KR20090119793A - 환경오염 및 적조 발생 방지제 - Google Patents

Abstract

본 발명은 철강 부산물을 재생처리하여 생태계를 보존하고 바다의 적조 및 청조 발생을 방지하고자 하는 것으로, 제철소 고로 공정 및 제강 공정에서 발생되는 슬래그(Slag)를 혼합, 분쇄 및 에이징(Aging) 처리하여 SiO₂ 15 ∼ 36중량%, CaO 32 ∼ 53중량%, Al₂O₃ 3 ∼ 17중량%, MgO 2 ∼ 13중량%, MnO 1 ∼ 6중량%, FeO 2 ∼ 22중량%, 분산재 0.5 ~ 6.0중량% 및 불가피하게 함유된 미량의 원소들을 포함시킨 분말로 제조하고, 상기 분말의 입도를 10mm이하, 10 ~ 50mm 또는 50 ~ 80mm의 규격별로 분류하여 오염되거나 오염될 우려가 있는 바다 물속 또는 갯벌이나 부유물이 잠재된 지역에 각각 요인에 따른 규격별로 살포함으로써, 환경비료로 작용하면서 해조류 생성을 촉진시키고, 환경오염 및 적조 발생을 방지할 수 있도록 하는 발명에 관한 것이다.

Description

환경오염 및 적조 발생 방지제{Substance for Environmental Pollution Preservation and Red Tide Prevention}

본 발명은 수질오염과 같이 생태계를 위협하는 가스(Gas) 또는 입자상 물질, 악취 등 수질오염의 원인을 제거하기 위한 것으로, pH, 생물학적 산소요구량(Biochemical oxygen demand; BOD), 화학적 산소요구량(chemical oxygen demand; COD), 현탁물질(Suspended Solids; SS), n-Haxan, CN 및 Cu등을 측정하여 이의 양에 따라 적절한 환경오염방지제를 제조 및 살포하여 pH, 용존산소량(Dissolved Oxygen; DO)조정, SV30(Sludge Volume; 슬러지 용량), MLSS(Mixed Liquor Suspended Solids; 폭기조내 혼합액 부유물질량) 및 SVI(Sludge Volume Index; 슬러지 용량 지표)의 처리에도 효과를 낼 수 있도록 하는 기술에 관한 것이다.

수질오염에는 여러 가지 원인이 존재하지만 그 중에서도 생화학적 산소 요구량에 문제가 되는 요인으로는 하천, 호수, 해역 등의 자연수역에 도시하수나 공장폐수가 방류되어 그 중 산화되기 쉬운 유기물질들이 자연수질을 오염시키는 것이 다.

특히, 유기물질을 분해하는 호기성 세균에 의해서 산화되기 쉬운 유기물질들이 산화되면서 오염이 발생하며, 부식성 및 분식성 동물, 균류, 세균류 등의 부생 생물들에 의해서도 오염이 발생한다.

물 속의 박테리아나 다른 미량의 유기체는 살아 있거나 죽은 동식물의 부산물을 병합하며 주로 산소(O), 수소(H), 질소(N), 황(S), 인(P) 등을 포함하는 유기 분자를 간단하고 무해한 분자나 이온으로 변화시킨다.

이와 같이, 산소의 존재하에서 박테리아에 의한 유기물 분해를 호기성분해(Aerobic Decomposition)라고 한다.

C, N, O, H, S, P를 포함한 유기분자

CO₂, H₂O, NO₃, SO₄, HPO₄, H₂PO₄

상기 식과 같이 존재하는 모든 유기물질을 분해한다. 이때, 충분한 산소가 존재하는 한 미량의 유기체는 물을 깨끗하고 맑게 유지할 수 있다.

그러나 산소가 중단되거나 호기성 분해가 따를 수 없을 정도로 유기물질의 공급이 증가한다면 격렬한 변화가 일어나게 되어 산소의존 박테리아는 죽고, O₂대신 NO₃ ^-와 같이 산소를 포함한 이온으로 바뀌며 산소가 없는 조건을 필요로 하는 혐기성 박테리아가 번창한다.

산소가 없이 박테리아에 의해 분해되는 것을 혐기성 분해(Anaerobic Decomposition)라고 하며 생성되는 물질은 호기성 분해에 있어서 생성물과 같이 간단하나 유해한 것들이다.

