KR101938394B1 - 폐수오니로 제조된 인공어초를 이용한 해조류 포자 식생방법 - Google Patents

폐수오니로 제조된 인공어초를 이용한 해조류 포자 식생방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 폐수오니로 제조된 인공어초를 이용한 해조류 포자 식생방법에 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 일종의 바다숲 혹은 바다목장을 만들어 수온조절을 비롯한 어자원 보존기능과 함께 바다생태계 조성에 이바지할 수 있도록 개선된 폐수오니로 제조된 인공어초를 이용한 해조류 포자 식생방법에 관한 것이다.

Description

폐수오니로 제조된 인공어초를 이용한 해조류 포자 식생방법{Method of vegetation of algae spores using artificial fishes made from waste water sludge}
본 발명은 폐수오니로 제조된 인공어초를 이용한 해조류 포자 식생방법에 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 일종의 바다숲 혹은 바다목장을 만들어 수온조절을 비롯한 어자원 보존기능과 함께 바다생태계 조성에 이바지할 수 있도록 개선된 폐수오니로 제조된 인공어초를 이용한 해조류 포자 식생방법에 관한 것이다.
우리나라는 삼면이 바다이기 때문에 해양 수산업분야의 의존도가 매우 크다.
그러나, 비약적인 산업의 발전과 함께 바다로 유입되는 산업폐수는 적조발생의 원인이 되고 있으며, 또한 산업배출수(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 있는 바, 이를 위한 다양한 특성과 기능을 갖는 인공어초 관련 기술들이 다수 개시되어 있다.
그런데, 이들 대부분의 선행기술들은 해양생물의 양호한 환경조성에만 목적을 두고 있기 때문에 최근에 폭염일수가 지속되면서 발생되는 고수온화에 따른 해양생태계의 파괴위험은 인간의 존망과 직결될 수도 있을 정도로 중요한 이슈가 되기에 이르렀다.
이에, 수온변화를 조절하면서 어자원을 보존할 수 있도록 육상의 숲과 같은 기능을 수행할 수 있는 바다숲 혹은 바다목장의 개념이 출현하고 있으나 대부분 중량물 형태의 인공어초를 사용한다거나 혹은 대단위 공사가 필요하거나 구조가 복잡하여 실효성이 떨어지고 있는 실정이다.
대한민국 공개특허 제10-2015-0093346호(2015.08.18.) '식생 밧줄을 이용한 해조류 양식용 블록' 대한민국 등록특허 제10-1882486호(2018.07.20.) '폐수오니의 재활용성을 증대시킨 인공어초 제조방법' 대한민국 등록특허 제10-0953619호(2010.04.12.) '바다숲 조성용 터널형 다기능 인공어초' 대한민국 등록실용 제20-0477377호(2015.05.28.) '바다숲 조성용 상자형 해중림초'
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 일종의 바다숲 혹은 바다목장을 만들어 수온조절을 비롯한 어자원 보존기능과 함께 바다생태계 조성에 이바지할 수 있도록 개선된 폐수오니로 제조된 인공어초를 이용한 해조류 포자 식생방법을 제공함에 그 주된 목적이 있다.
본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 살균처리 후 응집, 건조소성된 폐수오니를 이용하여 성형조성물을 만드는 성형조성물 배합단계(S130)와, 배합된 성형조성물을 성형기로 성형하여 경량의 부정형상을 갖는 인공어초 중간성형품을 만드는 성형단계(S140)와, 중간성형된 인공어초가 반건조된 상태에서 워터젯을 분사하여 인공어초 표면에서 일정깊이 침투구멍 및 크랙을 인위적으로 만드는 워터젯처리단계(S150)와, 워터젯처리 후 건조된 인공어초의 침투구멍 및 크랙에 한천을 도포하는 한천도포단계(S160)와, 한천이 도포된 침투구멍 및 크랙에 해조류 포자를 뿌리는 포자 식포단계(S170) 및, 포자 식포가 완료된 인공어초를 바다목장(바다숲)을 구성할 바다에 침지시키는 해수투하단계(S180)를 포함하는 폐수오니로 제조된 인공어초를 이용한 해조류 포자 식생방법에 있어서;
상기 성형조성물 배합단계(S130)에서 배합되는 성형조성물은 1종 플라이애쉬시멘트 35중량%와, 칼슘설포알루미네이트 3.5중량%와, 아크릴수지를 에틸셀로솔브(Ethyl Cellosolve)에 녹인 용액에 0.1-0.2mm 크기의 일라이트 분말을 고르게 분산시킨 혼합물 5.5중량%와, 셀룰로오스 디아세테이트 2.5중량%와, 우르솔산 1.5중량%와, 소듐라우릴설페이트 1.5중량%와, 규산소다 2.5중량%와, 혼화용 폴리머로서 부틸-2-프로페노에이트(butyl-2-propenoate) 6.5중량%와, 건조된 폐수오니 8.5중량% 및 나머지 물로 이루어진 것을 특징으로 하는 폐수오니로 제조된 인공어초를 이용한 해조류 포자 식생방법을 제공한다.
