KR101890804B1 - 적조 퇴치효과를 극대화 시킨 혼합조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 친환경 물질들을 사용하여 혼합조성물을 제작하고 이를 통하여 적조를 효과적으로 퇴치하는 방법에 관한 것이다. "킴벌라이트, 로르산칼슘, 이염화텔루륨, 몬조나이트"로 구성되어진 혼합조성물을 활용하여 적조의 원인이 되는 플랑크톤의 세포벽과 세포막의 유전자에 손상을 초래하여 세포벽과 세포막을 붕괴시키고, 이로 인하여 원형질에 조직 손상이 발생하도록 하는 과정을 통하여 적조를 퇴치할 수 있다.
본 발명은 친환경 물질로 구성되어진 혼합조성물을 제조하여 적조에 살포함으로써, 적조의 원형질 손상을 초래하여 적조를 효율적으로 퇴치할 수 있는 친환경 적조 퇴치 기술에 관한 것이다. 양산이 용이하며 제조원가가 저렴하며, 신속하고 효율적으로 적조를 제거할 수 있는 장점을 아울러 지니고 있다. 본 발명에 따른 "적조 퇴치효과를 극대화 시킨 혼합조성물"은 저렴한 가격으로 양산이 가능하며, 2차 환경오염의 위해성이 없으며 적조퇴치효율을 극대화시킨 기술을 제공하는데 그 주된 목적이 있다.

Description

적조 퇴치효과를 극대화 시킨 혼합조성물{The mixture for maximization the effect of removing red tide}

본 발명은 바다에서 여러 문제를 유발하는 적조류를 효과적으로 제거하기 위한 신기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 친환경 물질로 구성된 혼합조성물을 활용하여 바다에 발생하는 적조류를 효과적으로 퇴치하는 기술에 관한 것이다.

본 발명은 적조피해를 예방 및 해소하기 위하여 친환경 물질로 구성한 새로운 혼합조성물을 생성하고 이를 적조발생지역에 살포하여 적조를 효과적으로 퇴치하고자 하는 새로운 적조퇴치물질에 관한 것이다.

적조현상이란 설명하기에 따라 다양한 내용으로 설명되지만 일반적으로 '식물 플랑크톤이 대량으로 증식하여 바닷물의 색깔이 붉게 변하는 현상을 총칭'하는 말이다.

적조를 일으키는 생물은 편모조류나 규조류가 대부분 이지만 '유글레나' 또는 원생동물로 분류되는 섬모충류가 원인이 되는 경우도 간혹 있다.

적조현상은 전세계적으로 널리 발생하는데 최근 우리나라에서도 남해연안과 서해, 동해 남부 연안에 걸쳐 널리 나타나고 있다. 적조원인 생물도 규조류 중심에서 편모조류중심으로 옮겨 가고 있으며, 적조 발생의 농도도 점점 고밀도화 되어 가고 있는 추세에 있다. 이로 인해 적조의 피해도 해마다 증가일로에 있는 것이 사실이다.

플랑크톤은 스스로의 운동능력이 없거나 또는 아주 약하고 수동적으로 행동하는 생물을 말하며 부유생물(浮遊生物)이라고도 한다.

독립영양인가 종속영양인가 여부에 따라 식물플랑크톤과 동물플랑크톤으로 구분되는데 보통 식물플랑크톤의 양이 더 많다. 식물플랑크톤은 규조류, 남조류, 녹조류, 편모조류 등이 있는데 바다에서의 적조의 원인생물은 대부분 규조류나 편모조류이다.

규조류와 편모조류는 식물플랑크톤이기 때문에 세포벽과 세포막을 지닌다(동물플랑크톤은 보통 세포막만 지닌다).

적조생성에서 피해까지의 매카니즘을 간략히 살펴보면, 공장폐수와 생활하수, 비료, 농약, 가축과 사람의 분뇨 등등 각종의 육상오물들이 강 또는 빗물에 의하여 연장어장으로 유입되고 어패류의 양식장에서 발생하는 먹이잔분, 배설물 등이 해저내부에 축적되면 이러한 것들은 조류의 활동이 원활하지 않은 내만 또는 수역의 저부에 침착되어 박테리아에 의해서 분해된다.

