KR101575805B1

KR101575805B1 - 수중 광반응 생물인 미세조류를 함유하는 압착 성형 제품 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR101575805B1
Application number: KR1020130124516A
Authority: KR
Inventors: 이태용
Original assignee: (주)일광비티
Priority date: 2013-10-18
Filing date: 2013-10-18
Publication date: 2015-12-08
Also published as: KR20150045167A

Abstract

본 발명은 수중 광반응 생물인 미세조류를 함유하는 압착 성형 제품 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수중 광반응 생물인 미세조류의 분말, 점토 분말에 전분, 감자 분말, 감자 껍질 분말 또는 리그노술폰산염 중에서 선택된 어느 하나의 바인더를 포함하고, 함수율이 10 내지 15%인 것을 특징으로 하는 수중 광반응 생물을 함유하는 압착 성형 제품을 제공함으로써, 혐오 오염 물질로 인식되어 있는 강, 저수지, 보, 댐 또는 바다에 발생하는 녹조와 적조를 포함하는 광반응 생물인 미세조류 수거하여 발열량이 높은 압착 성형 펠릿 연료 또는 비료로 전환하는 지속 가능한 녹색 기술을 제공하는 효과를 제공할 수 있고, 제조원가를 획기적으로 절감하여 저가로 누구나 부담없이 고품질의 제품을 이용할 수 있다.

Description

수중 광반응 생물인 미세조류를 함유하는 압착 성형 제품 및 그 제조 방법 {Press molding product containing microalgae and the preparation method thereof}

본 발명은 수중(水中) 광반응 생물인 미세조류를 함유하는 압착 성형 제품 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 혐오 오염 물질로 인식되어 있는 강, 저수지, 보, 댐 또는 바다에 발생하는 녹조 및 적조를 포함하는 수중 광반응 생물인 미세조류를 수거하여 발열량이 높은 압착 성형 펠릿 연료 또는 비료 등의 원료로 활용할 수 있는 수중 광반응 생물인 미세조류를 함유하는 압착 성형 제품 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

수중 광반응 생물인 '미세조류(Microalgae)'란 광합성을 하는 단세포생물들을 통칭하는 말로 광합성 색소를 가지고 독립 영양생활을 하는 수중 하등식물로 대형 조류로는 우리 식탁위에서 자주 볼 수 있는 김, 미역과 우뭇가사리가 있으며 미세조류는 녹조, 적조와 같은 식물성 플랑크톤을 예로 들 수 있다. 상기와 같은 미세조류는 민물이나 바다에 서식하고 있으며, 이산화탄소와 햇빛 그리고 물속 무기염류를 이용하여 자기 몸속에서 탄수화물, 지방, 단백질 등을 생산하여 저장하므로 모든 해양 동물의 1차 식량원이 된다.

최근 들어 영양 염류 과다로 부영양화된 바다와 호소나 유속이 느린 하천에서 부유성의 조류가 대량 증식하여 녹색이나 적색으로 변화시키는 현상이 자주 발생하고 있다. 녹조와 적조의 대발생은 민물과 바다에서 남조류, 와편모조류 또는 규조류와 같은 광반응 생물인 식물성 플랑크톤의 대량 번식으로 인해 물의 색깔이 녹색, 적색, 황색, 적갈색 등으로 변색되는 비정상적인 대량증식으로 물 빛깔을 변화시키고, 발생 수역에서 물고기를 포함한 수생 종 다양성의 혼란을 초래하고 단일 종의 미세조류만이 대량 증식하면서 사회적, 경제적, 환경적인 측면에서 많은 피해를 유발하는 오염 인자로 분류하여 유해조류의 대발생(Harmful Algal-bloom, HAB)이라고 분류하고 다양한 제거 방법이 개발되고 있다.

상기와 같이 대량으로 발생하는 이들 유해조류는 아직까지 효율적인 예방법이 없고, 재활용 방법이 없어 수질 개선 사업의 일환으로 응집 부상 또는 가압 부상을 이용한 조류 제거선을 이용하여 수거를 하고 있으며, 수거된 미세조류는 재활용 방안이 없는 유기성 폐기물로 전량 소각 후 매립지로 폐기한다. 특히, 황산알루미늄, PAC 등의 독성 무기계 응집제와 인공합성 고분자 응집제를 이용하여 수거한 미세조류는 고농도의 알루미늄이 함유되고, pH가 높아 산업적 재활용이 제한적이므로 전량 산업 폐기물로 처리하고 있는 실정이다.

