KR101236145B1

KR101236145B1 - 슬러지 건조후 재활용이 가능한 녹조 제거용 천연무기응집제로부터 발생한 슬러지를 이용한 녹생토의 제조방법

Info

Publication number: KR101236145B1
Application number: KR20120020788A
Authority: KR
Inventors: 이춘석
Original assignee: 주식회사한국지씨엠
Priority date: 2012-02-29
Filing date: 2012-02-29
Publication date: 2013-02-28

Abstract

본 발명은 녹조 제거용 수처리 약품에 관한 것으로서, 상세하게는 침전된 녹조슬러지의 재부상억제 및 자연 분해 유도하여 2차 오염이 없이 녹조를 효율적으로 제거할 수 있으면서도, 발생된 슬러지를 녹생토로 재활용하여 슬러지 처리 문제를 해결한 천연광물을 주원료로 한 녹조 제거용 천연무기응집제, 이로부터 발생한 슬러지를 이용한 녹생토 및 이들의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 의한 슬러지 재활용이 가능한 녹조 제거용 천연무기응집제는 황토 5~30중량%, 폐화석 5~20중량%, 석회석 5~15중량%, 장석 5~10중량%, 흑운모 5~10중량% 게르마늄 5~30중량% 제오라이트 5~10중량% 황산반토 1~3중량%를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

슬러지 건조후 재활용이 가능한 녹조 제거용 천연무기응집제로부터 발생한 슬러지를 이용한 녹생토의 제조방법{Tree planging soil Manufacturing method using sludge from natural inorganic coagulant for green algae removal}

본 발명은 녹생토의 제조방법에 관한 것으로서, 상세하게는 침전된 녹조슬러지의 재부상억제 및 자연 분해 유도하여 2차 오염이 없이 녹조를 효율적으로 제거할 수 있으면서도, 발생된 슬러지를 녹생토로 재활용하여 슬러지 처리 문제를 해결한 천연광물을 주원료로 한 녹조 제거용 천연무기응집제를 사용하여 발생한 슬러지를 이용한 녹생토의 제조방법에 관한 것이다.

호소나 댐등에 생활하수, 축산폐수, 공장폐수, 각종 유기물의 유입으로 부영양화된 저수지에는 녹조가 발생된다. 오염된 저수지는 영양염류인 질소, 인 등이 풍부하여 수온, 햇빛등의 환경 조건이 맞아지면 과다한 번식으로 남조류등에 의한 독성 물질 배출하고 과다하게 번식된 조류는 사멸 시 퇴적되어 저질을 혐기화 시켜 2차 오염을 유발한다.

이러한 녹조를 제거하기 위해서 황산구리, 산화제등의 화학약품을 투입하는 화학적 처리방법, 초음파를 이용해 세포를 파괴하는 초음파 처리법, 오존을 통한 오존 처리법, 천적 미생물등을 이용한 미생물 처리법, 수생식물을 이용하여 원인물질인 P, N의 억제를 통해 조류의 발생을 저감시키는 방법등을 사용하였다. 하지만 상기의 방법들은 지속적 사용 시 유해성이 있거나 일시적이며 경제성 및 그 효율이 좋지 못해 널리 쓰이지 않고 있는 실정이며 화학약품을 사용하여 처리 하는 방법은 환경적으로 많은 문제점을 내포하고 있으며, 지속적으로 투입되면 2차 오염에 의해 자연 생태계가 파괴될 수 있는 위험성이 있다.

또한 생물학적 처리공정으로 미생물를 이용한 처리방법은 대용량 및 고농도 에 적용하기나 어렵고 ,수생식물을 이용한 방법은 질소와 인을 단순 흡수하는 방법으로 그 처리 효율이 낮고, 동절기에 수생식물이 얼어 죽거나 성장이 멈추면 이와 같은 처리 효과를 기대할 수 없는 문제점이 있다. 이에 녹조를 효율적으로 제거할 수 있는 새로운 녹조 제거 방법이 필요하게 되었다.

한편 최근에는 수처리 과정에서 발생한 슬러지의 처리문제가 대두되고 있다. 수처리 과정에서 발생한 슬러지는 수중에 그대로 방치 시에는 시간이 지나며 분해되면서 용존산소를 고갈시키고 바닥에서 부패가 진행되어 부영양화가 악화되며, 이러한 슬러지를 녹생토, 퇴비등 이용 시에는 악취 및 미 분해된 유기물의 함량으로 인하여 생육식물의 뿌리를 썩게 하며, 또한 병원성 미생물의 다량증식으로 2차 오염의 원인이 될 수 있다.

그러나, 이와 같은 슬러지의 처리와 처분에는 많은 비용이 들게 되며, 최근에는 이의 처분방법에 대한 규제의 강화로 새로운 처리 및 처분을 위한 기술이 필요하게 되었다.

