KR102250057B1 - 미세조류를 활용한 유기성 토양개량제 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 미세조류를 활용한 유기성 토양개량제 및 그 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 유기성 토양개량제는 미세조류, 팽화제, 통기성 광물질 및 탄질비조절제가 혼합된 혼합물을 부숙하여 형성된 것을 포함하고, 상기 통기성 광물질은 자신의 표면에 부착된 유용미생물(effective microorganisms) 및 활성 미세조류(active microalgae)를 포함할 수 있다.

Description

미세조류를 활용한 유기성 토양개량제 및 그 제조방법{ORGANIC SOIL CONDITIONER USING MICROALGAE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 유기성 토양개량제에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 미세조류를 활용한 유기성 토양개량제 및 그 제조방법에 관한 것이다.

본 발명은 과학기술정보통신부의 지원으로 "녹조 바이오매스를 활용한 유기성 생물비료 기술 개발"의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제번호 : P20180361-1-0, 과제명 : 녹조 바이오매스를 활용한 유기성 생물비료 기술 개발].

미세조류는 크기가 50㎛ 이하인 단세포 조류를 지칭하는 것으로, 뿌리, 줄기, 잎이 체계적으로 분화되지 않은 하등식물 중에서 엽록소로 광합성을 하는 식물을 통칭하며, 식물플랑크톤(phytoplankton)이라 지칭하기도 한다. 미세조류는 자연계의 먹이사슬에서 최하위에 위치하기 때문에 광합성을 통해 유기물을 생산하는 독립 영양 생물이라 할 수 있다.

국내에서는 녹조현상으로 잘 알려져 있으며, 일반적으로 녹조류와 남조류는 수온이 상승하는 시점에 빈번하게 발생하지만, 일부 규조류는 저수온에서도 번성할 수 있는 것으로 알려져 있다. 이러한 미세조류는 부영양 및 정체수역 증가에 따라 발생 잠재력이 높아지고, 대발생 했을 때에는 정수처리 장애, 남조류 독성물질, 심미적 악영향 등이 발생하므로 국가적 사회 문제로 인식되고 있다.

미세조류의 처리는 크게 물리적, 화학적, 생물학적 방법으로 구분할 수 있으며, 수체에서 제거 후 일괄 처리하는 추세를 보이고 있다. 최근에는 바이오디젤 창출 등 다양한 생산적인 목적으로 미세조류를 배양 또는 활용한 경우에도 역시 처리 후 최후의 미세조류 슬러지, 스컴, 잔여 바이오매스 등은 일반적으로 폐기 처리하는 것으로 알려져 있다.

하지만, 미세조류 개체는 매우 조밀하고 정밀한 식물체로서 유기물 원료 측면에서 탄소(C), 질소(N), 인(P)을 포함한 각종 원소를 골고루 포함하고 있기 때문에 부숙 및 발효가 용이하다는 이점이 있다. 무엇보다도 부영양한 수체의 영양염(nutrients)을 흡수하는 점은 영양분 측면에서 유기성 생물 토양개량제로서 활용 가능성이 매우 높다.

따라서, 기존 사회문제로 인식되었던 녹조 발생을 포함한 수처리, 배양 등 다양한 활용 후 발생하는 미세조류 부산물을 폐기물의 개념이 아닌 유기성 생물비료와 같은 토양개량제 측면의 자원으로 인식의 전환이 필요한 시점이다.

