KR100818547B1

KR100818547B1 - 갯벌의 고형 정화제

Info

Publication number: KR100818547B1
Application number: KR1020060091014A
Authority: KR
Inventors: 제창국
Original assignee: 제창국
Priority date: 2006-09-20
Filing date: 2006-09-20
Publication date: 2008-04-02
Also published as: KR20080026270A

Abstract

본 발명은 오염된 갯벌, 강의 바닥, 해수의 바닥을 정화하는데 효과적인 천연 무기질을 주재로 한 고형 정화제에 관한 것으로서, 오염된 갯벌 등에 본 발명에 의한 천연 무기질의 고형 정화제가 침강되고 일정시간 경과 후 풀어져 갯벌과 정화제가 혼합됨으로써 갯벌을 정화하고 천연 무기염류가 장기간 갯벌 속에 머물러 갯벌 생물의 성장에 필요한 성분을 제공하여, 결과적으로 갯벌 생물이 서식할 수 있는 상태를 유지하고자 하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 분말상의 천연 무기질 재료 70~80중량%, 벤토나이트 10~15중량%, 물10~15중량%을 혼합 후 압축 성형하여 입자상의 고형체로 제조되며 구형, 육면체형, 원통형, 입체 마름모형 또는 원뿔형성구형의 일정한 형상을 이룬다.

갯벌, 고형정화제, 천연 무기질, 벤토나이트

Description

갯벌의 고형 정화제{.}

도 1은 본 발명에 따른 고형 정화제의 일실시예

도 2는 본 발명에 따른 고형 정화제의 다른 실시예

* 도면의 주요한 부분에 대한 부호의 설명 *

100 : 고형 정화제

본 발명은 오염된 갯벌, 강의 바닥, 해수의 바닥을 정화하는데 효과적인 천연 무기질을 주재로 한 고형 정화제에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 오염된 갯벌 등에 본 발명의 천연 무기질의 고형 정화제가 침강되고, 일정시간 경과 후 풀어져 갯벌과 정화제가 서로 혼합되어, 갯벌을 정화하고 천연 무기염류가 장기간 갯벌속에 머물도록 하여 갯벌 생물의 성장에 필요한 성분을 제공함에 따라, 결과적으로 갯벌 생물이 서식할 수 있는 상태를 유지하도록 하는 고형 정화제에 관한 것이다.

갯벌은 육지와 바다가 만나는 곳으로 바다로 유입되는 오염물질(유기물질)을 정화하는 기능을 수행한다.

하지만 산업발달로 인하여 공업폐수, 생활하수, 축산폐수, 선상 폐기물 등의 증가로 갯벌이 극심하게 오염되어 양식업에 큰 피해를 주고 있다.

이에 대한 대책으로 각종 화학약품과 황토, 세라믹분체, 제올라이트, 은 등의 각종 광물재료를 이용하는 방법들이 제시되어 왔다.

대표적인 방법으로, 오염된 해수를 정화하기 위해 잘 알려진 황토를 오염지역에 대량 살포하여 적조현상을 일시적으로 해소하고 있다. 그러나 현재 살포되고 있는 정화용 황토는 바지선 등에 실어 살포기를 이용해 무작위로 살포되므로 분말 상태의 황토가 분산되어 오염된 목표지점에 정확히 투여되기가 쉽지 않을 뿐만 아니라 목표지점에 투여되었다 하더라도 조류에 의해 쉽게 분산된다.

또한 살포된 황토 분말은 해수 바닥에 도달하는 순간까지만 접촉하는 오염물질을 정화하는데 그쳐 해수나 강의 바닥 속이나 갯벌 속까지 정화하지 못하게 되고, 황토 분말이 강이나 해수의 저면 표층에 누적되어 2차 오염문제가 야기 됨으로써 이를 해소하기 위해 부수적인 처리비용이 발생된다.

오염된 해수를 정화하는 다른 방법으로 소성과정을 통한 다공질 세라믹 소결체를 이용하는 방법이 소개되고 있는데, 이는 주조공정 중 배출되는 폐주물사를 처분하는데 상당한 수거비용이 소요되는 문제점을 극복하기 위한 방안으로 제시된 것으로써, 소성과정을 통해 다공질 세라믹 소결체를 제조하여 수질정화제로 사용하고자 하는 것이다.

