KR101373323B1 - 다기능성 토양 오염물질 제거용 영양 크리너 조성물 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 발효 유기물 분말, 질소 함유 비료 분말, 인 함유 비료 분말, 칼륨 함유 비료 분말, 양이온 중화제, 식물의 생장에 필요한 미량 원소 함유 물질, 계면활성제, 음이온 중화제, 식물 생장 조절제 및 산도 교정 물질을 포함하는 고상 형태의 토양 오염물질 제거용 영양 크리너 조성물을 제공한다. 본 발명에 따른 토양 오염물질 제거용 영양 크리너 조성물은 특정 유기물 원료를 발효시켜 제조한 발효 유기물 분말을 포함하고 있어서, 친환경적이고, 토양 내에 과다 축적된 제설제의 중화, 공해에 오염된 식물체의 세척, 엽면시비, 식물에 필요한 영양분의 공급, 산도 교정 효과가 우수할 뿐만 아니라 토양의 물리화학적 성질을 변경하여 식물의 생장에 유리하도록 토양을 개량할 수 있는 효과 또한 뛰어나다. 나아가, 본 발명에 따른 토양 오염물질 제거용 영양 크리너 조성물은 고상 형태이므로 종래의 액상 식물 및 토양 세척제에 비해 보관 및 수송시 차지하는 공간이 작고 수송시 소요되는 에너지의 양이 감소하는 장점이 있다.
Description
본 발명은 토양 오염물질 제거용 영양 크리너 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 토양 내에 과다 축적된 제설제의 중화, 공해에 오염된 식물체의 세척, 엽면시비, 식물에 필요한 영양분의 공급, 산도 교정 효과뿐만 토양의 물리화학적 성질을 변경하여 식물의 생장에 유리하도록 토양을 개량할 수 있는 환경친화적 토양 오염물질 제거용 영양 크리너 조성물 및 이의 제조방법을 제공하는데에 있다.
산업혁명 이후 인구증가와 산업 활동의 부작용으로 생태계는 심각한 환경오염 문제에 직면하고 있으며, 최근에는 자동차 등과 같은 화석 연료 사용의 급격한 증가로 인하여 토양, 대기 및 수질오염과 같은 환경오염이 점점 심화되고 있다. 환경오염 중에서 토양오염은 대기오염이나 수질오염과 비교하여 한번 오염되면, 정화처리가 상대적으로 훨씬 더 어려울 뿐만 아니라 오염의 영향이 장기간 지속되는 특징을 가지고 있다. 이러한 환경오염의 일 예로 도심지의 가로수를 들 수 있다. 일반적으로 가로수는 아름다운 경관을 제공하고, 시민들의 정신적인 건강에 도움을 줄 뿐만 아니라 오염된 공기를 정화하는 기능을 담당하고 있다. 그러나, 도시 생태계의 환경오염으로 인하여 가로수의 생장이 저해되거나 심한 경우 많이 죽는 경우도 발생하고 있다. 상술한 환경오염은 여러 가지 원인에 의해 발생하고 있다.
예를 들어, 최근에는 겨울철 제설과 도로결빙을 방지하기 위하여 도로에 염화칼슘(CaCl2) 및 염화나트륨(NaCl)을 개별적으로 살포하거나 또는 염화나트륨(NaCl)을 30중량% 농도의 염화칼슘(CaCl2) 용액에 용해시켜 살포한다. 제설제로 사용되는 이러한 염화칼슘(CaCl2) 및 염화나트륨(NaCl)과 같은 화합물 성분이 환경오염의 주요한 원인 중의 하나이다. 제설제를 도로에 살포하는 경우 제설제에 포함된 성분이 수목의 줄기나 잎에 비산하여 직접적인 피해를 줄 수 있다. 또한, 염소 성분은 액체 상태로 토양 속으로 유입 및 축적되어 토양 내의 이온 불균형을 초래한다. 또한, 제설제는 뿌리의 삼투작용을 역으로 되게 하여 수목의 성장을 저해하거나 고사시키기도 한다. 염화칼슘(CaCl2) 또는 염화나트륨(NaCl)과 같은 화합물을 제설제로 사용하는 이유는 이들 화합물이 공기 중의 습기 또는 주변의 물을 흡수하여 녹는 조해성(潮解性)을 갖기 때문이다. 이들 화합물이 조해하면 열이 발생하고, 이 조해열(또는 용해열)에 의해서 눈이 녹게 되어 제설이 이루어지는 것이다. 눈이 녹은 물은 다시 염화칼슘 또는 염화나트륨을 녹이면서 열을 발생한다. 염화칼슘을 함유한 물은 빙점 강하에 의해 대략 -50℃ 정도의 낮은 빙점을 갖게 되므로 잘 얼지 않는 원리를 이용한 것이다. 그러나, 염화칼슘(CaCl2) 또는 염화나트륨(NaCl)과 같은 제설제를 살포하는 경우 염소 성분의 부식성으로 인하여 자동차, 건물의 철근, 도로변 시설물(가로등, 신호등, 소화전) 등이 부식되는 문제가 있다. 특히, 제설제가 직접 접촉되는 자동차와 시설물의 하단부가 용이하게 부식된다. 염화칼슘 수용액은 수분증발이 늦어서 살포된 후에도 상당 시간 도로에 잔류하며 또한 미끄러운 성질을 가지고 있어서 교통사고의 원인이 될 수 있다. 또한, 도로변 수목이나 잔디 등과 같은 식물은 제설제와 직접 접촉하거나 자동차 등에 의해 비산된 제설제에 의해 고사하기 쉽다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 대한민국 등록특허공보 제10-0329625호, 대한민국 등록특허공보 제10-1043581호에는 식물 또는 토양의 오염물질을 제거하기 위한 세척제가 개시되어 있다. 그러나, 상기 선행기술에 개시된 식물 및 토양 세척제는 그 용도가 제설제의 제거 내지 오염물질의 제거에 한정되어 있고, 주요 성분이 계면활성제 내지 무기 비료로 이루어져 있어서 식물로의 충분한 양분 공급이 미비하고 식물 생장에 적합하도록 토양의 물리화학적 성질을 변경시키는 등의 토양 개량 효과는 미비한 편이다. 아울러, 선행기술에 개시된 식물 및 토양 세척제는 액상 형태로 되어 있어서, 보관 및 수송시 많은 공간을 차지하고 수송시 에너지 소비가 크다는 문제가 있다.
본 발명은 이러한 배경하에 도출된 것으로서, 본 발명의 목적은 종래의 식물 및 토양 세척제에 비해 보다 친환경적이고, 토양 내에 과다 축적된 제설제의 중화, 공해에 오염된 식물체의 세척, 엽면시비, 식물에 필요한 영양분의 공급, 산도 교정 효과뿐만 토양의 물리화학적 성질을 변경하여 식물의 생장에 유리하도록 토양을 개량할 수 있는 토양 오염물질 제거용 영양 크리너 조성물 및 이의 제조방법을 제공하는데에 있다.
더 나아가, 본 발명의 목적은 현장에서 물로 희석하여 사용할 수 있기 때문에 보관 및 수송시 차지하는 공간이 작고 수송시 소요되는 에너지의 양이 크게 감소된 토양 오염물질 제거용 영양 크리너 조성물 및 이의 제조방법을 제공하는데에 있다.
본 발명의 발명자는 발효에 의해 제조된 유기물 분말, 양분 이온을 제공하는 비료 분말 및 계면활성제를 주성분으로 하는 고상의 조성물이 종래의 식물 및 토양 세척제에 비해 향상된 효과를 보이고 다양한 기능성을 가진다는 점을 발견하고 본 발명을 완성하였다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 발효 유기물 분말, 질소 함유 비료 분말, 인 함유 비료 분말, 칼륨 함유 비료 분말, 양이온 중화제, 식물의 생장에 필요한 미량 원소 함유 물질, 계면활성제, 음이온 중화제, 식물 생장 조절제 및 산도 교정 물질을 포함하는 고상 형태의 토양 오염물질 제거용 영양 크리너 조성물을 제공한다. 이때, 상기 발효 유기물 분말은 (a) 수피와 톱밥을 포함하는 식물성 유기물 및 계분과 도축 부산물을 포함하는 동물성 유기물을 혼합한 유기물 혼합 원료에 바실러스 푸밀러스(Bacillus pumilus), 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis), 바실러스 리케니포미스(Bacillus licheniformis) 및 바실러스 메가테리움(Bacillus megaterium)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 바실러스속 미생물과 로도박터 캡슐라타(Rhodobacter capsulata) 또는 로도박터 스페로이드스(Rhodobacter sphaeroides)에서 선택된 1종 이상의 로도박터속 미생물을 포함하는 1차 혼합 미생물을 첨가한 후 호기성 조건의 발효조에서 15~40일 동안 1차 발효하고 노지에서 60~120일 동안 2차 발효하여 발효 유기물을 수득하는 단계; (b) 상기 발효 유기물과 물을 혼합한 발효 유기물 혼합액에 바실러스 푸밀러스(Bacillus pumilus), 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis), 바실러스 리케니포미스(Bacillus licheniformis) 및 바실러스 메가테리움(Bacillus megaterium)을 포함하는 2차 혼합 미생물을 첨가하고 호기성 조건하에서 20~30일 동안 유지시켜 농축하고 여과하여 발효 유기물 농축액을 수득하는 단계; (c) 상기 발효 유기물 농축액에 응집제를 첨가하여 발효 유기물을 케이크 상태로 응집시킨 후 건조하여 고형화된 발효 유기물을 수득하는 단계; 및 (d) 상기 고형화된 발효 유기물을 분쇄하여 발효 유기물 분말을 수득하는 단계에 의해 제조된다.
