KR20040031729A - 액상 적조구제물질 - Google Patents

Abstract

본 발명은 바다에 큰 피해를 가져오는 적조를 효과적으로 구제하기 위한 적조구제물질에 관한 것으로서, 독성이 없는 액상물질들을 활용하여 혼합물을 생성하고 이를 적조에 살포하여 적조를 구제하고자 하는 것이다.

본 발명에 따른 적조구제물질은 아세트산과 에탄올, 아세트알데히드, 프로필렌글리콜을 주성분으로 하여 구성되며, 적조구제효과를 높이기 위하여 각종 첨가제를 첨가하여 구성할 수도 있다.

본 발명에 따른 적조구제물질은 기존의 적조구제물질보다 적조 구제효율이 높을 뿐만 아니라, 2차 환경오염의 문제가 없으며 액상으로 바닷물에 혼합되므로 기존의 황토나 광물질 등이 살포후 해저 바닥에 퇴적되어 발생하는 각종 부차적인 제반 문제를 해결할 수 있을 뿐만 아니라, 저렴한 가격으로 대량생산이 가능한 잇점을 지니고 있다.

Description

액상 적조구제물질{ The liquid 'red tide remover'}

본 발명은 적조피해를 예방 및 해소하기 위하여 액상적조구제물질을 제조하고 이를 적조발생지역에 살포하여 적조를 구제하고자 하는 새로운 적조구제물질에 관한 것이다.

적조란 "토양이나 하천·바다의 부영양화(富營養化)로 해수 플랑크톤의 수가 급격하게 증가하여 적색계통의 색을 띠는 현상"을 의미한다.

즉 원생동물의 쌍편모조류가 주기적으로 증가하여 바닷물의 색이 변하는 현상을 일컫는다. 이들이 바다로 내뿜는 독성물질은 어류나 다른 해양생물들에게 치명적일 수 있다. 적조현상은 난류에서 전세계적으로 발생한다. 자연적인 발생원인은 일사가 강하여 표층수의 온도가 상승한 경우, 폭우나 장마등으로 인한 담수의 유입으로 영양염이 크게 증가한 경우, 무풍상태가 계속되어 해수의 혼합이 저하된 경우 등이다. 한편 많은 비료 사용이나 도시의 생활하수, 공장폐수로 인한 발생도 심각한 요인이다. 식물성 플랑크톤이 살려면 질소와 인산 등의 영양물질이 필요한데 실제로 물 속에는 이들이 소량으로 존재한다. 그러나 질소와 인산이 음식찌꺼기나 세제, 공장폐수를 통해 많이 유입되면 영양물질이 많아지면서 특정 식물성 플랑크톤이 대량번식하여 적조현상이 발생하기도 한다. 적조현상의 결과 발생하는 현상들을 보면, 첫째, 적조현상을 일으키는 플랑크톤이 독소를 낸다는 점이다. 그 독소는 수중동물뿐만 아니라 어류를 먹는 인간에게도 영향을 미쳐 특히 신경계통에 치명적인 효과를 냄으로써 생명에 위협을 주기도 한다. 둘째, 부영양화의 결과 영양물질에 대한 분해자 역할을 하는 미생물들의 양이 엄청나게 증가함으로써 그들의 호흡과정과 분해과정에서 사용되는 산소가 많이 소모되어 수중에 산소가 결핍되는 결과를 낳는다. 따라서 적조현상이 일어난 호수 바닥부분은 무산소 상태에서만 자랄 수 있는 미생물이 자라게 되며, 탄산 가스와 황산염이 각각 독성의 메탄과 황화수소 가스로 환원되는 반응이 일어나 물고기가 일시에 떼죽음을 당하는 현상이 종종 발생한다. 지역적으로는 미국 플로리다 반도 서해안, 멕시코 만 연안, 남아프리카 서해안, 일본 남해안 등지에서 자주 발생하며, 한국도 예외는 아니다.

미국 플로리다 해안에서 김노디니움 브레비스(Gymnodinium brevis)가 1ℓ당 5,000만 개체 이상으로 많아져 일어난 적조현상으로 인해 바다는 녹색에서 황색을 거쳐 호박색으로 변했으며 많은 물고기가 죽었다. 영국 노섬벌랜드 지방 해안의 적조현상으로 바다의 많은 새들이 죽었으며 고니아우락스폴리에드라(Gonyaulax polyedra)로 인한 적조현상이 캘리포니아와 포르투갈해안에서 일어났다. 적조현상으로 인해 바다로 방출되는 독소는 파도가 해안에 부딪칠 때 공기 중으로 분출되어 근처 해변가 휴양지에 있는 사람들의 호흡기관을 자극하는데 이 때문에 휴양지가 폐쇄되기도 한다.

