KR101080482B1 - 댐슬러지를 이용한 토양 개량제의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 댐슬러지를 활용하여 저가 및 고품질의 토양 개량제를 대량 공급하도록 하기 위하여, 산도를 알칼리성으로 조절하고 사용의 편리성을 위해 분상이 아닌 입자로 저렴한 토양 개량제를 제조하는 방법에 관한 것이다. 이 제조 방법은 댐슬러지 60%, 제오라이트 30% 및, 석회고토 10%의 성분비율로 하여 댐슬러지와 각 부재료를 배합하는 공정과, 수분 함량을 15% ~ 20%으로 낮추기 위하여 건조기 속으로 배합 공정에서 만들어진 배합 원료를 투입하여 통과시키면서 열풍으로 20 ~ 30분간 수분을 증발시키는 건조 공정과, 배합 원료를 건조한 후에 배합 원료의 분말에서 입상으로 성형하기 위해 건조한 배합 원료의 분말을 제립기에 투입하여서 입상으로 성형하는 제립 공정과, 제립 공정을 거친 토양 개량제는 원통형 냉각기로 투입되어 원통형 냉각기 안에서 이송되는 동안에 강제 송풍으로 20 ~ 30분 동안에 자연 냉각되어 그의 내열 온도를 낮추는 냉각 공정을 순차적으로 행하여 이루어진다.

본 발명의 댐슬러지를 이용한 토양 개량제의 제조방법에 의하면, 토양 개선을 저가의 토양 개량제로 행할 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.

댐슬러지, 토양 개량제, 제오라이트 제조

Description

댐슬러지를 이용한 토양 개량제의 제조방법{method for manufacturing a soil conditioner using a dam-sludge}

본 발명은 토양 개량제에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 생산단가가 저가인 토양 개량제를 제조하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 식물의 지탱과 원활한 양분·수분의 공급을 위한 좋은 토양의 요건으로는 투수성(透水性), 보수성(保水性), 보비력(保肥力 : 땅이 비료를 오래 지니는 힘)을 적절하게 구비해야 하며, 위와 같은 특성이 구비된 좋은 토양을 만들기 위한 토양 개량제로서 다양한 재료가 사용된다.

예를 들어, 골프장 그린에는 배수성을 위하여 모래를 사용하는 강 샌드그린 방식이 이용되고 있는데, 주로 강사나 하천사 등의 모래를 사용함으로 인해 보수성이 저하되는 문제가 있고 이를 보완하기 위하여 피트모스(3,000년 이전의 물이끼가 지하수위가 높아져 혐기상태로 퇴적된 유기물), 코코피트(열대지방 야자수의 섬유물질 가루)를 사용하며, 보수성과 투수성을 동시에 보완하기 위해서는 펄라이트, 경량골재, 세라믹소재를 사용하고, 보비력의 개선을 위해서는 제오라이트 등이 사용된다.

위와 같은 물질을 포함하여 토양 개량제로 사용되는 자재는 통상 소토사 또는 배토 사로 대별되며, 모래, 규사, 맥반석, 규조토 조립품, 보라스, 다공성 세라믹 등이 있다. 그러나 이러한 재료들은 각각 장.단점을 지니고 있으나, 투수, 보수, 보비력 등의 종합적인 기능은 구비하지 못한 문제가 있다.

다시 말하면, 규사 등의 자재는 모래와 유사한 성질을 가지며 보비력, 보수성이 낮고, 모양이 일정하지 않아 답압에 취약하고, 맥반석 등 자재는 골재상이라 하더라도 투수성이 떨어지며 사용 시에 상토층의 비중을 높이는 단점이 있으며 모래보다 보비력이나 보수성이 약간 높은 정도에 불과하고 모래 등과 마찬가지로 모양이 모가 나 있어 답압에 약하다.

한편, 규조토 조립품은 규조토를 점토를 바인더로 하여 조립한 제품으로, 보수성이 우수하고 모래 사이즈의 크기에서는 투수성이 모래보다는 약간 우수한데 비해 골재사이즈의 크기에서는 투수성이 매우 높고, 이러한 특성은 2mm 이상의 골재에서는 공히 나타나는 현상이다. 그러나 규조토 조립품은 규조토의 특성상 보비력에 문제가 있다. 다음으로 보라스, 펄라이트 등이다.

