KR101890802B1 - 녹조 퇴치를 위한 혼합조성물 - Google Patents

Abstract

녹조현상이란 부영양화된 호수나 유속이 느린 하천에서 부유성의 조류(식물프랑크톤)가 대량 증식하여 수면에 집적하여 물색을 현저하게 녹색으로 변화시키는 현상"을 말한다.
녹조현상은 수화현상의 한 종류로 남조류의 대량 증식으로 인해 물색이 녹색으로 변하는 현상만을 의미한다. 실제 녹조(錄潮)현상 이라는 말은 적조현상과 비교하여 물색이 녹색으로 변한다고 하여 신문이나 방송을 통해 붙여진 이름이다.
이러한 녹조현상은 담수에 심각한 악영향을 미치고 있다. 시각적인 악영향은 물론이고, 독소에 의한 인체 및 가축에의 영향, 생태계 파괴로 인한 생태학적인 문제, 산소결핍으로 인한 물고기 및 각종 수중생물 폐사 등등의 심각한 문제점을 야기시키고 있는 것이 사실이다.
본 발명은 담수에 큰 피해를 가져오는 녹조 원인 생물을 효과적으로 퇴치하기 위한 녹조퇴치물질에 관한 것으로써, 환경친화적인 혼합물을 제조하고, 이를 녹조에 작용시켜 녹조를 퇴치하고자 하는 것이다.
본 발명에 따른 녹조퇴치물질은 기존의 녹조퇴치제들보다 녹조 구제효율이 높을 뿐만 아니라 2차 환경오염의 문제가 없으며, 저렴한 가격으로 대량생산이 가능한 잇점을 아울러 지니고 있다.

Description

녹조 퇴치를 위한 혼합조성물{The mixture for the elimination of green algae}

본 발명은 담수에서 발생하는 녹조를 효과적으로 퇴치하여 환경을 보호하고자 하는 새로운 기술에 관한 것이다. 최근 지구온난화로 부영양화로 인한 담수의 녹조현상이 가속화 일로에 있다. 이러한 녹조를 효과적으로 퇴치하고, 녹조 발생을 효과적으로 예방함으로써 환경을 보호하기 위한 신기술에 관한 것이다.

다시말해, 본 발명은 녹조피해를 예방 및 해소하기 위하여 환경친화적인 물질들로 새로운 혼합물을 생성하고, 이를 녹조발생지역에 살포하여 녹조를 퇴치하고자 하는 효과적인 녹조퇴치물질에 관한 것이다.

본 발명은 녹조피해를 예방 및 해소하기 위하여 환경친화적인 물질들로 새로운 혼합물을 생성하고, 이를 녹조발생지역에 살포하여 녹조를 퇴치하고자 하는 새로운 녹조퇴치물질에 관한 것이다.

녹조현상이란 설명하기에 따라 다양한 내용으로 설명되지만 일반적으로 "식물 플랑크톤이 대량으로 증식하여 담수의 색깔이 녹색으로 변하는 현상을 총칭"하는 말이다.

녹조현상은 담수에서만 발생하지만 적조현상은 바다뿐만 아니라 담수에서도 간혹 발견된다. 봄철 규조류가 대량증식하여 물색을 황갈색으로 변화시키는 경우나 봄철 와편모조류가 대량 증식하여 호수의 물색을 적갈색으로 변화시키는 경우는 담수적조라고 부른다.

녹조생성에서 피해까지의 매카니즘을 간략히 살펴보면, "공장폐수와 생활하수, 비료, 농약, 가축과 사람의 분뇨" 등등 각종의 육상오물들이 강 또는 호수로 유입되고, 이는 수역(水域)의 저부(低部)에 침착되어 박테리아에 의해서 분해된다.

상술한 유기물들이 분해되면서 어류에 악영향을 미치는 황화수소(H₂ S)와 플랑크톤의 먹이가 되는 질소와 인 성분을 생성시켜서 해수에서는 녹조 담수에서는 녹조를 발생시키고 이러한 녹조는 수중의 용존산소를 감소시키며, 또한 독성녹조 및 각종 녹조플랑크톤을 생성시켜 어류와 각종 수생생물들을 폐사시키게 된다. 또한 나아가서는 환경파괴 등의 많은 문제점을 불러 일으키게 된다.