기존에 나와있는 적조구제방법을 표로 정리하여 살펴보면 다음과 같다.

[표1] 적조생물의 구제 및 제거 방법 비교표

이상에서 표로 살펴본 바와 같이 기존에 사용되는 많은 방법들은 적조구제효과가 미미하거나, 2차환경오염의 문제를 유발시키거나 제조단가가 비싸다는 단점들을 지니고 있는 것이 사실이다.

가장 널리 사용되어지고 있는 황토살포법의 경우 비교적 가격은 저렴하게 적조를 구제할 수 있지만, 황토가 적조를 결합하여 바다속으로 침전되는 방식으로 차후 일부 적조가 황토와 분리되어 수면위로 상승하는 문제점이 있으며, 황토가 바다의 해저기면에 퇴적되어 수저생물을 죽이는 등의 다양한 2차환경문제를 유발하고 있는 것이 사실이다.

따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상술한 바와 같은 다양한 문제점들을 극복하여 저렴한 가격으로 양산이 가능하며, 2차 환경오염문제가 없으며 적조구제효율을 극대화시킨 기술을 제공하는데 있다.

액상으로 구성되어 바다에 용해되므로 황토나 광물질을 활용하는 방식처럼 바다의 해저기면에 퇴적되어 수저생물을 해치는 2차적인 문제점이 전혀 없다. 또한 황토나 광물질과 같이 바닷물의 탁도가 높아져 용존산소량을 줄여 물고기가 폐사하는 현상도 방지하였다.

적조(赤潮)는 해양관리에 대한 경각심을 불러일으키고 있다. 바다는 광물 · 수산 자원을 보유하고 있을 뿐 아니라, 최근 문제가 되고 있는 육상오염도 바다를 매개로 완화시킬 수 있다.

적조는 한국 연안 오염의 심각성을 말해주는 현상이다. 적조는 1970년대 중반 마산만에서 발견된 이후 지금까지 주로 항구나 도시 근처 해안가에 국한되어 일어났다. 그러나 이와는 달리 1995년 이래 적조는 그 규모나 적조생물의 종류면에서 큰 차이를 보이고 있다.

적조란 해양과 육상 오염 때문에 바다에 사는 식물 플랑크톤이 갑자기 번식하는 현상이다. 늪지에 가면 녹색으로 물든 작은 연못을 종종 보게 되는데 이 역시 녹색식물인 녹조류가 번식한 것이다. 적조가 일어나면 크게 2가지면에서 문제가 되는데, 우선 적조식물이 갖고 있는 독성이 먹이사슬을 통해 축적되면 인체에도 나쁜 영향을 끼치며, 이 독성 때문에 물고기나 조개와 같은 해양생물이 죽게 된다는 것이다. 물고기나 조개는 직접 중독되어 죽거나 아가미가 막혀 질식해 죽기도 하는데, 이는 갑자기 수가 많아진 식물 플랑크톤이 물고기가 물을 들이마셔 호흡할 때 아가미를 막기 때문이다. 또한 식물 플랑크톤은 2∼3일 살다가 죽어 쌓이게 되는데, 이들 시체가 바닥에서 썩는 과정에서 세균에 의해 산소가 많이 소모되므로 해저바닥이 무산소상태가 된다. 물고기가 죽는 또 하나의 원인이 바로 적조 후 해저에서 일어나는 산소결핍 현상이다.

해양오염을 일으키는 대표적 주범은 유기물인데 바닷물에 유기물이 많으면, 유기물이 썩으면서 식물의 영양분이 되는 질소나 인이 방출되어 식물 플랑크톤이 번식할 수 있는 좋은 조건이 만들어진다.

남해안뿐만 아니라 동해안까지 퍼진 최근의 적조는 연안가가 아닌 먼 바다에 서식하는 종류가 많으며, 오염지역도 매우 넓어지고 있다.

적조가 발생하면 수중의 용존산소가 결핍되어 질식사하거나 적조생물이 생산하는 독소 또는 2차적으로 생긴 황화수소, 메탄가스, 암모니아 등 유독성물질에 의하여 중독사한다. 또한 생산성이 감소되어 어장가치가 떨어진다.

특히 편모조류와 녹색편모조류 중의 몇몇 종은 어패류를 치사시키는 독성을갖고 있다.

