KR102274556B1 - 유해 조류 제거용 조성물 및 이를 이용하여 제조되는 블록 - Google Patents

유해 조류 제거용 조성물 및 이를 이용하여 제조되는 블록 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유효성분으로 풀빅산, 선택적으로 휴믹물질, 휴믹산, 하고초, 황백 및 현삼의 정제수 추출물을 유효성분으로 포함하는 유해 조류 제거용 조성물 및 여기에 황토 또는 시멘ㅌ트를 부가하여 제조되는 유해 조류 제거용 블록을 제공한다. 본 발명에 따른 유해 조류 제거용 조성물과 블록은 저수지, 호수, 호소, 하천 또는 강 등에서 유해 조류(녹조류, 남조류, 규조류, 유글레노이드류, 편모조류 및 황녹색조류)의 이상 증식의 제거 가능하므로 담수 또는 기수역에서 녹조 또는 적조 등의 피해를 예방하고 수질오염을 방지하는데 매우 유용하여 녹조 또는 적조에 대한 방오제 및 방오용 블록으로 활용가치가 매우 높다.

Description

유해 조류 제거용 조성물 및 이를 이용하여 제조되는 블록{Composition for removing harmful algae and block manufactured using the same}
본 발명은 유해 조류 제거용 조성물 및 이를 이용하여 제조되는 블록에 관한 것이다.
유해 조류의 대 발생(HAB, Harmful Algal Blooming)은 이들의 생육 서식지에 따라 산업적으로 다양한 문제를 일으키고 있다. 호수, 하천, 저수지, 양어장 등지에서의 유해 조류의 대 발생은, 1) 수생생물의 폐사를 일으키고(Duke 등, Weed Sci. 50: 138-151, 2002); 2) 이취미(off-flavor) 물질을 발생시켜 음용수 및 양식어류의 육질을 떨어뜨리는데, 예를 들면, 유해 조류인 오실라토리아 페로나타(Oscillatoria perornata)의 서식지에서는 물고기에 흙냄새(off-flavor)가 나게 되며(Duke 등, Weed Sci. 50: 138-151, 2002); 3) 사람 및 동물에 유해한 독소가 생성되는데, 예를 들어, 마이크로시스티스(Microcystis) 속, 노듈라리아(Nodularia) 속, 아나베나(Anabaena) 속, 아파니조메논(Aphanizomenon)속 등의 일부 조류는 각각 사람 및 동물에 유해한 독소인 마이크로시스틴(microcystins), 노듈라린(nodularin), 아나톡신(anatoxin) 및 삭시톡신(saxitoxin)을 생산한다고 알려져 있고(Haider 등, Chemosphere 52:1-21, 2003); 4) 물의 착색 및 이상발포(scum) 형성 등으로 불쾌감을 유발하고 여가 및 산업 활동을 저해하며; 5) 상수처리과정 중의 여과지 폐쇄 및 응집 침전 저해 등으로 인해 염소의 과다처리가 필요하므로 경제적 손실을 야기한다.
한편, 담수직 파답에서는 조류의 대 발생이 괴불 형성을 유도하여 입모율을 현저히 감소시키기도 하고, 토양 온도를 내려 작물의 생산성이 감소시킨다. 골프장 페어웨이에서는 토양 조류의 대 발생으로 잔디가 고사하는 경우도 많다. 또한, 건축 및 산업시설 현장에서는 유해 조류가 수질오염, 기계의 오작동, 노후화 촉진, 미관 손상 등 다양한 피해를 유발시키기도 한다.
따라서 유해 조류 원인생물에 의한 현상을 제거 또는 완화시키기 위한 기술들이 개발되었는데, 지금까지 알려진 기술들로는 화학약품 살포법, 초음파 및 오존처리법, 해면회수 및 침강법, 황토살포법 등이 있다.
부영양성 호수 및 하천에서 유해 조류 대 발생으로 증가된 수중 내 오염물질 (자체생성유기물: 녹조생물)을 제거하는 것은 수자원 문제해결의 가장 핵심적인 부분이며, 적용될 기술 역시 경제성이 높고 생태계 혼란이 가장 적은 친환경적인 기술이어야 한다.
