KR100872862B1 - 토양미생물 복원을 통한 오염토양개량공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 오염토양개량공법에 관한 것으로, 오염토를 굴삭하여 교반시키는 교반단계와, 상기 교반된 오염토에 토양미생물복원제를 투입시키는 투입단계와, 상기 투입된 토양미생물복원제와 오염토를 교반시키는 2차 교반단계와, 그리고 오염토의 토양미생물 복원이 용이하게 이루어지도록 하기 위한 토양의 함수율과 온도를 설정하는 환경조성단계를 포함하여 이루어지는 지고,

상기 토양미생물복원제의 구성은 유기물(Organic matter) 50 ~ 70 중량%에 SiO₂ 19 ~ 40 중량%와, N 2 ~ 4 중량%와, P₂O₅ 2 ~ 4 중량%와, K₂O 1 ~ 2 중량%와, MgO 0.3 ~ 1.0 중량%와, MnO 0.02 ~ 0.04 중량%와, B₂O₃ 0.008 ~0.015 중량%로 이루어진다.

미생물복원, 토착미생물, 토양개선, 토양개량, 교반, 투입

Description

토양미생물 복원을 통한 오염토양개량공법{REMEDIATION OF THE CONTAMINATED SOIL}

본 발명은 오염토양개량공법에 관한 것으로, 토양 정화를 위해서 외부에서 별도의 토양미생물을 투입시키지 않고 오염토 내의 토양미생물을 활성화시킬 수 있는 토양미생물 복원제를 투입시켜 오염된 토양을 개량시키는 토양미생물 복원을 통한 오염토양개량공법에 관한 것이다.

토양 정화에 대한 중요성은 아무리 강조해도 지나치지 않는 문제인 만큼 오염된 토양을 정화시킬 수 있는 방법들이 꾸준히 논의되어오고 있다.

특히, 최근에는 토양을 복원시키는 방법 중 토양생태계 및 인체에 미치는 영향을 고려하여 생물학적 복원방법이 연구되어오고 있는데, 이러한 생물학적 복원방법은 미생물을 활용하거나 식물을 활용하는 방안으로 물리, 화학적 복원방법에 비해 환경친화적이고, 경제적인 복원방법으로 각광을 받고 있다.

생물학적 복원방법은 복원방식 내지 오염토의 상황 등에 따라 토양경작법, 바이오파일, 바이오벤팅법 등이 있는데,

토양경작법은 오염된 토양을 굴착하여 지표면에 깔아놓고 정기적으로 뒤집어 줌으로써, 토양의 공기 접촉면을 넓혀 토양 내에 서식하는 유류분해 미생물의 활성화를 촉진시키는 방법이고,

바이오파일은 오염된 토양을 굴착하여 지상에서 야적하여 처리하는 방법으로 공기주입 등이 가능한 토양 정화 장치를 통해 영양분과 미생물을 주입시켜 정화하는 방법이며,

바이오벤팅법은 오염된 토양에서의 분해 미생물의 활성화를 시키기 위해 공기, 수분 및 영양 물질 등을 주입시키는 방법이다.

상기한 복원방법은 미생물을 활용한다는 공통점을 가진다.

이러한 미생물의 공급원으로 오염지역 내에서 외부 미생물의 주입 없이 오염지역 내에 서식하는 토착미생물을 이용하는 것과 특정 오염물질에 대한 분해능력을 가지는 미생물을 실험실에서 대량 배양하여 상품화하여 공급하는 상업용 미생물제재가 있다.

상기한 방식 중 전자의 방식은 복원진행 초기에 토착미생물이 일정 개체수 이상으로 성장, 증식하기까지의 초기 지체시간이 과도하게 소요되어 전체 복원기간이 장기화되는 단점이 있다. 이러한 단점을 보완하기 위해 실험실에서 대량으로 배양된 미생물을 활용하는 방법이 적용되고 있으나 이 또한 특정 미생물의 분리, 동정 및 배양에 많은 시간과 비용이 요구된다는 단점이 있다.

