KR102294758B1 - 토양 개량제 제조방법 - Google Patents

Abstract

천연물질을 혼합하여 제조됨에따라 화학잔유물로 인한 토양의 오염을 방지하며, 토양에 각종 영양성분을 보급하여 식물의 생장을 촉진시킬 수 있는 토양 개량제 제조방법을 개시한다.
본 발명은 초본 또는 목본 소각재 분쇄물과 석회석을 혼합하여 분쇄혼합물을 제조하는 단계; 상기 분쇄혼합물을 소성하여 산화칼슘을 포함하는 소성체를 제조하는 단계; 탈황석고를 소성하여 탄산칼슘을 제조하는 단계; 및 상기 탄산칼슘을 상기 소성체와 혼합하는 단계를 포함하는 토양 개량제 제조방법을 제공한다.

Description

토양 개량제 제조방법{Manufacturing method for soil conditioner}

본 발명은 토양 개량제의 제조방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 천연물질을 혼합하여 제조됨에 따라 화학잔유물로 인한 토양의 오염을 방지하며, 토양에 각종 영양성분을 보급하여 식물의 생장을 촉진시킬 수 있는 토양 개량제 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 우리나라 토양은 그 모재의 50% 이상이 화강암과 화강편마암으로 이루어진 것으로, 이는 여름철 집중호우에 의한 토양유실과 그에 따른 칼륨(Ca)의 용탈(溶脫), 그리고, 불필요한 화학비료의 과다사용으로 토양이 점차 산성화되어 가고 있는 현실이며, 더욱이 최근에 있어서는 산성 강우(降雨)의 빈도가 높아져 토양의 산성화가 더욱 가속화되어, 농업생산성과 산림의 수목생장을 크게 저하시키는 결과를 초래하고 있는 실정이다.

이에, 이와 같이 산성화된 토양을 중화하기 위한 종래 방안의 일예로서, 통상 탄산석회(CaCO3) 또는 소석회 (CaO) 등이 사용되고 있기는 하나, 이와 같은 석회의 과다사용은 토양의 칼륨(Ca) : 마그네슘(Mg) 비율을 저하시켜 마그네슘(Mg) 결핍을 초래되게 하는 문제점을 가지고 있다. 특히, 이러한 화학적 처리 방법은 산성화된 토양을 중화시킬 수는 있지만, 토양내에 존재하는 자연정화능력이 있는 유용한 미생물을 현저히 감소시켜 자연적인 토양정화능력을 감소되게 할 뿐 아니라, 토양이 갖는 물리, 화학적 균형을 깨뜨려 토양의 재생능력을 저하시키게 되는 상당한 문제점을 갖게 한다.

한편, 전술한 바와 같은 화학시비와 물리화학적인 중화를 통해서 생성되는 염은 토양의 중화 초기단계에 있어서는 어느 정도 효과가 인정됨이 사실이나, 점차 이러한 중화염이 축적될 경우, 토양의 재생능력은 급격히 저하되고, 이로 인해 작물에 큰 피해를 주게 될 뿐만 아니라, 환경오염의 측면에 있어서 또한 중대한 문제를 야기되게 함을 알 수 있다.

따라서, 근래에는 무분별하게 진행되어온 물리, 화학적 토지개량사업으로 인해 지속적으로 황폐(荒廢)해져 가는 토양의 사막화 현상을 방지하기 위한 방안으로서, 특히 농업분야에 있어서는 유기농법이라는 새로운 영농방법이 사용하기에 이르렀다.

하지만, 이와 같은 유기농법을 이용한 토지개량은 토착 미생물을 형성하는데 시간이 많이 소요되는 것이고, 올바른 방법이 정확하게 지켜지지 않을 경우에 있어서는, 오히려 새로운 오염원을 생성되게 하는 등, 실패확률을 높게 하는 문제점을 가지고 있다.

간혹 외국 수입제품으로서, 일부 미생물을 이용한 토지개량제가 국내에 이용되고 있는 실정이기는 하나, 이들 외국 토지개량제에 사용된 미생물은 방선균, 바실러스(Bacillus) 또는 곰팡이로, 그 균종이 극히 제한적인 것으로 사용범위가 한정적일 수밖에 없는 것임은 물론 특히, 외국 토양에서 유래된 미생물의 특성에 따라 국내토양에는 적합하지 않는 또 다른 문제점들을 가지고 있다.

이를 개선하기 위하여 많은 토양 개량제가 사용되고 있다. 토양 개량제는 작물의 생산량을 증가시키기 위하여 토양 조건을 작물 생육에 적합하도록 물리/화학적으로 개선시키기 위하여 사용되는 물질로서, 특히 우리나라의 토양은 대체로 산성을 나타내는 농경지가 대부분이라 산성을 약화 또는 중화시키는 석회 및 규산 등 알칼리 물질을 토양개량제로 주로 사용하고 있다.

현재 사용되고 있는 토양개량제들은 완전히 부숙된 부산물 비료나 광물질인 제올라이트 등과 유기물인 바크 등을 혼합한 것을 사용하고 있고, 식물의 재배환경 개선에 초점을 둔 것으로 염류 토양과 식재부의 토양이 혼합되 어 염류농도를 낮추는 방식으로 만들어진 것들이다.

하지만 현대 대부분의 토양 개량제에 포함되는 염류는 화학적인 방법으로 생산한 염류를 사용하고 있어 화학 잔유물로 인한 토양의 오염에 대한 문제가 지속적으로 재기되고 있다. 따라서 화학적 제조방법이 아닌 천연물로 제조되는 토양 개량제의 개발이 필요한 실정이다.

(0001) 대한민국 등록특허 제10-1406327호 (0002) 대한민국 등록특허 제10-0955703호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 천연물을 이용하여 토양 개량제를 제조하는 것으로 화학적 잔유물을 남기지 않아 토양의 오염을 방지할 수 있는 토양 개량제를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 폐기물로 버려지는 석회석, 탈황석고, 석탄재 및 왕겨 등을 이용하여 토양 개량제를 제조하는 것으로 자원 재활용과 토양 개량의 목적을 동시에 달성할 수 있는 친환경 토양 개량제를 제공하는 것이다.

본 발명의 과제는 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 초본 또는 목본 소각재 분쇄물과 석회석 분쇄물을 혼합하여 분쇄혼합물을 제조하는 단계; 상기 분쇄혼합물을 소성하여 산화칼슘을 포함하는 소성체를 제조하는 단계; 탈황석고를 소성하여 탄산칼슘을 제조하는 단계; 및 상기 탄산칼슘을 상기 소성체와 혼합하는 단계를 포함하는 토양 개량제 제조방법을 제공한다.

