KR20140058186A - 경도 및 미생물의 개체수가 향상된 수질정화용 흙공 - Google Patents
경도 및 미생물의 개체수가 향상된 수질정화용 흙공 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 경도 및 미생물의 개체수가 향상된 수질정화용 흙공에 관한 것이다. 본 발명에 따른 경도 및 미생물의 개체수가 향상된 수질정화용 흙공은, 경화제를 첨가하여 경도를 높임으로써 수중에 투입시 분해가 지연되는 효과가 있으며, 완충액을 첨가하여 경화제의 첨가로 인한 pH 증가를 방지하여 미생물의 개체수를 늘려 수질정화의 효과를 상승시킬 수 있다.
Description
본 발명은 경도 및 미생물의 개체수가 향상된 수질정화용 흙공에 관한 것이다.
수질오염이란, 수질이 자연수(natural water)의 성격을 상실한 상태를 말한다. 즉, 인간활동에 의하여 발생하는 오염물질이 지표수나 지하수에 유입하여 수질의 저하를 초래하고 수자원 이용이나 생태계를 파괴하는 현상을 말한다. 수질오염원은 오염 물질의 배출지점을 확실히 식별할 수 있는 점오염원(point source)과 배출지점을 확실하게 식별할 수 없거나 확산되면서 오염을 일으키는 비점오염원(nonpoint or diffuse source)으로 구별된다. 점오염원은 생활오염원, 산업오폐수, 축산폐수 등이다. 비점오염원은 강수에 의한 유출로 넓은 면적에서 발생하는 특징을 지니고 있으며, 발생영역으로는 대기 및 강수, 산지, 농지, 도시권 등이 있다. 물이 오염되면 유기성 물질, 세균 등이 증가하므로 이를 영양원으로 하는 생물인 원생동물도 따라서 증가하면서 광합성을 하는 식물계는 상대적으로 감소하게 된다. 산소농도가 낮은 곳에서도 메기나 잉어 등을 볼 수 있으나, 오염이 더욱 심해지면 세균이나 곰팡이 이외의 다른 생물은 보기 힘들다.
수질오염에 의해서 어패류나 식물 등이 직접 피해를 받는 외에 사람이 직접 피해를 받거나 오염된 어패류, 기타 식물에서 간접적으로 피해를 받는 경우가 있다. 유독물질에 의한 피해는 급성과 만성으로 나눌 수 있는데 급성피해의 확인은 용이하지만, 만성피해는 조금씩 축적되어 서서히 나타나게 된다. 수은에 의한 미나마타병, 카드뮴(Cd)에 의한 이따이이따이병은 그 대표적 만성피해의 예이며, 최근에는 농약에 의한 만성 피해문제가 중대한 문제로 제기되고 있다.
이러한 수질오염을 해결하기 위한 수질 정화는 다양한 재료와 기술을 이용하여 실시되고 있다. 그 중에서 적조 발생을 억제하는 용도로 사용하는 황토를 이용하여 수질 정화를 실시한 기술에 대하여 대한민국 등록특허 제10-0301562호의 '황토(黃土)를 주재로 한 물 정화용 볼의 제조방법'과 같은 것은 황토 및 맥반석분말과 참나무톱밥을 물과 혼합 반죽하여 중앙에 통공을 형성한 황토볼 형태로 성형하여 건조하고 가열로에서 구운 것을 물에 투입하는 것이다.
현재 통용되고 있는 수질정화용 흙공은 유용미생물 활성액, 보카시 및 황토를 단순히 혼합해 만든 것으로 수중에서 분해가 빠른 속도로 진행되어 수질정화 역할을 제대로 할 수 없으며, pH 4.3의 산성 조건으로 미생물의 생육에 악영향을 미친다. 다만, 이러한 결점을 보완하기 위한 수질정화용 흙공에 대한 연구는 미미한 실정이다.
본 발명자들은 수질정화용 흙공의 경도를 높이는 방법에 대해 탐색하던 중, 수질정화용 흙공에 경화제 및 완충액을 첨가할 경우, 경도 및 미생물의 개체수가 증가하는 사실을 확인하고, 본 발명을 완성하였다.
따라서, 본 발명은 경도 및 미생물의 개체수가 향상된 수질정화용 흙공을 제공하고자 한다.
본 발명은 경도 및 미생물의 개체수가 향상된 수질정화용 흙공을 제공한다.