따라서, 본 발명은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 미세조류를 활용한 유기성 토양개량제 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 해결과제는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 관점에 따른 유기성 토양개량제는 미세조류, 팽화제, 통기성 광물질 및 탄질비조절제가 혼합된 혼합물을 부숙하여 형성된 것을 포함하고, 상기 통기성 광물질은 자신의 표면에 부착된 유용미생물(effective microorganisms) 및 활성 미세조류(active microalgae)를 포함할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 혼합물은 상기 미세조류 100 중량부에 대해 상기 팽화제 50 내지 400 중량부, 상기 통기성 광물질 5 내지 30 중량부 및 상기 탄질비조절제 10 내지 60 중량부를 포함할 수 있다. 상기 미세조류는 휴믹물질을 포함할 수 있고, 숙성된 상태를 가질 수 있다. 상기 혼합물은 상기 미세조류 100 중량부에 대해 발효촉진제 20 내지 100 중량부를 더 포함할 수 있다. 상기 혼합물은 탄질비(C/N)가 25:1 내지 35:1 범위를 가질 수 있다. 상기 혼합물은 55% 내지 75% 범위의 함수율을 가질 수 있다.

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 일 관점에 따른 유기성 토양개량제 제조방법은 미세조류, 팽화제, 표면에 유용미생물 및 활성 미세조류가 부착된 통기성 광물질 및 탄질비조절제를 각각 준비하는 단계; 상기 미세조류, 상기 팽화제, 상기 표면에 유용미생물 및 활성 미세조류가 부착된 통기성 광물질 및 상기 탄질비조절제를 혼합하여 혼합물을 생성하는 단계; 및 상기 혼합물을 부숙하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 미세조류, 팽화제, 표면에 유용미생물 및 활성 미세조류가 부착된 통기성 광물질 및 탄질비조절제를 각각 준비하는 단계는 발효촉진제를 준비하는 단계를 더 포함하고, 상기 혼합물은 상기 미세조류 100 중량부에 대해 상기 발효촉진제 20 내지 100 중량부를 포함할 수 있다. 상기 미세조류를 준비하는 단계는 상기 미세조류를 숙성시키는 단계를 포함하고, 상기 미세조류는 휴믹물질을 포함할 수 있다. 상기 표면에 유용미생물 및 활성 미세조류가 부착된 통기성 광물질을 준비하는 단계는, 통기성 광물질을 EM용액에 담지하는 단계; 상기 EM용액에 담지된 통기성 광물질을 초음파 처리하여 표면에 유용미생물이 부착된 통기성 광물질을 생성하는 단계; 및 상기 표면에 유용미생물이 부착된 통기성 광물질에 활성 미세조류를 접종하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 혼합물은 상기 미세조류 100 중량부에 대해 상기 팽화제 50 내지 400 중량부, 상기 통기성 광물질 5 내지 30 중량부 및 상기 탄질비조절제 10 내지 60 중량부를 포함할 수 있다. 상기 혼합물은 탄질비(C/N)가 25:1 내지 35:1 범위를 갖도록 형성할 수 있다. 상기 혼합물은 55% 내지 75% 범위의 함수율을 갖도록 형성할 수 있다.

본 발명에 따른 미세조류를 활용한 유기성 토양개량제 및 그 제조방법은 다음과 같은 효과를 제공할 수 있다.

본 발명은 심각한 사회문제인 녹조를 유기성 토양개량제로 재활용하는 방안을 제시함으로써, 기존의 사회문제를 자원의 재활용 측면으로 재인식 할 수 있을 뿐만 아니라, 자연적으로 발생한 녹조를 소정의 가공 절차를 거쳐 농업, 원예 등의 새로운 분야에 활용할 수 있는 선순환 체계 확립 차원에서 단순히 기존의 녹조 저감에 그치지 않는 신규 영역 확장 및 신시장 창출이 가능하다는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 통상적으로 폐기되는 미세조류를 활용함으로써, 식물 성장에 필요한 영양성분을 그대로 재활용 및 효율적 공급이 가능하며 농업 및 원예 부분에서 토양개량제로서의 퇴비 제작 및 활용은 토양환경을 개량 및 개선하여 지력을 향상시킬 수 있으며 양질의 식물성장원료로 활용 가능하다는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 미세조류를 포함하는 식물성 원료를 사용함으로써, 병원균에 대한 위험도를 낮춰 생물학적으로 안정적인 토양개량제를 제공할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유기성 토양개량제의 제조방법을 나타낸 순서도이다.

본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.

