 개량한 처리구를 계속적으로 수분을 공급하며, 60 일간 방치한 후 Cd, Cr, Cu, Ni, Pb, Zn, Hg, As를 측정하였다.

비교 자료는 토양환경보존법 시행규칙에서 제시하는 가장 엄격한 기준인 토양오염 우려기준 "가" 지역과 비교한 것이다.

측정한 결과는 다음 표 8-1과 같다.

[표 8-1]개량 전, 후 퇴적토의 중금속 함량 측정 결과 단위 : ppm

시료	Cd	Cr6+	Cu	Ni	Pb	Zn	Hg	As
개량전 퇴적토	0.82	3.65	39.40	5.10	50.43	82.45	1.08	3.96
'BG-11 개량제' 1% 사용	0.01	1.05	2.73	1.12	0.38	2.67	0.00	0.04
'BG-11 개량제' 2% 사용	0.01	0.56	2.72	0.05	0.33	2.48	0.00	0.02
'BG-11 개량제' 3% 사용	0.00	0.24	0.68	0.02	0.32	2.21	0.00	0.00
토양오염우려기준 "가"기준	1.5	4	50	20	100	90	4	6

표 8-1의 결과를 도 18 내지 도 25에 나타내었다.

즉, 도 18 내지 도 25는 개량 전, 후 퇴적토의 중금속(각각 Cd, Cr, Cu, Ni, Pb, Zn, Hg, As, 단위 : ppm) 함량 측정 결과를 보이는 그래프이다.

개량 처리한 퇴적토 내 중금속 함량은 도 18 내지 도 25에서 확인되는 바와 같이 개량 전에 비하여 '제로', '흔적' 등 거의 전무한 범위로 개량 목적 대로 함유된 중금속이 소거되어졌다.

시험 9. 하수 슬러지의 물리성, 화학성 개량 시험

하수 슬러지를 식물 식재용토, 개량제로 사용할 수 있는 부숙토화를 목적으로 한 시험을 실시하였다.

개량 시험구는 생산 현장 발효조에서 발효의 진행(정도), 발효 결과물 내용, 경제성을 감안한 2개 내용의 배합비(2-타입)로 구분하였으며, 가장 일반적인 발효 기간인 25일로 1차 발효시킨 후 30 일간의 노지 후숙으로 식물 식재용토 개량제로 사용할 수 있는 부숙화를 하였다.

[표 9-1]개량 시험구 별 배합 비율 (부피비 : 중량%)

	하수 슬러지	목재 톱밥	BG-11	반송 퇴비	비고
1호기(A)	60	15	10	15
2호기(B)	65	15	10	10

(※ 1, 2호기는 생산 현장의 처리 발효조 구분이며 하수 슬러지, 목재 톱밥, BG-11의 배합비만 상이함.

※ 반송 퇴비 : 발효조에서 발효가 완료된 퇴비를 되돌려 재혼합함.)

부숙화가 완료된 부숙토와 처리전 하수 슬러지에 대해 부숙토 국가 공정 규격과 비교해 본 결과 유기물 함량, 유기물 대 질소의 비. 수분율, 염분, 중금속 함량에서 '가등급' 보다 월등한 내용으로 개량되어졌다.

[표 9-2]생산된 부숙토와 공정 규격과의 비교

항목	단위	개량전 하수 슬러지	개량된 하수 슬러지 (부숙토 A)	개량된 하수 슬러지 (부숙토 B)	부숙토 제품 기준
					가등급		나등급
유리물 함량	%	10.4	32.98	33.04	25 이상		-
유기물 대 질소비		9.8	31.2	32.3	50 이하		-
수분(H2O)	%	81.98	45.76	48.92	-		-
염분(NaCl)	%	2.19	0.42	0.51	1.0 이하		1.0 이하
비소(As)	㎎/㎏	4.410	0.416	0.252	50 이하		50 이하
카드뮴(Cd)	㎎/㎏	2.787	1.780	1.621	5 이하		8 이하
크롬(Cr)	㎎/㎏	88.08	68.08	47.90	300 이하		370 이하
구리(Cu)	㎎/㎏	452.7	312.7	235.7	500 이하		750 이하
납(Pb)	㎎/㎏	95.67	65.67	77.52	150 이하		225 이하
수은(Hg)	㎎/㎏	0.578	0.362	0.156	2 이하		3 이하

(부숙토의 제품 기준(환경부 고시 제2003-214호 별표3))

도 26 내지 도 29는 부숙토의 제품 기준(환경부 고시 제2003-214호 별표 3, 가등급)과 본 연구에서 생산된 부숙토 A와 부숙토 B를 비교 분석한 그래프이다.

위 항목의 개량된 하수 슬러지는 공정 규격 외 항목인 유효 인산, 칼륨 등 양분 이온이 식물 생장에 필요한 요구도별 범위로 함량되어 있어 식물의 생장에 매우 유익한 토양 개량제로서 활용이 충분하다.

9.1 함수율

함수율은 생산 과정에서 인위적으로 조절 가능한 항목으로 일반적으로 50 중량% 이하로 맞추어서 생산하는 경우가 대부분이다. 그러나 부숙토의 제품 기준은 함수율에 대한 명시가 되어 있지 않아 부숙토밥 퇴비의 공정 규격인 50 중량% 이하로 맞추어서 분석하였으며, 부숙토 A와 부숙토 B와의 비교를 위하여 동일한 시점에 채취하여 분석한 결과 부숙토 A 수분율 45.76 %에 비하여 부숙토 B의 함수율이 3 중량% 정도 높게 측정되었다.

9.2 유기물

도 26에서 보는 바와 같이 부숙토 A와 부숙토 B는 모두 공정 규격에 비하여 매우 우수한 유기물 함유량을 나타내었다.

9.3 OM /N율(유기물 대 질소의 비)

9.8로 매우 낮았던 하수 슬러지의 OM/N이 톱밥 및 반송재의 첨가로 3배 이상 증가하였다.

공정 규격은 발효의 정도만을 측정하기 위하여 50 이하로 규정하고 있으며, 도 27에 의하면 두 경우 모두 매우 안정된 부숙도를 나타내고 있다.

9.4 염분( NaCl )

도 28에 의하면 염분의 경우 공정 규격보다 매우 낮은 범위로 생산되어졌다.

9.5 중금속

시험 최종 결과 산물인 부숙토 내 중금속 함량 분석에서 도 29에 의하면 A-타입, B-타입 모두 발효 전 하수 슬러지 및 공정규격 허용수치 이하로 개량되어졌 다. 이는 최종 산물의 pH 값이 중성 ~ 약알칼리성인 것으로 함량되어진 중금속 등이 불용화되거나 첨가제 등으로 분산되어진 결과로 보인다.

