KR101882486B1 - 폐수오니의 재활용성을 증대시킨 인공어초 제조방법 - Google Patents

폐수오니의 재활용성을 증대시킨 인공어초 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 폐수오니의 재활용성을 증대시킨 인공어초 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폐기처리되던 폐수오니를 재활용할 수 있어 매립 폐기에 따른 비용상승과 매립지 부족에 따른 환경문제를 해소하면서 해조류가 뿌리를 내리고 살 수 있는 환경을 조성하여 어류의 활동성과 건강성을 높이면서 해양 생태계의 보전에 기여할 수 있도록 한 폐수오니의 재활용성을 증대시킨 인공어초 제조방법에 관한 것이다.

Description

폐수오니의 재활용성을 증대시킨 인공어초 제조방법{A method for manufacturing artificial fish sauce that increases the recyclability of wastewater sludge}
본 발명은 폐수오니의 재활용성을 증대시킨 인공어초 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폐기처리되던 폐수오니를 재활용할 수 있어 매립 폐기에 따른 비용상승과 매립지 부족에 따른 환경문제를 해소하면서 해조류가 뿌리를 내리고 살 수 있는 환경을 조성하여 어류의 활동성과 건강성을 높이면서 해양 생태계의 보전에 기여할 수 있도록 한 폐수오니의 재활용성을 증대시킨 인공어초 제조방법에 관한 것이다.
우리나라는 삼면이 바다이기 때문에 해양 수산업분야의 의존도가 매우 크다.
그러나, 비약적인 산업의 발전과 함께 바다로 유입되는 산업폐수는 적조발생의 원인이 되고 있으며, 또한 산업 배출수(산업폐수)에 함유된 오염원(폐수 오니)으로 인한 해양오염 그리고 연안어장의 축소와 남획으로 인한 수산자원의 감소 및 해양생태계의 파괴 등과 같은 심각한 문제점이 야기되고 있다.
한편, 연안지역에서는 양식장을 통해 어족자원을 많이 확보하고 있으나, 환경 자정능력을 초과한 밀식에 의한 수질오염 및 양식어장에서 배출되는 오수로 인한 해양 및 해저면 생태계의 피폐화 등을 초래하는 문제점이 야기되고 있는 실정이다.
통상, 인공어초는 해저면에 어류 서식처를 제공하기 위한 것이며, 그 목적은 연근해에 자연 서식하는 어류의 보호와 번식을 촉진시켜 어족자원을 증대시키는 것과 함께 해양 및 해저면의 생태계를 보전하기 위한 것이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위해서는 환경친화력, 생체친화력, 해양생물의 착생력, 수질정화력 등의 기능성을 가지면서 생태통로를 갖고 있는 인공어초가 절실히 요구되고 있다.
한국 등록특허 제10-1344008호(2013.12.16.), '친환경 해중 인공어초' 한국 등록특허 제10-1120058호(2012.02.17.), '하,폐수오니를 이용한 매립시설용 고화토 조성물의 제조방법'
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점들을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 폐기처리되던 폐수오니를 재활용할 수 있어 매립 폐기에 따른 비용상승과 매립지 부족에 따른 환경문제를 해소하면서 해조류가 뿌리를 내리고 살 수 있는 환경을 조성하여 어류의 활동성과 건강성을 높이면서 해양 생태계의 보전에 기여할 수 있도록 한 폐수오니의 재활용성을 증대시킨 인공어초 제조방법를 제공함에 그 주된 목적이 있다.
본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 폐수오니 살균단계, 폐수오니 응집단계, 폐수오니 건조단계, 규사 혼합단계, 성형단계를 포함하는 폐수오니의 재활용성을 증대시킨 인공어초 제조방법에 있어서; 상기 폐수오니 살균단계는 살균제를 투하한 후 24시간 동안 교반하는 과정과, 교반중 자외선램프로 자외선을 조사하여 살균하는 과정으로 이루어지며; 상기 폐수오니 응집단계는 살균된 폐수오니를 응집제로 응집시켜 함수율을 낮추도록 응집제 투입 후 60분 동안 교반하는 과정과, 교반완료된 응집물을 스크린을 통해 고액분리하는 과정으로 이루어지고; 상기 폐수오니 건조단계는 분리된 고상의 응집물을 80-100℃의 건조로에 통과시키되, 분당 1cm의 반송속도로 이송시키면서 건조하는 단계이며; 상기 규사 혼합단계는 건조된 폐수오니와 규사를 8:2의 중량비로 혼합하는 단계이고; 상기 성형단계는 폐수오니와 규사 혼합물 50중량%와 알루민산삼석회 20중량% 및 나머지 물로 이루어진 성형조성물을 교반한 후 인공어초 성형틀에 넣고 굳혀 성형하는 단계인 것을 특징으로 하는 폐수오니의 재활용성을 증대시킨 인공어초 제조방법을 제공한다.