그러나 화학약품 살포법은 황산구리(CuSO4), 이산화염소(ClO2), 시마진(Simazine) 등을 살포하는 방법으로서 과거부터 이용되어 왔는데, 그 중 비용이 가장 저렴하여 널리 이용되는 황산구리는 적조 원인 생물 외에 다른 해양 생물에까지 영향을 끼쳐 수중의 다른 생물에 대한 독성 및 부식의 측면에서 문제를 일으킬 수 있으며, 또한 일시적 효과만 나타내기 때문에 반복 사용해야 하고, 적조 발생시 수반되는 높은 알칼리성 환경 조건하에서는 황산구리가 불안정해지기 때문에 많은 양을 처리하여야 하므로 비경제적이라는 단점이 있다.
초음파 처리법은 초음파(160~400kHz)로 적조 원인 생물의 세포를 파괴하는 방법이고, 오존처리법은 적조 발생 수역에 고압의 오존을 투입하여 적조로 인한 독성을 중화시키는 방법이나, 두 방법 모두 실용화단계에는 아직 이르지 못하고 있는 실정이다.
해면회수 및 침강법은 원심분리기, 응집 본조, 혼합조 및 가압 부상조로 구성된 가압부상분리장치를 이용하여 기포를 발생시켜 적조 생물을 흡착, 부상시키고 해표면에서 회수하는 방법이며, 황토살포법은 황토를 해수 중에 살포하여 적조생물을 흡착 침강시키고, 황토 속의 알루미늄 이온이 적조 원인 생물의 세포를 파괴시키는 성질을 이용한 방법이다.
그리고 살조제 이외에도 심층폭기/강제순환, 가압부상/물리적 수거, 초음파/오존처리 등의 물리, 화학적인 방법과 녹조를 제거 가능한 세균, 바이러스, 곰팡이, 원생생물, 동물플랑크톤 등을 활용하는 생물학적인 방법 등이 있고, 여타 물리, 화학적 방법은 중, 소규모 수계에서 수질개선과 유지를 위해 많이 사용되고 있다. 그러나 이 방법은 적용 수계의 규모와 환경적 특징에 따라서 적용이 어려운 경우와 효과가 미미한 경우가 많이 발생하였다. 게다가 전력, 노동력, 설비, 운영비 등의 부가적인 비용이 발생하는 문제점이 있다.
생물학적 방법은 현재까지 실제 현장에서 그 효과를 인정받지 못하였으며, 외생 종의 현장투여로 인한 생태계 교란과 현장에 투여하기에 앞서 필요한 배양시설과 유지관리 비용이 발생하는 등의 문제점이 있다.
일례로 정부는 4 대강 수계 물관리 종합 대책의 일환으로 1,993억 원을 들여 4대 강에 하천정화시설, 가압부상시설, 수초재배섬, 호소수질조사선, 수질정화습지, 생태보 (어도), 초기우수처리시설 (stormfilter 등) 등 기존의 녹조 제거 기술을 사용하여 녹조방지사업을 추진하였으나 큰 실효를 거두지 못하고 있다.
즉, 현재까지 국내에선 연중 수시로 발생하는 녹조를 효과적으로 제거할 수 있는 뚜렷한 방법이 형편이다.
1. 대한민국 등록 특허 제10-1599746호
따라서 본 발명이 이루고 자는 과제는 유해 조류의 생성 및 증식을 억제할 수 있는 새로운 조성물 및 이를 이용하여 제조되는 블록을 제공하는 것이다.
상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은
풀빅산을 유효성분으로 포함하는 것을 특징으로 하는 유해 조류 제거용 조성물을 제공한다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따른 유해 조류 제거용 조성물은
휴믹물질 또는 휴믹산을 더 포함하며,
이들의 함유 비율은
상기 풀빅산 100중량부에 대하여,
50 내지 150중량부일 수 있다.