C, H, O, N, S, P를 포함한 유기물

CH₄, NH₃, NH₄, H₂S, HPO₄, H₂PO₄

상기와 같은 반응에서 산소가 없으므로 불완전한 반응을 일으키게 된다. 따라서, 혐기성이 된 물에서는 기체방울을 볼 수 있으며 공기 중에서 유화수소(H₂S)의 특징인 썩은 계란 냄새가 나고 때때로 포스핀(PH₃)의 냄새로 섞여 있어 매우 유독한 환경을 유발시킨다. 이때, 물은 검게 보이고 끈끈한 물질로 가득 차며, 혐기성으로 변해버린 호소나 연못의 고기 또는 산소를 소비하는 것들은 마침내 죽게 된다.

아울러, 부영양화(Eutrophication) 문제가 있을 수 있다. 부영양화란 호수나 바다에 영양물이 풍부해지고 이에 따라 유기침전물이나 수상 침전물로 점점 채워지는 과정이 일어나는 것을 말한다.

이러한 부영향화의 대표적인 현상으로 적조 및 청조가 있다. 적조 발생 원인은 인산(PO₄ ^{3 -})의 농도저하이고, 청조의 주원인은 황화수소(H₂S)의 고정이다.

적조는 우리 나라의 동, 남해안에서 발생되며 서해에서는 발생이 거의 없다. 서해에는 황토질과 같은 점토물질의 갯벌을 유지하고 있기 때문이며 동, 남해 해역에서도 1980년대 이전에는 발생되지 않았으나, 이후 산성비 등의 영향으로 바다 오 염은 더욱 심하게 되고 있다. 1980년대는 하절기에만 발생하였으나 현재는 봄부터 가을까지 발생 되며 진해, 마산만 부근에서 가장 먼저 발생 되고 있다.

이와 같은 적조 및 청조는 육지로부터 5km이내에 발생하며 바다 바닷물 깊이 20 ~ 30m 이내의 얕은 곳(태양열의 전도에 변천이 가능한 깊이)에서 발생하여 풍랑에 따라서 넓게 변천한다.

오염물질은 주로 인간이나 동물을 해치는 물질 또는 물의 산소량을 감소시켜 혐기성 분해를 일어나게 함으로써, 수상생물을 죽게 하는 물질들이 있다.

또한, 열적으로는 저온에서 생태계를 죽게 하거나, 이와 반대로 높은 온도에서 대사 속도를 높여 산 소비를 증가시키는 것이 있다.

여기서, 물의 세기도 오염에 영향을 미치는데, 센물은 보통 Mg^{2 +}, Ca^{2 +}을 많이 포함하고 있다. 마그네슘 이온 또는 칼슘이온이 비누와 만나면 엉김이 일어나는데 이 엉김이 일어나면 거품이 일어나지 않고 고체가 생성된다.

여기서 고체가 생기는 화학반응을 엉김이라고 하고, 이러한 엉김을 방지하기 위해 만든 것이 합성세제 또는 세탁 소다이다.

합성세제에는 대표적인 물질로 인산염등 다양한 유기물이 포함되어있다. 유기물들이 바다로 흘러들어가게 되면 바다에 사는 미생물들이 유기물을 흡수해서 다량번식하게 되는 것이다.

현재까지 알려진 적조 및 녹조, 청조(이하 적조라 약칭함)생물의 방제 및 제거방법으로는 적조생물의 세포를 파괴하는 화학 약품 살포법, 적조생물을 여과 또 는 원심분리하여 해면에서 회수하는 방법, 그리고 황토 또는 고분자응집제를 이용하여 적조생물을 흡착, 응집시켜 침전하는 방법이 있다. 이중에서 비교적 효과가 높은 것은 황토흡착법으로 황토(Kaolinite, Montmorillonite)를 해수중에 살포하여 적조생물을 침강시키고, 또한 황토 중에서 알미늄 이온이 용출되어 적조생물의 세포를 파괴시키는 성질을 이용한 방법으로서 일본에서 주로 연구되고 국내에서도 이를 사용하고 있다.

그러나 황토살포법은 미분의 입자에서나 흔히 볼 수 있는 응집현상을 야기시킬 뿐, Al^{3 +} 이온의 용출에 의한 적조생물 파괴한다는 이론은 그의 진위여부로 많은 논란이 되고 있는 실정이다. 또한 황토살포로 인한 갯펄 속의 저충생물과 패각류의 전멸을 가져오는 적도 있어 많은 검증이 필요한 실정이다. 황토가 지니는 유해적조생물 방제성분으로는 Al₂O₃ 와 Al^{3 +} 로, Al₂O₃ 는 황토에 8 ~ 12%정도 함유되어 있으며 이는 적조나 청조를 일으키는 유독성 플랑크톤의 흡착효과가 있고, Al^{3 +} 는 유독성 플랑크톤을 죽이는 효과가 알려져 있는데 이는 대체로 황토에 4 ~ 12%정도는 함유되어 있는 것으로 알려져 있다. 그러나 황토를 뿌리는 작업은 살포 후 일시적 효과만 있을뿐 장기적 방안이 아니며, 또한 적조를 방제하거나 억제할 수 있는 성분인 Al₂O₃ 와 Al^{3 +}, Ca^{3 +} 성분이 다량 들어있는 균일한 성분을 갖는 황토를 일일이 찾는 것 역시 간단한 일이 아니어서 안정적인 공급이 힘들고, 따라서 황토는 적조방지제로 제조하기 위한 원료로는 곤란하다.

