KR101915782B1 - 유기농 토양개량과 식물성장촉진을 위한 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 천연유기물; 미생물혼합제제; 부산석고, 규산질비료, 고토비료, 인산질비료의 혼합으로 조성된 제1혼합물; 몬모릴로나이트, 벤토나이트, 펄라이트, 버미큘라이트, 카오린의 혼합으로 조성된 제2혼합물; 제련슬래그, 진주암, 맥반석, 석회석, 규조토, 돌로마이트의 혼합으로 조성된 제3혼합물; 부식산과 유기산의 혼합으로 조성된 제4혼합물; 화력발전소 비산재와 매립회의 혼합으로 조성된 제5혼합물;의 혼합으로 조성되어 인위적으로 제조된 화학성분을 전혀 포함하지 않으면서 토양개량과 식물성장촉진 효과가 매우 뛰어난 조성물에 관한 것이다.

Description

유기농 토양개량과 식물성장촉진을 위한 조성물{A COMPOSITION FOR CONDITIONING SOIL AND PROMOTING PLANT GROWTH}
본 발명은 천연유기물; 미생물혼합제제; 부산석고, 규산질 비료, 고토 비료, 인산질 비료의 혼합으로 조성된 제1혼합물; 몬모릴로나이트, 벤토나이트, 펄라이트, 버미큘라이트, 카오린의 혼합으로 조성된 제2혼합물; 제련슬래그, 진주암, 맥반석, 석회석, 규조토, 돌로마이트의 혼합으로 조성된 제3혼합물; 부식산과 유기산의 혼합으로 조성된 제4혼합물; 화력발전소 비산재와 매립회의 혼합으로 조성된 제5혼합물;의 혼합으로 조성되어 인위적으로 제조된 화학성분을 전혀 포함하지 않으면서 유기농 토양개량과 식물성장촉진 효과가 매우 뛰어난 조성물에 관한 것이다.
본 발명과 관련하여, 대한민국 등록특허 10-1319133(등록일자 2013.10.10) '알칼리성 천연광물을 함유하는 토양개량 또는 식물생장촉진용 조성물'; 대한민국 등록특허 10-0982114(등록일자 2010.09.07) '간척지 토양의 개량을 위한 복합 미생물제제 및 이를 이용한 식물 생육의 촉진방법'; 대한민국 공개특허 10-2011-0119318(공개일자 2011.11.02) '토양의 개량 및 식물의 성장촉진을 위한 조성물';에 대한 기술이 개시된 바 있다.
그러나 종래 개시된 기술들은 친환경적인 토양 개량 기능성이 약하여, 염화물계 제설제에 의해 오염되거나, 기름 등에 의해 오염된 토양의 개량과 학교운동장, 어린이 놀이터 등 친환경적인 환경을 조성하고자 목적에 이용되기에 부적합하다.
이에 본 발명자는 화학비료로 오염된 토양을 유기농 토양으로 개량함으로써 일반 비료를 사용할 때 보다 식물이 더 잘 자랄 수 있도록 하고, 이외에 겨울철 염화물계 제설제에 의한 독성 및 부식현상에 의해 오염된 토양, 그리고 기름을 많이 취급하는 주요소 주변의 토양, 학교운동장, 어린이 놀이터 등을 유기농 토양으로 개량할 수 있는 유기농 토양개량과 식물성장촉진을 위한 조성물을 개발함으로써 본 발명의 완성에 이르게 되었다.