일 실시예에 있어서, 상기 분쇄혼합물을 제조하는 단계는, 초본 또는 목본을 소각시켜 소각재를 제조하는 단계; 상기 소각재를 1~100㎛의 평균입경을 가지도록 분쇄하는 단계; 수집된 석회석을 세척하는 단계; 상기 세척된 석회석을 1~100㎛의 평균입경을 가지도록 분쇄하는 단계; 상기 소각재 분쇄물과 상기 석회석 분쇄물을 2:1~1:2의 중량비로 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계; 상기 혼합물 100중량부 대비 10~30중량부의 물을 첨가한 다음, 1~10cm의 크기를 가지는 구형으로 성형하는 단계; 및 상기 성형된 혼합물을 건조하여 분쇄혼합물을 제조하는 단계를 포함하며, 상기 분쇄혼합물을 소성하여 산화칼슘을 포함하는 소성체를 제조하는 단계는, 상기 분쇄혼합물을 원료공급기에 공급하는 단계; 및 상기 분쇄혼합물을 플라즈마 소성수단에 균일하게 공급하며, 플라즈마 소성수단을 이용하여 300~1000℃의 온도로 가열 및 소성시키는 단계를 포함하며, 상기 탈황석고를 소성하는 단계는; 탈황석고를 1~100㎛의 평균입경을 가지도록 분쇄하는 단계; 상기 분쇄된 탈황석고 100중량부 대비 10~30중량부의 물을 첨가한 다음, 1~10cm의 크기를 가지는 구형상으로 성형하는 단계; 상기 성형된 털황탈황석고를 건조하는 단계; 상기 성형된 탈황석고를 원료공급기에 공급하는 단계; 및 상기 성형된 탈황석고를 플라즈마 소성수단에 균일하게 공급하며, 플라즈마 소성수단을 이용하여 500~1500℃의 온도로 가열 및 소성시키는 단계를 포함하며, 상기 플라스마 소성수단은, (a) 소성수단 본체; (b) 상기 소성수단 본체에 플라즈마를 공급하는 4~20개의 플라즈마 공급수단; 및 (c) 상기 소성수단 본체의 상부에 연결되어 상기 소성수단 본체방향으로 상기 분쇄혼합물 또는 상기 탈황석고를 공급하는 원료 공급수단을 포함하며, 상기 소성수단 본체는, 상기 본체의 일측 상방향에 형성되며, 상기 원료 공급수단이 연결되는 원료 공급부; 상기 본체의 타측 하방향에 형성된 소성체 배출구; 및 상기 소성수단 본체의 내측 하부로 공기 또는 산소를 공급하는 산화제 공급부를 포함하며; 상기 산화제 공급부는 상면 또는 측면에 2~100개의 타공부가 일정간격으로 배열되어 있으며, 상기 타공부를 통하여 공기 또는 산소가 공급되며, 상기 플라즈마 공급수단은 상기 소성수단의 본체의 바닥과 수평한 방향을 따라 상기 소성수단 본체의 양측면에 2~30개가 일정한 간격으로 배열되어 있으며, 상기 원료 공급수단은 내부에 서로 반대 방향으로 회전하는 하나 이상의 스크류 또는 압송장치를 포함하며, 상기 소성수단 본체에서 발생되는 가열된 가스는 상기 원료 공급수단 내부를 통과하여 외부로 배출되며, 상기 탄산칼슘을 제조하는 단계는, 상기 소성된 탈황석고를 물에 침강시키는 단계; 상기 탈황석고가 침강된 물에 이산화탄소를 공급하여 탄산칼슘 침전물을 형성하는 단계; 및 상기 형성된 탄산칼슘 침전물을 분리하는 단계를 포함하며, 상기 탄산칼슘을 상기 소성체와 혼합하는 단계 이후, 미생물 처리된 왕겨, 비산재, 석탄재 및 비산먼지 저감을 위한 고화제를 혼합하는 단계를 추가로 포함하며; 상기 고화제는, (i) 해조류를 물과 혼합한 다음 가열하고 여과하여 액상물질과 고상물질을 분리하는 단계; (ii) 상기 고상물질을 건조시키는 단계; (iii) 상기 건조된 고상물질을 1~3MPa의 압력 및 100~300℃의 온도로 가열하여 팽화시키는 단계; (iv) 상기 (iii)단계에서 팽화된 고상물질에 탄산나트륨 수용액을 첨가한 다음, 액상물질과 잔유물을 분리하는 단계; (v) 상기 (vi)단계에서 상기 잔유물이 분리된 액상물질에 염산을 첨가하여 pH1~4로 조절하는 단계; (vi) 상기 염산이 첨가된 액상물질에 수산화나트륨 수용액을 첨가하여 pH6~8로 조절하여 알긴산 나트륨을 제조하는 단계; (vii) 상기 (iv)단계에서 분리된 잔유물 100중량부 대비 상기 알긴산 나트륨 20~40중량부를 혼합하여 고화제 전구체를 제조하는 단계; 및 (viii) 상기 고화제 전구체를 함수율이 5%미만이 되도록 건조하고 분쇄하는 단계를 포함하는 방법으로 제조될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 천연물을 이용하여 토양 개량제를 제조함에 따라 기존의 화학물질을 포함하는 토양 개량제에 비하여 화학 잔유물로 인한 토양 오염을 줄일 수 있는 토양 개량제 제조방법을 제공할 수 있다.

또한 본 발명은 폐기물로 버려지는 석회석, 탈황석고, 소각재 및 왕겨 등을 이용하여 토양 개량제를 제조하는 것으로 폐기물에 의한 오염 감소 및 토양 개량의 목적을 동시에 달성할 수 있는 토양 개량제를 제공할 수 있다.

또한 본 발명은 토양 개량제에 고화제를 혼합하여 제조하는 것으로 토양에서 발생할 수 있는 비산먼지를 최소화할 수 있으며, 또한 토양 개량제가 빗물에 의하여 침강하는 것을 막을 수 있는 토양 개량제의 제조방법을 제공할 수 있다.

본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 발명 내에 포함되어 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 토양 개량제 제조방법을 간력히 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 플라즈마 소성수단의 형상을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 원료공급부를 간략히 나타낸 것이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 다양한 실시 예를 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에 기재된 실시 예는 다양하게 변형될 수 있다. 특정한 실시예가 도면에서 묘사되고 상세한 설명에서 자세하게 설명될 수 있다. 그러나 첨부된 도면에 개시된 특정한 실시 예는 다양한 실시 예를 쉽게 이해하도록 하기 위한 것일 뿐이다. 따라서 첨부된 도면에 개시된 특정 실시 예에 의해 기술적 사상이 제한되는 것은 아니며, 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 균등물 또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이러한 구성요소들은 상술한 용어에 의해 한정되지는 않는다. 상술한 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 명세서에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

한편, 본 명세서에서 사용되는 구성요소에 대한 "모듈" 또는 "부"는 적어도 하나의 기능 또는 동작을 수행한다. 그리고 "모듈" 또는 "부"는 하드웨어, 소프트웨어 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합에 의해 기능 또는 동작을 수행할 수 있다. 또한, 특정 하드웨어에서 수행되어야 하거나 적어도 하나의 프로세서에서 수행되는 "모듈" 또는 "부"를 제외한 복수의 "모듈들" 또는 복수의 "부들"은 적어도 하나의 모듈로 통합될 수도 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

그 밖에도, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그에 대한 상세한 설명은 축약하거나 생략한다.

도 1은 본 발명의 토양 재량제 제조방법의 흐름을 나타낸 것이다.

본 발명은 본 발명은 초본 또는 목본 소각재 분쇄물과 석회석 분쇄물을 혼합하여 분쇄혼합물을 제조하는 단계; 상기 분쇄혼합물을 소성하여 산화칼슘을 포함하는 소성체를 제조하는 단계; 탈황석고를 소성하여 탄산칼슘을 제조하는 단계; 및 상기 탄산칼슘을 상기 소성체와 혼합하는 단계를 포함하는 토양 개량제 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 사용되는 토양 개량제의 경우 다양한 성분을 조합하여 영양성분을 구성하고 있다. 특히 산성화된 토양을 개선하기 위하여 다량의 칼슘성분을 포함하게 되는데 기존의 토양 개량제의 경우 이러한 칼슘성분을 화학적인 합성법에 의하여 제조하고 있다. 하지만 화학적 합성법의 경우 원하는 칼슘성분 이외에 다양한 화학성분이 포함되고 있으며, 이러한 화학성분에 의하여 잔류 오염문제를 발생시킬 수 있다.

따라서 본 발명의 경우 소각재와 석회석 및 탈황석고를 이용하여 칼슘성분과 기타 영양소를 공급하는 것으로 토양 개량의 목적을 달성하면서도 화학성분에 의한 잔류오염을 최소화할 수 있다.

상기 초본 또는 목본의 소각재는 초본 또는 복본을 소각한 다음 남은 잔유물을 의미하는 것으로 소각되지 못한 탄소와 미네랄 성분 및 회분으로 구성될 수 있다. 이때 사용되는 초본 또는 목본의 경우 잔류 농약에 의한 소각시 오염물 발생을 최소화하기 위하여 유기농 방법으로 재배된 초본 또는 목본을 사용할 수 있다.

상기 초본은 식물중 일년생 또는 다년생의 풀을 의미하는 것으로 일반적으로 목본이 가지고 있는 껍질구조를 가지지 않아 목본에 비하여 연한 줄기를 가지고 있다. 본 발명의 초본은 다양한 풀을 사용할 수 있지만 바람직하게는 밀짚, 보리짚 또는 볏짚과 같은 대량으로 재배되는 식물에서 섭취 가능부위를 회수한 나머지 부분이 사용될 수 있다.

