KR20180022003A - 지렁이 분변토가 함유된 녹지조성용 토양조성물 및 이의 제조방법 - Google Patents

지렁이 분변토가 함유된 녹지조성용 토양조성물 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 절개지와 같은 척박한 토양에 식물이 안정적으로 생육할 수 있도록 하는 지렁이 분변토가 함유된 녹지조성용 토양조성물 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 토양조성물에 식물이 필요로 하는 양분을 공급하고 공급된 양분이 빗물에 의해 유실되지 않도록 하는 것이다.
본 발명의 방법으로 제조되는 지렁이 분변토가 함유된 녹지조성용 토양조성물은 석탄재로부터 합성되어 양이온치환용량과 보수력이 증가한 제올라이트를 포함함으로써 식물의 생육에 필요한 무기양분이 빗물에 의해 유실되지 않도록 하여 경사면 절개지와 같은 녹화가 필요한 대상지에 식물의 생육에 적합한 환경을 조성할 수 있으며, 또한 석탄재로부터 제올라이트를 합성하는 과정에서 생성되는 무기양분을 합성된 제올라이트와 결착시켜 식물이 이용하기 용이한 형태로 공급하고, 토양의 떼알구조 형성을 촉진하여 보수력과 통기성을 증가시키며, 경사지에서도 토양이 흘러내리지 않도록 함으로써 식물이 안정적으로 생육하여 효율적인 녹화를 가능하게 한다.

Description

지렁이 분변토가 함유된 녹지조성용 토양조성물 및 이의 제조방법{Soil Composition Containing Earthworm Casting for Developing Green Area, and Method for Manufacturing the Same}
본 발명은 절개지와 같은 척박한 토양에 식물이 안정적으로 생육할 수 있도록 하는 지렁이 분변토가 함유된 녹지조성용 토양조성물 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 토양조성물에 식물이 필요로 하는 양분을 공급하고 공급된 양분이 빗물에 의해 유실되지 않도록 하는 것이다.
인공적인 자연재해나 대형공사시 발생하는 절토 및 성토 사면 등의 훼손지는 지반의 강화와 경관을 배려하여 녹화공사를 필요로 하는데, 이러한 녹화방법으로서 식생기반재 취부공법을 이용하여 초본류, 야생화 등의 종자를 발아시켜 생육하는 방법이 보편화되어 있으며, 비탈면의 기울기가 급한 경우에는 철망 등의 보조지지물을 시공한 후 식생기반재를 취부하는 공법이 시행되고 있다.
이러한 녹화공법은 보습력이 양호하고 양분을 다량 함유하도록 제조되는 녹생토를 토양절개면에 살포함으로써 식물이 자연스럽게 생육할 수 있는 인위적인 조건을 만들어 주는 시공법으로서, 대상지의 표토층을 피복하여 표면침식을 방지함으로써 대상지의 표면을 안정시키고 식물종자의 발아와 식물의 생육으로 인하여 식물군락의 조성도 가능하게 하고 있다.
그러나 종래의 공법에서는 대상지의 경사도에 따라서 급경사지일 경우 식생기반재를 고압압축기를 이용하는 건식식생기반재 취부방식을 이용하나 식생기반재의 건조로 인하여 토양이 높은 경도를 가지게 되어 식물의 발아생육이 저조하고, 완경사지일 경우 물과 혼합된 식생기반재를 취부하는 습식식생기반재 취부방식을 이용하는데 식생기반재와 물이 혼합되는 과정에서 식생기반재 내의 공극이 사라져 토양 내 공기를 제거시키는 결과를 가져오므로 이 또한 식물의 발아생육이 저조한 문제가 있다.
또한, 식물의 식생이 가능한 지력을 확보하고 식물생장을 위한 토양조건을 조성하기 위하여 축산부산물이나 하수오니 등의 유기물을 투여하여 토양에 자양분을 공급하는데, 상기 종류의 거름은 수분증발이 빨리 진행되어 토양의 표층이 딱딱하게 됨으로써 식물의 발아율이 저조하고 발육이 지연되는 등의 문제점이 있으며, 산업폐기물 또는 생활폐기물을 혼합하여 환경을 보호하면서 토양환경을 변화시키는 경우에는 이러한 재료가 식물이 발아한 후 식물의 성장을 오히려 저해하는 경우가 많고 시공 후 식생기반재의 자중으로 인하여 흘러내리는 등의 문제가 있다.