한편, 본 출원에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.

"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

단수의 표현은 문맥상 명백히 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

각 단계들에 있어 식별부호(예를 들어, a, b, c 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.

여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.

후술하는 본 발명의 실시예는 유기성 토양개량제에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 미세조류를 활용한 유기성 토양개량제 및 그 제조방법을 제공하기 위한 것이다. 특히, 본 발명의 실시예에 따른 유기성 토양개량제는 하천, 호수, 댐, 저수지, 해양, 생물연료장치, 하수처리장, 정수처리장, 멤브레인, 바이오파울링(biofouling), 각종 배양 등 다양한 수체 및 현장에서 발생하거나 응집, 여과, 부상, 침전, 원심분리, 배양, 이온교환, 막여과 등 다양한 공법을 통해 회수된 미세조류의 바이오매스를 주원료로 하여 미세조류와 함께 소정의 보조원료들을 활용하여 토양의 물리적 기능을 개선하고 비옥도를 증가시키며 식물 성장을 촉진시킬 수 있는 유기성 토양개량제로 미세조류를 재활용할 수 있는 방법을 제공하기 위한 것이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 유기성 토양개량제의 제조방법에 대한 일례를 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유기성 토양개량제의 제조방법을 나타낸 순서도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 유기성 토양개량제 제조방법은 미세조류를 준비하는 단계(S10), 팽화제를 준비하는 단계(S20), 표면에 유용미생물 및 활성 미세조류가 부착된 통기성 광물질을 준비하는 단계(S30), 탄질비조절제를 준비하는 단계(S40), 발효촉진제를 준비하는 단계(S50), 미세조류, 팽화제, 표면에 유용미생물 및 활성 미세조류가 부착된 통기성 광물질, 탄질비조절제 및 발효촉진제를 소정의 비율로 혼합하여 혼합물을 생성하는 단계(S60) 및 혼합물을 부숙하는 단계(S70)를 포함할 수 있다. 여기서, 표면에 유용미생물 및 활성 미세조류가 부착된 통기성 광물질을 준비하는 단계(S30)는 EM용액에 통기성 광물질을 담지하는 단계(S32), EM용액에 담지된 통기성 광물질을 초음파 처리하는 단계(S34) 및 표면에 유용미생물이 부착된 통기성 광물질에 활성 미세조류를 접종하는 단계(S36)를 포함할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 유기성 토양개량제의 각 제조단계에 대해 상세히 설명하기로 한다.

먼저, 미세조류를 준비하는 단계(S10)는 하천, 호수, 댐, 저수지, 해양, 생물연료장치, 하수처리장, 정수처리장, 멤브레인, 바이오파울링(biofouling), 각종 배양 등 다양한 수체 및 현장에서 발생하거나 응집, 여과, 부상, 침전, 원심분리, 배양, 이온교환, 막여과 등 다양한 공법을 통해 미세조류를 회수, 수집, 숙성 및 건조하는 단계를 지칭할 수 있다.

미세조류는 남조류, 녹조류, 갈조류, 규조류, 홍조류 등을 포함할 수 있으며, 이들의 단일체 또는 혼합체를 포함할 수 있다. 아울러, 미세조류는 해당수체에서 응집된 수중 유기물을 직접 활용할 수도 있다. 수중 유기물을 직접 활용하는 경우에는 미세조류와 함께 자생하는 미생물이 포함되어 식물이 잘 서식할 수 있는 자연환경 조건의 각종 유기물, 무기물, 휴믹물질(humic substances) 등이 함유되며, 이를 토양개량제로 활용할 경우 식물의 생리활성 및 토양의 자정능력을 향상시킬 수 있다. 특히, 미세조류를 응집 공법으로 회수한 경우에는 자연 상태의 유기물 및 각종 휴믹물질들이 회수된 미세조류에 다량 포함될 수 있다. 수중유기물의 채집은 조밀한 네트를 이용할 수 있으며, 수처리 공정에서는 전처리 공정 또는 스크린 단계를 활용할 수 있다. 그리고, 배양을 통해 회수된 미세조류의 경우 배양액 또는 보존액을 토양개량제의 함수율을 조절하기 위한 목적으로 재활용할 수도 있다.