상기 목본은 상기 초본과는 달리 외피로 껍질 구조를 가지는 식물을 의미하는 것으로 일반적으로는 나무라 불리는 식물을 통칭할 수 있다. 이러한 목본의 경우 상기 초본에 비하여 소각하고 남은 소각재가 많이 발생하며, 또한 소각 이전에 수집도 용이하게 때문에 본 발명의 경우 상기 목본을 이용하여 상기 소각재를 제조하는 것이 더욱 바람직하다.

상기 소각재는 상기 초본 또는 목본을 소각시켜 제조될 수 있다. 상기와 같은 목본 또는 초본의 경우 가정용 연료로서 사용되거나 목초액의 재료로서 사용될 수 있다. 다만 이 경우 상기 목본 또는 초본의 잔유물을 단순히 일반 폐기물로서 버려지고 있어 이를 활용하기 위한 방법이 필요하다. 또한 임산물 재배, 채취 또는 개량을 위하여 산판(山坂) 작업을 하는 경우 다량의 목본과 초본이 발생하고 있어 이를 처리하기 위한 방법으로 소각을 수행하기도 한다. 따라서 이러한 소각재를 수집하여 사용하는 것이 바람직하다.

아울러 상기 목본 또는 초본을 소각하여 소각재를 제조하는 경우 개방된 공간에서 소각시켜 사용할 수도 있지만, 회분의 비율을 늘리기 위하여 소각로에서 소각시켜 사용할 수도 있다. 상기 소각로의 경우 소각시 다량의 공기 또는 산소를 공급하여 상기 소각로 내의 목본 또는 초본을 완전히 소각할 수 있으며, 이에 따라 탄소성 물질의 함량이 떨어지며, 상대적으로 회분과 미네랄을 비롯한 불연소 물질의 함량이 높아질 수 있다.

상기와 같이 제조된 소각재는 일정한 크기로 분쇄되어 사용될 수 있다. 이때 상기 소각재는 1~100㎛의 평균입경을 가지도록 분쇄되는 것이 바람직하다. 상기 소각재가 1㎛미만의 평균입경을 가지도록 분쇄되는 경우 대기중에 비산되는 소각재의 양이 늘어남과 동시에 분쇄시 사용되는 비용이 상승할 수 있으며, 100㎛를 초과하는 크기로 분쇄되는 경우 후술할 소성과정이 원활하지 않을 수 있다.

상기 석회석은 탄산칼슘을 주성분으로 하는 퇴적암의 일종으로 본 발명의 경우 상기 석회석을 상기 소각재와 함께 소성하는 것으로 산화칼슘을 제조할 수 있다. 특히 상기 석회석의 경우 기존에 사용되는 산화칼슘제에 비하여 다량의 미네랄을 함유하고 있기 때문에 상기 석회석을 사용하는 경우 토양에 미네랄의 공급을 동시에 수행할 수 있다. 아울러 본 발명에 사용되는 석회석의 경우 시멘트를 제조하고 남는 저품질 석회석이나 자투리를 이용할 수도 있으므로 자원 재활용 면에서도 유리하다.

상기 석회석 분말은 상기 채취된 석회석을 1~100㎛의 평균입경을 가지도록 분쇄한 것을 의미하는 것이다. 상기 석회석 분말이 1㎛미만의 평균입경을 가지도록 분쇄되는 경우 대기중에 비산되는 석회석 분말의 양이 늘어남과 동시에 분쇄시 사용되는 비용이 상승할 수 있으며, 100㎛를 초과하는 크기로 분쇄되는 경우 후술할 소성과정이 원활하지 않을 수 있다.

상기와 같이 분쇄된 소각재 및 석회석은 물과 혼합된 다음 일정한 크기로 성형될 수 있다. 상기 소각재와 석회석은 미세한 분말로 분쇄될 수 있으며, 이를 그대로 사용하는 경우 공기중으로 비산되어 오염을 일으킬 수 있다. 또한 후술할 소성수단에 공급하는 경우 소성수단에서 발생되는 열기로 인한 상승기류 때문에 원활하게 공급되는 것도 어려울 수 있다. 따라서 상기 분쇄된 소각재 및 석회석을 물과 혼합하여 성형하는 것으로 비산 먼지를 방지하면서도 원료로서의 공급이 원활하게 할 수 있다. 이때 상기 소각재 분쇄물과 상기 석회석 분쇄물은 2:1~1:2의 중량비로 혼합되는 것이 바람직하다. 상기 범위 미만으로 상기 소각재 분쇄물이 포함되는 경우 소각재에서 공급되는 회분이 줄어들어 토양 개량제 사용시 식물에 미네랄 및 미량원소의 공급이 어려우며, 상기 범위를 초과하는 비율로 소각재 분쇄물을 포함하는 경우 상대적으로 석회석 분쇄물의 함량이 줄어들게 되므로 산성화된 토양을 중화시키기 어려울 수 있다.

또한 상기 분쇄된 소각재 및 석회석을 성형하여 혼합물을 제조할 때, 상기 성형된 혼합물은 1~10cm의 크기를 가지는 구형으로 성형될 수 있다. 상기 성형된 혼합물이 1cm미만의 크기를 가지는 경우 성형에 많은 비용이 필요할 뿐만 아니라 소성과정에서 작은 크기로 인하여 취급이 어려우며, 10cm을 초과하는 크기로 성형되는 경우 내부까지 소성이 완전하지 않아 불량이 발생할 수 있다.

상기와 같이 성형된 혼합물은 건조되어 분쇄 혼합물이 제조될 수 있다. 상기 성형된 혼합물의 경우 다량의 수분을 포함하고 있으므로, 상기 소성과정에 투입되기 이전 건조되는 것이 바람직하다. 이때 건조를 수행하지 않는 경우 물의 높은 비열로 인하여 소성수단 내부의 온도가 급격히 감소할 수 있으며, 소성과정에서 증발되는 물로 인하여 증기폭발이 일어날 가능성이 있으므로 건조시킨 다음 이를 소성수단에 투입할 수 있다.

상기와 같이 제조된 분쇄혼합물은 소성되어 산화칼슘을 포함하는 소성체로 제조될 수 있다. 상기 분쇄 혼합물의 주성분인 석회석의 경우 대부분이 탄산칼슘으로 구성되어 있다. 이러한 탄산칼슘의 경우 고온에서 산화되어 산화칼슘으로 변하게 되며, 이는 토양에서 이산화탄소 및 물과 반응하여 탄산칼슘이 되면서 토양의 산성화를 중화할 수 있다. 또한 소각재에 포함되어 있는 회분의 경우 상기 소성체에 포함되어 토양에 공급되면 미네랄 및 미량원소를 공급하는 역할을 수행할 수 있다.

이를 위하여 상기 소성체를 제조하는 단계는, 상기 분쇄혼합물을 원료공급기에 공급하는 단계; 및 상기 분쇄혼합물을 플라즈마 소성수단에 균일하게 공급하며, 플라즈마 소성수단을 이용하여 300~1000℃의 온도로 가열 및 소성시키는 단계를 포함할 수 있다.

상기 분쇄혼합물의 경우 원형으로 성형되어 건조됨에 따라 후술할 원료공급기에 용이하게 공급될 수 있다. 이때 상기 원료공급기는 상기 소성수단에 상기 분쇄혼합물을 일정한 속도로 공급하기 위하여 사용되는 것으로 상기 소성수단이 일정한 조건에서 연속적으로 소성될 수 있도록 할 수 있다.

상기 원료공급기에 상기 분쇄혼합물이 공급되면 상기 원료공급기는 상기 분쇄혼합물을 플라즈마 소성수단에 균일하게 공급할 수 있으며, 상기 플라즈마 소성수단은 상기 분쇄혼합물을 300~1000℃의 온도로 가열하여 소성할 수 있다. 이때 상기 소성온도가 300℃미만인 경우 탄산칼슘이 산화칼슘으로 전환되지 않아 원활한 소성이 어려울 수 있으며, 1000℃를 초과하는 경우 더 이상의 효과는 없으면서 필요한 에너지의 양이 늘어 비경제적이다.

