KR20080065573A

KR20080065573A - 친환경 활성 천연광물 수질개선제 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20080065573A
Application number: KR1020080059483A
Authority: KR
Inventors: 박기호; 이진국
Original assignee: 박기호; 이진국
Priority date: 2008-06-24
Filing date: 2008-06-24
Publication date: 2008-07-14
Also published as: WO2009157681A3; WO2009157681A2; KR100915958B1

Abstract

본 발명은 저수지, 하천 및 자연 호소(湖沼) 등에 살포되어 녹조, 적조 및 각종 오탁물(汚濁物)로 오염된 수질을 개선하는 수질개선제 및 그 제조방법으로서, 본 발명의 수질개선제는 클리높틸로라이트(clinoptilolite), 조암광물, 점토광물 및 화산재 등의 천연광물이 혼합 구성되어, 오탁물을 응집, 침전시킴으로써 탁도를 비롯한 수질을 개선한다.

본 발명을 통하여 저수지, 하천 및 자연 호소의 탁도 등 수질을 개선함으로써, 수생생물의 서식환경을 개선하고, 수변경관 확보 및 친수환경 조성 효과를 얻을 수 있으며, 처리시설의 증설 없이도 용수(用水)의 취수원 자체를 정화함으로써 각종 수처리시설의 처리부하를 경감하고 관련 시설의 건설 및 유지관리비용을 절감하는 효과를 얻을 수 있다.

수질개선, 클리높틸로라이트(clinoptilolite), 조암광물(造巖鑛物)

Description

친환경 활성 천연광물 수질개선제 및 그 제조방법{Eco-friendly active natural mineral water quality improvement composition and its manufacturing method}

천연광물을 주재로 하는 본 발명은 수생생물에 미치는 영향을 최소화하면서도 별도의 대규모 처리설비 없이 간편한 살포만으로 수질을 개선할 수 있다.

저수지, 하천 및 자연 호소의 오염 원인으로는 각종 점오염원 및 비점오염원으로부터의 오염물 유입, 수온상승 및 부영양화 등에 따른 녹조 및 담수적조의 발생, 홍수 및 건설공사 등에 의한 오탁물의 유입 등을 들 수 있다.

이러한 수질오염의 유형별 대처방안으로서, 각각 산업시설의 배출 오폐수 및 도시하천의 초기 강우유출 등으로 대표되는 점오염원 및 비점오염원은 각종 하폐수처리시설을 들 수 있으며, 녹조 및 담수적조 등은 오염수계에 대한 석회계 수처리제의 살포 등을 들 수 있다.

저수지, 하천 및 자연 호소의 탁도를 비롯한 수질을 저하시킬 뿐 아니라 수변경관 및 수생생물의 서식환경을 훼손하는 녹조 및 담수적조의 원인으로는 수온상승과 부영양화를 들 수 있는데, 이중 부영양화의 대표적인 원인은 점오염원 및 비점오염원으로부터 과다 유입된 유기물이나 영양염류라 할 수 있으므로, 이들의 처리시설인 하폐수처리시설 또한 녹조 및 담수적조 발생을 억제하는 역할을 수행한다 할 수 있다.

각종 생물학적, 화학적, 물리적 처리기법을 적용하여 오염된 물을 정화처리하는 하폐수처리시설은 고농도의 유기물은 물론 영양염류 또한 처리가 가능하지만, 이는 정해진 처리용량 내에서 특정 오염원으로부터 배출된 하폐수만을 처리하는 시설으로서, 동일한 처리기법을 일반 하천이나 호소 등에 적용하는 것은 불가능하다.

이에, 하천이나 호소에 대한 직접 처리기법으로서 하천을 사행화(蛇行化)하거나 인공습지를 조성하는 등 자정작용을 극대화하는 방법 또는 석회계 수처리제를 살포하는 방법 등이 개발되어 적용되고 있으나, 사행천 또는 인공습지의 조성은 막대한 건설비가 소요될 뿐 아니라 유의한 효과를 얻기까지 장기간이 소요되는 문제점이 있으며 강알칼리성인 석회계 수처리제의 살포는 수생생물의 서식환경을 파괴할 수 있는 심각한 문제점이 있었다.