담수역에서는 거의 남조류와 녹조류가 적조를 일으키며 외해에서는 Trichodesmium종이 적조를 일으키는 것으로 알려졌다. 와편모조류는 온대 및 아열대 수역에서 중요한 위치를 차지하며 수개의 편모를 가지고 있고, 연안수역에서는 규조류와 편모조류가 주로 적조를 일으키고 있다. 특히 온대지방에서는 저 수온기에는 규조류가 그리고 고 수온기에는 와편모조류가 적조를 일으키고 있다.

상기의 문제점을 해결하고 적조를 효과적으로 구제하기 위해서는 적조의 주변환경을 변형시키는 방법보다 적조자체를 사멸시키는 방식을 취할 필요성이 있다.

먹이 사슬을 끊는 것은 육지로부터의 유기물의 지속적인 유입으로 사실상 불가능하고, 적조를 황토를 사용하여 바다속으로 침전시키는 방법은 2차 환경오염의 문제를 일으키기 때문이다.

따라서 적조원인 생물의 세포벽을 파괴하여 그 원형질을 용출시킴으로써 적조를 원천적으로 제거하는 방법이 필요하다.

플랑크톤은 스스로의 운동능력이 없거나 또는 아주 약하고 수동적으로 행동하는 생물을 말하며 부유생물(浮遊生物)이라고도 한다.

독립영양인가 종속영양인가 여부에 따라 식물플랑크톤과 동물플랑크톤으로 구분되는데 보통 식물플랑크톤의 양이 더 많다. 식물플랑크톤은 규조류,남조류,녹조류,편모조류 등이 있는데 바다에서의 적조의 원인생물은 대부분 규조류나 편모조류이다.

규조류와 편모조류는 식물플랑크톤이기 때문에 세포벽과 세포막을 지닌다(동물플랑크톤은 보통 세포막만 지닌다).

액상으로 적조의 세포벽을 파괴하여 적조를 원천적으로 사멸시키는 방식을 구현하기 위해서는 『아세트산과 에탄올, 아세트알데히드, 프로필렌글리콜』을 주성분으로 혼합물을 구성할 필요성이 있다.

아세트산(acetic acid)이란 에탄산이라고도 하는데, 가장 중요한 카르복시산의 하나이다.

화학식은 CH3COOH이다. 천연 탄수화물이 발효와 산화과정을 거쳐 생성된 묽은 아세트산 수용액을 식초라고 한다. 아세트산의 염·에스테르·아실알 등은 아세트산염이라고 한다. 공업적으로 아세트산은 금속의 아세트산염 제조 및 인쇄과정에 사용된다. 아세트산비닐은 플라스틱 생산에 사용되며, 아세테이트셀룰로오스는 사진 필름과 직물의 주요성분이고, 아세트산에틸과 아세트산부틸 같은 휘발성 유기 에스테르 화합물은 수지·페인트·래커 등의 용매로 널리 쓰이고 있다. 생물학적으로 아세트산은 중요한 물질대사 과정의 중간 생성물이며, 체액(體液)과 식물의 추출액 등 천연에서도 산출된다.

식초로 생산되는 것 이외에 아세트산을 대량으로 합성하는 방법에는 아세틸렌을 수화시켜 아세트알데히드로 만든 후 아세트산으로 산화시키는 방법이 가장 흔히 쓰이며, 에틸알코올을 산화시켜 아세트산을 만드는 공업적 방법이 있다. 순수한 아세트산은 빙초산(氷醋酸)이라고도 하며, 부식성(腐蝕性)이 있는 무색의 액체(끓는점 117.9℃, 녹는점 16.6℃)로 물과 잘 섞인다.

ethyl alcohol

에탄올이란 알코올 화합물 중 가장 중요한 화합물중의 하나이다.

분자식은 C2H5OH이다. 발효에 의해 만들어지는 청량음료의 무독성 성분이다. 에틸알코올을 만드는 3가지 방법으로는 탄수화물의 발효법, 에틸렌의 수화반응, 아세트알데히드(보통 아세틸렌을 수화반응시켜 제조)의 환원법을 들 수 있다. 1930년대 이전에 생산된 모든 에틸알코올은 발효공정으로 만들었으며, 이 공정은 대부분의 나라에서 현재도 가장 중요한 방법으로 쓰이고 있다. 미국에서는 에틸알코올 총생산량의 70∼90%를 에틸렌을 수화시켜 만든다. 발효법은 효모 세포를 성장시킴으로써 탄수화물을 에틸알코올로 변형시키는 방법으로, 이 과정의 주된 원료는 당밀·곡물(옥수수)이다. 에틸렌 수화반응은 에틸렌의 혼합물과 과량의 증기를 통과시키는 방법이다.

