KR20070024070A - 하수슬러지 및 불가사리 분말을 포함하는 녹생토 조성물 및그의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하수슬러지 및 불가사리 분말을 포함하는 녹생토 조성물 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유기성 폐자원인 하수슬러지와 폐수산자원인 불가사리를 가공하여 분말로 만든 불가사리 분말 및 석회, 점토 및 마사토 와 같은 토성 원료를 포함하는 작물용 녹생토 조성물 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 하수슬러지 및 불가사리 분말을 포함하는 녹생토 조성물은 하수슬러지의 해양투기, 매립 및 소각에 소요되는 비용을 절감시키고, 유기성 폐기물을 자원화하여 경제적 이익을 극대화시킬 수 있으며, 국내 연안 생태계 및 양식업에 큰 피해를 주고 있는 불가사리를 녹생토 조성물에 첨가물로 사용함으로써 환경보전의 효과를 나타낼 뿐 아니라 칼슘원으로 사용되어, 식물 생장률을 개선시키는 효과가 뛰어나 녹생토 등으로 유용하게 사용될 수 있다.

녹생토, 하수슬러지, 불가사리

Description

하수슬러지 및 불가사리 분말을 포함하는 녹생토 조성물 및 그의 제조 방법 { Composition of seed spray soil comprising sewage sludge and starfish powder, and preparation method thereof }

도 1은 본 발명의 녹생토 조성물 제조 공정을 나타낸 도이다.

도 2는 방사선 조사에 의한 박테리아와 대장균 사멸을 나타낸 도이다.

도 3은 옥수수 잎을 팽화제로 첨가한 본 발명의 녹생토에서 배추의 발아지수 변화를 나타낸 도이다.

도 4는 톱밥을 팽화제로 첨가한 본 발명의 녹생토에서 배추의 발아지수 변화를 나타낸 도이다.

도 5는 옥수수 잎을 팽화제로 첨가한 본 발명의 녹생토에서 상추의 발아지수 변화를 나타낸 도이다.

도 6은 톱밥을 팽화제로 첨가한 본 발명의 녹생토에서 상추의 발아지수 변화를 나타낸 도이다.

본 발명은 하수슬러지 및 불가사리 분말을 포함하는 녹생토 조성물 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.

녹화시공이 행해지는 도로나 골프장, 토목공사 지역의 토양 절개면은 그 대부분이 암반층 또는 식물이 생육하기에 좋지않은 토질로 구성되어 있다. 이들 지역의 토양조건은 토양층이 없거나, 있다 해도 깊이가 낮아 보통 식물이 자리잡기에매우 불리한 환경에 놓이게 마련이다. 또한, 양분이 많은 표토와 표토 부근의 심토가 제거된 토양 지역 및 모암이 노출된 지역은 양분의 용탈 및 수분 보유기능이 크게 저하되어 있고, 또한 이러한 지역은 경사가 있어 침식과 붕괴의 위험을 내재하고 있다.

토양 절개면을 조경하기 위하여, 일반적으로 격자 블럭 등의 조경용 블럭을 설치하고 블럭에 의해 형성되는 공간부에 토양을 수납하여 초목을 심는 공법이 사용되고 있다. 그러나 조경용 블럭을 이용한 공법은 토양 절개면의 경사 각도가 비교적 완만하거나 낮은 경우에는 적용이 가능하지만, 경사면이 높고 요철이 심하거나 급경사인 경우에는 조경용 블럭의 운반 및 설치가 매우 곤란하며, 설치된 후에도 블럭이 자체의 중량에 의해 미끄러져서 적용할 수 없을 뿐 아니라, 특히 토양이 없는 암 절개지의 경우에는 조경용 블럭의 설치가 거의 불가능하므로 조경하지 못하고 그대로 방치하고 있는 실정이다.

상기의 이유로, 근래에는 능형 철조망을 토양 절개면이나 암 절개지에 앵커 로 고정하고 그 위에 일반 토양을 객토하여 식생 조건을 부여하는 공법이 개발되어 있다. 그러나, 이 공법에 있어서는 일반 토양을 객토하는 것이므로 토양의 보습력이 약하여 적어도 30 ㎝이상의 두께로 객토해야 하며, 토양 자체의 중량이 무겁기 때문에 막대한 양과 중량의 토양이 필요하다. 또한, 대형의 고압스프레이 기계 등 시공장비가 필요하여 이들의 운반 및 운전 등에 따라 시공이 매우 곤란하게 될 뿐 아니라 시공 후에도 토양의 토양 절개면이나 암 절개지에 대한 흡착력이 약하기 때문에 토양의 사태가 발생하는 등의 시공 하자를 초래하는 문제점이 있었다.