본 발명은 전술한 문제점을 감안하여 창안한 천연광물이 혼합된 분말상의 수질개선제로서, 클리높틸로라이트(clinoptilolite) 60중량% 내지 80중량%, 조암광물(造巖鑛物) 7중량% 내지 15중량%, 고CEC점토광물(高 Cation Exchange Capcity 粘土鑛物) 5중량% 내지 10중량%, 화산재 5중량% 내지 10중량% 및 돌로마이트 2중량% 내지 6중량%로 구성됨을 특징으로 하는 친환경 활성 천연광물 수질개선제이며, 여기서 고CEC점토광물은 버미큘라이트(vermiculite), 몬모릴로나이 트(montmorillonite) 및 일라이트(illite)이다.

또한, 상기 수질개선제를 제조하는 방법으로서, 클리높틸로라이트(clinoptilolite), 조암광물(造巖鑛物), 고CEC점토광물(高 Cation Exchange Capcity 粘土鑛物), 화산재 및 돌로마이트를 300메시(mesh) 체를 통과하는 입경으로 분쇄하는 단계와, 이들을 혼합하여 혼합분말을 구성하는 단계와, 혼합분말을 150℃로 가열하면서 다시 분쇄하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 친환경 활성 천연광물 수질개선제의 제조방법이다.

본 발명의 상세한 구성을 설명하면 다음과 같다.

저수지, 하천 및 자연 호소 등에 빈번하게 발생되는 탁수(濁水)현상은 콜로이드상의 오탁물 입자가 주요 원인이며, 이러한 오탁물 입자는 전기적으로 음이온의 성질을 가진다.

본 발명의 주요 구성요소는 클리높틸로라이트(clinoptilolite) 및 버미큘라이트(vermiculite)와 같은 양이온치환용량(CEC, Cation Exchange Capcity)이 큰 광물로서, 표면에 많은 음전하가 발달하고 있어 많은 양의 양이온을 치환할 수 있다.

양이온을 치환한 본 발명의 수질개선제 입자는 음전하를 띤 표면에 양이온이 분포되어 오탁물 입자를 응집하는 반응구조를 가지고 있으며, 이러한 과정을 도시하면 도 1과 같다.

즉, 본 발명은 클리높틸로라이트를 주재로 각종 천연광물이 혼합된 분말상의 수질개선제로서, 클리높틸로라이트 60중량% 내지 80중량%, 조암광물(造巖鑛物) 7중량% 내지 15중량%, 고CEC점토광물(高 Cation Exchange Capcity 粘土鑛物) 5중량% 내지 10중량%, 화산재 5중량% 내지 10중량% 및 돌로마이트 2중량% 내지 6중량%로 구성된다.

본 발명에 적용된 클리높틸로라이트는 국내에도 매장량이 풍부한 천연 제올라이트로서 제올라이트 총함량이 70%이상이고 결정과 기공이 발달하여 양이온치환능력이 200meq/100g이상인 특성을 가진다.

본 발명에 적용된 조암광물은 석영, 백운모 및 장석으로 비중이 크면서도 수생생태계에 무해한 광물로서 응집물의 비중을 증가시켜 침전을 유도하고, 특히 백운모는 정균작용(靜菌作用)을 하여 침전된 퇴적물에서 조류가 재번성하는 것을 방지하는 역할 또한 수행한다.

본 발명의 고CEC점토광물은 점토광물 중에서도 양이온치환능력(CEC, Cation Exchange Capcity)이 뛰어난 광물로서 버미큘라이트(vermiculite), 몬모릴로나이 트(montmorillonite) 및 일라이트(illite)가 적용되었으며 이들 점토광물 또한 정균작용을 하여 침전된 퇴적물에서 조류가 재번성하는 것을 방지한다.

본 발명에 적용된 화산재는 일본 큐슈지방의 고 알루미늄 화산재로서 중성인 안산암질 특성을 가지고 많은 기공이 형성되어 있으며 다량의 알루미늄과 규소를 함유하고 있다.