공성 소재는 입자를 열처리로 팽창시켜 만들어지는 개량제로 비중이 가벼우며 보수성이 높고 투수성이 우수한 장점을 지니고 있으나 그린 규격에 상응하는 모래 사이즈에서는 이러한 물성을 유지하지 못하고 잘 부서지는 단점이 있어 궁극적으로는 답압에 약하다. 또한 세라믹 개량제는 황토나 점토질 흙을 이용하여 조립화된 토양 개량제로, 투수성이 우수한 장점이 있으나, 비중이 무겁고 보수성이 약한 단점이 있으며 또한 고가이고 보비력이 낮은 단점이 있다. 기타 주물사 및 슬라그 등을 폐자원 활용한 조립품이 특허출원되어 있으나 비중이 무겁거나 보수성 및 투수성에서 단점을 내포하고 있다.

상기에서 살펴 본 바와 같이, 현재 사용 중인 광물질 토양 개량제는 어느 한 가지만으로는 투수성, 보수성, 보비력 면에서 동시에 우수한 특성을 나타내는 재료가 없어 이를 단일 소재로 통합하고, 또한 규조토 조립품이나 혹은 기존의 세라믹 토양 개량제는 가격이 높다는 단점이 있으므로 가격 경쟁력을 갖춘 토양개량제의 개발이 시급한 상황이다. 그리하여 표 1과 같이 다양한 토양 개량제가 개발되었다.

계 통		주기능	주원료	주요 자재 명
무 기 질	광물질 토양개량용 자재	물리성, 화학성 개량	천연광물	벤토나이트, 제오라이트
		물리성, 화학성 개량	광물열처리품	소성버미큐라이트
		물리성 개량	광물열처리품	퍼라이트
		화학성 개량	암석풍화물,산업부산물	함철물, 광재, 석고
	보통비료 토양개량용 자재	화학성 개량	인광석, 사문암 등	인산 비료
		화학성 개량	광재류 등	규산질 비료
		화학성 개량	사문암, 해수, 도로마이트, 미숙탄	고토 비료
		화학성 개량	석회암(열처리품) 폐화석	석회질비료, 폐화석 분말
유 기 질	동식물 토양개량용 자재	물리성, 생물성, 화학성	농산물 잔사	산야초, 낙엽, 녹비
		물리성, 생물성, 화학성	포장잔사	짚류, 왕겨류, 퇴비류
		물리성, 생물성, 화학성	임업잔사	수피토피, 톱밥 토비
		물리성, 생물성, 화학성	축산잔사(처리물)	가축분뇨, 가금분,구비
		물리성, 생물성, 화학성	도시 쓰레기 등	콤포스트
		물리성, 생물성, 화학성	배수물, 하수, 공장배수, 오니	오니류, 오니비료
		물리성, 생물성, 화학성	니탄, 미숙탄 등	피트모스, 푸민산질자재
		물리성, 생물성, 화학성	동식물유 가스류	유기질 비료
		물리성, 생물성, 화학성	게 껍질	게 껍질
	고분자 토양개량용 자재	물리성 개량	유기 화합물	합성 고분자계 자재

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따라서, 상기와 같은 문제점을 감안하여 투수성은 떨어지나 보수, 보비력이 우수한 제오라이트를 이용하여 이를 과립으로 성형하고 소성하여 투수성을 극대화 하여 토양 개량제에 필요한 모든 특성을 동시에 구비한 제오라이트를 이용한 토양 개량제 제조방법이 개발되어 왔었다.

그러나 종래의 토양 개량제 제조방법에서는 제오라이트(zeolite)나 혹은 벤토나이트(bentonite) 등과 같은 물질들이 토양 개량제의 원부재료나 혹은 화학비료의 부재료(filler) 등으로 이용되고 있었기 때문에, 제오라이트(zeolite)나 혹은 벤토나이트(bentonite)에 대한 원료의 가격이 고가이므로 생산단가의 상승을 피할 수 없게 된다.