또한 녹조발생으로 인하여 해저부의 유기물인 저질물질의 산화 분해로 인하여 초산 또는 유기산을 생성시키면서 ph <7 이하의 산성으로 변하게 된다. 또한 유기물이 산화 분해되면서 산소가 소비되기 때문에 해저부에 산소가 부족하여 혐기성 박테리아인 황산염환원균(Acetic acid, Lactic acid, Propionic acid) 활동으로 황산이온이 환원되어 수생생물에 독성을 주는 황화수소를 발생시킨다. 이 황화수소는 물속에 용해되어 산성수를 만들며 미해리된 황화수소는 독성이 있어 수생생물에 많은 피해를 불러일으킨다.

육지로부터 대량 유입된 유기물이 침전된 해저부에는 인산인과 중금속이 많이 함유되어 있으며 인산인은 녹조를 불러일으키는 플랑크톤의 먹이가 되어 부영양화로 녹조를 대량 발생시켜, 어류와 수생생물에 많은 피해를 주며 침전되어 있던 중금속들이 수중으로 용출되어 담수을 오염시키고 어류를 중독시킨다.

녹조를 일으키는 생물은 남조류가 주된 원인이다.

그럼, 먼저 녹조생물에 대하여 먼저 살펴본다면 다음과 같다.

녹조식물 綠藻植物 (green algae) 은 조류(藻類) 녹색식물문의 한 아문(亞門)이다.

세계에 약 1만 종이 알려져 있으며, 그중 약 90%가 민물산, 10%가 바닷물산이다. 빛깔은 색소체에 엽록소가 많이 들어 있어 녹색을 띤다. 엽록소 a와 b가 고등식물과 거의 같은 비율로 들어 있으며, 고등식물과 같은 카로티노이드 색소도 들어 있다. 색소체는 흔히 녹말형성체인 피레노이드를 가지고 광합성으로 녹말을 만든다. 세포막에는 보통 셀룰로오스가 들어 있다. 하등한 종류는 영양체가 단세포이지만, 섬모로 운동하는 종류도 있고 섬모가 없어서 운동성이 없는 것도 있다. 그밖에 무리를 이루는 것, 다세포인 것, 몸체가 커도 격막이 없고 낭상체(囊狀體)라는 특수 구조를 가진 것 등이 있다.

유성생식은 서양배처럼 생긴 원형질의 작은 덩어리로서, 보통 앞 끝에 길이가 같은 섬모 2개가 있는 배우자 간에 이루어진다. 생식 방법으로는 같은 형끼리 접합하는 동형세대류(同型世代類)의 경우, 이형세대류의 경우, 또는 알과 정자로 나누는 경우 등이 있다. 무성생식은 보통 배우자를 닮은 유주자로 이루어지며, 그밖에 부동포자(不動胞子)·휴면포자(休眠胞子)등도 만든다.

녹조식물은 큰 식물군으로서 서로 다른 여러 종류로 이루어진다.

① 볼복스목(Volvocales):단세포 또는 여러 개가 모여서 연결생활체(連結生活體)라고 하는 특수한 군체를 만든다. 클라미도모나스·볼복스 등이 있다.

② 녹색소구체목(綠色小球體目:Chlorococcales):단세포 또는 연결생활체를 만들지만 섬모가 없어서 운동력이 없다. 금붕어 어항 등에 무수히 번식하여 물을 녹색으로 만드는 스케네데스 무스나 페디아스트륨·히드로딕티온·클로렐라 등이 있다.

③ 주름말목(Ulotrichales):몸체는 다세포로서 대개 실 모양이나 종이 모양으로 퍼진다. 울로트릭스·홑파래·가시파래·납작파래·갈파래 등이 있는데, 파래류는 주로 바다에서 나며 식용한다.

④ 클라도포라목(Cladophorales):몸체는 1줄로 이어진 비교적 큰 다핵세포로 이루어진다. 염주말·나선염주말·곱슬염주말 등이 있는데, 염주말은 실 모양이며 가지가 없다.

⑤ 카이토포라목(Chaetophorales):몸은 실 모양이고 가지를 치며 기어서 벋는 부분과 곧게 서는 부분으로 나눈다. 카이토포라·드라파르날디아 등이 여기에 속한다.

⑥ 붓뚜껑말목(Oedogoniales):민물산으로서 연못이나 개천 등에서 자란다. 1줄로 된 세포로서 가지가 없는 머리털 모양이다. 세포는 단핵성이며 경계 부근에 특수한 세포분열로 생긴 가로선이 있다. 유주자의 윗부분에 짧은 섬모가 띠 모양으로 많이 난다. 붓뚜껑말이 여기에 속한다.

⑦ 청각목(Siphonales):대부분 따뜻한 바다에서 나며, 영양체는 격막이 없는 관 모양의 낭상체를 만들거나 그것과 비슷한 구조이다. 청각의 몸체는 짙은 녹색이고 되풀이하여 2갈래로 갈라져 같은 크기가 되며 전체가 부채꼴이다. 식용하는 종류도 있다.

