KR101041607B1 - 오염된 토양 및 수환경 퇴적물 정화용 생물복원제 - Google Patents

오염된 토양 및 수환경 퇴적물 정화용 생물복원제 Download PDF

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Abstract

본 발명은 정화용 생물복원제에 관한 것으로 보다 상세하게는 영양제가 함유된 미생물 공동체에 산소발생제 및 다공성 담체를 혼합하여 제조하는 것을 특징으로 하는 오염된 토양 및 수환경 퇴적물 정화용 생물복원제에 관한 것이다.
영양제가 포함된 미생물공동체에 다공성의 담체를 혼합하여 생육의 활성도를 높이고, 나아가 퇴적여건이나 수환경의 조건을 개선하기 위한 산소 공급의 산소발생제를 첨가하여 분해 효율을 극대화시키는 장점이 있다.

Description

오염된 토양 및 수환경 퇴적물 정화용 생물복원제 {Bio restorating agent for purificating polluted ground and water deposit}
본 발명은 오염된 토양 또는 오염된 수질을 정화를 위해 생물학적으로 복원처리가 가능한 정화용 생물복원제에 관한 것이다.
현시대의 현대화된 산업사회는 도시의 산업폐수, 농촌에서의 연작으로 인한 비료사용과 농약사용, 축사의 배출물, 생활하수 특히 세제 등의 과도한 사용으로 인해 하수종말처리장의 부하를 넘어 오염물의 유출로 인한 퇴적 토양의 오염도는 심각한 지경에 이루고 있다.
이에 따라 생태계의 기본적인 자정능력이 상실되고 있으며 현재까지 이러한 유기오염물질 등을 정화하기 위한 노력으로 물리, 화학적인 여러가지 방법이 활용하였다.
그 예로 저질 개선을 위해 폭기 장치로 산소를 공급하여 호기적인 여건을 조성하거나 준설로 퇴적된 오염물을 걷어내는 방법을 사용해 왔다. 그러나 이러한 방법은 오염물질의 확산, 어패류의 양식 중지, 2차 오염물 처리 및 실시 비용의 과다 사용 등의 문제점이 발생한다.
또한 저질 개선을 위해서 점토, 소석회, 생석회 등의 약제를 살포하는 방법이 있는 데, 이는 부분적인 알카리 효과를 거두었으나 점질성의 막을 형성시켜 저질에 서식하고 있는 생물의 산소 차단 등 일부 부작용이 지적되어 왔다.
또 다른 방법으로 자연친화적인 미생물을 이용하는 방법이 있는 데, 그 예로 유류로 오염된 공장지대의 토양정화의 분해 미생물 생물복원법과 유류로 오염된 해안지대의 분해 미생물의 생물복원법이 과거 고안되었는 데, 단순 미생물만을 흡착시키는 방법은 저질이 개선되는 효과가 없다는 문제점이 지적되었다.
이렇듯 천연 소재를 이용한 물리 화학적인 방법의 개선효과는 부분적인 효과만이 있다는 한계점이 있었다. 특히 과거 우리나라에서는 생물학적인 정화방법의 사용이 2008년 초까지 금지되어 이런 방법을 적용할 수 없었다.
선진국에서 과거부터 실시하고 있는 새로운 방법인 생물복원법은 분해능 기능을 가진 미생물의 생물변환이나 무기화, 공동대사로서 오염물질을 분해하거나 무독화시키는 기작으로 호응도가 높다. 이 방법은 자연적인 공정으로 자연에 미치는 영향 또한 아주 미비하다. 상기 생물복원법은 환경요인의 최적화와 분해능이 우수한 미생물을 투입하는 기술로서, 오염된 퇴적환경을 정화시키는 정화제이다.
그러나 현재 알려진 생물복원법을 이용한 정화기술은 현장 적용이 용이하지 않아 광범위한 오염물질을 정화, 복원시키는 데 문제점이 있으며, 오염된 토양 및 수환경의 퇴적물에 모두 사용할 수 없어 다기능적인 면이 없었으며 미생물을 투입하더라도 효과적으로 정화되지 않는 문제점이 있었다.
또한, 대한민국 공개특허 제2000-0046346호는 오염퇴적물 및 토양의 생물학적 복원처리 방법 및 장치를 개시하고 있는 데, 하저 및 해저의 오염된 퇴적물 또는 오염된 토양을 생물학적으로 복원처리하는 방법 및 처리장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 오염 퇴적물을 약 15-25% 의 고형물을 포함하는 슬러리 상태로 회전하는 호기성 반응조에 투입하고, 여기에 미생물제제 및 화학제제를 부가하여 일정시간동안 반응시킴으로써 오염된 퇴적물 또는 오염토양을 생물학적으로 복원처리하는 방법 및 처리장치에 관한 것이다. 상기 특허에 따른 오염토양 복원 처리방법에 의하면, 단시간내에 높은 효율로써 처리가 가능하며, 처리된 퇴적물의 매립 및 재활용 측면에서도 유리하다. 그러나, 상기 특허는 미생물의 생존기간이 길지 않으며 다양한 용도로 활용할 수 없는 단점이 있다.