본 발명의 상기된 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명은 침전된 녹조슬러지의 재부상억제 및 자연 분해 유도하여 2차 오염이 없이 녹조를 효율적으로 제거할 수 있으면서도, 발생된 슬러지를 녹생토로 재활용하여 슬러지 처리 문제를 해결한 천연광물을 주원료로 한 녹조 제거용 천연무기응집제를 사용하여 발생한 슬러지를 이용한 녹생토의 제조방법을 제공함을 그 목적으로 한다.

본 발명에 의한 녹생토 제조방법은,
20-60℃에서 황토를 건조시키는 황토가공단계, 폐화석을 염분 제거를 위해 세척후 5-10일 자연건조한 후 파쇄 및 밀링하여 얻은 분말을 600℃에서 소성 가공하는 폐화석가공단계, 석회석을 파쇄 및 밀링하여 얻은 분말을 1200℃에서 소성 가공하는 석회석가공단계, 장석을 파쇄 및 밀링하여 얻은 분말을 600℃에서 소성 가공하는 장석가공단계, 흑운모를 파쇄 및 밀링하여 얻은 분말을 600℃에서 소성 가공하는 흑운모가공단계, 게르마늄을 파쇄 및 밀링하여 얻은 분말을 600℃에서 소성 가공하는 게르마늄가공단계, 제오라이트를 파쇄 및 밀링하여 얻은 분말을 400℃에서 소성 가공하는 제오라이트가공단계, 황산반토를 파쇄 및 밀링하여 얻은 분말을 600℃에서 소성 가공하는 황산반토가공단계, 및 상기 황토가공단계에서 얻은 황토 5~30중량%, 상기 폐화석가공단계에서 얻은 폐화석 5~20중량%, 상기 석회석가공단계에서 얻은 석회석 5~15중량%, 상기 장석가공단계에서 얻은 장석 5~10중량%, 상기 흑운모가공단계에서 얻은 흑운모 5~10중량%, 상기 게르마늄가공단계에서 얻은 게르마늄 5~30중량%, 상기 제오라이트가공단계에서 얻은 제오라이트 5~10중량%, 상기 황산반토가공단계에서 얻은 황산반토 1~3중량%를 혼합하는 혼합단계를 포함하는 천연무기응집제 제조단계;
상기 천연무기응집제 제조단계에서 제조된 황토 5~30중량%, 폐화석 5~20중량%, 석회석 5~15중량%, 장석 5~10중량%, 흑운모 5~10중량%, 게르마늄 5~30중량%, 제오라이트 5~10중량%, 황산반토 1~3중량%를 포함하는 천연무기응집제를 오염된 물에 투여하는 단계;
상기 천연무기응집제가 오염된 물을 정화하는 과정에서 발생한 슬러지를 채취하는 단계; 및
상기 슬러지를 건조만을 시켜서 녹생토를 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

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본 발명은 침전된 녹조슬러지의 재부상억제 및 자연 분해 유도하여 2차 오염이 없이 녹조를 효율적으로 제거할 수 있으면서도, 발생된 슬러지를 녹생토로 재활용하여 슬러지 처리 문제를 해결하였다.

본 발명에 의한 녹조 제거용 천연무기응집제는 천연광물을 주원료로 한 천연복합무기소재로서, 종래의 화학약품은 응집제와 응집보조제의 2가지를 사용하여 수처리하였으나, 본 발명에 의한 천연무기응집제는 응집과 흡착의 동시 기작으로 하나의 약품으로 수처리 작업을 진행할 수 있다.

본 발명에 의한 녹조 제거용 천연무기응집제에 의해 발생한 슬러지는 슬러지 함수율이 약70%로 낮고, 천연무기응집제를 구성하는 성분들의 다공성으로 통기성도 확보하였으며, 아울러 탈취, 살균, pH조절능도 구비하여 슬러지를 녹생토로의 재활용에 용이하게 한다.

도 1은 실험실 자 테스트 실험결과,
도 2는 세미-파이로트 테스트 실험결과,
도 3은 시간 및 온도에 따른 혐기성 미생물의 변화를 보여주는 그래프,
도 4는 최초 시점(a)과 14일 후(b)의 혐기성 미생물의 변화를 보여주는 사진,
도 5는 시간 및 온도에 따른 호기성 미생물의 변화를 보여주는 그래프,
도 6은 최초 시점(a)과 14일 후(b)의 호기성 미생물의 변화를 보여주는 사진이다.

본 발명에 의한 슬러지 재활용이 가능한 녹조 제거용 천연무기응집제는 황토 5~30중량%, 폐화석 5~20중량%, 석회석 5~15중량%, 장석 5~10중량%, 흑운모 5~10중량% 게르마늄 5~30중량% 제오라이트 5~10중량% 황산반토 1~3중량%를 포함한다.

이하 각 성분별로 설명한다.