이러한 문제를 해결하기 위하여, 한국등록특허공보 제0765909호에는 토목공사가 완료된 시공대상지에 자연분해성 식물섬유망을 펴서 밀착시킨 후 고정핀으로 고정시키고 식생기반토 조성물(분변토, 토탄, 마사, 경량콘크리트, 펄프슬러지, 정수침전물, 식물성화이버, 피트모스)과 액체(물)를 살포하여 유기물 함량을 높은 식생기반토 조성물이 경사 대상지에 견고히 부착되도록 녹화하는 방법이 제시되어 있다.
또한, 한국등록특허공보 제1108002호에는 지반 상부에 장섬유를 투입한 연속섬유보강토층과 천연 면네트 층을 형성하고 여기에 식생기반재(솜 화이, 제지 슬러지, 황토, 분변토, 유기성 퇴비, 식물 발생재 퇴비, 식물종자)를 취부한 후 이들을 플레이트앵커로 고정함으로써, 식생기반재의 안정적인 안착과 외압에 의한 탈락방지를 확보하여 활착의 안정성을 도모하였다.
그런데 상기 발명들은 식생재가 경사면에 견고히 부착되도록 하여 식생재가 흘러내리지 않도록 하는데 중점을 두어서 식물의 발아 및 성장에 필요한 양분과 수분의 조절이 최적화되지 못하다는 문제가 있다.
이에, 한국등록특허공보 제1224632호에서는 토분, 지렁이 분변토, 바크(bark) 퇴비, 파지 분쇄물, 코코피트, 미생물(아스퍼질러스 속, 리조푸스 속, 락토바실러스 속, 바실러스 속), 키토산, 토양안정제로 구성되는 녹생토 조성물이 제시되어 있으며, 상기 발명의 녹생토 조성물은 식물의 지상부와 지하부를 균일하게 생장시키면서 보비력, 보습력 및 통기성을 향상시키고 녹화식물의 부착력과 토양의 내침식성을 증대시키며, 특히 미생물이 토양에 존재하는 각종 유기물의 분해를 촉진하여 토양의 물리화학적 성질을 개선하여 효율적으로 녹화할 수 있도록 하였다.
그러나 노지에 형성된 토양은 관수 또는 빗물에 의해 토양 중의 양분이 점차 유실되어서 시간이 지남에 따라 지력이 약해지며, 특히 대기오염으로 인한 산성비의 영향으로 토양의 양이온치환능력이 감소함에 따라 칼륨, 칼슘, 마그네슘 등과 같은 양이온이 토양에 고정되지 못하고 빗물에 씻겨나가게 되어 식물의 생장에 악영향을 미치는 문제가 있다.
따라서 식물생장에 필요한 염류가 토양에 고정되어 유실되지 않도록 하는 것이 녹지조성의 가장 큰 과제로 대두되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로서, 경사면 절개지 등의 녹화가 필요한 대상지에 공급된 수분과 양분이 빗물에 의해 유실되지 않도록 하여 식물의 생육에 적합한 환경을 유지할 수 있도록 하는 지렁이 분변토가 함유된 녹지조성용 토양조성물 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 석탄재를 분쇄한 후 몰농도 3~5 M의 수산화나트륨 수용액과 혼합하여 2~5 시간 동안 교반한 다음 마이크로파를 조사하여 90~110 ℃에서 25~35 시간 반응시켜 제올라이트를 합성하는 단계; 및 축산부산물, 오니 또는 이들의 혼합물을 발효시킨 유기발효물 100 중량부에 지렁이 분변토 15~25 중량부 및 상기 석탄재로부터 합성된 제올라이트 5~15 중량부를 혼합하는 단계;를 포함하는 지렁이 분변토가 함유된 녹지조성용 토양조성물의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기의 방법으로 제조되며, 축산부산물, 오니 또는 이들의 혼합물을 발효시킨 유기발효물 100 중량부, 지렁이 분변토 15~25 중량부 및 석탄재로부터 합성된 제올라이트 5~15 중량부로 이루어지는 지렁이 분변토가 함유된 녹지조성용 토양조성물을 제공한다.