또한 상기 플라즈마 소성수단은 상기 토양 개량제에 포함되는 탄산칼슘을 제조하는 것에도 사용될 수 있다. 상기 탄산칼슘은 상기 소성체와는 칼리 반응성이 우수한 탈황석고(황산칼슘)를 이용하여 제조되는 것이 바람직하며, 상기 소성체의 제조와 동일하게 탈황석고를 소성시킨 다음. 이를 이산화탄소와 반응시켜 제조되는 것이 바람직하다.

이를 위하여 상기 탈황석고를 소성하는 단계는, 탈황석고를 1~100㎛의 평균입경을 가지도록 분쇄하는 단계; 상기 분쇄된 탈황석고 100중량부 대비 10~30중량부의 물을 첨가한 다음, 1~10cm의 크기를 가지는 구형상으로 성형하는 단계; 상기 성형된 탈황석고를 건조하는 단계; 상기 성형된 탈황석고를 원료공급기에 공급하는 단계; 및 상기 성형된 탈황석고를 플라즈마 소성수단에 균일하게 공급하며, 플라즈마 소성수단을 이용하여 500~1500℃의 온도로 가열 및 소성시키는 단계를 포함할 수 있다.

상기 탈황석고는1~100㎛의 크기를 가지도록 분쇄되며, 분쇄된 탈황석고 100중량부 대비 10~30중량부의 물을 첨가한 다음, 1~10cm의 크기를 가지는 구형상으로 성형될 수 있다. 이는 상기 소성체의 제조시 사용되는 분쇄혼합물과 동일한 방법으로 제조될 수 있다는 것을 의미한다. 이를 통하여 상시 소성체 및 상기 탄산칼슘을 동일한 설비를 이용하여 제작될 수 있으며, 이는 상기 토양개량제의 제조시 필요한 설비의 종류를 감소시킬 수 있으므로, 저렴한 비용으로 상기 토양개량재의 생산이 가능하도록 할 수 있다.

상기와 같이 제조된 탈황석고 성형체는 상기 분쇄혼합물과 동일하게 원료공급부에 공급되며, 상기 원료공급부를 통하여 플라즈마 소성수단으로 공급되어 소성될 수 있다. 다만 상기 탈황석고 성형체는 상기 소성체와는 달리 높은 온도에서 소성되어 산화칼슘으로 전환율을 극대화하는 것이 바람직하다. 이때 온도가 500℃미만인 경우 소성이 원활하지 않아 후술할 탄산칼슘의 제조가 어려울 수 있으며, 1500℃를 초과하는 경우 에너지를 많이 필요로 하므로 비경제적이다.

상기와 같이 소성된 탈황석고는 황산칼슘이 산화칼슘으로 전환되며, 기타 성분의 경우 공급되는 열 및 산소로 인하여 산화물 형태로 전환되어 제거될 수 있다. 즉 상기 소성과정을 통하여 상기 탈황석고의 불순을을 제거할 수 있으며, 이는 높은 순도의 산화칼슘을 수득할 수 있다는 것을 의미한다. 상기 탈황석고를 소성하여 제조되는 산화칼슘은 탄산칼슘으로 전환되어 상기 소성체와 혼합될 수 있다. 상기 소성체에 존재하는 산화칼슘의 경우 공기중의 이산화탄소와 결합하여 염기성을 나타낼 수 있지만 이는 장시간에 걸쳐 서서히 나타나는 효과이므로 상기 토양 개량제를 사용한 즉시 산성 토양의 중화효과를 보기 위하여 상기 탈황석고를 소성하여 제조되는 탄산칼슘을 추가하는 것이 바람직하다.

이를 위하여 상기 탄산칼슘을 제조하는 단계는, 상기 소성된 탈황석고를 물에 침강시키는 단계; 상기 탈황석고가 침강된 물에 이산화탄소를 공급하여 탄산칼슘 침전물을 형성하는 단계; 및 상기 형성된 탄산칼슘 침전물을 분리하는 단계를 포함

상기 소성된 탈황석고는 다량의 산화칼슘을 포함하고 있으므로 이를 습식공정을 통하여 탄산칼슘으로 전환할 수 있다. 특히 습식공정의 경우 공정이 간단할 뿐만 아니라 탄산칼슘으로의 전환율이 높으며, 산화칼슘의 용해공정에서 불용성의 불순물을 용이하게 분리할 수 있으므로 본 발명의 경우 습식공정을 사용할 수 있다.

상기 소성된 탈황석고는 물에 침강될 수 있다. 이 과정에서 상기 소성된 탈황석고에 존재하는 산화칼슘이 물과 결합하여 수산화칼슘을 형성할 수 있으며, 이는 수용성 물질에 해당한다. 또한 상기 소성된 탈황석고에 존재하는 불용성 물질의 경우 이 과정에서 필터링을 거쳐 손쉽게 제거될 수 있다.

상기 탈황석고가 침강된 물에 이산화탄소를 공급하여 탄산칼슘을 제조할 수 있다. 상기 이산화탄소의 공급은 상기 탈황석고를 침강시킨 반응조에서 수행될 수도 있지만, 상기 탈황석고의 불순물 분리를 위하여 필터링 단계를 거치고 있으므로 상기 이산화탄소의 공급은 상기 탈황석고가 침강된 반응조와는 다른 반응조에서 실시되는 것이 바람직하다. 상기 이산화탄소의 공급으로 인하여 상기 수산화칼슘은 탄산칼슘을 형성할 수 있으며, 이 탄산칼슘의 경우 불용성 물질에 해당하므로, 침전물 형태로 분리될 수 있다.

상기와 같이 침전물 형태로 분리된 탄산칼슘은 상기 소성체와 혼합되어 사용될 수 있다. 이때 상기 탄산칼슘은 상기 소성체 100중량부 대비 20~80중량부가 혼합되는 것이 바람직하다. 상기 탄산칼슘이 20중량부 미만으로 포함되는 경우 선성화된 토양을 중성화하기 어려울 수 있으며, 80중량부를 초과하는 탄산칼슘을 포함하는 경우 많은 탄산칼슘양으로 인하여 토양이 염기성화되어 식물의 성장이 방해받을 수 있다.

상기 플라즈마 소성수단은 기존의 소성로와는 달리 플라즈마를 공급하여 소성을 수행하는 장치로 기존의 소성로가 고온을 유지하기 위하여 다량의 화석연료를 사용하고 있으며, 이에 따라 그 불„—온도가 낮게 운영되어 소성로 내부의 온도를 향상시키는 것에 많은 어려움을 가지고 있다. 본 발명의 경우 플라즈마를 이용하여 소성을 수행하는 온도를 조절하는 것으로 상기 소성수단 내부의 온도를 상승시킴과 더불어 화석연료의 사용에서 오는 유해물질의 배출을 최소화할 수 있다.

이를 위하여 상기 소성수단은 플라스마 소성수단은, (a) 소성수단 본체; (b) 상기 소성수단 본체에 플라즈마를 공급하는 4~20개의 플라즈마 공급수단; 및 (c) 상기 소성수단 본체의 상부에 연결되어 상기 소성수단 본체방향으로 상기 분쇄혼합물 또는 상기 탈황석고를 공급하는 원료 공급수단을 포함할 수 있다.

상기 소성수단 본체에는 상기 본체의 일측 상방향에 형성되며, 상기 원료 공급수단이 연결되는 원료 공급부; 상기 본체의 타측 하방향에 형성된 소성체 배출구; 및 상기 소성수단 본체의 내측 하부로 공기 또는 산소를 공급하는 산화제 공급부를 포함할 수 있다.

상기 소성수단 본체는 상기 원료 공급수단에서 공급된 분쇄혼합물에 열을 가하여 소성을 수행하는 부분으로, 사각 또는 원형의 파이프 형상으로 제작될 수 있으며, 축방향의 일측면에는 상기 연료공급부가 상기 원료공급수단과 연결될 수 있고, 타측면에는 소성체 배출구가 형성되어 소성이 완료된 소성체를 배출할 수 있다.

또한 상기 소성수단 본체는 상기와 같은 수평형으로 제작되는 대신 계단형으로 제작되는 것도 가능하다. 이 경우 상기 소성수단 본체의 일측 상부에는 연료 공급부가 상기 원료공급수단과 연결될 수 있으며, 타측 하부에는 소성체 배출구가 형성될 수 있다.