대한민국 등록특허 10-1319133(등록일자 2013.10.10) 대한민국 등록특허 10-0982114(등록일자 2010.09.07) 대한민국 공개특허 10-2011-0119318(공개일자 2011.11.02)
본 발명은 본 발명은 인위적으로 제조된 화학성분을 전혀 포함하지 않은 천연 재료를 사용하여, 화학비료로 오염된 토양을 유기농 토양으로 개량하여 일반 비료 보다 식물의 성장에 뛰어나고, 겨울철 염화물계 제설제에 의한 독성 및 부식현상에 의해 오염된 토양, 그리고 기름을 많이 취급하는 주요소 주변의 토양, 학교운동장, 어린이 놀이터 등을 유기농 토양으로 효과적으로 개량할 수 있는 유기농 토양개량과 식물성장촉진을 위한 조성물을 제공하고자 하는 것을 발명의 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여,
본 발명은 천연유기물 5~30wt%;
미생물혼합제제 5~30wt%;
부산석고 85~97wt%, 규산질 비료 1~5wt%, 고토 비료 1~5wt%, 인산질 비료 1~5wt%의 혼합으로 조성된 100wt%의 제1혼합물 5~15wt%;
몬모릴로나이트(montmorillonite) 10~50wt%, 벤토나이트(Bentonite) 5~50wt%, 펄라이트(Perlite) 30~70wt%, 버미큘라이트(Vermiculite) 5~30wt%, 카오린(kaolin) 5~50wt%의 혼합으로 조성된 100wt%의 제2혼합물 10~50wt%;
제련슬래그 5~20wt%, 진주암 5~20wt%, 맥반석 5~20wt%, 석회석 5~20wt%, 규조토 5~20wt%, 돌로마이트 5~20wt%의 혼합으로 조성된 100wt%의 제3혼합물 10~30wt%;
부식산 40~60wt%와 유기산 40~60wt%의 혼합으로 조성된 100wt%의 제4혼합물 0.5~10wt%;
화력발전소 비산재 40~60wt%와 매립회 40~60wt%의 혼합으로 조성된 100wt%의 제5혼합물 0.5~10wt%;의 혼합으로 조성되는 유기농 토양개량과 식물성장촉진을 위한 조성물을 제공한다.
본 발명에 따른 유기농 토양개량과 식물성장촉진을 위한 조성물은 화학비료로 오염된 토양을 유기농 토양으로 효과적으로 개량함으로써 식물의 성장 촉진을 도모한다.
그리고 겨울철 염화물계 제설제에 의한 독성 및 부식현상에 의해 오염된 토양, 그리고 기름을 많이 취급하는 주요소 주변의 토양, 학교운동장, 어린이 놀이터 등을 유기농 토양으로 효과적으로 개량함으로써 토양의 가치를 상승시키면서 환경 개선의 효과를 제공한다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 유기농 토양개량과 식물성장촉진을 위한 조성물은 천연유기물 5~30wt%;
미생물혼합제제 5~30wt%;
부산석고 85~97wt%, 규산질 비료 1~5wt%, 고토 비료 1~5wt%, 인산질 비료 1~5wt%의 혼합으로 조성된 100wt%의 제1혼합물 5~15wt%;
몬모릴로나이트(montmorillonite) 10~50wt%, 벤토나이트(Bentonite) 5~50wt%, 펄라이트(Perlite) 30~70wt%, 버미큘라이트(Vermiculite) 5~30wt%, 카오린(kaolin) 5~50wt%의 혼합으로 조성된 100wt%의 제2혼합물 10~50wt%;
제련슬래그 5~20wt%, 진주암 5~20wt%, 맥반석 5~20wt%, 석회석 5~20wt%, 규조토 5~20wt%, 돌로마이트 5~20wt%의 혼합으로 조성된 100wt%의 제3혼합물 10~30wt%;
부식산 40~60wt%와 유기산 40~60wt%의 혼합으로 조성된 100wt%의 제4혼합물 0.5~10wt%;
화력발전소 비산재 40~60wt%와 매립회 40~60wt%의 혼합으로 조성된 100wt%의 제5혼합물 0.5~10wt%;의 혼합으로 조성된다.
상기 천연유기물은 코코피트 50~60wt%와 소나무 분쇄 수피 40~50wt%의 혼합으로 조성된 것을 사용한다.
상기 코코피트(Cocopeat)는 코코넛 과실의 껍질 조직으로 생산되는 것으로서 가격이 저렴하여 유용한 유기성 재료이다. 보수력, 보비력 및 통기성이 좋은 장점을 갖고 있다. 그리고 상기 소나무 분쇄 수피는 수피 중에서 통기성이 뛰어나 유기성 재료로 유용하다.
상기 천연유기물은 토양의 보수력에 영향을 크게 미치는 것으로서, 그 사용량이 5wt% 미만인 경우에는 식물유효수분이 떨어지는 문제가 있고, 30wt%를 초과하게 되는 경우에는 토양의 보수력 변화가 미미하여 무의미하므로, 상기 천연유기물의 사용량은 조성물의 전체 중량에 대해 5~30wt%의 범위 내로 한정하는 것이 바람직하다.
상기 미생물혼합제제는 무기산 HCl과 고령토를 1:3~4 중량비율로 혼합한 후 20~30시간 동안 반응시켜 고령토 표면에 부식을 유도한 후, 건조과정을 거쳐 500~600℃에서 6~10시간 동안 소성하여 다공성 고령토 담체를 제조하고,
이와 같이 제조된 다공성 고령토 담체에 고초균(Bacillus subtilis) 또는 광합성균(Photosynthetic bacteria) 중 선택되는 미생물을 고정화함으로써 제조된다.