삭제
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 일종의 바다숲 혹은 바다목장을 만들어 수온조절을 비롯한 어자원 보존기능과 함께 바다생태계 조성에 이바지하는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 폐수오니로 제조된 인공어초를 이용한 해조류 포자 식생방법을 보인 예시적인 플로우챠트이다.
도 2는 본 발명에 따른 인공어초의 예시적인 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 인공어초의 설치예를 보인 예시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 인공어초에 해조류가 식생한 예를 보인 예시도이다.
이하에서는, 첨부도면을 참고하여 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, 특정 실시예들은 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에 따른 폐수오니로 제조된 인공어초를 이용한 해조류 포자 식생방법은 등록특허 제10-1882486호(2018.07.20.) '폐수오니의 재활용성을 증대시킨 인공어초 제조방법'에서 구현하고 있는 폐수오니의 기본처리과정은 그대로 ?용한다.
즉, 본 발명에서 사용되는 폐수오니는 기본적으로 SiO2와 Al2O3를 함유하고 있는데, 이는 경량골재의 몸체 역할을 하는 성분이다.
뿐만 아니라, 폐수오니에는 CaO, P2O5 등도 함유하고 있는데, 이는 환경 친화적인 아파타이트(Apatite)를 이루어 친환경성을 강화시킬 수 있으므로 폐수오니의 재활용을 가능케 한다.
이러한 폐수오니를 이용하여 인공어초를 만들고, 이 인공어초를 통해 해조류를 식생하게 하기 위해 본 발명에서는 도 1에 도시한 바와 같이, 폐수오니 살균단계(S100), 폐수오니 응집단계(S110), 폐수오니 건조소성단계(S120)를 포함하는데, 이 단계들은 이미 등록특허에 기술되어 있는 내용이므로 설명을 생략한다.
다만, 폐수오니 건조소성단계(S120)는 건조된 것을 1300-1350℃에서 소성하는 것을 의미한다.
본 발명은 건조된 폐수오니를 이용하여 성형조성물을 만드는 성형조성물 배합단계(S130)와, 배합된 성형조성물을 성형기로 성형하여 경량의 부정형상을 갖는 인공어초 중간성형품을 만드는 성형단계(S140)와, 중간성형된 인공어초가 반건조된 상태에서 워터젯을 분사하여 인공어초 표면에서 일정깊이 침투구멍 및 크랙을 인위적으로 만드는 워터젯처리단계(S150)와, 워터젯처리 후 건조된 인공어초의 침투구멍 및 크랙에 한천을 도포하는 한천도포단계(S160)와, 한천이 도포된 침투구멍 및 크랙에 해조류 포자를 뿌리는 포자 식포단계(S170) 및 포자 식포가 완료된 인공어초를 바다목장(바다숲)을 구성할 바다에 침지시키는 해수투하단계(S180)를 포함한다.
이때, 상기 성형조성물 배합단계(S130)는 성형을 위해 원료를 준비하는 단계로서, 1종 플라이애쉬시멘트 35중량%와, 칼슘설포알루미네이트 3.5중량%와, 아크릴수지를 에틸셀로솔브(Ethyl Cellosolve)에 녹인 용액에 0.1-0.2mm 크기의 일라이트 분말을 고르게 분산시킨 혼합물 5.5중량%와, 셀룰로오스 디아세테이트 2.5중량%와, 우르솔산 1.5중량%와, 소듐라우릴설페이트 1.5중량%와, 규산소다 2.5중량%와, 혼화용 폴리머로서 부틸-2-프로페노에이트(butyl-2-propenoate) 6.5중량%와, 건조된 폐수오니 8.5중량% 및 나머지 물로 이루어진 조성물을 배합하는 단계이다.