즉 상기 소성수단의 본체는 일측면의 산단에 상기 원료공급수단이 결합되어 연료를 공급하여 타측면 하단에 상기 소성체 배출구가 형성되어 소성이 완료된 소성체를 배출할 수 있다.

또한 상기 연소반응기는 단일 소성부를 가지는 소성수단으로 제작될 수 있으며, 연소효율을 높이기 위하여 상단부(100)와 하단부(110)의 두 개의 단으로 구성될 수 있다(도 2참조). 이때 상기 상단부에는 플라즈마 소성수단(200)이 설치되며, 하단부에는 소성을 더욱 원활하게 수행하기 위하여 소성용 공기 공급 노즐이 위치할 수 있다. 이 경우 상기 소성용 공기 공급노즐에서 공급된 공기는 상기 소성수단 본체의 상단부에서 발생하는 소성체를 추가적으로 소성할 수 있으며(2차 소성), 동시에 일부가 상기 소성수단 본체의 상단부로 공급되어 1차 소성을 수행할 수 있다. 이렇게 상기 소성수단 본체를 상단부와 하단부로 구분하여 가동하는 경우 상기 분쇄혼합물의 소설율을 더욱 높일 수 있으며, 발생되는 기체가 완전히 연소하여 배출될 수 있기 때문에 오염물질의 발생량도 최소화할 수 있다(도 2 참조).

상기 소성수단 본체의 내측 하부에는 공기 또는 산소를 공급할 수 있는 산화제 공급부가 설치될 수 있다. 상기 소성수단 본체의 경우 상부에서 소성대상물(분쇄혼합물 또는 탈황석고)이 공급됨에 따라 하부에 적치되어 있는 소성대상물의 경우 산소의 공급이 원활하지 못하여 소성이 불완전하게 일어날 수 있다. 따라서 소성수단 본체의 내부에 추가적인 산소를 공급하기 위한 산화제 공급부를 설치하여 산소의 공급을 원활하게 하는 것이 바람직하다. 이때 상기 산화제 공급부는 단순히 외부의 공기를 공급할 수 있으며, 순수한 산소를 공급하는 것도 가능하다. 아울러 상기 산화제 공급부의 상면 또는 측면에는 2~100개의 타공부가 일정간격으로 배열되어 있으며, 상기 타공부를 통하여 공기 또는 산소가 공급될 수 있다. 이때 상기 타공부가 상기 산화제 공급부의 상면에 형성되는 경우 상기 소성대상물 사이로 산소를 공급할 수 있으므로, 소성효율이 높지만, 상기 타공부를 통하여 분쇄된 소성대상물이 유실될 수 있으며, 이와는 반대로 상기 타공부가 상기 산화제 공급부의 측면에 형성되는 경우 소성대상물의 유실은 최소화될 수 있지만 소성효율이 감소할 수 있다. 따라서 각 소성대상물의 형상 및 조건에 따라 적절히 선택하여 사용할 수 있다.

상기 소성수단 본체에는 플라즈마를 공급하는 4~20개의 플라스마 공급수단(200)을 포함할 수 있다(도 2참조). 기존의 소성로의 경우 화석연료를 사용하여 소성을 수행하였다. 하지만 화석연료의 경우 자체적인 유독가스를 발생시킬 수 있을 뿐만아니라 이산화탄소 발생량도 늘어나게 되어 그 사용이 제한적이다. 또한 상기 화석연료를 이용한 소성로의 경우 그 불꽃온도가 낮게 운영되어 상기 연소반응기 내부의 온도를 획기적으로 상승시키지 못하고 있다. 이에 본 발명에서는 플라즈마 소성수단을 이용하여 상기 소성수단 본체 내부의 온도를 상승시킴과 동시에 화석연료의 사용량을 최소화하고 또한 높은 온도로 인하여 사용되는 열량도 최소화하면서도 동일한 소성을 수행할 수 있다.

상기 플라스마 공급수단은 상기 소성수단 본체의 바닥과 수평한 방향을 따라 소성수단 본체의 양측면에 일정간격으로 배열될 수 있다(도 2 참조). 상기 플라즈마 공급수단의 경우 상기 소성수단 본체 내부에 균일하게 플라즈마를 공급하는 것이 바람직하다. 특히 상기 소성대상물 낙하에 따라 소성대상물이 소성수단 본체의 바닥부분에 쌓이는 경우 이를 균일하게 소성시키기 위하여 상기 소성수단 본체의 바닥과 수평한 방향을 따라 소성수단 본체의 양측면에 일정간격으로 배열되는 것이 바람직하다. 다만 상기 소성수단 본체가 상단부와 하단부의 두 개의 단으로 구성되는 경우 상기 상단부에는 상기 플라즈마 공급수단을 2~16개를 배치하며, 상기 하단부에는 2~4개를 배치하는 것이 바람직하다. 이러한 두개의 단으로 구성되는 경우 상단에서는 상기 플라즈마 공급수단을 이용한 소성이 수행될 수 있으며 하단에서는 상기 플라즈마 공급수단에 의하여 가열된 소성대상물이 공급되며, 상기 산화제 공급부에 의하여 지속적으로 소성될 수 있으므로, 상기와 같이 플라즈마 공급수단을 상단부에 중점적으로 배치하는 것이 바람직하다.

상기 원료공급수단은 내부에 서로 반대방향으로 회전하는 한 개 이상의 스크류 또는 압송 장치를 포함하는 원료이송수단을 포함할 수 있다. 기존의 소성로의 경우 호퍼를 이용하여 소성대상물을 일정하게 공급하는 방식을 사용했다 하지만 이러한 호퍼를 이용하는 방법은 소성대상물의 일제 공급으로 인한 소성로 내부의 온도강하가 필연적으로 발생하여 소성로의 내면에 타르가 침착되거나 균일한 소성이 이루아지지 않는 결과를 가져왔다. 이에 본 발명에서는 상기 원료공급수단의 내부에 서로 반대방향으로 회전하는 한 개 이상의 스크류 또는 압송 장치를 포함하는 원료이송수단을 설치하여 소성대상물을 일정한 속도로 연속적으로 공급하여 상기 소성수단 본체 내부의 온도강하를 막는 것이 바람직하다(도 3 참조). 또한 상기와 같이 원료이송수단을 이용하여 소성대상물을 공급하더라도 상기 소성대상물이 소성수단 본체 내부의 일정공간에만 집중적으로 공급되는 경우 균일한 소성이 불가능할 뿐만 아니라 국지적인 온도 강하가 발생할 수 있으므로 상기 원료공급수단과 상기 소성수단 본체 사이에는 상기 소성대상물을 소성수단 본체 내부에 균일하게 공급할 수 있는 원료분산수단이 설치되는 것이 바람직하다. 상기 원료분산수단은 상기 원료공급수단에 의하여 공급되는 소성대상물을 상기 소성수단 본체의 내부에 균일하게 공급해 줌으로써 온도강하를 막아 균일한 소성반응이 가능하도록 함과 동시에 타르의 생성을 최대한 방지할 수 있다. 상기 원료분산수단은 상기 소성수단 본체 내부에 소성대상물을 균일하게 분산할 수 있는 것이라면 제한 없이 사용가능하지만 메쉬망, 다층으로 배열된 일정간격의 구조물 또는 회전하는 날개를 이용하여 상기 소성대상물을 분산시키는 것이 바람직하다.

상기와 같이 소성체와 상기 탈황석고를 이용하여 제작되는 탄산칼슘은 혼합되어 토양 개량제로 제조될 수 있다. 이때 상기 토양 개량제의 효과를 높이기 위하여 미생물 처리된 왕겨, 비산재, 석탄재 및 비산먼지 저감을 위한 고화제를 추가로 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다.

상기 미생물 처리된 왕겨는 토양에 유용한 미생물을 공급함과 동시에 질소성분 및 탄소성분을 공급하기 위하여 사용되는 것으로, 산성토양에서 사멸되는 미생물을 보충함과 동시에 소모된 탄소성분과 질소성분을 보충할 수 있다. 특히 상기 왕겨의 경우 다량의 단백질을 포함하고 있으므로 상기 토양개량제와 혼합되어 사용되는 경우 질소원으로서 작용할 수 있다.