미생물은 식물생육촉진, 물질순환 및 환경 정화 등의 측면에서 중요한 역할을 한다. 상기 고초균의 종류에는 Bacillus subtilis, BAcillus thuringiensis(BT균), Bacillus cereus, Bacillus lichemiformis 등이 있다. 살균, 살충작용을 하며 축사환경 개선등의 효과를 갖는다.
상기 광합성균(Photosynthetic bacteria, PSB)는 빛이 있어야 번식이 가능한 혐기성 균으로서, 악취 및 가스제거, 오수의 정화, 발근 촉진의 효과를 갖는다.
상기 미생물혼합제제는 다공성 고령토 담체를 사용하여 미생물이 조성물에 함유될 수 있도록 함으로써 오염토양의 복원에 따른 정화효율을 높이고, 미생물에 의한 안정적인 토양 개선 효과 및 식물생육촉진효과를 제공할 수 있다.
상기 미생물혼합제제의 사용량이 5wt% 미만인 경우에는 미생물의 작용에 의한 토양개량, 정화 및 식물성장촉진의 효과가 미미하고, 30wt%를 초과하게 되는 경우에는 필요 이상의 사용으로 인해 비경제적인 측면이 있으므로, 상기 미생물혼합제제의 사용량은 조성물의 전체 중량에 대해 5~30wt%의 범위 내로 한정하는 것이 바람직하다.
상기 제1혼합물은 부산석고 85~97wt%, 규산질 비료 1~5wt%, 고토 비료 1~5wt%, 인산질 비료 1~5wt%의 혼합으로 조성되어 식물의 품질향상과 생육에 좋은 영향을 미치는 것으로서, 그 사용량이 5wt% 미만인 경우에는 이와 같은 효과가 미미하고, 15wt%를 초과하게 되는 경우에는 필요 이상을 사용하게 비효율적이므로, 상기 제1혼합물의 사용량은 조성물 전체 중량에 대해 5~15wt%의 범위 내로 한정하는 것이 바람직하다.
상기 부산석고(Waste gypsum)의 원재인 석고(Gypsum)는 CaSO4 ·2H2O의 분자식을 가지고 있으며, 황산염광물, 침전광물로서 암염에 수반되거나 흑광광상에 수반하여 응회암이나 혈암 속에서 산출된다. 128℃에서 결정수가 1/2H2O의 소석고가 된다. 능판상 또는 주상결정을 이루고 때로는 국화모양으로 집합하고, 화살의 오늬모양의 쌍정을 이룬다. 이밖에도 엽편상, 섬유상, 괴상, 치밀질 단괴상을 이루는 것도 많으며, 특히 섬유상의 병행집합체를 이룬 것을 섬유석고, 세립의 치밀질 집합체를 설화석고라 한다.
국내 화력발전소에 설치된 모든 탈황설비는 흡수제로 석회석을 사용하고 부산물로 석고를 생산하는 습식 석회석-석고 공정으로 이수석고(Calcium sulfate dihydrate, CaSO4·2H2O)의 형태로 생성되며, 일반적으로 탈황석고(Desulfurization gypsum)라 불린다.
상기 석고는 인산질 비료와 친화력이 커서 칼슘과 인산의 비효를 동시에 높여 주는 특징이 있으며, 마그네슘, 규소화합물 등과 혼합하여 알칼리도를 높여주는 역할을 한다.
상기 규산질 비료에 있어, 규산은 작물생육에 꼭 필요한 필수원소는 아니다. 그러나 규산은 질소의 과잉흡수를 억제하고 인산의 비효를 높여주는 특성을 갖는다. 규산은 토양 중에 50~70% 가량 함유되어 있으나 식물이 직접흡수하여 이용할 수 있는 규산의 함량은 매우 적다.
상기 고토 비료는 백운석을 10~30mesh의 입도로 파소하여 비료용으로 사용하는 것으로서 석회고토 비료라고도 한다. 생석회, 소석회 비료와 마찬가지로 산성 토양의 토질 개량제로서 토양을 중화시켜주고 엽록소 생성(Mg)등 영양 보충과 중금속 흡수 억제, 미생물 활동 촉진, 병해충 예방 등 농작물의 생산량 증대와 품질향상, 농경지 보호 등의 효과가 있다.