이때, 상기 토양조성물에 유기발효물 100 중량부 기준 석탄 탄화물 5~10 중량부를 첨가하는 것이 바람직하고, 석탄 탄화물은 무산소 또는 저산소 상태에서 석탄을 900~1100 ℃로 가열하여 제조되는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 상기 축산부산물은 황토물에 침지한 볏짚을 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 방법으로 제조되는 지렁이 분변토가 함유된 녹지조성용 토양조성물은 석탄재로부터 합성되어 양이온치환용량과 보수력이 증가한 제올라이트를 포함함으로써 식물의 생육에 필요한 무기양분이 빗물에 의해 유실되지 않도록 하여 경사면 절개지와 같은 녹화가 필요한 대상지에 식물의 생육에 적합한 환경을 조성할 수 있다.
또한, 석탄재로부터 제올라이트를 합성하는 과정에서 생성되는 무기양분을 합성된 제올라이트와 결착시켜 식물이 이용하기 용이한 형태로 공급하고, 토양의 떼알구조 형성을 촉진하여 보수력과 통기성을 증가시키며, 경사지에서도 토양이 흘러내리지 않도록 함으로써 식물이 안정적으로 생육하여 효율적인 녹화를 가능하게 한다.
본 발명은 축산농가에서 동물을 사육하는 과정에서 발생하는 배설물이나 볏짚 등의 축산부산물 또는 수처리시설에서 파생되는 오니(sludge) 등의 유기폐기물을 발효시킨 후 여기에 지렁이 분변토와 더불어 석탄재로부터 합성된 제올라이트를 혼합하여 지렁이 분변토가 함유된 녹지조성용 토양조성물을 제조한다.
통상, 평지와 같은 토지에는 식물이 생장하기 용이하여 자연 그대로 방치하여도 시간이 지남에 따라 녹지가 조성될 수 있으나 절개지와 같은 경사면의 표면은 우수와 동결·융해로 인하여 흙 입자가 개별적으로 이동하는 침식현상이 발생하고 이러한 침식현상이 반복되면 경사면에 있는 토양이 유실됨과 동시에 안정성에 문제가 발생하여 자연적인 녹지의 조성이 어렵게 된다.
이와 같은 경사면의 침식현상을 방지하는 방법으로서 식물을 이용하여 지표면을 덮어줌으로써 강우 및 동결·융해, 바람에 의한 침식을 방지할 수 있고 이러한 식재방법이 가장 경제적이고 영속성이 있다.
식물의 생육에는 일반적으로 토양과 토사의 움직임이 적고 안정성이 필요한데, 경사면은 토양의 보전력이 낮아서 경사가 급해질수록 토양층이 엷어져 토양이 불안정한 상태로 되고 기온, 습도, 바람, 강우 등의 대기상태의 변화와 지온, 토양 수분 등의 변화가 식물성장에 큰 영향을 미치게 되어 경사면에서의 식물 성장은 평지에 비하여 훨씬 열악하다.
이러한 경사면의 녹화를 성공시키기 위해서는 식물의 생육환경 개선이 중요하며, 특히 생육에 필요한 수분을 충분히 확보 또는 유지하여야 하고 토양 중에 산소와 영양분이 적당히 공급되어야 하며 공급된 영양분이 빗물에 유실되지 않아야 한다.
본 발명에서는 이러한 영양분의 공급증가 및 유실방지와 더불어 보수력을 향상시킴으로써 경사지와 같은 열악한 조건의 대상지에도 식물이 용이하게 식생할 수 있도록 하여 실효성있게 녹지를 조성할 수 있는 토양조성물 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 녹지조성용 토양조성물은 축산농가에서 발생하는 배설물, 짚 등의 축산부산물 또는 수처리시설에서 파생되는 정수오니 및/또는 하수오니 등의 유기폐기물을 발효시킨 유기발효물을 포함한다.
돈분, 계분 등의 축산 배설물을 발효시킨 발효 축분은 유기물, 질소, 인산 등을 다량으로 함유하여 종자의 발아나 발아된 식물의 성장 촉진을 위한 중요한 영양분으로서 작용하는데, 발효 축분은 충분히 발효된 것을 사용하여야 하고 발효가 덜 된 축분을 사용할 경우 녹지 시공 후 발효가 지속되면서 식물생육에 지장을 초래한다.
볏짚은 녹지조성용 인공토양에서 부족하기 쉬운 토양미생물을 외부로부터 투입하거나 부숙시켜 사용하지 않더라도 토양미생물을 서서히 발현시키고 활성화되도록 하며, 특히 고초균(Bacillus subtilis)의 생성, 번식을 촉진하는 매개체로 작용한다.