참고로, 휴믹물질(또는 자연유기물질)은 유기물이 긴 세월동안 분해, 축합, 중합 및 산화되어 이중결합이 증가하고, 축합고리가 형성된 고분자화합물로서, 갈색-흑색 유기교질 상태의 유기물을 지칭하며, pH에 따른 용해도에 따라 휴민(humin), 휴믹산(humic acid), 풀빅산(fulvic acid) 등으로 구분할 수 있다. 휴믹물질은 산소(O), 탄소(C), 카르복실기(COOH), 케톤기(C=O), 하이드록기(OH) 등의 작용기, 양이온치환능과 산화과정에서 음이온을 띠고 있으며, 피트모스가 함유하고 있는 리그닌(Lignin), 탄닌(Tannin), 섬유소(Cellulose), 조단백질(Crude protein), 아미노(Amino)산, 펩티드(Peptide), 미네랄(Mineral) 등의 유용한 물질로 구성되어 있어 토양 생태계를 균형있게 복원하고, 나아가 토양병원균에 대한 항균 및 항바이러스 작용이 있어 병해를 줄이고 작물의 생장과 뿌리의 발아, 발근뿐만 아니라 발육의 근본인 세포분열을 촉진시켜 농작물의 생장을 활성시키는 물질이다.

미세조류는 수분을 머금고 있는 슬러지 형태 또는 스컴 형태를 직접 활용하거나, 또는 숙성시켜서 사용할 수 있다. 또한, 미세조류 또는 숙성된 미세조류를 건조시켜서 사용할 수도 있다. 즉, 주원료로 사용되는 미세조류는 수분함량(즉, 함수율)이 0% 내지 90% 범위를 가질 수 있다. 여기서, 함수율 0%는 완전히 건조된 상태를 지칭하며, 함수율 90%는 갓 회수된 생물 상태를 지칭할 수 있다. 미세조류의 건조는 자연광에서 2일 내지 5일 동안 자연건조하거나, 건조기를 이용하여 20시간 내지 30시간 동안 인공 건조하여 사용할 수 있다. 건조된 미세조류는 보관이 용이하고, 원재료(즉, 건조된 미세조류)를 지속적이고 장기간 활용할 수 있다는 이점이 있다. 그리고, 미세조류를 숙성시켜 사용하는 경우, 미세조류 및 미세조류에 포함된 자생 미생물 및 휴믹물질에 기인한 유용한 효과를 보다 향상시킬 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 유기성 토양개량제는 미세조류를 주원료로 활용하며, 토양환경을 개량 및 개선하여 지력을 향상시키거나, 식물 성장을 강화하기 위해 기능성 보조 원료를 부가적으로 활용할 수 있다. 여기서, 기능성 보조 원료는 팽화제, 표면에 유용미생물 및 활성 미세조류가 부착된 통기성 광물질, 탄질비조절제 및 발효촉진제를 포함할 수 있다.

먼저, 팽화제(bulking agent)를 준비하는 단계(S20)에서 팽화제는 수분함량 및 탄질비(C/N)를 조절하기 위한 것으로, 톱밥, 왕겨, 볏짚, 파쇄목 등 농산부산물 및 임산부산물을 포함할 수 있다. 여기서, 수분함량 및 탄질비는 각각 후술하는 부숙화 단계(S70)를 수행하기 이전의 혼합물에 대한 수분함량 및 탄질비를 지칭할 수 있다. 팽화제로 사용할 수 있는 물질들 예컨대, 톱밥, 왕겨, 볏짚, 파쇄목 등의 농산부산물 및 임산부산물 각각의 탄질비가 모두 상이하기 때문에 팽화제는 복수의 물질들을 적절히 혼합하여 원하는 탄질비를 구현할 수 있다.