따라서, 상기와 같은 단점을 극복하고, 피복되기 어려운 지역에 식물이 빠르게 자랄 수 있도록, 사면 부착력 및 내침식성이 우수한 인공토양을 뿌려주는 등의 인위적인 환경을 조성해 주는 녹화시공을 통하여 식물의 성장을 돕게 된다. 이때 사용되는 토양을 녹생토라 한다. 녹생토는 보습력이 양호하고 양분이 다량 함유되어 있어 5 ~ 10 ㎝두께로 시공하더라도 양호한 식생 조건을 부여할 수 있으며, 비중이 비교적 작으므로 시공에 필요한 토량이 경량으로 되고, 시공장비도 소형, 경량화되어 시공이 매우 간편하게 되고, 흡착력이 양호하여 암 절개지의 경우에도 시공 후 사태가 발생할 위험성을 감소시켰다.

녹생토에 있어서, 녹생토가 적용될 지역에의 부착성, 강우 등에 대한 배수성 및 녹화기간이 중요하며, 대한민국 등록특허 제 329382호 및 대한민국 등록특허 제 106764호 등에서 녹생토 조성물 및 이의 제조 방법에 관하여 기재하고 있다.

그러나, 종래 기술들은 초목본류의 발아 및 뿌리의 활착이 고르게 되지 않아 단시일 내에 녹화가 되지 않고 있으며, 부착력이 약한 관계로 장마 시 토양이 유실되는 문제점을 가지고 있어 이를 극복할 만한 녹생토 개발이 필요하다.

한편, 인간이 생활을 영위하는 과정에서 물의 사용은 필연적이라 할 수 있다. 그 과정에서 발생하는 하수는 하수처리공정을 통하여 처리된다. 하수처리공정을 거치게 되면 오니라고도 불리는 슬러지가 발생되는데, 그 가운데 '하수슬러지'는 약 50%의 유기질을 함유하고 있으며, 함수율도 최초 침전슬러지의 96 ∼ 98%, 활성슬러지의 99 ∼ 99.5%로 높기 때문에 처리하는 데 어려움이 있다. 우리나라의 하수슬러지 발생량은 1998 년 이후 매년 약 10 %씩 증가하여 2003 년 기준으로 전국 242개 하수종말처리장에서 연간 2,266,888 톤의 하수슬러지가 발생하고 있으며, 하수처리장의 지속적인 건설로 향후 하수슬러지 발생량의 증가는 불가피한 실정이다.

지금까지는 혐기처리(嫌氣處理)에 의해 하수슬러지를 안정화한 후, 탈수하여 매립하는 방법으로 처분하였다. 그러나 이 방법은 슬러지 양의 증가로 인해 곤란하여, 하수슬러지를 직접 기계탈수한 후 소각하는 방법을 취하고 있다. 그 밖에 습식산화 또는 가열처리 등의 방법도 연구되고 있다. 발생되는 슬러지는 2003 년 기준으로 해양투기(71.7 %), 소각(12.3 %), 재이용(6.7 %), 매립(5 %)의 순으로 처리되고 있으며(환경부, 하수도 통계, 1998 ~ 2003), 매년 상당한 비용이 소요된다. 또한, 해양투기 시 오염물질의 해양에의 축적을 통한 생태계 오염이 확대될 수 있고, 매립이나 소각의 과정에서 침출수나 가스 등의 2차 오염이 유발된다. 그러나 하수슬러지는 유효한 유기물과 질소 함량이 높아 비료나 녹생토 조성물 등으로 재이용 시, 그 자원가치가 매우 높기 때문에 하수슬러지를 효과적으로 활용하기 위한 처리 방법 및 적용에 관한 종래 기술이 다수 존재한다.

대한민국 등록특허 제 222637호에는 하수처리장 슬러지와 축산폐수 공동처리장 오니를 플라이 애쉬(Fly Ash)로 수분 조절하여 호기성 미생물에 의해 발효 처리한 유기질, 비료성분, 규산, 석회, 고토 등 토양개량제 및 탈크, 점토, 토양미생물이 고르게 안정화되어 논토양의 개량에 필요한 모든 성분을 함유한 종합토양개량제를 제조하는 방법을 기술하고 있으며, 대한민국 등록특허 제 486629호에서는 수성 오니를 연료의 사용없이 제강분진과 혼합, 처리하여 수성 오니를 탈취시키고, 재생토양으로서 사용할 수 있도록 하는 수성 오니의 탈수, 탈취방법 및 그로부터 수득되는 재생토양에 관하여 기술하고 있다.

또한, 본 발명자들은 대한민국 공개특허 제 2004-0003303호에서 방사선 및 불가사리 분말을 이용한 하수슬러지 탈수방법을 공개하여, 하수 슬러지뿐 아니라 천적이 없어서 수가 늘어나 해양 생태계를 파괴하고 있어 문제가 되는 불가사리를 활용하는 방법을 제시하였다. 또한, 대한민국 공개특허 제 2004-0055189호에서 불가사리 분말을 활용한 환경친화형 식물성 육묘 포트 및 이의 제조방법을 기술하고 있다.

더 나아가 본 발명자들은, 방사선 조사를 한 하수 슬러지 및 불가사리 분말을 포함하는 조성물이 식물의 발아를 촉진시키는 생육촉진 효과가 있어 녹생토로의 활용이 가능함을 확인하여 본 발명을 완성하였다.