따라서 본 발명은 상기한 문제점들을 해결하기 위한 것으로 바다물의 오염요인을 제거하기 위하여 철강 부산물인 슬래그(Slag)를 혼합, 분쇄 및 에이징(Aging) 처리하여 분말 형태로 제조하여, 이를 오염된 바다 또는 환경오염 지역에 살포함으로써, 오염 요인이 감소시키고, 이산화탄소(CO₂)를 흡수하는 해조류의 생성을 촉진시켜 온난화 요인을 제거하고, 환경보전제 및 해산용 비료로 작용하도록 하는 환경오염 및 적조 발생 방지제를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명에 따른 환경오염 및 적조 발생 방지제는 철강 부산물을 혼합, 파쇄, 선별 및 에이징(Aging) 처리하여 SiO₂ 15 ∼ 36중량%, CaO 32 ∼ 53중량%, Al₂O₃ 3 ∼ 17중량%, MgO 2 ∼ 13중량%, MnO 1 ∼ 6중량%, FeO 2 ∼ 22중량%, 분산재 0.5 ~ 6.0중량% 및 불가피하게 함유된 미량의 원소들을 포함하는 분말로 제조하되, 상기 분말의 입도를 10mm이하, 10 ~ 50mm 및 50 ~ 80mm의 규격별로 제조하여 사용하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 CaO의 함량비 대 MgO의 함량비는 6:1이 되도록 조절하는 것을 특징으로 하고, 상기 분말의 입도를 10mm이하로 하는 경우 활성도가 100이상이 되도록 분말의 입도를 미세화하는 것을 특징으로 하고, 상기 분말은 갯벌 1㎡ 당 300 ~ 500g 씩 살포하는 것을 특징으로 하고, 상기 분말은 바닷물 1㎡ 당 500 ~ 800g 씩 살포하는 것을 특징으로 하고, 상기 분말은 폐수 및 부유물이 침적된 지역 1㎡ 당 1 ~ 2㎏ 씩 살포하는 것을 특징으로 하고, 상기 분말은 염기성 재질 30 ~ 65중량%, 산성재질 19 ~ 74중량% 및 유기물질을 포함 제조하는 것을 특징으로 하고, 상기 유기물질은 C, H, O, N, S, P, Ca 및 이들의 혼합물 중 선택된 어느 하나를 포함하는 것 등을 특징으로 하고, 상기 분산제는 CaF₂, K₂O, Na₂O, Cr₂O_{3 ,} TiO₂ 및 이들의 혼합물 중 선택된 어느 하나로 제조된 것을 특징으로 하고, 상기 CaF₂, K₂O, Na₂O, Cr₂O₃ 및 TiO₂는 해조류들의 증식을 촉진시키고, 이산화탄소(CO₂) 감소 작용과 지구 온난화 지연 기능을 수행하도록 제조된 것을 특징으로 하고, 상기 분말은 인산(PO₄ ^{3 -})과 반응하여 인산 칼슘 또는 인산염을 형성 제조하는 것을 특징으로 하고, 상기 분말은 황화수소와 반응하여 황산칼슘 또는 황산염을 형성하는 것을 특징으로 한다.

아울러, 본 발명에 따른 해산용 비료는 상술한 조성을 갖는 분말을 이용하여 제조하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 해산용 비료는 해조류 생성을 위한 비료를 포함한다.

상술한 바와 같이 본 발명은 철강 부산물 슬래그(Slag)중에 함유하고 있는 제원소들을 재생 제조하여 바다 및 오염지역으로 환원시킴으로써, 바닷물의 알칼리성을 높이고, 갯벌을 점토질로 개선시키고, 생태계 보존 및 적조 발생을 방지할 수 있는 효과를 제공한다.

본 발명은 철강 부산물 중에 함유된 미립 화학원소들을 활용함으로써, 자연 생태계 및 바다 오염을 방지하고, 어패류가 서식할 수 있도록 하며 양식에는 피해가 없도록 하고 또한 적조 및 청조 발생을 억제할 수 있다.