또한, 농산부산물 및 임산부산물을 포함하는 팽화제는 매우 조밀한 미세조류의 응집에 따른 눌림현상을 미연에 방지하는 역할을 수행할 수 있다. 또한, 휴믹물질을 포함하는 미세조류 내 공극 발생을 유도하여 내부에 산소를 공급하고, 현장에서 서식하던 자생 미생물의 정착 및 분해가 원활하도록 촉진하는 역할도 수행할 수 있다. 이를 통해, 미세조류 및 팽화제를 포함하는 혼합물의 부숙이 용이하고, 부숙화를 거쳐 토양개량제로 완성되었을 때에도 일정 부피를 확보하여 토양의 통기성을 확보할 수 있으며, 식물의 뿌리 생육 및 토양의 물리적 성능을 개선 및 향상시킬 수 있다.

상술한 팽화제의 기능을 구현하기 위해 팽화제는 미세조류 100 중량부에 대해 50 내지 400 중량부를 갖도록 준비할 수 있다. 팽화제가 50 중량부 미만일 경우에는 눌림현상의 방지, 공극 발생 유도에 따른 산소 공급 및 탄질비 조절이 어려울 수 있으며, 400 중량부를 초과할 경우에는 휴믹물질을 포함하는 미세조류에 기인한 기능성이 저하될 수 있다.

다음으로, 표면에 유용미생물 및 활성 미세조류가 부착된 통기성 광물질을 준비하는 단계(S30)는 EM(Effective Microorganisms)용액에 통기성 광물질을 담지하는 단계(S32), EM용액에 담지된 통기성 광물질을 초음파 처리하는 단계(S34) 및 표면에 유용미생물이 부착된 통기성 광물질에 활성 미세조류를 접종하는 단계(S36)를 포함할 수 있다.

여기서, 통기성 광물질은 다수의 기공 또는 공극을 포함하는 물질로서 다공성 광물질을 지칭할 수 있다. 다수의 기공을 포함하기 때문에 통기성 광물질은 일정량의 수분을 함유할 수 있고, 다수의 기공을 통해 공기가 통할 수 있는 통로를 제공할 수 있다. 즉, 통기성 광물질은 유용미생물 및 활성 미세조류가 부착 및 성장하는 지지체 역할 및 최종산물인 토양개량제에서 공기 통로를 제공하는 역할을 수행할 수 있다. 이를 위해, 통기성 광물질로는 펄라이트, 일라이트, 제올라이트, 버미큘라이트, 벤토나이트, 마사토 등을 사용할 수 있으며, 토양과 이질감이 적고, 농업에 해가되지 않는 광물질이라면 공지된 물질을 모두 적용할 수 있다. 한편, 변형예로서, 통기성 광물질은 활성탄, 목탄과 같은 다공질의 비광물질을 사용할 수도 있다.

이하, 표면에 유용미생물 및 활성 미세조류가 부착된 통기성 광물질을 형성하는 방법에 대해 상세히 설명하기로 한다.

먼저, EM(Effective Microorganisms)용액에 통기성 광물질을 담지하는 단계(S32)는 통기성 광물질의 표면에 EM용액에 포함된 유용미생물을 통기성 광물질 표면에 부착시키기 위한 단계로서, 제1챔버에 통기성 광물질이 잠길 정도로 EM용액을 채워주는 방법으로 EM용액에 통기성 광물질을 담지시킬 수 있다. 구체적으로, EM용액과 통기성 광물질은 1:1 내지 1:2의 비율로 혼합할 수 있다. 통기성 광물질에 유용미생물의 부착 및 성장을 위해 20시간 내지 30시간 동안 EM용액에 통기성 광물질이 담지된 상태를 유지할 수 있다.

