KR101081083B1 - 기능성 토양개량제 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하수슬러지나 음식물 쓰레기의 최종처리로서 건조된 고형분 또는 탄화처리된 다공질 탄화체를 이용한 토양개량제 및 그 제조방법에 관한 것으로, 유기성과 무기성 물질이 혼재된 폐기물을 액상 분리후 건조되어 생산되는 고형분 또는 폐기물을 무산소 혹은 저산소 상태에서 탄화처리하여 최종적으로 탄소분을 잔류시켜 탄소 + 무기물이라는 조성을 가진 탄화체를 이용한 토양개량제 및 그 제조방법에 관한 것이다.

본 발명은 건조된 고형분 또는 탄화처리된 다공질의 탄화체를 키토산, 젤라틴, 전분, 콜라겐 등의 천연고분자 수용액에 침지한 후, 그 표면에 식물의 영양분으로서 활용 가능한 각종 유, 무기 영양성분 및 천연고분자를 분해시킬 수 있는 근권 미생물을 혼합, 코팅하여 기능성 토양개량제를 제조하고 사용하기 위한 것이다.

또한 다공질 탄화체 속에 존재하는 유해가스를 제거하고 여기에 영양 성분을 함침한 다음 이를 식물이 효과적으로 흡수할 수 있게 분해하는 근권 미생물을 유기질 성분들과 혼합하여 코팅함으로써 1차적으로 유기질 영양성분과 근권 미생물이 식물에 효과적으로 이용되며, 2차적으로 탄화체가 구조적으로 가지는 다공질로 인하여 담체 기능을 수반함과 동시에 배수성, 통기성, 보수성 등의 토양 물리성을 향상시킴으로서 유효 미생물들의 번식 및 활동을 증가시켜 식물 생장을 촉진하고자 한다.

하수슬러지, 음식물 쓰레기, 탄화체, 고형분, 분해, 천연고분자, 토양개량제, 영양성분

Description

기능성 토양개량제 및 그 제조방법{A functional soil conditioner and manufacturing method thereof}

본 발명은 하수슬러지나 음식물 쓰레기의 최종처리로서 건조된 고형분 또는 탄화처리된 다공질 탄화체를 이용한 기능성 토양개량제 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 유기성과 무기성 물질이 혼재된 폐기물을 액상 분리한 후 건조되어 생산되는 고형분 또는 폐기물을 무산소 혹은 저산소 상태에서 탄화처리하여 최종적으로 탄소분을 잔류시켜 탄소 + 무기물이라는 조성을 가진 탄화체를 키토산, 젤라틴, 전분, 콜라겐 등의 천연고분자 수용액에 침지한 후, 그 표면에 식물의 영양분으로서 활용 가능한 각종 유, 무기 영양성분 및 천연고분자를 분해시킬 수 있는 근권 미생물을 혼합, 코팅한 기능성 토양개량제 및 그 제조방법에 관한 것이다.

유기성 폐기물은 음식물 쓰레기, 하수슬러지, 농산폐기물, 기구폐기물 분뇨폐기물, 건설폐기물 등을 말하며, 계속적으로 다양한 폐기물이 발생하고 있고 그 양도 해마다 늘어나고 있는 추세이다.

국내 하수슬러지 및 음식물 쓰레기의 발생량은, 하수슬러지의 경우 2002년 환경부 자료를 근거로 5216 ton/일 정도이며 음식물 쓰레기는 2001년도 기준으로 410만톤/년 가량이 발생되고 있다.

하수슬러지, 음식물 쓰레기 등 유기성 폐기물 대부분이 생물학적으로 불안정하며 수분을 함유하고 있기 때문에 안정화 처리 및 감량화 처리를 필요로 하지만 대부분 해양투기, 매립 등으로 처리되고 있다.

그러나 생활수준 향상으로 인한 환경에 대한 관심의 고조 및 런던 협약의 발효 등으로 해양투기 및 매립이 금지되면서 퇴비화, 소각 등 재활용 방안이 모색되고 있으나 유기물 쓰레기를 매립하기 위해서는 넓은 부지의 필요성으로 인한 제한적 문제점과 소각 전 건조에 필요한 보조 연료비용 및 암모니아 등의 악취, 배출되는 연소가스에서 다이옥신류, NOx 등이 대기오염 물질 등 여러 가지 문제점을 내포하고 있다(유기성 폐기물의 연속탄화 및 재활용 기술, 2003, 강정식 외). 그에 따라 고형분에 석회 등을 함유한 고형분 처리에 관한 기술이 제안되었으나, 고형분을 액상과 분리하고 분리된 고형분을 유효한 자원으로 사용되는 기술은 거의 연구되지 않고 있는 실정이다.