옥덩굴은 따뜻한 바다에 많다. 몸은 기는 부분, 곧게 서는 부분, 붙는 부분으로 나누며, 특히 곧게 서는 부분은 가지를 내어 높이 약 15cm가 된다. 데르베시아의 경우, 무성세대(無性世代)에서 갈라진 실 모양의 몸체가 붓뚜껑말을 닮은 유주자를 만들고, 이것이 발아하여 생기는 유성세대는 지금까지 할리키스티스(Halicystis)라고 하던 작은 알 모양의 몸체임이 밝혀졌다.

그밖에 시포노클라두스목(Siphonocladales:그물공말 등), 접합조목(Conjugatae:별해캄 등) 등이 녹조식물에 속한다. 녹조식물에는 클로렐라와 같이 단백질이 많이 들어 있어서 영양가가 높은 식품인 것, 파래·홑파래·청각·민물파래와 같이 식용하는 것 등이 있다. 특히 파래·홑파래·갈파래 등은 혈중 콜레스테롤을 줄이는 효력이 있다고 한다.

녹조의 원인인 남조식물 藍藻植物 (blue-green algae)은 조류(藻類) 원핵식물류의 한 문(門)으로서 분열균류(分裂菌類)라고도 한다. 남조강 5목에 약 160속 1,500종이 알려져 있다. 엽록소 a와 남조소 등을 가지고 있어 청록색·갈색, 빨간빛을 띤 자주색, 남색 등을 띤다. 말리면 대부분 검은색으로 변한다.

단세포 조류로서 세포 안에 핵과 액포가 없고, 번식은 2분열에 의한 무성생식으로만 한다. 이와 같은 특징으로 무핵생물 또는 분열조(分裂藻)라고도 하며, 현생식물 가운데 가장 미분화한 식물로 일컬어진다.

모양은 단세포인 것, 세포가 길게 이어져 실 모양인 것, 사상체의 군체를 이루는 것, 한천질 물질에 싸여 군체를 이루는 것 등이 있다. 동화색소로서 엽록소 a, 피코시아닌 c, 피코에리드린(홍조소) c 등이 있으며, 세포막에는 펙틴·셀룰로오스·헤미셀룰로오스 등이 있다. 진정핵은 없지만 중심체질에 핵물질이 있으며, 주변체질에 동화색소와 그밖의 색소가 들어 있다.

광합성을 하여 남조녹말이라는 글리코겐 모양의 물질을 생성·저장한다. 남색꽈리 등 바닷물에서 사는 것도 있지만 대부분 민물에 살며 물속·습지, 축축한 바위 위 등에 붙어 산다. 체제와 번식법에 의해 다음 5목으로 분류한다.

① 소구체목(小球體目:Chroococales):몸은 단세포성 또는 군체성이다. 무성적 2분법으로 증식한다. 미크로키스티스·필로데르마·시네코키스티스·필로데르 등이 있다.

② 플레우로캅사목(Pleurocapsales):엽상체는 영양세포의 분열로 생긴 단세포체이다. 세포는 연이어 생기는 격막으로 나누어진다. 내생포자로 증식하는데, 내생포자는 엽상체 세포에서 만들어진다. 플레우로캅사 등이 있다.

③ 카마이시폰목(Chamaesiphonales):1줄 또는 여러 줄의 단세포가 나란히 이어진다. 부동성의 포자를 만들어 증식한다. 카마이시폰 등이 있다.

④ 연쇄체목(連鎖體目:Nostocales): 단세포의 사상체로서 1개 또는 여러 개의 세포사(細胞絲)로 이루어진다. 세포사는 단체 또는 군체를 이루고 생식은 사상체가 갈라져서 증식한다. 흔들말·염주말·수염털말·가죽실말 등이 있다.

⑤ 스티고네마목(Stigonematales): 납작한 공처럼 생긴 주머니 모양이다. 표면에 주름이 많고 가지를 낸다. 때로 여러 개가 서로 붙는다. 후막포자가 이어져 염주 모양으로 연결되며 포자로 증식한다. 남색꽈리 등이 있다.

남조류는 선캄브리아기에 유리산소를 생성하여 산소적 환경을 만든 것으로 알려진다. 31억년 전의 온페르바히트(Onverwacht) 층에서 남조화석이 발견되고 있으며, 19억 년 전 캐나다의 건플린트(Gunflint) 층에서는 남조식물의 이질세포와 아키네이트(akinete)가 나왔다.