또한, 본 발명은 수피와 톱밥을 포함하는 식물성 유기물 및 계분과 도축 부산물을 포함하는 동물성 유기물을 혼합한 유기물 혼합 원료에 바실러스 푸밀러스(Bacillus pumilus), 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis), 바실러스 리케니포미스(Bacillus licheniformis) 및 바실러스 메가테리움(Bacillus megaterium)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 바실러스속 미생물과 로도박터 캡슐라타(Rhodobacter capsulata) 또는 로도박터 스페로이드스(Rhodobacter sphaeroides)에서 선택된 1종 이상의 로도박터속 미생물을 포함하는 1차 혼합 미생물을 첨가한 후 호기성 조건의 발효조에서 15~40일 동안 1차 발효하고 노지에서 60~120일 동안 2차 발효하여 발효 유기물을 수득하는 단계; 상기 발효 유기물과 물을 혼합한 발효 유기물 혼합액에 바실러스 푸밀러스(Bacillus pumilus), 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis), 바실러스 리케니포미스(Bacillus licheniformis) 및 바실러스 메가테리움(Bacillus megaterium)을 포함하는 2차 혼합 미생물을 첨가하고 호기성 조건하에서 20~30일 동안 유지시켜 농축하고 여과하여 발효 유기물 농축액을 수득하는 단계; 상기 발효 유기물 농축액에 응집제를 첨가하여 발효 유기물을 케이크 상태로 응집시킨 후 건조하여 고형화된 발효 유기물을 수득하는 단계; 상기 고형화된 발효 유기물을 분쇄하여 발효 유기물 분말을 수득하는 단계; 및 상기 발효 유기물 분말에 질소 함유 비료 분말, 인 함유 비료 분말, 칼륨 함유 비료 분말, 양이온 중화제, 식물의 생장에 필요한 미량 원소 함유 물질, 계면활성제, 음이온 중화제, 식물 생장 조절제 및 산도 교정 물질을 첨가하고 혼합하여 고상 형태의 최종 조성물을 수득하는 단계를 포함하는 토양 오염물질 제거용 영양 크리너 조성물의 제조방법을 제공한다. 이때, 상기 고상 형태의 최종 조성물을 수득하는 단계는 일 예로 상기 발효 유기물 분말을 1차 기초물질로 하여, 여기에 질소 함유 비료 분말, 인 함유 비료 분말, 칼륨 함유 비료 분말 및 양이온 중화제를 첨가하고 혼합하여 2차 기초물질을 제조하는 단계; 상기 2차 기초물질에 식물의 생장에 필요한 미량 원소 함유 물질를 첨가하고 혼합하여 3차 기초물질을 제조하는 단계; 및 상기 3차 기초물질에 계면활성제, 음이온 중화제, 식물 생장 조절제 및 산도 교정 물질을 첨가하고 혼합하여 최종 조성물을 제조하는 단계로 구성될 수 있다. 또한, 상기 고상 형태의 최종 조성물을 수득하는 단계는 다른 예로 상기 발효 유기물 분말을 1차 기초물질로 하여, 여기에 질소 함유 비료 분말, 인 함유 비료 분말 및 칼륨 함유 비료 분말을 첨가하고 혼합하여 2차 기초물질을 제조하는 단계; 상기 2차 기초물질에 식물의 생장에 필요한 미량 원소 함유 물질을 첨가하고 혼합하여 3차 기초물질을 제조하는 단계; 및 상기 3차 기초물질에 계면활성제, 양이온 중화제, 음이온 중화제, 식물 생장 조절제 및 산도 교정 물질을 첨가하고 혼합하여 최종 조성물을 제조하는 단계로 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 토양 오염물질 제거용 영양 크리너 조성물은 특정 유기물 원료를 발효시켜 제조한 발효 유기물 분말을 포함하고 있어서, 친환경적이고, 토양 내에 과다 축적된 제설제의 중화, 공해에 오염된 식물체의 세척, 엽면시비, 식물에 필요한 영양분의 공급, 산도 교정 효과가 우수할 뿐만 아니라 토양의 물리화학적 성질을 변경하여 식물의 생장에 유리하도록 토양을 개량할 수 있는 효과 또한 뛰어나다. 나아가, 본 발명에 따른 토양 오염물질 제거용 영양 크리너 조성물은 고상 형태이므로 종래의 액상 식물 및 토양 세척제에 비해 보관 및 수송시 차지하는 공간이 작고 수송시 소요되는 에너지의 양이 감소하는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 토양 오염물질 제거용 영양 크리너 조성물을 제조하는 여러 방법 중 바람직한 일 예를 공정별로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 토양 오염물질 제거용 영양 크리너 조성물을 제조하는 방법에서 발효 유기물로부터 발효 유기물 분말을 수득하는 각 단계들을 도식화한 것이다.
도 2는 본 발명의 토양 오염물질 제거용 영양 크리너 조성물을 제조하는 방법에서 발효 유기물로부터 발효 유기물 분말을 수득하는 각 단계들을 도식화한 것이다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명한다. 본 발명의 일 측면은 토양 내에 과다 축적된 제설제의 중화 및 공해에 오염된 식물체의 세척을 주요 기능으로 하면서, 엽면시비, 식물에 필요한 영양분의 공급, 산도 교정의 부수적 기능으로 가지며, 나아가 토양의 물리화학적 성질을 변경하여 식물의 생장에 유리하도록 토양을 개량할 수 있는 다기능성 토양 오염물질 제거용 영양 크리너 조성물에 관한 것이다.
본 발명에 따른 토양 오염물질 제거용 영양 크리너 조성물은 발효 유기물 분말, 질소 함유 비료 분말, 인 함유 비료 분말, 칼륨 함유 비료 분말, 양이온 중화제, 식물의 생장에 필요한 미량 원소 함유 물질, 계면활성제, 음이온 중화제, 식물 생장 조절제 및 산도 교정 물질을 포함하는 고상 형태의 조성물이다. 이때, 상기 발효 유기물 분말은 (a) 수피와 톱밥을 포함하는 식물성 유기물 및 계분과 도축 부산물을 포함하는 동물성 유기물을 혼합한 유기물 혼합 원료에 바실러스 푸밀러스(Bacillus pumilus), 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis), 바실러스 리케니포미스(Bacillus licheniformis) 및 바실러스 메가테리움(Bacillus megaterium)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 바실러스속 미생물과 로도박터 캡슐라타(Rhodobacter capsulata) 또는 로도박터 스페로이드스(Rhodobacter sphaeroides)에서 선택된 1종 이상의 로도박터속 미생물을 포함하는 1차 혼합 미생물을 첨가한 후 호기성 조건의 발효조에서 15~40일 동안 1차 발효하고 노지에서 60~120일 동안 2차 발효하여 발효 유기물을 수득하는 단계; (b) 상기 발효 유기물과 물을 혼합한 발효 유기물 혼합액에 바실러스 푸밀러스(Bacillus pumilus), 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis), 바실러스 리케니포미스(Bacillus licheniformis) 및 바실러스 메가테리움(Bacillus megaterium)을 포함하는 2차 혼합 미생물을 첨가하고 호기성 조건하에서 20~30일 동안 유지시켜 농축하고 여과하여 발효 유기물 농축액을 수득하는 단계; (c) 상기 발효 유기물 농축액에 응집제를 첨가하여 발효 유기물을 케이크 상태로 응집시킨 후 건조하여 고형화된 발효 유기물을 수득하는 단계; 및 (d) 상기 고형화된 발효 유기물을 분쇄하여 발효 유기물 분말을 수득하는 단계에 의해 제조되며, 상세한 내용은 후술하는 토양 오염물질 제거용 영양 크리너 조성물의 제조방법에서 설명한다.