상기 고토비료는 석회성분과 고토성분이 2~3:1 중량비율로 배합되어 조성된것으로서, 석회성분과 고토성분이 함께 함유되어 있어 시용효과가 뛰어나며 토양개량제로서의 기능성이 뛰어나다.
인산질 비료에 있어, 인산은 광합성, 호흡작용, 당대사 등의 중간생성물로서 중요하다. 또 핵산, 효소의 구성원소이다. 이와 같은 인산은 작물의 생육을 앞당기고, 뿌리발육을 촉진하여 발아력을 왕성하게 하며, 뿌리, 줄기, 잎의 수를 증가시키는 작용을 한다.
상기 제1혼합물은 부산석고 85~97wt%, 규산질 비료 1~5wt%, 고토 비료 1~5wt%, 인산질 비료 1~5wt%가 혼합조성되어 상호 상승작용에 의해 식물 성장에 유익한 효과를 제공한다.
상기 제1혼합물의 구체적인 배합예로서, 부산석고 90wt%, 규산질 비료 5wt%, 고토 비료 2.5wt%, 인산질 비료 2.5wt%의 혼합으로 조성된 제1혼합물을 사용한다.
상기 제1혼합물의 사용량이 5wt% 미만인 경우에는 제1혼합물에 의한 식물성장 촉진 효과가 미미하고, 15wt%를 초과하게 되는 경우에는 필요 이상의 사용에 따른 비경제적인 단점이 있으므로, 상기 제1혼합물의 사용량은 조성물 전체 중량에 대해 5~15wt%의 범위 내로 한정하는 것이 바람직하다.
상기 제2혼합물은 몬모릴로나이트(montmorillonite) 10~50wt%, 벤토나이트(Bentonite) 5~50wt%, 펄라이트(Perlite) 30~70wt%, 버미큘라이트(Vermiculite) 5~30wt%, 카오린(kaolin) 5~50wt%의 혼합으로 조성되어 흡착기능에 의한 중금속 등 오염물질의 제거와 식물 성장에 좋은 영향을 미치는 것으로서, 그 사용량이 10wt% 미만인 경우에는 이와 같은 효과를 기대하기 어렵고, 50wt%를 초과하게 되는 경우에는 필요 이상을 사용하게 되어 비효율적이므로, 상기 제2혼합물의 사용량은 조성물 전체 중량에 대해 10~50wt%의 범위 내로 한정하는 것이 바람직하다.
상기 몬모릴로나이트(montmorillonite)는 점토광물의 일종으로 단사결정의 결정체이며, 균질의 미세한 박편으로 되어있다. 화성암과 변성암의 풍화물이며, 특히 장석의 풍화에 의하여 생성된다.
상기 벤토나이트(Bentonite)는 화산의 분출에 의한 암석의 퇴적으로 생긴 광물질로서 그 활성에 따라 두 가지 종류로 나눌 수 있는데, 물에 팽창하고 주요 교환성이온으로 Na을 함유하고 있는 Na-벤토나이트와 팽창성이 적고 교환성 이온으로 Ca을 함유하고 있는 Ca-벤토나이트가 있다.
상기 양이온 치환능력, 점결성, 수화와 팽윤 등의 특성 때문에 다른 어떤 점토질 광석보다도 다양한 용도를 갖고 있다. 특허 오염된 토양의 복원 기능성이 뛰어나다.
펄라이트(Perlite)는 점성의 용암이나 마그마가 지표의 호수로 흘러들어 급격히 냉각되면서 형성된 휘발분이 농집된 비정질의 암석으로서, 보통 회색, 갈색, 청색의 색깔을 가지며, 주성분은 SiO2, Al2O3 등으로 이루어져 있다. 크게 펄라이트라고 불리워지는 광물에는 흑요석(Obsidian), 진주암(Perlite), 송지석(Pitch-Stone) 등이 있으며, 이런 구분은 외관 및 함유 휘발분의 양에 의해 이루어진다. 펄라이트 광물들의 화학적 성분은 원석의 종류와 관계없이 유사하며, 그 성분은 SiO2 70~77%, RO 2~4%, R2O3 1~20%, R2O 2~8%로 이루어진다.
상기 버미큘라이트(Vermiculite)는 펄라이트와 같이 버미큘라이트는 광물성 물질에 고온의 열을 가해서 부풀린 인공토양이다. 주로 펄라이트와 혼합해서 각자의 단점을 보완해 사용하게 된다. 펄라이트는 배수성이 너무 좋아서 물을 잡아두지 못하는 반면 버미큘라이트는 흡습성이 좋기 때문에 물을 잘 잡아둔다.