위와 같은 문제점으로 인하여 자원화된 새로운 유효이용기술로써 슬러지 및 음식물 쓰레기 즉 유기성 폐기물을 무산소 혹은 저산소 상태에서 탄화처리하는 기술이 제안되고 있다.

“탄화처리한 하수슬러지의 흡착특성에 관한 기초연구”(2002, 박상우 외) 문헌에서는 최종적으로 탄소분을 잔류시켜 탄소 + 무기물이라는 새로운 조성을 가지는 탄화체를 생성하여 토양개량제나 흡착제 및 고형연료로써 이용되는 기술을 제안하였다. 또한 탄화체는 표 1(폐기물, 탈소각을 위한 탄화처리, 2004, 첨단환경기술)에서와 같이 친환경적인 측면이 있는 동시에 다음과 같이 여러 용도로 제안되고 있다.

[표 1]

특성	활 용 분 야
흡착성	환경오염물질 흡착 및 수질 정화제
미생물 활성	퇴비 발효 촉진제
토양 활성	절개지 녹화 자재
대체 연료	비닐하우스 난방용 보조연료
흡수, 흡유성	탈수보조제 및 폐유 흡착제(해양오염 제거)
환원성	고로 환원제, 가탄제, 보온제(제철공장)

표 1에 제시된 바와 같이, 탄화체는 흡취성, 흡착성이 좋고 비표면적이 비교적 커서 다방면의 용도로 사용이 가능하며, 해저지질 개선제나 적조 구제용 재료 및 인공어초, 산성토양의 객토제 등으로 사용 가능한 경제적인 처리 방법이 소개되고 있다. 실제로 일본, 독일 등지에서 하수 슬러지, 음식물 쓰레기 등 유기성 폐기물을 탄화처리하여 생산되는 탄화체를 토양개량제, 흡착제, 탈수조제, 퇴비조제, 탄화연료, 미분탄화대체제, 코크스대체제 등으로 기초적 실증 및 시험이 가동되고 있으나 탄화체를 이용하여 재활용하는 방안 및 연구가 거의 없거나 소극적으로 진행되고 있어 탄화체의 이용이 매우 저조한 상태이다(폐기물, 탈소각을 위한 탄화처리, 2004, 첨단환경기술).

또한 탄화체를 일반적인 토양개량제나 퇴비조제로 사용할 경우 탄화체 생성시 잔존되어 있는 유해가스 등으로 인해 그 효과가 미비하고, 미생물 담체의 역할 을 할 경우 미생물이 가지는 생화학적 특성이 토양과 맞지 않는다면 토양개량 및 자연정화능력 효과를 기대하기 힘든 문제점이 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 안출된 해결수단의 하나로서, 유기성 폐기물을 건조시켜 생성되는 고형분 또는 탄화시켜 생성되는 다공질 탄화체를 이용하여 유·무기질 영양성분을 함침하여 토양 근권 미생물의 활성을 극대화시킬 수 있는 기반을 새로이 조성하고 고형분 또는 탄화체가 토양함수량을 일정부분 보정함으로써 식물 생장에 유용하게 활용할 수 있는 토양개량제 및 그 제조방법을 제공함을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 유기성 폐기물인 건조된 고형분과 탄화된 다공성 탄화체를 재활용함으로써 폐기물의 재처리를 통한 자연친화적인 토양개량제 및 그 제조방법을 제공함을 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 유기성 폐기물을 재활용하여 제조되고 중금속 함량 및 각종 유해성분 면에서 식물 생장에 장해가 없는 다공질 탄화체와; 상기 탄화체의 표면 및 기공에 액상으로 함침되고 건조되는 천연고분자와; 상기 탄화체의 표면의 상기 액상의 천연고분자에 분말형태로 코팅되는 천연고분자 분해 미생물과 식물용 영양성분;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 기능성 토양개량제를 제공한다.