본 발명에 따른 토양 오염물질 제거용 영양 크리너 조성물을 구성하는 성분들의 함량은 토양 내 축적된 오염물질의 종류, 토양의 오염 정도, 식물에 부착된 오염물질의 종류, 식물의 오염 정도에 따라 다양한 범위에서 선택될 수 있으며, 바람직한 일 예로, 본 발명에 따른 토양 오염물질 제거용 영양 크리너 조성물은 전체 중량을 기준으로 발효 유기물 분말 15~35 중량%, 질소 함유 비료 분말 20~35 중량%, 인 함유 비료 분말 10~30 중량%, 칼륨 함유 비료 분말 2~20 중량%, 양이온 중화제 0.1~2 중량%, 미량 원소 함유 물질 0.5~5 중량%, 계면활성제 5~20 중량%, 음이온 중화제 0.1~2 중량%, 식물 생장 조절제 0.5~2 중량% 및 산도 교정 물질 0.1~1 중량%를 포함할 수 있다.
상기 발효 유기물 분말은 특정 유기물 원료를 특정 미생물의 1차 발효 및 2차 발효에 의해 가급태 유기물로 변환시킨 후 농축, 고형화, 분말화 단계에 의해 악취를 제거하고 식물의 생육 및 토양 개량에 효과적인 형태로 변환시킨 것으로서 본 발명에 따른 토양 오염물질 제거용 영양 크리너 조성물을 구성하는 주요 성분 중 하나이다. 발효 유기물 분말의 함량은 조성물 전체 중량을 기준으로 15~40 중량%, 바람직하게는 15~35 중량%, 더 바람직하게는 20~30 중량%이다.
상기 질소 함유 비료는 식물에 질소를 이온 형태로 공급하는 물질로서, 공지의 질소 비료 범위에서 다양하게 선택될 수 있으며, 바람직한 일 예로 요소, 황산암모늄, 질산암모늄, 염화암모늄, 인산암모늄, 질산나트륨 및 석회질소로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상으로 구성될 수 있다. 질소 함유 비료의 함량은 조성물 전체 중량을 기준으로 15~45 중량%, 바람직하게는 20~40 중량%, 더 바람직하게는 20~35 중량%이다.
상기 인 함유 비료는 식물에 인을 이온 형태로 공급하는 물질로서, 공지의 인산 비료 범위에서 다양하게 선택될 수 있으며, 바람직한 일 예로 인산칼륨, 인산암모늄, 인산칼슘, 인산나트륨 및 과인산석회로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상으로 구성될 수 있다. 또한, 인산칼륨은 제1인산칼륨(KH2PO4), 제2인산칼륨(K2HPO4) 또는 제3인산칼륨(K3PO4)에서 선택될 수 있다. 인 함유 비료의 함량은 조성물 전체 중량을 기준으로 5~35 중량%, 바람직하게는 10~30 중량%, 더 바람직하게는 20~30 중량%이다.
상기 칼륨 함유 비료는 식물에 칼륨을 이온 형태로 공급하는 물질로서, 공지의 칼륨 비료 범위에서 다양하게 선택될 수 있으며, 바람직한 일 예로 수산화칼륨, 황산칼륨, 질산칼륨, 염화칼륨 및 인산칼륨으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상으로 구성될 수 있다. 칼륨 함유 비료의 함량은 조성물 전체 중량을 기준으로 2~35 중량%, 바람직하게는 2~20 중량%, 더 바람직하게는 5~15 중량%이다.
상기 양이온 중화제는 염소 이온(Cl-)을 고정시킬 수 있는 양이온을 제공하는 물질로서, 으로 Mg2 +, K+, NH4 +, NH3 +, Fe3 +, Fe2 +, 및 Al3 + 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. 이러한 양이온 중화제는 바람직한 일 예로 MgB2, Mg(CO3)2, NH4OH, (NH4)2SO4, (NH4)2S2O8, (NH4)2CO3, (NH4)3PO4, NH4HCO3, (NH4)2CO3H2O, KBr, K2CO3, K3[Co(NO2)6], Fe3O4, Fe(CH3CO2)2, K2SO4, Fe(OH)3, FePO4, Fe(C6H11O7)2, FeC2O4, FeSO4, Al2O3B2O3, AlPO4, Al(OH)3, Al2O3 및 Al2(SO4)3로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상으로 구성될 수 있고, 염소 이온의 고정화 효과를 고려할 때 KBr, K2CO3, K3[Co(NO2)6], K2SO4에서 선택되는 것이 더 바람직하다. 양이온 중화제의 함량은 조성물 전체 중량을 기준으로 0.1~10 중량%, 바람직하게는 0.1~5 중량%, 더 바람직하게는 0.1~2 중량%이다.
상기 미량 원소 함유 물질은 식물의 생장에 필요한 미량 원소를 제공하는 물질로서, 예를 들어 붕소 함유 물질, 아연 함유 물질, 철 함유 물질, 망간 함유 물질, 구리 함유 물질, 칼슘 함유 물질, 몰리브덴 함유 물질 및 마그네슘 함유 물질로 이루어진 군에서 선택되는 2종 이상으로 구성될 수 있고, 바람직하게는 3종 이상으로 구성될 수 있다. 특히, 식물의 생장에 미치는 영향을 고려할 때, 상기 미량 원소 함유 물질은 붕소 함유 물질, 아연 함유 물질 및 몰리브덴 함유 물질을 포함하는 것이 더 바람직하다. 상기 붕소 함유 물질로는 붕사, 붕산 등이 있고, 아연 함유 물질로는 Zn(OH)2, ZnSO4 , ZnCl2 등이 있고, 철 함유 물질로는 Fe(OH)2, Fe(OH)3, FeCl2 , FeCl3 , FeSO4 등이 있고, 망간 함유 물질로는 Mn(OH)2, MnCl2, MnSO4 등이 있고, 구리 함유 물질로는 Cu(OH)2, CuCl2 , CuSO4 등이 있고, 몰리브덴 함유 물질로는 (NH4)6Mo7O24 등이 있다. 미량 원소 함유 물질의 함량은 조성물 전체 중량을 기준으로 0.05~5 중량%, 바람직하게는 0.2~5 중량%, 더 바람직하게는 0.5~5 중량%이다.
상기 계면활성제는 식물에 부착된 오염물질을 제거하는 기능을 하면서 식물에 무해하고 환경 오염성이 없는 것이라면 그 종류가 크게 제한되지 않으며, 공지의 음이온성 계면활성제, 양이온성 계면활성제, 양쪽성 계면활성제, 비이온성 계면활성제 등에서 선택될 수 있다. 상기 음이온성 계면활성제는 카르복실산염, 술폰산염(예를 들어 알킬벤젠술폰산염, α-올레핀 술폰산염, 알칸술폰산염), 황산에스테르염(예를 들어 알킬황산에스테르염, 알킬에테르황산에스테르염), 인산에스테르염, 포스폰산염 등에서 선택될 수 있고, 양이온 계면활성제는 아민염(예를 들어 폴리옥시에틸렌알킬아민), 제4급 알킬암모늄염, 포스포늄염, 술포늄염 등에서 선택될 수 있고, 양쪽성 계면활성제는 아미노산형, 베타인형 등에서 선택될 수 있다. 또한, 비이온성 계면활성제는 폴리에틸렌글리콜 유도체, 다가알코올 유도체(예를 들어 지방산 모노글리세린 에스테르, 지방산 폴리글리콜에스테르, 지방산 소르비탄에스테르, 지방산 자당에스테르) 등에서 선택될 수 있다. 또한, 본 발명에서 계면활성제는 실리콘계 계면활성제를 포함할 수 있다. 계면활성제의 구체적인 일 예로는 (C2H5)3Si(CH2)nCOOH [n은 1 내지 10에서 선택되는 정수임], (CH3)3SiC6H4(OC2H4)nOH [n은 1 내지 10에서 선택되는 정수임], [(CH3)3SiO]3Si(CH2)3NH(CH2)3NH(CH2)2NH2, C6H6(CH3)2Si(CH2)COOH, HOOCC2C2H4Si(CH3)2SiC2H4COOH, [(CH3)SiO]2Si(CH3)(CH2)3OSO3H, 라우릴아미노프로필렌산메틸, 라우릴황산나트륨, 알킬에스테르슬폰산염, 알킬벤젠술폰산염, α-올레핀술폰산염, 알킬에테르황산에스테르염, 알킬아미드슬폰산염, 알칸술폰산염, Igepon T(N-acyl-N-mrthyltaurin 염), 지방산 칼륨, HO(CH2H4O)SiC2H4COO(C2H4O)3H, 소듐코코일이세치오네이트(Sodium Cocoyl Isethionate), 암모늄코코일이세치오네이트(Ammonium Cocoyl Isethionate) 등이 있고, 바람직하게는 [(CH3)3SiO]3Si(CH2)3NH(CH2)3NH(CH2)2NH2, C6H6(CH3)2Si(CH2)COOH, HOOCC2C2H4Si(CH3)2SiC2H4COOH, [(CH3)SiO]2Si(CH3)(CH2)3OSO3H, 라우릴아미노프로필렌산메틸, 라우릴황산나트륨, 알킬에스테르슬폰산염, 알킬벤젠술폰산염, α-올레핀술폰산염, 알킬에테르황산에스테르염, 알킬아미드슬폰산염, 알칸술폰산염, Igepon T(N-acyl-N-mrthyltaurin 염), 지방산 칼륨, HO(CH2H4O)SiC2H4COO(C2H4O)3H, 소듐코코일이세치오네이트(Sodium Cocoyl Isethionate) 및 암모늄코코일이세치오네이트(Ammonium Cocoyl Isethionate)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상으로 구성될 수 있다. 계면활성제의 함량은 조성물 전체 중량을 기준으로 5~25 중량%, 바람직하게는 5~20 중량%, 더 바람직하게는 5~15 중량%이다.