상술한 유기물들이 분해되면서 어패류에 악영향을 미치는 황화수소(H₂ S)와 플랑크톤의 먹이가 되는 질소와 인 성분을 생성시켜서 해수에서는 적조담수에서는 녹조를 발생시키고 이러한 적조와 녹조는 수중의 용존산소를 감소시키며 또한 독성 적조 및 녹조플랑크톤을 생성시켜 어패류를 폐사시키게 된다. 또한 수산생물이 생산성을 감소시키고 나아가서는 환경파괴 등의 많은 문제점을 불러일으키게 된다.

또한 적조발생으로 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 황산염 환원균(Acetic acid, Lactic acid, Propionic acid) 활동으로 황산이온이 환원되어 수산생물에 독성을 주는 황화수소를 발생시킨다. 이 황화수소는 바닷물 속에 용해되어 산성수를 만들며 미해리된 황화수소는 독성이 있어 수산생물에 많은 피해를 불러일으킨다.

육지로부터 대량 유입된 유기물이 침전된 해저부에는 인산인과 중금속이 많이 함유되어 있으며 인산인은 적조 및 녹조를 불러일으키는 플랑크톤의 먹이가 되어 부영양화로 적조를 발생시켜 어패류에 많은 피해를 주며 침전되어 있던 중금속들이 수중으로 용출되어 바닷물을 오염시키고 어패류를 중독시킨다.

이러한 적조를 구제하는 방법으로 널리 이용되는 방법은 '황토살포법'이다. 이는 적조 발생 해역에 황토를 살포하여 적조와 황토가 응집되게 한 다음, 바다속에 침전(가라앉히는)시키는 방법이다. 이 경우 당장은 적조가 눈에 띄지않게 되지만 가라앉은 적조중의 일부가 다시 부상하는 문제, 침전된 적조가 부패하여 2차 환경오염을 유발시키는 문제, 황토를 바다에 살포함으로써 바닷물의 탁도가 높아져 어류가 폐사하는 문제점 등등, 많은 문제점을 지니고 있는 것이 사실이다.

기존에 나와 있는 적조퇴치방법을 표로 정리하여 살펴보면 다음과 같다.

[문헌1] 대한민국 공개특허 공개번호 제10-2016-0087373호 (2016. 07. 21. ) [문헌2] 대한민국 공개특허 공개번호 제10-2012-0033412호 (2012. 04. 09. )

따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상술한 바와 같은 다양한 문제점들을 극복하여 저렴한 가격으로 양산이 가능하며, 2차 환경오염의 위해성이 전혀 없으며 적조퇴치효율을 극대화시킨 기술을 제공하는데 있다.

환경친화물질로 구성되어 바다 속에 투입하더라도 2차 환경오염의 문제점이 전혀 없으며 적조퇴치효율도 좋을 뿐만 아니라 황토와 같이 바닷물의 탁도가 높아지는 현상도 방지할 수 있는 새로운 적조퇴치방법에 관한 것이다.

본 발명은 친환경 물질들을 사용하여 혼합조성물을 제작하고 이를 통하여 적조를 효과적으로 퇴치하는 방법에 관한 것이다. "킴벌라이트, 로르산칼슘, 이염화텔루륨, 몬조나이트"로 구성되어진 혼합조성물을 활용하여 적조의 원인이 되는 플랑크톤의 세포벽과 세포막의 유전자에 손상을 초래하여 세포벽과 세포막을 붕괴시키고, 이로 인하여 원형질에 조직 손상이 발생하도록 하는 과정을 통하여 적조를 퇴치할 수 있다.

본 발명은 친환경 물질로 구성되어진 혼합조성물을 제조하여 적조에 살포함으로써, 적조의 원형질 손상을 초래하여 적조를 효율적으로 퇴치할 수 있는 친환경 적조 퇴치 기술에 관한 것이다. 양산이 용이하며 제조원가가 저렴하며, 신속하고 효율적으로 적조를 제거할 수 있는 장점을 아울러 지니고 있다.