또한, 본 발명은 유기성 폐기물에서 액상을 분리하고 건조된 고형분과; 상기 고형분의 표면 및 기공에 액상으로 함침되고 건조되는 천연고분자와; 상기 고형분의 표면의 상기 액상의 천연고분자에 분말형태로 코팅되는 천연고분자 분해 미생물과 식물용 영양성분;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 기능성 토양개량제를 제공한다.

또한, 본 발명은 유기성 폐기물을 재활용하여 제조되고 중금속 함량 및 각종 유해성분 면에서 식물 생장에 장해가 없는 다공질 탄화체 선정과정; 천연고분자와 물을 혼합하여 제조되는 천연고분자 수용액 제조과정; 상기 제조된 천연고분자 수용액에 상기 다공성 탄화체를 담가 천연고분자를 함침하는 함침과정; 상기 천연고분자로 함침된 다공성 탄화체의 표면에 분말형태의 천연고분자 분해미생물과 식물용 영양성분을 코팅하는 코팅과정; 및 상기 코팅된 다공성 탄화체를 건조하는 건조과정;으로 구성되는 것을 특징으로 하는 탄화체를 이용한 기능성 토양개량제의 제조방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 유기성 폐기물에서 액상이 분리·건조되어 제조되는 고형분 제조과정; 천연고분자와 물을 혼합하여 제조되는 천연고분자 수용액 제조과정; 상기 제조된 천연고분자 수용액에 상기 고형분을 담가 천연고분자를 함침하는 함침과정; 상기 천연고분자로 함침된 고형분의 표면에 분말형태의 천연고분자 분해미생물과 식물용 영양성분을 코팅하는 코팅과정; 및 상기 코팅된 고형분을 건조하는 건조과정;으로 구성되는 것을 특징으로 하는 탄화체를 이용한 기능성 토양개량제의 제조방법을 제공한다.

본 발명에 따른 기능성 토양개량제는 고형분 또는 다공질 탄화체를 사용함으로써, 담체 기능을 수반함과 동시에 배수성, 통기성, 보수성 등의 토양 물리성을 향상시킴으로서 유효 미생물들의 번식 및 활동을 증가시켜 식물 생육 증진 효과를 기대할 수 있다

또한, 본 발명에 따른 기능성 토양개량제는 키토산 파우더 또는 수용액을 사용하므로, 키토산의 엘리시터(elicitor) 효과를 극대화시켜 유해 병원성 균류세포를 파괴하고 증식을 최소화함으로써 병충해 예방과 염류장해 억제, 생육촉진 및 토양의 물리성을 지속적으로 개량할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 기능성 토양개량제는 유기농으로 식물을 재배하는 것을 가능하게 하기 때문에 인체에 해롭지 않고 중금속 등으로부터 자유로운 유익한 식물을 제공할 수 있다는 효과를 가진다.

또한, 본 발명에 따른 기능성 토양개량제는 비료공정규격(제2009-13호)에 적합하므로 효과적인 식물재배가 가능하다.

또한, 본 발명에 따른 기능성 토양개량제의 제조방법으로 인해 종래의 그 처리방법이 문제되었던 고형분 또는 탄화체를 재활용할 수 있으므로 환경친화적인 토양개량제의 제조가 가능하다는 장점을 가진다.

또한, 본 발명의 기능성 토양개량제로 이용할 때 토양 공극율 향상으로 인한 토양개량 효과와 토양 입단화 촉진으로 인해 뿌리 발육효과도 기대된다.

이하 본 발명의 실시예를 하기에서 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명의 실시예에서는 고형분 또는 다공질 탄화체를 사용하며 탄화체를 함침시키는 천연고분자 수용액과 식물 생육에 좋은 효과를 불러일으키는 영양성분을 예로서 설명한다.

그리고 상기의 천연고분자와 영양성분을 식물이 흡수할 수 있도록 최적의 분자량으로 분해하는 미생물을 사용한다.

이하에서는 천연 고분자와 영양성분이 코팅된 고형분 및 탄화체를 이용한 기능성 토양개량제의 제조방법을 살펴본다.