따라서 펄라이트와 버미큘라이트와 일정 배합비율로 섞어 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어 펄라이트와 버미큘라이트를 3:1 비율로 배합한다.
이와 같이 펄라이트와 버미큘라이트를 적정 배합함으로써 통기성과 보수성을 모두 만족하는 좋은 인공토양으로 사용할 수 있다.
카오린(kaolin)은 고령토, 중국점토(China Clay)라고도 불리며 그 어원은 중국의 가오링에서 많이 산출되는 도자기를 만드는데 사용된 점토에서 유래되었다.
카오린은 화확식이 Al2Si2O5(OH)4 또는 Al2O3·2SiO2·2H2O를 기본으로 하는 광물로 구성되어 있고 그 중 카올리나이트와 할로이사이트가 주 구성광물이다.
카오린족 광물은 Al2Si2O5(OH)4라는 똑같은 기본 화학식을 가지고 있지만, 결정구조의 차이로 다른 종류의 광물로 구분된다. 그리고 입자들의 형태와 크기는 혼합물의 변형성에 큰 영향을 주기 때문에 중요한 요소로 인식된다.
상기 제3혼합물은 제련슬래그 5~20wt%, 맥반석 5~20wt%, 석회석 5~20wt%, 규조토 5~20wt%, 돌로마이트 5~20wt%의 혼합으로 조성되어 오염토양의 안정화를 통해 비소(As) 등의 용출 저감 효과를 제공하는 것으로서, 그 사용량이 10wt% 미만인 경우에는 이와 같은 효과를 기대하기 어렵고, 30wt%를 초과하게 되는 경우에는 필요 이상으로 사용하게 되어 비효율적이므로, 상기 제3혼합물의 사용량은 조성물 전체 중량에 대해 10~30wt%의 범위 내로 한정하는 것이 바람직하다.
철, 아연, 동과 같은 금속의 제조과정에서 발생되는 슬래그는 천연광석으로부터 특정한 금속을 채취한 후 남은 분산물이며, 철, 아연, 동을 제조하는 과정에서 철은 제선(고로)슬래그와 제강(전로)슬래그, 아연은 아연 슬래그, 동은 동제련 슬래그가 발생된다.
동제련 슬래그는 시멘트 제조시 필요한 철질원료로 사용되는 시멘트 제조용 가철재(cement raw material)로 사용하고 있으며, 모스 경도 6 이상으로 선박 수리시 녹 제거 및 시설물의 페인트 제거 등에 쓰이는 샌드 블라스팅용 재료(sand blasting material)로 쓰이고 있다. 그리고, 천연 골재 대체 및 벽돌, 적벽돌, 경계석, 인터러킹 블록 제조시에 첨가재, 그리고, 암면 제조용 원료로 사용되고 있다.
동제련 슬래그의 투수성은 일반적으로 약 5.0×10-2cm/sec 이상으로 양호한 상태를 나타내며, 용출시험 결과, 유해성분 용출이 국제기준을 만족하고 있고, 결정질 원료이기 때문에 경화성이 없어 일본에서는 지반 개량재로 사용되고 있다.
상기 맥반석은 Si과 Al 및 Ca, Fe 등을 주성분으로 하여 인체 및 생물체에 필요한 산화 제2철, Ca, Mn, Mg 등의 무기물과 미네랄이 다량 함유되어 있으며, 맥반석의 표면을 전자 현미경(SEM)으로 확대하여 보면 1cm 당 3만개 정도의 porous의 암석이나 500mesh의 미분말로 만들어져 있고 다공성이므로 Cu, 크롬과 같은 각종 중금속, 세균, 유해물질 등을 흡착, 분해하는 성질을 가지고 있다. 맥반석은 다공성에 의한 흡착 작용(탈취), 미네랄 용출 특성, 수질의 조절 등이 있다.
석회물질은 종류가 많고 오염토양의 pH, 오염물질의 종류, 오염수준에 따라 다르게 반응한다. 따라서 오염특성에 따른 석회물질의 선정은 중요한 인자 중의 하나이다. 일반적으로 토양 pH가 증가하게 되면 토양의 음전하도가 증가하게 되고 양이온성 중금속들은 토양교질에 흡착되어 불용화 및 침전되며 이동성 및 용출성이 현저히 감소한다. 석회질 재료는 토양의 pH를 증가시켜 중금속의 용출성을 저감시키기 위해 가장 널리 사용되는 대표적인 알칼리 재료 중 하나이다.