상기 음이온 중화제는 칼슘 이온(Ca2+) 또는 나트륨 이온(Na+)을 고정시킬 수 있는 음이온을 제공하는 물질로서, BO3 3 -, SO4 2 -, NO3 -, OH- 및 COO- 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. 이러한 음이온 중화제는 바람직한 일 예로 H3BO3, H2SO3, H2S2O7, H2SO5, H2S2O8, C4H8SO2, H2SO4, NH4OH, (NH4)2SO4, K2SO4, Fe(OH)3, FeSO4, Al(OH)3 및 Al2(SO4)3로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상으로 구성될 수 있다. 음이온 중화제의 함량은 조성물 전체 중량을 기준으로 0.1~10 중량%, 바람직하게는 0.1~5 중량%, 더 바람직하게는 0.1~2 중량%이다.
상기 식물 생장 조절제는 식물의 생장에 영향을 주는 식물 생장 호르몬에서 선택되는 1종 이상으로 구성될 수 있다. 상기 식물 생장 호르몬으로는 인돌아세트산(또는 옥신), 지베렐린(Gibberellin), 사이토키닌, 플로리겐, 브라시노 스테로이드 등이 있다. 식물 생장 조절제의 함량은 조성물 전체 중량을 기준으로 0.1~5 중량%, 바람직하게는 0.1~2 중량%, 더 바람직하게는 0.1~1 중량%이다.
상기 산도 교정 물질은 본 발명에 따른 토양 오염물질 제거용 영양 크리너 조성물의 pH를 중성 내지 약알칼리성(예를 들어 pH 7 내지 8)으로 조절하는 물질로서, 통상적인 산 또는 알칼리에서 선택되는 1종 이상으로 구성될 수 있다. 본 발명에 따른 토양 오염물질 제거용 영양 크리너 조성물의 pH를 조절하기 위해 사용될 수 있는 산으로는 염산, 인산, 폴리인산, 아세트산 등이 있고, 알칼리로는 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화칼슘 등이 있다.
산도 교정 물질의 함량은 본 발명에 따른 토양 오염물질 제거용 영양 크리너 조성물의 pH를 7 내지 8로 조절하는데 필요한 범위에서 선택될 수 있으며, 예를 들어 조성물 전체 중량을 기준으로 0.0.05~2 중량%, 바람직하게는 0.1~2 중량%, 더 바람직하게는 0.1~1 중량%이다.
본 발명에 따른 토양 오염물질 제거용 영양 크리너 조성물은 고상 형태로서, 토양 오염물질 제거 및 토양 개량이 필요할 때에 물에 약 20~200배, 바람직하게는 50~100배로 희석한 후 토양에 관수하거나 식물체 표면에 분무하는 방식으로 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 측면은 다기능성 토양 오염물질 제거용 영양 크리너 조성물의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 토양 오염물질 제거용 영양 크리너 조성물의 제조방법은 수피와 톱밥을 포함하는 식물성 유기물 및 계분과 도축 부산물을 포함하는 동물성 유기물을 혼합한 유기물 혼합 원료에 바실러스 푸밀러스(Bacillus pumilus), 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis), 바실러스 리케니포미스(Bacillus licheniformis) 및 바실러스 메가테리움(Bacillus megaterium)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 바실러스속 미생물과 로도박터 캡슐라타(Rhodobacter capsulata) 또는 로도박터 스페로이드스(Rhodobacter sphaeroides)에서 선택된 1종 이상의 로도박터속 미생물을 포함하는 1차 혼합 미생물을 첨가한 후 호기성 조건의 발효조에서 15~40일 동안 1차 발효하고 노지에서 60~120일 동안 2차 발효하여 발효 유기물을 수득하는 단계; 상기 발효 유기물과 물을 혼합한 발효 유기물 혼합액에 바실러스 푸밀러스(Bacillus pumilus), 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis), 바실러스 리케니포미스(Bacillus licheniformis) 및 바실러스 메가테리움(Bacillus megaterium)을 포함하는 2차 혼합 미생물을 첨가하고 호기성 조건하에서 20~30일 동안 유지시켜 농축하고 여과하여 발효 유기물 농축액을 수득하는 단계; 상기 발효 유기물 농축액에 응집제를 첨가하여 발효 유기물을 케이크 상태로 응집시킨 후 건조하여 고형화된 발효 유기물을 수득하는 단계; 상기 고형화된 발효 유기물을 분쇄하여 발효 유기물 분말을 수득하는 단계; 및 상기 발효 유기물 분말에 질소 함유 비료 분말, 인 함유 비료 분말, 칼륨 함유 비료 분말, 양이온 중화제, 식물의 생장에 필요한 미량 원소 함유 물질, 계면활성제, 음이온 중화제, 식물 생장 조절제 및 산도 교정 물질을 첨가하고 혼합하여 고상 형태의 최종 조성물을 수득하는 단계를 포함한다.
이때, 상기 고상 형태의 최종 조성물을 수득하는 단계는 구성성분을 첨가하는 순서에 따라 다양한 형태로 변형될 수 있다. 고상 형태의 최종 조성물을 수득하는 단계의 바람직한 일 예는 도 1에서 보이는 바와 같이 상기 발효 유기물 분말을 1차 기초물질로 하여, 여기에 질소 함유 비료 분말, 인 함유 비료 분말, 칼륨 함유 비료 분말 및 양이온 중화제를 첨가하고 혼합하여 2차 기초물질을 제조하는 단계; 상기 2차 기초물질에 식물의 생장에 필요한 미량 원소 함유 물질를 첨가하고 혼합하여 3차 기초물질을 제조하는 단계; 및 상기 3차 기초물질에 계면활성제, 음이온 중화제, 식물 생장 조절제 및 산도 교정 물질을 첨가하고 혼합하여 최종 조성물을 제조하는 단계로 구성될 수 있다. 또한, 고상 형태의 최종 조성물을 수득하는 단계의 바람직한 다른 예는 상기 발효 유기물 분말을 1차 기초물질로 하여, 여기에 질소 함유 비료 분말, 인 함유 비료 분말 및 칼륨 함유 비료 분말을 첨가하고 혼합하여 2차 기초물질을 제조하는 단계; 상기 2차 기초물질에 식물의 생장에 필요한 미량 원소 함유 물질을 첨가하고 혼합하여 3차 기초물질을 제조하는 단계; 및 상기 3차 기초물질에 계면활성제, 양이온 중화제, 음이온 중화제, 식물 생장 조절제 및 산도 교정 물질을 첨가하고 혼합하여 최종 조성물을 제조하는 단계로 구성될 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 토양 오염물질 제거용 영양 크리너 조성물의 제조방법을 도 1에 기초하여 단계별로 설명한다.