황토는 여러종의 미생물 담체역할을 해주어, 본 발명에 의한 녹조제거용 천연무기응집제에 의해 녹조가 응집 침전된 후 미생물에 의한 슬러지속의 유기물 분해를 돕는 역할을 한다. 황토는 5~30중량%를 사용하는데, 황토가 5중량% 미만이면 녹조제거효과가 거의 없으며, 황토가 30중량%를 초과하면 다른 성분들의 함량이 줄어들어서 본 발명에 의한 녹조제거용 천연무기응집제가 제 기능을 발휘할 수 없다는 문제가 있다.

폐화석은 녹조 및 오염물질과 함께 슬러지화 되어 슬러지를 녹생토로 재활용시에 녹생토로 사용하기에 부족한 칼슘성분을 보충하며 소성 가공한 폐각은 소성전의 폐각보다 비결정형태의 불규칙한 동공을 가지게 된다. 소성 전에는 조직이 겹겹이 쌓여 비교적 매끄러운 반면 소성 후 겉 표면이 열로 인한 팽창으로 갈라져 흡착력을 높여 준다. 폐화석은 5~20중량% 사용하는데, 폐화석이 5중량% 미만이면 녹생토의 칼슘 성분이 적어지는 문제가 있고, 폐화석이 20중량% 초과하면 물을 알카리화시키는 문제가 있다.

소성가공한 석회석은 산화칼슘으로 pH를 조절하며 살균력을 가진다. 아래의 제조방법에서 자세히 설명하겠지만, 본 발명에서 사용되는 석회석은 1200℃에서 소성과정을 거쳐서 제조되고, 이로 인하여 화학식(1)과 같이 CaCO₃를 CaO+CO₂ 로 분리된다.

CaCO₃→ CaO+CO₂--------- 화학식 (1)

이 과정에서 발생한 산화칼슘에 결합된 산소이온이 물속에 투입됨과 동시에 산소원자가 해리되고 해리된 산소원자는 물속에 존재하는 녹조 및 미생물의 세포를 산화시켜 파괴함으로 살조 및 살균작용을 발휘하게 된다. 또한 해리된 산소원자중 일부는 화학식(2)와 같이 물속의 수소이온 (H⁺)과 결합하여 OH라티칼을 형성해 살조 및 살균효과를 높여준다.

CaO + H₂O → Ca²⁺+ 2OH^------------ 화학식 (2)

또한 산소가 해리된 칼슘은 녹조 유발 원인물질인 인(P)과 화학식(3)과 같이 반응하여 불용해성 화합물[(Ca₅(OH)(PO₄)₃]로 되어 녹조의 발생을 억제 및 지연시키는 효과가 있다.

5Ca²⁺ + 2OH^- + 3HPO₄→ Ca₅(OH)(PO₄)3+ 3H₂O ----- 화학식 (3)

본 발명에서의 석회석은 5~15중량%를 포함하는 것이 바람직하다. 여기서 석회석이 15중량%를 초과하면 강알카리화되고 슬러지를 굳게 만들어서 녹생토로 재활용할 수 없게 되고, 석회석이 5중량% 미만으로 투여되면 녹조 제거 효과 및 살균력이 저하되는 문제가 있다.

칼륨장석은 조암광물의 일종으로 K성분이 높은 알칼리 장석으로 침전된 슬러지의 산성화 중화시켜주며 식물생육에 필요한 필수 원소인 K, Na를 다량함유하고 있다. 또한 소성, 분쇄를 통해 이온교환능의 활성도가 높아져 이온과의 흡착능이 뛰어나다. 5중량% 미만시 K, Na의 성분의 함량비가 떨어져 필수원소가 부족할 수 있고 10중량%이상 투입 시 다른 소재의 함량이 떨어져 효능이 현저히 떨어진다.

흑운모는 단사정계(單斜晶系)에 속하는 광물이다. 판상 또는 인상(鱗狀)을 이루며 흔히 육각형 또는 능면체를 나타내며 Al₂O₃성분비가 높아 이온교환능이 뛰어나며 비중이 2.5~3으로 본 소재중 가장 비중이 높아 응집, 흡착 후 플록 형성 시 침강을 빠르게 가질 수 있다. 본 발명에서는 5-10중량%를 사용한다. 흑운모가 5중량% 미만이면 침강성 및 이온교환능이 떨어지며, 10중량%를 초과하면 다른 제제의 함량 부족으로 녹조제거 및 슬러지를 녹생토로 재활용하는데 문제가 있다.

게르마늄은 푸른빛이 도는 회백색의 금속 원소로서, 원적외선 방사량이 뛰어나다 원적외선은 적외선 중 파장이 긴 것으로 침투력이 강하여 녹조를 제거 하며 녹생토 부숙 시 부숙의 효과를 높여준다. 본 발명에서는 5-30중량% 사용한다. 게르마늄이 5중량% 미만이면 원적외선 발생량이 저하되고, 30중량%를 초과하면 다른 제제의 함량 부족으로 녹조제거 및 슬러지를 녹생토로 재활용하는데 문제가 있다.