상기 석회석은 구체적인 예로서, CaO 50.5wt%, SiO2 2.38wt%, MgO 2.27wt%를 포함하고 조성되며, 입도는 6~13mm이다.
상기 규조토는 주로 규산으로 되어 있으며, 백색 또는 회백색을 띈다. 식물성 플랑크톤의 일종인 규조의 유해가 700~1,000만년 전 바다, 호수에 퇴적되어 생긴 암석으로 다공질로 잘 알려진 숯에 비해 5,000배의 초 다공성, 초미세구조를 가지고 있어, 타소재와 비교할 수 없을 만큼 호흡성, 보온성, 흡착성 등을 가지며 단열재는 물론 건설 산업에서 주로 실내 공기청정, 결로 방지 및 제거, 방음, 옥상단수, 방수, 단열재로 사용되고 있다. 본 연구에서 사용된 규조토의 밀도는 0.7g/㎤이며, 규조토의 일반적 입자 크기는 50~100㎛이다.
상기 상기 돌로마이트는 백운석 또는 고토석회라고도 하며 탄산마그네슘과 탄산석회의 혼합으로 고토의 함량이 높다. 결정질의 칼슘 마그네슘 탄산염 CaMg(CO3)2 으로 이루어진 퇴적 탄산염암이다.
주로 돌로마이트를 원료로 하여 제조하며, 석회 40~50%, 고토 10~30%를 함유하고 있다. 마그네슘을 주요 성분으로 하는 비료는 황산고토, 수산화고토, 탄산고토, 부식 산고토비료 등이 있다.
백운석을 28~10mesh 입도로 파쇄하여 비료용으로 사용되는 것을 석회고토 비료라 한다. 생석회, 소석회 비료와 마찬가지로 산성토양의 토질 개량제로서 토양을 중화시켜주고 엽록소 생성(Mg) 등 영양 보충과 중금속 흡수 억제, 미생물 활동 촉진, 병해충 예방 등 농작물의 생산량 증대와 품질향상, 농경지 보호 등의 효과가 있다.
상기 제4혼합물은 부식산 40~60wt%와 유기산 40~60wt%의 혼합으로 조성되어 오염토양의 정화 및 복원 효과를 제공하는 것으로서, 그 사용량이 0.5wt% 미만인 경우에는 이와 같은 효과를 제공하기 어렵고, 10wt%를 초과하게 되는 경우에는 필요 이상으로 사용하게 되어 비효율적이므로, 상기 제4혼합물의 사용량은 조성물의 전체 중량에 대해 0.5~10wt%의 범위 내로 한정하는 것이 바람직하다.
상기 부식산은 탄소 50~60wt%, 수소 3~5wt%, 질소 1.5~6wt%, 황 0.8~1.5wt%, 회분 0.8~1.5wt%, 산소 30~43.9wt%의 성분조성을 갖는 것으로서, 알칼리에 의해 토양에서 추출되거나 산에 의해 침적된 유기물이다. 황갈색~흑갈색의 중~고분자의 산성물질이다.
부식질(Humic Substance, HS)은 수중에 녹아 있는 유기물 중 많은 관심의 대상이 되고 있는 물질 중의 하나로서 동식물의 생화학적 분해과정에서 생성되어 하천, 토양, 바다, 및 수중에 넓게 분포하고 있다. 또한 생물, 특히 식물이 죽어서 분해될 때 형성된 고분자로 분자구조가 정확히 밝혀지지 않은 상태이다.
부식질(Humic Substance)은 분자량이 수천에서 수십만의 분포를 가진 다양한 크기의 물질로 구성되어있을 뿐만아니라, 극성 또는 친수성 작용기를 갖고 있으며 그 종류가 다양하다.
이러한 부식질은 벤젠기 및 카르복실기가 포함되어 있는 방향족성 고리를 주로 가지는 복잡한 천연고분자 화합물로 알려져 있으며, 산, 염기에 대한 용해도에 따라 부식산(Humic Acid, HA), 펄빅산(Fulvic Acid, FA), 휴민(Humin)으로 분류된다.
상기 유기산은 구연산(citric acid), 옥살산(oxalic acid), 2-케토글루콘산(2-ketogluconic acid) 중 선택되는 어느 1종이다.
식물의 뿌리나 토양 미생물에 의해 토양 환경으로 분비되는데, 이 들은 토양환경 내에서 불용성의 Ca-, Fe-, Al-phosphate와 metal chelate complex를 형성하여 인산의 생물유효성을 증대시켜주는 것으로 알려져 있다.