본 발명은 하수슬러지를 재활용할 수 있고, 생태계에 피해를 주고 있는 불가사리를 영양원으로 이용하는 하수슬러지 및 불가사리 분말을 포함하는 녹생토 조성물을 제공하고자 한다.

또한, 본 발명은 상기 하수슬러지 및 불가사리 분말을 포함하는 녹생토 조성물의 제조 방법을 제공하고자 한다.

본 발명은 하수슬러지 및 불가사리 분말을 포함하는 녹생토 조성물을 제공한다.

또한, 본 발명은 하수슬러지 및 불가사리 분말을 포함하는 녹생토 조성물의 제조 방법을 제공한다.

이하, 본 발명에 관하여 상세히 설명한다.

본 발명의 녹생토 조성물은 하수슬러지 및 불가사리 분말을 포함하며, 다양한 토성(土性) 원료, 바람직하게는 석회, 점토 및 마사토를 추가적으로 포함할 수 있다.

'하수슬러지'는 오니라고도 불리우며, 하수의 하수처리공정을 통하여 생성되 므로 하수처리장 등의 하수슬러지가 발생하는 곳에서 구입 또는 제공받아 사용할 수 있다. 하수슬러지는 약 50%의 유기질, 질소, 인산, 마그네슘 및 무기질 등을 함유하고 있으며, 함수율이 높아, 작물용 비료 등에 사용되고 있다.

또한, '불가사리 분말'은 이미 수거된 불가사리를 이용하여 제조된 것일 수 있다. 불가사리 분말에는 식물의 생장에 필요한 미량원소인 Ca^{2 +} 및 다양한 미량원소들을 다량 함유하고 있기 때문에 이를 포함하는 본 발명의 녹생토 조성물은 식물에 충분한 양의 Ca²⁺를 공급하여 식물 생장을 촉진할 수 있다. 본 발명의 녹생토 조성물은 하수슬러지 100 중량부에 대해 불가사리 분말을 바람직하게는 1 ~ 20 중량부, 더욱 바람직하게는 3 중량부를 포함한다. 불가사리 분말이 상기 범위 이상이 되면 불가사리 수거비용에 따른 경제성이 맞지 않고, 상기 범위에 미치지 못하면 하수슬러지의 탈수성이 불량하게 되며, 불가사리 분말에 포함되어 있는 Ca^{2 +} 및 다양한 미량원소들의 효과를 기대하기 어렵다.

또한, 본 발명의 녹생토 조성물은 토성을 부여할 만한 다양한 토성 원료, 바람직하게는 석회, 점토 및 마사토를 포함할 수 있다.

상기 토성 원료로는 화산석 분말, 토탄(peat), 연탄재, 밭흙, 갈탄, 톱밥, 석회, 점토 및 마사토 등의 일반적으로 인공토양에 포함되는 원료가 사용될 수 있다. 상기 화산석 분말은 경석, 송이, 난석, 부석 등을 포함하며, 이는 화산 분출물이 암석 속의 수분과 휘발성분을 방출하여 다공질로 변한 것으로서 규산 성분을 많이 함유한 백색을 띤 것과 철분을 많이 함유한 암갈색을 띤 것이 있다. 회백색을 띤 것은 가볍고 부서지기 쉬우며 일명 '부석'이라고 부르며, 암갈색을 띤 것은 단단하고 무거우며 암갈색의 분출물로서 경량 콘크리이트용 골재로도 사용되고 있다. 화산석에는 활성 알루미늄과 철분이 많아서 인산의 흡수력이 2배 이상이나 되며, 유기물로 다량 함유되어 있는 것이 특징이다. 또한, 토탄은 석탄처럼 지하에 매몰된 수목질이 오랜 세월 동안에 지압과 지열작용을 받아 생성된 것과는 달리, 이끼류 ·갈대 ·사초 등의 화본과식물, 때로는 소나무·자작나무 등의 수목질의 유체가 분지에 두껍게 퇴적하여 물의 존재하에서 균류 등의 생물화학적인 변화를 받아 분해·변질된 것이다.

또한, 상기 '석회'는 생석회(산화칼슘) CaO를 가리키며, 녹생토 조성물 내에서 슬러지의 부숙 시 발생하는 산성물질을 중화시켜 식물 생장을 증진시키는 역할을 한다. 본 발명의 녹생토 조성물은 석회를 하수슬러지 및 불가사리 분말 100 중량부에 대해 바람직하게는 0.1 ~ 20 중량부, 더욱 바람직하게는 1 중량부 포함한다. 석회가 상기 범위 이상이 되면 강알칼리를 띠게 되고, 상기 범위에 미치지 못하면 산성물질 중화의 효과를 얻을 수 없다.

또한, '점토'는 주로 규소, 알루미늄과 물이 결합하여 점토광물이 이루어진 지름이 0.004 mm 이하인 미세한 흙 입자를 의미한다. 점토는 모래나 실트에 비해서 단위무게당 표면적이 훨씬 넓어 토양 중에서는 부식(腐植)과 함께 가장 활동적인 부분이며, 수분 및 양분의 보유력이 강하여 녹생토 조성물 제조 시 함수율을 조절할 수 있고, 통기성을 확보할 수 있게 한다. 본 발명의 녹생토 조성물은 점토를 하수슬러지 및 불가사리 분말 100 중량부에 대해 바람직하게는 5 ~ 50 중량부, 더욱 바람직하게는 25 중량부 포함한다. 점토가 상기 범위 이상이 되면 녹생토의 수분 보유력이 감소하고, 상기 범위에 미치지 못하면 수분함량이 과도하여 녹생토의 통기성이 나빠진다.