그러나 이러한 폐주물사를 이용하여 수질정화제를 제조할 경우, 소결과정을 거치는데 있어 비용이 과다하게 소요될 뿐 아니라, 소결과정 중 천연 미네랄이 열화학반응을 하여 물성이 바뀜으로써 수화기능이나 입자의 기공결여, 분자구조의 변질 등의 결과로 혐기성 세균이 증식된다. 더욱 상세히, 아래의 그림 1에서 보이는 바와 같이 자연 광물에는 입자마다 크랙(갈라진 틈)이 있어 분쇄하여 갯벌에 투여할 경우 갯벌 속에서 기체나 액체의 흐름에 방해를 주지 않아 지속적으로 살아있는 갯벌을 유지할 수 있으나, 소성과정을 거치게 되면 광물 크랙의 일부나 전체가 녹아서 도포 또는 연결됨으로써 자연 정화기능이 소실된다.

그림1

이러한 소결과정은 300~1,150℃에서 이루어지는데, 저온(300~400℃)에서의 세라믹 제품은 토기와 같은 것이고, 고온(500~1,150℃)에서의 세라믹 제품은 도자기와 같은 것으로써 부식되거나 풀어 헤쳐지지 않는다. 또한 세라믹 분말은 물속에서 수화되지 않고 일부는 콜로이드화 되어 갯벌 생물의 피부 내지는 기공을 막아 고사시킨다.

황토나 석회와 미분사 혼합물을 소성시키면 불용성 소다 규산질 화합물이 생기고, 고형체 안에서는 산화 반응뿐만 아니라, 환원반응이 일어나 산화중금속이 원래의 중금속으로 되돌아가 강한 독성을 띠고, 그 상태로 해수나 강에 투여될 경우 불용성 소다 규산질로 인해 물에 전혀 풀어지지 않으며, 해수 바닥에 고형물로 가라앉아 통기성 저하와 미생물(지렁이나 분해생물)의 이동을 차단함으로써 혐기성 세균의 서식지를 만들어 갯벌 속을 시커멓게 오염시키는 문제점이 발생하였다.

이와 같이 폐주물사를 소결하여 만든 세라믹 소결체를 정화제로 사용할 경우에는 소결체에 잔존하는 중금속으로 인한 2차 오염문제가 대두되며, 세라믹 소결체의 성분의 천연 상태의 광물질과 같은 화학조성비를 보인다 할지라도, 소결과정 중 열화학반응을 일으켜 그 분자구조가 천연 광물의 분자구조와는 전혀 상이하게 된다. 그 결과 세라믹 소결체를 정화제로 사용할 경우 천연 광물질과는 전혀 다른 작용 효과를 보여 오히려 수질오염이 가중되는 문제점이 발생되었다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로써, 본 발명의 목적은 환경친화적인 천연무기질 재료와 벤토나이트를 포함하여 종래의 소결체 정화제의 잔존물에 의한 2차 오염의 발생까지 원천적으로 봉쇄할 수 있도록 하고, 갯벌에 투입되면 침강, 팽윤되어 서로 혼합되는 고형 정화제를 제공하는데 있다.

하나의 바람직한 실시 양태에 있어서 본 발명에 따른 고형 정화제는 전술한 문제를 모두 해소하고, 다양한 형상으로 입자상의 형태를 이루도록 압축 성형하여 오염지역에 정확히 투여할 수 있도록 하며, 이러한 고형 정화제가 수층에만 정화효과를 내는데 그치지 않고, 해수나 강의 바닥 속 또는 갯벌 속으로 침강하여 벤토나이트의 팽윤 작용에 의해 침강 후 일정 시간이 지나면 바닥 속에서 풀어짐으로써 오염물질을 효과적으로 제거할 수 있도록 한다.

본 발명의 또 다른 목적 및 효과는 이하의 상세한 설명으로부터 명확하게 되고, 본 발명의 바람직한 실시예를 나타내는 상세한 설명 및 실시예는 본 발명의 범주를 제한하는 것이 아니다.