제올라이트는 공극이 많으며 CEC(양이온 치환용량)가 뛰어나 조류제어 및 냄새, 미립물질이나 독성물질의 제거하는 기능이 있으며 미립물질을 분리 시키는 분자체 기능을 한다. 제올라이트는 5-10중량%사용하는 것이 바람직하다. 제올라이트가 5중량% 미만 시 그 효과가 떨어지며 10중량% 초과하면 다른 제제의 함량 부족으로 녹조제거 및 슬러지를 녹생토로 재활용하는데 문제가 있다.

황산반토는 수중의 알칼리분과 반응하여 수산 알루미늄이 되고, 이것이 응집 작용을 하기 때문에 본 발명에서는 응집제로서 사용한다. 본 발명에서는 황산 반토는 산성으로 pH조절 및 다른 제제와 흡착된 녹조 및 오염물질의 응집력을 높여 주기 위하여 사용된다. 본 발명에서의 황산반토는 1~3중량% 사용하는 것이 바람직한데, 황산반토가 1중량% 미만이면 녹조 및 부유물질의 응집력이 적어져서 녹조제거 효율이 저하되는 문제가 있고, 황산반토가 3중량% 초과하면 응집효율은 높아지나 다른 제제의 함량 부족으로 녹조제거 및 슬러지를 녹생토로 재활용하는데 문제가 있다.

다음으로 본 발명에 의한 녹조제거용 천연무기응집제의 녹조 제거 기작에 대하여 설명한다.

본 발명에 의한 천연무기응집제의 녹조 제거 기작은 흡착, 응집 및 침전, 분해로 설명할 수 있다.

본 발명에 의한 천연무기응집제는 CaO, Al₂O₃, MgO, K₂O, Fe₂O₃, SiO₂,TiO₂, MnO₄등의 조합 광물인데, 각각의 광물에 결합되어 있던 산소(O)가 해리되어 K²⁺, Mg²⁺등 양이온화 된 광물질 성분이 질소(N), 인(P)등의 무기염류 및 녹조와 결합을 이루면서 흡착하게 된다.

또한 녹조와 흡착된 알루미늄이온은 녹조의 세포벽을 파괴하여 녹조를 사멸 시킨다.

제거원리로는 녹조유발 물질 중 가장 큰 요인인 인은 본 소재의 성분 중 Al, Fe, Ca등과 결합하여 제거된다. 그 식은 하기와 같다.

1) Al과의 결합식

Al²++ PO43-→ AlPO4

2) Fe와의 결합식

Fe2O3 + 2H3PO4 -> FePO4+ 3H2O

3) Ca와의 결합식

5Ca²⁺ + 2OH^- + 3HPO₄→ Ca₅(OH)(PO₄)3+ 3H₂O

비중이 높은 광물질과 결합된 영양염류와 녹조류들은 높아진 비중에 의해 중력 침강된다. 침전된 유기물은 본 발명에 의한 천연무기응집제의 강한 응집력 때문에 장시간 퇴적층에 고정을 하여 녹조를 제거하고 동시에 영양염류, 특히 인의 용출을 차단하여 고정하기 때문에 녹조를 억제한다.

혐기미생물에 의한 유기물의 분해는 잉여질소와 인 등이 발생하여 수질을 악화시키지만, 산소를 다량 함유하고 있는 본 발명에 의한 천연무기응집제의 퇴적물은 호기성 미생물을 활성화시키며, 호기상태에서 분해되는 유기물은 잉여 질소나 인 등이 발생하지 않아 2차오염(악취 등)과 녹조의 재발생을 억제한다.

한편 본 발명에 의한 천연무기응집제의 특징과 작용원리에 대하여 자세히 설명한다.

본 발명에 의한 녹조제거용 천연무기응집제는 장석계열의 천연 광물을 주제로 일부의 전기석들과 천연의 희토류광물을 특정의 화학적 성질을 갖도록 조합하고 수분과 접촉하면 이온화 반응이 일어나도록 천연의 물질을 주원료로 구성하여 탄소(C), 수소(H), 질소(N), 황(S), 인(P)등을 잉여원소와 결합하게 한다.

즉, 본 발명에 의한 천연무기응집제는 수중의 유기물들과 빠르게 결합하는 친화성 분자로 비중이 높은 원소인 Al2O3, FeO, CaO, MgO, K2O, TiO2등을 포함하고 있으며, 물리적 흡착, 원적외선 및 OH 라디칼 등을 이용하는 기능을 갖추고 있다. 구체적으로 이용하는 주된 화학성분은 규산(SiO₂), 알루미나(Al₂O₃)들이며, 규산의 Si⁴⁺와 알루미나의 Al³⁺는 상호친화성이 강하여 동형치환(isomoprphous- replacement)에 의한 알루미노-실리케이트(alumino-silicates) 고용체를 이루는 과정에서 정출이 정지됨으로서 Si⁴⁺와 Al³⁺의 원자가전자 불균형에 의해 O^-2 즉 과잉된 음이온들이 제자리를 차지 못하고 광물질 표면에 대전되거나 외부로 음이온이 계속 밀려나오게 되며, 이때 표면전자나 외부로 밀려나와 방출된 전자는 자유전자(free electron)형태이며 e^-를 나타나게 된 것이다.