또한, '마사토'는 땅속에서 채취되는 붉은 색을 띠는 단립구조의 자연토양으로서, 이물질 및 병균이 없고 배수력이 뛰어나 오염도가 낮으며, 종자 발아시 발아 기반층이 되며, 원래 지반의 토양과 흡착력을 증대시키는 역할을 한다. 본 발명에서는 점토와 마찬가지로 녹생토 조성물에서 함수율을 조절할 수 있고, 통기성을 확보할 수 있게 한다. 본 발명의 녹생토 조성물은 마사토를 하수슬러지 및 불가사리 분말 100 중량부에 대해 바람직하게는 5 ~ 50 중량부, 더욱 바람직하게는 25 중량부 포함한다. 마사토가 상기 범위 이상이 되면 녹생토의 수분보유가 감소하여 흡착력이 감소하고, 상기 범위에 미치지 못하면 함수율이 증가한다.

본 발명의 하수슬러지 및 불가사리 분말을 포함하는 녹생토 조성물은 하수슬러지를 재활용하여 제조되기 때문에 하수슬러지의 해양투기, 매립 및 소각에 소요되는 비용을 절감시키고, 유기성 폐기물을 자원화하여 경제적 이익을 극대화시킬 수 있으며, 국내 연안 생태계 및 양식업에 큰 피해를 주고 있는 불가사리 분말을 녹생토 조성물에 첨가물로 사용함으로써 환경보전의 효과를 얻을 수 있다.

또한, 배추, 상추씨를 이용한 발아지수 실험 결과, 발아율이 증가됨이 확인되어 식물의 생장을 개선시키는 효과가 있음이 확인되었다. 발아지수 시험은 각종 퇴비의 부숙도와 식물에 대한 안전성을 동시에 평가할 수 있는 적절한 퇴비 부숙도 평가법으로 발아지수가 클수록 부숙도 및 영양물질이 많음을 의미하고, 특히 발아지수가 80 이상이면 식물에 독성을 끼치지 않는다고 보고된바 있다[Zucconi F. 등, Elaluating Toxicity of Immature Compost, BioCycle, Vol. 18, pp 53~57, 1981]. 식물 생장 개선 효과는 불가사리 분말이 칼슘원으로 작용하기 때문이며, 하수슬러지 및 불가사리 분말에 식물 생장을 촉진시키는 다른 물질 또는 성분 등을 추가적으로 첨가하여 작물용 녹생토 등으로 유용하게 사용될 수 있다.

또한, 본 발명은 도 1과 같은

(a) 불가사리 분말을 제조하는 단계;

(b) 상기 불가사리 분말을 하수슬러지에 첨가하고 혼합하는 단계;

(c) 상기 불가사리 분말이 첨가된 하수슬러지에 방사선을 조사하는 단계;

(d) 상기 방사선 조사된 불가사리 분말이 첨가된 하수슬러지를 탈수하는 단계;

(e) 상기 탈수된 불가사리 분말이 첨가된 하수슬러지에 토성 원료를 첨가, 혼합하여 혼합물을 얻는 단계; 및

(f) 상기 혼합물을 부숙시키는 단계를 포함하는 하수슬러지 및 불가사리 분말을 포함하는 녹생토 조성물의 제조 방법을 제공한다.

단계 (a)에서는 불가사리 분말을 제조한다.

불가사리 분말을 제조하기 위하여, 수거된 불가사리를 자연수로 세척 및 건조한 후 분쇄하여 얻어진 분말 형태를 사용한다. 상기 자연수는 수거된 불가사리에 존재하는 염분 및 불순물 제거를 위한 세척수로 수돗물, 지하수 및 지표수 등이 이에 해당된다. 분쇄는 통상적인 분쇄기를 이용하며, 입자가 큰 분쇄물을 제거하기 위하여 체 등을 사용하여 선별하여 최종 분말을 얻는다.

단계 (b)에서는, 단계 (a)에서 제조된 불가사리 분말을 하수슬러지에 첨가하고 혼합한다.

상기 하수슬러지는 하수처리장 등의 하수슬러지가 발생하는 곳에서 구입 또는 제공받아 사용할 수 있다. 단계 (a)에서 제조된 불가사리 분말을 하수슬러지 100에 대하여 바람직하게는 1 ~ 20 중량부, 더욱 바람직하게는 3 중량부 첨가하여 잘 혼합한다. 불가사리 분말이 상기 범위 이상이 되면 불가사리 수거비용에 따른 경제성이 맞지 않고, 상기 범위에 미치지 못하면 하수슬러지의 탈수성이 불량하게 되며, 불가사리 분말에 포함되어 있는 Ca^{2 +} 및 다양한 미량원소들의 효과를 기대하기 어렵다.

