KR20040015906A - 토양의 생물학적 정화를 위한 토양온도 상승 및유지방법과 그 시설 - Google Patents

Abstract

본 발명은 오염토양의 생물학적 정화를 위한 본 발명의 토양온도 상승 및 유지방법과 그에 따른 시설에 관한 것이다.

본 발명의 토양온도 상승 및 유지방법과 그에 따른 시설은, 오염토양에 생물학적 정화시설을 통하여 미생물을 공급하고, 상기 토양의 상부에 열보존 시설물을 80㎝ 이상으로 적재한 후, 그 상부에 비닐을 설치함을 특징으로 한다.

본 발명에서 열보존 시설물은 왕겨 또는 그와 비슷한 성질을 가진 폐기 보온물질을 사용하며, 비닐은 농업용 투명 필름을 사용한다.

본 발명의 토양온도 상승 및 유지방법과 그에 따른 시설은 저온 시기에 토양온도조건을 향상시키고 20℃ 이상으로 유지시켜, 토양 중의 유해물질 분해 미생물의 생장 및 활성을 높이는 효과가 있다.

Description

토양의 생물학적 정화를 위한 토양온도 상승 및 유지방법과 그 시설 {Method and Equipment for elevation and preservation of soil temperature for the purpose of biological soil purification}

본 발명은 오염토양의 생물학적 정화를 위한 토양온도 상승 및 유지방법에 관한 것이다.

유류 또는 기타 유해물질로 오염된 환경의 정화방법 중, 이들 물질에 대한 분해능력을 지닌 미생물을 이용하는 생물학적 정화방법은 물리학적 정화방법에 비해 별도의 장비 설치가 필요없어 경제적이며, 대량으로 화학 물질을 유포하는 화학적 정화방법에 비해 2차 오염을 유발할 가능성이 적어 환경 친화적이라는 점에서 각광받고 있다.

현재까지 이러한 생물학적 정화방법에 사용될 수 있는 다양한 종류의 유류 또는 기타 유해물질을 분해할 수 있는 미생물들을 비롯하여, 이들 미생물을 이용하는 바이오벤팅(bioventing), 생물학적 증가법(bioaugmentation), 토양경작법(land farming) 등의 방법들이 개발되어 왔다.

그러나 이들 미생물을 이용한 정화방법은 실제 오염 환경에 적용될 경우 기대한 만큼의 효과를 거두지 못하는 경우가 많다.

이는 실험실에서 분리된 상기 미생물들이 실제 환경에서 제대로 적응하지 못하기 때문이며, 가장 큰 요인이 온도라 할 수 있다.

대부분의 미생물은 20-45℃의 온도에서 가장 효율적으로 생장하고 활성을 나타내는 중온 미생물인 것으로 파악된다.(Anthony gaudy, 1980, Microbiology for environmental scientists and engineeres, 178page).

예를 들어 엔테로박터 에어로제네스(Enterobacter aerogenes)는 22℃에서 가장 우수한 생장률 및 활성을 나타내고(Raghubeer E. V., Food and Environmental Sanitarians, 58(1):13-18, 1995), 써모악티노마이세스 불가리스(hermoactinomyces vulgaris)는 25, 37, 그리고 45℃ 순으로 높은 생장률을 나타내며(Demirci. A., Appl. microbiol. biotechnol., 38(6):728-733, 1993), 슈도모나즈(pseudomonads)는 27℃에서 높은 생장력을 나타낸다(Franken A. A. J. M., J. Appl. Bacteriol. 74(3):234-242, 1993).

그러나 실제 환경, 특히 토양온도는 실제 대기온도에 비해 매우 낮은 온도가 유지되고 있어서, 미생물의 생장 및 활성에 적절한 20℃ 이상의 온도가 늘 유지되지는 못하고 있다.

대기온도의 경우 미국 플로리다주의 경우 4월부터 10월까지의 7개월 동안, 대한민국 서울시의 경우 6월부터 9월까지의 4개월 동안만 평균 온도가 20℃ 이상으로 유지된다. 그러나 토양온도는 대기온도에 비해 10℃ 내외로 낮게 나타나는 것이 보통이다.

특히 토양오염은 그 오염 자체 뿐 아니라 수질 오염으로 인한 오염물질의 침투로 인해 오염도가 심각함에도 불구하고, 이처럼 낮은 온도 환경으로 인해 생물학적 정화가 제대로 이루어지기 힘들다.

따라서 생물학적 정화방법의 효과를 제대로 얻기 위해서는, 토양온도가 20℃ 이상이 되도록 향상시키거나, 그 수준을 늘 유지하도록 하는 것이 중요하다.

그러나 아직까지 토양온도를 효과적으로 상승시키고 유지할 수 있게 하는 시설은 그 개발이 미미한 실정이다.