따라서, 미생물을 이용한 생물복원제를 개발하되, 경제적이면서 보다 효과적으로 정화될 수 있으며 여러가지 기능으로 사용할 수 있는 정화용 생물복원제의 개발이 소망되었다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 본 발명의 목적은 각종 물질로 오염된 토양 및 수환경의 퇴적물을 복원하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 분해능이 우수한 미생물 공동체를 이용하여 자연 친화적인 방법으로 생물학적 정화를 적용하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 오염된 토양 및 수환경의 퇴적물을 정화하는 데 있어서 생물증대를 통한 미생물 공동체의 효율적 기능을 갖춘 다기능 정화제를 제공하는 데 있다.
상기 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 정화용 생물복원제에 있어서, 영양제가 함유된 미생물 공동체에 산소발생제 및 다공성 담체를 혼합하여 제조하는 것을 특징으로 하는 오염된 토양 및 수환경 퇴적물 정화용 생물복원제를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 생물복원제는 미생물 공동체 21~60중량%, 영양제 1~20중량%, 산소발생제 1~30중량% 및 다공성 담체 10~50중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 오염된 토양 및 수환경 퇴적물 정화용 생물복원제를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 미생물이 토양환경에서 호기, 혐기미생물 또는 통성미생물을 포함하며, 수환경에서는 내염성과 저온 또는 중온의 성질을 갖는 것을 특징으로 하는 오염된 토양 및 수환경 퇴적물 정화용 생물복원제를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 미생물이 Bacillus spp., Lactobacillus spp., Saccharomyces spp., Pseudomonas spp., Rhodobacter spp., Pediococcus spp., Acinetobacter spp. 중 1 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 오염된 토양 및 수환경 퇴적물 정화용 생물복원제를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 다공성 담체가 미생물을 고정시키는 투수다공질의 재료인 것을 특징으로하는 오염된 토양 및 수환경 퇴적물 정화용 생물복원제를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 다공성 담체가 제올라이트, 패각분말, 숯분말 중 1이상 포함하는 것을 특징으로 하는 오염된 토양 및 수환경 퇴적물 정화용 생물복원제를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 패각분말이 칼슘을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 오염된 토양 및 수환경 퇴적물 정화용 생물복원제를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 다공성 담체가 자갈, 쇄석, 벽돌, 블록 중 1이상을 포함하는 고형물체인 것을 특징으로 하는 오염된 토양 및 수환경 퇴적물 정화용 생물복원제를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 고형물체에 제올라이트, 패각분말, 숯분말 중 1이상을 혼합하는 것을 특징으로 하는 오염된 토양 및 수환경 퇴적물 정화용 생물복원제를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 산소발생제가 MgO2, Mg(OH)2, CaO2 중 1이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 오염된 토양 및 수환경 퇴적물 정화용 생물복원제를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 생물복원제를 저질이나 토양에 살포, 경작하는 것을 특징으로 하는 오염된 토양 및 수환경 퇴적물 정화용 생물복원제를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 생물복원제가 퇴적토양 정화제, 수퇴적 저질정화제, 가축인분 악취 탈취 정화제, 수질정화제, 하수종말처리장 슬러지제재, 건축·토목분야에서의 정화용 구조물(돌, 벽돌, 어초, 호안 블록, 수로관, U관의 표면 공극이나 통기부분을 통한 표면피복(흡수흡착)), 적조방지제에 사용하는 것을 특징으로 하는 오염된 토양 및 수환경 퇴적물 정화용 생물복원제를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 생물복원제에서 강열감량의 한달동안 감소율이 35~50%인 것을 특징으로 하는 오염된 토양 및 수환경 퇴적물 정화용 생물복원제를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 생물복원제에서 TN(총질량)의 한달동안 감소율이 45~70%인 것을 특징으로 하는 오염된 토양 및 수환경 퇴적물 정화용 생물복원제를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 생물복원제에서 TP(총인)의 한달동안 감소율이 40~70%인 것을 특징으로 하는 오염된 토양 및 수환경 퇴적물 정화용 생물복원제를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 생물복원제에서 COD의 한달동안 감소율이 35~50%인 것을 특징으로 하는 오염된 토양 및 수환경 퇴적물 정화용 생물복원제를 제공한다.
본 발명에 따른 생물복원제는 크기가 작게는 입자에서 큰 구조물까지 구현이 가능하며 다공성 담체에 흡수흡착된 형태로 살포, 투입할 수 있어 퇴적조건에 맞는 안정적인 제재이다.
또한 본 발명에 따른 생물복원제는 산소발생제를 혼합되어 있어 혐기성 여건에서도 통성 미생물의 활성을 최적화 할 수 있으며, 5~7개월간 유지가 가능한 생물촉진의 복원제이다.
또한 본 발명에 따른 생물복원제는 다양한 규모로 만들어 수환경에 투입할 수 있어 물리적인 여과와 마찰의 효과 기능과 산소발생제의 혼합으로 생리활성의 화학적 기능, 생물증대를 통한 미생물 공동체의 효율적 기능을 갖춘 다기능 정화제이다.
또한 본 발명에 따른 생물복원제는 적조, 녹조의 원인생물의 생장 제한인자인 질소, 인을 제거할 수 있는 적조, 녹조 방지제이며, 퇴적조건 개선과 용존산소 증가를 통한 수질정화기능도 동시에 갖는 수환경(담수, 해수)정화제이다.