본 발명에 따른 경도 및 미생물의 개체수가 향상된 수질정화용 흙공은, 경화제를 첨가하여 경도를 높임으로써 수중에 투입시 분해가 지연되는 효과가 있으며, 완충액을 첨가하여 경화제의 첨가로 인한 pH 증가를 방지하여 미생물의 개체수를 늘려 수질정화의 효과를 상승시킬 수 있다.
도 1은 실시예 1에 의하여 제조된 수질정화용 흙공의 사진을 나타낸 도이다.
도 2는 비교예 1(A) 및 실시예 2(B)의 흙공의 물이 흐르는 수조에서의 2일 후의 모습을 나타낸 도이다.
도 3은 비교예 1(A) 및 실시예 2(B)의 흙공의 물이 흐르는 수조에서의 7일 후의 모습을 나타낸 도이다.
도 4는 비교예 1 및 실시예 2의 흙공의 미생물 염색체(chromosomal) DNA를 분리하여 정량적 실시간 PCR 기법으로 분석한 결과를 나타낸 도이다.
도 5 및 도 6은 비교예 1 및 실시예 2의 흙공의 미생물 군집의 세밀한 조사를 위해 흙공의 메타지노믹 DNA를 추출하여 퍼스널 게놈 머신(personal genome machine)인 아이온 토렌트(Ion Torrent)를 이용한 메타지노믹스 기법을 도입하여 미생물 생육상을 측정한 결과를 나타낸 도이다.
도 2는 비교예 1(A) 및 실시예 2(B)의 흙공의 물이 흐르는 수조에서의 2일 후의 모습을 나타낸 도이다.
도 3은 비교예 1(A) 및 실시예 2(B)의 흙공의 물이 흐르는 수조에서의 7일 후의 모습을 나타낸 도이다.
도 4는 비교예 1 및 실시예 2의 흙공의 미생물 염색체(chromosomal) DNA를 분리하여 정량적 실시간 PCR 기법으로 분석한 결과를 나타낸 도이다.
도 5 및 도 6은 비교예 1 및 실시예 2의 흙공의 미생물 군집의 세밀한 조사를 위해 흙공의 메타지노믹 DNA를 추출하여 퍼스널 게놈 머신(personal genome machine)인 아이온 토렌트(Ion Torrent)를 이용한 메타지노믹스 기법을 도입하여 미생물 생육상을 측정한 결과를 나타낸 도이다.
본 발명은 80~90중량%의 황토, 3~7중량%의 유용미생물(EM:Effective Micro-organism) 활성액, 3~7중량%의 보카시, 0.5~2중량%의 경화제 및 3~7중량%의 완충액을 포함하는, 경도 및 미생물의 개체수가 향상된 수질정화용 흙공을 제공한다.
상기 황토는 기본적으로 수질 정화 작용이 있으며, 또한 물과 함께 혼합되어 적절한 점도를 지니면서 나머지 재료를 응착시켜 본 발명에 따른 수질정화용 흙공의 전체적인 골격을 형성하는 역할을 한다.
상기 유용미생물 활성액은 효모, 유산균, 누룩, 광합성세균, 방선균, 바실러스 속균, 사상균 등 80여 종의 미생물을 등겨 또는 미강과 함께 수일간 발효시킨 액체 상태의 물질로, 악취 제거는 물론, 수질 정화와 함께 항산화 효과까지 있는 것이다.
상기 보카시는 상기 유용미생물 활성액을 톱밥, 등겨 등과 같은 부숙재와 함께 혼합한 것으로, 수질 정화 작용시에 상기 수질정화용 흙공에 혼합된 유용미생물이 활동하는 영양소를 보충 공급하는 에너지원의 역할을 한다.
상기 경화제는 산화칼슘 및 이산화규소를 2~5:1의 몰비, 바람직하게는 3:1의 몰비로 혼합하여 제조될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 완충액은 pH 4~4.5의 구연산 완충액일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 수질정화용 흙공은 배양실에서 5~10일간 25~35℃의 온도 범위에서 배양되도록 하는 것이 바람직하며, 상기 온도 범위는 유용미생물의 활성화 온도 범위와 대략 겹치기 때문이며, 배양이 정상적으로 완료되면 유용미생물이 증식하여 상기 수질정화용 흙공 표면 전체에 걸쳐 균사체를 형성하면서 상기 수중투어 흙공을 피복하는 배양된 수질정화용 흙공이 완성되는 것이다.