본 발명에서는 열보존 시설물과 비닐을 이용하여 토양온도를 상승시키고 유지시킴으로써, 생물학적 정화방법의 효과를 극대화할 수 있는 토양온도 상승 및 유지방법 및 그에 따른 시설을 제공하고자 한다.

도 1은 본 발명의 토양온도 상승 및 유지방법에 따른 시설에 대한 개략도이다.

도 2는 본 발명의 토양온도 상승 및 유지방법을 시행한 후, 지하 50cm 지점의 온도 측정 결과를 나타낸 도이다.

도 3은 본 발명의 토양온도 상승 및 유지방법을 시행한 후, 지하 100cm 지점의 온도 측정 결과를 나타낸 도이다.

본 발명은 오염토양의 생물학적 정화를 위한 토양온도 상승 및 유지방법에관한 것이다.

본 발명의 토양온도 상승 및 유지방법은 생물학적 정화시설의 상부에 설치되는 것으로, 그에 따른 시설에 대한 개략도는 도 1에 나타나 있다.

본 발명의 토양온도 상승 및 유지방법은, 오염토양(1)에 생물학적 정화시설(2)을 통하여 미생물을 공급하고, 상기 토양의 상부에 열보존 시설물(3)을 80㎝ 이상으로 적재한 후, 그 상부에 비닐(4)을 설치함을 특징으로 한다.

본 발명의 토양온도 상승 및 유지방법에 따른 시설은, 생물학적 정화시설을 통하여 미생물이 공급되는 오염토양의 상부에 80㎝ 이상의 높이로 적재된 열보존 시설물 및 상기 열보존 시설물 상부에 설치된 비닐로 이루어짐을 특징으로 한다.

본 발명에서 생물학적 정화시설(2)이란, 오염물질 분해능을 지닌 미생물을 이용하는 기존의 정화시설을 모두 포함하며, 바이오벤팅, 생물학적 증가법, 토양경작법 중 선택된 하나 또는 그 외 토양처리방법에 따른 시설을 사용하는 것이 바람직하다.

바이오벤팅법은 오염된 토양에서 오염물질 분해 미생물을 활성화시키기 위해 공기, 습기 및 영양 물질 등을 주입시키는 방법이다.

생물학적 증가법은 오염된 토양에 오염물질 분해 미생물이 서식하지 않을 경우, 외부에서 따로 배양한 미생물을 도입하여 미생물학적 정화가 일어나도록 하는 방법이다.

토양경작법은 오염된 토양을 굴착하여 지표면에 깔아 놓고 정기적으로 뒤집어줌으로써, 토양의 공기 접촉 면적을 넓혀 토양 내에 서식하는 오염물질 미생물의활성화를 촉진하는 방법이다.

본 발명의 토양온도 상승 및 유지방법에서 사용하는 열보존 시설물(3)은 열을 잘 흡수하면서도 외부로 쉽게 방출하지 않는 특성을 지녀야 하며, 일반적으로 사용되는 단열재는 모두 사용할 수 있다.

본 발명의 토양온도 상승 및 유지방법에서는 열보존 시설물로 왕겨 또는 그와 비슷한 성질을 가진 폐기 보온물질을 사용하는 것이 바람직하다.

왕겨는 단열효과가 우수할 뿐 아니라, 탄수화물 함유량이 매우 높아 질소질을 첨가해주면 탄소/질소 비율이 조절되어, 미생물에 의한 퇴비화과정이 촉진되어 고온발효과정을 통해 열을 발생시킨다.

이와 같이 왕겨는 열보존 효과 외에도 그 내부에서 일어나는 발효과정을 통해 우수한 효율로 열을 발생시킬 수 있으므로, 열을 보존하기만 할 뿐 스스로 열을 발생시키지는 못하는 보통의 단열재에 비해 열보존 효과가 더욱 우수하다.

또한 왕겨는 대략적인 시중 가격이 10,000원/㎥으로 매우 저렴하면서도, 환경 정화가 완료된 후에는 식물의 생장을 촉진하는 퇴비로 사용할 수 있어, 생물학적 정화 효율을 증진시키는 한편 기존의 시설들이 안고 있는 폐기 곤란의 문제점 역시 해결할 수 있다.

본 발명에서 사용하는 비닐(4)은 열보존 시설물의 상부에 설치되어, 열보존 시설물이 포집한 열이 외부로 방출되지 않도록 외부로부터 열보존 시설물을 차단하는 한편, 태양열을 받아들여 내부의 열보존 시설물로 전달함으로써 열 보존률을 높이는데 기여한다.

본 발명에서는 태양열이 잘 통과할 수 있는 투명한 비닐을 사용하며, 비닐하우스용, 보온못자리용 또는 밭작물 피복용으로 사용되는 농업용 필름을 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 토양온도 상승 및 유지방법에 따른 시설을 사용하면, 비닐을 통해 시설 내부로 들어온 태양열 또는 열보존 시설물 자체에 의해 발생되는 열을 일단 포집한 후에는, 외부로 열을 용출시키지 않고 거의 그대로 보존한다.