그리하여 본 발명은 댐슬러지를 활용하여 저가 및 고품질의 토양 개량제를 대량 공급하도록 하기 위하여, 산도를 알칼리성으로 조절하고 사용의 편리성을 위해 분상이 아닌 입자로 저렴한 토양 개량제를 제조하는 방법을 제공하는 것이 목적이다.

토양개량제조성물 100중량%를 기준으로 댐슬러지 60중량%, 제오라이트 30중량% 및 석회고토 10중량%를 포함하는 토양개량제조성물을 제조하는 배합공정(10)과, 상기 토양개량제조성물의 원료수분 함량을 15 ~ 20중량%로 낮추기 위하여 입구온도가 250℃ ~ 300℃이고 출구온도가 40℃ ~ 50℃인 원통형 건조기 속으로 토양개량제조성물을 투입하여 열풍으로 20 ~ 30분간 수분을 증발시키는 건조공정(20) 및 상기 건조된 토양개량제조성물 분말을 제립기(pellet)에 투입하여 직경 2mm ~ 4mm, 길이 3mm ~ 4mm의 입상의 토양 개량제로 성형하는 제립 공정(30)을 거친 상기 토양 개량제를 원통형 냉각기(cooler)로 20 ~ 30분 냉각하여 온도를 낮추는 냉각 공정(40)을 거쳐 토양개량제를 조조하는 것이 과제의 해결 수단이다

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본 발명의 댐슬러지를 이용한 토양 개량제의 제조방법에 의하면, 토양 개선을 저가의 토양 개량제로 행할 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 댐슬러지를 이용한 토양 개량제의 제조방법의 구성과 그에 의하여 발휘되는 작용을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 댐슬러지를 이용한 토양 개량제의 제조방법을 설명하기 위한 공정 흐름도이다.
도 1에서, 본 발명인 댐슬러지를 이용한 토양 개량제의 제조방법은 토양개량제조성물 100중량%를 기준으로 댐슬러지 60중량%, 제오라이트 30중량% 및, 석회고토 10중량%을 포함하는 토지개량조성물을 제조하는 배합공정(10)을 포함한다.
본 발명의 댐슬러지를 이용한 토양 개량제의 제조방법에서 이용되고 있는 댐슬러지는 댐슬러지는 강이나 댐 하부에 토양이 침적되어 부식된 것을 말하는 것으로 점토성 토양과 나무나 낙엽 등이 오랫동안 퇴적해 부식과정을 거쳐 쌓여진 천연 토량 개량제로서 오랫동안 수중에서 타 오염물질이나 중금속의 피해를 받지 않은 청정 부식산(腐植酸)으로 자체만으로도 충분한 토양개량의 효과를 얻을 수 있는 물질이다.
일반적으로 청정지역 상수원 댐의 바닥에 적체된 슬러지는 침적된 적토와 미생물군 등을 함유한 점질성의 물질로 쌓여 있으며 이에는 천연 미네랄을 비롯하여 다량의 유기물이 함유되어 있으므로 이를 수거 건조 후에, 가축이나 혹은 동물의 발효 사료 또는 토양과 작물의 유기물 공급원으로 사용할 수 있다.
댐슬러지는 60중량%이상이 유기물이고 유기질/질소비가 0.5 이하이고 비소, 카드뮴, 수은, 납, 크롬, 구리 등의 함량은 각각 퇴비 공정 규격 이내이다.
따라서 댐슬러지는 유기질 및 무기질을 동시에 함유한 토양 개량제라 할 수 있다.
댐슬러지의 성분(성분은 dry base)은 표 2과 같다.