또한, 상술한 바와 같은 본 발명에 따른 유해 조류 제거요 조성물은
하고초, 황백 및 현삼로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 정제수 추출물을 상기 풀빅산 100중량부에 대하여 1.0 내지 20중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유해 조류 제거용 조성물을 제공한다.
또한, 상술한 바와 같은 본 발명에 따른 유해 조류 제거요 조성물은
미생물 및 효소를 상기 풀빅산 100중량부에 대하여 1.0 내지 20중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유해 조류 제거용 조성물을 제공한다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따른 조성물은 황토와 시멘트와 혼합되어 블록 형태로 제조되어 살포용 내지 구조물 설치용으로 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 유해 조류 제거용 조성물과 블록은 저수지, 호수, 호소, 하천 또는 강 등에서 유해 조류(녹조류, 남조류, 규조류, 유글레노이드류, 편모조류 및 황녹색조류)의 이상 증식의 제거 가능하므로 담수 또는 기수역에서 녹조 또는 적조 등의 피해를 예방하고 수질오염을 방지하는데 매우 유용하여 녹조 또는 적조에 대한 방오제 및 방오용 블록으로 활용가치가 매우 높다.
도 1은 본 발명에 따른 제조된 황토 블록 사진이다.
도 2 내지 도 13은 본 발명에 따라 제조된 황토 블록을 이용하여 유해 조류를 제거 공정에 대한 사진이다.
이하 본 발명에 대하여 구체적으로 설명하도록 한다.
본 발명은 풀빅산을 활성 성분으로 포함하여 하수종말 처리장, 하천, 호수, 물탱크, 양식장, 수족관 등에 살포하여 사용될 수 있는 유해 조류 제거용 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명에 따른 조성물은 휴믹물질 또는 휴믹산을 더 포함하며, 이들의 함유 비율은 상기 풀빅산 100중량부에 대하여 50 내지 150중량부일 수 있다.
상기 본 발명에서 사용되는 휴믹물질은 식물이나 동물이 미생물에 의하여 분해되어 흙과 섞인 유기물로, 갈색에서 검은색을 띠며 식물 성장에 필요한 영양분을 공급해 주고, 흙속의 수분을 많아지게 하여 토양의 생산성을 높이는 물질이 즉 동식물의 잔재물이 퇴적되어 2억 5000만년 이상 미생물, 곤충, 효소 등에 의해 발효, 유기촉매, 물질전환 작용을 반복하며 탄화된 광물질로써 휴믹산, 풀빅산, 울믹산 등의 유용한 물질이 포함되어 있다.
또한, 본 발명에 사용되는 풀빅산과 휴믹산은 상술한 휴믹물질로부터 제조되는 것으로 물질이며, 휴믹산은 염기성 또는 중성 용액에서 용해되지만, 산성 용액에서 침전된다. 풀빅산은 모든 pH 용액에서 용해되며, 상기 풀빅산은 미네날이 풍부하고 강력한 황산화 작용이 있어, 식품 의약품이나 화장품 원료로 개발되고 있다.
본 발명에서 사용되는 풀빅산과 휴믹산의 제조방법, 정제방법은 본 발명이 속하는 기술 분야에 널리 알려진 것이라면 특별한 제한없이 사용이 가능하며, 이들의 수용액 형태로 제조될 수 있으며, 순도와 함량은 높으면 높을수록 본 발명에서 사용기 유용한 것은 당연하다.
알려진 다양한 제조방법에 중 예를 들면, 본 발명에서는 상기 풀빅산을 휴믹물질로부터 더욱 친환경적으로 추출된 것을 사용하는데 그 제조방법은 휴믹물질의 농도가 5~10중량%가 되도록 정제수를 부가한 후 정제수의 온도를 60~70℃로 상승시키고 3 내시 6시간 동안 교반한 다음 원심분리기를 이용하여 상등액을 취하는 것이며, 더욱 바람직하게는 자몽 또는 레몬 껍질을 소금물에 2 내지 7시간 동안 침지시킨 후에 세척하여 소금물을 제거한 후 분쇄한 분쇄물을 정제수 100중량부에 대하여 약 0.05 내지 0.2 중량부로 더 부가하여 교반하는 것이다.