다음으로, EM용액에 담지된 통기성 광물질을 초음파 처리하는 단계(S34)는 다수의 기공으로 인해 내부 표면적이 큰 통기성 광물질 깊숙히 유용미생물을 부착시키기 위한 단계일 수 있다. 다시 말해, 초음파 처리 단계(S34)는 통기성 광물질 표면에 흡착되는 유용미생물량을 증가시키기 위한 단계일 수 있다. 초음파 처리 단계(S34)는 충분한 시간동안 EM용액에 통기성 광물질을 담지한 이후에 진행하거나, 또는 통기성 광물질에 유용미생물의 부착 및 성장을 위해 20시간 내지 30시간 동안 EM용액에 통기성 광물질이 담지된 상태를 유지하는 동안 진행할 수도 있다. 초음파 처리는 EM용액에 통기성 광물질이 담지된 제1챔버에 5분 내지 30분 동안 500rpm 내지 3000rpm의 강도로 초음파를 인가하는 방법으로 진행할 수 있다.

한편, 통기성 광물질 표면에 유용미생물을 부착시키기 위해 사용된 EM용액은 후술하는 부숙화 단계(S70) 이전의 혼합물에 대한 함수율 조절시 재활용할 수 있다. 즉, 부숙화 단계(S70) 이전의 혼합물 함수율이 기 설정된 값을 충족하지 못할 경우에 통기성 광물질 표면에 유용미생물을 부착시키기 위해 사용된 EM용액을 재활용하여 혼합물의 목표 함수율을 달성할 수 있다.

다음으로, 표면에 유용미생물이 부착된 통기성 광물질에 활성 미세조류를 접종하는 단계(S36)는 미세조류 및 미세조류에 포함된 휴믹물질에 기인한 효과를 더욱더 향상시키기 위한 것으로, 활성 미세조류 즉, 살아있는 미세조류 통기성 광물질 표면에 부착하는 단계일 수 있다. 구체적으로, 활성 미세조류를 접종하는 단계(S36)는 제2챔버에 살아있는 미세조류를 포함하는 용액에 표면에 유용미생물이 부착된 통기성 광물질을 20시간 내지 30시간 동안 담지하여 표면에 유용미생물이 부착된 통기성 광물질에 활성 미세조류를 부착 및 성장시킬 수 있다. 제2챔버로는 투명한 용기를 활용할 수 있으며, 광이 조사되는 조건하에서 미세조류가 해당 통기성 광물질에 잘 흡착, 부착, 혼합 및 성장할 수 있도록 교반과 정체를 반복 실시할 수 있다. 활성 미세조류의 부착 및 성장을 보다 촉진시키기 위해 이산화탄소 공급, pH 조절(예컨대, pH 7 ~ 12 범위), 영양염 및 배양액 공급을 실시하거나, 담지시간을 증가시킬 수도 있다.

통기성 광물질 표면에 부착된 활성 미세조류는 살아있는 군체 또는 포자 형태로서 통기성 광물질에 부착되어 향후 부숙화 단계(S70)를 거쳐 토양개량제로 완성된 이후에도 통기성 광물질, 팽화제와 같은 지지체에 생존할 수 있다. 활성 미세조류는 향후 토양개량제에서 각종 보조원료가 제공하는 공극을 통해 호흡하며, 식물에 주어지는 수분 및 영양염 등을 토대로 생존이 가능하며, 식물의 뿌리 및 줄기와 긴밀한 상호작용이 가능하다. 다시 말해, 활성 미세조류는 미생물의 활성화 유도, 산소 발생, 질소 고정, 물질교환 등 식물 뿌리 생육을 촉진시키는 등 긍정적인 다양한 효과를 구현할 수 있다.

상술한 기능을 구현하기 위해 표면에 유용미생물 및 활성 미세조류가 부착된 통기성 광물질은 미세조류 100 중량부에 대해 5 중량부 내지 30 중량부를 포함할 수 있다. 표면에 유용미생물 및 활성 미세조류가 부착된 통기성 광물질이 5 중량부 미만일 경우에는 통기성 광물질의 기공을 통한 공기 통로 제공이 어렵고, 유용미생물 및 활성 미세조류에 기인한 기능성 발현이 어려울 수 있으며, 30 중량부를 초과하는 경우에는 다량의 통기성 광물질로 인해 토양개량제를 포함하는 토양이 식물의 뿌리를 고정하는 능력이 저하될 수 있다.