고초균은 토양 내 유기물을 분해하여 식물뿌리가 이용할 수 있는 무기질형태로 변환시켜 식물이 생장하는데 필수요소인 질소, 인산, 칼륨 등의 이용을 촉진하고 고초균의 증식시 점질물질을 분비하여 토양이 떼알구조를 형성토록 함으로써 토양 내 통기성, 보수성, 보비성을 향상시키며, 토양의 비옥도를 높이고 산도조절에 대한 완충능력을 증가시켜 건조시 상승하는 토양산도를 조절하도록 함에 따라 식물이 발아, 생장하기 적합한 환경을 유지한다.
볏짚에는 일반적으로 섬유소인 셀룰로오스가 약 36 % 함유되어 있고 목질화 성분인 리그닌이 약 20 % 함유되어 있으며, 볏짚의 섬유소는 서로 얽히는 성질이 있어서 토양조성물이 경사지에 포설되어도 흘러내리지 않도록 하는 기능을 수행할 수 있다.
이러한 기능을 좀 더 향상시키기 위하여 볏짚 본래의 섬유소 형태를 유지하고 섬유소 이외의 다른 성분들을 제거하는 것이 바람직하며, 이를 위하여 상기 볏짚을 황토물에 침지한 후 발효시킬 필요가 있다.
볏짚을 황토물에 침지하면 섬유소 조직이 물을 흡수하여 부풀어 오르면서 성글어지고, 성글어진 섬유소 조직 사이의 다른 성분들은 발효에 의해 좀 더 제거되어 섬유소끼리 접촉하는 빈도가 증가하며, 따라서 섬유소 간의 마찰력에 의한 결속력이 증가되어 경사지의 토양조성물이 흘러내리는 것을 좀 더 방지할 수 있다.
더불어, 성글어진 섬유소 조직 사이로 황토가 스며들면서 볏짚에 함유된 리그닌이 볏짚 표면으로 스며나오는데, 리그닌은 점착성이 있어서 볏짚을 포함하는 토양조성물의 성분들을 접속시켜 입단(ground granule) 형태로 만듦으로써 토양 내 통기성, 보수력 등을 향상시키는 효과가 있다.
정수처리시설 또는 폐수처리시설에서 발생하는 오니는 부유현탁물이 침전한 것으로서, 이러한 침전물은 유기질 함유율이 높고 수분 보유력이 우수하여 종자의 발아에 적당한 보습력을 유지하며, 오니에 함유된 풍부한 미네랄과 유기질 양분 및 미량원소가 식물생장에 필요한 유·무기질을 공급하고 식물근계의 발달을 촉진하여 갈수기에도 식물의 성장이 정상적으로 이루어질 수 있도록 한다.
상기와 같은 축산부산물, 수처리 오니 등은 폐기처분되는 산업부산물로서, 이를 녹지조성에 재활용함으로써 폐기처분에 따른 비용을 절감할 수 있고 매립에 따른 토양오염을 줄이는 효과도 얻을 수 있다.
지렁이 분변토는 지렁이가 토양 내의 유기물을 흡수ㆍ배출하는 과정에서 생산된 고품질의 유기성 부숙물질로서, 유기물이 고함량으로 함유되어 있고 토양을 떼알구조로 만들어 공극을 크게 함으로써 토양 내 통기성, 물 빠짐, 보수력 등을 개선하며 양이온 치환능력이 높아서 토양의 보비성을 향상시키고 pH가 약알카리성을 나타내어 산성토양의 산도 개량 등의 토양 물리성을 개선하는 역할을 하며, 지렁이가 배출하는 박테리아 근균, 방선균 및 항생균인 바실러스균이 다량으로 함유되어 토양 내 미생물의 공급원이 된다.
또한, 지렁이 분변토는 식물의 몸을 구성하는 질소와 탄소 함량이 매우 높고 분변토 내의 질소성분은 주로 질산염 상태로 존재하여 식물이 다른 분해과정을 거치지 않고 곧바로 이용할 수 있으며, 규산, 칼슘, 마그네슘, 망간, 철, 아연 등 무기질 양분이 풍부하고 이러한 무기질 양분들은 지렁이의 몸속을 통과하면서 수용성으로 변해 식물이 쉽게 흡수할 수 있다.