우리나라에서 적조에 대한 과학적인 조사는 1960년대 이후 시작되었다. 1961년 진해만 부근의 진동만에서 적조가 목격된 이래 1970년대에는 104건의 적조가 진해만 일대에서 발생했다. 이들 적조는 대부분 규조류에 의한 것으로서 그다지 큰 피해가 없었으므로 큰 관심거리는 되지 못했다. 그러나 1978년과 1981년에 와편모조류에 의한 적조가 발생하여 양식장에 큰 피해를 준 후, 적조에 대한 관심은 한층 고조되었다. 1981년 이후에는 발생 범위가 남해안 인근 해역에서 인천, 울산, 여수 등 전 연안으로 확대되었으며, 특히 1995년 이후 매년 남해안과 남동해안에서 발생하고 있는 코클로디니움 적조는 양식어장에 큰 피해를 끼쳐, 많은 관심을 불러 일으켰다.

적조가 발생하면 수중의 용존산소가 결핍되어 질식사하거나 적조생물이 생산하는 독소 또는 2차적으로 생긴 황화수소, 메탄가스, 암모니아 등 유독성물질에 의하여 중독사한다. 또한 생산성이 감소되어 어장가치가 떨어진다. 특히 편모조류와 녹색편모조류 중의 몇몇 종은 어패류를 치사시키는 독성을 갖고 있다.

담수역에서는 거의 남조류와 녹조류가 적조를 일으키며 외해에서는 Trichodesmium종이 적조를 일으키는 것으로 알려졌다. 와편모조류는 온대 및 아열대 수역에서 중요한 위치를 차지하며 수개의 편모를 가지고 있고, 연안수역에서는 규조류와 편모조류가 주로 적조를 일으키고 있다. 특히 온대지방에서는 저 수온기에는 규조류가 그리고 고 수온기에는 와편모조류가 적조를 일으키고 있다.

우리나라에서는 아직까지 혐기성 박테리아에 의한 적조기록은 없고, 주로 식물성 플랑크톤에 의한 적조가 일어나고 있으며 이외 원생동물인 섬모충류 1종이 적조를 일으키고 있다. 이 중 우리나라 연안에서 자주 출현하는 종류는 규조류에서는 Skeletonema속, Chaetoceros속, Nitzschia속 등이 있고 편모조류에서는 Gymnodinium속, Prorocentrum속, Heterosigma속, Noticula속이 있다. 해역별로 비교하여 보면 서해에서는 Noticula속, 동해남부에서는 Prorocentrum속, Heterosigma속에 의한 적조가 자주 관찰되었고, 남해안에서는 적조생물이 매우 다양한 양상을 보였으며 대체로 마산만과 행암만에서는 편모조류인 Prorocentrum속, Heterosigma속이, 당동만과 원문만 등 진해만 서부해역에서는 Gymnodinium속, Gonyaulax속과 함께 Cochlodinium속이 빈번하게 출현하고 있으며, 사량도 주변수역에서는 1989년 이래 Cochlodinium속이 양식어류에 막대한 피해를 일으키고 있다.

한편 연도별 적조생물의 변화를 보면 해가 갈수록 편모조류의 출현 빈도가 높아지고 있다. 이와 같이 적조생물이 편모조류로 이행됨과 아울러 최근 단독종 조 류가 발생하면서 직접 피해를 일으키는 사례가 있다. 이는 오래전에 깨끗한 연안에서는 해수의 구성성분이 안정적이었으나 해가 갈수록 오염이 증대되면서 환경이 악화되어 직접 피해를 줄 수 있는 종의 번식이 가능한 해수의 성질로 바뀌었음을 의미하고 있다.