또한 본 발명에 따른 생물복원제는 퇴적토양 정화제, 수퇴적 저질정화제(갯벌, 하천, 호소, 양식장 등), 각종 가축인분 악취 탈취 정화제, 수질정화제, 하수종말처리장 슬러지제재, 건축·토목분야에서의 정화용 구조물(돌, 벽돌, 어초, 호안 블록, 수로관, U관 등의 표면 공극이나 통기부분을 통한 표면피복(흡수흡착)) 등의 활용이 가능하다.
이하 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.
본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 “약”, “실질적으로” 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.
본 발명의 일실시예에 따른 오염된 토양 및 수환경 퇴적물 정화용 생물복원제는 과다한 유기물로 오염된 토양 및 수환경의 정화제로서 미생물 공동체를 다공성 담체에 흡수흡착시켜 생물촉진이나 생물증대를 통해 미생물의 활성도를 높여 오염원을 제거하는 생물복원제제이다.
본 발명은 오염된 토양환경 및 수환경을 오염물질 분해능의 미생물 공동체를 다공성 담체등에 흡수흡착법으로 제조하여 생물학적으로 분해정화하는 생물복원제인데, 본 발명에 따른 상기 생물복원제는 미생물 공동체에 영양제와 다공성 담체를 첨가하여 생육의 활성도를 높이고, 나아가 퇴적여건이나 수환경의 조건을 개선하기 위한 산소 공급의 산소발생제를 첨가하여 분해효율을 극대화 시킬 수 있다. 상기 생물복원제는 미생물의 생물변환과 무기화, 공동대사로 정화하는 생물복원법으로 자연 생태적이고 친화적인 생물복원제이며, 파괴된 퇴적 토양 등의 자정 능력을 되찾는 역할의 생태계 복원의 특징을 갖고 있다.
한편 상기 생물복원제는 미생물 공동체 21~60중량%, 영양제 1~20중량%, 산소발생제 1~30중량% 및 다공성 담체 10~50중량%를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 범위내에서 오염된 토양 및 수환경 퇴적물 정화에 효과적이며 다용도 생물복원제 활용에 적합하다.
본 발명에 따른 생물복원제에 제공되는 미생물 공동체로는 토양환경에서 오염퇴적물의 분해능을 갖는 미생물은 호기, 혐기미생물 또는 통성미생물을 포함하는 특징을 가지며, 수환경의 호소나 바다에서는 내염성과 저·중온성의 성질을 가진 미생물 공동체이다. 이러한 미생물 공동체의 예로는 Bacillus spp., Lactobacillus spp., Saccharomyces spp., Pseudomonas spp., Rhodobacter spp., Pediococcus spp., Acinetobacter spp. 등이 있으며 이를 1 이상 포함한다. 이러한 미생물 공동체는 오염물질을 자신의 몸에 축적하여 생장하며, 생육환경이 적합하면서 오염물질인 유기물질이 충분하게 제공되는 곳에서 대량으로 번식할 수 있다. 상기 미생물 공동체가 대량으로 번식함으로써 오염된 토양 및 수환경의 정화가 이루어지는 것이다. 상기 미생물 공동체의 선택시 퇴적여건의 특성에 잘 적응하는 균주의 활성도를 고려하여 미생물을 선택하여야 한다.
또한 상기 미생물 공동체는 영양제가 포함되어 있어 미생물이 보다 더 좋은 여건에서 생육을 도울 수 있게 된다.
상기 미생물 공동체는 영양제가 포함되도록 하여 액체배양 하거나 고체배양할 수 있다. 미생물 공동체의 액체배양 하거나 고체배양하는 방법은 다음과 같다.
액체배양 방법
Bacillus subtilis
배지조성 : 글루코오스(Glucose) 30g/L, Yeast extract 2g/L, 탈지된 대두박(soybean meal) 10g/L, KH2PO4 1g/L, K2HPO4 1g/L, (NH4)2HPO4 2g/L, KCl 1g/L, MSG 3g/L, MgSO4 7H2O 1g/L
배양조건 : 초기 pH 6.5에서 온도 32℃로 2일간 배양
Lactobacillus sp.
배지조성 : 글루코오스(Glucose) 30g/L, 효모추출물(Yeast extract) 5g/L, KH2PO4 1g/L, K2HPO4 1g/L, (NH4)2SO4 2g/L, CaCl2 0.1g/L, NaCl 1g/L, MgSO4 7H2O 0.5g/L
배양조건 : 초기 pH 7.0에서 온도 30℃로 2일간 배양
Pseudomonas putida, Pseudomonas fluorescens
배지조성 : 글루코오스(Glucose) 5g/L, 효모추출물(Yeast extract) 2g/L, Urea 0.5g/L, K2HPO4 2g/L, (NH4)2HPO4 2g/L, CaCl2 0.1g/L, NaCl 2g/L, FeSO47H2O 0.02g/L, MgSO4 7H2O 0.2g/L
배양조건 : 초기 pH 7.0에서 온도 30℃로 2일간 배양
PSB (Rhodobacter sp., Rhodopseudomonas sp.,)
배지조성 : Na-succinate 5g/L, 효모추출물(Yeast extract) 2g/L, KH2PO4 1g/L, K2HPO4 1g/L, (NH4)2HPO4 2g/L, KCl 1g/L, MSG 2g/L, FeSO47H2O 0.1g/L, MgSO4 7H2O 1g/L
배양조건 : 초기 pH 6.5에서 온도 28℃로 3일간 배양
Acinetobacter limosus
배지조성 : 효모추출물(Yeast extract) 5g/L 카세인(casein)에서의 펩톤 10g/L, NaCl 10g/L
배양조건 : 초기 pH 7.8에서 온도 30℃로 2일간 배양
고체배양 방법
상기 액체배양 방법으로 배양된 액체 배양액을 10배로 희석액 약 4리터를 쌀겨 약 7Kg, 대두박 약2Kg 및 포도당 약 1Kg로 구성된 고체배지에 분무하면서 30분 동안 배합 후 32℃에서 1주일 간 배양한다. 배양후에 32℃ 냉풍건조기에서 2일간 건조하여 80메쉬로 분쇄한다.