발효 유기물을 수득하는 단계
본 발명에 따른 토양 오염물질 제거용 영양 크리너 조성물의 제조방법 중 발효 유기물을 수득하는 단계는 유기물을 식물이 이용할 수 있는 화학적 형태의 양분인 가급태 유기물로 변환시키는 단계로서, 수피와 톱밥을 포함하는 식물성 유기물 및 계분과 도축 부산물을 포함하는 동물성 유기물을 혼합한 유기물 혼합 원료에 바실러스 푸밀러스(Bacillus pumilus), 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis), 바실러스 리케니포미스(Bacillus licheniformis) 및 바실러스 메가테리움(Bacillus megaterium)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 바실러스속 미생물과 로도박터 캡슐라타(Rhodobacter capsulata) 또는 로도박터 스페로이드스(Rhodobacter sphaeroides)에서 선택된 1종 이상의 로도박터속 미생물을 포함하는 1차 혼합 미생물을 첨가한 후 호기성 조건의 발효조에서 15~40일 동안 1차 발효하고 노지에서 60~120일 동안 2차 발효하는 것으로 구성된다. 이때, 상기 유기물 혼합 원료를 구성하는 식물성 유기물 대 동물성 유기물의 중량비는 1:1 내지 1:3인 것이 바람직하고, 1:1 내지 1:2인 것이 더 바람직하다. 또한, 상기 식물성 유기물을 구성하는 수피 대 톱밥의 중량비는 1:1 내지 1:10인 것이 바람직하고 1:1 내지 1:5인 것이 더 바람직하다. 또한, 상기 동물성 유기물을 구성하는 계분 대 도축 부산물의 중량비는 1:0.5 내지 1:2인 것이 바람직하고, 1:0.75 내지 1:1.5인 것이 더 바람직하다. 또한, 상기 1차 혼합 미생물의 첨가량은 유기물 혼합 원료 100 중량부 당 0.05~1 중량부인 것이 바람직하고, 0.1~0.5 중량부인 것이 더 바람직하다. 상기 수피는 나무의 껍질에 해당하는 것으로서, 토양에 양분을 공급할 뿐만 아니라 물리적 통기성을 개선하는 역할을 한다. 상기 톱밥은 총 유기물 대 질소의 비(OM/N)가 높은 원료로서 수분 흡수율이 좋아 토양의 보수성을 향상시킨다. 상기 계분은 닭똥이라고 하는 것으로서, 질소, 인산 및 칼륨 성분이 상대적으로 높고 분해속도가 빨라 발효를 촉진하고 발효에 의해 가급태 양분을 공급한다. 또한, 도축 부산물은 소, 돼지, 닭 등과 같은 가축을 도축할 때 발생하는 폐기물로서, 돈모, 우모, 계모를 포함하는 각종 동물털은 물론 동물들의 발톱, 미처리 불가식 부분 등을 포함한다. 도축 부산물은 유기물 함량이 매우 높고 발효 후 토양의 지력을 상승시키는 작용을 하므로 작물의 생장에 도움을 준다. 또한, 상기 1차 혼합 미생물 중 바실러스속 미생물은 유기물 혼합 원료의 발효를 촉진하고 동시에 악취를 제거하는 역할을 한다. 또한, 1차 혼합 미생물 중 로도박터속 미생물은 발효 대사산물로 아미노산, 비타민, 핵산, 미네랄, 호르몬, 지방산 등의 물질을 합성하고 항균 작용에 의해 유기물 혼합 원료의 발효에 악 영향을 끼치는 미생물인 바실러스 세레우스 등을 저감시키는 역할을 한다.
본 발명에 따른 토양 오염물질 제거용 영양 크리너 조성물의 제조방법 중 발효 유기물을 수득하는 단계를 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 수피, 톱밥, 계분, 도축 분산물 등의 식물성 유기물과 동물성 유기물을 혼합하여 총 유기물 대 질소의 비(OM/N)가 100 이상인 유기물 혼합 원료를 수득한다. 이후, 유기물 혼합 원료를 발효조에 넣고, 여기에 바실러스속 미생물과 로도박터속 미생물을 포함하는 1차 혼합 미생물을 첨가한 후, 산소를 공급한 상태, 즉 호기 조건에서 충분한 교반을 하면서 15~40일 동안, 바람직하게는 20~30일 동안 1차 발효시켜 1차 발효 유기물을 수득한다. 이때, 1차 발효의 전기 단계에서 발효 온도는 약 40℃ 이하로 유지되며 바실러스속 미생물과 로도박터속 미생물의 개체수가 증가하고 유기물의 단백질, 당류, 전분 등이 분해되기 시작하다. 또한, 1차 발효의 후기 단계에서 발효 온도가 약 60℃ 이상(예를 들어 60~80℃)으로 상승하고, 유기물 내에 존재하는 방선균과 같은 고온성 미생물에 의해 발효가 지배되며 기생충알 같은 유해물질이 제거된다. 1차 발효에 의해 수득된 1차 발효 유기물은 함수율이 약 50~65%이고 산도는 약 알칼리성이고 총 유기물 대 질소의 비(OM/N)는 100 미만으로 떨어진다. 이후, 1차 발효에 의해 얻은 1차 발효 유기물을 노지에 놓고 약 60~120일 동안, 바람직하게는 80~100일 동안 후숙 발효, 즉 2차 발효를 수행한다. 2차 발효 시 약 5~30일, 바람직하게는 약 5~10일 간격으로 1차 발효 유기물을 앞뒤로 뒤집어 산소를 전체적으로 충분히 공급한다. 2차 발효에 의해 1차 발효 유기물에 존재하는 악취가 제거되고 유해 중간 산물 및 미분해 물질이 분해되어 가급태 유기물로 전환된다. 이때, 가급태 유기물은 함수율이 40% 이하로 감소하고 총 유기물 대 질소의 비(OM/N)가 20~40, 바람직하게는 25~35 범위로 떨어진다.
발효 유기물로부터 발효 유기물 분말을 수득하는 단계
본 발명에 따른 토양 오염물질 제거용 영양 크리너 조성물의 제조방법 중 발효 유기물로부터 발효 유기물 분말을 수득하는 단계는 도 2에서 보이는 바와 같이 전술한 1차 발효 및 2차 발효를 통해 얻은 발효 유기물과 물을 혼합한 발효 유기물 혼합액에 바실러스 푸밀러스(Bacillus pumilus), 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis), 바실러스 리케니포미스(Bacillus licheniformis) 및 바실러스 메가테리움(Bacillus megaterium)을 포함하는 2차 혼합 미생물을 첨가하고 호기성 조건하에서 20~30일 동안 유지시켜 농축하고 여과하여 발효 유기물 농축액을 수득하는 단계; 상기 발효 유기물 농축액에 응집제를 첨가하여 발효 유기물을 케이크 상태로 응집시킨 후 건조하여 고형화된 발효 유기물을 수득하는 단계; 및 상기 고형화된 발효 유기물을 분쇄하여 발효 유기물 분말을 수득하는 단계로 구성된다.
본 발명에 따른 토양 오염물질 제거용 영양 크리너 조성물의 제조방법 중 발효 유기물로부터 유기물 분말을 수득하는 단계를 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 발효 유기물을 물과 1:0.75 내지 1:2, 바람직하게는 1:1의 중량비로 농축조 내에서 혼합하여 발효 유기물 혼합액을 수득한다. 이후, 발효 유기물 혼합액에 2차 혼합 미생물을 첨가하고 적정량의 공기를 농축조에 공급하면서 20~30일간 유지시켜 발효 유기물을 농축한다. 이때, 농축조 내로의 공기 공급은 농축조 바닥면에 설치된 기포 발생기를 통해 이루어질 수 있다. 또한, 발효 유기물 혼합액은 2차 혼합 미생물에 의해 악취가 제거되고 서서히 농축된다. 이후, 발효 유기물 농축액을 여과지, 여과포, 거름망과 같은 필터로 여과하여 부유물을 제거한다. 여과된 발효 유기물 농축액에 응집제를 첨가하여 발효 유기물을 케이크 상태로 변환시킨다. 이때, 응집제는 황산알루미늄(Aluminium Sulfate : Al2(SO4)3·18H2O), 황산제1철(Ferrous Sulfate : FeSO4·7H2O), 염화제2철(Ferric Chloride : FeCl3·6H2O), 폴리염화알루미늄(Poly Aluminium Chloride), 폴리황산알루미늄(Poly Aluminium Sulfate), 폴리황산알루미늄규산(Poly Aluminium Sulfate Silicate), 폴리염화알루미늄규산(Poly Aluminium Chloride Silicate), 폴리염화알루미늄칼슘(Poly Aluminium Chloride Calcium), 전분, 아교, 아민에피크로히드린, 폴리에틸렌이민, 폴리아크릴아미드 및 폴리아크릴산나트륨으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 주 응집제와 소석회[Ca(OH)2], 탄산나트륨(Na2CO3), 수산화나트륨(NaOH), 벤토나이트, 알긴산나트륨, 활성규산 등에서 선택되는 1종 이상의 보조 응집제로 구성된다. 또한, 본 발명에서 응집제로 상업적으로 입수가능한 제품을 사용할 수 있으며, 예를 들어 에스엔티코리아에서 제조한 친환경 무기응집제인 ECOMAX 등이 있다. ECOMAX는 주성분이 천연 광물로 만들어져서 2차 오염을 현저히 줄일 수 있고, 고분자 응집제보다 응집력과 침전속도가 2~4배 정도 빠르다는 장점을 가지므로, 본 발명에서 발효 유기물 농축액을 응집하는데 매우 적합하다. 이후, 케이크 상태의 발효 유기물을 건조하여 고형화한다. 고형화된 발효 유기물은 함수율이 20% 이하, 바람직하게는 15% 이하이다. 고형화된 발효 유기물을 분쇄하여 발효 유기물 분말을 수득하고, 이를 1차 기초물질로 이용한다. 상기 발효 유기물 분말은 제조 과정의 다양한 공정을 거치면서 생물학적으로 안정화되고 식물의 생육에 도움을 주며 나아가 토양 개량에 적합한 형태로 유기물 원료가 변형된 것이다.