상기의 지렁이 분변토는 토양조성물 중의 유기발효물 100 중량부 기준 15~25 중량부 함유되는 것이 바람직하며, 15 중량부 미만일 경우 지렁이 분변토의 첨가효과가 충분치 않고 25 중량부를 초과할 경우 고농도의 염으로 인하여 식물이 해를 입을 수 있다.
그런데 토양의 무기질 양분들은 주로 양이온 형태를 취하고 있어서 음(-)으로 하전되어 있는 토양과 약하게 결합되어 있는데, 여기에 산성의 비가 내리면 산성비의 수소이온이 무기질 양분의 양이온과 치환되어 토양과 결합하고 이에 따라 해리된 무기질 양분은 빗물에 의해 유실되므로, 결국 산성비에 의해 토양의 지력이 감소하여 식물의 생장에 나쁜 영향을 미치게 된다.
따라서 토양조성물 중의 무기질 양분이 유실되지 않도록 하는 것이 토양조성물의 녹지조성 능력에서 매우 중요하며, 이를 위하여 본 발명에서는 석탄재로부터 합성된 제올라이트를 토양조성물에 혼합한다.
제올라이트는 결정성 함수 알루미노 규산염의 총칭으로서, 우수한 흡착능력 및 양이온 교환능력을 가지고 있어서 토양 중의 무기질 성분을 붙잡아두는 기능을 수행할 수 있으며, 본 발명에서는 폐기되는 석탄재에 함유된 이산화규소와 산화알루미늄을 이용하여 제올라이트를 합성한다.
화력 발전소 등의 연소로에서 미분탄을 연소한 후 발생하는 석탄재는 이산화규소(SiO2)와 산화알루미늄(Al2O3)의 함량이 가장 많고 산화제이철, 산화칼슘, 산화마그네슘, 산화나트륨, 산화칼륨 및 삼산화황 등을 부성분으로 포함하고 있다.
본 발명에서는 석탄재의 비산재와 바닥재를 각각 단독으로 사용하거나 이들을 혼합하여 제올라이트를 합성할 수 있으며, 석탄재를 분쇄한 후 몰농도(Molarity) 3~5 M의 수산화나트륨 수용액과 혼합하여 2~5 시간 동안 교반하고 여기에 마이크로파를 조사하여 90~110 ℃에서 25~35 시간 반응시켜 제올라이트를 합성하며, 상기 수산화나트륨은 석탄재에 함유된 실리카와 알루미나를 용해시켜 제올라이트 합성에 참여하도록 하는 역할을 하고 마이크로파는 석탄재가 혼합된 수산화나트륨 수용액을 승온시켜 제올라이트 합성이 신속히 진행될 수 있도록 한다.
상기와 같이 제조된 제올라이트는 석탄재의 부성분과 결합한 형태를 가져서 시중에 유통되는 합성 제올라이트에 비하여 양이온치환용량(cation exchange capacity)이 크고 따라서 양이온성 무기질 양분을 토양에 고정하여 식물이 이용할 수 있도록 하는 능력이 크며, 3차원의 골격구조로 이루어지고 공극이 형성되어 있어서 수분을 흡수하여 공극에 채워두었다가 건조기에 식물에 수분을 공급하는 기능을 수행함과 더불어 토양의 보습력, 보비력, 통기력 등 식생용 토양이 구비하여야 할 물리화학적 성질을 향상시킨다.
더욱이, 본 발명에 사용되는 제올라이트는 석탄재로부터 합성되므로 제올라이트 합성에 참여하지 않은 석탄재의 다른 성분(산화제이철, 산화칼슘, 산화마그네슘, 산화나트륨, 산화칼륨 및 삼산화황 등)은 제올라이트 합성에 사용되는 수산화나트륨과 반응하여 물과 양이온 무기물질로 생성되고 생성된 물은 제올라이트의 공극을 채우고 양이온 무기물질은 양이온치환능력을 가지는 제올라이트와 결착하며, 이들은 식물이 이용하기 용이한 형태이므로 토양 중에서 식물생장에 필요한 수분 및 양분을 공급하는 역할을 수행한다.
상기의 석탄재로부터 합성된 제올라이트는 토양조성물 중의 유기발효물 100 중량부 기준 5~15 중량부 함유되는 것이 바람직하며, 5 중량부 미만일 경우 보비력, 보수력이 충분치 않고 15 중량부를 초과할 경우 상대적으로 토양 중의 양분이 부족하게 되어 식물생장의 저해요인이 된다.