시험 10. 남조류(미생물)군에 의한 과다염 치환 및 배수 촉진 개선 효과 시험

10-1 실험의 목적

'BG-11'에 배합되는 남조류(미생물)에 의한 개흙의 화학성 및 물리성 개량 효과를 측정하기 위한 실험.

10.2 실험의 방법

실험용 토양(개흙)은 염분과 관계되는 pH, EC, 치환성 나트륨의 함량과 투수 속도를 측정한 후 무처리구, 칼슘 화합물을 사용한 처리1구, 시중 판매 개량제를 사용한 처리2구, 본 발명 개량제 바이오그로-일레븐(BG-11) 4그룹 개량 물질인 남조류(미생물)를 사용한 처리3구로 하여 각 처리구는 동량 2반복으로 도 31 내지 도 34에서와 같은 내경 15 ㎝의 폿트에 담아 실외에서 3 개월간 인위적 일정량의 수도수 투수와 강우시에는 자연수가 투수되도록 하였다. 수도수를 처리한 이유는 개흙(무처리구)은 건조하면 경결하면서 표면 균열이 심하기 때문에 투수 시험이 불가능하다. 따라서 균열이 생기기 전에 수도수를 공급하였으며 또한 균열이 발생되면 표면을 약간 경운하였다. 2처리구, 3처리구는 해당량의 개량제를 개흙과 혼합하고, 4처리구는 처리구 표면에 해당량의 남조류를 포설하였다.

시험용 토양의 이화학성은 pH 9.2, EC(전기전도도) 21.8 dS/ｍ , 치환성 나트륨(Na) 6.8 me/100 g, 투수 속도 0.7 ㎜/hr 이었다. 시험은 3개월 동안 실시하였 으며 측정치 비교는 시험용 토양의 최초 이화학성에 대한 시험 최종일 측정치의 평균과 비교하였다.

[표 10-1]무처리구에 대한 처리구의 이화학성의 변화

처리	pH	EC(dS/ｍ)	Na(me/100g)	투수 속도(㎜/hr)	질소량 증가(%)
무처리구	9.2	21.8	6.8	0.7	0.03
처리1구	8.7	18.8	5.7	0.8	0.05
처리2구	8.4	15.3	5.3	1.9	0.08
처리3구	7.2	7.6	2.3	4.6	0.21

10.3 시험(처리) 결과

도 30에 의하면 pH는 공히 낮아지는 경향을 보였다.

염류의 활동도를 나타내는 EC는 무처리구 21.8 dS/ｍ에서 남조류 처리구는 7.6 dS/ｍ로 낮아졌다. 이는 미생물에 의해서 토양 내 염류가 치환되어진다는 것을 의미한다.

나트륨의 용탈에서 용탈량의 차이는 있으나 통과수에 의해 처리구 모두 표 10-1의 내용과 같이 치환 용탈되어졌다. 본 발명의 남조류 처리구는 미생물군에 의한 Na 치환 작용으로 무처리구비 3배 정도 용탈(치환)량이 많았다.

투수 속도의 경우 미생물 처리구가 무처리에 비해 6.5 배 이상 개선되었다. 이는 남조류의 작용으로 토양 입단화가 촉진된 것을 의미하며 나트륨의 감소와 더불어 토양 이화학성의 개선 효과를 상승시킨 것으로 사료된다.

토양 내 유기 질소의 양에서 남조류 처리구는 무처리구 0.0 3% 에서 0.21 중 량%로 7배 증가되어졌다.

도 31 내지 도 34에 의하면 무처리구는 1차 투수 2 ~ 3 일간은 처리 토양이 안정화되지 않은 것으로 표면에 약간의 균열이 있었으나, 그후 3 개월간의 일정 기간, 일정량 관수에도 태양 열에 의한 증발 외에는 도면에서와 같이 전연 배수가 되지 않았다.

일반 시중 판매 개량제 처리구는 토양 구조 변경은 어느 정도 인지되나 범위가 크지 않았다.

남조류(미생물) 처리구는 남조류(미생물)에 의한 Na 치환 작용으로 통기, 배수 불량의 홑알 입단의 떼알 입단화로 공극이 확대, 통기, 배수 촉진으로 실험용토의 높이가 도면에서와 같은 3 ㎝ 이상 낮아졌다.

상기와 같은 본 발명은 물리성, 화학성, 중금속 오염 우려 등의 문제점으로 인하여 사용되지 못하는 바다와 강의 준설토 및 하수처리 슬러지, 논토양 등을 개량하여 토목공사 측면의 연약지반의 빠른 안정화, 매립지(임해매립지, 쓰레기매립지) 식재층 조성용토, 배수층재, 인공용토 등으로 사용할 수 있도록 하는 개량제 및 개량 방법에 대한 것이며, 매립과 국토개발 과정에서 발생할 수 있는 토양 확보를 목적으로 한 육상(산 등) 환경의 파괴, 처리에서 해양투기로 발생되는 환경오염을 근본적으로 해결하는 방법이다.

이 방법의 실용화로 임해매립지, 쓰레기매립지 녹지 조성용 용토의 충분량 확보와 절토지, 산불지역의 나대지의 복토용 토양 확보와 개량, 식생 유도에 경제적 이용성을 증대시킬 것이다.

점토로 이루어진 퇴적준설토와 토양입자와 유기물입자가 혼재한 슬러지는 무구조의 점토입자로 이루어져서 토양수의 이동이 느려서 지지력과 강도가 약하고 표면부터 건조하면 표면수축이 일어나서 토양수의 배출이 더더욱 어려워지기 때문에 장기간 수분이 밀폐된 상태로 존재하게 된다. 임해지나 강하구 준설토, 생활하수가 포함된 하수슬러지의 경우에는 배수문제외에 지표수 증발 후에 잔존하는 염류의 문제까지 항존하게 된다. 이 지표에 남은 염류는 투과수나 자유수에 의해 용탈되기 전에는 계속 표토에 집적될 수밖에 없다. 투수력의 저하는 토양중에 정체수의 과다로 공기량의 부족을 초래하여 함유된 유기물의 부패를 수반한다.

만일 이 때 표토에 집적되는 염류가 편중되거나 시설물을 부식시킬 위험이 있는 이온인 경우에는 문제가 심각하다. 특히 임해지에서는 더 많은 양의 나트륨이온이 집적되는 것은 자명한 사실이다. 나트륨이온은 철과 시멘트를 부식시키고 과다한 경우 식재된 수목의 근모의 수분흡수를 방해할 뿐만 아니라 나트륨과다 피해를 입혀 고사의 주원인으로 작용한다.