또한, 탄산염광물인 돌로마이트(dolomite)는 처리수의 pH를 안정적으로 유지하는 역할을 수행한다.

이러한 구성요소를 가지는 본 발명은 분말상으로 가공되는데, 각 구성요소를 300메시(mesh) 이하의 입자로 분쇄하고 전술한 혼합비로 혼합하여 혼합분말을 구성한 후, 가열장치가 부착된 레이몬드밀에서 혼합분말을 150℃로 가열하면서 10분간 재분쇄하여 제조한다.

분말상으로 가공된 본 발명의 수질개선제는 처리대상 수역에 직접 살포되거나 희석된 후 분사되어 부유오염물을 응집 및 침전시킴으로써 수질을 개선하게 되며, 천원광물 등을 주재로 하여 수생생물의 서식환경을 파괴하지 않는 특징이 있다.

이하, 구체적인 실시예 및 실험예를 통하여 본 발명의 효과를 설명한다.

<실시예>

클리높틸로라이트 65중량%, 조암광물 15중량%, 고CEC점토광물 8중량%, 화산재 10중량%, 돌로마이트 2중량%를 혼합하여 본 발명의 수질개선제를 제조한다.

여기서 조암광물은 석영, 백운모 및 장석으로 구성되며, 고CEC점토광물은 일라이트 및 버미큘라이트로 구성되는데 본 실시예에서 이들 세부 구성요소의 조성비는 다음 표와 같다.

구 분		조성비(중량%)
클리높틸로라이트		65
조암광물	석영	7
	백운모	5
	장석	3
고CEC점토광물	일라이트	5
	버미큘라이트	3
화산재		10
돌로마이트		2

각각의 구성요소를 300메시(mesh)이하의 입자로 분쇄하여 상기 비율로 혼합 및 교반하여 혼합분말을 구성한 후, 가열장치가 부착된 레이몬드밀에 투입하여 150℃로 가열하면서 10분간 재분쇄하여 본 발명의 수질개선제를 완성한다.

<실험예1> - 인공연못의 탁수 정화처리

전술한 실시예를 통하여 제조된 본 발명의 수질개선제를 인공연못에 살포하여 탁도를 개선하였다.

실험대상은 경상북도 포항시 송라면 소재 송라제니스골프장내 연못으로서, 이 지역의 기반암은 이암으로 구성된 연일층으로 탁수를 유발하는 미립점토광물이 다량 함유되어 있는 바, 처리전 탁도가 186NTU에 달할 정도로 탁하였으나 본 발명의 수질개선제를 통한 처리 후 탁도가 1.2NTU로 개선되었다.

실험대상 인공연못의 저수량은 약 5,000㎥로서 총 250kg의 수질개선제를 수 면에 고르게 살포하였고 48시간 경과후 탁도가 1.2NTU로 개선되었으며, 처리 전후의 동일지점 사진이 각각 도 2 및 도 3으로 첨부되어 있다.

<실험예2> - 인공탁수 정화처리 및 일본송사리에 대한 독성시험

본 발명 수질개선제의 탁수 처리능력 및 수생생물에 대한 독성을 시험하기 위하여, 탈염소처리된 수돗물인 원수(原水), 본 발명의 수질개선제 및 오탁물이 개별 또는 혼합되어 적재된 수조에 일본송사리(Oryzias latipes)를 각각 10마리씩 투입한 후 관찰하였다.

인위적으로 탁수를 형성하기 위하여 시험구3에 투입된 오탁물은 백토로서, 탁도가 1020NTU가 되도록 투입한다.

실험에 사용된 수조별 시험액의 조성은 다음과 같다.

구분	단위	대조구	시험구1	시험구2	시험구3
시험액 조성		원수	원수 +수질개선제	원수 +수질개선제	원수+오탁물 +수질개선제
시험액 량	ℓ	10	좌동	좌동	좌동
수질개선제 농도	㎎/ℓ	-	20	40	40

또한, 각 수조에 투입된 일본송사리의 제원은 다음과 같다.