이러한 문제점과 시대적인 요구로 오염된 토양을 개량시킬 수 있는 방법들로

등록특허 제10-0337953호(2002.05.13)『오염토양복원용 미생물계면활성제 조성물 및 이를 이용한 오염토양복원방법』, 특허등록 제10-472763호(2005.02.11)『식물복원기술을 이용한 오염토양 처리방법』, 특허등록 제10-586916호(2006.05.29)『미생물에 의한 오염토의 정화방법』, 그리고 특허공개 제10-2007-82070호(2007.08.20)『미생물활성제재로서 분변토를 이용한 유류오염토양복원』 등이 개시되어 있으나

이하에서 후술하게 될 외부에서 미생물을 투입시키지 않고 오염토의 토착미생물을 활성화시키되, 초기 활성기간을 단축시킬 수 있는 토양미생물복원제를 투입하여 특정 환경을 조성시켜 토양을 개량시키는 본원발명과는 상이한 기술이고 이에 따른 효과 또한 본원발명을 통해 얻을 수 있는 효과에 미치지 못하는 기술들이다.

본원발명은 상기한 종래기술이 가지는 한계를 해결하기 위해 안출된 것으로, 오염토를 복원시킴에 있어 오염토 내의 토착미생물을 활용하되, 상기 토착미생물의 활성을 촉진시킬 수 있는 토양미생물복원제를 투입하여 빠른 시간 내에 효과적으로 토양이 복원될 수 있는 토양개량공법을 제공하고자 하는 것을 목적으로 하며,

또한 부식 및 2차 오염의 위험이 없는 친환경적인 토양개량공법을 제공하고자 하는 것을 목적으로 하며,

나아가 오염토를 개량시킴에 있어 불쾌한 냄새까지 잡아줄 수 있는 친환경적인 토양개량공법을 제공하고자 하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 토양개량공법은, 오염토를 굴삭하여 교반시키는 교반단계와, 상기 교반된 오염토에 토양미생물복원제를 투입시키는 투입단계와, 상기 투입된 토양미생물복원제와 오염토를 교반시키는 2차 교반단계와, 그리고 오염토의 토양미생물 복원이 용이하게 이루어지도록 하기 위한 토양의 함수율과 온도를 설정하는 환경조성단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 오염토에 투입되는 토양미생물복원제는 이탄, 토탄 및 부식토 등을 혼합하여 제조되는 것으로, 통성 혐기성균에 의하여 생성하는 대사산물의 고분자화된 슬러지, 부식물과 Si, Mg 등의 중금속이 서로 응집반응하는 킬레이트화(chelation)를 촉진시켜주며, 통성 혐기성균류(嫌氣性菌類)를 우점종화(優占種化)하여 상기 오염토의 토양미생물을 활성 및 촉진시키기 위한 분상 또는 입상형태인 것으로

상기 토양미생물복원제의 구성은 유기물(Organic matter) 50 ~ 70 중량%에 SiO₂ 19 ~ 40 중량%와, N 2 ~ 4 중량%와, P₂O₅ 2 ~ 4 중량%와, K₂O 1 ~ 2 중량%와, MgO 0.3 ~ 1.0 중량%와, MnO 0.02 ~ 0.04 중량%와, B₂O₃ 0.008 ~ 0.015 중량%로 이루어진 것을 기술적 특징으로 한다.

또한 본 발명에 의한 토양개량공법은 상기 환경조성단계에서 함수율을 70 내지 75부피%로 맞추고, 온도는 21 내지 25℃로 유지시켜주는 것을 기술적 특징으로 하며,

상기 교반된 오염토에 투입되는 토양미생물복원제는 상기 오염토의 100 중량부에 대하여 2 내지 3 중량부인 것을 기술적 특징으로 한다.