상기 미생물은 토양에 존재하는 미생물을 보충함과 동시에 상기 왕겨를 1차적으로 분해하여 상기 토양에 탄소 및 질소성분을 용이하게 공급할 수 있도록 첨가되는 것으로, 효모균 및 유산균의 혼합물이 사용될 수 있다. 이때 사용되는 미생물은 한국의 토양에서 주로 발견될 수 있는 바실러스 서브틸리스, 바실러스　벨레젠시스, 바실러스 세레우스, 바실러스　발리스모티스. 페니바실러스 마세란드, 락토바실러스 플렌타룸의 군에서 선택되는 1종이상을 포함할 수 있다.

상기 왕겨는 상기 미생물이 접종된 다음, 20~40℃의 온도 및 50~80%의 습도에서 5~20일간 처리될 수 있으며, 상기와 같은 처리가 환료된 이후 상기 토양개량제와 혼합되어 사용될 수 있다.

또한 상기 미생물처리된 왕겨는 상기 토양 개량제 100중량부 대비 5~20중량부가 포함되는 것이 바람직하다. 상기 미생물처리된 왕겨가 5중량부 미만으로 포함되는 경우 미생물처리된 왕겨에 의한 효과를 기대하기 어려우며, 20중량부를 초과하는 경우 흙의 부영양화가 발생할 수 있다.

비산재와 석탄재의 경우 시멘트 고로, 화력발전소등에서 발생하는 비산재와 석탄재(바닥재)를 의미하는 것으로 본 발명의 토양 개량제의 개량효과를 높이기 위하여 첨가될 수 있다. 상기 비산재, 석탄재의 경우 소각재와 같이 다량의 회분을 포함하고 있으므로 이를 상기 토양 개량제에 첨가하는 경우 미량원소의 공급을 더욱 원활하게 할 수 있다.

또한 상기 비산재와 석탄재는 상기 토양 개량제 100중량부 대비 5~20중량부가 포함되는 것이 바람직하다. 상기 비산재와 석탄재가 5중량부 미만으로 포함되는 경우 비산재와 석탄재에 의한 효과를 기대하기 어려우며, 20중량부를 초과하는 경우 회분으로 인한 토양 오염이 발생할 수 있다.

상기 고화제는 상기 토양 개량제에 혼합되어 토양을 고화시키는 것으로 비산먼지를 저감시킬 수 있을 뿐만 아니라 상기 토양 개량제의 주성분인 산화칼슘과 탄산칼슘을 표면에 오래 머무르도록 고정하는 역할을 수행한다. 일반적으로 토양 개량제가 필요한 토양의 경우 척박한 토양에 해당하므로 많은 비산먼지가 발생하고 있다. 또한 이러한 토양에 상기 탄산칼슘과 산화칼슘을 혼합하는 경우 토양의 공극을 통하여 아랫부분으로 침강하는 형상이 발생할 수 있다. 이를 방지하기 위하여 본 발명의 경우 상기 토양 개량제에 고화제를 일정 부분 혼합하는 것으로 비산먼지를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 상기 탄산칼슘과 산화칼슘을 상기 토양의 표면에 고정하는 역할을 수행할 수 있다.

이를 위하여 상기 고화제는, (i) 해조류를 물과 혼합한 다음 가열하고 여과하여 액상물질과 고상물질을 분리하는 단계; (ii) 상기 고상물질을 건조시키는 단계; (iii) 상기 건조된 고상물질을 1~3MPa의 압력 및 100~300℃의 온도로 가열하여 팽화시키는 단계; (iv) 상기 (iii)단계에서 팽화된 고상물질에 탄산나트륨 수용액을 첨가한 다음, 액상물질과 잔유물을 분리하는 단계; (v) 상기 (vi)단계에서 상기 잔유물이 분리된 액상물질에 염산을 첨가하여 pH1~4로 조절하는 단계; (vi) 상기 염산이 첨가된 액상물질에 수산화나트륨 수용액을 첨가하여 pH6~8로 조절하여 알긴산 나트륨을 제조하는 단계; (vii) 상기 (iv)단계에서 분리된 잔유물 100중량부 대비 상기 알긴산 나트륨 20~40중량부를 혼합하여 고화제 전구체를 제조하는 단계; 및 (viii) 상기 고화제 전구체를 함수율이 5%미만이 되도록 건조하고 분쇄하는 단계를 포함하는 방법으로 제조될 수 있다.

상기 (i) 단계는 상기 해조류표면의 점액을 제거하는 단계로 상기 점액에도 일부 알긴산을 포함할 수 있지만 다량의 노폐물을 포함하고 있으므로 이를 가열하여 제거하는 것이 바람직하다. 도한 상기 가열과정에서 상기 해조류의 조직이 일부 열분해 되어 후술할 팽화과정 및 알긴산 추출과정이 더욱 원활하게 진행될 수 있다. 또한 상기 가열과정에서 염분이 제거된에따라 원활한 알긴산의 추출이 가능해질 수 있다.

상기 (i)단계에서 표면의 점액이 제거된 상기 고상물질의 내부에는 아직 많은 양의 알긴산을 포함할 수 있다. 따라서 상기 고상물질내부의 알긴산을 추출하여 사용하는 것이 바람직하다. 이를 위하여 상기 (ii)단계는 상기 고상물질을 건조시키는 단계이며, 상기 (iii)단계는 상기 건조된 고상물질을 1~3MPa의 압력 및 100~300℃의 온도로 가열하여 팽화시키는 단계이다.

상기 팽화과정을 통하여 상기 고상물질 즉 해조류의 내부가 다공성을 가지도록 팽창될 수 있으며, 또한 해조류의 세포벽을 구성하는 셀룰로오스 성분이 일부 손상됨에따라 많은 양의 알긴산을 효과적으로 추출할 수 있다. 이때 상기 압력이 1MPa미만이거나 100℃미만으로 가열하는 경우 상기 팽화가 원호라하지 않아 알긴산의 추출이 어려울 수 있으며, 상기 압력이 3MPa를 초과하거나 300℃를 초과하는 온도로 가열되는 경우 팽화기에 사용되는 에너지가 많고 팽화기의 용량이 더욱 커져야하므로 비효율적이다.

상기과 같이 팽화과정을 거친 고상물질은 탄산나트륨 수용액을 첨가할 수 있다. 상기 탄산나트륨 수용액은 상기 고상물질 내부이 존재하는 알긴산을 추출하기 위하여 첨가되는 것으로 상기 탄산나트륨이 첨가됨에 따라 상기 알긴산의 수용성이 증대되어 상기 고상물질의 외부로 용출될 수 있다.

이때 상기 탄산나트륨은 상기 고상물질 100중량부 대비 300~800중량부를 참가할 수 있으며, 상기 탄산나트륨은 2~6중량%의 농도를 가질 수 있다. 상기 탄산나트륨이 2중량%미만의 농도를 가지거나 300중량부 미만으로 첨가되는 경우 알긴산의 원활한 추출이 어려울 수 있으며, 6중량%를 초과하는 농도를 가지는 경우 삼투현상에 의하여 알긴산의 추출량이 줄어들 수 있다. 또한 800중량부를 초과하여 포함되는 경우 이후과정에서 알긴산을 농축하는데 많은 비용을 필요로 하므로 비경제적이다.

상기 탄산나트륨에 의하여 추출이 완료되면 대부분의 알긴산은 액상물질 쪽으로 추출되므로 고상물질을 분리하고 염산을 첨가할 수 있다. 이때 상기 염산은 상기 알긴산에 포함되는 카르복시기를 이온화시킬 수 있으며, 이에 따라 후술할 수산화나트륨의 나트륨이온이 상기 알긴산과 결합하여 알긴산 나트륨을 형성할 수 있다. 이때 상기 염산은 상기 액상물질의 pH가 1~4가 되도록 첨가하는 것이 바람직하다. 상기 염산을 첨가한 이후 pH가 1미만인 경우 강한 산도로 인하여 알긴산의 구조 자체가 변형될 수 있으며, 4를 초과하는 경우에는 이온화가 완료되지 않아 알긴산 나트륨의 수득률이 떨어질 수 있다.