본 발명에 따른 경도 및 미생물의 개체수가 향상된 수질정화용 흙공은, 경화제를 첨가하여 경도를 높임으로써 수중에 투입시 분해가 지연되는 효과가 있으며, 완충액을 첨가하여 경화제의 첨가로 인한 pH 증가를 방지하여 미생물의 개체수를 늘려 수질정화의 효과를 상승시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.
실시예 1. 수질정화용 흙공의 제조 (0.5중량%의 경화제)
1-1. EM(EM:Effective Micro-organism) 혼합토의 제조
80중량%의 황토에 4.5중량%의 물, 5중량%의 유용미생물(EM:Effective Micro-organism) 활성액, 5중량%의 보카시, 0.5중량%의 산화칼슘과 이산화규소를 3:1의 몰비로 혼합하여 제조한 경화제 및 5중량%의 구연산 완충액을 가한 뒤, 혼합하여 EM 혼합토 500 g을 제조하였다.
1-2. EM(EM:Effective Micro-organism) 혼합토의 배양
상기 실시예 1-1에서 제조한 EM 혼합토를 30℃의 항온실에서 6일간 보관하며 미생물을 배양시킴으로써, 흙공의 경도를 높이고, 미생물의 개체 수를 늘렸다. 완성된 수질정화용 흙공의 사진을 도 1에 나타내었다.
도 1에 나타난 바와 같이, EM 혼합토를 표면이 유용미생물로 피복되어, 흰 색으로 뒤덮여 있음을 확인하였다.
실시예 2. 수질정화용 흙공의 제조 (0.75중량%의 경화제)
상기 실시예 1에서 1중량%의 경화제 및 4.5중량%의 물 대신, 0.75중량%의 경화제 및 4.25중량%의 물을 사용한 것을 제외하고는 동일한 조성 및 방법으로 수질정화용 흙공을 제조하였다.
실시예 3. 수질정화용 흙공의 제조 (1.0중량%의 경화제)
상기 실시예 1에서 1중량%의 경화제 및 4.5중량%의 물 대신, 1.0중량%의 경화제 및 4.0중량%의 물을 사용한 것을 제외하고는 동일한 조성 및 방법으로 수질정화용 흙공을 제조하였다.
비교예 1. 경화제 및 완충액을 포함하지 않는 수질정화용 흙공의 제조
상기 실시예 1에서 경화제 및 완충액을 포함하지 않고, 나머지 부분을 물로 채운 것을 제외하고는 동일한 조성 및 방법으로 수질정화용 흙공을 제조하였다.
실험예 1. 수질정화용 흙공의 경도 측정
1-1. 수질정화용 흙공의 경도 측정
상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1에서 제조한 수질정화용 흙공의 경도를 5 kg 경도계를 이용하여 측정하였다. 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
| 수질정화용 흙공 | 경도 |
| 실시예 1(경화제 0.5중량%) | 0.6 kg |
| 실시예 2(경화제 0.75중량%) | 1.02 kg |
| 실시예 3(경화제 1.0중량%) | 1.8 kg |
| 비교예 1(경화제 0중량%) | 0.25 kg |
표 1에 나타난 바와 같이, 수질정화용 흙공에, 산화칼슘과 이산화규소를 3:1의 몰비로 혼합하여 제조한 경화제의 양이 증가할수록, 흙공의 경도가 증가하는 것을 확인하였다.
1-2. 수질정화용 흙공의 흐르는 수조에서의 분해속도 측정 및 탁도 측정
500 g의 상기 실시예 2(경화제 0.75중량%) 및 비교예 1(경화제 0중량%)에서 제조한 수질정화용 흙공 1개를, 30 L의 물이 담겨있으며 6 L/min의 조류로 물이 흐르는 수조에 각각 넣고 분해속도를 관찰하였다. 결과를 도 2 및 도 3에 나타내었다.
도 2에 나타난 바와 같이 흙공을 수조에 넣고 2일 후의 모습을 관찰한 결과, 비교예 1의 흙공은 완전히 분해되었지만, 실시예 2의 흙공은 분해가 시작되었으나 전체적인 형태를 유지하고 있다.