하지만, 수중 광반응 생물인 미세조류는 지방을 자기 체중의 30% 이상까지 저장하는 종은 바이오디젤로, 탄수화물이 많은 종은 바이오에탄올로 변환이 가능하여 특정한 종을 인공적으로 재배한 경우 연간 1만㎡ 당 최대 약 10만ℓ에 달하는 바이오연료를 생산할 수 있다. 또한, 미세조류는 증식 시 탄소동화작용을 하므로 많은 양의 이산화탄소를 흡수하여 지구온난화를 방지할 수 있고, 3~8시간 만에 두 배로 늘어나는 미세조류의 대량 생산성 때문에 100t의 미세조류를 생산하면 약 180여t의 이산화탄소를 줄일 수 있는 효과가 있으면서도 바닷물, 호수, 폐수 등 거의 모든 물에 용존하는 오염물질인 영양 염류, 중금속 심지어 방사능 물질까지 흡수하므로 수질정화 효과도 부수적으로 기대할 수 있는 큰 장점을 가지고 있다.

또한, 미세조류의 태양에너지 이용 효율은 5% 정도로 육상식물의 0.2%에 비해 약 25배 정도 높은 것으로 알려져 있어 단위 면적당 대체연료 생산성이 높다. 그렇기 때문에 미세조류의 지방산과 탄수화물을 이용하여 바이오디젤과 바이오에탄올 등의 신재생 에너지를 생산하는 방법은 이미 상용화되어 있어 여러 나라에서 광대한 부지에 용도에 적합한 일정한 종류의 미세조류가 재배되고 있으며 이들 산업은 날이 갈수록 크게 발전하고 있다. 하지만, 이들 산업은 큰 부지를 필요한 사업으로 재배 시설의 건설, 종 선정과 관리, 미세조류의 수확, 수확한 미세조류의 세포를 파쇄하여 오일을 얻거나 발효를 하는 전문 기술과 시설 그리고 최종 제품 가공 시설까지 각 분야에 걸쳐 전문적인 기술과 많은 자본이 투자되어야만 추진이 가능하다.

수중 광반응 생물 이용하여 산업적으로 재활용한 선행기술 1(한국등록특허공보 10-1026122 B1)은 조류를 이용한 생물학적 인ㆍ질소 처리 및 바이오매스 생산ㆍ회수 방법 및 그 장치에 관한 것으로서, 조류를 바이오매스로서 회수하여 바이오 연료와 같은 에너지원이나 사료와 비료 또는 의약품 등의 원료로 활용할 수 있어 수질정화와 함께 자원재활용이라는 두 가지 요구를 동시에 충족시킬 수 있는 방법이 개시되어 있다. 또한, 선행기술 2(한국공개특허공보 10-2004-0001288 A)는 조류를 이용한 식생 영양토의 제조방법에 관한 것으로서, 수중에서 서식하고 있는 조류를 호기성 처리(공기를 미세기포로서 수중에 토출시켜 수중에 서식하고 있는 조류를 수면 위로 부상시킴)하여 발생한 부식질을 미세입자로 분쇄시킨 후, 흙을 임의의 비율로 배합시켜 발효시킴으로서 식물의 생육에 필요한 영양성분을 제공하는 방법이 개시되어 있다. 또한, 선행기술 3(한국등록특허공보 10-1058535 B1)은 고효율 이산화탄소 제거능을 갖는 미세조류 및 이의 용도에 관한 것으로서, 세네데스무스 프로덕토-카피타투스(Scenedesumus producto-capitatus) 균주의 바이오매스를 원료로 항암효과와 건강보조식품, 화장품, 음료수 첨가물, 바이오에너지, 천연조미료와 사료로 적용할 수 있는 기술이 개시되어 있다.

한국등록특허공보 10-1026122 B1 한국공개특허공보 10-2004-0001288 A 한국등록특허공보 10-1058535 B1

상술한 바와 같이 대량으로 발생하는 수중 광반응 생물인 미세조류를 바이오매스로서 재활용하여 발열량이 높은 압착 성형 펠릿 연료 또는 비료로 전환함으로써 제조원가를 획기적으로 절감하면서 누구나 부담없이 고품질의 제품을 이용할 수 있는 수중 광반응 생물인 미세조류를 함유하는 압착 성형 제품을 개발하고자 하였다.