<고형분 또는 탄화체의 선정>

본 발명에서 사용되는 고형분은 음식물 쓰레기 등의 유기성 폐기물에서 액상을 분리하고 고형분만을 따로 걸러내어 환 형태로 형성한 후 건조하여 제조한다. 고형분은 별도의 탄화과정을 거칠 필요가 없고, 바로 고형분을 액상과 분리하여 건조함으로써 제조되기 때문에 제조방법이 단순하고 간단하다. 건조는 건조실에서 12시간 이하의 시간에서 건조하게 된다. 건조시간은 환의 형태와 크기 등에 따라 결정된다. 단순히 유기성 폐기물에서 액상을 분리하고 고형분만을 건조하여 사용하는 것이므로 별도의 처리가 필요 없어 음식물 쓰레기 등의 처리에 유용하다.

또한, 본 발명에서 사용되는 다공질 탄화체는 중금속 함량이 As, Cd, Hg는 흔적만 보였고 Pb 33.9mg/kg, Cu 148.3mg/kg, Ni 25.4mg/kg, Cr 36.7mg/kg, Zn 543.1mg/kg이였으며 최종 결과물은 탄화체 1 중량부당 영양성분 1-2 중량부가 첨가되므로 아래 표 2의 농촌진흥청 고시 제2009-13호의 비료공정규격에 적합한 것으로 사료된다.

또한 다공질 탄화체의 성분 분석시 원소분석에서 탄소 32.8 중량%, 산소 3.21 중량%를 함유하고 있으며 기타 질소와 수소 및 유황은 각각 6.04 중량%, 5.56 중량%, 0.38 중량%를 함유하고 있다. 공업분석에서는 함수율 1.0 중량%, 휘발분 10.6 중량%, 회분 55.5 중량%, 고정탄소 32.3 중량%를 차지하고 있는 것을 확인하였다. 그리고 탄화체의 비중은 0.33으로 나타났다.

[표 2]

중금속 함량 기준치( mg / kg )
Pb	Cu	As	Ni	Cd	Cr	Zn	Hg
150	300	50	50	5	300	900	2

본 발명에서의 고형분과 탄화체는 토양의 통기성과 배수성에 영향을 미치는 토양 공극율 향상에 큰 효과가 있는 0.3~10mm의 다양한 입자 크기를 선정하였다.

<천연고분자 용액 제조>

젤라틴, 콜라겐, 키토산, 전분 또는 꿀 등으로 형성된 천연고분자 중 어느 하나를 물에 무게비로 0.01 ~ 3.0 중량% 첨가한 후 30℃에서 24시간 교반하여 완전히 용해된 천연고분자 수용액을 제조하였다.

<천연고분자 분해효소 선정>

천연고분자 및 상기의 영양 성분을 분해 또는 발효시킬 수 있는 효소로는 중 라이조푸스 마이크로스포러스(Rhizopus microsporus var. oligosporus)를 선정하였으며 스트렙토마이시스 그리세우스(Streptomyces griseus)와 같은 방선균 또는 바실러스(Bacillus sp.)와 같은 세균 등의 근권 미생물을 이용할 수도 있다.

또한 병원성 곰팡이를 잡아먹는 천적곰팡이로써 토양전염성 병해를 유발하는 병원균을 억제하는 효과가 뛰어나는 트리코데르마균(Trichoderma) 중 병원균 억제능력이 가장 높아 길항미생물로 가장 널리 쓰이고 있는 트리코데르마 하마툼(Trichoderma hamatum)과 트리코데르마 하지아눔(Trichoderma harzianum)을 이용할 수 있다.

그리고 바실러스(Bacillus sp.)와 마찬가지로 토양세균 중 유기물 분해능력과 병원성 곰팡이 억제력이 매우 뛰어난 미생물로 슈도모나스(Pseudomonas sp .)도 이용 가능한 미생물이다. 실제로 이들 미생물의 밀도가 높은 토양은 병해억제능력이 매우 높은 편이다.

[표 3]

구분	미생물의 종류	균사생육 상태
실시예 4	라이조푸스 마이크로스포러스(Rhizopus microsporus var.oligosporus)	+++++
실시예 5	스트렙토마이시스 그리세우스(Streptomyces griseus	++
실시예 6	바실러스(Bacillus sp.)	+++
실시예 7	트리코데르마 하마툼(Trichoderma hamatum)	++
실시예 8	트리코데르마 하지아눔(Trichoderma harzianum)	+
실시예 9	슈도모나스 푸티다(Pseudomonas putida)	+++
실시예 10	슈도모나스 에어루기노사(Pseudomonas aeruginosa)	++

상기 표 3에서 식물 생장에 도움을 주는 유용 미생물들의 종류별 균사 생육 정도는 라이조푸스 마이크로스포러스(Rhizopus microsporus var. oligosporus)가 가장 우수하였다. 라이조푸스 마이크로스포러스(Rhizopus microsporus var. oligosporus)는 식물 생장 촉진효과, 병에 대한 부분적 억제 효과, 비해 또는 약해에 대한 빠른 회복유도, 뿌리 활착 유도, 토양 활성화 등의 효과가 있다.