본 발명의 토양개량공법에 의하면, 오염토를 복원시킴에 있어 오염토 내의 토착미생물을 활용하도록 하여 외부에서 배양된 별도의 미생물을 투입하여 토양을 개량시키는 것보다 경제적이고,

더욱이 토착미생물의 활성을 촉진 즉, 토착미생물이 오염토 내에서 군집을 형성하고 번성하기에 알맞은 서식 환경을 조성하고, 미생물의 훌륭한 먹이가 되어 미생물 활동을 증진시킬 수 있는 토양미생물복원제를 투입하여 기존 토착미생물을 활용하였던 복원공법보다 오염된 토양의 복원시간을 단축시킬 수 있으며,

2차 오염이 일어나지 않고 불쾌한 냄새 즉, 악취까지 잡아줄 수 있다는 효과가 있다.

이하 도 1을 참조하여 본 발명의 공법에 대한 구체적으로 설명한다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 토양개량공법은, 오염토를 굴삭하여 교반시키는 교반단계(S1)와, 상기 교반된 오염토에 토양미생물복원제를 투입시키는 투입단계(S2)와, 상기 투입된 토양미생물복원제와 오염토를 교반시키는 2차 교반단계(S3)와, 그리고 오염토의 토양미생물 복원이 용이하게 이루어지도록 하기 위한 토양의 함수율과 온도를 설정하는 환경조성단계(S4)로 이루어진다.

상기 투입단계에서 오염토에 투입되는 토양미생물복원제는 이탄, 토탄 및 부식토 등을 혼합하여 제조되는 것으로, 통성 혐기성균에 의하여 생성되는 대사산물의 고분자화된 슬러지, 부식물과 Si, Mg 등의 중금속이 서로 응집반응하는 킬레이트화(chelation)를 촉진시키주며, 통성 혐기성균류(嫌氣性菌類)를 우점종화(優占種化)하여 토양미생물을 활성 및 촉진시키기 위한 분상 또는 입상형태인 것으로

상기 토양미생물복원제의 구성은 유기물(Organic matter) 50 ~ 70 중량%에 SiO₂ 19 ~ 40 중량%와, N 2 ~ 4 중량%와, P₂O₅ 2 ~ 4 중량%와, K₂O 1 ~ 2 중량%와, MgO 0.3 ~ 1.0 중량%와, MnO 0.02 ~ 0.04 중량%와, B₂O₃ 0.008 ~0.015 중량%로 이루어진다.

상기한 구성 외 토양미생물복원제에는 Fe, Zn, Cu가 소량으로 첨가될 수 있는데,

상기 토양미생물복원제의 100중량%에 대비하여, Fe는 0.4 ~ 0.5 중량%로, Zn는 0.012 중량%로, 그리고 Cu는 0.0029 중량%로 더 첨가되는 것이 바람직하다.

또한 상기한 구성으로 이루어진 토양미생물복원제는 pH를 6 ~ 7 정도로, 더욱 바람직하게는 6.5로 맞추어지는데, 이는 국내의 토양의 pH가 통상적으로 6.0이하인 점을 고려할 때 토양 중화라는 부수적인 효과도 얻을 수 있다.

또한 상기한 구성으로 이루어진 토양미생물복원제의 양이온교환능력(CEC: Cation exchange capacity)은 18 ~ 20 me/100g 정도로, 더욱 구체적으로는 19.20 정도의 수치를 보이게 되는데 이 또한 일반 토양의 양이온교환능력이 6 ~ 13 me/100g 정도라는 점을 고려할 때, 우수하다 하겠다.

물론, 일반 토양의 양이온교환능력보다 높으면 높을수록 좋을 것이나 본 발명의 토양미생물복원제가 가지는 수치의 양이온교환능력 정도라도 충분하다.

또한 상기한 구성으로 이루어진 토양미생물복원제는 9 ~ 9.5 중량% 정도의 수분을 함유하게 된다.