토목 건축분야 또는 식물학적 견지에서 이런 점토질 토양지반을 개선하기 위해서 객토법, 모관수 차단법, 샌드-드레인(Sand-drain) 공법 등을 사용하는데 이들 공법은 다량의 토양 또는 모래가 요구된다. 사용하는 객토량이나 모래량이 부족할 경우에는 점토입자가 수분이동 통로를 밀폐해버려서 객토층과 기반층 사이에 수방(水房)이 생기고 샌드-드레인의 경우, 선발된 모래의 입도등 물리성이 부적절하면 점토입자가 자유수에 섞여 빠져나가면서 함몰부위가 발생하고 모래입자가 점토입자 내로 침하해서 소기의 목적을 달성하기 어렵고 경제적 부담 또한 크다.

점토입자에 부착된 염분(나트륨)이온은 배수되는 토양수내에 점토입자를 계속 분산, 이동시켜서 모래내에 점토입자가 충진되는 기간을 단축시켜 버리기 때문에 토목에서의 토양안정 효과는 더더욱 이루어지기 어려워져서 임해지에서의 샌드-드레인 공법은 점토지의 샌드-드레인 공법과 다른 양상을 갖게 된다.

임해지나 강하구 준설토의 경우, 함염토양입자로부터 나트륨이온을 제거하여 토양입자의 분산성을 개선해야 한다. 그 다음 토양구조를 변화시켜 배수성이 점증하도록 한다. 증가된 배수성으로 인해서 토목학적인 토양의 안정이 촉진되며 식물학적으로는 토양물리성 즉 통기성, 배수성, 보수성과 화학성에서 pH, 양분요소의 함유, 보비력, 과다염 치환등의 문제를 해결할 뿐만 아니라 신속한 토양화작용으로 중금속의 오염우려도 소거한다.

가. 기존공법에서의 객토법

기존의 임해지 녹지조성에서 개흙의 개량은 고려하지 않은 채 개흙 위에 기층 개흙으로부터 근권층으로 상승되는 과다염 함유 모관수 차단을 목적으로 20 ~ 30 ㎝ 높이의 자갈을 포설하여 배수층 조성을 하고 그 위에 토목 형장의 터파기 흙 또는 토취 산흙 등으로 식재층을 조성하는 방식이 채택되어 왔다.

그러나 수목 현장의 터파기 흙, 토취 산흙 등은 척박할 뿐 아니라 산흙을 토취할 경우 과정에서 육상 생태계의 환경 파괴라는 큰 문제점이 발생된다. 이 객토는 하중이 가해진 경우에 밀도와 강도가 달라져서 지반안정에 문제가 생긴다. 하중이 가벼운 건축등이 이루어진 경우에는 단기간 내에 문제발생은 없겠지만 대단위 건축이 이루어질 경우에는 고려해야 될 사항이다. 식재지 조성, 건축물 조성의 목 적으로 다량의 객토가 반입될 경우에는 많은 경비가 소요되고 앞에서도 언급했듯이 또 다른 환경파괴가 발생한다. 객토량을 경감시키기 위해 바닷모래를 샌드-펌핑(Sand-pumping) 공법으로 사용되는데 함유된 염분피해 때문에 추가적으로 객토의 반입이 요구된다. 시간이 경과하면서 매립지층으로부터 계속 상승하는 염분이 표토에 집적하여 수목고사의 원인이 되고 건물이나 기계의 안전에 문제를 제기한다.

최근에 임해매립지용 토양개량제가 개발되어 식물의 식재와 생장에 많은 도움을 주고는 있으나, 이 역시 매립된 산흙을 개량하여 매립지에서 흔히 나타나는 염분의 피해를 최소화 시키고, 배수를 촉진시키며 척박한 매립용 토양을 개량하는 역할을 하는 개량제로 개흙 자체를 개량하는 작용은 하지 못한다.

본 발명에서는 함염의 기반토를 개선하여 객토량을 감소시키고 샌드-펌핑 공법으로 복토한 경우 해양토양자체를 개선하므로서 객토의 필요성을 경감시킨다.

나. 기존 공법에서의 과다염 함유 모관수의 근권층 차단법과 식재지 토양 개량법

매립지 녹지 조성에서 기존공법은 바닥에 자갈이나 비닐을 깔아서 모관수를 차단하는 방식을 사용하는 경우가 많았다. 수목을 식재할 경우, 이러한 방법의 과다염 함유 모관수의 근권층 상승 차단법은 근권층 내 수분을 지반 자갈층으로 일탈시켜 수분 부족 피해를 발생시켰다. 본 발명자가 개발한 염해지 식재용 토양개량제와 그 공법(발명특허 제96108호)으로 문제를 해결하였다. 그러나 토목,건축적 측면에서는 지반안정과는 연관이 적다. 복토용재로서 임해지 준설토나 하상준설토를 사용할 경우에는 이들 준설토 자체의 이화학성을 개선할 수 없고 토양개량제의 경우 에도 그 효과의 범위가 수목식재제 토양에 국한되므로 대단위의 개선효과는 기대하기 힘든다. 본 발명의 개량제를 사용함으로서 대단위의 토양개량이 가능해진다.

다. 기존공법의 Sand-drain(모래기둥 설치)공법

점토에서 배수를 양호하게 하기 위해서 파일로 첨공하고 점토층내에 모래기둥을 설치하여 배수를 촉진시킴으로서 압밀을 촉진시키는 공법이다. 모래는 배수가 양호하면서 토양입자가 빠져나가지 못할 적정한 정도의 입도를 가져야 한다. 그러나 토양수에 나트륨 이온이 많이 들어있는 임해지나 강하류의 점토는 미립자의 이동이 활발하기 때문에 점토층내에 설치한 모래기둥내에 점토입자가 충진되기 때문에 그 효과를 기대하기 어렵다. 점토입자로 모래기둥 전체를 충진하지 않아도 곳곳에 집적된 점토입자로 불투수층을 형성하여 원점토와 동일한 형태로 배수불량 상태가 된다. 다양한 광물성 이온을 가진 산야의 점토에서는 효과가 크다고 생각되는 이 방법은 임해매립지나 강하구 점토의 배수에는 별무효과임은 자명한 사실이다.

이를 개선하기 위해서는 준설토 자체의 투수성 향상과 함염 준설토의 경우, 나트륨 이온의 치환, 용탈이 이루어져야 한다. 본 발명의 개량제를 첨가함으로서 준설토 자체의 투수성이 증가하고 과다한 나트륨이온이 존재하는 경우, 이를 신속히 제거한다.