상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 0.5mm 이하의 조립사(Coarse sand) 0.02중량% ~ 3.3중량%, 0.25mm 이하의 중립사(Medium sand) 0.08중량% ~ 0.63중량%, 0.125mm 이하의 세립사(Fine sand) 0.09중량% ~ 55.5중량%, 0.063mm 이하의 미세립사(Very fine sand) 1~39%, 0.063mm 이상의 니질(silt&clay) 2중량% ~ 98중량% 외 유기물로 이루어진 통상의 갯벌과, 상기 갯벌에 투입되어 갯벌을 정화하도록 성분이 황토, 토석, 규산질원료, 규산 알루미늄원료, 알루미나, 석회원료, 마그네시아원료, 장석질원료, 산화인계원료 중 선택된 어느 하나 내지 두 개 이상으로 혼합된 분말 상의 천연무기질재료와, 벤토나이트 및 물을 혼합하여 고형체로 성형시킨 고형정화제에 있어서,
상기 천연무기질 재료는 필수성분으로서 규산(SiO₂)40중량% ~ 85중량%, 알루미나(Al₂O₃)15중량% ~ 30중량%이고 임의성분으로 산화제이철(Fe₂O₃)0 ~ 5중량%, 산화칼슘(CaO)0 ~ 5중량%, 산화마그네슘(MgO)0 ~ 5중량%, 산화나트륨(Na₂O)0 ~ 5중량%, 산화칼륨(K₂O)0 ~ 5중량%, 이글로스(Igloss)0 ~ 5중량%가 270 ~ 300 메쉬(inch)의 입도로 분쇄되어 70중량% ~ 80중량%로 구비되고,
상기 벤토나이트는 NA-형 벤토나이트가 10중량% ~ 15중량%로 구비되어 상기 천연무기질 재료를 결합하기 위한 결합재로 사용되며,
상기 고형체는 결합된 상기 천연무기질 재료와 벤토나이트에 물 10중량% ~ 15중량%를 혼합하여 구형, 육면체형, 원통형, 원추형, 입체 마름모형, 원뿔형성구형 중 어느 하나의 형상으로 성형시켜 이루어진 것을 특징으로 한다.

삭제

먼저, 본 발명이 투입, 혼합되는 갯벌은 0.5mm 이하의 조립사(Coarse sand) 0.02~3.3%, 0.25mm 이하의 중립사(Medium sand) 0.08~0.63%, 0.125mm 이하의 세립사(Fine sand) 0.09~55.5%, 0.063mm 이하의 미세립사(Very fine sand) 1~39%, 0.063mm 이상의 니질(silt&clay)2~98% 외 유기물을 더 포함하고 있다.

본 발명에 따른 고형 정화제는 본 출원인에 의해서 기출원된 특허출원번호 제2001-0051776호 "천연 무기질을 주재로 한 고형 정화제"에 의해서 개시되고, 클레임된 사항을 포함하고 있다.

기출원된 본 출원인의 천연무기질을 주재로 한 고형정화제와 본 발명은 성분이 황토, 토석, 규산질원료, 규산 알루미늄원료, 알루미나, 석회원료, 마그네시아 원료, 장석질원료, 산화인계원료 중 선택된 어느 하나 내지 두개 이상으로 혼합된 분말상의 천연무기질 재료와 여기에 벤토나이트, 물을 혼합하여 고형체로 성형됨을 그 특징으로 하고 있다.

개시된 바와 같이, 천연무기질 재료는 갯벌과 혼합되어 정화작용을 수행하고, 벤토나이트는 천연무기질 재료를 일정한 형상으로 성형하도록 하는 결합재와 같은 역할을 수행한다.

바람직하게 본 발명에 적용되는 천연무기질 재료는 황토를 비롯하여 규산질 광물, 규산 알루미늄광물, 알루미나, 석회원료, 마그네시아원료, 장석질원료, 산화인계 원료 등과 같은 천연광물이 적용되고, 더욱 바람직하게는 270~300 메쉬 사이로 분쇄되어 적용될 수 있다.

본 발명에서 규산질 원료는 규산질 광물, 규석, 규사, 규조토, 실리카의 결정 등이며 규산 알루미늄원료는 규산 알루미늄광물, 실리마나이트족광물, 카올린족광물, 엽납석, 점토 등이 적용됨이 바람직하다.

본 발명에서 알루미나는 알루미나광물, 함수알루미나광물이 적용되고, 석회원료는 석회석, 형석, 규회석, 석회장석, 석고, 인산석회 등이 적용됨이 바람직하다.

마그네시아원료는 마그네사이트, 돌로마이트, 해수 마그네시아계 원료가 적용됨이 바람직하다.