상기와 같이 염산에 의하여 알긴산의 이온화가 완료된 이후 수산화나트륨을 첨가하여 중화함과 동시에 알긴산 나트륨을 형성할 수 있다. 이때 상기 수산화 나트륨은 상기 액상물질의 pH가 6~8로 조절될 때까지 첨가하는 것이 바람직하다. 상기 액상물질의 pH가 6미만인 경우 나트륨의 함량이 충분하지 못하여 알긴산 나트륨의 형성이 어려울 수 있으며, 8을 초과하는 경우 과도한 나트륨으로 인하여 염분이 형성되므로 알긴산 나트륨의 효과가 떨어질 수 있다.

상기와 같이 제조된 알긴산 나트륨은 상기 (iv)단계에서 분리된 고상물질과 혼합될 수 있다. 상기 iv 단계에서 분리된 고상물질의 경우 해조류에 풍부한 미네랄을 가지고 있을 뿐만 아니라 토양과 혼합되는 경우 질소를 미롯한 미량원소를 추가할 수 있으며, 고화제의 주성분인 알긴산 나트륨을 흡착하여 토양과의 혼합을 용이하게 할 수 있다. 이때 상기 알긴산 나트륨 용액(액상물질)은 잔유물 100중량부 대비 20~40중량부가 포함될 수 있다. 상기 알긴산 나트륨이 20중량부 미만으로 포함되는 경우 알긴산 나트륨에 의한 토양 고화성능이 떨어질 수 있으며, 40중량부를 초과하는 경우 상기 고화제가 액상화 되므로 제조 및 관리가 어려울 수 있다.

상기와 같이 제조된 고화제는 함수율이 5%미만이 되도록 건조된 다음, 상기 토양 개량제에 혼합될 수 있다. 상기 고화제의 함수율이 5%를 초과하는 경우 보관시 뭉침현상이 발생할 수 있으므로 취급이 어려울 수 있다.

또한 상기 고화제는 상기 토양 개량제 100중량부 대비 5~20중량부가 포함되는 것이 바람직하다. 상기 고화제가 5중량부 미만으로 포함되는 경우 고화제에 의한 효과를 기대하기 어려우며, 20중량부를 초과하는 경우 흙의 고화가 지나쳐 지면에 경화될 수 있으므로 작물의 재배가 어려울 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명하기로 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지의 기능 또는 공지의 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고 도면에 제시된 어떤 특징들은 설명의 용이함을 위해 확대 또는 축소 또는 단순화된 것이고, 도면 및 그 구성요소들이 반드시 적절한 비율로 도시되어 있지는 않다. 그러나 당업자라면 이러한 상세 사항들을 쉽게 이해할 것이다.

실시예 1

강원도 영월군 등지에서 수집된 석회석 100kg을 분쇄한 다음, 충남 서산시 소재 소각장에서 수집된 나무 소각재 분말 100kg과 혼합하여 분쇄혼합물을 제조하였다.

상기 분쇄혼합물 100kg에 물 20kg을 혼합하고 5cm정도의 크기를 가지는 구형으로 성형하고 건조하였다.

상기 구형으로 성형되고 건조된 분쇄혼합물을 도 2에 나타난 플라즈마 소성수단에 투입하여 800℃의 온도로 소성하여 소성체를 제조하였다.

탈황석고가루(문교산업㈜ 제조) 100kg을 분쇄한 다음 물 20kg과 혼합하고 5cm정도의 크기를 가지는 구형으로 성형하고 건조하였다.

상기 구형으로 성형되어 건조된 탈황석고를 도 2에 나타난 플라즈마 소성수단에 투입하여 1000℃의 온도로 소성하여 산화칼슘을 제조하였다.

상기 산화칼슘을 물에 침강시킨 다음, 이산화탄소를 주입하여 탄산칼슘으로 전환하였으며, 탄산칼슘의 전환이 완료된 이후 침전물을 분리하여 탄산칼슘을 제조하였다.

미역 100kg을 200kg의 물과 혼합한 다음 가열하고 고상성분과 액상상분을 분리하였다. 상기 분리된 고성성분을 건조시킨 다음, 팽화기에 장입하고 1.5MPa의 압력 및 250℃의 온도로 가열하여 팽화시켰다.

상기 팽화된 고상성분 10kg에 4중량% 농도의 탄산나트륨 수용액 50kg을 혼합아며 알긴산을 추출하였으며, 추출이 완료된 다음 액상물질과 고상물질을 분리하였다.

상기 알긴산이 추출된 액상물질에 염산을 혼합하여 pH 3이되도록 하였으며, 반응이 완료된 이후 수산화나트륨 수용액을 첨가하여 pH가 7이 되로록 하여 알긴산 나트륨을 제조하였다.

상기 제조된 알긴산 나트륨 20kg에 상기 단계에서 분리된 고상물질 100kg을 혼합하여 고화제를 제조하였다.

왕겨에 바실러스 서브틸리스, 바실러스　벨레젠시스, 바실러스 세레우스를 접종한 다음, 30℃의 온도 및 60%의 습도를 유지하며 10일간 처리하였다.

상기 소성체 100kg에 상기 탄산칼슘 50kg을 혼합하고 상기 미생물처리된 왕겨 10kg 및 고화제 15kg을 혼합하여 토양 개량제를 제조하였다.

실시예 2

상기 실시예 1에서 소각재를 사용하지 않은 것을 제외하고 동일하게 실시하였다.

실시예 3

상시 실시예 1에서 탈황석고를 이용하여 제작되는 탄산칼슘을 사용하지 않은 것을 제외하고 동일하게 실시하였다.

실시예 4

상기 실시예 1에서 소각재에 석회석을 혼합하지 않고 제조한 것을 제외하고 동일하게 실시하였다.

실시예 5

상기 싱시예 1에서 플라즈마 소성수단 대신 기존의 소성로를 사용한 것을 제외하고 동일하게 실시하였다.

실시예 6

상기 실시예 1에서 고화제를 사용하지 않은 것을 제외하고 동일하게 실시하였다.

실험예 1

상기 실시예 1~6의 토양 개량제를 충남 서산시 소재의 산성화된 토양(pH5.8)에 적용하여 pH의 변화정도를 측정하였으며, 이를 1주일 간격을 반복하여 상기 실시예 1~6의 토양 개량제에 의한 효과가 어느정도 지속되는 것인지 확인하였다.

상기 준비된 토양을 1mX10m의 표면적과 30cm의 깊이를 가지도록 준비한 다음, 외부 환경의 차단을 위하여 표면에 비닐하우스를 설치하였다. 각 토양의 표면에 1kg/㎡의 비율로 실시예 1~6의 토양 개량제를 균일하게 살포하였으며, 가속실험을 위하여 1일 1회 물을 분무하였다. 각 토양의 5cm깊이에서 시료를 채취한 다음, pH를 측정하여 상기 토양 개량제의 지속성을 실험하였다.

	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4	실시예 5	실시예 6
1일차	5.8	5.7	5.8	5.8	5.7	5.9
1주차	7.3	7.2	5.9	7.0	7.2	7.0
2주차	7.2	7.2	6.2	7.1	7.2	7.0
3주차	7.2	7.1	6.3	7.0	7.1	6.9
4주차	7.1	7.1	6.3	6.9	7.0	6.9
5주차	7.0	7.0	6.4	6.9	6.8	6.8
6주차	6.9	7.0	6.5	6.8	6.8	6.7
7주차	6.9	6.9	6.4	6.7	6.8	6.7
8주차	6.9	6.9	6.4	6.7	6.7	6.6

표 1에 나타난 바와 같이 본 발명의 실시예 1의 경우 8주가 지난이후에도 토양의 산성도가 개성되어 중성을 유지할 수 있는 것으로 나타났다. 하지만 탄산칼슘을 사용하지 않은 실시예 3의 경우 초기 중화효과가 떠러져 산성도의 개선효과가 전체적으로 떨어지는 것으로 나타났으며, 소각재에 석회석을 혼합하지 않은 실시예 4의 경우 그 지속력이 빨리 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 또한 기존의 소성로를 사용하여 제조되는 실시예 5의 경우 본 발명의 실시예 1에 비하여 성능이 감소된 것을 확인할 수 있었으며, 고화제를 사용하지 않은 실시예 6의 경우 토양 개량제 성분이 물과 혼합되어 침강함에 따라 그 성능이 빨리 감소하는 것을 확인할 수 있었다.