이와 같이 보존된 열은 설치 대상 토양의 지하까지 전도되어 토양 중의 온도를 상승시키고, 일단 온도가 상승된 토양은 외부로 열을 방출하지 않아 토양 내에 열이 지속적으로 존재하게 된다.

따라서 본 발명의 토양온도 상승 및 유지방법에 따른 시설을 사용하면, 내부 온도가 15℃ 수준으로 유지되던 토양의 경우, 지하 50㎝ 부근에서는 평균 5∼15℃씩 토양온도를 상승시킬 수 있으며, 100cm 부근에서는 평균 4~5℃씩 토양온도를 상승시킬 수 있으므로, 토양 중의 온도가 항상 미생물 생장 및 활성에 최적인 20℃ 이상을 유지하게 할 수 있다.

본 발명의 토양온도 상승 및 유지방법과, 그 시설을 설치하는 방법에 대해, 도 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

우선 오염토양(1)에 바이오벤팅, 생물학적 증가법, 토양경작법 중 선택된 하나 또는 또는 그 외 토양처리방법에 따른 생물학적 정화시설(2)을 택하여, 그와 관련된 정화방법에 따라 미생물 반응기를 비롯하여 미생물, 공기, 습기 또는 영양 물질을 주입할 수 있는 주입ㆍ배출관(22) 등의 필요한 시설을 설치하고, 오염물질 분해능을 지닌 미생물을 처리한다.

상기와 같이 생물학적 정화시설이 설치된 후, 지상 및 지하의 적절한 지점에 토양온도센서(5)를 설치하여, 각 지점의 온도를 측정할 수 있게 한다. 상기 토양온도센서는 지상에 설치된 모니터(51)와 긴 선으로 연결되어 있어, 온도를 측정할 수 있도록 된 것을 사용한다.

이후 생물학적 정화시설이 설치된 토양 상부에, 왕겨(3)를 80㎝ 이상의 높이로 적재한다. 왕겨를 적재하는 지역은 미생물이 처리된 지점 및 주입ㆍ배출관(22)이 설치된 지점을 선택하며, 주입ㆍ배출관(22)이 설치된 지점의 경우에는 상기 관이 지나가는 부분만을 제외하고 왕겨를 적재한다.

상기와 같이 적재된 왕겨층의 상부에 투명 비닐(4)을 덮고 잘 고정시킨다.

이후 토양온도센서(5)로 토양온도를 측정하고, 20℃ 이상의 적당한 온도에 도달한 것을 확인하면 설치된 정화시설(2)을 가동시켜 정화를 실시한다.

이와 같이, 본 발명의 토양온도 상승 및 유지방법과 그에 따른 시설은 간단한 방법으로 연중 저온인 환경에서도 효과적으로 토양온도조건을 향상시킬 수 있어, 오염물질 분해 미생물의 생장 및 활성을 향상시킴으로써 생물학적 정화 효과를 극대화할 수 있다.

이하 실시예에서 본 발명을 보다 상세히 설명하되, 하기 실시예에 의해 본 발명의 범위가 국한되는 것은 아니다.

[실시예] 본 발명의 토양온도 상승 및 유지방법에 대한 토양온도 상승효과확인

본 발명의 토양온도 상승 및 유지방법에 대한 토양온도 상승효과를 확인하기 위해, 2002년 5월 24일부터 6월 11일까지 2주 이상의 기간 동안, 다음과 같이 본 발명의 토양온도 상승 및 유지방법을 시행하고 토양온도를 측정하였다.

설치 대상 토양의 지하 50㎝ 및 100㎝ 지점에 토양온도센서를 설치하고, 바이오어거멘테이션 및 바이오벤팅 시설을 설치하였다.

각 시설에는 필요에 따라 미생물, 공기, 습기 및 영양 물질을 주입할 수 있는 주입구를 설치하였다.

상기와 같이 설치된 정화시설의 상부 여러 부분에, 주입구 설치 부분을 제외하고 왕겨를 각각 10, 20, 40, 80㎝의 높이로 적재하였으며, 그 넓이는 가로 100㎝ ×세로 100㎝가 되도록 하였다.

적재된 왕겨층의 상부에 가로 200㎝ ×세로 200㎝ 넓이의 투명 비닐 1겹을 덮고 잘 고정시켰다.

이때 어떠한 토양온도 상승 및 유지방법도 설치하지 않은 무처리구와, 정화시설 상부에 상기와 같은 넓이의 투명 비닐 1겹만을 설치한 비닐 처리구도 함께 설치하였다.