발효 유기물 분말로부터 고상 형태의 토양 오염물질 제거용 영양 크리너 조성물을 수득하는 단계
전술한 발효 유기물 분말을 1차 기초물질로 하여, 여기에 질소 함유 비료 분말, 인 함유 비료 분말, 칼륨 함유 비료 분말 및 양이온 중화제를 첨가하고 혼합하여 2차 기초물질을 제조한다. 상기 2차 기초물질에 식물의 생장에 필요한 미량 원소 함유 물질를 첨가하고 혼합하여 3차 기초물질을 제조한다. 이때, 미량 원소 함유 물질은 분말 형태로 첨가된다. 이후, 상기 3차 기초물질에 계면활성제, 음이온 중화제, 식물 생장 조절제 및 산도 교정 물질을 첨가하고 혼합하여 최종 조성물을 수득한다. 이때, 산도 교정 물질은 최종 조성물을 물에 약 50~200배로 희석하였을 때의 pH가 7~8이 되는 양으로 첨가한다.
이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 구체적으로 상세하게 설명하고자 한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명의 기술적 특징을 명확하게 예시하기 위한 것일 뿐 본 발명의 보호범위를 한정하는 것은 아니다.
1. 발효 유기물 분말의 제조
제조예 1.
도축 부산물 20 중량부, 계분 30 중량부, 수피 10 중량부 및 톱밥 40 중량부를 혼합한 유기물 혼합 원료를 로터리식 발효조에 넣고, 여기에 푸밀러스(Bacillus pumilus), 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis) 및 로도박터 캡슐라타(Rhodobacter capsulata)를 포함하는 혼합 미생물 0.1 중량부를 접종한 후 약 40일 동안 1차 발효시켜 1차 발효 유기물을 수득하였다. 1차 발효시 발효조 바닥에 구비된 산소 공급 장치를 이용하여 호기 조건을 유지하였고, 발효조 내에 구비된 임펠러로 유기물 혼합 원료와 혼합 미생물을 고르게 교반하였다. 1차 발효시 발효조 내 온도 프로파일은 초기에는 40℃ 이하로 유지되었다가 이후 점진적으로 80℃까지 상승하였다. 1차 발효된 유기물은 함수율이 약 50%이었고, 산도는 약 알칼리성이었다. 1차 발효된 유기물을 발효조에서 꺼내어 노지에 방치하고 약 120일 동안 2차 발효시켜 2차 발효 유기물을 수득하였다. 2차 발효시 5일 간격으로 1차 발효 유기물을 뒤집어서 산소를 전체적으로 공급하고 혐기성 발효를 방지하였다. 2차 발효 유기물은 함수율이 약 32%이었고, 총 유기물 대 질소의 비(OM/N)가 약 28이었다. 이후, 농축조 내에서 2차 발효 유기물과 물을 동량으로 혼합한 후 여기에 바실러스 푸밀러스(Bacillus pumilus), 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis), 바실러스 리케니포미스(Bacillus licheniformis) 및 바실러스 메가테리움(Bacillus megaterium)을 포함하는 혼합 미생물을 첨가하고 호기성 조건하에서 약 20일 동안 유지시켜 농축하였다. 이때, 농축조 바닥면에 설치된 기포 발생기를 통해 외부 공기를 농축조 내로 공급하여 호기성 조건을 유지시켰다. 농축된 발효 유기물을 거름망으로 걸러 부유물을 제거한 후, 여기에 응집제(상품명 : ECOMAX; 제조사 : 에스엔티코리아)를 첨가하고 발효 유기물을 응집시켜 케이크 상태로 만들었다. 이후, 케이크 상태의 발효 유기물을 상온에서 건조하여 함수율이 20% 이하인 상태로 고형화하고, 고형화된 발효 유기물을 분쇄하여 발효 유기물 분말을 수득하였다.
제조예 2.
도축 부산물 40 중량부, 계분 20 중량부, 수피 20 중량부 및 톱밥 20 중량부를 혼합한 유기물 혼합 원료를 로터리식 발효조에 넣고, 여기에 바실러스 리케니포미스(Bacillus licheniformis), 바실러스 메가테리움(Bacillus megaterium) 및 로도박터 스페로이드스(Rhodobacter sphaeroides)를 포함하는 혼합 미생물 0.5 중량부를 접종한 후 약 15일 동안 1차 발효시켜 1차 발효 유기물을 수득하였다. 1차 발효시 발효조 바닥에 구비된 산소 공급 장치를 이용하여 호기 조건을 유지하였고, 발효조 내에 구비된 임펠러로 유기물 혼합 원료와 혼합 미생물을 고르게 교반하였다. 1차 발효시 발효조 내 온도 프로파일은 초기에는 40℃ 이하로 유지되었다가 이후 점진적으로 75℃까지 상승하였다. 1차 발효된 유기물은 함수율이 약 60%이었고, 산도는 약 알칼리성이었다. 1차 발효된 유기물을 발효조에서 꺼내어 노지에 방치하고 약 60일 동안 2차 발효시켜 2차 발효 유기물을 수득하였다. 2차 발효시 5일 간격으로 1차 발효 유기물을 뒤집어서 산소를 전체적으로 공급하고 혐기성 발효를 방지하였다. 2차 발효 유기물은 함수율이 약 35%이었고, 총 유기물 대 질소의 비(OM/N)가 약 33이었다. 이후, 농축조 내에서 2차 발효 유기물과 물을 동량으로 혼합한 후 여기에 바실러스 푸밀러스(Bacillus pumilus), 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis), 바실러스 리케니포미스(Bacillus licheniformis) 및 바실러스 메가테리움(Bacillus megaterium)을 포함하는 혼합 미생물을 첨가하고 호기성 조건하에서 약 30일 동안 유지시켜 농축하였다. 이때, 농축조 바닥면에 설치된 기포 발생기를 통해 외부 공기를 농축조 내로 공급하여 호기성 조건을 유지시켰다. 농축된 발효 유기물을 거름망으로 걸러 부유물을 제거한 후, 여기에 응집제(상품명 : ECOMAX; 제조사 : 에스엔티코리아)를 첨가하고 발효 유기물을 응집시켜 케이크 상태로 만들었다. 이후, 케이크 상태의 발효 유기물을 상온에서 건조하여 함수율이 20% 이하인 상태로 고형화하고, 고형화된 발효 유기물을 분쇄하여 발효 유기물 분말을 수득하였다.
2. 토양 오염물질 제거용 영양 크리너 조성물의 제조
제조예 3.
제조예 1에서 제조한 발효 유기물 분말을 1차 기초물질로 하여, 1차 기초물질 20 중량부에 요소 32 중량부, 제1인산칼륨 20 중량부, 황산칼륨 5 중량부 및 탄산마그네슘 1 중량부를 첨가하고 혼합하여 2차 기초물질을 제조하였다. 이후, 2차 기초물질에 붕사 3 중량부, 황산아연 1 중량부 및 황산망간 0.8 중량부를 첨가하고 혼합하여 2차 기초물질을 제조하였다. 이후, 2차 기초물질에 천연 계면활성제(소듐코코일이세치오네이트 및 과일 세척용 천연세제를 혼합한 것) 15 중량부, 붕산 1 중량부, 인돌아세트산 1 중량부 및 염산 0.2 중량부를 혼합하여 고상 형태의 토양 오염물질 제거용 영양 크리너 조성물을 제조하였다.
제조예 4.
제조예 2에서 제조한 발효 유기물 분말을 1차 기초물질로 하여, 1차 기초물질 32 중량부에 황산암모늄 25 중량부, 인산암모늄 15 중량부 및 질산칼륨 9.5 중량부를 첨가하고 혼합하여 2차 기초물질을 제조하였다. 이후, 2차 기초물질에 붕사 2 중량부, 황산철 0.5 중량부 및 몰리브덴산암모늄 1 중량부를 첨가하고 혼합하여 2차 기초물질을 제조하였다. 이후, 2차 기초물질에 천연 계면활성제(실리콘계 계면활성제 및 과일 세척용 천연세제를 혼합한 것) 10 중량부, 탄산칼륨 2 중량부, 황산알루미늄 1.5 중량부, 지베렐린 1 중량부 및 인산 0.5 중량부를 혼합하여 고상 형태의 토양 오염물질 제거용 영양 크리너 조성물을 제조하였다.