따라서 광물질 내부는 전기적으로 중성을 유지하지만 표면은 음전하층을 형성하는가 하면 외부로 자유전자를 끊임없이 방출하여 물이나 공기 중에 섞여 있는 양(+)이온이나 양이온성 원자단을 표면으로 끌어들여 흡착하고 이온교환(ion exchange)기능을 유지하게 되며,

이온교환의 형태는 복분해(double decom position), 중성효과(neutral salt effect), 중화반응(neutralization)을 나타내게 되는데, 이는 광물질에서 발생되는 표면전자나 잉여자유전자가 주변 양이온성 물질, 양이온과 반응하여 일으키는 것으로 알려지고 있으며, 이에 따라서 물속에 녹아있는 암모늄이온(NH₄ ⁺) 즉 알루미늄 원자단을 중화반응에 의해 중화분해하고, 양이온으로 대전된 혐기성세균, 조류등과 작용, 발생 억제하며, 수질의 중성염효과(중성수화)에 의해 pH 조절 등의 기능을 갖게 된다.

이러한 기능을 이용하면 정수용도의 수질개선제로 활용이 가능하고 더 나아가 녹조의 발생을 억제하거나 분해하는 효과가 있으며, 특히 물속에 녹아있는 양이온상태의 암모늄이온류를 흡착하거나 중화 분해시키는 능력이 여타물질에 비하여 뛰어나므로 효과적으로 수질을 개선해주는 특징을 갖는다.

일반적으로 수질오염이란 물의 산성화, 산소의 과부족, 수중의 수소이온농도 상승, 박테리아의 과다 성장, 태양광을 이용 하는 조류의 빠른 성장, 다량의 질소 함유량(암모니아), 또한 플랑크톤의 빠른 번식을 포함하게 된다.

유기 물질이 물속에 인위적이든 자연적이든 들어가게 되면 미생물에 의해 분해되게 되고 그 과정에서 미생물은 물속의 산소를 소모시키게 되고 미생물의 과도한 번식으로 산소가 부족하여지면 메탄, 황화수소 등의 가스를 발생시켜 역겨운 악취를 피우는 산소의 과부족 현상으로 나타난다.

본 발명에 의한 녹조 제거용 천연무기응집제는 물속 즉, 수중 부유 상태의 유기물 및 녹조를 신속하게 응집하여 빠르게 침강시키는 한편 침강 후에도 자신의 주변에 응집된 유기물을 분해하는데 필요한 용존산소를 지속적으로 발생시킴으로써 호기성 미생물의 산화환원을 조장하고 수질을 개선시킨다.

다음으로 본 발명에 의한 녹조제거용 천연무기응집제의 제조방법에 대하여 설명한다.

본 발명에 의한 천연무기응집제는 각각의 구성성분들을 개별적으로 가공한 후에, 이들 성분들은 상기된 조성비율에 의해 혼합하는 것을 특징으로 한다.

개개의 구성성분들의 가공단계에 대하여 설명한다.

황토는 20-60℃로 건조하며 이는 황토의 미생물이 다량 증식하기 때문에 유익 미생물이 죽지 않고 담체 역할을 하게 하기 위하여 건조온도를 조절하는 것이다.

석회석은 파쇄 및 밀링하여 얻은 분말을 1,200℃로 소성 가공하며, 이는 주성분인 CaCO₃를 CaO+CO₂ 로 분리하여 산화칼슘으로 만들기 위함이며, 여기서 중요한 점은 소성온도가 1,200℃에 도달하지 못하면 화학식 (1)의 반응이 일어나지 않아서 본 발명이 의도하는 소정의 목적을 달성할 수 없게 된다는 점이다.

폐화석은 염분을 제거하기위해 세척 후 5~10일간 자연건조 후, 파쇄 및 밀링하여 얻은 분말을 1,200℃로 소성가공하여 불순물을 제거한다.

칼륨장석은 파쇄 및 밀링하여 얻은 분말을 600℃로 소성하여 불순물 제거하되, 600℃ 미만에서 소성하면 천연무기응집제의 다층 다공 기능이 현저히 떨어지며 600℃ 이상 소성 시에는 유리질화 되어 그 기능이 현저히 떨어진다.

흑운모 및 게르마늄은 파쇄 및 밀링하여 얻은 분말을 600도로 소성하며, 이 온도에서 소성해야 이온성분들의 활성화 및 원적외선 방사율이 현저히 높아진다.

제오라이트는 각각 파쇄 및 밀링하여 얻은 분말을 400도로 소성 가공한다.