이때, 상기 살균제는 소성된 산화이테르븀 5.5중량%와, 메타인산염 2.5중량%와, 티오바실러스 페로옥시단스(Thiobacillus ferrooxidans) 12.5중량%와, 폴리비닐알콜 2.5중량%와, 녹차분말 10중량%와, 소디움벤조에이트 2.5중량%와, 프로스타글란딘 5.5중량%와, 포타슘실리케이트(Potassium Silicate) 15중량% 및 나머지 오존수로 이루어지고; 상기 응집제는 케일분말 10중량%와, 신선초즙 5중량%와, 애타풀자이트 25중량%와, 그래뉼 형태의 셀루로오스 섬유 15중량% 및 나머지 소석회로 이루어진 것에도 그 특징이 있다.
본 발명에 따르면, 폐기처리되던 폐수오니를 재활용할 수 있어 매립 폐기에 따른 비용상승과 매립지 부족에 따른 환경문제를 해소하면서 해조류가 뿌리를 내리고 살 수 있는 환경을 조성하여 어류의 활동성과 건강성을 높이면서 해양 생태계의 보전에 기여하는 효과를 얻을 수 있다.
이하에서는, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명 설명에 앞서, 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.
또한, 본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에 따른 폐수오니의 재활용성을 증대시킨 인공어초 제조방법은 친환경성을 높일 수 있도록 하면서 폐수오니의 재활용성도 증대시켜 매립 폐기에 따른 부수적인 문제들을 일소하고, 나아가 인공어초에서 해초나 해조류 등이 뿌리를 쉽게 내려 살 수 있도록 함으로써 해수 정화와 함께 건강한 해양 생태계 조성에 기여할 수 있도록 한 것이다.
다시 말해, 산업폐수로부터 수득되는 폐수오니의 경우 기본적으로 SiO2와 Al2O3를 함유하고 있는데, 이는 경량골재의 몸체 역할을 하는 성분이다.
때문에, 본 발명자는 인공어초가 경량골재처럼 숨을 쉴 수 있는 구조를 만들 수 있음을 이 폐수오니의 성분분석을 통해 확인하고 연구 완성하게 되었다.
뿐만 아니라, 폐수오니에는 CaO, P2O5 등도 함유하고 있는데, 이는 환경 친화적인 아파타이트(Apatite)를 이루어 친환경성을 강화시킬 수 있으므로 폐수오니의 재활용성을 확인하게 되었다.
이에, 본 발명은 폐수오니 살균단계, 폐수오니 응집단계, 폐수오니 건조단계, 규사 혼합단계, 성형단계를 거쳐 인공어초를 제조하게 된다.
이때, 폐수오니 살균단계는 분리 수거된 폐수오니에 함유된 병원균, 세균 등을 죽이기 위한 단계로서, 살균제를 투하한 후 24시간 동안 교반하는 과정과, 교반중 자외선램프로 자외선을 조사하여 살균하는 과정으로 이루어진다.
여기에서, 상기 살균제는 정화기능을 포함하는 것으로서, 소성된 산화이테르븀 5.5중량%와, 메타인산염 2.5중량%와, 티오바실러스 페로옥시단스(Thiobacillus ferrooxidans) 12.5중량%와, 폴리비닐알콜 2.5중량%와, 녹차분말 10중량%와, 소디움벤조에이트 2.5중량%와, 프로스타글란딘 5.5중량%와, 포타슘실리케이트(Potassium Silicate) 15중량% 및 나머지 오존수로 이루어진다.
이때, 소성된 산화이테르븀은 희토류 금속으로서 내화학성과 내약품성을 증대시키기 위해 첨가되며, 메타인산염은 폐수오니 표면에서의 산화방지 기능을 강화시키면서 살균기능을 증대시키기 위해 첨가되고, 티오바실러스 페로옥시단스(Thiobacillus ferrooxidans)는 대표적인 황화수소 제거제로서 악취의 대부분은 황화수소에서 기인하므로 이를 효과적으로 분해 제거하여 악취 발생을 극소화시키는데 기여하기 위해 첨가되며, 폴리비닐알콜은 살균제의 안정화를 위해 첨가된다.