본 발명을 개발하기 위해 먼저 국내에서 부영양화가 발생한 5개 저수지 수질 개량 사업에 녹조 제거선을 투입하여 가압 부상법으로 미세조류와 미세 부유 오염 물질을 수거한 결과, 평균적으로 저수량 1만톤 기준으로 약 1톤의 미세조류를 수거할 수 있어 미세조류 바이오매스 생산성은 아주 우수한 것으로 산업화 가능성을 확인 하였다. 또한, 본 발명을 개발하기 위해 다각적인 창작력과 오랜 시간을 투입하여 수중 광반응 생물인 미세조류를 이용하면서 발열량이 높은 압착 성형 제품을 개발하기 위해 다양한 원료들을 대상으로 조성비를 변화시켜 실험하였다. 그 결과, 수많은 원료들 중에서 점토 분말, 감자 분말, 감자 껍질 분말, 전분 및 리그노술폰산염 중에서 선택된 어느 하나의 바인더를 수중 광반응 생물인 미세조류 분말과 함께 포함하여 함수율을 10 내지 15%로 조절함으로써 본 발명의 효과 구현이 가능하도록 하였다. 결과적으로, 수중 광반응 생물인 미세조류를 바이오매스로서 재활용하여 발열량이 높은 압착 성형 펠릿 연료 또는 비료를 생산할 수 있는 압착 성형 제품 및 그 제조 방법 개발에 성공하여 본 발명을 완성하게 되었다.

따라서 본 발명의 목적은 재생 가능한 천연 자원인 수중 광반응 생물, 즉 미세조류를 재활용 하여 발열량이 높은 압착 성형 제품 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 수중 광반응 생물인 미세조류를 함유하는 압착 성형 제품 및 그 제조 방법을 제공한다.

상기 압착 성형 제품은 수중 광반응 생물인 미세조류의 분말, 점토 분말에 전분 및 리그노술폰산염 중에서 선택된 어느 하나의 바인더를 포함하고, 함수율이 10 내지 15%이다.

상기 압착 성형 제품은 압착 성형 제품 총 중량에 대하여 미세조류 분말 20 내지 70중량%, 점토 분말 0.1 내지 5중량%, 전분 및 리그노술폰산염 중에서 선택된 어느 하나의 바인더 0.1 내지 3중량%를 포함한다.

상기 점토 분말은 돌로마이트, 카올린 및 벤토나이트 중에서 적어도 하나 혹은 둘 이상을 포함한다.

상기 점토 분말은 입경이 325㎛ 이하인 것을 특징으로 한다.

상기 압착 성형 제품은 길이가 0.1 내지 32mm이고, 입경이 6 내지 12mm이다.

상기 압착 성형 제품은 톱밥, 왕겨, 코코피트 분말, 잔디, 짚, 대마속대, 갈대, 넝쿨 식물, 코코넛 나무 분말, 피마자 나무 분말, 님 나무 열매 분말, 멀구슬 나무 분말, 제충국 분말 및 모링가 나무 분말의 가연성 또는 살충 기능성 재료 중에서 적어도 하나 혹은 둘 이상을 포함한다.

상기 가연성 재료는 압착 성형 제품 총 중량에 대하여 5 내지 50중량%를 포함한다.

본 발명은 (1) 수중 광반응 생물인 미세조류를 가압 부상법 또는 응집 부상법을 이용하여 수거하는 단계; (2) 상기 수거한 미세조류를 함수율이 70 내지 80%가 되도록 탈수기를 이용하여 수분을 제거하는 단계; (3) 상기 수분을 제거한 미세조류를 자연 건조 또는 자외선 처리를 통하여 독성을 최소화시킨 후, 40 내지 80℃의 열풍을 이용하여 수분을 5 내지 10%로 조절하면서 분말화하는 단계; (4) 상기 (3)단계에서 건조된 미세조류의 분말 20 내지 70중량%에 전분, 감자 분말, 감자 껍질 분말 또는 리그노술폰산염 중에서 선택된 어느 하나의 바인더 0.1 내지 3중량% 및 점토 분말 0.1 내지 5중량%을 첨가하여 함수율을 10 내지 15%로 조절하는 단계; 및 (5) 상기 함수율이 10 내지 15%인 상태에서 길이가 0.1 내지 32mm이고, 입경이 6 내지 12mm로 압착 성형하는 단계;를 포함하여 제조하는 것을 특징으로 하는 수중 광반응 생물인 미세조류를 함유하는 압착 성형 제품의 제조방법을 제공한다.