철강 부산물의 화학조성을 보면 일반 슬래그(Slag)는 석회(CaO) 및 실리카(SiO₂)의 2성분을 주성분으로 하고 있으나 이외 고로 슬래그는 알루미나(Al₂O₃), 마그네시아(MgO)가 있으며 전로 슬래그는 산화 제 1 철(FeO), 마그네시아(MgO), 산화망간(MnO)등을 함유하고 있다.

철강 부산물은 상황에 따라 일반 지각과 같은 암석광물 등으로 구성되어져 있으며 화학 조성은 일반적인 추적암에 따라서 포틀랜드 시멘트류와 같다. 슬래그(Slag)의 주성분인 석회(CaO)는 물에 용출되는 시멘트나 콘크리트와 동종인 알칼리성이다. 또 고온의 용융 상태에서 추출됨으로써 유기물은 일체 함유치 않은 것이 특징이다.

본 발명에 따른 철강 부산물 슬래그(Slag)류의 화학 조성을 살펴보면 다음과 같다.

[표 1] 철강 슬러그(Slag)류의 화학조성

[표 2] 금속(Metal) 제거 후의 슬래그(Slag) 성상

[표1] 및 [표2] 에서의 경우는 고로 슬래그, 전로 슬래그의 혼합 파쇄 처리한 후 성상을 나타낸 것이다.

본 발명에 따른 환경오염 및 적조 방지제는 상기 철강 부산물을 혼합, 파쇄, 선별, 에이징(Aging) 제조하여 황 및 악성물질류를 분해하고, SiO₂ 15 ∼ 36중량%, CaO 32 ∼ 53중량%, Al₂O₃ 3 ∼ 17중량%, MgO 2 ∼ 13중량%, MnO 1 ∼ 6중량%, FeO 2 ∼ 22중량%, 분산재 0.5 ~ 6.0중량% 및 불가피하게 함유된 미량의 원소들을 포함하는 분말로 제조하고, 상기 분말의 입도를 10mm이하, 10 ~ 50mm 또는 50 ~ 80mm의 규격별로 제조하여 사용한다.

여기서, 본 발명에 따른 중량% 는 조성물 간의 상대적인 비율을 나타낸 것으로 중량부의 개념으로도 사용될 수 있다. 아울러, 후술되는 각 사용 용도에 따라서 분말의 중량이 상이해지므로 각 용도에 따른 중량에 대한 비율을 고려하여 계산되어야 할 것이다.

상술한 내용을 종합해 보면, 본 발명에 따른 환경오염 및 적조방지제는 석회(CaO) 및 마그네시아(MgO)와 같은 염기성 재질을 30 ~ 65중량% 포함하고, 나머지 산성 재질을 19 ~ 74중량% 만큼 포함한다. 이와 같이 제조된 분말은 바닷물 속에 서 해리(解離)되어 정화작용을 수행하는데 특히, 석회(CaO) 및 마그네시아(MgO)가 해조류 생성과 환경오염 및 적조 방지를 위한 주요 기능을 수행한다.

먼저, 석회(CaO)는 인산(PO₄ ^{3 -})을 인산칼슘(Ca₃(PO₄)₂), 인산수소칼슘(CaHPO₄) 및 인산이수소칼슘(Ca(H₂PO₄)₂)으로 조성시켜서 적조의 원인이 되는 인산(PO₄ ^{3 -}) 함량을 현저하게 감소시킨다. 따라서, 코클로디니움과 같은 적조를 발생시키는 세균류의 발생을 저지시키고, 적조 발생 세균이 증가하지 못하면 잔류하는 세균이 환충류의 먹이가 되어 적조 원인이 완전히 제거 될 수 있게 된다.

다음에는, 인산칼슘(Ca₃(PO₄)₂), 인산수소칼슘(CaHPO₄) 및 인산이수소칼 슘(Ca(H₂PO₄)₂)을 일수소염, 이인산염, 이수소염 및 메타인산염과 같은 인산염 형태로 조성되어 동, 식물의 먹이가 된다. 이때, 동물(환충류, 어류) 또는 식물(해조류) 의 생성 증가하면 부영양화의 원인이 발생 될 수 있다. 그러나 본 발명에 따른 조성을 유지하는 경우 그 에 대한 문제가 발생하지 않는다. 또한, Al₂O₃ 가 해리되어 발생하는 Al^{3 +} 는 살균작용을 수행함으로써 적조 생물을 방제할 수 있는 효과를 제공한다.

그 다음으로, 황화수소(H₂S)는 산소와 결합하여 물 및 이산화황(SO₂)으로 변화하고 황 및 수소화합물과 황화철 및 산과 작용하여 아황산가스와 같이 유독성의 가스를 발생시킨다. 이때, SiO₂ 및 CaO는 황화수소를 황산칼슘 또는 황산염으로 분해하여 오염원을 제거할 수 있다.