또한, 녹차분말은 수은, 납과 같은 중금속을 분해 제거하는 효과를 가진 천연 분말로서, 특히 녹차는 세균 증식을 억제하므로 친환경성을 증대시키는 작용도 하게 된다.
아울러, 소디움 벤조에이트는 일종의 방부제로서, 폐수오니의 부패를 막기 위해 첨가되며, 프로스타글란딘은 20개의 탄소로 이루어진 지방산 유도체로서 균체의 성장을 억제하여 오염을 막고 악취 발생을 억제하기 위해 첨가된다.
뿐만 아니라, 포타슘실리케이트(Potassium Silicate)는 무기질로서 특히, 곰팡이 번식 억제력을 강화시키고 흡착력을 증대시켜 악취 및 유해물질 제거에 기여하기 위해 첨가된다.
그리고, 오존수는 무성코로나방전 방식으로 오존을 발생시키는 오존발생기를 이용하여 생성된 오존에 물을 1:5의 비율로 혼합하여 이루어지며, 이러한 오존수는 OH 라디칼을 생성하는데, 오존을 물과 강제 접촉시키면 자유형라디칼이 생성되며, 이중 OH-가 가장 강력한 에너지를 발휘하여 살균, 탈취, 탈색, 중금속의 무기화, 각종 유기물질들을 원천적으로 분해, 제거 후 가장 안전한 물과 산소 상태로 환원시키게 된다. 즉, OH 라디칼(수산기)는 지구상에 존재하는 모든 세균류 및 오염원들을 자연화학적으로 분해, 제거 및 중화시키는데 탁월한 능력을 가진 천연물질이며, 2차 오염물질도 남기지 않는다.
아울러, 자외선 램프로 살균하는 과정은 교반하는 도중 자외선램프를 통해 살균선인 253.7nm의 파장대역을 방출하도록 하여 직접적인 살균(대장균, 녹농균, 박테리아 등)을 진행하도록 한 과정이다.
한편, 폐수오니 응집단계는 살균된 폐수오니를 응집제로 응집시켜 함수율을 낮추는 단계로서, 응집제 투입 후 60분 동안 교반하는 과정과, 교반완료된 응집물을 스크린을 통해 고액분리하는 과정으로 이루어진다.
이때, 응집제는 친환경성 응집제로서, 응집반응을 촉진하여 단시간내 응집되게 하면서 응집력을 높이도록 케일분말 10중량%와, 신선초즙 5중량%와, 애타풀자이트 25중량%와, 그래뉼 형태의 셀루로오스 섬유 15중량% 및 나머지 소석회(수산화칼슘)로 이루어진다.
이때, 케일분말은 양귀비목 배추과의 여러해살이 풀인 케일의 잎과 뿌리를 증숙한 후 말려 분쇄한 것으로서, 풍부한 섬유질에 의한 흡착력 강화 및 유해물질분해 기능이 뛰어나고 악취를 제거하기 위해 첨가된다.
그리고, 신선초즙은 미나리과의 식물로 여러해살이 초본인 신선초로부터 추출된 액으로서, 플라보노이드 및 게르마늄이 다량 함유되어 있어 독성물질 제거와 악취를 줄이는데 유용하기 때문에 첨가된다.
또한, 애타풀자이트는 보통 증점 및 벌킹을 위해 첨가하는 재료지만, 본 발명에서는 유해물질 배출을 차단한 상태에서 섬유상 구조의 특성을 이용하여 흡착능력을 증대시키기 위해 첨가된다.
뿐만 아니라, 그래뉼 형태의 셀루로오스 섬유는 천연 흡착제로서, 독소 흡수 및 유분 흡수력이 뛰어나고, 친환경적인 재료로서 악취제거에도 기여하기 위해 첨가된다.
아울러, 소석회는 대표적인 응집제로서, 베이스 재료이다.
이와 같은 응집제를 응집조에 투입한 후 50-60rpm으로 60분 동안 저속으로 교반하게 되면 응집반응이 일어나면서 잔여 유분을 포함한 고형화될 물질들이 모두 응집되면서 작은 크기의 덩어리들이 생기게 된다.
이렇게 하여, 응집 반응이 완료되면 이어 스크린으로 체질하여 고액을 분리하는 과정을 거친다.
그리고, 상기 폐수오니 건조단계는 분리된 고상의 응집물을 건조로에 넣고 건조하는 단계이다.