본 발명의 수중 광반응 생물인 미세조류를 함유하는 압착 성형 제품은 혐오 오염 물질로 인식되어 있는 강, 저수지, 보, 댐 또는 바다에 발생하는 녹조와 적조를 포함하는 수중 광반응 생물인 미세조류를 수거하여 발열량이 높은 압착 성형 펠릿 연료 또는 비료로 전환하는 지속 가능한 녹색 기술을 제공하는 효과가 있고, 제조원가를 획기적으로 절감하여 저가로 누구나 부담없이 고품질의 제품을 이용할 수 있다.

또한, 지속 생산이 가능한 바이오매스 원료인 미세조류를 바이오디젤이나 바이오에탄올과 같은 큰 투자가 수반되는 대체 연료 사업과 달리, 상대적으로 저렴한 투자로 대체 연료나 친환경 비료로 재활용할 수 있고, 동시에 유해 조류로 오염된 수질 환경을 개선하면서 발생하는 유기성 폐기물을 재활용하므로 환경오염을 방지하고 유해 조류에 대한 대중의 인식 재고와 함께 탄소 배출권을 확보할 수 있다는 장점을 지니고 있다.

나아가, 본 발명은 비교적 투자비가 저렴하므로 소각 설비, 발전소, 제련시설 및 보일러를 사용하는 제조 시설의 배출 가스인 이산화탄소를 미세조류의 영양원으로 공급하여 인공적으로 미세조류를 생산한 후 고형 연료화하여 재이용하므로 연료비 절감은 물론 제품의 단가를 낮추어 탄소 배출권을 확보하는 사업과 하, 폐수 처리장의 방류수 수질 개선용으로 미세조류를 생산하여 탄소 배출권을 확보하는 사업 등에도 적용할 수 있다는 점에서 현저한 장점을 지닌다.

본 발명에서 '압착 성형'라 함은 일정한 형틀에 넣고 프레스로 눌러서 여러 가지 모양의 제품을 만드는 방법을 의미한다.

본 발명에서 '바이오매스'라 함은 에너지원으로 이용되는 식물, 미생물 등의 생물체를 의미한다.

본 발명에서 '응집 부상법'이라 함은 수중 광반응 생물인 유해 미세 조류를 제거선 위에서 저분자량의 생분해성 응집제를 투입하여 부상시켜 수집하는 방법을 의미한다.

본 발명에서 '가압 부상법'이라 함은 수중 광반응 생물인 유해 미세 조류에 미생물과 응집제를 투입하여 미세 기포를 주입하여 부상시켜 수집하는 방법을 의미한다.

본 발명은 수중 광반응 생물인 미세조류를 함유하는 압착 성형 제품의 제조방법을 제공한다.

본 발명의 바람직한 양태에 따르면, 상기 압착 성형 제품은 수중 광반응 생물인 미세조류의 분말, 점토 분말에 전분, 감자 분말, 감자 껍질 분말 및 리그노술폰산염 중에서 선택된 어느 하나의 바인더를 포함할 수 있는데, 이때 함수율이 10 내지 15%인 것은 성형 제품의 마찰강도, 발열량, 효율, 제품의 내구성과 밀도를 높여주는 측면에서 바람직하다. 상기 함수율이 10% 미만이거나 15%를 초과하는 경우는 성형 제품의 마찰강도, 발열량, 효율, 제품의 내구성과 밀도가 저하되는 문제점이 있다.

본 발명의 바람직한 양태에 따르면, 상기 압착 성형 제품은 압착 성형 제품 총 중량에 대하여 미세조류의 분말 20 내지 70중량%, 점토 분말 0.1 내지 5중량%, 전분 및 리그노술폰산염 중에서 선택된 어느 하나의 바인더 0.1 내지 3중량%를 포함한다.

본 발명의 바람직한 양태에 따르면, 상기 미세조류의 분말은 압착 성형 제품 총 중량 기준으로 20 내지 70중량%를 포함할 수 있다. 상기 미세조류의 분말이 압착 성형 제품 총 중량 기준으로 20중량% 미만일 경우에는 다른 첨가물 비용이 증가하여 단가가 높아지는 문제점이 있고, 70중량%를 초과하는 경우에는 성형이 불량해지는 문제점이 있다.