또한, 본 발명에서는 유해 조류 제거 활성을 높이기 위하여 천연물을 정제수로 추출한 천연물 추출물을 더 포함하는데, 다양한 시험 연구 결과 하고초, 황백, 현삼 정제수 추출물이 풀빅산, 휴믹물질, 휴믹산과 연동하여 시너지 효과를 내는 것을 확인할 수 있으며, 그 함량 비율은 상기 풀빅산 100중량부에 대하여 1.0 내지 20중량부이다.
상술한 본 발명에서 사용되는 상기 하고초는 꿀풀과에 속한 다년생초본인 꿀풀의 지상부 전초, 상기 황백은 운향과에 속하는 황벽나무의 줄기껍질, 상기 현삼는 현삼과 식물인 현삼의 뿌리를 말린 것으로서, 이들을 정제수를 가열한 열수를 이용하여 제조된 추출물을 사용하게 된다.
또한, 본 발명에 따른 조성물은 부가적으로 수질 정화 및 악취제거에 사용되는 미생물 및 효소를 상기 휴믹물질 100중량부에 대하여 1.0 내지 20중량부 더 포함할 수 있으며, 이는 본 발명에서 사용되는 미생물 및 효소는 유해 조류 제거 부분에서 사용되는 것이라면 특별한 제한이 없이 사용이 가능하다.
본 발명은 다른 실시 헹태로서 하수종말 처리장, 하천, 호수, 물탱크, 양식장, 수족관 등에 넣었을 때 서서히 풀어지면서 효과를 나타내거나 구조물로서 설치되어 핵심 성분을 용출하여 효과를 나타내도록 하기 위하여 황토 또는 시멘트를 부가하여 제조한 블록으로 제공될 수 있다.
상기 본 발명에 사용하는 황토는 유해 조류 제거에 오래전부터 널리 사용되어 왔던 것들로서 본 발명에서 특별한 제한 없이 이 기술들에서 알려진 황토를 사용한다.
다만, 본 발명에서는 유해 조류 제거의 효과를 높이기 위하여 황토에 몬모릴로나이트 및 티타늄을 함유하여 광촉매 역할을 하고, 원적외선 방사 더욱 뛰어난 황토를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서 제시하고 있는 구성비는 블록 제조의 용이성, 수질정화 및 악취제거 효과 등을 고려하여 본 발명자가 최적화한 비율이다. 그리고 본 발명에 따른 블록의 제조 시 황토 또는 시멘트 1kg이 1개의 블록이 제조될 수 있도록 하여 제조한다. 즉 황토 1톤이 사용된 상기 구성은 1000개의 블록을 제조하기 위한 것이다. 이와 같이 만들어진 블록은 물 1000ℓ당 1개의 비율로 투척이 되는데, 이는 오염 정도와 물의 흐름의 세기 등을 고려하여 변경될 수 있다.
또한, 블록의 제조 시 가하여지는 압력에 따라 물에서 풀어지는 시간을 조절할 수 있는데, 본 발명자들의 다양한 시험 결과 약 10톤의 압력이 가하여지는 경우 물속에서 2시간 정도가 지나면 풀어지게 되고, 20톤의 압력이면 10시간, 100톤의 압력 압력이면 3개월 정도 지나면 풀어지게 된다.
또한, 본 발명에 따른 블록은 물속에서 풀어지게 되므로 바닥의 오니 층 속으로 유해 조류 제거물질이 침투할 수 있어 매우 효과적이며, 물속에서 넓은 지역을 퍼져 나갈 수 있는 효과도 있다.
또한, 하천의 법면, 하수종말처리장의 벽, 양식장을 건설할 때 본 발명에 따른 블록을 넣을 수 공간을 만들어두면 본 발명에 따른 블록이 물에 퍼져 나가는 시간을 고려하여 블록만을 교체하여 주면 항상 일정한 수질을 유지할 수 있는 장점이 있다.
이하 구체적인 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 설명하도록 한다.