여기에서, 본 발명은 속경성을 위해 일반적으로 사용하는 포틀랜트시멘트를 사용하지 않고도 속경성을 가지면서 기포성을 유지하여 경량의 인공어초 구조물을 만들 수 있도록 구성한 것에도 특징이 있다.
이를 위해, 본 발명에서는 1종 플라이애쉬시멘트를 사용하는데, 이는 KS기준 범위내에서 규정한 것을 사용한다.
1종 플라이애쉬시멘트는 보통 포틀랜트 시멘트 대비 수화열이 낮고, 구형의 형상을 갖고 있어 배합시 유동성을 개선하고, 워커빌리티 및 흐름성을 향상시킨다.
또한, 상기 칼슘설포알루미네이트(calcium sulfo-aluminate)는 3CaO·3Al2O3·CaSO의 화합물로서, 수화하여 에트링가이트(ettringite)를 생성하는 것으로 시멘트와의 반응시 응결특성, 건조수축, 수밀성 및 강도를 조절하는 기능을 갖는다.
그리고, 상기 아크릴수지를 에틸셀로솔브(Ethyl Cellosolve)에 녹인 용액에 0.1-0.2mm 크기의 일라이트 분말을 고르게 분산시킨 혼합물은 조성물 상호간의 바인딩성을 강화시키면서 표면 부착성을 증대시킬 수 있도록 첨가된다.
이때, 일라이트분말은 원적외선 방사량이 탁월하여 탈취, 소취, 공기정화이 있고, 특히 바이러스, 박테리아, 곰팡이에 대한 정균작용이 우수한 것으로 알려져 있다. 때문에, 물, 대기, 토양 중에 존재하는 중금속과 각종 유도가스를 흡착, 탈취, 분해 제거하는 용도로 많이 활용되고 있다.
본 발명에서는 일라이트분말을 단독 사용할 수도 있지만, 유익효소제를 혼합 발효한 액인 EM 효소를 9:1의 중량비로 혼합하여 사용함이 해조류의 성장 촉진을 위해 유용성을 증대시킬 수 있다.
그리고, 상기 셀룰로오스 디아세테이트는 셀룰로오스를 구성하는 파라노스(pyranose) 고리로 인해 높은 유리전이온도를 갖게 되므로 인장강도, 굴곡강도, 충격강도를 향상시키는 특징이 있는 바, 이를 구현하기 위해 본 발명에서 첨가된다.
또한, 상기 우르솔산은 침상의 흡수성이 우수한 분체로 유기 증점제를 대체하여 분체 입자표면에서의 결합강도를 강고하게 하여 내구성을 높이기 위해 첨가된다.
뿐만 아니라, 상기 소듐라우릴설페이트(Sodium Lauryl Sulfate)는 기포제로서, 기포발생 과정중 기포제 자체에서 발생하는 냄새를 피하면서 계면 활성기능도 수행하기 위해 첨가된다.
아울러, 상기 규산소다(Sodium Silicates)는 콘크리트 표면에서 겔화를 유도하여 인공어초의 중성화를 방지하기 위해 첨가된다.
그리고, 상기 부틸-2-프로페노에이트(butyl-2-propenoate, CH2CHCOOC4H9) 폴리머로서 시멘트와 혼화되어 연성과 인장강도 조절하기 위해 첨가된다.
이때, 상기 부틸-2-프로페노에이트는 분자식:CH2CHCOOC4H9, 분자량:128.17, 용해도:0.14g/100ml(20℃), Tg:-54℃, boiling point:145℃, Melting point:-64.6℃로 알려진 물질이다.
이어, 성형단계(S140)가 수행되는데, 상기 성형단계(S140)는 모양이 규격화되지 않는 부정형상으로 성형기를 통해 블럭을 찍어 내듯이 인공어초 중간품을 만드는 단계이다.