장석질원료는 장석, 도석, 네펠라인 등이 적용되고, 산화인계원료는 인회석, 인회토, 인산반토광 등이 적용된다.

다시, 위와 같은 천연무기질 재료는 더욱 바람직하게 규산(SiO₂) 40중량% ~ 85중량%, 알루미나(Al₂O₃) 15중량% ~ 30중량%이고 임의성분으로 산화제이철(Fe₂O₃) 0 ~ 5중량%, 산화칼슘(CaO) 0 ~ 5중량%, 산화마그네슘(MgO) 0 ~ 5중량%, 산화나트륨(Na₂O) 0 ~ 5중량%, 산화칼륨(K₂O) 0 ~ 5중량%, 이글로스(Igloss) 0 ~ 5중량%를 공통으로 포함하고 있다.

바람직하게 위와 같은 재료들은 인체 등에 유익한 원적외선의 방사와 통기성, 응집력, 점착력으로 인한 탈취효과 및 용존산소량 보존유지로서 정화효과를 크게 얻을 수 있으며, 어패류에도 유익하여 어패류의 성장을 촉진시키는 효과도 발휘하게 된다.

이러한 천연무기질 재료는 270 ~ 300 메쉬(inch)의 입도로 분쇄되어 70~80중량%로 마련됨이 바람직하다.

위와 같은 천연무기질 재료를 결합시키기 위한 벤토나이트는 바람직하게, 강한 알칼리성과 높은 팽윤성 및 점도를 가지고 있는 NA-형 벤토나이트가 적용된다.

NA-형 벤토나이트는 10~15중량%로 구비되어, 상기 천연무기질 재료를 결합하기 위한 결합재로 사용된다.

위와 같이 구비된 천연무기질 재료와 NA-형 벤토나이트는 다시 물 10~15중량%를 투입, 서로 교반시켜 적당한 점도와 높은 성형성을 구비하도록 한다.

바람직하게 혼합된 천연무기질 재료와 벤토나이트 (바람직하게는 NA-형 벤토나이트), 물은 적절한 성형 가공성을 갖게 되며 중간단계인 고형 정화제를 형성시킨다.

중간단계로 형성된 고형 정화제는 구형, 육면체형, 원통형, 원추형, 입체 마름모형, 원뿔형성구형 중 어느 하나로 구비된 성형틀에 투입한 후 압축시켜 일정한 형상을 갖도록 한다.

바람직하게, 상기 성형틀에 투입된 중간 고형 정화제는 5~15시간 동안 자연 건조한 다음 취출된다.

취출된 고형 정화제는 최종적인 형상을 이루고 있으며, 바람직하게 입체 마름모형(100)은 도 1에 도시된 바와 같은 형상으로 이루어져 있고 원뿔형성구형(100)은 도 2에 도시된 바와 같은 형상으로 이루어져 있다.

상기와 같은 형상으로 성형된 고형 정화제는 통상 갯벌에 투입된 후 침강되고, 시간의 흐름에 따라 팽윤된 다음 분해되어 갯벌과 혼합되어 오염물질을 효과적으로 제거할 수 있다.

입자상의 고형체의 크기는 오염지역에서의 유속에 따라 다양하게 실시할 수 있는 것으로, 바람직하게는 장직경이 1cm~15cm 사이로 구비되어 유속이 클수록 크게 성형된 것을 투여하면 유속에 의해 유실되지 않고, 정확히 오염지역에서 정화작용을 할 수 있게 된다.

다음에는 이러한 고형 정화제를 이용해 중금속의 일종인 구리(Cu), 납(Pb)의 흡착정도를 수학적 모델을 자료 해석에 이용하여, 그 결과를 해석하고 상세히 설명한다.

본 발명에서의 아래와 같은 수학식을 이용하여, 갯벌에 있어서 고형정화제가 중금속을 흡착하는 과정을 해석하였다.

여기서 C는 시간 t에서 반응기내 중금속농도(㎍/L), k_a는 정반응 속도상수(L/㎍·min), q_θ는 평형일 때 흡착된 중금속의 농도(㎍/g), q_a는 시간 t에 흡착된 중금속의 농도(㎍/g), k_-a는 역반응 속도상수 (/min)이다.

위와 같은 수학식에 의해서 분석된 결과는 하기의 표 1,2와 같다.