우리나라 뿐만 아니라 세계 각국의 연안에서 발생하는 적조현상은 그 원인생물의 구성과 농도에 따라 수산생물을 직접 폐사시키거나 2차적으로 산소를 소비함으로써 피해를 일으킨다. 따라서 적조 현상의 발생 원인에 대하여 많은 연구가 이루어 졌으나, 적조발생 기구가 매우 복잡하기 때문에 아직도 완전히 규명되지는 않았다.

지금까지의 연구결과 적조현상은 지형적으로 외양과의 해수교환이 적은 폐쇄성 내만 해역으로서, 육지로부터 강우와 저질의 용출에 의하여 적조생물의 성장과 번식에 필요한 영양염류와 성장을 촉진시키는 비타민류와 철, 망간 등의 미량원소가 유입되어 바닷물 속에 풍부하게 녹아있는 곳에서 자주 발생하는 것으로 알려져 있다.

적조의 유발농도는 보통 질산염은 0.1ppm이상, 인산염은 0.015ppm이상인 것으로 알려져 있으나, 특히 규산염은 규조류의 증식에 그리고 질산염과 인산염은 편모조류의 증식 제한 인자로 작용하며, 유기물질의 중간 분해산물은 와편모 적조의 발생에 크게 기여한다. 둘째, 적조생물은 광합성 활동에 필요한 일조량이 충분하고 해수의 온도가 증식에 알맞으면 빠른 속도로 증식한다. 보통 온대지방에서는 해수온도가 15~25℃인 봄철에서 가을철까지 적조가 주로 발생하는 이유도 여기에 있다. 한편 이상의 환경 조건이 형성되고 또한 지형적으로 외양과 해수 교환이 적은 폐쇄성 내만해역에서는 적조현상이 장기간 지속된다.

적조생물은 크게 규조류와 편모조류로 나눌 수 있는데, 이들의 생리적 특성이 다르므로 발생기구에도 차이가 있다. 편모조류에 의한 적조의 발생 양상은 다량의 규산염을 필요로 하지 않으나, 규조류의 성장과는 달리 일반적인 제한요인 외에 육지로부터 유입되는 비타민류, 미량금속, 특수유기물 등 증식촉진물질의 영향을 크게 받는 것으로 알려졌다.

또한 적조를 일으키는 대부분의 편모조류는 휴면포자를 형성하여 겨울철과 같은 부적당한 시기를 저질 중에서 보내다가 적당한 환경이 되면 이들 포자가 발아하여 표층에 올라와서 급격히 번식하여 적조를 일으킨다. 최근 유기물질이 많이 퇴적된 해역에서 상습적으로 발생하는 적조현상을 보면 계절에 관계없이 같은 해역에서 같은 종에 의한 적조가 매년 발생함으로써 휴면포자가 적조발생에 깊이 관여하고 있다는 것을 알 수 있다.

이와 같이 편모조 적조의 경우에는 어떤 해역의 특수한 환경에 적응할 수 있는 생물만이 번식되기 때문에 단독 종에 의한 적조로 발달하게 되는 경우가 많다. 그러나 우리나라 연안에서 적조를 일으키는 플랑크톤중 편모조류인 Prorocentrnm속, Scrippsiella속, Alexandrium속, Ceratium속에 대하여는 증식생리가 규명되었으나 대부분의 적조생물에 대하여는 연구가 많지 않다.

이상에서 적조에 대한 개략적인 내용을 살펴보았다. 이 내용에서 알 수 있듯이 적조의 여러 원인 중 가장 큰 요인은 영양염류의 증가라는 사실을 알 수 있다.

'영양염류(Nutritive Salts)'란 바닷물속의 '규산염, 인산염, 질산염, 아질산염'등을 총칭하는 말이다. 영양염류는 식물플랑크톤의 몸체를 구성하는 구성성분인 동시에 그 먹이가 된다.