실험예 2

상기 실시예 1~6이 살포된 토양에 작물 생육실험을 실시하였다. 상기 실험예 1과 동일하게 실시예 1~6의 토양 개량제를 적용한 토양에 상추 씨앗 100개를 파종하였다. 이후 3일마나 1회씩 물을 공급하면서 발아율 및 식물의 평균길이를 3일마다 측정하여 하기의 표 2에 나타내었다. 아무런 토양 개량제를 사용하지 않은 토양을 비교예로서 사용하였다.

	발아율	3일	6일	9일	12일	15일	18일	21일
실시예 1	95%	0.3 cm	1.1 cm	2.3 cm	3.7 cm	4.5 cm	5.6 cm	7.1 cm
실시예 2	86%	0.2 cm	0.8 cm	1.2 cm	2.1 cm	3.0 cm	3.9 cm	4.3 cm
실시예 3	93%	0.2 cm	0.6 cm	1.1 cm	2.0 cm	2.9 cm	3.4 cm	3.9 cm
실시예 4	92%	0.2 cm	1.0 cm	1.8 cm	2.4 cm	3.6 cm	4.4 cm	6.1 cm
실시예 5	92%	0.3 cm	1.0 cm	2.0 cm	3.1 cm	4.0 cm	4.9 cm	6.4 cm
실시예 6	93%	0.3 cm	1.1 cm	2.2 cm	3.4 cm	4.1 cm	5.2 cm	6.9 cm
비교예	81%	0.1 cm	0.6 cm	1.1 cm	1.6 cm	2.2 cm	3.0 cm	3.8 cm

표 2에 나타난 바와 같이 본 발명의 실시예 1의 경우 높은 발아율을 보이고 있었으며, 그 성정 역시 정상적인 것으로 나타났다. 다만 소각재를 사용하지 않은 실시예 2의 경우 그 성장률이 떨어지는 것으로 나타났으며, 산성화가 개선되지 않은 실시예 3의 경우에도 성장률이 떨어지는 것으로 나타났다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안 될 것이다.

100 : 플라즈마 소성수단 상단부
110 : 플라즈마 소성수단 하단부
200 : 플라즈마 공급수단

Claims (2)

1. 초본 또는 목본 소각재 분쇄물과 석회석 분쇄물을 혼합하여 분쇄혼합물을 제조하는 단계;
   상기 분쇄혼합물을 소성하여 산화칼슘을 포함하는 소성체를 제조하는 단계;
   탈황석고를 소성하여 탄산칼슘을 제조하는 단계; 및
   상기 탄산칼슘을 상기 소성체와 혼합하는 단계;
   를 포함하고,
   상기 분쇄혼합물을 제조하는 단계는,
   초본 또는 목본을 소각시켜 소각재를 제조하는 단계;
   상기 소각재를 1~100㎛의 평균입경을 가지도록 분쇄하는 단계;
   수집된 석회석을 세척하는 단계;
   상기 세척된 석회석을 1~100㎛의 평균입경을 가지도록 분쇄하는 단계;
   상기 소각재 분쇄물과 상기 석회석 분쇄물을 2:1~1:2의 중량비로 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계;
   상기 혼합물 100중량부 대비 10~30중량부의 물을 첨가한 다음, 1~10cm의 크기를 가지는 구형으로 성형하는 단계; 및
   상기 성형된 혼합물을 건조하여 분쇄혼합물을 제조하는 단계;
   를 포함하며,
   상기 분쇄혼합물을 소성하여 산화칼슘을 포함하는 소성체를 제조하는 단계는,
   상기 분쇄혼합물을 원료공급기에 공급하는 단계; 및
   상기 분쇄혼합물을 플라즈마 소성수단에 균일하게 공급하며, 플라즈마 소성수단을 이용하여 300~1000℃의 온도로 가열 및 소성시키는 단계;
   를 포함하며,
   상기 탈황석고를 소성하는 단계는;
   탈황석고를 1~100㎛의 평균입경을 가지도록 분쇄하는 단계;
   상기 분쇄된 탈황석고 100중량부 대비 10~30중량부의 물을 첨가한 다음, 1~10cm의 크기를 가지는 구형상으로 성형하는 단계;
   상기 성형된 탈황석고를 건조하는 단계;
   상기 성형된 탈황석고를 원료공급기에 공급하는 단계; 및
   상기 성형된 탈황석고를 플라즈마 소성수단에 균일하게 공급하며, 플라즈마 소성수단을 이용하여 500~1500℃의 온도로 가열 및 소성시키는 단계;
   를 포함하며,
   상기 플라스마 소성수단은,
   (a) 소성수단 본체;
   (b) 상기 소성수단 본체에 플라즈마를 공급하는 4~20개의 플라즈마 공급수단; 및
   (c) 상기 소성수단 본체의 상부에 연결되어 상기 소성수단 본체방향으로 상기 분쇄혼합물 또는 상기 탈황석고를 공급하는 원료 공급수단;
   을 포함하며,
   상기 소성수단 본체는,
   상기 본체의 일측 상방향에 형성되며, 상기 원료 공급수단이 연결되는 원료 공급부;
   상기 본체의 타측 하방향에 형성된 소성체 배출구; 및
   상기 소성수단 본체의 내측 하부로 공기 또는 산소를 공급하는 산화제 공급부;
   을 포함하며;
   상기 산화제 공급부는 상면 또는 측면에 2~100개의 타공부가 일정간격으로 배열되어 있으며, 상기 타공부를 통하여 공기 또는 산소가 공급되며,
   상기 플라즈마 공급수단은 상기 소성수단의 본체의 바닥과 수평한 방향을 따라 상기 소성수단 본체의 양측면에 2~30개가 일정한 간격으로 배열되어 있으며,
   상기 원료 공급수단은 내부에 서로 반대 방향으로 회전하는 하나 이상의 스크류 또는 압송장치를 포함하며,
   상기 소성수단 본체에서 발생되는 가열된 가스는 상기 원료 공급수단 내부를 통과하여 외부로 배출되며,
   상기 탄산칼슘을 제조하는 단계는,
   상기 소성된 탈황석고를 물에 침강시키는 단계;
   상기 탈황석고가 침강된 물에 이산화탄소를 공급하여 탄산칼슘 침전물을 형성하는 단계; 및
   상기 형성된 탄산칼슘 침전물을 분리하는 단계;
   를 포함하며,
   상기 탄산칼슘을 상기 소성체와 혼합하는 단계 이후,
   미생물 처리된 왕겨, 비산재, 석탄재 및 비산먼지 저감을 위한 고화제를 혼합하는 단계;
   를 추가로 포함하며;
   상기 고화제는,
   (i) 해조류를 물과 혼합한 다음 가열하고 여과하여 액상물질과 고상물질을 분리하는 단계;
   (ii) 상기 고상물질을 건조시키는 단계;
   (iii) 상기 건조된 고상물질을 1~3MPa의 압력 및 100~300℃의 온도로 가열하여 팽화시키는 단계;
   (iv) 상기 (iii)단계에서 팽화된 고상물질에 탄산나트륨 수용액을 첨가한 다음, 액상물질과 잔유물을 분리하는 단계;
   (v) 상기 (vi)단계에서 상기 잔유물이 분리된 액상물질에 염산을 첨가하여 pH1~4로 조절하는 단계;
   (vi) 상기 염산이 첨가된 액상물질에 수산화나트륨 수용액을 첨가하여 pH6~8로 조절하여 알긴산 나트륨을 제조하는 단계;
   (vii) 상기 (iv)단계에서 분리된 잔유물 100중량부 대비 상기 알긴산 나트륨 20~40중량부를 혼합하여 고화제 전구체를 제조하는 단계; 및
   (viii) 상기 고화제 전구체를 함수율이 5%미만이 되도록 건조하고 분쇄하는 단계;
   를 포함하는 방법으로 제조되는 것을 특징으로 하는 토양 개량제 제조방법.
2. 삭제

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