라. 연약지반에서의 말뚝 및 피어공법

이 공법은 지반이 약한 경우, 또는 다량의 준설토로 복토한 경우에 토양의 흘러내림을 방지하기 위한 공법이지만 다량의 복토로서 지반을 조성한 경우는 거의 없다.

본 발명을 활용한다면 연약지반을 빠르게 안정 되게 하고, 준설토로서 복토 한다 해도 일반토양과 같은 조성효과를 기대할 수 있을 것이다.

Claims (33)

1. (1) 칼슘 화합물 및 마그네슘 화합물을 3 ~ 5 : 1의 중량 비율로 포함하는 입단화 촉진제 65 ~ 85 중량%,

   철 화합물 및 알루미늄 화합물을 6 ~ 8 : 1의 중량 비율로 포함하는 입자 응결 촉진제 1 ~ 6 중량% 및

   규소 화합물을 포함하는 토양화 촉진제 10 ~ 30 중량%로

   이루어진 1그룹 개량 물질과,

   (2) 수목 수피나 참나무류인 떡갈나무, 신갈나무, 굴참나무, 졸참나무, 밤나무, 상수리 나무, 닥나무, 자작나무, 박달나무의 목질 또는 코코넛 섬유를 분쇄, 완전 발효시킨 유기물 55 ~ 80 중량%, 질소 화합물 3 ~ 18 중량%, 인산 화합물 3 ~ 25 중량%, 가리 화합물 2 ~ 7 중량%, 황 화합물 0.3 ~ 0.5 중량%, 몰리브덴 화합물 0.5 ~ 1 중량%, 붕소 화합물 1 ~ 3 중량%, 아연 화합물 0.5 ~ 0.8 중량%, 망간 화합물 0.5 ~ 1.0 중량%, 구리 화합물 0.3 ~ 0.8 중량% 및 염소 화합물 0.3 ~ 0.5 중량%로 이루어진 2그룹 개량 물질과,

   (3) 제오라이트 70 ~ 87 중량%, 벤토나이트 2 ~ 15 중량%, 버미큐라이트 2 ~ 15 중량% 및 활성탄, 실리카, 실리케이트와 규회석의 혼합물 2 ~ 7 중량%로 이루어진 3그룹 개량 물질과,

   (4) 아나베나(anabaena), 아나베놉시스(anabaenopsis), 닥티로코콥시스(dactylococcopsis), 시네코시스티스(synechocystis) 및 마이크로시스티스(mocrocystis)로 이루어진 4그룹 개량 물질을

   포함하여 이루어지는 점토질성 미립토의 토양 개량제로서,

   1그룹 개량 물질 25 ~ 40 중량%, 2그룹 개량 물질 20 ~ 40 중량%, 3그룹 개량 물질 20 ~ 40 중량 및 4그룹 개량 물질 0.2 ~ 0.5 중량%로 이루어지는 것인 점토질성 미립토의 토양 개량제.
2. 제1항에 있어서, 1그룹 개량 물질은 입단화 촉진제 70 ~ 82 중량%, 입자 응결 촉진제 2 ~ 5 중량% 및 토양화 촉진제 15 ~ 25 중량%로 이루어진 것인 점토질성 미립토의 토양 개량제.
3. 제1항에 있어서, 2그룹 개량 물질은 유기물 60 ~ 75 중량%, 질소 화합물 5 ~ 15 중량%, 인산 화합물 5 ~ 20 중량%, 가리 화합물 3 ~ 5 중량%, 황 화합물 0.3 ~ 0.5 중량%, 몰리브덴 화합물 0.5 ~ 1 중량%, 붕소 화합물 1 ~ 3 중량%, 아연 화합물 0.5 ~ 0.8 중량%, 망간 화합물 0.5 ~ 1.0 중량%, 구리 화합물 0.3 ~ 0.8 중량% 및 염소 화합물 0.3 ~ 0.5 중량%로 이루어진 것인 점토질성 미립토의 토양 개량제.
4. 제1항에 있어서, 3그룹 개량 물질은 제오라이트 80 ~ 85 중량%, 벤토나이트 5 ~ 10 중량%, 버미큐라이트 5 ~ 10 중량% 및 활성탄, 실리카, 실리케이트와 규회석의 혼합물 3 ~ 5 중량%로 이루어진 것인 점토질성 미립토의 토양 개량제.
5. 제1항에 있어서,

   1그룹 개량 물질은 입단화 촉진제 70 ~ 82 중량%, 입자 응결 촉진제 2 ~ 5 중량% 및 토양화 촉진제 15 ~ 25 중량%로 이루어지고,

   2그룹 개량 물질은 유기물 60 ~ 75 중량%, 질소 화합물 5 ~ 15 중량%, 인산 화합물 5 ~ 20 중량%, 가리 화합물 3 ~ 5 중량%, 황 화합물 0.3 ~ 0.5 중량%, 몰리브덴 화합물 0.5 ~ 1 중량%, 붕소 화합물 1 ~ 3 중량%, 아연 화합물 0.5 ~ 0.8 중량%, 망간 화합물 0.5 ~ 1.0 중량%, 구리 화합물 0.3 ~ 0.8 중량% 및 염소 화합물 0.3 ~ 0.5 중량%로 이루어지며,

   3그룹 개량 물질은 제오라이트 80 ~ 85 중량%, 벤토나이트 5 ~ 10 중량%, 버미큐라이트 5 ~ 10 중량% 및 활성탄, 실리카, 실리케이트와 규회석의 혼합물 3 ~ 5 중량%로 이루어진 것인 점토질성 미립토의 토양 개량제.
6. 제1항에 있어서, 1그룹 개량 물질 30 ~ 40 중량%, 2그룹 개량 물질 25 ~ 40 중량%, 3그룹 개량 물질 20 ~ 35 중량 및 4그룹 개량 물질 0.3 ~ 0.5 중량%로 이루어지는 것인 점토질성 미립토의 토양 개량제.
7. 제6항에 있어서, 1그룹 개량 물질은 입단화 촉진제 70 ~ 82 중량%, 입자 응결 촉진제 2 ~ 5 중량% 및 토양화 촉진제 15 ~ 25 중량%로 이루어진 것인 점토질성 미립토의 토양 개량제.
8. 제6항에 있어서, 2그룹 개량 물질은 유기물 60 ~ 75 중량%, 질소 화합물 5 ~ 15 중량%, 인산 화합물 5 ~ 20 중량%, 가리 화합물 3 ~ 5 중량%, 황 화합물 0.3 ~ 0.5 중량%, 몰리브덴 화합물 0.5 ~ 1 중량%, 붕소 화합물 1 ~ 3 중량%, 아연 화합물 0.5 ~ 0.8 중량%, 망간 화합물 0.5 ~ 1.0 중량%, 구리 화합물 0.3 ~ 0.8 중량% 및 염소 화합물 0.3 ~ 0.5 중량%로 이루어진 것인 점토질성 미립토의 토양 개량제.
9. 제6항에 있어서, 3그룹 개량 물질은 제오라이트 80 ~ 85 중량%, 벤토나이트 5 ~ 10 중량%, 버미큐라이트 5 ~ 10 중량% 및 활성탄, 실리카, 실리케이트와 규회석의 혼합물 3 ~ 5 중량%로 이루어진 것인 점토질성 미립토의 토양 개량제.
10. 제6항에 있어서,