본 발명의 바람직한 양태에 따르면, 상기 점토 분말은 돌로마이트, 카올린, 벤토나이트, 부식물 중에서 적어도 하나 혹은 둘 이상을 포함하여 사용하는 것이 압착 성형 제품의 작업성을 개선하는 동시에 고형 연료로 사용 시 황과 같은 산화물 발생을 저감시킬 뿐만 아니라 비료로 활용 시 지효성과 양이온 교환능을 높여준다는 측면에서 바람직하다. 이때, 점토 분말은 입경이 325㎛ 이하인 것을 사용하는 것이 성형 공정 상 균질 강도 유지 측면에서 바람직하다. 상기 점토 분말은 압착 성형 제품 총 중량 기준으로 0.1 내지 5중량%를 포함할 수 있고, 더욱 바람직하게는 0.5중량%를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 점토 분말이 압착 성형 제품 총 중량 기준으로 0.1중량% 미만일 경우에는 성형제품의 압축 강도가 낮아지는 문제점이 있고, 5중량%를 초과하는 경우에는 발열량이 낮아지는 문제점이 있다.

본 발명의 바람직한 양태에 따르면, 상기 바인더는 전분, 감자 분말, 감자 껍질 분말 및 리그노술폰산염 중에서 선택된 어느 하나를 사용하는 것이 압착 성형 제품의 접착 강도를 현저하게 상승시킨다는 측면에서 바람직하다. 상기 바인더는 압착 성형 제품 총 중량 기준으로 0.1 내지 3중량%를 포함할 수 있고, 더욱 바람직하게는 0.5중량%를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 바인더가 압착 성형 제품 총 중량 기준으로 0.1중량% 미만일 경우에는 접착 강도가 떨어져 제조 후 품질이 저하되는 문제점이 있고, 3중량%를 초과하는 경우에는 접착 강도는 개선이 되지만 비경제적인 문제점이 있다.

본 발명의 바람직한 양태에 따르면, 상기 압착 성형 제품은 길이가 0.1 내지 32mm이고, 입경이 6 내지 12mm인 것을 사용하는 것이 각국의 펠렛 제품 기준을 만족할 수 있다는 측면에서 바람직하다.

본 발명의 바람직한 양태에 따르면, 상기 압착 성형 제품은 발열량을 높임과 동시에 비료로 사용 시 양분을 보강하기 위하여 톱밥, 왕겨, 코코피트 분말, 잔디, 짚, 대마속대, 갈대, 넝쿨 식물, 코코넛 나무 분말, 피마자 나무 분말, 님 나무 열매 분말, 멀구슬 나무 분말, 제충국 분말 및 모링가 나무 분말의 가연성 재료 또는 살충 기능성 재료 중에서 적어도 하나 혹은 둘 이상을 포함하여 사용할 수 있다. 특히, 님 나무 열매 분말, 멀구슬 나무 분말, 제충군 분말 및 모링가 나무 분말은 친환경적으로 선충이나 해충을 기피 또는 사멸하는 기능을 갖고 있기 때문에 친환경 비료로서의 역할은 물론, 토양 내부에 기생하는 유해 선충 제거와 해충 발생을 억제하는 효과까지 발휘하는 기능성 압착 고형 비료를 제조할 수 있게 된다.

이때, 상기 가연성 재료는 압착 성형 제품 총 중량에 대하여 5 내지 50중량%를 포함할 수 있다. 상기 가연성 재료가 압착 성형 제품 총 중량 기준으로 5중량% 미만일 경우에는 발열량이 낮아지는 문제점이 있고, 50중량%를 초과하는 경우에는 최종 제품의 단가가 높아지는 문제점이 있다.

본 발명의 바람직한 양태에 따르면, 상기 압착 성형 제품은 (1) 수중 광반응 생물인 미세조류를 가압 부상법 또는 응집 부상법을 이용하여 수거하는 단계; (2) 상기 수거한 미세조류를 함수율이 70 내지 80%가 되도록 탈수기를 이용하여 수분을 제거하는 단계; (3) 상기 수분을 제거한 미세조류를 자연 건조 또는 자외선 처리를 통하여 독성을 최소화시킨 후, 40 내지 80℃에서 열풍을 이용하여 수분을 5 내지 10%로 조절하면서 분말화하는 단계; (4) 상기 (3)단계에서 건조된 미세조류의 분말 20 내지 70중량%에 전분, 감자 분말, 감자 껍질 분말 또는 리그노술폰산염 중에서 선택된 어느 하나의 바인더 0.1 내지 3중량% 및 점토 분말 0.1 내지 5중량%을 첨가하여 함수율을 10 내지 15%로 조절하는 단계; 및 (5) 상기 함수율이 10 내지 15%인 상태에서 길이가 0.1 내지 32mm이고, 입경이 6 내지 12mm로 압착 성형하는 단계;를 포함하여 제조할 수 있다.