이때, 상기 건조로는 80-100℃의 온도로 유지되는 인라인 형으로서 컨베이어벨트를 타고 응집물이 이송될 수 있도록 구성되며, 반송속도는 분당 1cm가 바람직하다.
또한, 상기 규사 혼합단계는 건조된 폐수오니와 규사를 8:2의 중량비로 혼합하는 단계이다.
여기에서, 규사는 암석의 풍화로 인하여 다른 광물은 분해되어 없어지고 석영만이 잔류되거나 운반되어 이루어진 모래로서, 성형된 인공어초의 성형성과 내구성을 높이기 위해 첨가된다.
마지막으로, 상기 성형단계는 폐수오니와 규사 혼합물 50중량%와 알루민산삼석회 20중량% 및 나머지 물로 이루어진 성형조성물을 교반한 후 인공어초 성형틀에 넣고 굳혀 성형하는 단계이다.
이때, 상기 알루민산삼석회는 수화반응을 촉진하여 고화 속도를 조절하고, 강도를 증진시키기 위한 것이다.
이와 같은 단계를 거쳐 제조된 인공어초는 친환경성은 물론 내구성, 내약품성까지 갖추고 있고, 폐수오니를 재활용한 것이미므로 경량골재처럼 숨을 쉴 수 있는 구조를 가지고 있으며, 해조류 등이 뿌리를 내릴 수 있는 성분으로 이루어져 있기 때문에 해조류가 활발하게 성장할 수 있도록 하여 준다.
따라서, 해양 생태계를 활성화시키는데 기여하게 된다.
이에 더하여, 본 발명에서는 성형된 인공어초에 미세공극을 형성하여 숨쉬는 능력을 배가시키고, 인공어초 성형시 성형물의 견고한 내구성을 유지하여 장수명화를 달성할 수 있도록 상기 성형조성물 100중량부에 대해, 알로펜 분말 8.5중량부와, 세리사이트 2.5중량부와, 귀양석 분말 15.5중량부와, 질화규소 2.5중량부를 더 첨가할 수 있다.
이때, 상기 알로펜(Allophane) 분말은 다공질의 알로펜 점토광물을 0.01mm 이하의 입도를 갖도록 분쇄하여 미분화시킨 것으로, 알로펜은 화산재의 풍화과정에서 생기는 점토광물로서 예외적으로 결정구조를 갖지 않는 이른 바, 비정질점토이다. 이것은 유기질 콜로이드 입자인 부식(腐植)과 결합하기 쉬워 포름알데히드를 흡수 제거하는 기능이 뛰어난 것으로 보고되어 있다.
특히, 알로펜은 다공질의 미세한 입자들로 이루어져 있어 표면이 숨을 쉴 수 있도록 하여 주는 특징이 있다.
그리고, 세리사이트(Sericite) 분말은 표면에 대한 접착면적을 넓혀주어 부착력을 배가시키는 친수성 광물로서 바인딩성을 강화시켜 내구성을 증대시키기 위해 첨가된다.
또한, 귀양석은 실리카, 알루미나, K2O, Na2O를 주성분으로 하는 장석계열의 천연석으로서, 다른 말로 군마장석이라고도 한다.
이러한 귀양석은 실온 20℃ 이상에서 원적외선 방사율이 약 96%이고, 음이온이 최고 24000개/cc가 발생하는 특징이 있는 비방사능 방출특성을 갖는 천연무기질이며, 무엇보다도 3차원 망목구조를 가지면서 미세공극(1-2Å)을 형성하기 위해 첨가된다.
아울러, 무정형의 나노입자 크기의 질화붕소를 분산시킨 질화규소는 미소 크랙이 발생하는 것을 억제하며, 내침식성을 강화시키기 위해 첨가된다.
이하, 실시예에 대하여 설명한다.
[실시예 1]
본 발명에 따른 제조방법에 의해 인공어초 샘플인 시료 1을 만들었다.
[실시예 2]
실시예 1과 동일하게 하되, 성형단계에서 성형조성물 100중량부에 대해, 알로펜 분말 8.5중량부와, 세리사이트 2.5중량부와, 귀양석 분말 15.5중량부와, 질화규소 2.5중량부를 더 첨가하여 시료 2를 만들었다.
그리고, 시료 1,2에 대한 해조류를 포함한 해양생물의 뿌리내림 활성 여부를 확인하기 위해, 시료 1,2를 수심 2.5m의 해수에 침지시킨 상태로 3개월 동안 방치한 후 해조류를 포함한 해양생물의 부착성을 육안으로 확인하였다.