단계 (c)에서는, 단계 (b)에서 혼합된 불가사리 분말이 첨가된 하수슬러지를 방사선 조사한다.

본 발명의 제조 방법에서 사용하는 하수슬러지에는 각종 미생물 및 유기물이 존재하는데, 이들을 제거하고, 부숙 기간을 단축하기 위하여, 방사선을 조사한다. 상기 방사선은 감마선, 전자선 또는 플라즈마가 바람직하며, 상기 감마선은 Co⁶⁰, Co⁵⁶, Sc⁴⁶, Na²², Cs¹³⁴ 또는 전자선 가속기에서 발생하는 것이 바람직하다. 또한, 방사선의 조사량은 방사선 흡수선량을 기준으로 1 kGy ~ 1 MGy 조사하는 것이 바람직하다. 방사선 조사량이 상기 범위 미만인 경우 미생물 사멸이 어려우며, 상기 범위를 초과한 경우 방사선 조사 비용이 증가하는 단점이 있다.

단계 (d)에서는, 단계 (c)에서 방사선 조사된 불가사리 분말이 첨가된 하수슬러지를 탈수한다.

이후의 제조 단계를 용이하게 하고, 최종 녹생토 조성물을 취급하기 쉽게 하기 위하여 방사선 조사된 불가사리 분말이 첨가된 하수슬러지를 탈수하며, 탈수 과정은 당 업계에 알려진 다양한 여과과정을 이용할 수 있으며, 바람직하게는 원심탈수기, 필터프레스, 벨트프레스를 이용한다.

단계 (e)에서는, 단계 (d)에서 탈수된 불가사리 분말이 첨가된 하수슬러지에 토성 원료, 바람직하게는 석회, 점토 및 마사토를 첨가, 혼합하여 혼합물을 얻는다.

상기 토성 원료로는 화산석 분말, 토탄(peat), 연탄재, 밭흙, 갈탄, 톱밥, 석회, 점토 및 마사토 등의 일반적으로 인공토양에 포함되는 원료가 사용될 수 있 다. 상기 화산석 분말은 경석, 송이, 난석, 부석 등을 포함하며, 이는 화산 분출물이 암석 속의 수분과 휘발성분을 방출하여 다공질로 변한 것으로서 규산 성분을 많이 함유한 백색을 띤 것과 철분을 많이 함유한 암갈색을 띤 것이 있다. 회백색을 띤 것은 가볍고 부서지기 쉬우며 일명 '부석'이라고 부르며, 암갈색을 띤 것은 단단하고 무거우며 암갈색의 분출물로서 경량 콘크리이트용 골재로도 사용되고 있다. 화산석에는 활성 알루미늄과 철분이 많아서 인산의 흡수력이 2배 이상이나 되며, 유기물로 다량 함유되어 있는 것이 특징이다. 또한, 토탄은 석탄처럼 지하에 매몰된 수목질이 오랜 세월 동안에 지압과 지열작용을 받아 생성된 것과는 달리, 이끼류 ·갈대 ·사초 등의 화본과식물, 때로는 소나무·자작나무 등의 수목질의 유체가 분지에 두껍게 퇴적하여 물의 존재하에서 균류 등의 생물화학적인 변화를 받아 분해·변질된 것이다.

상기 '석회'는 생석회(산화칼슘) CaO를 가리키며, 녹생토 조성물에 첨가함으로써 슬러지의 부숙 시 발생하는 산성물질을 중화시켜 식물 생장을 증진시키는 효과가 있다. 바람직하게는 불가사리 분말이 첨가된 하수슬러지 100 중량부에 대하여 0.1 ~ 20 중량부, 더욱 바람직하게는 1 중량부 첨가한다. 석회가 상기 범위 이상이 되면 강알칼리를 띠게 되고, 상기 범위에 미치지 못하면 산성물질 중화의 효과를 얻을 수 없다.

또한, 상기 '점토'는 주로 규소, 알루미늄과 물이 결합하여 점토광물이 이루어진 지름이 0.004 mm 이하인 미세한 흙 입자를 의미한다. 점토는 모래나 실트에 비해서 단위무게당 표면적이 훨씬 넓어 토양 중에서는 부식(腐植)과 함께 가장 활 동적인 부분이며, 수분 및 양분의 보유력이 강하여 녹생토 조성물 제조 시 함수율을 조절할 수 있고, 통기성을 확보할 수 있게 한다. 바람직하게는 불가사리 분말이 첨가된 하수슬러지 100 중량부에 대하여 5 ~ 50 중량부, 더욱 바람직하게는 25 중량부 첨가한다. 점토가 상기 범위 이상이 되면 녹생토의 수분 보유력이 감소하고, 상기 범위에 미치지 못하면 수분함량이 과도하여 녹생토의 통기성이 나빠진다.