유기산은 토양미생물의 탄소원으로 토양개량제의 미생물의 생육과 활성을 유지할 수 있는 기능성 물질로서 역할을 한다. 또한 불용성 인산의 가용화 반응을 일으키며, 이때 적합 농도는 0.001~0.008 mol kg-1 이다.
상기 제5혼합물은 화력발전소 비산재 40~60wt%와 매립회 40~60wt%의 혼합으로 조성되어 식물의 생육에 좋은 영향을 미치는 것으로서, 그 사용량이 0.5wt% 미만인 경우에는 이와 같은 효과를 제공하기 어렵고, 10wt%를 초과하게 되는 경우에는 필요 이상으로 사용하게 되어 비효율적이므로, 상기 제5혼합물의 사용량은 조성물의 전체 중량에 대해 0.5~10wt%의 범위 내로 한정하는 것이 바람직하다.
화력발전소 비산재는 화학조성과 입도분포, 구형의 입자형태 때문에 지오폴리머의 원료로 널리 사용되고 있다. 석탄은 풍부한 매장량, 저렴한 가격, 공급원의 안정성 등으로 전세계적으로 화력발전의 주요 연료로 사용되고 있다. 화력발전소에서 발생되는 석탄재는 최근 재활용 비율이 점차 증가하고 있지만 현재 대부분은 주로 슬러리화하여 회사장(회처리장, ash pond)에 저장(혹은 매립)되고 있다.
비산재에는 실리카나 알루미나와 같은 광물질 외에 석탄의 불완전 연소로 발생되는 미연탄소가 포함되어 있다. 미연탄소는 지오폴리머 원료를 배합할 때 필요한 물함량을 증가시키고, 배합물의 분리, 변색(discoloration) 등의 좋지 않은 영향을 주는 것으로 알려져 있다. 비산재는 화력발전소의 연소방식, 연소온도, 석탄의 특성, 연소시기 및 풍화상태 등에 따라 화학조성 및 입도분포가 달라진다.
상기 매립회는 매립장에 비회와 저회가 불균일하게 혼합되어 있는 석탄회를 말한다. 석탄회는 보통 발생하는 위치에 따라 크게 비산재(fly ash)와 바닥재(bottom ash)로 구분된다. 석탄화력 발전소에서 발생하는 바닥재의 대부분은 슬러리 형태로 단순 매립 처분되고 있다. 최근 석탄 화력발전소 회사장의 약 80%가 매립회로 매립되고 있고, 이러한 매립은 장기적으로 환경 문제를 발생시킨다.
본 발명에 따른 유기농 토양개량과 식물성장촉진을 위한 조성물의 배합예를 살펴보면 다음의 표 1과 같다.
유기농 토양개량과 식물성장촉진을 위한 조성물(단위 wt%)
성분 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 실시예5
천연유기물1) 20 15 8 7 5
미생물
혼합제제2) 		20 15 8 7 5
제1혼합물3) 6 8 10 12 14
제2혼합물4) 24 27 32 30 29
제3혼합물5) 24 27 32 30 29
제4혼합물6) 3 4 5 7 9
제5혼합물7) 3 4 5 7 9
표 1에서,
1): 코코피트 50wt%와 소나무 분쇄 수피 50wt%의 혼합으로 조성된 100wt%의 천연유기물 사용.
2): 무기산 HCl과 고령토를 1:3 중량비율로 혼합한 후 25시간 동안 반응시켜 고령토 표면에 부식을 유도한 후, 건조과정을 거쳐 600℃에서 7시간 동안 소성하여 제조된 다공성 고령토 담체에 고초균(Bacillus subtilis)을 고정화 한 것을 사용.
3): 부산석고 90wt%, 규산질 비료 3wt%, 고토 비료 4wt%, 인산질 비료 3wt%의 혼합으로 조성된 100wt%의 제1혼합물 사용.
4): 몬모릴로나이트(montmorillonite) 20wt%, 벤토나이트(Bentonite) 10wt%, 펄라이트(Perlite) 40wt%, 버미큘라이트(Vermiculite) 10wt%, 카오린(kaolin) 20wt%의 혼합으로 조성된 100wt%의 제2혼합물 사용.
5): 제련슬래그 15wt%, 진주암 15wt%, 맥반석 15wt%, 석회석 15wt%, 규조토 20wt%, 돌로마이트 20wt%의 혼합으로 조성된 100wt%의 제3혼합물 사용.
6): 부식산 40wt%와 구연산(citric acid) 60wt%의 혼합으로 조성된 100wt%의 제4혼합물 사용.