각 시설을 설치한지 일주일 경과 후, 미리 설치된 토양온도센서로 지상 50㎝ 지점의 온도 및 각 처리구의 지하 50㎝ 및 100㎝ 지점의 토양온도를 비교하여, 그 결과를 도 2 및 도 3에 각각 나타내었다.

지하 50cm 지점의 온도 측정 결과를 나타낸 도 2에서, 무처리구는 5월 24일지상온도 26.9℃보다 10℃ 낮은 17℃부터 시작하여, 6월 11일에는 지상온도가 36.7℃의 높은 온도를 나타냈음에도 불구하고 20℃에 못 미치는 것으로 나타나, 미생물의 생장 및 활성에 적당하지 못한 온도 조건을 나타냈다.

반면, 5월 24일 비닐 처리구는 무처리구보다 5℃ 높은 22℃, 그리고 본 발명의 토양온도 상승 및 유지방법 처리구 또한 무처리리구보다 5℃ 높은 20.0℃를 나타냈다. 그리고 6월 11일 비닐 처리구는 무처리구에 비해 7℃ 정도 높은 온도를 나타냈으나, 본 발명의 토양온도 상승 및 유지방법 처리구는 설치기간 내내 온도 상승폭이 더욱 높아져, 무처리구에 비해 15℃ 이상의 온도 상승 효과를 나타냈다.

더우기, 6월 11일 당시에는 지상온도보다 1℃ 가량 더 높은 38.5℃ 수준을 나타내었는데, 상기 온도조건은 오염물질 분해 미생물을 분리할 때 일반적으로 조성하는 실험실 환경과 거의 비슷한 수준이다.

한편 10, 20, 40cm의 높이로 왕겨를 쌓은 경우에는 토양온도의 상승 및 보존효과가 매우 미약하였으므로, 80cm 높이의 왕겨 처리에서 가장 원활한 온도상승 및 보존효과가 나타남을 알 수 있다.

상기 결과는 지하 100cm 지점의 온도 측정 결과를 나타낸 도 3에서도 마찬가지인 것으로 나타났다.

지하 100cm 지점에서 본 발명의 토양온도 상승 및 유지방법은 지하 50cm 지점에서만큼 큰 폭의 온도상승효과를 나타내지는 않았으나, 무처리구에 비해 항상 4∼5℃ 이상의 온도상승효과를 나타내었다. 열전도가 제대로 이루어지지 않는 지하 100cm 지점에서, 이 정도의 온도상승효과는 매우 우수한 것이다.

따라서, 본 발명의 토양온도 상승 및 유지방법은 미생물의 생장 및 활성이 크게 저하되는 수준에 머물던 토양온도를 미생물 생장 및 활성에 최적인 20℃ 이상으로 향상시키고 유지할 수 있음을 알 수 있다.

본 발명의 토양온도 상승 및 유지방법과 그에 따른 시설은 토양온도를 향상시키고 20℃ 이상으로 유지시켜, 토양 중의 유해물질 분해 미생물의 생장 및 활성을 높이는 효과가 있다.

따라서, 본 발명의 토양온도 상승 및 유지방법과 그에 따른 시설은 토양의 생물학적 정화의 효율을 극대화할 수 있다.

Claims (8)

1. 오염토양에 생물학적 정화시설을 통하여 미생물을 공급하고, 상기 토양의 상부에 열보존 시설물을 80㎝ 이상으로 적재한 후, 그 상부에 비닐을 설치함을 특징으로 하는 토양온도 상승 및 유지방법
2. 제 1항에 있어서, 생물학적 정화시설은 바이오벤팅, 생물학적 증가법, 토양경작법 중 선택된 하나 또는 그 외 토양처리방법에 따른 시설임을 특징으로 하는 토양온도 상승 및 유지방법
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 열보존 시설물은 왕겨임을 특징으로 하는 토양온도 상승 및 유지방법
4. 제 3항에 있어서, 비닐은 농업용 투명 필름임을 특징으로 하는 토양온도 상승 및 유지방법
5. 생물학적 정화시설을 통하여 미생물이 공급되는 오염토양의 상부에 80㎝ 이상의 높이로 적재된 열보존 시설물 및 상기 열보존 시설물 상부에 설치된 비닐로 이루어짐을 특징으로 하는 토양온도 상승 및 유지시설
6. 제 5항에 있어서, 생물학적 정화시설은 바이오벤팅, 생물학적 증가법, 토양경작법 중 선택된 하나 또는 그 외 토양처리방법에 따른 시설임을 특징으로 하는 토양온도 상승 및 유지시설
7. 제 5항 또는 제 6항에 있어서, 열보존 시설물은 왕겨임을 특징으로 하는 토양온도 상승 및 유지시설
8. 제 7항에 있어서, 비닐은 농업용 투명 필름임을 특징으로 하는 토양온도 상승 및 유지시설