토양미생물 중 식물 근권에 군집하면서 뿌리 활력을 돕고 작물 생육을 증진시키는 유익한 미생물들이 많이 있다. 미생물에 대하여 구체적으로 설명하면, 인산가용화 및 질소고정에 유용한 아스페르질러스(Aspergillus sp .), 균근균, 리조비움(Rhizobium sp .) 및 아조스피릴룸(Azospirillum sp.)이 있다. 또한, 호르몬 분비 및 효소분비에 유용한 아에로모나스(Aeromonas sp .) 및 아그로박테리움(Agrobacterium sp .)이 있다. 또한, 중금속불활성화 및 토양입단화에 유리한 토양 개량 미생물로는 아조포박테리아(Azotobacteria sp .) 및 리조비움(Rhizobium sp.)이 있다. 또한, 유, 무기물 분해 및 합성과 난분해성 화학물질 분해에 유용하여 물질순화에 유용한 락토바실러스(Lactobacillus sp.)와 스트렙토마이시스(Streptomyces sp.)가 있다. 상기의 미생물들을 이용하여 고형분 또는 탄화체에 코팅하여 사용할 수도 있다.

특히 작물 근권은 뿌리에서 분비하는 유기화합물의 영향으로 다양한 미생물들이 서로 경쟁과 공생관계로 살면서 작물 생육에 직간접적으로 영향을 미친다. 이들 유용미생물들의 활동은 생육을 증진시키거나 토양 병을 억제하는 등 식물 생장의 척도가 된다.

<영양 성분 선정>

다공질 구조를 가진 탄화체 입자 표면에 코팅할 다양한 성분의 원료를 선정하였으며 이들을 성분을 분석하여, 그 결과를 표 4에 나타내었다.

[표 4]

구분	영양성분	성분함량
실시예 11	제올라이트	CEC(112meq/100g), 규산(66.50 중량%), 산화알미늄(14.70 중량%), 산화철(1.68 중량%), 산화마그네슘(1.25 중량%), 산화칼슘(1.82 중량%) 산화나트륨(1.90 중량%), 산화칼륨(3.25 중량%), 산화인산(0.04 중량%), 결정수(8.04 중량%)
실시예 12	미강	유기물(79.5 중량%), N(2.3 중량%), P(4.8 중량%), K(2.4 중량%)
실시예 13	옥태말분	수분함량(13~14 중량%), 조단백(5.7 중량%), 섬유질(3.7 중량%)
실시예 14	팜박	유기물(90.53 중량%), N(2.47 중량%), P(1.55 중량%), K(0.83 중량%)
실시예 15	피마자박	질소(4 중량% min), 인(1 중량% min), 칼륨(1 중량% min), 수분(10~12 중량% max), 오일(0.7 중량% max)
실시예 16	채종박	수분(10 중량% max), 단백질(38 중량% min), 오일(1 max), Sand&silica(2.5 중량% max), 섬유소(12 중량% max)
실시예 17	난각	탄산칼슘(93.7), 탄산마그네슘(1.3), 인산칼슘(0.3)
실시예 18	패화석	칼슘(83.3 중량%), 알칼리(51.7 중량%), 후민산(1.13 중량%), N(0.28 중량%), P(0.23 중량%), K(0.17 중량%)

상기의 영양성분은 대체적으로 식물에 다음과 같은 효과가 있다고 알려져 있다.

제올라이트는 주로 흡착 기능과 양이온 교환 기능의 특성을 이용하여 활용되고 있으며 Na, K, Ca 등의 알칼리 금속 및 알칼리토금속을 함유한 알루미나(Alumina) 함유 규산염이다. 비료 성분을 충분히 흡착하여 서서히 작물에 나눠 줌으로써 비료 유실을 방지하고 높은 양이온 교환 기능으로 산성화된 토양을 중성으로 중화시킨다. 또한 보수력이 뛰어나 뿌리의 건조를 방지한다.