또한 미생물 공동체의 생육이 잘 이루어지려면 적합한 생육환경이 필요한데, 본 발명은 이러한 적합한 생육환경을 위해서 미생물이 쉽게 흡착될 수 있는 다공성 담체가 제공된다.
상기 다공성 담체는 액체배양 또는 고체배양된 미생물 공동체가 흡착되어 서식할 수 있는 장소를 제공하는 것으로 다공성의 공극을 제공하는 데, 이러한 다공성 담체로는 제올라이트, 패각분말, 숯가루 등을 이용하는 것이 바람직하다. 상기 다공성 담체는 흡착성이 강하고 다공성의 공극을 제공하여 미생물이 잘 서식할 수 있는 장점이 있다.
상기 패각분말에서 패각분말의 주성분은 칼슘이 37% 이상 차지하며 중금속 성분이 약 0.8%, 불용성 성분이 약 5.2% 정도로 구성되어 있다. 또한 상기 패각분말은 다공성으로 미생물의 흡착 및 성장이 가능한 공간을 제공하여 유기물 분해를 촉진하며 칼슘의 응집효과를 통해 퇴적물내의 오염물질이 해수로 용출되지 것을 억제하는 효과가 있다.
또한, 다양한 용도로의 생물복원제 활용을 위하여 상기 다공성 담체를 미세한 입자에서 부터 자갈, 쇄석, 벽돌, 블록 등의 부피를 차지하며 공극이 존재하는 고형물체를 활용할 수 있다. 상기의 영양제가 함유된 미생물 공동체의 액체배양을 표면에 상기 부피를 차지하는 자갈, 벽돌 등의 고형물체의 표면에 흡착할 수 있도록 할 수 있다.
또한, 상기 다공성 담체를 제올라이트, 패각분말, 숯가루 등의 분말과 자갈, 쇄석, 벽돌, 블록 등의 부피를 차지하는 고형물체를 함께 사용하여 보다 다양한 다공성 담체를 제공하여 다양하게 생물복원제를 활용할 수 있다.
또한 본 발명은 오염된 토양 및 수환경 퇴적물에서 미생물의 분해능을 최적화하기 위하여 장기간 산소공급을 하는 산소발생제를 사용하여 토양 및 저층 퇴적 여건을 가능한 호기 여건으로 만들어 혐기, 호기 또는 통성 미생물의 효율성을 높일 수 있도록 하였다. 즉 상기 산소발생제가 상기 생물복원제에 흡착될 수 있어서 혐기성 여건에서도 통성 미생물의 활성을 최적화 할 수 있다.
퇴적여건 개선을 위하여 상기 산소발생제는 산화제를 사용하는 데, 예를들면, MgO2, Mg(OH)2, CaO2 등이 1이상 포함되는 것이 바람직하다. 상기 산소발생제는 장기간에 걸쳐 퇴적물에 산소가 발생하여 퇴적환경에 여러가지 요인을 변화시켜 오염 물질 분해능을 향상시키는 결과를 초래한다.
또한 산소발생제의 첨가로 인하여 퇴적층 산소공급으로 유기물의 분해가 촉진되고 전자방출로 인하여 전위상태가 상승함에 따라 전자수용체의 호기성미생물의 활성화가 이루어진다. 유기물의 분해 촉직 및 전위상승에 따라 퇴적층의 악취발생의 저감효과도 이루어져 저질 환경을 개선시키는 효과가 있다.
또한 산소발생제를 첨가함으로써 변화하는 요인 중에 하나는 pH 변화인데, 상기 퇴적물이 오염된 경우 퇴적물이 산성화되는 경향이 있는 데 산소발생제를 첨가함으로써 퇴적물을 알칼리화한다.
아래 표 1은 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 생물복원제를 오염된 토양에 혼합하였을 때의 산소발생제를 첨가함에 따른 pH 변화를 나타낸 것이다.
표 1에서 대조군Ⅰ은 아무런 물질을 혼합하지 않은 경우이고 대조군Ⅱ는 오염된 토양에 영양제가 함유된 미생물 공동체 및 다공성 담체를 혼합한 경우이며, 나머지는 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 생물복원제이되, 산소발생제를 각각 MgO2, Mg(OH)2, CaO2를 첨가하였을 때의 pH변화를 나타낸 것이다.