또한, 상기 '마사토'는 땅속에서 채취되는 붉은 색을 띠는 단립구조의 자연토양으로서, 이물질 및 병균이 없고 배수력이 뛰어나 오염도가 낮으며, 종자 발아시 발아 기반층이 되며, 원래 지반의 토양과 흡착력을 증대시키는 역할을 한다. 본 발명에서는 점토와 마찬가지로 녹생토 조성물 제조 시 함수율을 조절할 수 있고, 통기성을 확보할 수 있게 한다. 바람직하게는 불가사리 분말이 첨가된 하수슬러지 100 중량부에 대하여 5 ~ 50 중량부, 더욱 바람직하게는 25 중량부 첨가한다. 마사토가 상기 범위 이상이 되면 녹생토의 수분보유가 감소하여 흡착력이 감소하고, 상기 범위에 미치지 못하면 함수율이 증가한다.

상기 석회, 점토 및 마사토는 상업적으로 판매하는 것을 구입하여 사용하거나 직접 채취하여 사용할 수 있다.

단계 (f)에서는, 단계 (e)에서 만들어진 혼합물을 부숙시킨다.

상기 '부숙(Composting)'은 농업에서 '썩힘'이라고도 하며, 유기물, 미생물 및 분해 작용을 받고 있는 중간 생성물들이 더 이상 반응이 일어나지 않을 정도의 상태가 되는 과정을 의미한다. 본 발명의 제조 방법에서는 상기 단계 (4)에서 석 회, 점토 및 마사토를 첨가하기 때문에 부숙 기간을 단축시켜, 바람직하게는 10 ~ 60일 동안 부숙시킨다. 부숙을 10일 미만으로 실시하면 부숙이 충분히 일어나지 않아 불안정한 상태이며, 부숙을 60일 이상 실시하는 것은 이미 부숙이 끝난 후이므로 의미가 없어진다. 부숙이 끝나면 안정한 상태의 본 발명의 녹생토 조성물이 제조된다.

상기와 같은 본 발명의 녹생토 조성물 제조 방법은 하수슬러지에 방사선을 조사함으로써 부숙 기간을 단축할 수 있으며, 별도의 화학약품을 투입하지 않고 방사선을 이용하여 병원성 미생물을 사멸시키기 때문에 2차적인 환경오염을 방지할 수 있다. 또한, 토성 원료로서 석회를 첨가함으로써 슬러지의 부숙 시 발생하는 산성물질을 중화시켜 식물 생장을 증진시키는 효과가 있고, 석회, 점토와 마사토를 첨가물로 사용함으로써 녹생토 조성물 제조 시 함수율을 조절할 수 있고, 통기성을 확보할 수 있다. 따라서, 본 발명의 녹생토 조성물의 제조 방법은 환경친화적인 방법을 이용하여 환경 및 생태계의 복원을 가능하게 한다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예 및 실험예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예 및 실험예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.

실시예 1: 본 발명의 녹생토 조성물 제조

1-1: 방사선 조사

본 발명의 녹생토 조성물을 제조하기에 앞서, 제조 단계 중 하나인 방사선 조사 단계의 효과를 확인하기 위하여 하기와 같은 실험을 하였다.

방사선 조사는 1 MeV, 40 kW급, ELV-4모델의 전자선가속기를 이용해 흡수선량 기준으로 각각 15 kGy의 선량의 전자선을 조사하여 실시하였다. 액상의 하수슬러지와 불가사리 분말을 혼합한 후, 전자선이 투과할 수 있도록 두께를 3 ㎜이하, 폭을 10 ㎝로 하는 얇은 막 형태로 분무하며 조사하였다.

결과는 도 2에 나타내었다.

도 2에 나타난 바와 같이, 방사선의 높은 에너지가 수산기 라디칼을 형성시켜 미생물의 세포벽을 파괴함으로써 낮은 조사량에서도 하수슬러지 중에 포함되어 있는 대장균 및 일반세균을 99.99% 이상 사멸시켰다. 따라서, 방사선 조사를 통하여 하수슬러지의 미생물이 살균됨을 확인할 수 있었다.

1-2: 본 발명의 녹생토 조성물 제조

본 발명의 녹생토 조성물은 폐기물의 재활용 측면에서 하수처리 과정 중에 발생되는 하수슬러지 및 폐수산 자원인 불가사리를 이용하여 하기와 같이 제조되었다.

우선, 해안에서 수거된 불가사리를 자연수로 세척한 후 105℃의 건조기에서 3시간 동안 건조하였다. 상기 건조된 불가사리를 분쇄기(Micro-mill, Scienceware사)로 분쇄한 후 300 ㎛ 크기 이하로 체가름하여 불가사리 분말을 제조하였다. 하 수슬러지 100 ㎖에 불가사리 분말 3 g을 첨가한 후, 탈수하였다. 하수슬러지에 포함된 병원성 미생물을 제거하고 유기물의 가용화를 증진시키기 위하여, 탈수 후 조사량은 15 kGy로 하였으며, 상기 실시예 1-1에서와 같은 방법으로 방사선 조사하였다. 방사선이 조사된 불가사리 분말이 첨가된 하수슬러지에 석회, 점토 및 마사토를 각각 1 g, 25 g, 25 g 혼합한 후, 60일 동안 부숙시켜 최종적으로 녹생토 조성물을 제조하였다.