이때, 비교를 위해 일반적인 콘크리트로 만들어진 인공어초 비교시료도 동일하게 시험하였다.
시험결과, 시료 1,2에서는 해조류를 포함한 해양생물이 뿌리를 내리고 성장함이 육안으로 확인될 정도로 풍성하였고, 잘 뽑히지도 않았다.
반면, 비교시료의 경우에는 시료 1,2에 비해 상대적으로 현저히 작았고, 손으로 문지르면 쉽게 분리 탈락하여 뿌리내림이 약하였다.
아울러, 저온에서의 균열저항성을 평가하기 위하여 -10℃와 20℃에서 휨 시험을 실시하였다.
시험은 시료 1,2와 비교시료를 -10℃와 20℃의 저온 항온조에 넣고 6시간 이상 양생한 후 50mm/min의 재하 속도로 시편의 중앙부에 하중을 가하였다.
그리고, 시험으로부터 구한 하중 변형량 곡선에서 휨 강도및 파괴시의 변형량을 측정하였다. 또한, 균열 저항성을 평가하는데 많이 사용되고 있는 터프니스(Toughness)를 계산하였다.
시험결과, 시편 모두 온도가 증가함에 따라 휨 강도는 감소하였고, 변형률과 터프니스는 증가하는 경향을 나타내었는데, 시료 1,2가 비료시료에 비해 훨씬 높았다.
이를 통해, 본 발명에 따른 인공어초의 내구성도 우수한 것으로 확인되었다.
뿐만 아니라, 수질 정화능력, 특히 살균력을 확인하기 위해 수질환경보전법 제8조에서 규정하고 있는 수질오염공정시험방법에 따른 평판집락법으로 대장균수의 변화를 측정하였다.
측정 결과, 시료 1,2는 살균효과가 두드러졌으나, 비교시료의 경우에는 살균효과를 거의 확인할 수 없었다.
또한, 수질정화능력을 평가하는 COD와 BOD의 평가에서도 시료 1,2는 수질정화능력이 현저하지는 않지만 있는 것으로 확인되었으나, 비교시료의 경우에는 없는 것으로 확인되었다.

Claims (2)

  1. 폐수오니 살균단계, 폐수오니 응집단계, 폐수오니 건조단계, 규사 혼합단계, 성형단계를 포함하는 폐수오니의 재활용성을 증대시킨 인공어초 제조방법에 있어서;
    상기 폐수오니 살균단계는 살균제를 투하한 후 24시간 동안 교반하는 과정과, 교반중 자외선램프로 자외선을 조사하여 살균하는 과정으로 이루어지며;
    상기 폐수오니 응집단계는 살균된 폐수오니를 응집제로 응집시켜 함수율을 낮추도록 응집제 투입 후 60분 동안 교반하는 과정과, 교반완료된 응집물을 스크린을 통해 고액분리하는 과정으로 이루어지고;
    상기 폐수오니 건조단계는 분리된 고상의 응집물을 80-100℃의 건조로에 통과시키되, 분당 1cm의 반송속도로 이송시키면서 건조하는 단계이며;
    상기 규사 혼합단계는 건조된 폐수오니와 규사를 8:2의 중량비로 혼합하는 단계이고;
    상기 성형단계는 폐수오니와 규사 혼합물 50중량%와 알루민산삼석회 20중량% 및 나머지 물로 이루어진 성형조성물을 교반한 후 인공어초 성형틀에 넣고 굳혀 성형하는 단계인 것을 특징으로 하되,
    상기 살균제는 소성된 산화이테르븀 5.5중량%와, 메타인산염 2.5중량%와, 티오바실러스 페로옥시단스(Thiobacillus ferrooxidans) 12.5중량%와, 폴리비닐알콜 2.5중량%와, 녹차분말 10중량%와, 소디움벤조에이트 2.5중량%와, 프로스타글란딘 5.5중량%와, 포타슘실리케이트(Potassium Silicate) 15중량% 및 나머지 오존수로 이루어지고;
    상기 응집제는 케일분말 10중량%와, 신선초즙 5중량%와, 애타풀자이트 25중량%와, 그래뉼 형태의 셀루로오스 섬유 15중량% 및 나머지 소석회로 이루어진 것을 특징으로 하는 폐수오니의 재활용성을 증대시킨 인공어초 제조방법.
  2. 삭제
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