유기물/질소	비소	카드뮴	수은	납	크롬	구리	아연	니켈
6.3-22.5	0.6-5.1	불검출	불검출	0.5-19.6	불검출	0.3-13.6	36-114	0.4-35

본 발명의 댐슬러지를 이용한 토양 개량제의 제조방법에서 이용되고 있는 제오라이트는 물 분자가 결정수 형태로 화학명은 (Na,Ca)2(Al2Si3O10).8H2O이며 구조 중에 존재하는 함수 알루미나 규산염 광물이다. 비료 관리법상 공정 규격으로는 CEC 80me/100g 이상, 분말도는 850㎛체에 90중량%이상 통과, 수분 12중량% 이하로 규정되어 있다. 제오라이트는 나트륨, 칼륨의 알칼리 금속과 칼슘 등의 알칼리 토금속을 함유하고 또는 결정수를 함유한 알칼리 토금속으로 입경이 0.002cm 이하인 소립자로 활성포 면적이 크고 비료 성분의 흡착, 방출, 고정, 산도, 토양반응 및 통기, 투수성 등 물리.화학적 성질을 결정하는데 큰 영향을 준다. 사답질의 경우 양분 보존력이 타 종류의 답보다 떨어지므로 분시를 하여도 저위 생산을 면치 못하기 때문에 양분보존 능력을 높이기 위하여 이들을 사용하고 있다.
제오라이트의 화학조성은 표 3과 같다.

chemical	SiO2	Al2O3	MgO	CaO	Na2O	Fe2O3	LOI
contents(중량%)	71.0	10.0	1.5	2.2	3.0	2.5	7.0

토양의 산도를 조절하기 위하여 쓰이는 칼슘을 주성분으로 하는 석회질비료는 주로 산성토양의 중화, 토양 완충 작용의 증진, 염기치환능력에 따른 비료 성분 흡수력의 증진, 광독의 제거, 염해지의 개량 등을 들 수 있으며 미생물의 관계로는 아조박테르(Azobacter)균, 근류균 등과 같은 농업상 유용한 미생물의 번식을 왕성하게 하는 역할을 한다.
석회질 비료는 토양 개량제 뿐만 아니라 토양 오염 방지 및 토양 병해 방지제로서 사용되며 토양 중의 농약성분 분해를 조장하고 토양 소독과 연작지 특히 원예작물 주산단지에서 영양균형을 위해 사용되고 있다. 석회석은 천연칼슘을 함유한 광물로써 이를 원료로 한 생석회, 소석회, 석회석, 석회고토와 조개류의 껍질을 원료로 한 패화석, 기타 화학제품의 부산물인 부산소석회, 부산석회 등 7가지로 비료공정규격이 설정되어 있다.
본 발명의 댐슬러지를 이용한 토양 개량제의 제조방법에서 이용되고 있는 석회고토(Dolomite)는 백운석(白雲石), 또는 약탄석(苦灰石)이라고도 한다. 이는 탄산석회와 탄산마그네슘이 1:1로 복탄산염을 이루고 있고 강알칼리성으로 화학 조성은 CaCO3+MgCO3이며, 공정 규격은 알칼리분 53중량%, 가용성 고토 15중량%이상, 분말도는 1.70mm체에 98중량% 이상, 600㎛체에 60중량%이상 통과한다. 석회고토가 다른 석회질비료와의 차이는 비료의 주요성분요소인 Ca외에 Mg을 함께 함유하고 있어서 시비효과를 증대시킬 수 있다는 점이다.
석회고토의 공정 규격은 표 4와 같다.