미강은 사전적 의미로는 현미를 도정하여 백미로 할 때 얻어지는 과피, 종피 및 호분층의 분쇄물을 말한다. 미강의 구성성분 중 단백질은 쌀의 단백질과 유사하며 탄수화물은 녹말 40 중량%, 펙토산(pectosan) 30 중량%, 기타로 구성되어 있으며 K, P, Mg 등의 회분이 많이 함유되어 있고 인산 중 80 중량%는 피틴(phytin)의 형태이다. 또한 비타민 B1과 E를 함유하고 있으며 15~21 중량%의 지질을 함유하고 있는 영양집결체이다. 그리고 감마 오리자놀, 이노시톨, 식물성 스테롤 등과 같은 다양한 생리 활성 물질을 함유하고 있다.

옥태말분은 옥수수 가루를 말하며 단백질, 당질, 섬유소 무기질 등이 골고루 함유되어 있고 비타민 E도 풍부하다.

팜박은 주로 열대 지방에서 생산되는 기름야자(oil parm) 열매의 핵에서 기름을 짜고 남은 부산물로써 원료 특성상 섬유소가 풍부하고 단백질, 지방, 회분 등이 함유되어 있다. 순식물성 고급 유기질 성분으로서 미생물의 최적 증식 환경을 제공하고 지력회복을 증진시키며 근권 환경을 개선시켜 식물 생육에 좋은 역할을 한다.

피마자박은 피마자씨에서 피마자유 기름을 추출하고 남은 부산물로 피마자박의 단백질 함량은 박피 정도에 따라 21 중량%에서 48 중량%까지 다양하다. 토양을 비옥하게 하는 효과가 있다.

채종박은 유채를 채종하여 기름을 짜고 남은 부산물로 단백질 36~39 중량%, 조섬유 11~13 중량% 함유되어 있다.

난각은 탄산칼슘 93.7 중량%, 탄산마그네슘1.3, 인산칼슘 0.3 중량%가 함유되어 있고 그밖에 미량의 유기물을 함량하고 있다.

패화석은 칼슘 83.3 중량%, 알칼리 51.7 중량%, 후민산 1.13 중량%, N 0.28 중량%, P 0.23 중량%, K 0.17 중량% 함유되어 있다.

난각과 패화석은 칼슘 부족으로 인한 식물의 생리장해 현상을 예방한다.

<기능성 토양개량제의 제조>

고형분 또는 다공질의 탄화체에 상기 천연고분자 수용액 제조 과정에서 제조된 천연고분자를 함침하는데, 함침 과정에서 고형분 및 탄화체의 기공 및 표면에 천연고분자가 충분히 침투될 수 있도록 하기 위하여 교반없이 함침할 경우에는 상온에서 6 ~ 24 시간 정도 함침하고, 교반과 동시에 함침할 경우에는 상온에서 6시간 이하로 함침한다.

그리고 상기 천연고분자 수용액에 충분히 함침된 고형분 또는 탄화체를 건져내어 천연고분자 분해 미생물과 제올라이트 외 7가지의 영양성분 중 하나 또는 그 이상을 분말형태로 상기 탄화체에 코팅한다.

상기한 바와 같이 천연고분자 분해 미생물과 영양성분이 부착된 고형분 또는 탄화체를 상온에서 건조(24 hour)하여 제조하였으며, 상기 표 4의 실시 예 11 ~ 18의 물질을 천연고분자 분해 미생물과 함께 천연고분자 수용액이 함침된 고형분 또는 탄화체에 코팅한 것을 다음 표에 나타내었다.

[표 5]

구분	공통 사항	천연고분자 수용액	분해 미생물	영양성분	비고(균사 생육상태)
실시예 19	탄화체 또는 고형분	젤라틴	라이조푸스 마이크로스포러스 스트렙토마이시스 그리세우스 바실러스속 트리코데르마 하마툼 트리코데르마 하지아눔 슈도모나스 푸티다 슈도모나스 에어루기노사 중 어느 하나	제올라이트 미강, 옥태말분 팜박, 피마자박 채종박, 패화석, 난각 중 하나 이상	++++
실시예 20		콜라겐			+++
실시예 21		키토산파우더 또는 수용액			+++++
실시예 22		전분			++

고형분 또는 탄화체 4kg에 상기와 같이 제조된 각각의 천연고분자 수용액 2L를 함침시킨 후 천연고분자 분해 미생물과 제올라이트 외 7가지의 영양성분 하나 또는 그 이상 비율이 1:1~3이 되도록 조제하여 고형분 또는 다공질 탄화체에 코팅하였다.