3. 토양 오염물질 제거용 영양 크리너 조성물의 토양 내 염화칼슘 제거 효과 확인 시험
산 흙 250g을 담은 포트(pot)를 처리구별로 준비하였다. 대조구(무처리)를 제외한 나머지 포트의 토양 표면에 염화칼슘 5g씩을 포설한 후, 분무기로 포트 당 수돗물 25㎖씩 분무하여 염화칼슘이 토양에 완전히 녹아 스며들게 하였다. 포트에 염화칼슘을 처리하고 48시간 경과 후, 각 처리구별로 처리 내용에 따라 수돗물, 바이오그로-크리너 Ⅱ(대한민국 등록특허공보 제10-1043581호에 개시된 방법으로 (주)가림환경개발이 제조 및 판매하고 있는 액상 식물 세척 및 영양 공급제), 제조예 3에서 제조한 크리너 조성물 및 제조예 4에서 제조한 크리너 조성물을 분무하였다. 하기 표 1은 처리구별 처리내용을 나타낸 것이다.
| 처리 구분 | 처리 내용 | 비고 |
| 무처리 | 공시 토양 | 염화칼슘 무처리 |
| 처리 1 | 염화칼슘 처리 토양 | 염화칼슘 5g 처리 |
| 처리 2 | 염화칼슘 처리 토양 + 수돗물 50㎖ 처리 | 염화칼슘 5g 처리 |
| 처리 3 | 염화칼슘 처리 토양 + 바이오그로-크리너 Ⅱ 50배 희석액 50㎖ 처리 | 염화칼슘 5g 처리 |
| 처리 4 | 염화칼슘 처리 토양 + 제조예 3의 크리너 조성물 50배 희석액 50㎖ 처리 | 염화칼슘 5g 처리 |
| 처리 5 | 염화칼슘 처리 토양 + 제조예 4의 크리너 조성물 50배 희석액 50㎖ 처리 | 염화칼슘 5g 처리 |
크리너 조성물 등을 분무하고 48시간 경과 후 각 처리구별 포트 내 토양을 채취하고 토양 산도(pH), 염소 이온 함량(Cl-), 칼슘 이온 함량(Ca2 +), 총 질소 함량(T-N), 인산 함량(P2O5), 칼륨 함량(K+)을 측정하였고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
| 처리 구분 | 산도 (pH) |
Cl- (%) |
Ca2 + (cmol+/㎏) |
T-N (%) |
P2O5 (ppm) |
K+ (cmol+/㎏) |
| 무처리 | 5.38 | 0.006 | 1.18 | 0.029 | 15 | 0.18 |
| 처리 1 | 5.33 | 0.198 | 19.82 | 0.025 | 14 | 0.15 |
| 처리 2 | 5.47 | 0.152 | 18.75 | 0.038 | 17 | 0.13 |
| 처리 3 | 5.99 | 0.037 | 6.51 | 0.112 | 146 | 0.32 |
| 처리 4 | 5.96 | 0.033 | 6.44 | 0.146 | 154 | 0.43 |
| 처리 5 | 5.97 | 0.031 | 6.41 | 0.152 | 157 | 0.45 |
상기 표 2에서 보이는 바와 같이 본 발명에 따른 크리너 조성물은 상업적으로 판매되는 제품에 비해 염화칼슘 제거 효과 및 양분 이온 공급 효과가 더 뛰어난 것으로 나타났다.
4. 토양 오염물질 제거용 영양 크리너 조성물의 수목 세척력 효과 확인 시험
서부 화물터미널 부근에서 오염된 식물체(화양목)을 채취하였다. 오염된 식물체 20g과 각 처리액 200㎖을 삼각 플라스크에 넣고 60분 동안 진탕 교반하여 오염된 식물체를 세척하였다. 하기 표 3은 처리구별 처리액을 나타낸 것이다.
| 처리 구분 | 처리액 및 희석배수 |
| 처리 1 | 수돗물/희석 없음 |
| 처리 2 | 바이오그로-크리너 Ⅱ/50배 희석 |
| 처리 3 | 제조예 3의 크리너 조성물/50배 희석 |
| 처리 4 | 제조예 4의 크리너 조성물/50배 희석 |
이후, 각 처리구별로 세척된 액체를 여과지로 여과하고 여과액의 탁도를 비교하였다. 또한, 여과지에 남은 오염물질을 상온에서 건조한 후 여과지와 오염물질을 합한 총 무게를 측정하였다. 하기 표 4에 처리구별 탁도 및 여과지와 오염물질을 합한 총 무게를 나타내었다. 탁도는 처리 1을 100으로 하였을 때의 상대적인 값으로 지수화하여 나타내었고, 여과지와 오염물질을 합한 총 무게도 비교의 편의를 위해 처리 1을 100으로 하였을 때의 상대적인 값으로 지수화하여 나타내었다. 탁도 또는 여과지와 오염물질을 합한 총 무게가 클수록 수목 세척력이 큼을 의미한다.
| 처리 구분 | 탁도 | 여과지와 오염물질을 합한 총 무게 |
| 처리 1 | 100 | 100 |
| 처리 2 | 151 | 132 |
| 처리 3 | 258 | 137 |
| 처리 4 | 246 | 140 |
상기 표 4에서 보이는 바와 같이 본 발명에 따른 크리너 조성물은 상업적으로 판매되는 제품에 비해 수목 세척력 효과가 더 뛰어났고, 특히 식물에 부착된 수용성 오염물질의 세척력 효과가 현저하게 높은 것으로 나타났다.
5. 토양 오염물질 제거용 영양 크리너 조성물의 식물 생장 개선 및 토양 개량
효
과 확인
본 발명에 따른 토양 오염물질 제거용 영양 크리너 조성물의 토양 개량 효과를 유채의 생장에 미치는 영향을 통해 간접적으로 평가하였다.
입구 지름이 9㎝인 포트(pot) 100개에 산 흙을 충진한 후, 각 포트에 유채 종자 40개씩을 파종하고 5일 후 발아 정도가 균일한 포트를 선별하였다. 선별된 포트 3개씩을 하나의 처리구로 하고, 처리구별로 처리 내용에 바이오그로-조경용((주)가림환경개발이 제조 및 판매하고 있는 토양개량제), 바이오그로-크리너 Ⅱ, 제조예 3의 크리너 조성물, 제조예 4의 크리너 조성물을 처리하고 5일 경과 후 다시 한번 처리하였다(총 2회 처리). 하기 표 5에 처리구별 처리 내용을 나타내었다.
| 처리 구부 | 처리 내용 |
| 무처리 | 처리 없음 |
| 처리 1 | 입상 토양 개량제(제품명 : 바이오그로-조경용)을 토양 표면에 10㎏/㎡의 양으로 살포 후 경운(耕耘)하여 토양 상층과 혼합함 |
| 처리 2 | 바이오그로-크리너 Ⅱ 50배 희석액을 10ℓ/㎡의 양으로 분무함 |
| 처리 3 | 입상 토양 개량제(제품명 : 바이오그로-조경용)을 토양 표면에 10㎏/㎡의 양으로 살포 후 경운(耕耘)하여 토양 상층과 혼합하고, 이후 바이오그로-크리너 Ⅱ 50배 희석액을 10ℓ/㎡의 양으로 분무함 |
| 처리 4 | 제조예 3의 크리너 조성물 50배 희석액을 10ℓ/㎡의 양으로 분무함 |
| 처리 5 | 제조예 4의 크리너 조성물 50배 희석액을 10ℓ/㎡의 양으로 분무함 |
20일 경과 후 각 처리구별 유채의 생장량을 측정하였다. 유채 생장량 측정은 각 처리구에서 토양과 유채를 분리한 후 유채의 뿌리 부분을 물에 씻어 토양 및 이물질을 제거하고 상온에서 건조한 후 무게를 측정하는 방법을 사용하였다. 하기 6에 처리구별 유채 생장량 측정 결과를 나타내었다. 유채 생장량 측정 결과는 생장량 값과 별도로 비교의 편의를 위해 무처리를 100으로 하였을 때의 상대적인 값으로 지수화하여 나타내었다.
| 무처리 | 유채 생장량(g) | 유체 생장량 지수 |
| 처리 1 | 9.5 | 100 |
| 처리 2 | 13.1 | 137 |
| 처리 3 | 13.9 | 146 |
| 처리 4 | 15.7 | 165 |
| 처리 5 | 15.3 | 160 |
| 처리 6 | 15.4 | 161 |
상기 표 6에서 보이는 바와 같이 본 발명에 따른 토양 오염물질 제거용 영양 크리너 조성물은 상업적으로 판매되는 토양 개량제 제품 또는 식물 세척용 크리너 조성물에 비해 식물의 생장 개선 효과가 우수하였고, 상업적으로 판매되는 제품과 동일한 개선 효과를 기준으로 비교하였을 때 사용량이 절반 정도 감소하여 경제성 측면에서 매우 유리한 걸로 나타났다.