대조군Ⅰ 대조군Ⅱ MgO2 Mg(OH)2 CaO2
혼합직후 7.4 7.33 7.47 7.57 7.61
7일경과 7.48 7.32 9.18 9.27 9.46
14일경과 7.45 7.3 9.15 9.28 9.55
21일경과 7.4 7.34 9.11 9.2 9.53
28일경과 7.24 7.1 9.14 9.3 9.51
상기 표 1에서 오염된 토양에 미생물 공동체 및 다공성 담체를 혼합하더라도 pH변화는 거의 일어나지 않으나, 본 발명의 일실시예에 따른 산소발생제가 첨가된 생물복원제를 혼합하였을 때는 pH값이 변화하여 토양이 알칼리화 되는 현상을 관찰 할 수 있었다.
또한 본 발명의 일실시예에 따른 생물복원제는 퇴적조건 개선뿐만 아니라 용존산소 증가를 통한 수질정화기능도 동시에 할 수 있다.
아래의 표 2는 본 발명의 일실시예에 따라 생물복원제가 산소발생제(MgO2)를 혼합하였을 때, 용존산소량(DO) 증가 및 pH 변화를 나타낸 것이다. 즉, 증류수 및 해수에서 산소발생제인 MgO2를 각각 1중량%, 10중량% 및 20중량%를 혼합하여 사용하였을 때 용존산소량(DO) 및 pH 에 대한 시간에 따른 변화를 나타낸 것이다.
증류수 해수
MgO2 1중량% MgO2 10중량% MgO2 20중량% MgO2 1중량% MgO2 10중량% MgO2 20중량%


DO

 투여전 8.56 8.40 9.07 8.61 8.31 8.29
투여직후 12.01 12.27 12.75 10.37 11.02 12.28
7일경과 11.86 11.72 10.91 10.27 11.02 11.97
14일경과 10.08 10.84 10.02 10.18 10.64 11.89
21일경과 10.13 10.30 10.04 10.71 11.12 11.92
28일경과 10.18 10.22 10.14 10.68 10.94 11.79


pH

 투여전 6.85 7.02 7.41 7.79 7.79 7.79
투여직후 10.94 11.06 11.11 9.44 10.08 10.26
7일경과 10.79 11.10 11.13 9.75 10.19 10.22
14일경과 10.38 10.61 10.61 9.77 9.97 10.10
21일경과 10.37 10.63 10.54 9.93 10.03 10.48
28일경과 10.36 10.36 10.65 10.48 10.17 10.39
상기 표 2의 실험은 증류수 3개의 샘플 및 해수 3개의 샘플을 준비하여 투여전에 각각의 용존산소량 및 pH 값을 조사한 뒤, MgO2를 다른 비율로 첨가한 뒤에 값의 변화를 측정한 것이다.
표 2의 결과에서 볼 수 있는 바와 같이 산소발생제를 혼합하였을 경우에 증류수 및 해수의 용존산소량 및 pH가 증가하는 것을 관찰할 수 있고 시간이 지나더라도 값이 거의 일정하게 유지되고 있음을 확인할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 상기 생물복원제의 사용은 현장적용이 쉽고, 경제적이며, 호기성의 경우 최종산물이 물과 이산화탄소의 무기물 성분으로, 혐기성의 경우 황화수소나 메탄을 기체가스로 방출시켜 완전 분해되거나 무독화시키는 기작이다. 2차오염이 거의 없는 장점이 있다.
또한 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 오염된 토양 및 수환경 퇴적물 정화용 생물복원제는 정화효과 기간이 5~7개월 유지할 수 있어 장기간 생물촉진 기능이 가능하며, 다양한 규모로의 제조가 가능하여 물리적인 여과와 마찰의 효과 기능과 산소발생제의 흡착으로 생리활성의 화학적 기능, 생물증대를 통한 미생물 공동체의 효율적 기능을 갖춘 다기능 정화제이다.
따라서, 상기 생물복원제를 저질이나 토양에 살포, 경작하는 것이 가능하다.
또한, 상기 생물복원제는 적조, 녹조의 원인 생물의 생장 제한인자인 질소, 인을 제거하며, 생물복원제의 종합적인 용도로 사용이 가능하다. 즉, 퇴적토양 정화제, 수퇴적 저질정화제(갯벌, 하천, 호소, 양식장 등), 각종 가축인분 악취 탈취 정화제, 수질정화제, 하수종말처리장 슬러지제재, 건축·토목분야에서의 정화용 구조물(돌, 벽돌, 어초, 호안 블록, 수로관, U관 등의 표면 공극이나 통기부분을 통한 표면피복(흡수흡착)), 적조방지제 등의 활용이 가능하다.
한편, 본 발명에 따른 생물복원제 있어서, 오염된 토양 및 수환경 퇴적물에 생물복원제를 투입한 후 한 달동안의 감소율을 측정하면,
강열감량의 감소율이 35~50% 범위로 감소하며, TN(총질량)의 감소율이 45~70%범위로 감소하며, TP(총인)의 감소율이 40~70% 범위로 감소하며, 그리고, COD(화학적 산소요구량)의 감소율은 35~50% 범위로 감소한다. 퇴적물 등에 생물복원제를 투입하지 않은 것과 비교하여 상당한 감소율을 보이는 데 이는 아래의 구체적인 실시예를 통해 살펴보도록 한다.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다.
실시예 1
삼천포 연안의 저질 30kg을 채취한 후 패각(Oyster Shell) 분말과 산소발생제(Oxygen Release Compound)를 투입하여 퇴적물에 포함되어 있는 유기물질의 농도변화를 살펴보았다.