    1그룹 개량 물질은 입단화 촉진제 70 ~ 82 중량%, 입자 응결 촉진제 2 ~ 5 중량% 및 토양화 촉진제 15 ~ 25 중량%로 이루어지고,

    2그룹 개량 물질은 유기물 60 ~ 75 중량%, 질소 화합물 5 ~ 15 중량%, 인산 화합물 5 ~ 20 중량%, 가리 화합물 3 ~ 5 중량%, 황 화합물 0.3 ~ 0.5 중량%, 몰리브덴 화합물 0.5 ~ 1 중량%, 붕소 화합물 1 ~ 3 중량%, 아연 화합물 0.5 ~ 0.8 중량%, 망간 화합물 0.5 ~ 1.0 중량%, 구리 화합물 0.3 ~ 0.8 중량% 및 염소 화합물 0.3 ~ 0.5 중량%로 이루어지며,

    3그룹 개량 물질은 제오라이트 80 ~ 85 중량%, 벤토나이트 5 ~ 10 중량%, 버미큐라이트 5 ~ 10 중량% 및 활성탄, 실리카, 실리케이트와 규회석의 혼합물 3 ~ 5 중량%로 이루어진 것인 점토질성 미립토의 토양 개량제.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 하나의 항에 있어서, 칼슘 화합물은 CaSO₄, CaCl₂, Ca(OH)₂, CaCO₃, Ca(NO₃)₂, CaO, Ca(OH)₂, CaHCO₃, Ca(H₂PO₄)₂으로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물 또는 이들의 혼합물이고, 마그네슘 화합물은 MgO, MgSO₄, MgCl₂, MgCO₃, MgNH₂PO₄, Mg₂P₂O₇, MgS으로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물 또는 이들의 혼합물인 것인 점토질성 미립토의 토양 개량제.
12. 제11항에 있어서, 칼슘 화합물은 중탄산칼슘(CaHCO₃)을 포함하는 것인 점토질성 미립토의 토양 개량제.
13. 제1항 내지 제10항 중 어느 하나의 항에 있어서, 철 화합물은 FeO, Fe₂O₃, Fe₃O₄, FeS, FeSO₄, Fe-EDTA을 비롯하여 Fe-복합 화합물인 CaO·Fe₂O₃, CaO·Al₂O₃·Fe₂O₃으로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물 또는 이들의 혼합물이고, 알루미늄 화합물은 Al₂O₃, Al₃(SO₄)₃, Al(OH)₂을 비롯하여 Al-복합 화합물인 Al·K(SO₄)₂, Al·NH₄(SO₄)₂으로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물 또는 이들의 혼합물인 것인 점토질성 미립토의 토양 개량제.
14. 제1항 내지 제10항 중 어느 하나의 항에 있어서, 규소 화합물은 SiO₂, CaSiO₃, CaO·SiO₂로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물 또는 이들의 혼합물인 것인 점토질성 미립토의 토양 개량제.
15. 제1항 내지 제10항 중 어느 하나의 항에 있어서, 유기물은 수분율 30 ~ 50 중량%, 발효 유기물 함유량이 50 ~ 70 중량%, 질소에 대한 탄수화물의 비율(Cabohydrate/Nitrogen 비율 : C/N 율)이 30 ~ 35 (w/w)범위인 것인 점토질성 미립토의 토양 개량제.
16. 제1항 내지 제10항 중 어느 하나의 항에 있어서, 질소 화합물은 (NH₄)₂SO₄, NH₄NO₃, NH₄Cl, HNO₃, KNO₃, (NH₂)₂CO으로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물 또는 이들의 혼합물이고, 인산 화합물은 H₃PO₄, KH₂PO₄, KH₂PO₄, K₂HPO₄, 용성인비, 토마스인비, NH₄H₂PO₄, (NH₄)₂HPO₄, 인산나트륨, CaH₂PO₄, Ca(H₂PO₄)₂, 과인산석회, 중과인산석회로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물 또는 이들의 혼합물이며, 가리 화합물은 K₂SO₄, KCl, KNO₃, KHSO₄, KMnO₄으로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물 또는 이들의 혼합물이고, 황 화합물은 (NH₄)₂SO₄, CaSO₄, MgSO₄, K₂SO₄, FeS, H₂SO₄ 및 분말 유황으로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물 또는 이들의 혼합물이며, 몰리브덴 화합물은 MoO, 암모늄 몰리브데이트 및 소디움 몰리브데이트로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물 또는 이들의 혼합물이고, 붕소 화합물은 붕사, 붕산(H₃BO₃), K₂B₄O₇, B₂O₃, B₂O₂, H₄B₂O₄로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물 또는 이들의 혼합물이며, 아연 화합물은 Zn(OH)₂, ZnSO₄, ZnCl₂로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물 또는 이들의 혼합물이고, 망간 화합물은 MnO₂, Mn₂O₃, Mn₃O₄, Mn(OH)₂, MnCl₂, MnSO₄으로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물 또는 이들의 혼합물이며, 구리 화합물은 Cu(OH)₂, CuCl₂, CuSO₄으로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물 또는 이들의 혼합물이고, 염소 화합물은 KCl, NH₄Cl, MgCl₂, CaCl₂, HCl로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물 또는 이들의 혼합물인 것인 점토질성 미립토의 토양 개량제.
17. 제1항 내지 제10항 중 어느 하나의 항에 있어서,

    칼슘 화합물은 CaSO₄, CaCl₂, Ca(OH)₂, CaCO₃, Ca(NO₃)₂, CaO, Ca(OH)₂, CaHCO₃, Ca(H₂PO₄)₂으로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물 또는 이들의 혼합물이고, 마그네슘 화합물은 MgO, MgSO₄, MgCl₂, MgCO₃, MgNH₂PO₄, Mg₂P₂O₇, MgS으로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물 또는 이들의 혼합물이고,