남조류는 다음과 같은 증식특성을 지니고 있다.

유독 남조류의 종류와 그에 따른 독소를 살펴보면 다음과 같다.

상기한 유독남조류가 미치는 악영향을 살펴보면 다음과 같다.

녹조현상은 환경오염에 따른 부영양화로 인하여 전세계적으로 많은 호수나 하천에서 발생하고 있다. 그 피해규모도 점차 증가일로에 있는 것이 사실이다.

이러한 녹조를 구제하는 방법으로 널리 이용되는 방법은 황토나 세라믹을 침강제로 이용하거나 황산동과 구연산을 이용하는 법, 구리를 주 원료로 한 살초제를 이용하는 법, 광촉매를 이용하는 법, 전기분해법, 이산화염소법 등 다양한 방법이 시도되었으나, 실효성의 미비와 지속성문제, 그리고 2차오염의 문제를 안고 있는 것이 사실이다.

'황토살포법'을 살펴보더라도, 이는 녹조 발생수역에 황토를 살포하여 녹조와 황토가 응집되게 한 다음, 물속으로 침전(가라앉히는)시키는 방법이다. 이 경우 당장은 녹조가 눈에 띄지 않게 되지만 가라앉은 녹조중의 일부가 다시 부상하는 문제, 침전된 녹조가 부패하여 2차 환경오염을 유발시키는 문제, 황토를 담수에 살포함으로써 담수의 탁도가 높아져 어류가 폐사하는 문제점 등등, 많은 문제점을 지니고 있는 것이 사실이다.

[문헌1] 대한민국 등록특허 등록번호 제10-0623993호 (2006.09.07.) [문헌2] 대한민국 등록특허 등록번호 제10-1657171호 (2016.09.07.)

본 발명은 기존의 녹조퇴치 관련 기술들이 지닌 다양한 문제점 들을 극복하여, 저렴한 비용으로 짧은 시간 내에 친환경적으로 녹조를 퇴치하고자 하는 새로운 기술을 제공하는 데 그 주된 목적이 있다. 또한 친환경 물질로 구성되어 2차 환경오염 문제가 전혀 없는 장점을 아울러 지니고 있다.

환경친화적인 물질을 활용하여 녹조를 퇴치하는 방법으로 환경오염의 문제점이 전혀 없으며 녹조퇴치효율도 좋을 뿐만 아니라 황토와 같이 담수의 탁도가 높아지는 현상도 방지하였다. 또한 구제효율과 구제시간이 단축되어 상당히 상품성이 높은 방안이다.

상술한 방법으로 제조한 녹조퇴치물질은 짧은 시간 내에 녹조의 원인 생물의 세포벽을 파괴하여 녹조를 퇴치하는 뛰어난 효과뿐만 아니라, 녹조를 예방하는 효과도 아울러 지니고 있다.

녹조퇴치 후 담수에 용해되어 황토처럼 물의 탁도가 증가하여 생기는 2차 환경오염의 문제가 없으며, 저렴한 가격으로 양산할 수 있다는 장점을 아울러 지니고 있다.

본 발명에 따른 녹조 퇴치를 위한 혼합조성물은 "파이록스망간자이트, 망가나이트, 아세트산칼슘, 기브자이트"로 구성되어 진다.

이에 관하여 상세히 살펴보면 다음과 같다.

파이록스망간자이트(Pyroxmangangite)는 삼사정계의 광물로서 철분이 많은 것은 회색, 갈색을 띠며 철의 산화에 의해 검은색을 띤다. 망가니즈의 층상광상이나 페그마타이트 속에서 산출된다. 화학성분은 (Mn,Fe)7(Si7,O21)이다. 드물게 주상 또는 판상 결정을 나타내지만, 대부분은 괴상 또는 입상의 집합체를 이룬다. 굳기 5.5~6.0, 비중 3.8이다. 쪼개짐은 서로 사교(斜交)하는 3방향에 완전하다. 철분이 적은 것은 덩어리에서는 담홍색, 결정형을 나타내는 것에서는 선홍색으로 투명하여 아름답다. 주로 고생층 속에 있는 망가니즈의 층상광상에서 산출되며, 로도나이트(rhodonite)와 함께 산출된다.