400도 이상 소성 시 특유의 다공 구조가 무너져 제 기능을 하지 못한다.

다음으로 상기에 기술된 가공공정을 통하여 얻은 황토 5~30중량%, 폐화석 5~20중량%, 석회석 5~15중량%, 장석 5~10중량%, 흑운모 5~10중량% 게르마늄 5~30중량% 제오라이트 5~10중량% 황산반토 1~3중량%를 혼합하여 본 발명에 의한 녹조제거용 천연무기응집제를 제조한다.

한편 본 발명에 의한 녹조제거용 천연무기응집제는 슬러지를 녹생토로 재활용할 수 있다. 일반적으로 식물생장에 중용한 녹생토의 조성물에서 슬러지의 부숙시 발생하는 산성화의 중화와 통기성이 중요하다. 본 발명에 의한 천연무기응집제는 규소, 알루미늄등의 광물질로 이루어져 산성물질을 중화하는 역할을 하고 입자 단위 무게당 표면적이 휠씬 넓어 수분 및 양분의 보유력이 강하여 녹생토 조성물 제조시 함수율을 조절할 수 있고, 통기성을 확보할 수 있어, 슬러지를 녹생토로 재활용할 수 있다.

즉, 본 발명에 의한 녹조제거용 천연무기응집제로 침전된 슬러지는 기존 화학약품으로 침전된 슬러지와는 다른 형상을 보인다. 화학약품으로 침전된 슬러지는 탈수시 탈수기의 여과포에 폐쇄현상을 유발하여 탈수효율이 떨어져 부숙시 부형제(톱밥등)의 투입 비율을 높이며 악취, 병원성 미생물이 다량 증식되어 녹생토로의 활용이 어려우나, 본 발명에 의한 천연무기응집제로 처리한 슬러지는 천연무기응집제를 구성하는 각 성분들의 다공성을 통해 탈수 효율이 높음으로 부숙시 부형제의 양을 줄일 수 있으며 탈취 기능 및 살균 기능으로 악취, 병원성미생물에 대한 문제 해결과 천연광물질이 주원료로 식물생육 필수 영양소중 다량요소인 칼륨과 인산, 칼슘, 마그네슘, 미량요소인 철등과 기능성분이 다량 함유되어 있을 뿐 아니라, 투입하여 제거된 녹조의 잔해물인 유기물과 녹조에 포함되어 여러 가지 기능성분으로 인해 식물재배용 상토원료 또는 녹생토로서의 가치를 높일 수 있다.

본 발명에 의한 녹조 제거용 천연무기응집제로부터 발생한 슬러지를 이용한 녹생토의 제조방법은 상기된 녹조제거용 천연무기응집제를 오염된 물에 투여하는 단계; 천연무기응집제가 오염된 물을 정화하는 과정에서 발생한 슬러지를 수집하는 단계; 및 슬러지를 탈수시킨 후에 건조시키는 단계를 함한다.

여기서, 침전된 슬러지의 수집은 다양한 방법으로 실시될 수 있으며, 예를들어, 펌프 준설, 육상 준설등 현장상황에 맞추어 준설한다. 슬러지를 탈수시킨 후에 자연 건조시키는 단계에서는 녹생토로 사용할 수 있을 정도로 건조단계를 진행하면 된다.

상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의한 천연무기응집제는 침전된 녹조슬러지의 재부상억제 및 자연 분해 유도하여 2차 오염이 없이 녹조를 효율적으로 제거할 수 있으면서도, 발생된 슬러지를 녹생토로 재활용하여 슬러지 처리 문제를 해결하였다.

본 발명에 의한 천연무기응집제의 특징에 대하여 정리하면 아래와 같다.

1) 빠른 침강성

수중에 부유하거나 떠오르게 될 부유물과 급속한 결합을 하여 떠올랐던 부유물을 빠르게 물밑으로 갖고 내려가므로 물을 맑게 유지하는 기능을 갖고 있다.

2) 안정화

자기정화기능을 갖는 다공질의 천연광물질로 호기성 미생물의 서식환경을 제공하여 먹이물질인 유기물과 분해미생물을 빠르게 안정화 시키고, 바닥에 침강되어있는 영양 물질인 유기물과 화학적으로 반응하여 호기성 미생물들의 활성을 도모하고 안정화시켜 수질을 빠르게 정화해 준다.

3) 유익 미생물균을 활성화

자기 정화 기능은 물론 OH와 만나 O2를 만들어 내는 잉여 구조로 되어져 미생물들이 생태계가 형성이 될 때까지 지속 공급 하게 된다. 또한 Fe 분자가 남아있어 물속의 유기물과 반응하여 미생물의 먹이 환경을 만들어주게 된다.