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다음으로는 상기한 토양미생물복원제를 투여한 경우 미생물활성정도를 살펴보았다.

1)대표균주선발 -> 평판배지상에 형성된 세균 콜로니 중 대표 콜로니를 선발하여 순수분리함.

2) 동결균주의 보존 -> 동결건조균체(ampoule) 작성

3) 미생물 현황 및 시험결과

더욱이 토양미생물복원제에 있어서 본 발명에서는 상기 언급된 구성으로 토양미생물복원제를 제조하였으나,

상기한 구성 외에도 필라이트(Phylite)를 더 구비할 수도 있다. 필라이트 즉, 천매암(天媒岩)은 알려진 바와 같이 토양을 바탕으로 자라는 각종 식물과 그 토양 속에 자라는 지렁이 등 소동물이나 토착미생물 등이 살아가는데 최적의 환경조건을 자연적으로 만들어주는 천연자원인데,

오랜 세월 동안 동·식물류, 어류, 조개류 등의 생물들에게 양분을 얻은 퇴적암층으로서 원시미생물의 움직임에 의해 분해·합성·발효를 반복하면서 풍화가 진행되어왔는바, 상기한 필라이트에는 유기물을 비롯한 다양한 각종 미네랄과 미량 희귀 원소가 풍부하며, pH가 6.5 ~ 7.5로 유지되고 결정입자 사이의 공극률은 65%, 수분보수력은 43%로 유지되는 천연부식토이다.

상기한 필라이트는 토양미생물복원제 100중량%에 대비하여 3 ~ 5 중량%로 더 첨가되는 것이 바람직하다.

따라서 pH를 6 ~ 7 정도의 수치를 나타내는 상기 구성의 토양미생물복원제에 필라이트를 더 첨가함으로서 극심하게 산성으로 중화된 토양을 빠른 시간 안에 중화시키는 기능을 물론이고, 토양을 아주 기름지고 풍요롭게 만들면서 식물의 생육발달에 필요한 각종 영양소를 제공하는 등 토착미생물 활성 능력을 향상시킬 수 있게 된다.

또한 9 ~ 9.5 중량% 정도의 수분보수력을 가지는 상기한 토양미생물복원제의 수분함유량을 보강시킬 수 있게 된다.

또한 상기 토양미생물복원제에는 상기 필라이트 외에도 산화칼슘 또는 탄산칼슘 또는 산화칼슘과 탄산칼슘을 혼합한 혼합제를 첨가시킬 수도 있는데, 상기 산화칼슘 또는 탄산칼슘 또는 혼합제의 첨가비는 상기 토양미생물복원제와 필라이트를 합한 100중량%에 대비하여 3 ~ 5 중량%인 것이 바람직하다.

다음으로 오염토에 대한 토양미생물복원제의 혼합비율은 오염토의 100 중량부에 대하여 2 내지 3 중량부 정도의 소량이면 충분하다. 결국 기존의 다른 토양개량공법에서보다 시간적으로나 경제적으로나 월등한 효과를 얻을 수 있게 되는 것이다.

본 발명에 의한 토양개량공법의 공정을 설명하면, 우선 오염된 토양을 이후 토양미생물복원제의 투입이 용이하도록 교반시킨다. 즉, 오염토를 갈아엎는다는 표현이 더 정확하다. 이후 교반된 토양에 토양미생물복원제를 투입하고 투입된 토양미생물복원제가 오염토와 잘 혼합되도록 2차 교반을 시킨다.

기존 공지된 공법에서는 오염 현장에서 오염토양을 굴착하여 기존 생물학적 복원공법을 위해 확보된 부지에 이송한 후 미생물 성장에 필요한 환경을 조성하여 토양을 개량시켰었는데,

본 발명에서는 1차 교반된 토양의 이송이 필요치 않으며, 오염된 토양 부지에 바로 토양미생물복원제를 투입시키고 이를 오염된 토양과 혼합시키는 공정만으로도 충분하다.