다음으로, 탄질비조절제를 준비하는 단계(S40)는 부숙화 단계(S70) 이전의 혼합물에 대한 목표 탄질비를 달성하기 위한 단계로서, 깻묵과 같은 유기질 재료를 사용할 수 있다. 이를 위해, 탄질비조절제는 미세조류 100 중량부에 대해 10 중량부 내지 60 중량부를 포함할 수 있다.

다음으로, 발효촉진제를 준비하는 단계(S50)는 후속 부숙화 단계(S70)의 시간을 단축시키기 위한 단계로서, 발효촉진제로는 EM파우더 또는 EM용액을 사용할 수 있다. 이때, 부숙화 단계(S70) 이전의 혼합물에 대한 함수율이 기 설정된 값을 충족하지 못할 경우에는 EM용액을 사용할 수 있고, 기 설정된 값을 충족하는 경우에는 EM파우더를 사용할 수 있다. 발효촉진제는 미세조류 100 중량부에 대해 20 중량부 내지 100 중량부를 포함할 수 있다.

다음으로, 미세조류, 팽화제, 표면에 유용미생물 및 활성 미세조류가 부착된 통기성 광물질, 탄질비조절제 및 발효촉진제를 혼합하여 혼합물을 생성하는 단계(S60)는 목표 탄질비 및 함수율을 구현하도록 이들을 기 설정된 비율로 혼합하는 단계일 수 있다. 부숙화를 거쳐 최종적으로 형성되는 토양개량제의 탄질비 및 함수율을 고려하여 혼합물의 탄질비는 25:1 내지 35:1 범위를 가질 수 있고, 함수율은 55% 내지 75% 범위를 가질 수 있다. 이를 위해, 혼합물은 미세조류 100 중량부에 대해 팽화제 50 중량부 내지 400 중량부, 표면에 유용미생물 및 활성 미세조류가 부착된 통기성 광물질 5 중량부 내지 30 중량부, 탄질비조절제 10 중량부 내지 60 중량부 및 발효촉진제 20 중량부 내지 100 중량부를 포함할 수 있다.

여기서, 혼합물이 상술한 조성비, 탄질비 및 함수율을 충족하지 못할 경우 부숙화 과정에서 필요한 미생물의 성장환경 저하로 인해 부숙화가 미흡할 수 있다. 또한, 악취 발생, 최적 온도 유지 불능, 유해생물 번식 등에 기인한 교란 현상이 발생할 수 있다. 또한, 미부숙화로 인한 최종 생산품 즉, 토양개량제의 품질이 저하될 수 있다. 또한, 미세조류와 기타 부재료의 혼합으로 인한 대량생산 및 적정 토양개량제량을 확보하기 어려울 수 있다.

다음으로, 혼합물을 부숙하는 단계(S70)는 일정 기간동안 혼합물을 숙성 및 발효시켜 토양개량제를 생성하는 단계로서, 공지된 다양한 부숙 방법을 사용할 수 있다. 부숙화 단계(S70)는 2개월 내지 12개월 동안 진행할 수 있으며, 부숙화 동안 안정적인 상태를 유지하도록 온도, 습도, 혼합, 산소공급 등의 지속적인 관리를 진행할 수 있다. 2개월 내지 12개월 동안 부숙화된 토양개량제는 대략 10:1 정도의 탄질비를 가질 수 있다.

상술한 공정과정을 통해 본 발명의 실시예에 따른 미세조류를 활용한 유기성 토양개량제를 완성할 수 있다.

녹조 발생은 심각한 사회문제로서, 하천 및 호수를 포함하는 다양한 수체의 수질을 악화시키는 원인으로 작용하는 바, 양질의 상수원수를 확보하기 위해서 반드시 해결해야 하는 국가적 과제라 할 수 있다.