4) 슬러지의 재활용

천연광물질로 이루어진 본 발명에 의한 녹조제거용 천연무기응집제를 사용함으로 인하여, 녹조를 제거한뒤 발생한 슬러지는 식물영양소중 다량요소인 칼륨과 인산, 칼슘, 마그네슘, 미량요소인 철등 식물에 필요한 필수영양소 및 기능성분이 다량 함유되어 있을 뿐 아니라, 녹조의 잔해물인 유기물과 녹조에 포함된 여러 가지 기능성분으로 인해 식물재배용 상토원료 또는 녹생토로서 사용될 수 있다.

이하 구체적인 실시예를 근거로 본 발명에 대하여 설명한다.

실시예1. 실험실 자 테스트(jar test)

호소수 2L를 샘플링하여, 본 발명에 의한 천연무기응집제(100mg/L)(황토 25중량%, 폐화석 20중량%, 석회석 15중량%, 흑운모 10 중량%, 게르마늄 20중량%, 제오라이트 8중량%, 황산반토 2중량%, 이하 동일)를 넣어 10분간 교반한다, 실험결과는 아래 표 1 및 도 1과 같다

하천수에 천연무기응집제을 첨가한 후 48시간수질 변화데이터

	TN (mg/L)	TP (mg/L)	CODcr	녹조 (μg/L)
원수	6.7	0.45	64	366.82
2h	1.36	0.37	48	18.96
4h	1.18	0.15	40	16.63
24h	1.08	0.13	28	15.25
48h	0.89	0.10	25	9.56

시험실 자 테스트로 본 발명에 의한 천연무기응집제는 TN, TP, COD등 종합 제거 효과가 좋아 녹조의 원인물질인 영영염들을 제거는 물론, 녹조는 97.36중량%의 제거율로 우수한 결과를 나타냈다.

실시예2. 세미-파이로트 테스트(semi-pilot test) 중간시험

호소수 250L를 유리조에 샘플링하여, 천연무기응집제(100mg/L)를 10분간 교반한다. 실험결과는 아래 표 2 및 도 2와 같다.

시험원수 및 투입후 2일 수질변화데이터

	BOD5	TN (mg/L)	TP (mg/L)	CODcr	녹조 (μg/L)	SS
원수	9.5	14.3	1.795	78.05	72.3	28.5
2h	5.4	8.7	0.56	52.6	38.7	12.0
4h	4.8	8.4	0.43	69.0	31.2	8.0
24h	3.7	7.2	0.39	50.8	15.5	6.7
48h	3.1	7.3	0.21	25.4	10.6	4.3

유리조 시험에서 여러 가지 제거효과 데이터를 봤을 때 실험실 자 테스트보다는 제거 효율이 낮지만, 탁월한 효과를 나타냈다.

실시예3. 골프장 호소시험

골프장 인공 저수지 500L에 천연무기응집제 (100mg/L)를 10분간 투입 후 10분 교반 고액분리한다. 실험결과는 아래 표3과 같다.

골스장 호소 시험결과

시험항목	단위	원수	처리수	시험방법
DO	mg/l	0.7	7.0	수질오염공정시험법
COD	mg/l	60.2	19.4	수질오염공정시험법
BOD5	mg/l	63.5	12.4	수질오염공정시험법
T-N	mg/l	5.18	1.95	수질오염공정시험법
T-P	mg/l	0.09	0.06	수질오염공정시험법
Chloropyll-a	mg/m3	356.07	24.87	수질오염공정시험법

골프장 인공 저수지의 경우,모든 결과에서 탁월한 효능을 나타내었다.

실시예4. 마을하천 현장 테스트

마을하천 (신기천)에 현장 파이로트에서 천연무기응집제 (30kg/1일, 20시간/일)을 처리하여 운전하였다. 실험결과는 아래 표 4와 같다.

하천수 실험결과

시험항목	단위	유입수	폭기조	P1	P2	유출수	시험방법
DO	mg/l	1.0	-	-	-	7.0	수질오염공정시험법
COD	mg/l	59	-	-	-	14	수질오염공정시험법
BOD5	mg/l	231	57	49	47	33	수질오염공정시험법
T-N	mg/l	123	-	-	-	41	수질오염공정시험법
T-P	mg/l	37	-	-	-	6.8	수질오염공정시험법
Chloropyll-a	mg/m3	278	-	-	-	23.5	수질오염공정시험법

1일 500톤의 하천수를 처리한 현장 결과에서도 유입수와 비교하였을 때, 우수한 결과를 나타냈다.