상기 토양조성물의 보수력, 보비력을 좀 더 증가시키기 위하여 토양조성물에 석탄을 열분해(thermal decomposition)한 석탄 탄화물을 추가하는 것이 바람직하며, 상기 석탄은 폐기되는 폐석탄을 이용하는 것이 자원재활용 측면에서 좀 더 바람직하다.
석탄은 주로 탄소로 구성되고 소량의 산소, 수소와 미량의 질소, 유황분을 함유하고 있는데, 이를 무산소 또는 저산소 상태에서 900~1100 ℃로 가열하여 열분해하면 석탄이 불완전하게 탄화하여 탄소를 많이 포함하는 물질로 전환된다.
즉, 석탄을 고온으로 가열하면 수소가 방출되면서 방향족 핵 사이의 직접결합에 의한 2차원의 평면구조와 탄소 간 결합에 의한 3차원적 입체구조가 생성되어 긴 사슬형 분자와 평면형태의 분자가 교차 연결되는 구조를 형성하면서 탄화되며, 상기와 같이 탄화된 탄소는 큰 공극에 미세한 공극이 복잡하게 형성되어 있어서 비표면적이 크고 높은 흡착능을 가지게 되어 토양의 보수력, 보비력을 증가시킬 수 있다.
상기 석탄 탄화물은 토양조성물 중의 유기발효물 100 중량부 기준 5~10 중량부 함유되는 것이 바람직하며, 5 중량부 미만이면 석탄 탄화물의 추가효과가 미미하고 10 중량부를 초과하면 오히려 식물생장을 저해하며, 토양조성물에 혼합되는 제올라이트의 양에 따라 적절하게 조정할 수 있다.
상기와 같이 제조되는 지렁이 분변토가 함유된 녹지조성용 토양조성물은 녹지조성 대상지의 토질에 따라 토양과 적당한 비율로 혼합하여 사용되며, 절개지나 토양오염으로 인하여 척박해진 지역의 지표면에 살포되어 식생과 녹화에 적합한 환경을 조성할 수 있다.
이하, 본 발명을 하기의 실시예, 비교예 및 시험예에 의거하여 좀더 상세하게 설명한다.
단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 치환 및 균등한 타 실시예로 변경할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.
<실시예 1>
화력발전소에서 채취한 석탄재(비산재와 바닥재 포함)를 미분쇄한 석탄재 분말을 4 M 농도의 수산화나트륨 수용액에 잠길 정도로 투입하고 충분히 교반한 다음 마그네트론이 장착된 설비에 넣고 마이크로파를 조사하여 100 ℃에서 30 시간 반응시켜 제올라이트를 합성하였다.
상기 반응물에서 제올라이트를 회수하고 세척 및 건조하여 수산화나트륨 수용액을 제거하였다.
돼지사육농가의 돈분, 돼지축사 바닥에 깔렸던 볏짚, 폐수처리시설 바닥의 폐수오니를 수거하여 동일한 중량비로 혼합한 후 통기가 되는 장소에서 5 일간 발효시켰으며, 발효 중 발효물의 내부의 온도는 55~60 ℃로 유지되도록 하였다.
상기 발효물 100 ㎏에 지렁이 분변토 20 ㎏과 상기 석탄재로부터 합성된 건조 제올라이트 10 ㎏을 혼합하여 녹지조성용 토양조성물을 제조하였다.
<실시예 2>
폐석탄을 공기가 차단한 상태에서 1000 ℃로 3 시간 가열하여 석탄 탄화물을 제조하였으며, 상기 실시예 1의 토양조성물에 상기 석탄 탄화물 7 ㎏을 첨가하여 녹지조성용 토양조성물을 제조하였다.
<실시예 3>
상기 실시예 1에서, 수거한 볏짚을 황토물(물:황토=7:3 중량비)에 5 시간 침지하였으며, 침지 중 매 시간마다 상하 뒤집어주었다.
상기 황토물에 침지한 볏짚을 돈분 및 폐수오니와 함께 발효시킨 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 녹지조성용 토양조성물을 제조하였다.
<비교예 1>
상기 실시예 1에서, 제올라이트를 제외하고 돈분, 볏짚 및 폐수오니의 발효물을 지렁이 분변토와 혼합한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 녹지조성용 토양조성물을 제조하였다.