상기 표의 실시 예를 이용하여 발효시킨 결과 젤라틴 + 라이조푸스 마이크로스포러스, 키토산 파우더 또는 수용액 + 라이조푸스 마이크로스포러스에서 균사의 번식 및 생장이 매우 우수함을 알 수 있었다.

그 중 키토산은 식물 생장에 있어서 항균력(유해균 억제, 유익균 증식), 염류장해억제, 흡비력 향상, 토양물성 개량, 면역기능 강화, 세포합성 촉진, 식물 속 키티나제 유도 생성 촉진, 당도 및 착과 증진, 저장력 향상, 수량 증대 등 많은 효과가 있는 것으로 알려져 있다.

따라서 본 발명에서는 실시예 11 ~ 18의 영양성분을 라이조푸스 마이크로스포러스와 함께 키토산 파우더 또는 수용액이 함침된 고형분 또는 탄화체에 코팅하여 기능성 토양개량제를 제조하였다.

상기한 바와 같이 구성된 기능성 토양개량제는 고형분 또는 다공질 탄화체를 사용함으로써 담체 기능을 수반함과 동시에 배수성, 통기성, 보수성 등의 토양 물 리성을 향상시킴으로써 유효 미생물들의 번식 및 활동을 증가시켜 식물 생육 증진 효과를 기대할 수 있다.

본 발명의 기능성 토양개량제 중 키토산 파우더 또는 수용액을 사용하는 경우, 키토산의 엘리시터(elicitor) 효과를 극대화시켜 유해 병원성 균류세포를 파괴하고 증식을 최소화함으로써 병충해 예방과 염류장해 억제, 생육촉진 및 토양의 물리성을 지속적으로 개량할 수 있는 장점이 있다.

이와 같이 기능성 토양개량제는 도 3의 (가)에 나타내는 바와 같이 다공질을 가진 탄화체 표면 및 기공에 키틴 또는 키토산을 함침시켜(나), 그 외부에 천연고분자 분해 미생물층 + 영양성분층을 코팅(다)하여 제조된다. 도 1 및 도 2는 다공질 탄화체에 대한 도 3과 같은 공정을 나타낸 사진이고, 도 4는 고형분의 경우에 적용된 사진이다.

그리고 이와 같이 구성된 기능성 미생물제제 및 토양개량제는 기존의 키토산류 액체비료 등과는 달리 분자량이 수십-수백만으로 식물로의 흡수가 용이하지 않은 고분자 키토산에 분해 미생물을 함께 코팅함으로서 식물이 흡수 가능한 정도로 키토산을 분해시킨다.

도 5는 광학현미경 사진으로서, 각종 영양성분 제올라이트, 미강, 옥태말분, 팜박, 난각, 패화석 등에서 분해미생물의 균사 증식이 활발히 이루어짐으로서 상기의 영양 성분의 효과 즉 흡비력 증진, 양이온 치환능력 향상, 각종 영양분 및 미네랄 공급,미생물 최적 환경을 제공할 뿐만 아니라 유익한 미생물을 활성화시켜 작물의 뿌리발육을 촉진시키고 작물의 생육을 증진시킨다.

키토산이 표면 및 내부에 함침된 탄화체에 상기에 제시한 영양성분 외에 식물의 생장 및 뿌리발육에 유익한 퇴비 성분 및 유기질 비료 성분을 더 코팅할 수도 있다.

도 1은 다공질 탄화체의 외관 및 미세구조 단면 사진

도 2는 다공질 탄화체의 표면과 다공질 내부에 키토산을 함침시켜 분해미생물과 영양성분을 코팅한 단면사진

도 3은 본 발명의 기능성 토양개량제 제조과정을 나타내는 도면

도 4는 고형분의 제조과정에 대한 사진.