실시 예 5. 천연무기응집제 탈취 실험

1) 실험 방법 : KFIA-Fl-1004

2) 실험 가스 : 암모니아

- 실험결과

-시험항목	-경과시간(분)	-Blank 농도(ppm)	-시료 농도(ppm)	-탈취율(%)
-탈취 실험	-초기	-500	-500	-
	-30	-490	-65	-87
	-60	-480	-45	-91
	-90	-460	-30	-93
	-120	-450	-25	-94

실시예 6.천연무기응집제 항균 실험

1) 실험 방법 : KFIA-Fl-1002

2) 실험 가스 : Escherichia coli ATCC 25922, Pseudomonas aeruginasa ATCC 15442

-실험결과

-시험항목	-경과시간(분)	-초기 농도	-24시간 후 농도	-정균 감소율(%)
-대장균에 의한 -항균 실험	-Blank	-3.0 X 10³	-8.8 X 10³	-
-대장균에 의한 -항균 실험	-탈취제	-3.0 X 10³	-<1.0 X 10³	-99.9
-녹농균에 의한 -항균 실험	-Blank	-20 X 10³	-6.2 X 10³	-
-녹농균에 의한 -항균 실험	-탈취제	-20 X 10³	-< 1.0 X 10³	-99.9

실시 예 7. 천연무기응집제 음이온 방출 시험

1) 시험방법 : KFIA Fl-1042

2) 시료량 : 10g

3) 전하입자 측정 장치를 이용하여 실내온도 20도, 습도 28% 대기중 음이온수 104/cc 조건에서 시험하였으며 측정대상물에서 방출되는 음이온을 측정하여 단위체적당 ICN수로 표시한 결과임.

시료명	음이온(ION/CC)
천연무기응집제	910

실시 예 8. 천연무기응집제 처리 후 슬러지의 혐기성 미생물상의 변화

골프장 인공 저수지에서 10L의 물을 채취하여 그대로 방치한 경우(대조구)와 상기 물에 본 발명에 의한 천연무기응집제 100ppm의 농도로 투입한 경우(실시예8)에 대하여 시간 및 온도에 따른 혐기성 미생물의 변화를 살펴본 결과는 도 3에 도시되어 있으며, 아울러 실시예8에서의 최초 시점(a)과 14일 후(b)의 혐기성 미생물의 변화를 사진으로 촬영한 것을 도 4에 기재하였다.

실시 예 9. 천연무기응집제 처리 후 슬러지의 호기성 미생물상의 변화

골프장 인공 저수지에서 10L의 물을 채취하여 그대로 방치한 경우(대조구)와 상기 물에 본 발명에 의한 천연무기응집제 100ppm의 농도로 투입한 경우(실시예8)에 대하여 시간 및 온도에 따른 호기성 미생물의 변화를 살펴본 결과는 도 5에 도시되어 있으며, 아울러 실시예9에서의 최초 시점(a)과 14일 후(b)의 호기성 미생물의 변화를 사진으로 촬영한 것을 도 6에 기재하였다.

상기된 도 3 내지 도 6에서 보는 바와 같이, 실시예 8과 9에서는 혐기성 미생물은 급격히 감소하고 호기성 미생물은 증가하는 것을 볼 수 있다.

Claims

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20-60℃에서 황토를 건조시키는 황토가공단계, 폐화석을 염분 제거를 위해 세척후 5-10일 자연건조한 후 파쇄 및 밀링하여 얻은 분말을 600℃에서 소성 가공하는 폐화석가공단계, 석회석을 파쇄 및 밀링하여 얻은 분말을 1200℃에서 소성 가공하는 석회석가공단계, 장석을 파쇄 및 밀링하여 얻은 분말을 600℃에서 소성 가공하는 장석가공단계, 흑운모를 파쇄 및 밀링하여 얻은 분말을 600℃에서 소성 가공하는 흑운모가공단계, 게르마늄을 파쇄 및 밀링하여 얻은 분말을 600℃에서 소성 가공하는 게르마늄가공단계, 제오라이트를 파쇄 및 밀링하여 얻은 분말을 400℃에서 소성 가공하는 제오라이트가공단계, 황산반토를 파쇄 및 밀링하여 얻은 분말을 600℃에서 소성 가공하는 황산반토가공단계, 및 상기 황토가공단계에서 얻은 황토 5~30중량%, 상기 폐화석가공단계에서 얻은 폐화석 5~20중량%, 상기 석회석가공단계에서 얻은 석회석 5~15중량%, 상기 장석가공단계에서 얻은 장석 5~10중량%, 상기 흑운모가공단계에서 얻은 흑운모 5~10중량%, 상기 게르마늄가공단계에서 얻은 게르마늄 5~30중량%, 상기 제오라이트가공단계에서 얻은 제오라이트 5~10중량%, 상기 황산반토가공단계에서 얻은 황산반토 1~3중량%를 혼합하는 혼합단계를 포함하는 천연무기응집제 제조단계;
상기 천연무기응집제 제조단계에서 제조된 황토 5~30중량%, 폐화석 5~20중량%, 석회석 5~15중량%, 장석 5~10중량%, 흑운모 5~10중량%, 게르마늄 5~30중량%, 제오라이트 5~10중량%, 황산반토 1~3중량%를 포함하는 천연무기응집제를 오염된 물에 투여하는 단계;
상기 천연무기응집제가 오염된 물을 정화하는 과정에서 발생한 슬러지를 채취하는 단계; 및
상기 슬러지를 건조만을 시켜서 녹생토를 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 녹생토의 제조방법.