비교예 1 및 2: 비교 녹생토 조성물 의 제조

본 발명의 녹생토 조성물 제조 단계에 포함되는 방사선 조사 또는 불가사리 분말 첨가를 하지 않은 녹생토 조성물을 제조하였다.

상기 실시예 1-2의 방법과 동일한 방법으로 제조하였으나, 비교예 1은 방사선 조사, 불가사리 분말 첨가 모두 하지 않았고, 비교예 2는 방사선 조사는 하지 않고, 불가사리 분말은 첨가하였다.

실험예 1 내지 4: 본 발명의 녹생토 조성물의 생육 촉진 효능 측정

본 발명의 녹생토 조성물의 생육 촉진 효능을 측정하기 위하여 하기와 같은 실험을 하였다

상기 실시예에서 제조한 녹생토 조성물, 또는 비교예 1 또는 2에서 제조한 녹생토 조성물 100 중량부에 대해 팽화제로서 옥수수 잎 20 ~ 40 중량부, 또는 톱밥 24 중량부를 첨가하여 C/N 비와 수분을 조절하였다.

발아지수 평가를 위해 퇴비시료 5 g에 1 : 20(W/V)으로 증류수 100 ㎖를 가하여 중탕기에서 약 70℃로 2시간 환류냉각한 후, 추출하고 상온으로 식혀 여과하였다. 여과하여 나온 여액 5 ㎖를 여과지가 깔린 페트리 접시에 첨가하고 배추씨와 상추씨를 각각 10개씩 파종하여. 5일 후에 발아생태와 뿌리길이를 측정한 후 아래의 식을 이용하여 발아지수를 구하였다.

결과는 도 3 내지 6에 나타내었다.

도 3에 나타난 바와 같이, 옥수수 잎을 팽화제로서 녹생토 조성물의 추출물에서 배추 종자의 발아 실험을 한 결과, 방사선 조사 및 불가사리 분말 첨가를 하지 않은 비교예 1보다 방사선 조사는 하지 않고 불가사리 분말을 첨가한 비교예 2의 발아율이 높았으며, 이들보다 방사선 조사 및 불가사리 분말 첨가를 모두 실시한 실시예에서 배추의 발아율이 가장 많이 증가하였다.

또한, 도 4에 나타난 바와 같이, 톱밥을 팽화제로서 녹생토 조성물의 추출물에서 배추 종자의 발아 실험을 한 결과, 방사선 조사 및 불가사리 분말 첨가를 하지 않은 비교예 1보다 방사선 조사는 하지 않고 불가사리 분말을 첨가한 비교예 2의 발아율이 높았으며, 이들보다 방사선 조사 및 불가사리 분말 첨가를 모두 실시 한 실시예에서 배추의 발아율이 가장 많이 증가하였다.

또한, 도 5에 나타난 바와 같이, 옥수수 잎을 팽화제로서 녹생토 조성물의 추출물에서 상추 종자의 발아 실험을 한 결과, 방사선 조사 및 불가사리 분말 첨가를 하지 않은 비교예 1보다 방사선 조사는 하지 않고 불가사리 분말은 첨가한 비교예 2의 발아율이 높았으며, 이들보다 방사선 조사 및 불가사리 분말 첨가를 모두 실시한 실시예에서 배추의 발아율이 가장 많이 증가하였다.

또한, 도 6에 나타난 바와 같이, 톱밥을 팽화제로서 녹생토 조성물의 추출물에서 상추 종자의 발아 실험을 한 결과, 방사선 조사 및 불가사리 분말 첨가를 하지 않은 비교예 1보다 방사선 조사는 하지 않고 불가사리 분말은 첨가한 비교예 2의 발아율이 높았으며, 이들보다 방사선 조사 및 불가사리 분말 첨가를 모두 실시한 실시예에서 배추의 발아율이 가장 많이 증가하였다.

따라서, 배추와 상추의 경우 모두 방사선을 조사한 녹생토 조성물 추출물에서의 발아율이 조사하지 않은 녹생토 조성물의 추출물에서의 발아율에 비하여 발아율이 증가하였음을 확인하였다.

본 발명의 하수슬러지 및 불가사리 분말을 포함하는 녹생토 조성물은 하수슬러지를 재활용하여 제조되기 때문에 하수슬러지의 해양투기, 매립 및 소각에 소요되는 비용을 절감시키고, 유기성 폐기물을 자원화하여 경제적 이익을 극대화시킬 수 있으며, 국내 연안 생태계 및 양식업에 큰 피해를 주고 있는 불가사리를 녹생토 조성물에 첨가물로 사용함으로써 환경보전의 효과를 얻을 수 있다. 또한, 불가사리 분말을 칼슘원으로 포함하고 있기 때문에 식물 생장률을 개선시키는 효과가 뛰어나 녹생토 등으로 유용하게 사용될 수 있다. 또한, 본 발명의 녹생토 조성물의 제조 과정에 있어서, 하수슬러지에 방사선을 조사함으로써 부숙 기간을 단축할 수 있으며, 별도의 화학약품을 투입하지 않고 방사선을 이용하여 병원성 미생물을 사멸시키기 때문에 2차적인 환경오염을 방지할 수 있고, 석회를 첨가함으로써 슬러지의 부숙 시 발생하는 산성물질을 중화시켜 식물 생장을 증진시키는 효과가 있다. 또한, 토성 원료로서 석회, 점토와 마사토를 사용함으로써 녹생토 조성물 제조 시 함수율을 조절할 수 있고, 통기성을 확보할 수 있다. 따라서, 본 발명의 녹생토 조성물 및 그의 제조 방법은 환경친화적인 방법을 이용하여 환경 및 생태계를 복원하고, 아울러 폐기물이 재화가치를 가진 제품으로 제조되는 것을 가능하게 한다.