표1

표2

위와 같은 분석결과에서 알 수 있듯이, 시간이 경과함에 따라 중금속의 분해 효율은 높아지고 있음을 알 수 있다.

즉, 전기 설명으로부터 명확해지듯이, 이 발명은 천연무기질 재료를 이용한 고형 정화제를 제공하여 갯벌의 중금속을 흡착 제거하고, 천연광물을 이용하므로 2차 오염이 발생하지 않으며, 다양한 형상으로 이루어질 수 있다.

본 발명은 그 정신 또는 주요한 특징으로부터 일탈하는 일없이, 다른 여러 가지 형태로 실시할 수 있다. 그 때문에, 전술한 실시예는 모든 점에서 단순한 예시에 지나지 않으며, 한정적으로 해석해서는 안된다. 본 발명의 범위는 특허청구의 범위에 의해서 나타내는 것으로써, 명세서 본문에 의해서는 아무런 구속도 되지 않는다. 다시, 특허청구범위의 균등 범위에 속하는 변형이나 변경은, 모두 본 발명의 범위 내의 것이다.

이 명세서에서 말하는 고형 정화제는, 가장 넓은 의미로 사용되고 있고, 즉 넓게 하천의 뻘은 물론 하천의 바닥에도 적용될 수 있음은 당연하다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 고형정화제는 오염물질의 정화효과가 큰 황토를 비롯한 천연무기질 재료를 주재로 하여 입자상의 고형체로 제조된 것이므로, 종래의 분말상의 정화제와는 달리 살포시 분산율이 매우 적어 조류의 영향을 덜 받게 함으로써 원하는 오염지역에 정확히 살포할 수 있을 뿐만 아니라, 살포 후 갯벌 속이나 바다, 강의 바닥속에 침강되어 일정시간 경과 후 풀어져서 고형정화제에 의한 2차 오염을 발생시키지 아니한다.

이러한 본 발명의 고형정화제가 갯벌 정화에 사용될 경우, 오염물질을 정화할 뿐만 아니라, 천연무기질이 갯벌 속에 머물러 갯벌생물의 성장에 필요한 천연 무기염류를 동시에 제공함으로써 양식업 발전에 크게 기여할 수 있다.

Claims

0.5mm 이하의 조립사(Coarse sand) 0.02중량% ~ 3.3중량%, 0.25mm 이하의 중립사(Medium sand) 0.08중량% ~ 0.63중량%, 0.125mm 이하의 세립사(Fine sand) 0.09중량% ~ 55.5중량%, 0.063mm 이하의 미세립사(Very fine sand) 1~39%, 0.063mm 이상의 니질(silt&clay) 2중량% ~ 98중량% 외 유기물로 이루어진 통상의 갯벌과, 상기 갯벌에 투입되어 갯벌을 정화하도록 성분이 황토, 토석, 규산질원료, 규산 알루미늄원료, 알루미나, 석회원료, 마그네시아원료, 장석질원료, 산화인계원료 중 선택된 어느 하나 내지 두 개 이상으로 혼합된 분말 상의 천연무기질재료와, 벤토나이트 및 물을 혼합하여 고형체로 성형시킨 고형정화제에 있어서,

상기 천연무기질 재료는 필수성분으로서 규산(SiO₂)40중량% ~ 85중량%, 알루미나(Al₂O₃)15중량% ~ 30중량%이고 임의성분으로 산화제이철(Fe₂O₃)0 ~ 5중량%, 산화칼슘(CaO)0 ~ 5중량%, 산화마그네슘(MgO)0 ~ 5중량%, 산화나트륨(Na₂O)0 ~ 5중량%, 산화칼륨(K₂O)0 ~ 5중량%, 이글로스(Igloss)0 ~ 5중량%가 270 ~ 300 메쉬(inch)의 입도로 분쇄되어 70중량% ~ 80중량%로 구비되고,

상기 벤토나이트는 NA-형 벤토나이트가 10중량% ~ 15중량%로 구비되어 상기 천연무기질 재료를 결합하기 위한 결합재로 사용되며,

상기 고형체는 결합된 상기 천연무기질 재료와 벤토나이트에 물 10중량% ~ 15중량%를 혼합하여 구형, 육면체형, 원통형, 원추형, 입체 마름모형, 원뿔형성구형 중 어느 하나의 형상으로 성형시켜 이루어진 것을 특징으로 하는 고형정화제.
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