망가나이트(Manganite)는 단사정계에 속하는 망가니즈의 광석이다. 검은색 또는 갈색을 띠며 추상, 입상, 괴상을 이룬다. 조흔색이 붉은색, 적갈색으로 다른 산화망가니즈 광물과 식별된다. 화학성분은 MnO(OH)이다. 수(水)망가니즈석이라고도 한다. 외형은 사방정계와 같은 주상 결정을 이루며, 보통 주면(柱面)에 세로로 조선(條線)이 두드러진다. 추상(錐狀)·입상(粒狀)·괴상(塊狀)을 이룬다. 굳기는 4, 비중은 4.3~4.4이다. 검은색 또는 갈색이며, 박편은 붉은색 광을 투과하고, 결정형을 보이는 것은 금속 광택을 갖는다. 조흔색은 붉은색 또는 적갈색이므로 다른 산화망가니즈 광물과 식별할 수 있다. 망가니즈의 광석이며 순수한 것은 62.4%의 망가니즈를 함유한다.

아세트산칼슘(Calcium acetate)은 화학식 C4H6CaO4인 아세트산의 칼슘염으로, 백색의 결정으로 직물염색의 매염제, 의약품으로 사용된다. 화학식은 C4H6CaO4이다. 분자량은 158.2g/mol이며, 용해도는 34.7g/100mL (20℃)이다. 무수염(無水鹽)은 백색 분말로 막대 모양 결정이며, 1수화물 및 2수화물염은 무색 결정이며, 물에는 녹으나 알코올에는 잘 녹지 않는다. 건류(乾溜)하면 아세톤이 생긴다. 흡습성이 커서 보관할 때 주의해야 하며 160℃ 이상 가열하면 아세톤과 탄산칼슘으로 분해된다. 아세트산을 수산화칼슘으로 중화(中和)하고 증발·농축시키면 뜨거운 수용액에서 1수화물이 석출되고, 찬 수용액에서 2수화물이 석출된다. 150℃ 이상에서 건조시키면 무수물이 되며, 아세톤·아세트산의 제조나, 직물염색의 매염제, 의약품으로 사용된다.

기브자이트(Gibbsite)는 단사정계에 속하는 광물로 굳기는 2.5, 비중은 2.3~2.4, 회색, 회적색, 회록색의 광물이다. 알루미늄의 중요한 광석이다. 화학성분은 Al(OH)3이다. 보통은 괴상(塊狀) 또는 결구상(結球狀)을 이루며, 드물게는 육각 판상(六角板狀)의 작은 결정을 이루기도 한다. 굳기 2.5, 비중 2.3~2.4이다. 쪼개짐은 [001] 면에 완전하다. 보크사이트를 이루는 주요한 광물로 색깔은 회색·회적색·회록색이다. 라테라이트와 같은 알루미늄이 많이 함유된 점토에서 산출되는데, 특히 인도·오스트레일리아·브라질 등의 열대 또는 아열대 지방의 안산암의 풍화대에 많으며, 또 저온열수광물(低溫熱水鑛物)로 화성암 중에 맥상(脈狀) 또는 공극층전광석(孔隙充塡鑛石)으로서 산출되기도 한다. 이론적으로는 38.5 %의 알루미늄을 함유하고 있어 알루미늄의 중요한 광석이다.

본 발명에 의한 "녹조 퇴치를 위한 혼합조성물"의 구성비는 [ 표 4 ] 와 같다.

상기한 구성비는 실험을 통하여 가장 적합한 황금비를 찾아낸 결과이다.

입자의 크기는 모두 약 2,000메시(mesh) 이하의 고운 정제입자이며 분말형태로 혼합제조한다.

이렇게 제조하여 만든 혼합물을 녹조에 살포하면 녹조 세포벽을 파괴하여 원형질을 붕괴하여 녹조를 퇴치할 뿐만 아니라 죽은 녹조들을 응집하여 넓게 퍼진 녹조들을 자연적으로 집적시킴으로써 죽은 녹조들을 청소하는데도 많은 도움이 된다.

상술한 방법으로 제조한 새로운 녹조퇴치제는 녹조의 세포벽을 투과하여 원형질을 파괴하는 직접적 효과 외에도 녹조를 예방하는 부차적 효과도 아울러 지니고 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

[실시예]

1리터의 물에 녹조 플랑크톤의 일종인 "Microcystis aeruginosa"를 약 2,000,000 cells을 투입하고, 여기에 0.1g의 상술한 방식으로 제조한 녹조퇴치물질을 투입한 결과 [ 표 5 ] 와 같은 결과가 나왔다.

Claims (1)

1. 파이록스망간자이트(Pyroxmangangite) 9.5wt%~10.5wt%, 망가나이트(Manganite) 29wt%~31wt%, 아세트산칼슘(Calcium acetate) 38wt%~42wt%, 기브자이트(Gibbsite) 19wt%~21wt%으로 구성되어지는 것을 특징으로 하는 녹조 퇴치를 위한 혼합조성물