Claims (18)

1. 하수슬러지 및 불가사리 분말을 포함하는 녹생토 조성물.
2. 제 1항에 있어서, 상기 하수슬러지 100 중량부에 대해 상기 불가사리 분말을 3 중량부 포함하는 것을 특징으로 하는 녹생토 조성물
3. 제 1항에 있어서, 화산석 분말, 토탄(peat), 연탄재, 밭흙, 갈탄, 톱밥, 석회, 점토 및 마사토 등을 포함하는 군으로부터 하나 이상 선택되어진 토성 원료를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 녹생토 조성물.
4. 제 3항에 있어서, 상기 토성 원료는 석회, 점토 및 마사토인 것을 특징으로 하는 녹생토 조성물.
5. 제 4항에 있어서, 상기 석회를 총 녹생토 조성물 100 중량부에 대해 0.1 ~ 20 중량부 포함하는 것을 특징으로 하는 녹생토 조성물.
6. 제 4항에 있어서, 상기 점토를 총 녹생토 조성물 100 중량부에 대해 5 ~ 50 중량부 포함하는 것을 특징으로 하는 녹생토 조성물.
7. 제 4항에 있어서, 상기 마사토를 총 녹생토 조성물 100 중량부에 대해 5 ~ 50 중량부 포함하는 것을 특징으로 하는 녹생토 조성물.
8. 불가사리 분말을 제조하는 단계;

   상기 불가사리 분말을 하수슬러지에 첨가하고 혼합하는 단계;

   상기 불가사리 분말이 첨가된 하수슬러지에 방사선을 조사하는 단계;

   상기 방사선 조사된 불가사리 분말이 첨가된 하수슬러지를 탈수하는 단계;

   상기 탈수된 불가사리 분말이 첨가된 하수슬러지에 토성 원료를 첨가, 혼합하여 혼합물을 얻는 단계; 및

   상기 혼합물을 부숙시키는 단계를 포함하는 하수슬러지 및 불가사리 분말을 포함하는 녹생토 조성물의 제조 방법.
9. 제 8항에 있어서, 상기 불가사리 분말을 상기 하수슬러지 100에 대하여 3 중량부 혼합하는 것을 특징으로 하는 녹생토 조성물의 제조 방법.
10. 제 8항에 있어서, 상기 방사선은 감마선, 전자선 및 플라즈마로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 녹생토 조성물의 제조 방법.
11. 제 10항에 있어서, 상기 감마선은 Co⁶⁰, Co⁵⁶, Sc⁴⁶, Na²², Cs¹³⁴ 및 전자선 가속기로 이루어진 군으로부터 선택된 것으로부터 발생되는 것임을 특징으로 하는 녹생토 조성물의 제조 방법.
12. 제 8항에 있어서, 상기 방사선은 흡수선량 기준으로 1 kGy ~ 1 MGy 조사하는 것을 특징으로 하는 녹생토 조성물의 제조 방법.
13. 제 8항에 있어서, 상기 토성 원료는 화산석 분말, 토탄(peat), 연탄재, 밭흙, 갈탄, 톱밥, 석회, 점토 및 마사토 등을 포함하는 군으로부터 하나 이상 선택 되는 것을 특징으로 하는 녹생토 조성물의 제조 방법.
14. 제 13항에 있어서, 상기 토성 원료는 석회, 점토 및 마사토인 것을 특징으로 하는 녹생토 조성물의 제조 방법.
15. 제 13항에 있어서, 상기 석회를 상기 불가사리 분말이 첨가된 하수슬러지 100에 대하여 0.1 ~ 20 중량부 첨가하는 특징으로 하는 녹생토 조성물의 제조 방법.
16. 제 13항에 있어서, 상기 점토를 상기 불가사리 분말이 첨가된 하수슬러지 100에 대하여 5 ~ 50 중량부 첨가하는 것을 특징으로 하는 녹생토 조성물의 제조 방법.
17. 제 13항에 있어서, 상기 마사토를 상기 불가사리 분말이 첨가된 하수슬러지 100에 대하여 5 ~ 50 중량부 첨가하는 것을 특징으로 하는 녹생토 조성물의 제조 방법.
18. 제 8항에 있어서, 상기 부숙은 10 ~ 60일 동안 이루어지는 것을 특징으로 하는 녹생토 조성물의 제조 방법.

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