개체 순번	대조구		시험구1		시험구2		시험구3
개체 순번	전장(㎝)	중량(g)	전장(㎝)	중량(g)	전장(㎝)	중량(g)	전장(㎝)	중량(g)
1	3.2	0.27	3.2	0.40	3.0	0.30	3.2	0.37
2	3.0	0.28	2.6	0.16	3.0	0.33	3.2	0.43
3	3.5	0.39	3.2	0.35	3.2	0.29	3.7	0.36
4	3.0	0.34	3.3	0.34	3.0	0.31	3.2	0.31
5	3.1	0.39	3.2	0.29	3.5	0.41	3.0	0.36
6	3.3	0.32	3.2	0.29	3.2	0.35	3.2	0.25
7	3.3	0.40	2.5	0.19	3.0	0.29	3.2	0.36
8	3.1	0.31	2.8	0.30	2.5	0.22	3.2	0.29
9	3.4	0.35	2.8	0.30	3.3	0.32	3.1	0.38
10	3.0	0.31	3.2	0.31	3.4	0.34	3.1	0.43
평균	3.2	0.34	3.0	0.29	3.1	0.32	3.2	0.35

실험에 사용된 수조는 대조구 및 각 시험구 공히 12ℓ용량의 유리수조이고, 실내 자연광 하에서 96시간동안 실시되었으며, 실험중 먹이는 일절 공급하지 않았다.

실험결과 대조구, 시험구1, 시험구2 및 시험구3에서 일본송사리의 폐사는 공히 관찰되지 않았으며, 도 4 및 도 5를 통하여 알 수 있는 바와 같이, 지속적인 폭기가 이루어졌음에도 불구하고 시험구3에서는 탁도가 상당수준 개선되었음을 확인할 수 있다.

즉, 동 도면을 통하여 알 수 있는 바와 같이, 실험 초기 탁수로 인하여 시험어를 확인할 수조차 없던 시험구3이 실험 종료시에는 수조 바닥의 침전물을 확인할 수 있을 정도로 탁도가 개선된 것이다.

이렇듯, 본 발명의 수질개선제를 통하여 수생생물에 대한 독성작용을 나타내지 않으면서도 오탁물 등에 의하여 오염된 수질을 개선할 수 있다.

도 1은 본 발명의 오탁물 응집원리 설명도

도 2는 처리전의 인공연못 사진

도 3은 본 발명에 의한 처리후 인공연못 사진

도 4는 본 발명의 인공탁수 정화처리 및 일본송사리에 대한 독성시험 개시 직후 사진

도 5는 본 발명의 인공탁수 정화처리 및 일본송사리에 대한 독성시험 종료시 사진

Claims

천연광물이 혼합된 분말상의 수질개선제로서, 클리높틸로라이트(clinoptilolite) 60중량% 내지 80중량%, 조암광물(造巖鑛物) 7중량% 내지 15중량%, 고CEC점토광물(高 Cation Exchange Capcity 粘土鑛物) 5중량% 내지 10중량%, 화산재 5중량% 내지 10중량% 및 돌로마이트 2중량% 내지 6중량%로 구성됨을 특징으로 하는 친환경 활성 천연광물 수질개선제.
제1항에 있어서, 고CEC점토광물은 버미큘라이트(vermiculite)임을 특징으로 하는 친환경 활성 천연광물 수질개선제.
제1항에 있어서, 고CEC점토광물은 몬모릴로나이트(montmorillonite)임을 특징으로 하는 친환경 활성 천연광물 수질개선제.
제1항에 있어서, 고CEC점토광물은 일라이트(illite)임을 특징으로 하는 친환경 활성 천연광물 수질개선제.
제1항의 수질개선제를 제조하는 방법에 있어서,

클리높틸로라이트(clinoptilolite), 조암광물(造巖鑛物), 고CEC점토광물(高 Cation Exchange Capcity 粘土鑛物), 화산재 및 돌로마이트를 300메시(mesh) 체를 통과하는 입경으로 분쇄하는 단계와;

이들을 혼합하여 혼합분말을 구성하는 단계와;

혼합분말을 150℃로 가열하면서 다시 분쇄하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 친환경 활성 천연광물 수질개선제의 제조방법.