    철 화합물은 FeO, Fe₂O₃, Fe₃O₄, FeS, FeSO₄, Fe-EDTA을 비롯하여 Fe-복합 화합물인 CaO·Fe₂O₃, CaO·Al₂O₃·Fe₂O₃으로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물 또는 이들의 혼합물이고, 알루미늄 화합물은 Al₂O₃, Al₃(SO₄)₃, Al(OH)₂을 비롯하여 Al-복합 화합물인 Al·K(SO₄)₂, Al·NH₄(SO₄)₂으로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물 또는 이들의 혼합물이며,

    규소 화합물은 SiO₂, CaSiO₃, CaO·SiO₂로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물 또는 이들의 혼합물이고,

    질소 화합물은 (NH₄)₂SO₄, NH₄NO₃, NH₄Cl, HNO₃, KNO₃, (NH₂)₂CO으로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물 또는 이들의 혼합물이며,

    인산 화합물은 H₃PO₄, KH₂PO₄, KH₂PO₄, K₂HPO₄, 용성인비, 토마스인비, NH₄H₂PO₄, (NH₄)₂HPO₄, 인산나트륨, CaH₂PO₄, Ca(H₂PO₄)₂, 과인산석회, 중과인산석회로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물 또는 이들의 혼합물이고,

    가리 화합물은 K₂SO₄, KCl, KNO₃, KHSO₄, KMnO₄으로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물 또는 이들의 혼합물이며,

    황 화합물은 (NH₄)₂SO₄, CaSO₄, MgSO₄, K₂SO₄, FeS, H₂SO₄ 및 분말 유황으로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물 또는 이들의 혼합물이고,

    몰리브덴 화합물은 MoO, 암모늄 몰리브데이트 및 소디움 몰리브데이트로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물 또는 이들의 혼합물이며,

    붕소 화합물은 붕사, 붕산(H₃BO₃), K₂B₄O₇, B₂O₃, B₂O₂, H₄B₂O₄로 이루어진 군으 로부터 선택된 화합물 또는 이들의 혼합물이고,

    아연 화합물은 Zn(OH)₂, ZnSO₄, ZnCl₂로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물 또는 이들의 혼합물이며,

    망간 화합물은 MnO₂, Mn₂O₃, Mn₃O₄, Mn(OH)₂, MnCl₂, MnSO₄으로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물 또는 이들의 혼합물이고,

    구리 화합물은 Cu(OH)₂, CuCl₂, CuSO₄으로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물 또는 이들의 혼합물이며,

    염소 화합물은 KCl, NH₄Cl, MgCl₂, CaCl₂, HCl로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물 또는 이들의 혼합물인 것인

    점토질성 미립토의 토양 개량제.
18. 제17항에 있어서, 유기물은 수분율 30 ~ 50 중량%, 발효 유기물 함유량이 50 ~ 70 중량%, 질소에 대한 탄수화물의 비율(Cabohydrate/Nitrogen 비율 : C/N 율)이 30 ~ 35 (w/w)범위인 것인 점토질성 미립토의 토양 개량제.
19. (1) 입단화 촉진제 65 ~ 85 중량%, 입자 응결 촉진제 1 ~ 6 중량% 및 토양화 촉진제 10 ~ 30 중량%를 혼합하여 1그룹 개량 물질을 제조하고,

    여기서 입단화 촉진제는 칼슘 화합물 및 마그네슘 화합물을 3 ~ 5 : 1의 중량 비율로 혼합하여 제조하고, 칼슘 화합물은 CaSO₄, CaCl₂, Ca(OH)₂, CaCO₃, Ca(NO₃)₂, CaO, Ca(OH)₂, CaHCO₃, Ca(H₂PO₄)₂로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물 또는 이들의 혼합물이고, 마그네슘화합물은 MgO, MgSO₄, MgCl₂, MgCO₃, MgNH₂PO₄, Mg₂P₂O₇, MgS로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물 또는 이들의 혼합물이며,

    입자 응결 촉진제는 철 화합물 및 알루미늄 화합물을 6 ~ 8 : 1의 중량 비율로 혼합하여 제조하고, 철 화합물은 FeSO₄, FeO, Fe₂O₃, Fe₃O₄, FeS, Fe-EDTA을 비롯하여 Fe-복합 화합물인 CaO·Fe₂O₃, CaO·Al₂O₃·Fe₂O₃로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물 또는 이들의 혼합물이고, 알루미늄 화합물은 Al₂O₃, Al₃(SO₄)₃, Al(OH)₂을 비롯하여 Al-복합 화합물인 Al·K(SO₄)₂, Al·NH₄(SO₄)₂으로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물 또는 이들의 혼합물이며,

    토양화 촉진제는 SiO₂, CaSiO₃, CaO·SiO₂로 이루어진 군으로부터 선택된 규소 화합물 또는 이들의 혼합물이다;

    (2) 유기물 55 ~ 80 중량%, 질소 화합물 3 ~ 18 중량%, 인산 화합물 3 ~ 25 중량%, 가리 화합물 2 ~ 7 중량%, 황 화합물 0.3 ~ 0.5 중량%, 몰리브덴 화합물 0.5 ~ 1 중량%, 붕소 화합물 1 ~ 3 중량%, 아연 화합물 0.5 ~ 0.8 중량%, 망간 화합물 0.5 ~ 1.0 중량%, 구리 화합물 0.3 ~ 0.8 중량% 및 염소 화합물 0.3 ~ 0.5 중량%를 혼합하여 2그룹 개량 물질을 제조하고,

    여기서 유기물은 수목 수피나 참나무류인 떡갈나무, 신갈나무, 굴참나무, 졸참나무, 밤나무, 상수리 나무, 닥나무, 자작나무, 박달나무의 목질 또는 코코넛 섬유를 분쇄, 완전 발효시킨 것으로서 수분율 30 ~ 50 중량%, 발효 유기물 함유량이 50 ~ 70 중량%, 질소에 대한 탄수화물의 비율(Cabohydrate/Nitrogen 비율 : C/N 율)이 30 ~ 35 (w/w)범위인 것이고,

    질소 화합물은 (NH₄)₂SO₄, NH₄NO₃, NH₄Cl, HNO₃, KNO₃, (NH₂)₂CO으로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물 또는 이들의 혼합물이며,