이후, 인공어초 중간품이 완전히 건조되기 전에 반건조 상태에서 그 외표면에 다수의 미세한 물줄기를 강한 압력을 분사하여 표면 전체에 걸쳐 다수의 침투구멍 혹은 크랙을 인위적으로 형성시키는 워터젯처리단계(S150)가 수행된다.
상기 워터젯처리단계(S150)를 수행하는 이유는 해조류 포자의 식생을 원활하게 하기 위함이며, 뿌리의 고정력을 증대시키기 위함이다. 즉, 포자 뿌리가 깊숙히 박히도록 하여 해류에 의해 흔들리더라도 뽑히지 않도록 하기 위한 것이다.
이렇게 하면, 도 2의 예시와 같이, 인공어초(10)의 외표면에 다수의 공극(12) 혹은 크랙이 형성된다.
이와 같이 된 상태에서 이들 공극(12) 혹은 크랙에 한천(우뭇가사리)를 도포하는 한천도포단계(S160)가 수행된다.
이러한 과정을 거치게 되면 한천이 갖는 접착성 특징 때문에 공극(12) 혹은 크랙은 더 벌어지지 않고 밀폐 유지되게 된다.
이후, 포자 식포단계(S170)가 수행되는데, 이 단계는 해조류포자(16)를 상기 한천(14)이 도포된 공극(12) 혹은 크랙에 뿌리거나 심는 단계이다.
이렇게 되면, 해조류포자(16)는 접착성을 갖는 한천(14)에 잘 달라 붙어 쉽게 떨어지지 않으면서 그 뿌리를 공극(12) 또는 크랙을 통해 깊숙히 박아 내릴 수 있으므로 안정적인 성장이 가능하다.
이와 같이 된 상태에서, 해수 투하단계(S180)가 수행되는데, 이 인공어초(10)를 단일한 상태로 투하할 수도 있고, 도 3의 예시와 같이 베이스(20)에 여러개의 인공어초(10)를 배열 고정한 상태에서 베이스(20) 자체를 투하할 수도 있다.
그러면, 도 4와 같은 형태로 인공어초(10)에서 해조류(30)가 잘 자라게 되며, 이를 통해 바다목장 혹은 바다숲을 구성할 수 있게 된다.
여기에서, 바다목장 혹은 바다숲이란 양식을 하는 곳이 아니라, 육지의 산림숲과 같은 의미로 받아들이면 된다.
이에 더하여, 해조류의 생장을 촉진하고, 뿌리의 발육을 증진시켜 풍성한 바다목작을 구현할 수 있도록 상기 성형조성물 배합단계(S130)에서 성형조성물 전체량을 기준으로 베타시토스테롤 1.5중량부와, 켈팍 3.0중량부와, 폴리아크릴레이트 2.5중량부와, 황산아연 1.5중량부 및 올레아미드 2.5중량부를 더 첨가할 수 있다.
이때, 상기 베타시토스테롤은 해조류의 뿌리 부착력을 강화시키면서 발육을 촉진하기 위해 첨가되며, 인공어초 자체에 폭넓게 분산되기 때문에 오랫기간 동안 사용할 수 있다.
또한, 상기 켈팍은 에쿠로니아와 마키시마라 불리는 초장 12-13m, 줄기의 직경 7-8cm를 갖는 거대 해초의 추출물로서, 해조류 뿌리의 확력을 증대시키기 위해 첨가된다.
아울러, 상기 폴리아크릴레이트는 성분들의 바인딩성을 강화시키기 위해 첨가되고, 황산아연은 폴리아크릴레이트의 접착성분이 인공어초 표면으로 마이그레이션되지 않도록 고정하는 기능을 위해 첨가된다.
그리고, 상기 올레아미드(Oleamide)는 윤활성을 강화시켜 원활한 흐름성을 유지함으로써 성형자유도를 높이기 위해 첨가된다.
뿐만 아니라, 본 발명에서는 상기 폴리머의 특성 강화를 위해 상기 폴리머인 부틸-2-프로페노에이트(butyl-2-propenoate)는 에테닐 아세테이트(CH2CHCOOCH3)와 트랜스-1,2-에틸렌 디카르복실산(C4H4O4)이 1:0.5:0.5의 중량비로 혼합된 것을 사용함이 특히 바람직하다.