다음으로 토양미생물복원제가 투입되고 혼합된 오염토에서 토양미생물복원제로 인해 토착미생물의 활성이 용이하게 이루어지도록 적정한 온도와 습도(함수율)의 환경을 조성시켜주어야 하는데,

함수율은 70 내지 75부피%로 맞추고, 상기 온도는 21 내지 25℃로 유지시켜주는 것이 바람직한데,

특히, 요구되는 온도인 21 내지 25℃는 실온으로써 상기 온도를 유지하기 위하는 별도의 기계투입을 요구되지 않고, 토양미생물복원제가 혼합된 오염토 외부를 비닐 등의 덮개로 씌워서 필요한 온도를 유지시켜준다.

상기한 방법으로 토양을 복원할 경우, 다음과 같은 가장 좋은 결과가 얻어졌다.

결과표

	토양미생물복원제 사용한 경우	토양미생물복원제 사용하지 않은 경우
토양미생물 개체수(L당)	6*109개	3*106개
질소염제거비율	93%	50%
염제거비율	90%	30%

결국 기존에는 단순히 오염된 토양을 중화시킨다는 개념으로 접근하였으나, 본 발명에서는 상기와 같은 토양개량공법과 상기한 공법 과정에서 투입되는 토양미생물복원제의 구성에 의해, 단순히 오염토를 중화시키는 개념이 아닌 오염토에 있던 토착미생물을 복원 즉, 활성화시켜 활성화된 토착미생물로 오염토를 개량시킨다 는 것으로 기존 공법과 차이가 있다.

도 1은 본 발명의 토양개량공법의 공정을 개략적으로 도시한 공정도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 >

S1 : 교반단계 S2 : 토양미생물복원제 투입단계

S3 : 2차 교반단계 S4 : 환경조성단계

Claims (6)

1. 오염토를 굴삭하여 교반시키는 교반단계;

   상기 교반된 오염토에 토양미생물복원제를 투입하는 투입단계;

   상기 투입된 토양미생물복원제와 오염토를 교반시키는 2차 교반단계; 및

   오염토의 토양미생물 복원이 용이하게 이루어지도록 하기 위한 토양의 함수율과 온도를 설정하는 환경조성단계를 포함하여 이루어지고,

   상기 교반된 오염토에 투입되는 토양미생물복원제는

   분상 또는 입상형태인 것으로,

   상기 오염토의 100 중량부에 대하여 2 내지 3 중량부인 것을 특징으로 하며,

   그 구성은 유기물(Organic matter) 50 ~ 70 중량%에 SiO₂ 19 ~ 40 중량%와, N 2 ~ 4 중량%와, P₂O₅ 2 ~ 4 중량%와, K₂O 1 ~ 2 중량%와, MgO 0.3 ~ 1.0 중량%와, MnO 0.02 ~ 0.04 중량%와, B₂O₃ 0.008 ~0.015 중량%로 이루어지고,

   상기 환경조성단계에서 함수율은 70 내지 75부피%로 맞추고, 상기 온도는 21 내지 25℃ 로 유지시켜주는 것을 특징으로 하는 토양미생물 복원을 통한 오염토양개량공법.
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5. 제 1 항에 있어서, 상기 토양미생물복원제 투입단계에서의 토양미생물복원제 투입시, 토양미생물복원제 100중량%에 대비하여 필라이트를 3 ~ 5 중량% 더 첨가하는 것을 특징으로 하는 토양미생물 복원을 통한 오염토양개량공법.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 토양미생물복원제 투입단계에서의 토양미생물복원제 투입시, 상기 토양미생물복원제와 필라이트를 합한 100중량%에 대비하여 산화칼슘 또는 탄산칼슘 또는 산화칼슘과 탄산칼슘을 혼합한 혼합제를 3 ~ 5 중량% 더 첨가하는 것을 특징으로 하는 토양미생물 복원을 통한 오염토양개량공법.

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