이러한 주요한 사회문제인 녹조를 본 발명의 실시예와 같이 유기성 토양개량제로 재활용하는 방안은 기존의 사회문제를 자원의 재활용 측면으로 재인식 할 수 있을 뿐만 아니라, 자연적으로 발생한 녹조를 상술한 가공 절차를 거쳐 농업, 원예 등의 새로운 분야에 활용할 수 있는 선순환 체계 확립 차원에서 단순히 기존의 녹조 저감에 그치지 않는 신규 영역 확장 및 신시장 창출이 가능하다는 이점이 있다.

또한, 통상적으로 폐기되는 미세조류를 활용함으로써 식물 성장에 필요한 영양성분을 그대로 재활용 및 효율적 공급이 가능하며 농업 및 원예 부분에서 토양개량제로서의 퇴비 제작 및 활용은 토양환경을 개량 및 개선하여 지력을 향상시킬 수 있으며 양질의 식물성장원료로 활용 가능하다는 이점이 있다.

또한, 통상적으로 토양개량제의 주원료로 많이 사용되는 동물의 분변은 병원균의 감염 위험이 있으나, 미세조류를 포함하는 식물성 원료는 병원균에 대한 위험도가 낮기 때문에 생물학적으로 안정적인 토양개량제를 제공할 수 있는 이점이 있다.

본 명세서에서 설명되는 실시 예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시 예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (13)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 미세조류, 팽화제, 표면에 유용미생물 및 활성 미세조류가 부착된 통기성 광물질 및 탄질비조절제를 각각 준비하는 단계;
   상기 미세조류, 상기 팽화제, 상기 표면에 유용미생물 및 활성 미세조류가 부착된 통기성 광물질 및 상기 탄질비조절제를 혼합하여 혼합물을 생성하는 단계; 및
   상기 혼합물을 부숙하는 단계
   를 포함하는 유기성 토양개량제 제조방법.
   
8. 제7항에 있어서,
   상기 미세조류, 팽화제, 표면에 유용미생물 및 활성 미세조류가 부착된 통기성 광물질 및 탄질비조절제를 각각 준비하는 단계는 발효촉진제를 준비하는 단계를 더 포함하고,
   상기 혼합물은 상기 미세조류 100 중량부에 대해 상기 발효촉진제 20 내지 100 중량부를 포함하는 유기성 토양개량제 제조방법.
   
9. 제7항에 있어서,
   상기 미세조류를 준비하는 단계는 상기 미세조류를 숙성시키는 단계를 포함하고, 상기 미세조류는 휴믹물질을 포함하는 유기성 토양개량제 제조방법.
   
10. 제7항에 있어서,
    상기 표면에 유용미생물 및 활성 미세조류가 부착된 통기성 광물질을 준비하는 단계는,
    통기성 광물질을 EM용액에 담지하는 단계;
    상기 EM용액에 담지된 통기성 광물질을 초음파 처리하여 표면에 유용미생물이 부착된 통기성 광물질을 생성하는 단계; 및
    상기 표면에 유용미생물이 부착된 통기성 광물질에 활성 미세조류를 접종하는 단계
    를 포함하는 유기성 토양개량제 제조방법.
    
11. 제7항에 있어서,
    상기 혼합물은 상기 미세조류 100 중량부에 대해 상기 팽화제 50 내지 400 중량부, 상기 통기성 광물질 5 내지 30 중량부 및 상기 탄질비조절제 10 내지 60 중량부를 포함하는 유기성 토양개량제 제조방법.
    
12. 제7항에 있어서,
    상기 혼합물은 탄질비(C/N)가 25:1 내지 35:1 범위를 갖도록 형성하는 유기성 토양개량제 제조방법.
    
13. 제7항에 있어서,
    상기 혼합물은 55% 내지 75% 범위의 함수율을 갖도록 형성하는 유기성 토양개량제 제조방법.

Images