7): 화력발전소 비산재 50wt%와 매립회 50wt%의 혼합으로 조성된 100wt%의 제5혼합물 사용.
상기 유기농 토양개량과 식물성장촉진을 위한 조성물의 제조공정에 대해 예시적으로 살펴보면,
실시예 1에 제시된 성분들을 혼합하여 평균 입자 크기 200㎛로 분쇄한 후, 전체 수분함량이 25%가 되도록 반죽한다.
반죽된 공시체를 환 형상으로 제조하여 상온에서 1차 건조한 후, 50℃에서 1~2일간 2차 건조하여 제조한다.
본 발명에 따른 토양개량과 식물성장촉진을 위한 조성물은 천연유기물; 미생물혼합제제; 부산석고, 규산질비료, 고토비료, 인산질비료의 혼합으로 조성된 제1혼합물; 몬모릴로나이트, 벤토나이트, 펄라이트, 버미큘라이트, 카오린의 혼합으로 조성된 제2혼합물; 제련슬래그, 진주암, 맥반석, 석회석, 규조토, 돌로마이트의 혼합으로 조성된 제3혼합물; 부식산과 유기산의 혼합으로 조성된 제4혼합물; 화력발전소 비산재와 매립회의 혼합으로 조성된 제5혼합물;의 혼합으로 조성되어 토양개량과 식물성장촉진 기능성이 뛰어나 식물재배에 탁월한 효과를 제공함으로써 산업상 이용가능성이 크다.

Claims (5)

  1. 천연유기물 5~30wt%;
    미생물혼합제제 5~30wt%;
    부산석고 85~97wt%, 규산질 비료 1~5wt%, 고토 비료 1~5wt%, 인산질 비료 1~5wt%의 혼합으로 조성된 100wt%의 제1혼합물 5~15wt%;
    몬모릴로나이트(montmorillonite) 10~50wt%, 벤토나이트(Bentonite) 5~50wt%, 펄라이트(Perlite) 30~70wt%, 버미큘라이트(Vermiculite) 5~30wt%, 카오린(kaolin) 5~50wt%의 혼합으로 조성된 100wt%의 제2혼합물 10~50wt%;
    제련슬래그 5~20wt%, 진주암 5~20wt%, 맥반석 5~20wt%, 석회석 5~20wt%, 규조토 5~20wt%, 돌로마이트 5~20wt%의 혼합으로 조성된 100wt%의 제3혼합물 10~30wt%;
    탄소 50~60wt%, 수소 3~5wt%, 질소 1.5~6wt%, 황 0.8~1.5wt%, 회분 0.8~1.5wt%, 산소 30~43.9wt%의 성분이 100 wt%로 조성된 부식산 40~60wt%와, 구연산(citric acid), 옥살산(oxalic acid), 2-케토글루콘산(2-ketogluconic acid) 중 선택되는 어느 1종으로서, 그 사용 농도가 0.001~0.008 mol kg-1 인 유기산 40~60wt%의 혼합으로 조성된 100wt%의 제4혼합물 0.5~10wt%;
    화력발전소 비산재 40~60wt%와 매립회 40~60wt%의 혼합으로 조성된 100wt%의 제5혼합물 0.5~10wt%;의 혼합으로 조성되는 것임을 특징으로 하는 유기농 토양개량과 식물성장촉진을 위한 조성물.
  2. 청구항 1에 있어서,
    천연유기물은 코코피트 50~60wt%와 소나무 분쇄 수피 40~50wt%의 혼합으로 조성된 것임을 특징으로 하는 유기농 토양개량과 식물성장촉진을 위한 조성물.
  3. 청구항 1에 있어서,
    미생물혼합제제는 무기산 HCl과 고령토를 1:3~4 중량비율로 혼합한 후 20~30시간 동안 반응시켜 고령토 표면에 부식을 유도한 후, 건조과정을 거쳐 500~600℃에서 6~10시간 동안 소성하여 제조된 다공성 고령토 담체에 고초균(Bacillus subtilis) 또는 광합성균(Photosynthetic bacteria) 중 선택되는 미생물을 고정화하여 이루어지는 것임을 특징으로 하는 유기농 토양개량과 식물성장촉진을 위한 조성물.
  4. 청구항 1에 있어서,
    제1혼합물을 조성하는 고토비료는 석회성분과 고토성분이 2~3:1 중량비율로 배합되어 조성된 것임을 특징으로 하는 유기농 토양개량과 식물성장촉진을 위한 조성물.
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