이는 에테닐 아세테이트가 폴리머의 스티프니스(stiffness)와 인장강도 조절하여 인공어초의 내구성을 급격히 증진할수 있기 때문이며, 또한 트랜스-1,2-에틸렌 디카르복실산은 폴리머 입자 표면에 공중합되어 폴리머 입자간 반발력을 제공하여 폴리머 입자간 엉김현상을 방지하고 분산안정성을 부여하여 폴리머의 기능을 강화시킬 수 있기 때문이다.
이와 같이 구성된 인공어초의 특성 확인을 위해 제조된 샘플을 소규모로 해수에 투하 후 10일, 20일, 30일간 상태를 확인하였다.
일반적인 인공어초와 달리 본 발명의 인공어초는 10일만에도 뿌리가 잘 뽑히지 않을 정도로 충분히 성장한 해조류를 확인할 수 있었고, 이를 통해 바다목장 구현이 가능함을 확인하였다. 뿐만 아니라, 이러한 바다목장이 대규모 단지로 조성되게 되면 해수의 수온조절 및 어자원 보존기능도 함께 구현할 것으로 예측되었다.
더구나, 폐수오니를 재활용할 수 있기 때문에 매립폐기 비용을 줄이고, 자원재활용에 따른 에너지 생산성 향상에도 기여할 수 있음을 확인하였다.
또한, 내구성 테스트를 위해 KS F 2424 규정한 방법에 따라 건조수축을 측정하였고, 그 결과 길이변화율(%)이 0.05%에 불과하여 우수한 내구성이 있는 것으로 평가되었다.
뿐만 아니라, AASHTO TP 60에 규정한 방법에 따라 열팽창계수를 측정한 결과, 4.2×10-6으로서 이또한 거의 열팽창 변화가 없는 매우 우수한 내구성을 반증하는 것이었다.

Claims (2)

  1. 살균처리 후 응집, 건조소성된 폐수오니를 이용하여 성형조성물을 만드는 성형조성물 배합단계(S130)와, 배합된 성형조성물을 성형기로 성형하여 경량의 부정형상을 갖는 인공어초 중간성형품을 만드는 성형단계(S140)와, 중간성형된 인공어초가 반건조된 상태에서 워터젯을 분사하여 인공어초 표면에서 일정깊이 침투구멍 및 크랙을 인위적으로 만드는 워터젯처리단계(S150)와, 워터젯처리 후 건조된 인공어초의 침투구멍 및 크랙에 한천을 도포하는 한천도포단계(S160)와, 한천이 도포된 침투구멍 및 크랙에 해조류 포자를 뿌리는 포자 식포단계(S170) 및, 포자 식포가 완료된 인공어초를 바다목장(바다숲)을 구성할 바다에 침지시키는 해수투하단계(S180)를 포함하는 폐수오니로 제조된 인공어초를 이용한 해조류 포자 식생방법에 있어서;
    상기 성형조성물 배합단계(S130)에서 배합되는 성형조성물은 1종 플라이애쉬시멘트 35중량%와, 칼슘설포알루미네이트 3.5중량%와, 아크릴수지를 에틸셀로솔브(Ethyl Cellosolve)에 녹인 용액에 0.1-0.2mm 크기의 일라이트 분말을 고르게 분산시킨 혼합물 5.5중량%와, 셀룰로오스 디아세테이트 2.5중량%와, 우르솔산 1.5중량%와, 소듐라우릴설페이트 1.5중량%와, 규산소다 2.5중량%와, 혼화용 폴리머로서 부틸-2-프로페노에이트(butyl-2-propenoate) 6.5중량%와, 건조된 폐수오니 8.5중량% 및 나머지 물로 이루어진 것을 특징으로 하는 폐수오니로 제조된 인공어초를 이용한 해조류 포자 식생방법.
  2. 삭제
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2009225667A (ja) * 2008-03-19 2009-10-08 Wakayama Prefecture 海藻類増殖体の製造方法、海藻類増殖体、及び海藻類の増殖方法
KR101882486B1 (ko) * 2018-02-27 2018-07-27 (주) 두산포천에너지 폐수오니의 재활용성을 증대시킨 인공어초 제조방법

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