채취한 퇴적물을 반응조에 1.5kg를 담고 생물복원제를 투입하는 데, 상기 생물복원제로는 미생물공동체 40 중량%, 산소발생제 20 중량%, 패각분말(다공성 담체) 30중량%, 고체배양한 영양제 10중량%로 구성되도록 하여 상기 퇴적물에 투여한 다음 30일간 오염물질의 농도를 분석하였다.
미생물공동체로는 Bacillus spp.를 사용하였으며, 산소발생제로 CaO2를 사용하였으며, 상기 CaO2는 물과 반응하여 산소를 배출하는데 이때 발생된 산소가 호기성 미생물을 도와서 퇴적물내에 있는 유기물의 분해율을 향상시킨다. 또한, 상기 CaO2는 다른 종류의 산소발생제에 비해 가격이 저렴하고, 희석되는 시간이 단축되며 현장적용과 처리가 안전하여 다양한 오염환경에 적용이 가능한 장점이 있다.
패각분말은 삼천포 인근의 수산물가공업체로부터 제공받아 건조한 다음 분말로 파쇄하여 사용하였다. 패각의 주성분은 칼슘이 37% 이상 차지하고 있으며 중금속 성분이 0.8%, 불용성 성분이 5.2% 정도로 구성되어 있다. 또한 패각 분말은 다공성으로 미생물의 흡착 및 성장이 가능한 공간을 제공하여 유기물 분해를 촉진하며 칼슘의 응집효과를 통해 퇴적물내의 오염물질이 해수로 용출되지 것을 억제하는 효과가 있다.
실시예 2
실시예 1과 동일하게 실시하되, 채취한 퇴적물을 반응조에 1.5kg를 담고 생물복원제를 투입하는 데, 상기 생물복원제로는 미생물공동체 50 중량%, 산소발생제 20 중량%, 패각분말(다공성 담체) 20중량%, 고체배양한 영양제 10중량%로 구성되도록 하여 상기 퇴적물에 투여한 다음 30일간 오염물질의 농도를 분석하였다.
실시예 3
실시예 1과 동일하게 실시하되, 채취한 퇴적물을 반응조에 1.5kg를 담고 생물복원제를 투입하는 데, 상기 생물복원제로는 미생물공동체 30 중량%, 산소발생제 30 중량%, 패각분말(다공성 담체) 30중량%, 고체배양한 영양제 10중량%로 구성되도록 하여 상기 퇴적물에 투여한 다음 30일간 오염물질의 농도를 분석하였다. 또한, 미생물 공동체로써 Lactobacillus spp.를 사용하였다.
실시예 4
실시예 1과 동일하게 실시하되, 채취한 퇴적물을 반응조에 1.5kg를 담고 생물복원제를 투입하는 데, 상기 생물복원제로는 미생물공동체 50 중량%, 산소발생제 20 중량%, 패각분말(다공성 담체) 20중량%, 고체배양한 영양제 10중량%로 구성되도록 하여 상기 퇴적물에 투여한 다음 30일간 오염물질의 농도를 분석하였다. 또한, 미생물 공동체로써 Pseudomonas spp.를 사용하였고, 산소발생제로써 MgO2를 사용하였다.
비교예 1
이에 반해 채취한 퇴적물을 각각의 반응조에 1.5kg를 담고 어떤 물질도 첨가하지 않고 대조군으로 하여 30일간 오염물질의 농도를 분석하였다.
비교예 2
또한 채취한 퇴적물을 각각의 반응조에 1.5kg를 담고 퇴적물의 중량에 대한 산소발생제 10 중량%만을 투여한 다음 30일간 오염물질의 농도를 분석하였다.
실시예 1 및 비교예 1, 2에서의 유기물의 농도는 퇴적물의 강열감량, TN, TP 용출시험, COD를 측정하여 감소율(%)을 살펴보았다.
※ 실험방법
(1) 강열감량(단위 : 중량%)
습식퇴적물을 하루 이상 냉동시키고, 65℃이하에서 1일이상 건조기로 건조한 수, 건조된 저질을 미리 무게를 잰 도가니에 옮긴 후 건조하여 항량으로 될때까지 건조한 후 무게를 측정한다. 그리고 전기로 550℃에서 2시간 강열한 후 1시간동안 방냉한 다음 무게를 측정하여 아래와 같이 강열감량을 계산한다.
강열감량(%) = (가열전 시료무게 - 가열 후 시료무게) ÷ (가열전 시료무게) × 100
(2) TN (총질소 : Total Nitrogen) (단위 : ppm)
저질 20g 을 원심분리후, 상등액을 100배 희석한 후 전처리한다. 전처리한 시료를 100mL 용량플라스크에 옮기고, 분해병의 기벽을 증류수로 수회 씻어서 용량플라스크에 합하고, 진한염화암모늄 완충용액 2mL를 넣어 100mL에 징용하였다. 삼각플라스크에 담긴 시료 100mL에 진한 염화암모늄 완충용액 2mL를 첨가하고 혼합한 다음, 먼저 약 30mL의 혼합시료를 환원관에 통과시켜 흘려보낸다. 나머지 혼합시료를 환원관에 모두 통과시킨 후 얻어진 시료를 복수의 시험관에 나누어 넣는다. 시료에 술퍼닐아미드용액 0.2mL을 첨가하고 혼합한 후 약 2분간 반응시켰다. 염화나프탈에틸렌디아민 용액 0.2mL을 첨가하고 혼합한 후 약 15~30분 동안 반응시킨다. 발색된 시료를 분광광도계의 셀에 넣로 543nm 파장에서 흡광도를 측정한다.