SiO₂ + 2O₂ = SiO₄ ^{4 -} <착이온 형성 O^{2 -}>

CaO = Ca^{2 +} + O^{2 -} <산소 이온 발생 O^{2 -}>로 응집력을 강화시키고 산화물질로서 흡착성에 따른 포집 과정으로 용존 산소 발생량을 조절할 수 있게 된다.

또한, CaO 및 SiO₂ 점토질의 중성재로서 에트린자이트(Ettringite) 지연등과 결합성을 강화시키고, 산소 형성 및 산화(산성질)질을 염기성(중성질)질로 조성된다. 이때 발생되는 알칼리성에 의해 바닷물 및 갯벌의 개질이 정화되고 식물성 플라크톤 및 미역과에 속하는 해조(海藻)류들의 성장이 증가 된다. 다음으로, 해조류 의 서식이 성장하게 되면 갯벌에서 환충류들이 증가되고 어류 및 어패류의 서식이 증가되어 생태계가 보존될 수 있다.

아울러, 염기 알칼리성 광물질인 MgO 및 MnO은 수화 작용을 촉진시키고 알칼리성 탄산염인 2NaO·SiO 와 3NaO·SiO 및 K₂O·SiO₂ 를 조성시켜 바닷속 정화 및 해조류 서식 및 어류 산란을 증가시켜 적조 발생을 방지할 수 있도록 한다. 해조류들이 증가하게 되면 이산화탄소( CO₂)의 흡입량이 증가되므로, 지구 온난화 지연 등과 환경 비료와 환경오염을 방지할 수 있는 효과를 제공한다.

다음으로, 상술한 철강 부산물로부터 얻을 수 있는 수산화칼슘(Ca(OH)₂), 수산화 마그네슘(Mg(OH)₂) 또는 수산화철(Fe(OH)₂) 등은 바다 또는 내륙에 존재하는 동, 식물의 염록소 필수 구성원이 되므로 생태계를 환원시키는데 도움이 된다. 또한, Ca은 악취를 제거하고 녹농균이나 모락셀라균의 먹이를 생성시키고 아미노산과 질소 화합물 및 생태계 순화작용을 보조하므로, 적조 및 청조 발생을 예방할 수 있다.

상술한 바와 같이, SiO₂는 인산흡수 및 갯벌개질의 역할을 수행하고 CaO 의 활력소를 보좌하는 역할을 한다. 여기서, 본 발명에 따른 함유량인 15중량% 미만이 되면 개질 배합력이 저하되어 문제가 될 수 있고, 36중량% 초과 시에는 조성 응집 흡착이 불필요하게 증가하는 문제가 있을 수 있다.

아울러, CaO 32 ~ 53중량% : MgO 2 ~ 13중량%로 CaO : MgO의 비율을 6:1 로 조절하는 것이 바람직하다. 지정 함량 및 비율에서 벗어날 경우 식물성 신진대사 염록소 구성요소에 이상이 발생할 수 있고, 이상은 불순물질 흡착 포집 용존산소 발생 불안전 등의 원인이 될 수 있다. 따라서, 수화물 형성시 중성으로 변성 탄수화물 이동을 고려 각각의 비율을 선정하는 것이 바람직하다.

그리고, Al₂O₃ 의 함량이 3 ~ 17중량%를 벗어나는 경우 점토질 전환과 코클로디니움 파괴 패각류 저생생물의 저해 등의 위험이 발생할 수 있고, MgO 의 함량이 2 ~ 13중량%를 벗어나는 경우 염기성질의 역할 외 해조류 생육 퇴비(堆肥)로 서의 기능이 상실될 수 있다.

다음으로, MnO는 에트린자이트 지연 역할과 수화작용 촉진제로 쓰이고 각종 염류조성을 돕는 역할 하는데, 그의 함량이 1 ~ 6중량%를 벗어나는 경우 산화 환원 효소의 활용성이 둔화되고 식물 체내에서 단백질을 만드는 역할도 불량하해 질 수 있다.

FeO의 함량이 2 ~ 22중량% 범위를 벗어나는 경우 염록소 구성의 필수재 역할이 저하되고, 동물 및 식물의 생존, 생성 역할이 부진해지는 문제가 있을 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 환경오염 및 적조 방지제의 지정 함량비를 유지시키는 것은 매우 중요하다.

그 다음으로, 본 발명에 따른 환경오염 및 적조방지제에 미량 포함되는 유기물(C, N, O, H, P 및 S)은 세정 및 유기체 생성을 보조하여 대지 또는 수질을 정화시키는 역할을 한다.