<비교예 2>
상기 실시예 1에서, 석탄재로부터 합성된 건조 제올라이트 대신에, 규산나트륨 용액과 알루민산나트륨 용액을 혼합한 겔을 건조, 분쇄 및 여과하여 제조된 합성 제올라이트를 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 녹지조성용 토양조성물을 제조하였다.
<시험예 1> 토양의 수분함수율 측정
상기 실시예 1~3 및 비교예 1, 2의 녹지조성용 토양조성물을 각각 현무풍화토와 2:3 중량비로 혼합하고 여기에 목본류, 초본류 혼합종자를 섞어서 배합토를 준비하였다.
보통암(moderate rock)으로 이루어진 비탈면 절개지(경사도 40~45°)에 철망(#10.75×75)을 깔고 고정핀으로 고정시킨 다음 상기 실시예 및 비교예의 녹지조성용 토양조성물, 현무풍화토 및 종자가 혼합된 배합토를 7 ㎝ 두께로 건식으로 취부한 후 이어서 3 ㎝ 두께로 습식으로 취부하였다.
시공 후 10 일, 30 일, 50 일 경과시 토양수분계(E.M System Soil Tester, demetera)를 이용하여 토양의 함수율을 측정하였으며, 각 군별 5 곳의 측정치를 평균하여 하기 표 1에 나타내었다.
수분함수율 측정결과
경과일수 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2
10 일 36.3 36.8 36.7 29.4 32.1
30 일 32.1 33.4 32.6 20.6 26.9
50 일 26.5 27.8 27.4 15.5 22.3
상기 표 1을 보면, 석탄 탄화물을 혼합한 실시예 2와 볏짚을 황토물에 침지한 실시예 3이 볏짚을 황토물에 침지하지 않고 석탄 탄화물을 혼합하지 않은 실시예 1에 비하여 수분함수율이 약간 높게 측정되었는데, 석탄 탄화물에 형성된 기공이 수분을 보유하여 토양이 건조되는 것을 방지하고 황토물이 볏짚의 리그닌을 침출시켜 리그닌에 의한 토양단립 형성이 증가하여 토양의 보수력이 증가한 것으로 판단된다.
일반적인 방법으로 합성된 제올라이트를 사용한 비교예 2는 석탄재로부터 합성된 제올라이트를 사용한 실시예에 비하여 함수율이 낮았는데, 이는 실시예의 제올라이트에는 제올라이트 성분뿐만 아니라 석탄재의 다른 성분이 함유되고 이들 다른 성분들이 제올라이트와 결합하면서 수분을 보유할 수 있는 공간을 형성하는 것으로 추정할 수 있다.
제올라이트 성분이 혼합되지 않은 비교예 1은 실시예나 비교예 2의 제올라이트에 의한 보수력을 얻을 수 없으므로 함수율이 가장 낮았으며, 시일이 경과할수록 차이가 점점 크게 나타났다.
식물의 생육에는 토양 중의 수분함량이 가장 중요하여 살수 또는 강우에 의해 토양에 공급된 수분을 보유하는 능력을 증가시키는 것이 토양녹화에 매우 중요하며, 따라서 실시예와 같이 석탄재로부터 제올라이트를 합성하여 녹지조성용으로 사용하는 것이 바람직하고 여기에 수분보유능력을 가지는 석탄 탄화물을 첨가하고 토양이 단립을 형성하도록 하는 것이 효과가 있음을 알 수 있다.
<시험예 2> 발아 및 생존율 측정
상기 시험예 1과 같이 시공한 후 3 개월 경과시 식물이 발아하여 정상 생장하는 개체수를 세어 하기 표 2에 나타내었다.
종자는 약품 전처리 후 각 군별 및 식물종류별로 300 립씩 혼합하였으며, 각 군별 생육면적은 서로 동일한 크기로 조정하였다.