흡광도와 농도의 상관관계식을 이용하여 시료의 농도를 환산한다. 상기의 농도는 환원된 질산 질소 농도와 실료중의 기존 아질산 질소 농도가 포함된 값이므로 질산 질소의 농도는 상기의 과정에서 구해진 농도에서 이미 측정된 아질산 질소 농도를 뺀 나머지 값이 된다 질산표준 용액을 이용하여 유효측정 범위내에서 3~5개의 표준액열을 만들고, 분석하여 질산질소 농도와 흡광도의 관계선을 작성한다. 측정된 자료를 회귀직선법으로 해석하여 검량선식을 구한 후 총질소의 농도를 구하였다. 희석배수를 곱하여 최종 농도를 계산하였다.
(3) TP (총인 : Total Phosphorous) (단위 : ppm)
저질 20g 을 원심분리후, 상등액을 100배 희석한 후 전처리한다. 전처리한 시료의 상등액 25mL를 마개 달린 시험관에 넣고 몰리브덴산암모늄·아스코르빈산 혼합액 2.5mL를 넣어 흔들어 섞은 다음 20~40℃에서 15분간 방치하였다. 그리고 1시간 이내에 이 용액의 일부를 흡수셀에 옮겨 885nm에서 흡광도를 측정하였다. 바탕시료는 인사인 표준용액을 이용하여 유효측정 범위내에서 3~5개의 표준액열을 만들고, 분석하여 인산인 농도와 흡광도의 관계선을 작성하여 농도를 구하였다. 그리고 희석배수를 곱하여 최종 농도를 계산하였다.
(4) COD (화학적산소 요구량) (단위 : ppm)
습식시료 약 1g을 500mL 삼각플라스크에 옮긴 후, 0.1N 과망간산칼륨용액 100mL를 가하였다. 다음 10% 수산화나트륨용액 5mL를 가한 후, 수욕조에서 1시간 동안 중탕한 후, 방냉한 다음 증류수를 가해 전체 부피가 500mL가 되도록 하였다. 삼각플라스크안의 용액에 10% 요오드화칼륨용액 10mL와 4% 아지드나트륨용액 한 방울씩을 넣었다. 이 용액과 퇴적물을 잘 흔들어 섞은 후 유리섬유 여과지를 사용하여 여과한다. 여과된 용액 100mL를 250mL 용량 삼각플라스크에 옮긴 다음 30% 황산용액 2mL를 넣고 잘 흔들어 준다. 적정 용액인 0.1N 티오황산나트륨용액을 50mL용량의 뷰렛에 채운 후 삼각플라스크의 시수 용액에 적정한다. 종말점을 구한 후 아래 계산식에 의하여 COD값을 구한다. 바탕시험값은 시료 없이 앞의 시험과정을 토대로 적정시 소요된 양으로 하였다.
COD(mgO2/kg.dry)=0.8×(A-B)×f×500/100×1000/M(1-W(%)/100)
A : 바탕시료 적정시 소요된 양(mL)
B : 시료의 적정시 소요된 양(mL)
M : 시료의 무게
W : 함수율
f : 역가 f는 검정에 따른다
(티오황산나트륨 용액의 표정은 250mL 삼각플라스크에 0.1N 중크롬산나크륨 용액 25mL를 넣은 후, 이 용액에 증류수 약 100mL와 요오드화 칼륨용액 10mL 및 10% 황산용액 2mL를 더하였다. 이용액을 방냉한 후 0.1N 티오황산나트륨용액으로 적정하였다. 적정한 역가 f는 (f = 25 ÷ 표정시 들어간 양)로 구한다)
아래의 [표 3]은 강열감량(%)을 나타낸 것이다.
구 분 0 day 5 day 10 day 15 day 20 day 25 day 30 day 감소율(%)
실시예 1 34.87 31.25 29.43 26.38 24.81 22.65 20.42 41.4
실시예 2 34.46 31.85 29.48 27.78 26.02 24.56 22.17 35.6
실시예 3 34.58 31.45 29.78 26.42 24.64 22.89 21.42 38.1
실시예 4 34.26 31.67 28.74 26.25 24.02 22.14 18.32 46.5
비교예 1
(대조구)		 34.12 35.68 33.41 35.33 34.45 32.43 31.13 8.8
비교예 2 34.52 32.10 31.43 29.84 27.31 25.87 24.13 30.0
아래의 [표 4]는 TN값(ppm)을 나타낸 것이다.
구 분 0 day 5 day 10 day 15 day 20 day 25 day 30 day 감소율(%)
실시예 1 1.55 1.30 1.15 1.01 0.86 0.77 0.61 60.6
실시예 2 1.55 1.28 1.12 0.98 0.81 0.68 0.50 67.7
실시예 3 1.54 1.22 1.08 0.92 0.78 0.59 0.47 69.5
실시예 4 1.52 1.30 1.18 1.08 0.94 0.82 0.70 53.9
비교예 1
(대조구)		 1.52 1.50 1.62 1.42 1.41 1.39 1.38 9.2
비교예 2 1.55 1.33 1.20 1.12 1.02 0.95 0.88 43.2
아래의 [표 5]는 TP값(ppm)을 나타낸 것이다.