도 3에 나타난 바와 같이 흙공을 수조에 넣고 7일 후의 모습을 관찰한 결과, 비교예 1의 흙공은 완전히 분해되어 부유하고 있어 실제 하천 등에서는 미생물 담체로서의 역할을 제대로 할 수 없음을 알 수 있으며, 실시예 2의 흙공은 분해되었음에도 잔해가 좁은 범위에 흩어져있어 담체로서의 역할을 여전히 하는 것을 확인하였다.
또한 실시예 1 및 비교예 1의 흙공을 0일차, 2일차 및 7일차에서 수조에 담긴 물의 탁도를 알아보기 위하여, 595 nm에서 흡광도를 측정하였다. 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
| 0일차 | 2일차 | 7일차 | |
| 물만 있는 경우 | 0 | 0 | 0 |
| 비교예 1 | 0 | 1.314 | 1.411 |
| 실시예2 | 0 | 0.257 | 0.293 |
표 2에 나타난 바와 같이, 비교예 1의 흙공의 경우에는 분해시 탁도가 크게 증가했으며, 실시예 1의 흙공의 경우에는 탁도가 기존흙공에 비해 현저히 낮은 것을 확인하였는 바, 경화제가 포함된 흙공이 유용미생물 담체로서의 역할을 충실히 할 것으로 예상된다.
실험예 2. 수질정화용 흙공의 pH 측정
상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1에서 제조한 수질정화용 흙공의 pH를 측정하였다. 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
| 수질정화용 흙공 | pH |
| 실시예 1 | 6.14 |
| 실시예 2 | 7.54 |
| 실시예 3 | 8.57 |
| 비교예 1 | 4.48 |
표 3에 나타난 바와 같이 실시예 1 내지 3의 흙공의 pH는 미생물 생육에 적당하지 않은 pH 10 보다는 작은 pH를 나타내었는 바, 상기 경화제에 의해 상승된 pH이 구연산 완충액에 의하여 낮아진 것을 확인하였다.
실험예 3. 수질정화용 흙공의 미생물 생육도 측정
경화제 및 완충액 첨가시 변화되는 미생물 생육도의 측정를 위해, 비교예 1 및 실시예 2의 흙공의 미생물 염색체(chromosomal) DNA를 분리하여 정량적 실시간 PCR 기법으로 분석하였다. 결과를 하기 도 4에 나타내었다.
도 4에 나타난 바와 같이, 실시예 2의 흙공에 생육하는 전체 유용미생물 개체수가 약 10배 이상 증가하였으며, 수질개선 작용과 식물성장호르몬을 분비하는 Fungi 개체수는 100배 이상 증가하였다.
또한, 비교예 1 및 실시예 2의 흙공의 미생물 군집의 세밀한 조사를 위해 퍼스널 게놈 머신(personal genome machine)인 아이온 토렌트(Ion Torrent)를 이용한 메타지노믹스 기법을 도입하여 미생물 생육상을 알아 보았다. 결과를 도 5 및 도 6에 나타내었다.
도 5에 나타난 바와 같이, 미생물 생육상을 판단할 수 있는 rRNA 시퀀스로 추출된 시퀀스는 pH 4.48인 비교예 1의 흙공의 경우 10207개, pH 7.54인 실시예 2의 흙공의 경우 91244개로 약 9배 많았다.
도 6에 나타난 바와 같이, 추출된 rRNA 시퀀스를 바탕으로 상위 50개의 미생물 군집을 살펴본 결과 비교예 1의 흙공과 달리 실시예 1의 흙공의 경우 Lactobacillales, Saccharomycetales 등의 유용 미생물 군집이 우세하였다.
Claims (4)
- 80~90중량%의 황토, 3~7중량%의 유용미생물(EM:Effective Micro-organism) 활성액, 3~7중량%의 보카시, 0.5~2중량%의 경화제 및 3~7중량%의 완충액을 포함하는, 경도 및 미생물의 개체수가 향상된 수질정화용 흙공.
- 제1항에 있어서, 상기 경화제는 산화칼슘 및 이산화규소를 2~5:1의 몰비로 혼합하여 제조된 것을 특징으로 하는 경도 및 미생물의 개체수가 향상된 수질정화용 흙공.
- 제1항에 있어서, 상기 완충액은 pH 4~4.5의 구연산 완충액인 것을 특징으로 하는 경도 및 미생물의 개체수가 향상된 수질정화용 흙공.
- 제1항에 있어서, 상기 수질정화용 흙공의 표면은 유용미생물로 피복된 것을 특징으로 하는 경도 및 미생물의 개체수가 향상된 수질정화용 흙공.
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