이상에서와 같이 본 발명을 상기의 실시예를 통해 설명하였지만 본 발명이 반드시 여기에만 한정되는 것은 아니며 본 발명의 범주와 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형실시가 가능함은 물론이다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 본 발명에 첨부된 특허청구의 범위에 속하는 모든 실시 태양을 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
Claims (10)
- 수피와 톱밥을 포함하는 식물성 유기물 및 계분과 도축 부산물을 포함하는 동물성 유기물을 혼합한 유기물 혼합 원료에 바실러스 푸밀러스(Bacillus pumilus), 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis), 바실러스 리케니포미스(Bacillus licheniformis) 및 바실러스 메가테리움(Bacillus megaterium)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 바실러스속 미생물과 로도박터 캡슐라타(Rhodobacter capsulata) 또는 로도박터 스페로이드스(Rhodobacter sphaeroides)에서 선택된 1종 이상의 로도박터속 미생물을 포함하는 1차 혼합 미생물을 첨가한 후 호기성 조건의 발효조에서 15~40일 동안 1차 발효하고 노지에서 60~120일 동안 2차 발효하여 발효 유기물을 수득하는 단계;
상기 발효 유기물과 물을 혼합한 발효 유기물 혼합액에 바실러스 푸밀러스(Bacillus pumilus), 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis), 바실러스 리케니포미스(Bacillus licheniformis) 및 바실러스 메가테리움(Bacillus megaterium)을 포함하는 2차 혼합 미생물을 첨가하고 호기성 조건하에서 20~30일 동안 유지시켜 농축하고 여과하여 발효 유기물 농축액을 수득하는 단계;
상기 발효 유기물 농축액에 응집제를 첨가하여 발효 유기물을 케이크 상태로 응집시킨 후 건조하여 고형화된 발효 유기물을 수득하는 단계;
상기 고형화된 발효 유기물을 분쇄하여 발효 유기물 분말을 수득하는 단계; 및
상기 발효 유기물 분말에 질소 함유 비료 분말, 인 함유 비료 분말, 칼륨 함유 비료 분말, 양이온 중화제, 식물의 생장에 필요한 미량 원소 함유 물질, 계면활성제, 음이온 중화제, 식물 생장 조절제 및 산도 교정 물질을 첨가하고 혼합하여 고상 형태의 최종 조성물을 수득하는 단계를 포함하는 토양 오염물질 제거용 영양 크리너 조성물의 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 고상 형태의 최종 조성물을 수득하는 단계는
상기 발효 유기물 분말을 1차 기초물질로 하여, 여기에 질소 함유 비료 분말, 인 함유 비료 분말, 칼륨 함유 비료 분말 및 양이온 중화제를 첨가하고 혼합하여 2차 기초물질을 제조하는 단계;
상기 2차 기초물질에 식물의 생장에 필요한 미량 원소 함유 물질를 첨가하고 혼합하여 3차 기초물질을 제조하는 단계; 및
상기 3차 기초물질에 계면활성제, 음이온 중화제, 식물 생장 조절제 및 산도 교정 물질을 첨가하고 혼합하여 최종 조성물을 제조하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 토양 오염물질 제거용 영양 크리너 조성물의 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 고상 형태의 최종 조성물을 수득하는 단계는
상기 발효 유기물 분말을 1차 기초물질로 하여, 여기에 질소 함유 비료 분말, 인 함유 비료 분말 및 칼륨 함유 비료 분말을 첨가하고 혼합하여 2차 기초물질을 제조하는 단계;
상기 2차 기초물질에 식물의 생장에 필요한 미량 원소 함유 물질을 첨가하고 혼합하여 3차 기초물질을 제조하는 단계; 및
상기 3차 기초물질에 계면활성제, 양이온 중화제, 음이온 중화제, 식물 생장 조절제 및 산도 교정 물질을 첨가하고 혼합하여 최종 조성물을 제조하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 토양 오염물질 제거용 영양 크리너 조성물의 제조방법.
- 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 최종 조성물의 전체 중량을 기준으로 발효 유기물 분말 15~35 중량%, 질소 함유 비료 분말 20~35 중량%, 인 함유 비료 분말 10~30 중량%, 칼륨 함유 비료 분말 2~20 중량%, 양이온 중화제 0.1~2 중량%, 미량 원소 함유 물질 0.5~5 중량%, 계면활성제 5~20 중량%, 음이온 중화제 0.1~2 중량%, 식물 생장 조절제 0.5~2 중량% 및 산도 교정 물질 0.1~1 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 토양 오염물질 제거용 영양 크리너 조성물의 제조방법.
- 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 질소 함유 비료는 요소, 황산암모늄, 질산암모늄, 염화암모늄, 인산암모늄, 질산나트륨 및 석회질소로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상으로 구성되고
상기 인 함유 비료는 인산칼륨, 인산암모늄, 인산칼슘, 인산나트륨 및 과인산석회로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상으로 구성되고
상기 칼륨 함유 비료는 수산화칼륨, 황산칼륨, 질산칼륨, 염화칼륨 및 인산칼륨으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상으로 구성되고
상기 양이온 중화제는 MgB2, Mg(CO3)2, NH4OH, (NH4)2SO4, (NH4)2S2O8, (NH4)2CO3, (NH4)3PO4, NH4HCO3, (NH4)2CO3H2O, KBr, K2CO3, K3[Co(NO2)6], Fe3O4, Fe(CH3CO2)2, K2SO4, Fe(OH)3, FePO4, Fe(C6H11O7)2, FeC2O4, FeSO4, Al2O3B2O3, AlPO4, Al(OH)3, Al2O3 및 Al2(SO4)3로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상으로 구성되고,
상기 미량 원소 함유 물질은 붕소 함유 물질, 아연 함유 물질, 철 함유 물질, 망간 함유 물질, 구리 함유 물질, 칼슘 함유 물질, 몰리브덴 함유 물질 및 마그네슘 함유 물질로 이루어진 군에서 선택되는 2종 이상으로 구성되고
상기 계면활성제는 [(CH3)3SiO]3Si(CH2)3NH(CH2)3NH(CH2)2NH2, C6H6(CH3)2Si(CH2)COOH, HOOCC2C2H4Si(CH3)2SiC2H4COOH, [(CH3)SiO]2Si(CH3)(CH2)3OSO3H, 라우릴아미노프로필렌산메틸, 라우릴황산나트륨, 알킬에스테르슬폰산염, 알킬벤젠술폰산염, α-올레핀술폰산염, 알킬에테르황산에스테르염, 알킬아미드슬폰산염, 알칸술폰산염, Igepon T(N-acyl-N-mrthyltaurin 염), 지방산 칼륨, HO(CH2H4O)SiC2H4COO(C2H4O)3H, 소듐코코일이세치오네이트(Sodium Cocoyl Isethionate) 및 암모늄코코일이세치오네이트(Ammonium Cocoyl Isethionate)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상으로 구성되고
상기 음이온 중화제는 H3BO3, H2SO3, H2S2O7, H2SO5, H2S2O8, C4H8SO2, H2SO4, NH4OH, (NH4)2SO4, K2SO4, Fe(OH)3, FeSO4, Al(OH)3 및 Al2(SO4)3로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상으로 구성되고
상기 식물 생장 조절제는 식물 생장 호르몬에서 선택되는 1종 이상으로 구성되고
상기 산도 교정 물질은 산 또는 알칼리에서 선택되는 1종 이상으로 구성되는 것을 특징으로 하는 토양 오염물질 제거용 영양 크리너 조성물의 제조방법.
- 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유기물 혼합 원료를 구성하는 식물성 유기물 대 동물성 유기물의 중량비는 1:1 내지 1:2이고, 상기 식물성 유기물을 구성하는 수피 대 톱밥의 중량비는 1:1 내지 1:10이고, 상기 동물성 유기물을 구성하는 계분 대 도축 부산물의 중량비는 1:0.5 내지 1:2이고, 상기 1차 혼합 미생물의 첨가량은 유기물 혼합 원료 100 중량부 당 0.05~0.5 중량부인 것을 특징으로 하는 토양 오염물질 제거용 영양 크리너 조성물의 제조방법.
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