구 분 0 day 5 day 10 day 15 day 20 day 25 day 30 day 감소율(%)
실시예 1 0.066 0.061 0.053 0.044 0.038 0.029 0.021 68.2
실시예 2 0.065 0.060 0.056 0.048 0.040 0.032 0.023 64.6
실시예 3 0.063 0.059 0.054 0.048 0.042 0.036 0.028 55.6
실시예 4 0.063 0.060 0.055 0.049 0.044 0.040 0.035 44.4
비교예 1
(대조구)		 0.063 0.070 0.060 0.058 0.067 0.055 0.057 9.5
비교예 2 0.063 0.060 0.057 0.057 0.052 0.050 0.047 25.4
아래의 [표 6]는 COD 값(ppm)을 나타낸 것이다.
구 분 0 day 5 day 10 day 15 day 20 day 25 day 30 day 감소율(%)
실시예 1 33.0 30.3 28.4 26.3 24.4 21.7 18.9 42.7
실시예 2 32.8 29.9 27.7 25.2 23.4 20.2 17.6 46.3
실시예 3 32.7 30.1 28.2 25.5 23.8 21.4 18.4 43.7
실시예 4 33.2 31.6 28.8 26.9 24.8 22.0 19.7 40.7
비교예 1
(대조구)		 32.5 32.0 32.0 31.7 31.1 30.5 30.1 7.4
비교예 2 32.9 31.1 30.3 28.6 26.5 24.0 22.6 31.3
상기 실험에서 알 수 있듯이 퇴적물에 본 발명에 따른 생물복원제를 투입하였을 때, 퇴적물은 강열감량, TN, TP 및 COD 값의 감소율이 현저히 향상되는 것을 확인할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.

Claims (16)

  1. 정화용 생물복원제에 있어서,
    Bacillus spp., Lactobacillus spp., Saccharomyces spp., Pseudomonas spp., Rhodobacter spp., Pediococcus spp., Acinetobacter spp. 중 1 이상을 포함하는 21~60중량%의 미생물 공동체,
    1~20중량%의 영양제,
    MgO2, Mg(OH)2, CaO2 중 1이상을 포함하는 1~30중량%의 산소발생제, 및
    미생물을 고정시키는 투수다공질의 재료인 제올라이트, 패각분말, 숯분말 중 1이상을 포함하는 10~50중량%의 다공성 담체로 이루어지되,
    상기 미생물이 상기 다공성 담체에 흡착되는 기능이 향상되고, 오염된 토양이나 수환경 퇴적물 정화에 다기능으로 사용할 수 있는 것을 특징으로 하는 오염된 토양 및 수환경 퇴적물 정화용 생물복원제.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 미생물은 토양환경에서 호기, 혐기미생물 또는 통성미생물을 포함하며, 수환경에서는 내염성과 저온 또는 중온의 성질을 갖는 것을 특징으로 하는 오염된 토양 및 수환경 퇴적물 정화용 생물복원제.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 패각분말은 칼슘을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 오염된 토양 및 수환경 퇴적물 정화용 생물복원제.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 다공성 담체는 자갈, 쇄석, 벽돌, 블록 중 1이상의 고형물체를 더 포함하여, 상기 고형물체의 표면에 상기 제올라이트, 패각분말, 숯분말 중 1이상이 흡착되는 것을 특징으로 하는 오염된 토양 및 수환경 퇴적물 정화용 생물복원제.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제1항에 있어서,
    상기 생물복원제를 저질이나 토양에 살포, 경작하는 것을 특징으로 하는 오염된 토양 및 수환경 퇴적물 정화용 생물복원제.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 생물복원제는 퇴적토양 정화제, 수퇴적 저질정화제, 가축인분 악취 탈취 정화제, 수질정화제, 하수종말처리장 슬러지제재, 건축·토목분야에서의 정화용 구조물(돌, 벽돌, 어초, 호안 블록, 수로관, U관의 표면 공극이나 통기부분을 통한 표면피복(흡수흡착)), 적조방지제에 사용하는 것을 특징으로 하는 오염된 토양 및 수환경 퇴적물 정화용 생물복원제.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 생물복원제에서 강열감량의 한달동안 감소율이 35~50%인 것을 특징으로 하는 오염된 토양 및 수환경 퇴적물 정화용 생물복원제.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 생물복원제에서 TN(총질량)의 한달동안 감소율이 45~70%인 것을 특징으로 하는 오염된 토양 및 수환경 퇴적물 정화용 생물복원제.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 생물복원제에서 TP(총인)의 한달동안 감소율이 40~70%인 것을 특징으로 하는 오염된 토양 및 수환경 퇴적물 정화용 생물복원제.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 생물복원제에서 COD의 한달동안 감소율이 35~50%인 것을 특징으로 하는 오염된 토양 및 수환경 퇴적물 정화용 생물복원제.
KR1020100099006A 2010-01-27 2010-10-11 오염된 토양 및 수환경 퇴적물 정화용 생물복원제 KR101041607B1 (ko)

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