알칼리분	가용성 고토	분말도
53중량%이상	15중량%이상	1.70mm체에 98중량% 이상, 600㎛체에 60중량% 이상 통과

본 발명의 댐슬러지를 이용한 토양 개량제의 제조방법에서는 토양개량제조성물의 원료수분함량을 15 ~ 20중량% 수준으로 조절하기 위하여 배합 공정을 거친 상기 토양개량제조성물을 원통형 건조기(drum type dryer)에 투입시켜 건조하는 건조공정(20)을 행한다.
본 발명의 댐슬러지를 이용한 토양 개량제의 제조방법에 이용되고 있는 댐슬러지의 함수율은 통상 70중량%정도이다.
그러나 배합 공정을 거친 후에는 배합 공정에 사용되는 부재료 중에서 제오라이트와 석회고토는 댐슬러지가 함유하고 있는 60 ~ 70중량%의 수분 함량의 일부를 나누어 흡수하게 되어서 댐슬러지의 수분 함량은 40 ~ 50중량%로 된다.
상기의 댐슬러지와 각 부원료들은 건조기의 드럼 형상의 회전체로 이송되어 드럼 내부에 부착된 이송 스크류에 의해 회전에 따라 출구로 이송되며, 이때에 건조기의 입구에 부착된 열 발생장치(버너)로부터 발생하는 강제 열풍을 받아 수분이 증발시켜 건조공정(20)을 행한다. 토양개량제조성물의 수분 함량을 약 15 ~ 20중량%로 낮추기 위하여 입구온도가 250 ~ 300℃이고 출구온도가 40~ 50℃인 원통형 건조기 속으로 토양개량제조성물을 통과시키면서 열풍으로 20 ~ 30분간 수분을 증발시킨다.
이어서 건조기에서 성형하기에 적합한 수분을 함유한 토양개량제조성물로 건조한 후 15 ~ 20중량%의 수분을 함유한 토양개량제조성물의 분말을 성형 제립기로 투입하여 직경 2 ~ 3mm, 길이 3 ~ 4mm의 입상화를 위한 제립공정(30)을 행한다. 입상화한 토양 개량제의 함수율은 12 ~ 15중량%이고 온도는 30 ~ 40℃ 이다.
제립공정(30)을 거친 토양 개량제는 원통형 냉각기(cooler)로 투입되어 원통형 냉각기 안에서 이송되는 동안에 강제 송풍으로 20 ~ 30분 동안 냉각되어 온도를 낮추는 냉각공정(40)을 거친다. 냉각공정(40)을 거치면서 괴상의 입자의 표면은 드럼의 회전에 따라 거친 부분이 파쇄되어 구형으로 만들어진다.
본 발명의 댐슬러지를 이용한 토양개량제의 특성은 표 5와 같다.

형태	pH	수분	주기능	유 해 성 분						기 타
				As	Cd	Hg	Pb	Cr	Cu	염분	유기물
입상	8.5-9	10 ~15중량%	토양 물리성, 화학성, 생물성 개량	50 mg/kg이하	5 mg/kg이하	2 mg/kg이하	150 mg/kg이하	300 mg/kg이하	500 mg/kg이하	1중량%이하	36중량%

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 댐슬러지를 이용한 토양 개량제 제조 방법은 높은 유기물 함량과 미네랄 및 유용 미생물의 집합체인 댐슬러지에다 부재료를 혼합해 토양 개량제로 제조함으로써, 사질 토양에 대한 개량 효과 및 보습력의 증가와, 유기물 분해 촉진 및 영양 공급을 증가시킬 뿐만 아니라 집적된 토양 염류를 낮추게 하는 토양 개량제를 입상 형태로 제조하여 시비의 간편성 및 지효성 효과를 지니는 개량제를 제조할 수 있다.

도 1은 본 발명의 댐슬러지를 이용한 토양 개량제의 제조방법을 설명하기 위한 공정 흐름도이다.

<도면 부호의 간단한 설명>

10 : 배합 공정 20 : 건조 공정

30 : 제립 공정 40 : 냉각 공정

Claims (3)

1. 토양개량제조성물 100중량%를 기준으로 댐슬러지 60중량%, 제오라이트 30중량% 및 석회고토 10중량%를 포함하는 토양개량제조성물을 제조하는 배합공정(10);

   상기 토양개량제조성물의 원료수분 함량을 15 ~ 20중량%로 낮추기 위하여 입구온도가 250 ~ 300℃이고 출구온도가 40 ~ 50℃인 원통형 건조기 속으로 토양개량제조성물을 투입하여 열풍으로 20 ~ 30분간 수분을 증발시키는 건조공정(20);

   상기 건조된 토양개량제조성물 분말을 제립기(pellet)에 투입하여 직경 2 ~ 4mm, 길이 3 ~ 4mm의 입상의 토양 개량제로 성형하는 제립 공정(30);

   제립 공정(30)을 거친 상기 토양 개량제를 원통형 냉각기(cooler)로 20 ~ 30분 냉각하여 온도를 낮추는 냉각 공정(40);을 포함하는 것을 특징으로 하는 댐슬러지를 이용한 토양 개량제의 제조방법.
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