발효나 합성과정에 의해 만들어지는 에틸알코올은 묽은 수용액으로 얻어지며 분별증류시켜 농축시켜야 한다. 직접 증류하면 에틸알코올 무게의 95.6%를 차지하는 끓는점이 일정한 혼합물을 얻게 되며, 이 혼합물을 탈수시켜 무수 알코올을 만든다. 음료용 에틸알코올은 모든 나라에서 세금을 부과하므로 공업용 에틸알코올은 마시기에는 부적합하도록 만들어져야 한다. 에틸알코올에 혼합하여 사용하는 전형적인 변성제(變性劑)는 메탄올·장뇌·벤젠·등유 등이 있다. 순수한 에틸알코올은 무색의 가연성 액체(끓는점 78.5℃)로 상쾌한 에테르 냄새와 얼얼한 맛이 난다.

아세트알데히드(acetaldehyde)는 에탄알이라고도 한다.

아세트산, n-부틸알코올, 아세트산에틸과 다른 화합물 등을 합성할 때 출발물질로 사용하는 알데히드이다.

화학식은 CH3CHO이다. 에틸알코올의 산화 또는 아세틸렌의 수화반응에 의해 만들어진다. 순수한 아세트알데히드는 자극적인 과일향이 나는 무색의 가연성 액체로 끓는점은 20.8℃이다.

글리콜(glycol)이란 히드록시기(OH) 2개가 서로 다른 탄소 원자와 결합하고 있는 알코올류에 속하는 유기화합물군의 총칭이다.

흔히 이 용어는 그 중에서 가장 간단한 에틸렌글리콜을 말한다.

1,2-에탄디올이라고도 하며 화학식이 HOCH2CH2OH인 에틸렌글리콜은 단맛의 연한 향기를 지닌 무색의 유성(油性) 액체이다. 상업적으로는 에틸렌을 산화시킨 산화에틸렌으로부터 만든다. 에틸렌글리콜은 자동차의 냉각장치나 수동식 직조공장의 부동액으로, 저온냉각 폭발물이나 제동액(制動液)으로 사용된다. 에틸렌글리콜과 유도체(誘導體) 중 일부는 약한 독성을 갖고 있다.

1,2-프로펜디올이라고도 불리우는 프로필렌글리콜은 에틸렌글리콜과 물리적 성질이 비슷하다. 화학식은 CH3CH(OH)CH2OH이다. 그러나 에틸렌글리콜과는 달리 독성이 없으므로 식품이나 화장품, 구강 위생용품의 용제(溶劑)나 방부제·함습제로 사용된다. 프로필렌글리콜은 프로필렌을 산화시켜 얻은 산화프로필렌으로부터 대량생산된다.

이를 도표로 구성하여 보면 다음과 같다.

[표2]

상기한 구성비는 실험을 통하여 가장 적합한 황금비를 찾아낸 결과이다.

상기 비율로 제한 액상 혼합물을 적조에 살포하면 적조 세포벽을 파괴하여 적조를 원천적으로 사멸시킬 수 있다.

＜실시예＞

1리터의 물에 적조 플랑크톤 약 2,000,000 cells을 투입하고 여기에 0.5㎖의 상술한 방식으로 제조한 적조구제물질을 투입한 결과 [표3] 과 같은 결과가 나왔다.

[표3]

적조구제 및 예방의 효과를 높이기 위하여 4가지 주원료 외에 부수적으로 첨가제를 혼합하여도 되는데 첨가제로는 염화나트륨(NaCl)을 투입할 수 있다. 이 외에 식물에서 추출한 살균력을 지닌 각종 생약성분들도 포함될 수 있다.

상술한 방법으로 제조한 적조구제물질은 짧은 시간내에 적조 구제하는 1차적 효과뿐만 아니라, 액상으로 구성되어 있으므로 적조구제후 황토처럼 물의 탁도가 증가하여 생기는 2차 환경오염의 문제가 없으며, 해저기면에 퇴적되는 문제도 전혀 없다. 또한 저렴한 가격으로 양산할 수 잇다는 장점을 아울러 지니고 있다.

Claims (3)

1. 아세트산(CH3COOH)과 에탄올(C2H5OH), 아세트알데히드(CH3CHO), 프로필렌글리콜[CH3CH(OH)CH2OH]을 주성분으로 하는 액상적조구제물질
2. 제1항에 있어서 4가지 주성분 외에 염화나트륨(NaCl)을 첨가제로 투입하여 제조한 액상적조구제물질
3. 제1항에 있어서 4가지 주성분 외에 각종 생약성분을 첨가제로 투입하여 제조한 액상적조구제물질