따라서 적조를 예방 및 퇴치하기 위해서는 적조의 먹이가 되는 규소(Si), 질소(N), 인(P) 등을 차단하여야 한다. 이를 위해서 마그네슘(Mg)을 활용할 필요성이 있다. 그러나 순수한 마그네슘은 그 가격이 비싸고 반응성이 높아 공기 중에서도 격렬히 반응하므로 보관 및 보존이 어려우므로 마그네슘이 함유된 고토계를 많이 활용한다. 하지만 고토계 중의 마그네슘은 바다속에서 수산화마그네슘[Mg(OH)₂ ]을 형성하는데 '고토계 수산화마그네슘'은 물에 대한 용해도가 낮고 활성도가 저조하여 바다 속에 침전하여 저서생물(低樓生物)을 질식사시키는 문제점이 있다.

활성도가 100이상인 활성이 높은 수산화마그네슘을 활용하더라도 문제점은 여전히 존재한다. 활성도가 높은 수산화마그네슘은 바다 속에서 Mg이온과 OH이온으로 해리되어 유기물 표면에 알칼리성 보호막을 형성하여 적조의 먹이를 차단할 수는 있지만, 모든 유기물을 보호막 처리하여 적조의 먹이 공급원을 차단할 수는 없으며, 바다 속의 중금속과 황화수소에 대한 근본적인 대처가 되지 못하는 문제점이 있다. 다시말해, 약간의 적조퇴치에 미약한 효과가 있을 뿐 큰 실효성이 없다고 볼 수 있다.

적조의 발생원인 중 하나인 황산이온을 제거하기 위해 생석회(CaO)을 사용하는데 이는 황산이온과 결합하여 석회(CaSO₄ ·2H₂ O)가 되기 때문에 다른 심각한 문제점을 야기시킨다. 일단 황산이온은 줄일 수가 있지만 석고가 해저 표층에 막을 형성하여 수중의 용존산소를 차단하기 때문에 석고피막 하부의 조개류나 수생생물을 질식 고사시키는 문제점이 있다.

수중의 산도를 낮추기 위하여 철분을 살포하는 경우도 있는데 철분은 영얌염류와 비타민, 망간과 더불어 적조원인 생물의 성장을 촉진시키기 때문에 적조의 번식을 돕는 역효과를 지니고 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이 적조를 해결하고자 하는 목적에서 한 가지 화학물질을 사용하면 그 물질이 또 다른 문제점을 유발시킨다는 사실을 알 수가 있다.

인체에 유용한 약재도 처방에 맞게 여러 약재를 혼합하여 약을 만들 듯이, 적조도 다양한 장점을 지니면서 2차 문제가 발생하는 않는 다종의 화학물질을 사용하여야 할 것이다.

상기의 문제점을 해결하고 적조를 효과적으로 구제하기 위해서는 적조의 주변 환경을 변형시키는 방법보다 적조자체를 멸균하는 방식을 취할 필요성이 있다.

먹이 사슬을 끊는 것은 육지로부터의 유기물의 지속적인 유입으로 사실상 불가능하고, 적조를 바다 속으로 침전시키는 방법은 2차 환경오염의 문제를 일으키기 때문이다.

따라서 적조원인 생물의 원형질을 파괴함으로써 적조를 원천적으로 제거하는 방법이 필요하다.

본 발명에 따른 "적조 퇴치효과를 극대화 시킨 혼합조성물"은 "킴벌라이트, 로르산칼슘, 이염화텔루륨, 몬조나이트"로 구성되어진다. 이에 대하여 구체적으로 살펴보면, 다음과 같다.

킴벌라이트(Kimberlite)는 화성암의 일종으로 운모를 함유하는 감람암이다. 1887년 영국의 루이스가 명명하였으며 남아프리카공화국의 케이프주(州)에서 자이르에 걸쳐 다수의 킴벌라이트 암맥이 있다. 주로 감람석·고동휘석·크로뮴투휘석·금운모(金雲母)로 이루어지고, 페로스카이트·파이로프·타이타늄철석·크로뮴철석·인회석·자철석·황장석 등도 함유한다. 변질에 의해 생성되었다고 생각되는 사문석이나 방해석을 볼 수 있다. 암맥 또는 파이프 모양의 관입암체(貫入岩體)를 이루고, 킴벌라이트질의 각력이나 주위의 암석의 각력을 함유하며, 응회암질인 경우도 있다. 남아프리카 킴벌리(Kimberley)의 다이아몬드를 함유한 각력상 운모감람암에 대하여 1887년 영국의 H. C. 루이스가 명명한 것이다. 선캄브리아대 안정대륙의 단열융기대를 따라 산출되며, 알칼리현무암·하석암(霞石岩) 등의 염기성암이나 카보나타이트를 수반한다. 남아프리카공화국의 케이프주(州)에서 자이르에 걸쳐 다수의 킴벌라이트 암맥이 있고, 킴벌리·프리토리아 지역은 다이아몬드 산지로 유명하다.