상기 (1)단계는 수중 광반응 생물인 유해 미세 조류를 제거선 위에서 저분자량의 생분해성 응집제를 투입하여 부상시켜 수집하는 응집 부상법 또는 미생물과 응집제를 투입하여 미세 기포를 주입하여 부상시켜 수집하는 가압 부상법을 이용하여 수거한다. 이때 수거한 미세조류는 함수율이 100%이상의 슬러리 상태이며, 구성 성분은 미세조류의 주성분인 당화합물, 단백질, 지방산, 셀룰로오즈 그리고 소량의 부유 점토를 비롯한 유기 물질들로 이루어져 있고, 주성분이 탄소, 수소 그리고 산소로 이루어져 있으며 생분해성이기 때문에 아주 이상적인 대체 연료임을 파악할 수 있다.

상기 (2)단계는 상기 (1)단계를 거쳐 수거한 슬러리 상태의 미세조류를 필터프레스 등의 탈수기를 이용하여 함수율이 70 내지 80%로 수분을 제거하는 단계이다. 현장 여건에 따라서 필터프레스와 같은 고액 분리 설비 설치가 힘든 경우에는 공극이 많은 PE 백이나 부직포 백에다 담아 물을 제거하는 중력 탈수도 가능하다.

상기 (3)단계는 상기 (2)단계를 거친 미세조류 슬러리를 넓게 펼쳐 충분하게 태양광에 노출시켜 독소를 없애는 동시에 수분을 제거하기 위하여 태양광을 이용하여 자연 건조하거나 또는 인공 자외선 처리를 통하여 최소화시킨 후, 40 내지 80℃의 열풍으로 건조하여 수분을 5 내지 10%로 조절하면서 분말화하는 것으로, 더욱 바람직하게는 7% 정도로 조절하는 것이 건조 시 미세조류 취급에 용이하다.

상기 (4)단계는 상기 (3)단계에서 건조된 미세조류의 분말 20 내지 70중량%에 전분 또는 리그노술폰산염 중에서 선택된 어느 하나의 바인더 0.1 내지 3중량% 및 입경이 입경이 325㎛ 점토 분말 0.1 내지 5중량%을 첨가하여 전체 분말을 균질하게 리본 믹서 등으로 혼합하면서 압착이 용이하도록 물을 뿌려 함수율을 10 내지 15%로 조절한다.

상기 (5)단계는 함수율이 10 내지 15%인 상태에서 길이가 0.1 내지 32mm이고, 입경이 6 내지 12mm로 압착 성형함으로써 수중 광반응 생물인 미세조류를 이용한 압착 성형 제품을 생산하여 대체연료와 친환경 비료로 재활용하는 방법을 최종적으로 제공한다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명 하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

실시예

제조예 1: 미세조류 분말 제조

당진에 위치한 S 저수지는 평균 수심 8.9m 평균 저수량 1,040만톤 규모 저수지로 하기 표 1과 같은 수질 특성을 가지고 있어 클로로필-a 농도를 비롯한 모든 지표들이 높게 나타나 녹조 제거선을 이용한 수질 개선 사업에 참여하여 광반응 미세조류를 수거하였다.

구 분	COD (mg/L)	SS (mg/L)	Chl-a(mg/m3)	T-N (mg/L)	T-P (mg/L)
수질 측정 결과	13.33	2.200	35.02	43.04	84.0

녹조 제거선 운용 방법은 일차적으로 구획을 정하여 부상 펜스를 설치하고, 제거선 전단부에서 압축 기포를 발생시켜 호소 내로 투입시키면서 모링가 나무 씨앗 추출 폴리펩타이드 응집제를 1ml/L의 비율로 주입시켜 부유 미세 조류와 오염물질을 입자성의 슬러지로 만들어 호소 상부로 부상시킨 후, 슬러지를 스크레파 방향으로 이동시키고 미세조류 슬러지 저장조로 이송한 후 다시 수질을 측정하였다. 그 결과는 하기 표 2에서 확인할 수 있듯이, 녹조는 물론 부유 유기물들을 비롯한 인, 질소 등 다양한 오염 물질들이 제거되었음을 확인하였다.