< 실시예 : 조성물의 제조>
하기 표 1과 같은 조성으로 실시예 및 비교예 조성물을 제조하였다.
하고초, 황백 및 현삼의 추출물은 100℃로 가열한 정제수에 정제수 중량대비 1/10 중량을 넣고 3시간 정도 달인 후에 여과한 후 여액을 감압 농축하여 사용하였다.
또한, 풀빅산은 휴믹물질의 농도가 8중량%가 되도록 정제수를 부가한 후 정제수의 온도를 60~70℃로 상승시키고 4시간 동안 교반한 다음 원심분리기를 이용하여 상등액을 취하여 제조한 것을 사용하였으며, 휴믹물질과 휴믹산은 시판되는 것을 구입한 것이다.
풀빅산 휴믹물질 휴믹산 하고초 황백 현삼
실시예 1 100
실시예 2 100 50
실시예 3 100 100
실시예 4 100 150
실시에 5 100 50
실시예 6 100 100
실시예 7 100 150
실시예 8 100 1.0
실시예 9 100 10
실시예 10 100 20
실시예 11 100 1.0
실시예 12 100 10
실시예 13 100 20
실시예 14 100 1.0
실시예 15 100 10
실시예 16 100 20
비교예 1 100
비교예 2 100
비교예 3 50 50
< 시험예 1 : 유해 조류 살조 효과 시험>
상기 실시예와 비교예의 조성물의 유해 조류 살조 효과 측정을 위해 유해 조류로는 남조류인 마이크로시스티스 아에루기노사, 규조류인 스테파노디스커스 한츠치, 녹조류인 시네데스무스 액투스, 와편모조류인 페리디니움 바이패스를 사용하였으며, 주요 녹조 유발 조류의 배양 배지 및 배양 조건은 하기 표 2와 같다.
배양 조건
Figure 112021013457647-pat00001
우선 각각 10mL의 조류 각각을 1 × 103cells/mL로 준비한 후 실시예 및 비교예 조성물로 처리하였다.
처리조건은 접종 후 조류의 배양 조건에서 10일 동안 배양하면서, 정립 또는 도립 현미경 하에서 SR-chamber 또는 heamocytometer를 통해 육안으로 직접 계수해 주었다. 이후 처리 10일 후, 아무 처리도 하지 않은 아무 처리도 하지 않은 대조군과 비교하여 세포의 감소율(reduction ratio), 즉 살조 활성(%)을 하기 식을 통하여 계산하여 그 결과를 하기 표 3에 나타냈다.
<계산식>
살조 활성(%)=100-[(Tt/Ct)x 100]
상기 식에서, T는 처리 후 세포의 밀도를 나타낸 것이고, C는 처리하지 않은 세포의 밀도를 나타낸 것이며, t는 배양 시간을 나타낸 것이다.
살조 활성(%)
남조류 규조류 녹조류 와편모조류
실시예 1 63.1 63.4 64.1 64.5
실시예 2 75.2 70.4 71.2 72.1
실시예 3 79.4 78.2 77.4 77.4
실시예 4 82.1 81.8 82.3 82.7
실시에 5 72.1 72.8 73.4 73.2
실시예 6 79.8 80.1 80.1 79.9
실시예 7 82.4 82.1 82.4 82.4
실시예 8 71.2 71.4 70.4 71.1
실시예 9 73.9 74.2 74.8 74.1
실시예 10 79.1 78.1 79.1 80.4
실시예 11 70.1 70.7 70.9 70.1
실시예 12 73.2 73.8 73.4 74.2
실시예 13 79.8 78.9 80.2 79.2
실시예 14 70.4 71.1 70.9 70.1
실시예 15 73.4 74.2 73.5 73.1
실시예 16 80.1 79.5 79.8 79.7
비교예 1 25.5 27.8 24.9 23.5
비교예 2 32.2 31.9 32.3 31.4
비교예 3 35.9 37.9 33.4 34.7
상기 표 3을 보면 본 발명에 따른 실시예가 비교예보다 현저하게 향상이 되었음을 알 수 있으며, 특히 하고초, 황백, 현삼 추출물의 함유량이 증가할수록 살조 활성인 높아짐을 알 수 있었으며, 비교예의 휴믹물질과 휴믹산은 살조 활성을 보이나 단독으로는 상업적으로 이용하기 어려우며, 풀빅산의 효과는 증진시키는 부가 성분으로서는 충분한 역할을 하고 있음을 알 수 있었다.