그 다음으로, 상기 분말들에는 CaF₂, K₂O, Na₂O, Cr₂O_{3 ,} TiO₂ 및 이들의 혼합물 중 선택된 어느 하나로 조성되는 분산제가 사용된다. 이와 같은 분산제들은 분말이 물속에서 분말이 가라앉지 않고 해리작용이 원활하게 될 수 있도록 도와주며 해조류들의 증식에도 영향을 준다. 해조류의 증식은 상술한 바와 같이 이산화탄소(CO₂)를 감소시키는 작용과 지구 온난화 지연 기능을 수행할 수 있도록 한다.

이하에서는 상술한 본 발명에 따른 환경오염방지제의 무해성을 설명하고 각 용도에 맞는 실시예에 대해 상세히 설명하는 것으로 한다.

먼저, 유해 물질의 용출시험은 상술한 철강 부산물과 시멘트류와 결정 결합시켜 실시한다.

유해 중금속의 용출 : 시멘트류/폐기물량을 최악의 조건에서 결과를 얻기 위해 함수율 65%, 강열감량 35%로 결합 양생한다. 그 결과 Pb, Cu, As, Hg, Cd, Cr^{6 +}, CN, S 등의 용출되는데, 미립 핏치(pitch)류 관계 및 결합 강도에 따라 용출 되는 정도에 차이가 있다. 강도가 5㎏/㎠ 이상에서는 유해 물질이 용출되지 않으며 또 pH10일 때 28.0㎏/㎠의 강도가 나왔고, pH11일 때 30.0㎏/㎠의 강도가 나타난다.

아울러, 시멘트 0.4 중량% + 황산반토 0.05 중량% + 규산소다 0.05 중량%로 배합 시험한 결과 pH7일 때 29㎏/㎠, pH10일 때 30㎏/㎠의 강도가 나왔고 본 괴재 슬래그 관계로 중금속 용출은 없다.

상술한 특성을 나타내는 철강 부산물과 시멘트의 대표적인 수화반응식을 살 펴보면 다음과 같다.

- 시멘트의 경우

C₃S + (2.5⁺ⁿ)H → C_{1 .5} + nSH₇ ^{+m+ n}C_{1 .5} + nSH₇ ^+m+n - - - -①

C₂S + (1.5⁺ⁿ)H → C_{1 .5} ^{+ m}SH₇ ^+m+n + (0.5^-m)Ca(OH)₂ - - - -②

2C₃A + 27H → C₄AH₁₉ + C₂AHg - - - -③

C₃A + 26H → 3(CS₂H) + [C₃A(CS)₃H₃₂] - - - -④

- 함철류의 경우

C₅AS₃ + 2C + 16H → C₄AH₁₃ + 3CSH - - - -⑤

C₅AS₃ + 2CS + 76/3H → 3CSH + 2/3[C₃A(CS)₃H₃]₂ + 2/3A(OH)₃ - -⑥

여기서 C: CaO, A: Al₂O₃, S: SiO₂, CS: CaSO₄ 이다.

따라서 철강 부산물을 시멘트류와 결정 결합시켜 강도가 30㎏/㎠ 이상 되도록 제조하면 유해물질의 유출을 방지되므로 환경오염 방지제로서 사용될 수 있는 것이다.

즉, 철강 부산물인 선강 괴재(괴 슬래그)는 알칼리성으로 금속원소와 혼합 성, 결합성 및 치밀성이 강하다. 따라서 함유원소들이 바닷물이나 갯벌에 유입되면 지표상의 부유물질을 농축 비료화로 침지시켜 정화작용을 하게 된다.

참고로 현재 대한민국 토양자연 함유량 및 오염우려 기준과 토양 오염대책기준, 농작물 생육 피해 한계 농도와 본 발명에 따른 환경오염방지제를 비교한 결과를 [표 3]에 나타낸다. 여기서, 모든 항목에서 기준치 보다 훨씬 낮은 수치를 나타내고 있음을 알 수 있다.

[표 3] 핏치 혼합분 시편과 토양오염 기준 비교(단위: ㎎/ℓ)

ND(Not Detected) : 검출한계 이하

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 환경오염 및 적조방지제는 점토질(Clay), 염기성(Basic) 및 알카리성(Alkaline)을 갖고, 이는 바닷물의 정화제 역할과 해조류 생성 하므로 어패류 및 어류의 서식과 CO₂감축에 도움을 줄 수 있다.