    인산 화합물은 H₃PO₄, KH₂PO₄, KH₂PO₄, K₂HPO₄, 용성인비, 토마스인비, NH₄H₂PO₄, (NH₄)₂HPO₄, 인산나트륨, CaH₂PO₄, Ca(H₂PO₄)₂, 과인산석회, 중과인산석회로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물 또는 이들의 혼합물이고,

    가리 화합물은 K₂SO₄, KCl, KNO₃, KHSO₄, KMnO₄으로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물 또는 이들의 혼합물이며,

    황 화합물은 (NH₄)₂SO₄, CaSO₄, MgSO₄, K₂SO₄, FeS, H₂SO₄ 및 분말 유황으로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물 또는 이들의 혼합물이고,

    몰리브덴 화합물은 MoO, 암모늄 몰리브데이트 및 소디움 몰리브데이트로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물 또는 이들의 혼합물이며,

    붕소 화합물은 붕사, 붕산(H₃BO₃), K₂B₄O₇, B₂O₃, B₂O₂, H₄B₂O₄로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물 또는 이들의 혼합물이고,

    아연 화합물은 Zn(OH)₂, ZnSO₄, ZnCl₂로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물 또는 이들의 혼합물이며,

    망간 화합물은 MnO₂, Mn₂O₃, Mn₃O₄, Mn(OH)₂, MnCl₂, MnSO₄으로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물 또는 이들의 혼합물이고,

    구리 화합물은 Cu(OH)₂, CuCl₂, CuSO₄으로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물 또는 이들의 혼합물이며,

    염소 화합물은 KCl, NH₄Cl, MgCl₂, CaCl₂, HCl로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물 또는 이들의 혼합물이다;

    (3) 제오라이트 70 ~ 87 중량%, 벤토나이트 2 ~ 15 중량%, 버미큐라이트 2 ~ 15 중량% 및 활성탄, 실리카, 실리케이트와 규회석의 혼합물 2 ~ 7 중량%를 혼합하여 3그룹 개량 물질을 제조하고,

    (4) 아나베나(anabaena), 아나베놉시스(anabaenopsis), 닥티로코콥시스(dactylococcopsis), 시네코시스티스(synechocystis) 및 마이크로시스티스(mocrocystis)를 물에 혼합하여 4그룹 개량 물질을 제조한 후,

    (5) 제조된 무기성 물질인 1그룹 개량 물질 및 3그룹 개량 물질을, 최종 토양 개량제 중량을 기준으로, 각각 25 ~ 40 중량% 및 20 ~ 40 중량%의 양으로 혼합하고,

    (6) 최종 토양 개량제의 중량을 기준으로, 2그룹 개량 물질 20 ~ 40 중량%에 4그룹 개량 물질 0.2 ~ 0.5 중량%을 분무하여 혼합한 후,

    (7) 상기 (5)의 혼합물을 상기 (6)의 혼합물과 혼합하여

    점토질성 미립토의 토양 개량제를 제조하는 방법.
20. 제19항에 있어서, 1그룹 개량 물질은 입단화 촉진제 70 ~ 82 중량%, 입자 응결 촉진제 2 ~ 5 중량% 및 토양화 촉진제 15 ~ 25 중량%를 혼합하여 제조하는 것인 점토질성 미립토의 토양 개량제를 제조하는 방법.
21. 제19항에 있어서, 2그룹 개량 물질은 유기물 60 ~ 75 중량%, 질소 화합물 5 ~ 15 중량%, 인산 화합물 5 ~ 20 중량%, 가리 화합물 3 ~ 5 중량%, 황 화합물 0.3 ~ 0.5 중량%, 몰리브덴 화합물 0.5 ~ 1 중량%, 붕소 화합물 1 ~ 3 중량%, 아연 화합물 0.5 ~ 0.8 중량%, 망간 화합물 0.5 ~ 1.0 중량%, 구리 화합물 0.3 ~ 0.8 중량% 및 염소 화합물 0.3 ~ 0.5 중량%를 혼합하여 제조하는 것인 점토질성 미립토의 토양 개량제를 제조하는 방법.
22. 제19항에 있어서, 3그룹 개량 물질은 제오라이트 80 ~ 85 중량%, 벤토나이트 5 ~ 10 중량%, 버미큐라이트 5 ~ 10 중량% 및 활성탄, 실리카, 실리케이트와 규회석 혼합물 3 ~ 5 중량%를 혼합하여 제조하는 것인 점토질성 미립토의 토양 개량제를 제조하는 방법.
23. 제19항에 있어서,

    1그룹 개량 물질은 입단화 촉진제 70 ~ 82 중량%, 입자 응결 촉진제 2 ~ 5 중량% 및 토양화 촉진제 15 ~ 25 중량%를 혼합하여 제조하고,

    2그룹 개량 물질은 유기물 60 ~ 75 중량%, 질소 화합물 5 ~ 15 중량%, 인산 화합물 5 ~ 20 중량%, 가리 화합물 3 ~ 5 중량%, 황 화합물 0.3 ~ 0.5 중량%, 몰리브덴 화합물 0.5 ~ 1 중량%, 붕소 화합물 1 ~ 3 중량%, 아연 화합물 0.5 ~ 0.8 중량%, 망간 화합물 0.5 ~ 1.0 중량%, 구리 화합물 0.3 ~ 0.8 중량% 및 염소 화합물 0.3 ~ 0.5 중량%를 혼합하여 제조하며,

    3그룹 개량 물질은 제오라이트 80 ~ 85 중량%, 벤토나이트 5 ~ 10 중량%, 버미큐라이트 5 ~ 10 중량% 및 활성탄, 실리카, 실리케이트와 규회석 혼합물 3 ~ 5 중량%를 혼합하여 제조하는 것인