발아 및 생존율 측정결과
발아본수
(발아율)		 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2
구절초 243 (81) 259 (86) 250 (83) 203 (68) 218 (73)
쑥부쟁이 226 (75) 241 (80) 238 (79) 168 (56) 208 (69)
패랭이 254 (85) 250 (83) 243 (81) 192 (64) 219 (73)
원추리 233 (78) 238 (79) 246 (82) 224 (75) 221 (74)
해국 184 (61) 205 (68) 195 (65) 153 (51) 178 (59)
산국 215 (72) 221 (74) 216 (72) 162 (54) 206 (69)
낭아초 203 (68) 232 (77) 220 (73) 203 (68) 201 (67)
붓꽃 247 (82) 243 (81) 244 (81) 198 (66) 225 (75)
억새 252 (84) 266 (89) 258 (86) 236 (79) 235 (78)
비수리 255 (85) 263 (88) 261 (87) 218 (73) 225 (75)
개미취 198 (66) 213 (71) 201 (67) 142 (47) 168 (56)
꽃창포 238 (79) 245 (82) 236 (79) 163 (54) 221 (74)
싸리 84 (28) 88 (29) 95 (32) 72 (24) 75 (25)
평균 229 (76) 240 (80) 234 (78) 189 (63) 210 (70)
상기 표 2에 나타난 바와 같이, 대체적으로 목본류 식물이 초본류 식물에 비하여 발아 및 생존율이 낮게 나타났고, 각 군별로는 실시예 2 > 실시예 3 > 실시예 1 > 비교예 2 > 비교예 1의 순으로 발아 및 생존율이 높은 것으로 측정되었다.
상기 결과는 시험예 1의 결과와 유사한 경향을 나타내었는데, 식물의 발아 및 생존율은 토양의 함수율과 비례관계에 있음을 알 수 있으며, 따라서 토양녹화를 위해서는 토양이 물을 보유하는 능력이 중요함을 알 수 있다.
더불어, 비교예 2가 실시예 1에 비하여 발아 및 생존율이 낮게 나타났는데, 이 결과는 일반적인 방법으로 합성된 제올라이트(비교예 2)에 비하여 석탄재로부터 합성된 제올라이트(실시예 1)의 함수율이 좀 더 높은 점이 가장 큰 영향을 미친 것으로 판단됨과 아울러, 실시예 1의 경우 제올라이트를 합성하는 과정에서 석탄재로부터 해리된 양이온 무기성분이 양이온치환용량이 큰 제올라이트에 결합한 후 이것이 식물의 생육에 이용됨에 따라 시험예 1의 함수율의 차이보다 시험예 2의 식물 발아 및 생존율 차이가 좀 더 크게 나타난 것으로 추정된다.

Claims (7)

  1. 석탄재를 분쇄한 후 몰농도 3~5 M의 수산화나트륨 수용액과 혼합하여 2~5 시간 동안 교반한 다음 마이크로파를 조사하여 90~110 ℃에서 25~35 시간 반응시켜 제올라이트를 합성하는 단계; 및
    축산부산물, 오니 또는 이들의 혼합물을 발효시킨 유기발효물 100 중량부에 지렁이 분변토 15~25 중량부 및 상기 석탄재로부터 합성된 제올라이트 5~15 중량부를 혼합하는 단계;를 포함하는 지렁이 분변토가 함유된 녹지조성용 토양조성물의 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 토양조성물에 유기발효물 100 중량부 기준 석탄 탄화물 5~10 중량부를 첨가하는 것을 특징으로 하는 지렁이 분변토가 함유된 녹지조성용 토양조성물의 제조방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    석탄 탄화물은 무산소 또는 저산소 상태에서 석탄을 900~1100 ℃로 가열하여 제조되는 것을 특징으로 하는 지렁이 분변토가 함유된 녹지조성용 토양조성물의 제조방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 축산부산물은 황토물에 침지한 볏짚을 포함하는 것을 특징으로 하는 지렁이 분변토가 함유된 녹지조성용 토양조성물의 제조방법.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항의 방법으로 제조되며,
    축산부산물, 오니 또는 이들의 혼합물을 발효시킨 유기발효물 100 중량부, 지렁이 분변토 15~25 중량부 및 석탄재로부터 합성된 제올라이트 5~15 중량부로 이루어지는 지렁이 분변토가 함유된 녹지조성용 토양조성물.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 토양조성물은 유기발효물 100 중량부 기준 석탄을 900~1100 ℃로 열분해한 석탄 탄화물 5~10 중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지렁이 분변토가 함유된 녹지조성용 토양조성물.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 축산부산물은 황토물에 침지한 볏짚을 포함하는 것을 특징으로 하는 지렁이 분변토가 함유된 녹지조성용 토양조성물.
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