아울러, 철강 부산물의 주류를 이루고 있는 SiO₂, CaO, Al₂O₃의 3원소 이외에 TiO₂, MgO, MnO등도 금속간 화합물로서 알칼리성을 띠고 있으며 규산염, 황산염, 염화합물 등으로 산출되며 규조토 및 퇴비와 동등한 역할을 한다. 이때, 규조토는 해저에 퇴적되어 있다는 것은 잘 알려져 있고 참고로 간수(고염: Bittem)는 소금 제조시 부산물이나 조염 저장 시 조해 작용에서 얻게 되는데 이의 조성을 보면 염화 마그네슘 15 ~ 19%, 황산마그슘 6 ~ 9%, 브롬화 마그네슘 0.2 ~ 0.4%등으로 되어 있어 바닷물과 갯벌을 오염으로부터 보호해 줄 수 있다.

이하 [표 4]는 본 발명에 따른 환경오염방지제의 규격별 실시예을 나타낸 것이다.

[표 4] 규격별 실시예 및 효과

상기 실시예 중 갯벌에는 1㎡ 당 300 ~ 500g 씩 살포하는 것이 바람직하며, 바닷물에는 1㎡ 당 500 ~ 800g 씩 살포하고, 오수, 폐수 및 부유물이 침적된 지역에는 1㎡ 당 1 ~ 2㎏ 씩 살포하여 차단막을 형성할 수 있게 하는 것이 바람직하다. 이때, 분말의 입도를 10mm 이하로 사용하는 경우 분말이 물과 반응하는 속도 조정 될수 있는 활성도가 100 이상이 될 수 있도록 한다. 이 경우 바람직하게는 분말의 입도를 0.1mm 이하로 조절해야 한다.

또한, 양식장 하부나 주변의 오물퇴적 상부에 살포시 부분적 살포가 아니라 전면적으로 살포하고, 풍랑이나 조수의 차에 따라 살포하면 더 향상된 효과를 얻을 수 있다.

[표 5]는 본 발명에 따른 환경오염 및 적조방지제와 종래기술에서 사용하는 황토재를 각각 오염지역에 살포하고 그 결과를 조사한 것이다. 여기서, 본 발명에 따른 환경오염 및 적조방지제 분말을 개발재라 표현하는 것으로 한다.

[표 5] 개발재 및 황토재 살포 결과 비교

상기 [표 5]를 참조하면 적조 발생지역에 본 발명에 따른 환경오염방지제를 살포하고 30분 후에 90%까지 정화효과가 발생하였으며 1시간 후에는 적조가 침적되 고 완전히 소멸된 상태로 됨을 알 수 있다. 또한, 영양염류, 유기 물질들의 분해를 촉진하여 악취를 제거함으로써, 해조류 및 환충류의 서식을 증가시킬 수 있음을 알 수 있다.

일반적으로 선 재료는 하루에 4500톤 정도 발생하고, 강 재료는 4600톤 이상 발생하므로 이들을 재생 제조하면 작업비용을 최소화 하면서 생태 오염을 최대한 방지할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

여기서, 철강 부산물을 재생 처리하는 공정은 다음과 같다.

먼저, 배출장에서 용융물 형태로 배출되는 철강 부산물을 용기로 이적하고 냉각 및 에이징(Aging)을 수행한다.

다음에는, 패이 로더(Fay Loader)와 덤프차(Dump Car)로 이적 및 에이징(Aging)을 수행한다. 여기서, 에이징 처리를 통하여 인, 황 등의 불순물을 제거한다.

그 다음에는, 선재 및 강재를 혼합 파쇄 하고 철(Fe) 50% 이상 괴를 선별하는 공정을 수행한다. 이때, 죠 크래셔(Jaw Crasher) 또는 호퍼(Hopper)설비를 이용하는 것이 바람직하다.

그 다음에는, 파쇄 선별된 분산물(Crasher) 또는 제분류(Mill)를 배합 및 혼합(Mixer)하여 규격별로 분류한다.

그 다음에는, 규격별 조성물 함량을 조사하고 본 발명에 따른 조성물 함량을 만족하지 않을 때에는 부족한 조성물을 보충하고 규격화된 입도를 유지할 수 있도록 처리하여 제품을 형성한다.

제품은 분말 형태의 적조방지제로 형성할 수도 있고, 해조류 형성용 비료 용도로도 형성할 수 있다.

[표 6]은 본 발명에 따른 환경오염 및 적조방지제 와 황토의 함유 원소에 따른 오염방지 효과를 비교한 표이다. 여기서도, 본 발명에 따른 환경오염 및 적조 방지재를 개발재라 표현한다.

개발재에는 SiO₂ 15 ∼ 36중량%, CaO 32 ∼ 53중량%, Al₂O₃ 3 ∼ 17중량%, MgO 2 ∼ 13중량%, MnO 1 ∼ 6중량%, FeO 2 ∼ 22중량%, 분산재 0.5 ~ 6.0중량%가 포함된다.