구분	COD (mg/L)	SS (mg/L)	Chl-a(mg/m3)	T-N (mg/L)	T-P (mg/L)
수질 측정 결과	5.8	6.4	10.0	1.83	0.064

수거된 미세조류 슬러지는 제거선 상부에 설치된 필터프레스로 1차 탈수하여 함수율을 80% 이하로 낮춘 후, 20kg 단위로 50개의 마대에 포장하였다. 상기와 같이 포장된 1톤의 미세조류 슬러지를 200평의 비닐하우스로 운반하고 바닥에 비닐을 깔고 그 위에 최대한 넓게 펼쳐 20일간 매일 쇠스랑을 이용하여 뒤집어 주어 함수율을 10% 내외까지 자연 건조시켰다. 상기와 같이 자연 건조된 미세조류는 건조되면서 덩어리로 뭉쳐 수시로 쇠스랑을 이용하여 최대한 잘게 파쇄하여 초기 중량의 10%인 100kg을 제조하였다.

실시예 1: 미세조류 분말을 함유하는 압착 성형 펠릿 제조

상기로부터 제조된 미세조류 분말 10kg, 미국산 소맥 전분 20kg 및 평균 입경 325 미크론인 제올라이트 점토 분말(동신화학) 0.2kg을 리본 믹서(동우분체)에 넣고 20분동안 교반하면서 수시로 물을 스프레이하여 함수율을 15%로 조정하였다. 상기 공정에서 혼합한 원료를 싱글 플랫 다이 펠렛 제조 장치(옥토개발)를 이용하여 180℃, 150MPa의 압력 조건에서 3분간 압축하여 입경 6mm 및 길이 13 mm의 펠릿을 제조하였다.

실시예 2: 미세조류 분말을 함유하는 압착 성형 펠릿 제조

상기로부터 제조된 미세조류 분말 10kg, 미국산 소맥 전분 20kg 및 평균 입경 325 미크론인 제올라이트 점토 분말(동신화학) 0.2kg에 인도네시아산 코코피트 블락을 300wt% 물에 완전히 수화시킨 후, 팬에 담아 섭씨 80℃ 온도의 열풍 건조기에 넣어 72시간 동안 건조한 코코피트 분말 5kg 및 압착 탈유한 후 분말화한 인도 첸나이산 님 나무 열매 분말 5kg을 리본 믹서에 넣어 4시간 동안 교반하면서 수시로 물을 스프레이하여 함수율을 15%로 조정한 혼합물을 싱글 플랫 다이 펠렛 제조 장치(옥토개발)를 이용하여 180℃, 150MPa의 압력 조건에서 3분간 압축하여 입경 6mm 및 길이 13mm의 펠렛을 제조하였다.

실험예 1: 미세조류의 성분 분석

상기 실시예 1 및 실시예 2 로부터 얻어진 압착성형 펠릿에 대하여 한국 다이텍 연구소에 미세조류의 성분 분석 시험을 의뢰하여 다음 표 3같은 결과를 얻었다.

성분	실시예 1 (%)	실시예 2 (%)
Ash	7.6	8.9
H₂O	6.8	7.9
C	54.4	53.7
H	6.9	6.3
N	7.3	6.9
S	ND	0.2
O	31.4	31.6
Protein	50	48
Carbohydrate	44	38
Lipid	7	14

상기 표 3으로부터 실시예 1 및 실시예 2의 방법으로 제조한 펠렛은 유기탄소 함유량과 산소 함유량이 높은 가연성 물질인 동시에 비료로 활용할 수 있는 유기탄소화합물인 단백질과 탄수화물 함유량이 높은 것으로 나타났다.

실험예 2: 미세조류 분말을 함유하는 압착 성형 펠릿의 발열량 검토

상기 실시예 1 및 실시예 2 로부터 얻어진 압착성형 펠릿에 대하여 한국산업표준(KS E 3707)의 방법으로 발열량을 분석하여 다음 표 4 내지 6에 나타내었다. 비교예 1은 한국 다이텍 연구소에서 제조한 파쇄 섬유와 톱밥을 압착 성형한 펠릿을 사용하였다.