도 5는 각종 영양성분에 분해미생물 균사가 번식한 사진

Claims (11)

1. 유기성 폐기물을 재활용하여 제조되고 중금속 함량 및 각종 유해성분 면에서 식물 생장에 장해가 없는 다공질 탄화체와;

   상기 탄화체의 표면 및 기공에 액상으로 함침되고 건조되는 천연고분자와;

   상기 탄화체의 표면의 상기 액상의 천연고분자에 분말형태로 코팅되는 천연고분자 분해 미생물과 식물용 영양성분;

   을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 기능성 토양개량제.
2. 유기성 폐기물에서 액상을 분리하고 건조된 고형분과;

   상기 고형분의 표면 및 기공에 액상으로 함침되고 건조되는 천연고분자와;

   상기 고형분의 표면의 상기 액상의 천연고분자에 분말형태로 코팅되는 천연고분자 분해 미생물과 식물용 영양성분;

   을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 기능성 토양개량제.
3. 청구항 1 또는 2에 있어서,

   상기 천연고분자는 젤라틴, 콜라겐, 키토산, 전분 또는 꿀로 형성되고 물과 혼합되어 액상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 기능성 토양개량제.
4. 청구항 1 또는 2에 있어서,

   상기 천연고분자 분해미생물은 식물의 근권미생물인 라이조푸스 sp., 스트렙토마이시스 그리세우스, 바실러스 sp., 트리코데르마 하마툼, 트리코데르마 하지아눔, 슈도모나스 sp. 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 기능성 토양개량제.
5. 청구항 1 또는 2에 있어서,

   상기 식물용 영양성분은 제올라이트, 미강, 옥태말분, 팜박, 피마자박, 채종박, 난각, 폐화석 중 하나 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 기능성 토양개량제.
6. 유기성 폐기물을 재활용하여 제조되고 중금속 함량 및 각종 유해성분 면에서 식물 생장에 장해가 없는 다공질 탄화체 선정과정;

   천연고분자와 물을 혼합하여 제조되는 천연고분자 수용액 제조과정;

   상기 제조된 천연고분자 수용액에 상기 다공성 탄화체를 담가 천연고분자를 함침하는 함침과정;

   상기 천연고분자로 함침된 다공성 탄화체의 표면에 분말형태의 천연고분자 분해미생물과 식물용 영양성분을 코팅하는 코팅과정; 및

   상기 코팅된 다공성 탄화체를 건조하는 건조과정;

   으로 구성되는 것을 특징으로 하는 탄화체를 이용한 기능성 토양개량제의 제조방법.
7. 유기성 폐기물에서 액상이 분리·건조되어 제조되는 고형분 제조과정;

   천연고분자와 물을 혼합하여 제조되는 천연고분자 수용액 제조과정;

   상기 제조된 천연고분자 수용액에 상기 고형분을 담가 천연고분자를 함침하는 함침과정;

   상기 천연고분자로 함침된 고형분의 표면에 분말형태의 천연고분자 분해미생물과 식물용 영양성분을 코팅하는 코팅과정; 및

   상기 코팅된 고형분을 건조하는 건조과정;

   으로 구성되는 것을 특징으로 하는 탄화체를 이용한 기능성 토양개량제의 제조방법.
8. 청구항 6 또는 7에 있어서,

   상기 천연고분자는 젤라틴, 콜라겐, 키토산, 전분 또는 꿀로 형성되는 것을 특징으로 하는 탄화체를 이용한 기능성 토양개량제의 제조방법.
9. 청구항 6 또는 7에 있어서,

   상기 함침과정은 교반없이 함침하는 경우에는 상온에서 6~24시간 함침하고, 교반과 동시에 함침하는 경우에는 상온에서 6시간 이하로 함침하는 것을 특징으로 하는 탄화체를 이용한 기능성 토양개량제의 제조방법.
10. 청구항 6 또는 7에 있어서,

    상기 천연고분자 분해미생물은 식물의 근권미생물로 이루어지고, 상기 근권미생물은 라이조푸스 sp., 스트렙토마이시스 그리세우스, 바실러스 sp., 트리코데르마 하마툼, 트리코데르마 하지아눔, 슈도모나스 sp. 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 탄화체를 이용한 기능성 토양개량제의 제조방법.
11. 청구항 6 또는 7에 있어서,

    상기 식물용 영양성분은 제올라이트, 미강, 옥태말분, 팜박, 피마자박, 채종 박, 난각, 폐화석 중 하나 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 탄화체를 이용한 기능성 토양개량제의 제조방법.

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