    점토질성 미립토의 토양 개량제를 제조하는 방법.
24. 제19항 내지 제23항 중 어느 하나의 항에 있어서, 1그룹 개량 물질 30 ~ 40 중량%, 2그룹 개량 물질 25 ~ 40 중량%, 3그룹 개량 물질 20 ~ 35 중량 및 4그룹 개량 물질 0.3 ~ 0.5 중량%를 사용하는 것인 점토질성 미립토의 토양 개량제를 제조하는 방법.
25. 제19항에 있어서, 2그룹 개량 물질 중의 인산 화합물을 2그룹 개량 물질 제조시 혼합시키지 않고, (6) 공정에서 2그룹 개량 물질에 4그룹 개량 물질을 분무하여 혼합한 혼합물에 인산액제로서 처리하는 것인 점토질성 미립토의 토양 개량제를 제조하는 방법.
26. 제25항에 있어서, 1그룹 개량 물질은 입단화 촉진제 70 ~ 82 중량%, 입자 응결 촉진제 2 ~ 5 중량% 및 토양화 촉진제 15 ~ 25 중량%를 혼합하여 제조하는 것인 점토질성 미립토의 토양 개량제를 제조하는 방법.
27. 제25항에 있어서, 2그룹 개량 물질은 유기물 60 ~ 75 중량%, 질소 화합물 5 ~ 15 중량%, 인산 화합물 5 ~ 20 중량%, 가리 화합물 3 ~ 5 중량%, 황 화합물 0.3 ~ 0.5 중량%, 몰리브덴 화합물 0.5 ~ 1 중량%, 붕소 화합물 1 ~ 3 중량%, 아연 화합물 0.5 ~ 0.8 중량%, 망간 화합물 0.5 ~ 1.0 중량%, 구리 화합물 0.3 ~ 0.8 중량% 및 염소 화합물 0.3 ~ 0.5 중량%를 혼합하여 제조하는 것인 점토질성 미립토의 토양 개량제를 제조하는 방법.
28. 제25항에 있어서, 3그룹 개량 물질은 제오라이트 80 ~ 85 중량%, 벤토나이트 5 ~ 10 중량%, 버미큐라이트 5 ~ 10 중량% 및 활성탄, 실리카, 실리케이트와 규회석 혼합물 3 ~ 5 중량%를 혼합하여 제조하는 것인 점토질성 미립토의 토양 개량제를 제조하는 방법.
29. 제25항에 있어서,

    1그룹 개량 물질은 입단화 촉진제 70 ~ 82 중량%, 입자 응결 촉진제 2 ~ 5 중량% 및 토양화 촉진제 15 ~ 25 중량%를 혼합하여 제조하고,

    2그룹 개량 물질은 유기물 60 ~ 75 중량%, 질소 화합물 5 ~ 15 중량%, 인산 화합물 5 ~ 20 중량%, 가리 화합물 3 ~ 5 중량%, 황 화합물 0.3 ~ 0.5 중량%, 몰리브덴 화합물 0.5 ~ 1 중량%, 붕소 화합물 1 ~ 3 중량%, 아연 화합물 0.5 ~ 0.8 중량%, 망간 화합물 0.5 ~ 1.0 중량%, 구리 화합물 0.3 ~ 0.8 중량% 및 염소 화합물 0.3 ~ 0.5 중량%를 혼합하여 제조하며,

    3그룹 개량 물질은 제오라이트 80 ~ 85 중량%, 벤토나이트 5 ~ 10 중량%, 버미큐라이트 5 ~ 10 중량% 및 활성탄, 실리카, 실리케이트와 규회석 혼합물 3 ~ 5 중량%를 혼합하여 제조하는 것인

    점토질성 미립토의 토양 개량제를 제조하는 방법.
30. 제25항 내지 제29항 중 어느 하나의 항에 있어서, 1그룹 개량 물질 30 ~ 40 중량%, 2그룹 개량 물질 25 ~ 40 중량%, 3그룹 개량 물질 20 ~ 35 중량 및 4그룹 개량 물질 0.3 ~ 0.5 중량%를 사용하는 것인 점토질성 미립토의 토양 개량제를 제조하는 방법.
31. 제1항 내지 제10항 중 어느 하나의 항의 점토질성 미립토의 토양 개량제 또는 제19항 내지 제23항 및 제25항 내지 제29항 중 어느 하나의 항의 제조 방법에 의하여 제조한 점토질성 미립토의 토양 개량제를 사용하여 토양을 개량하는 방법으로서,

    점토질성 미립토를 토양 개량제의 작용을 극대화시킬 수 있도록 하기 위하여 50 ~ 60 중량% 범위의 함수율로 조절하고,

    토지 개량에 작용하는 미생물의 번식에 필요한 산소가 잘 공급되도록 (폭) 1 ｍ × (길이) 사용면적별로 설정 × (높이) 1 ｍ 이하의 용적으로 점토질성 미립토를 퇴적하며,

    점토질성 미립토 표면에 토양 개량제를 포설하는 것을

    포함하는 것인 토양 개량제를 사용하여 토양을 개량하는 방법.
32. 제31항에 있어서, 점토질성 미립토는 임해 매립지나 강하구 매립지의 지반토 개흙층인 것으로서 임해 매립지나 강하구 매립지의 지반토 개흙층을 녹지 조성지의 기층 배수층재로 개량하기 위하여

    1) 임해 매립지나 강하구 매립지의 갯벌 외 바깥 지역에서 장비를 이용하여 갯벌 표면에 토양 개량제를 살포하고,

    2) 갯벌층 표면에 50 × 50 ｍ 간격으로 0.3 × 0.3 × 0.3 ｍ 크기의 배수로를 물의 흐름 방향으로 설치하여, 토양 개량제에 의하여 치환된 Na 이온이 배출되도록 하며,

    3) 1)의 공정후 기반토 표면의 수분이 장비가 움직일 정도의 상태이면 표면에 살포된 토양 개량제를 경운하여 토양 개량 효과가 증대되도록 하는 것을

    포함하는 것인 토양 개량제를 사용하여 토양을 개량하는 방법.
33. 제31항에 있어서, 점토질성 미립토는 바다, 강저의 퇴적 준설토나 논토양, 하수 슬러지로서, 바다, 강의 퇴적 준설토를 개량하여 녹지 조성지의 기반층 배수층재나 식재층 조성용토로 이용하거나 하수 슬러지를 개량하여 식재층 조성용토로 이용하기 위하여

    1) 배수로 또는 경사면을 가진 대지의 준설지 또는 하수 슬러지 집하장에서 준설토 또는 하수 슬러지를 20 ~ 40 ㎝ 높이로 포설하여 수분율을 50 ~ 60 중량%로 조절하고,

    2) 개량 목적 토양이 바다, 강저의 퇴적 준설토인 경우, 개량토와 토양 개량제를 완전 혼합하고, 1 ｍ × 사용면적별로 설정 × 0.5 ~ 1.0 ｍ로 적재, 퇴적하고, 10 ~ 15일 간격으로 3 ~ 4 회의 뒤집기 작업을 하여 개량 작용이 촉진되도록 하며, 개량 목적 토양이 하수 슬러지의 경우, 바다, 강저의 저이토와 혼합하거나, 유기재와 미생물을 혼합하여 수분율을 조절하여 발효조에 투입, 발효시켜 부숙토화하는 것을

    포함하는 것인 토양 개량제를 사용하여 토양을 개량하는 방법.

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