실시예 1
원소분석 (wt%)
분석항목	C	H	O	N	S
결과	55.5	7.2	32.7	6.7	0.002
발열량 (Kcal/kg)
분석항목	HHV (고위발열량)		LHV (저위발열량)
결과	4,266		4,127

실시예 2
원소분석 ((wt%))
분석항목	C	H	O	N	S
결과	51.5	6.3	28.5	3.7	0.012
발열량 (Kcal/kg)
분석항목	HHV (고위발열량)		LHV (저위발열량)
결과	4,367		4,232

비교예 1
원소분석 ((wt%))
분석항목	C	H	O	N	S
결과	53.7	5.2	24.6	0.2	0.002
발열량 (Kcal/kg)
분석항목	HHV (고위발열량)		LHV (저위발열량)
결과	3,892		3,298

상기 표 4 내지 6으로부터 본 발명으로부터 제조한 실시예 1 및 실시예 2는 비교예 1과 비교시 발열량이 높아 연료의 성능이 현저하게 우수함을 알 수 있었다. 또한, 유기물 함유량이 높아 비료로 사용할 수 있음을 알 수 있다.

Claims

수중 광반응 생물인 미세조류의 분말, 점토 분말에 전분, 감자 분말, 감자 껍질 분말 또는 리그노술폰산염 중에서 선택된 어느 하나의 바인더를 포함하고,
상기 미세조류는 남조류이고,
상기 점토 분말이 0.1 내지 5중량%로 함유되며, 상기 점토 분말은 카올린, 벤토나이트, 또는 이들의 조합을 포함하는 것이고,
함수율이 10 내지 15%이고, 탄소 함유량이 51.5~55.5 wt%이고, 산소 함유량이 28.5~32.7 wt%인 것을 특징으로 하는,
수중 광반응 생물인 미세조류를 함유하는 압착 성형 제품.
제 1 항에 있어서,
상기 압착 성형 제품은 압착 성형 제품 총 중량에 대하여 미세조류 분말 20 내지 70중량%, 점토 분말 0.1 내지 5중량%, 전분, 감자 분말, 감자 껍질 분말 또는 리그노술폰산염 중에서 선택된 어느 하나의 바인더 0.1 내지 3중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 광반응 생물인 미세조류를 함유하는 압착 성형 제품.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 점토 분말은 입경이 325㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 수중 광반응 생물인 미세조류를 함유하는 압착 성형 제품.
제 1 항에 있어서,
상기 압착 성형 제품은 길이가 0.1 내지 32mm이고, 입경이 6 내지 12mm인 것을 특징으로 하는 수중 광반응 생물인 미세조류를 함유하는 압착 성형 제품.
제 1 항에 있어서,
상기 압착 성형 제품은 톱밥, 왕겨, 코코피트 분말, 잔디, 짚, 대마속대, 갈대, 넝쿨 식물, 코코넛 나무 분말, 피마자 나무 분말, 님 나무 열매 분말, 멀구슬 나무 분말 및 모링가 나무 분말의 가연성 또는 살충 기능성 재료 중에서 적어도 하나 혹은 둘 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 광반응 생물인 미세조류를 함유하는 압착 성형 제품.
제 6 항에 있어서,
상기 가연성 재료는 압착 성형 제품 총 중량에 대하여 5 내지 50중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 광반응 생물인 미세조류를 함유하는 압착 성형 제품.
(1) 수중 광반응 생물인 미세조류를 가압 부상법 또는 응집 부상법을 이용하여 수거하는 단계;
(2) 상기 수거한 미세조류를 함수율이 70 내지 80%가 되도록 탈수기를 이용하여 수분을 제거하는 단계;
(3) 상기 수분을 제거한 미세조류를 자연 건조 또는 자외선 처리를 통하여 독성을 최소화시킨 후, 40 내지 80℃의 열풍을 이용하여 수분을 5 내지 10%로 조절하면서 분말화하는 단계;
(4) 상기 (3)단계에서 건조된 미세조류 분말 20 내지 70중량%에 전분 또는 리그노술폰산염 중에서 선택된 어느 하나의 바인더 0.1 내지 3중량% 및 점토 분말 0.1 내지 5중량%을 첨가하여 함수율을 10 내지 15%로 조절하는 단계; 및
(5) 상기 함수율이 10 내지 15%이고 탄소 함유량이 51.5~55.5 wt%이고, 산소 함유량이 28.5~32.7 wt%인 상태에서 길이가 0.1 내지 32mm이고, 입경이 6 내지 12mm로 압착 성형하는 단계;를 포함하여 제조하는 것을 특징으로 하고,
상기 미세조류는 남조류이고,
상기 점토 분말은 카올린, 벤토나이트, 또는 이들의 조합을 포함하는 것인,
수중 광반응 생물인 미세조류를 함유하는 압착 성형 제품의 제조방법.