<추가 실시예 및 시험예 >
본 추가 실시예 및 시험예는 상기 실시예와 시험예와 동일하나 풀빅산의 제조에서 자몽껍질을 소금물에 2시간 동안 침지시킨 후에 세척하여 소금물을 제거한 후 분쇄한 분쇄물을 정제수 100중량부에 대하여 약 0.1 중량부로 더 부가하여 한 것에서 차이가 있으며, 이를 100중량부 사용하여 실시예 17로 하여 그 시험 결과를 표 4에 나타냈다.
살조 활성(%)
남조류 규조류 녹조류 와편모조류
실시예 17 73.5 74.4 74.9 75.1
상기 표 4를 보면 풀빅산의 제조 방법에 변화를 준 추가 실시예 17에서 실시에 1보다 살조 활성이 증가하였음을 알 수 있다.
<블록 제조 및 유해 조류 제거에 대한 실시예 >
우수한 살조 효과를 보였던 실시예 1, 3. 5. 9, 12, 15의 조성물 각각 3kg을 황토 30kg과 혼합하여 동일한 크기의 황토 블록 각각 30개를 제조하여 이때 약 20톤의 압력을 가하였으며, 황토 블록의 사진은 도 1에 첨부하였다.
실시예 1, 3 및 5의 블록을 이용하여 춘천시 소재 공지천에 대하여 시험한 결과를 도 2 내지 6에 나타냈으며, 첨부한 도면을 보면 블록이 서서히 퍼지는 모습과 이 블록의 작용에 의해 조류가 제거되었음을 확인할 수 있었다.
또한, 실시예 9, 12, 및 15의 조성물로 제조한 블록에 대해서는 왕송호수에 대하여 시험한 결과를 도 7 내지 도 13에 나타냈으며, 첨부한 도면을 보면 블록 투입 후 조류가 제거되는 것을 명백하게 확인할 수 있었다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 유해 조류 제거용 조성물은 연못, 저수지, 호수, 호소, 하천 또는 강 등에서 유해 조류(녹조류, 남조류, 규조류, 유글레노이드류, 편모조류 및 황녹색조류)의 이상 증식의 제거 가능하므로 담수 또는 기수역에서 녹조 또는 적조 등의 피해를 예방하고 수질오염을 방지하는데 매우 유용하게 사용될 수 있다. 또한, 녹조 또는 적조에 대한 방오제 및 방오용 블록으로 활용할 수 있다.

Claims (7)

  1. 풀빅산; 및 하고초 정제수 추출물을 유효성분으로 포함하며, 그 함량 비율이 상기 풀빅산 100중량부에 대하여 상기 하고초 정제수 추출물을 1.0 내지 20중량부인 것을 특징으로 하는 유해 조류 제거용 조성물.
  2. 제 1항에 있어서, 휴믹물질 또는 휴믹산을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유해 조류 제거용 조성물
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 풀빅산 100중량부에 대하여
    상기 휴믹물질 또는 휴믹산이 50 내지 100중량부 함유되는 것을 특징으로 하는 유해 조류 제거용 조성물.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 수질정화 및 악취제거에 사용되는 미생물 및 효소로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 상기 풀빅산 100중량부에 대하여 1.0 내지 20중량부 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유해 조류 제거용 조성물.
  5. 제 1항의 조성물에 황토 또는 시멘트와 혼합하여 성형 제조되는 것을 특징으로 하는 유해 조류 제거용 블록.
  6. 제 5항에 있어서
    상기 황토가 몬모릴로나이트 및 티타늄을 포함하는 황토임을 특징으로 하는 유해 조류 제거용 블록.


  7. 삭제
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