[표 6] 개발재 및 황토의 성분별 효과 비교

상기 [표 6]을 참조하면 황토는 SiO₂ + Al₂O₃ 에 의하여 고 염분에서 적조 발생의 원인(코클로디니움류)을 조기 응집 및 침전시킬 수 있으나, 시멘트류와 같이 바다 저부에 잔류시키므로, 번식기가 되거나 해수 온도가 상승하면 적조 원인이 재발될 우려가 있다.

반면에 본 발명에 따른 환경오염 및 적조방지제는 환충류를 서식시켜 침전된 잔류물을 처리하도록 하고, 환충류는 다시 어류를 서식 시키고 해조(海藻)류를 증식시킨다. 다음으로, 증식된 어류 및 해조류는 이산화탄소(CO₂)를 흡식하여 공기중의 이산화탄소(CO₂)를 저감시키고 지구 온난화를 지연시키는 역할을 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 철강 부산물을 규격별, 지각별 구분하여(10mm이하, 10 ~ 50mm, 50 ~ 80mm이하) 사용함으로써, 오염지역에 포함되어 있는 인산 또는 황화수소를 제거하고, 생태 바이오 생명 공학적 씨앗으로 작용하게 하여 흙, 바다 및 자연 생태계 퇴비(堆肥)역할 및 정화작용으로 환경오염 및 적조를 방지할 수 있도록 한다.

Claims (13)

1. 철강 부산물을 혼합, 파쇄, 선별 및 에이징(Aging) 처리하여 SiO₂ 15 ∼ 36중량%, CaO 32 ∼ 53중량%, Al₂O₃ 3 ∼ 17중량%, MgO 2 ∼ 13중량%, MnO 1 ∼ 6중량%, FeO 2 ∼ 22중량%, 분산재 0.5 ~ 6.0중량% 및 불가피하게 함유된 미량의 원소들을 포함하는 분말로 제조하되, 상기 분말의 입도를 10mm이하, 10 ~ 50mm 및 50 ~ 80mm의 규격별로 제조하여 사용하는 것을 특징으로 하는 환경오염 및 적조 방지제.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 CaO의 함량비 대 MgO의 함량비는 6:1이 되도록 조절하는 것을 특징으로 하는 환경오염 및 적조 방지제.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 분말의 입도를 10mm이하로 하는 경우 활성도가 100이상이 되도록 분말의 입도를 미세화하는 것을 특징으로 하는 환경오염 및 적조 방지제.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 분말은 갯벌 1㎡ 당 300 ~ 500g 씩 살포하는 것을 특징으로 하는 환경오염 및 적조 방지제.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 분말은 바닷물 1㎡ 당 500 ~ 800g 씩 살포하는 것을 특징으로 하는 환경오염 및 적조 방지제.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 분말은 폐수 및 부유물이 침적된 지역 1㎡ 당 1 ~ 2㎏ 씩 살포하는 것을 특징으로 하는 환경오염 및 적조 방지제.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 분말은 염기성 재질 30 ~ 65중량%, 산성재질 19 ~ 74중량% 및 유기물질을 포함 제조하는 것을 특징으로 하는 환경오염 및 적조 방지제.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 유기물질은 C, H, O, N, S, P, Ca 및 이들의 혼합물 중 선택된 어느 하나를 포함하는 것 등을 특징으로 하는 환경오염 및 적조 방지제.
9. 제 1 항에 있어서,

   상기 분산제는 CaF₂, K₂O, Na₂O, Cr₂O_{3 ,} TiO₂ 및 이들의 혼합물 중 선택된 어느 하나로 제조된 것을 특징으로 하는 환경오염 및 적조 방지제.
10. 제 9 항에 있어서,

    상기 CaF₂, K₂O, Na₂O, Cr₂O₃ 및 TiO₂는 해조류들의 증식을 촉진시키고, 이산화탄소(CO₂) 감소 작용과 지구 온난화 지연 기능을 수행하도록 제조된 것을 특징으로 하는 환경오염 및 적조 방지제.
11. 제 1 항에 있어서,

    상기 분말은 인산(PO₄ ^{3 -})과 반응하여 인산 칼슘 또는 인산염을 형성 제조하는 것을 특징으로 하는 환경오염 및 적조 방지제.
12. 제 1 항에 있어서,

    상기 분말은 황화수소와 반응하여 황산칼슘 또는 황산염을 형성하는 것을 특징으로 하는 환경오염 및 적조 방지제.
13. 청구항 제 1 항에 기재된 조성 및 분말 입도를 갖는 분말을 이용하여 제조하는 것을 특징으로 하는 해산용 비료.