로르산칼슘(Calcium laurate)은 라우르산칼슘이라고도 한다. 화학식은 Ca(C11H23COO)2이며, 분자량은 438.71이다. 백색 바늘 모양 결정이며, 녹는점 182~183℃이다. 공기 중에서 풍해(風解)한다. 용해도는 물 15℃, 0.039g/1000g이다.

이염화텔루륨(Tellurium dichloride)은 이염화텔루르라고도 한다. 화학식은 TeCl2=198.52이며, 제법은 분말 텔루르에 건조 염소를 통하거나 또는 가열한 텔루르 위에 일염화황의 증기를 통하여 얻는다. 흑색 무정형(無定形)의 고체이며, 녹는점은 175℃, 끓는점은 324℃이다.

몬조나이트(Monzonite)는 섬록암과 섬장암의 중간적 성질을 가진 조립(粗粒) ·완정질(完晶質)의 암석이다. 사장석, 칼륨장석, 흑운모, 각섬석, 휘석을 주성분으로 하며, 석영, 감람석을 각 5%이상 함유하면 석영 몬조나이트, 감람석 몬조나이트라 부른다. 1864년 드라파랑이 몬조니산에서 산출되는 암석의 총칭으로 이름붙였다. 섬록암과 섬장암의 중간적 성질을 가진다. 유색 광물의 함유량은 섬록암과 같아 10~40%이다. 주성분 광물은 사장석 ·칼륨장석 이외에 흑운모 ·각섬석 ·휘석이다. 석영이나 감람석을 약간 함유하는 것도 있다. 그 밖에 자철석 ·인회석 ·지르콘 ·석류석 ·스피넬 등을 소량 함유하기도 한다. 석영을 5% 이상 함유한 경우는 석영 몬조나이트 또는 아다멜라이트라고 한다. 감람석을 5% 이상 함유한 것은 감람석 몬조나이트 또는 켄탈레나이트라고 한다. 관입암체(貫入岩體)로서 산출되며, 섬록암 ·섬장암 ·화강암 등으로 점이(漸移)한다. 1864년 M.드라파랑이 티롤 지방의 몬조니산(山)에서 산출되는 암석의 총칭으로서 명명한 것이다.

상기한 구성비는 반복 실험을 통하여 가장 적합한 황금비를 찾아낸 결과이다. 위의 구성비에 따른 혼합조성물은 적조의 원인이 되는 플랑크톤의 세포벽과 세포막의 유전자에 손상을 초래하여 세포벽과 세포막을 붕괴시키고, 이로 인하여 원형질에 조직 손상이 발생하도록 하는 과정을 통하여 적조를 퇴치하게 된다.

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 적조원인 플랑크톤의 한 종류인 "코클로디니움 폴리크리코이데스(Cochlodinium polykrikoides)"을 약 2,000,000 cells을 투입하고, 여기에 0.5g의 상술한 방식으로 제조한 적조퇴치물질을 투입한 결과 [표3] 과 같은 결과가 나왔다.

Claims (1)

1. 킴벌라이트(Kimberlite) 29wt%~31wt%, 로르산칼슘(Calcium laurate) 14.5wt%~15.5wt%, 이염화텔루륨(Tellurium dichloride) 24wt%~26wt%, 몬조나이트(Monzonite) 29wt%~31wt%으로 구성되어지는 것을 특징으로 하는 적조 퇴치효과를 극대화 시킨 혼합조성물.