KR20200064206A - 천연소재 알칼리 다공분말체를 이용한 오폐수 정화 및 응집, 토양개선제의 제조방법 및 효과 - Google Patents

Abstract

본 발명은 오염된 하천이나 강, 호수 및 산성화된 토양을 개선하기 위한 처리제에 관한 것으로, 특히 천연소재인 맥반석과 조개껍질, 토르말린, 제오라이트, 일라이트를 고온으로 소송하여 이를 분쇄하여 다공성분말체를 제조한 후, 이에 황토와 물을 혼합하여 원액을 형성한 상태에서, 처리대상의 오염물질이나 상태에 따라 탄닌산의 혼합 및 충분한 량의 물로 원액을 희석하여 물이나 토양에 직접 투여 및 살포함으로서, 고온 소성된 다공성 분말체에 의해 오염물질의 흡착 및 악취제거 효과와 함께 석회성분으로 인해 산성을 중화시켜 약알칼리화를 가능케하므로, 보다 빠른 시간내에 폐수 및 오염된 토양을 정화 및 개선할 수 있는 효과가 있는 것이며, 천연소재로 이루어져 있으므로 인체에도 무해하여 자연생태계에도 뛰어난 자정작용을 갖게 하는 천연소재를 이용한 폐수정화 및 토양 개선제의 제조방법에 대한 것이다.

Description

천연소재 알칼리 다공분말체를 이용한 오폐수 정화 및 응집, 토양개선제의 제조방법 및 효과 {Production method of compositions for waste water purification and coagulation, and soil improvement based on a porous powder made of natural substances}

본 발명은 오폐수 정화 및 토양개선제에 대한 제조방법 및 효과에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 천연소재로 이루어진 다공성 분말체를 이용하여 오폐수 정화 및 응집, 토양개선제의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명은 오염된 하천이나 강, 호소수 및 산성화 된 토양을 개선하기 위한 처리제에 관한 것으로, 특히 고온으로 소성된 맥반석 및 조개껍질, 토르말린, 제오라이트, 일라이트를 다공질로 분말화하여, 이에 황토 및 탄닌산을 첨가 혼합하여 이를 희석 사용할 수 있게 함으로서, 부영양화에 의해 오염된 강이나 하천, 호소수 등을 신속하게 정화시키면서도, 산성화된 토양을 약알칼리화시켜 지력 증강 및 식물의 생장속도를 향상시켜 소득을 증대 할 수 있게 한 천연소재를 이용한 폐수정화 및 토양개선제의 제조방법에 대한 것이다.

일반적으로 강이나 하천 및 호소수 등은 다양한 원인에 의한 부영양화로 인해 오염되는 것이며, 상기한 부영양화는 적조현상 등을 일으켜 생태계를 위협하게 된다.

상기한 부영양화의 주된 원인으로는, 강이나 바다, 호수나 연안에 아질산염, 질산염, 암모니아, 인산염, 규산염 등의 유기물 염류가 흘러들어 물속에 영양물질(질소, 인)을 방출하면, 영양물질이 풍부한 물은 식물플랑크톤의 성장과 번식이 매우 신속하게 진행되므로 맑은 물이 검푸른색의 물의 변하는 적조현상이 발생하게 된다.

이 현상은 수중생태계의 파괴이므로 호흡할 때 산소가 필요한 물고기나 다른 생물들은 질식사하게 되고, 이런한 부영양화는 죽은 호수나 마찬가지이다. 또한 조류로부터 악취와 독성물질이 생기므로 상수원으로서의 이용 가치는 거의 상실된다.

이러한 부영양화에 의한 손실을 정상화하기까지는 수년이 걸린다. 그 이유는 썩은 유기물질들이 영양물질을 물속에 다시 방출시켜 영양물질이 풍부한 부영양 조건을 지속시키기 때문이며, 공장폐수, 생활하수나 비료를 많이 사용한 농지로 부터 흘러드는 비료 성분 때문에 부영양화의 진행이 점점 빨라지고 있다.

또한, 토양의 경우에도 농약의 사용이나 오염된 물의 유입으로 인해 토양의 산성화가 빠르게 진행되고 있는 추세여서, 산성화된 토양은 식물의 생장을 방해할 뿐만 아니라, 인체에도 악영향을 끼치는 원인이 되고 있는 것이다.

이와 같이 산성화된 물이나 토양을 개선하기 위해서는 일반적으로 화학약품을 살포 또는 투입하여 이에 의해 오염물질의 제거하거나 약알칼리화를 시키게 되는데, 상기한 희석제 또는 처리제는 대부분 화학약품에 의존하고 있으므로 어류나 농작물을 직접 섭취하는 인체에 이롭지 못한 화학성분이 축적되므로 생태계의 파괴는 물론 인체의 건강을 위협하고 있는 것이다.

본 발명은 전기한 바와 같은 문제점을 제거코자 안출된 것으로서, 천연소재인 맥반석과 조개껍질, 토르말린, 제오라이트, 일라이트를 고온으로 소성하여 이를 분쇄하여 다공성 분말체로 제조한 후, 이에 황토와 물을 혼합하여 원액을 형성한 상태에서, 처리대상의 오염물질이나 상태에 따라 탄닌산의 혼합 및 충분한 량의 물로 원액을 희석하여 물이나 토양에 직접 투여 및 살포함으로서, 고온 소성된 다공성 분말체에 의해 오염물질의 흡착 및 악취제거 효과와 함께 석회성분으로 인한 산성을 중화시켜 약알칼리화를 가능케하므로, 보다 빠른 시간내에 폐수 및 오염된 토양을 정화 및 개선할 수 있는 효과가 있는 것이며, 천연소재로 이루어져 있으므로 인체에도 무해하여 자연생태계에도 뛰어난 자정작용을 갖게 하는 천연소재를 이용한 폐수정화 및 토양개선제의 제조방법을 제공함에 본 발명의 목적이 있는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 맥반석 20내지23중량%와 조개껍질 20내지25중량%, 토르말린 15내지20중량%, 제오라이트 16내지19중량%, 일라이트 12내지18중량%를 소성로의 내부에서 1280내지1300℃의 온도내에서 2내지2.5시간동안 소성시키고, 상기한 소성물은 분쇄기를 통해 290내지300메쉬의 입자로 분말화시키서 다공성 분말체를 제조하고, 상기 다공성분말체의 전체중량에 대한 17내지20중량%의 황토를 더 첨가한 후, 이에 상기 다공성 분말체 및 황토의 전체중량 대비 1:5의 비율로 물을 더 혼합하여 이를 교반하여 원액을 형성한 후, 상기 원액과 물을 중량대비 1:80내지100의 비율로 혼합하여 사용함을 특징으로 하는 다공성 분말체를 이용한 폐수정화 및 토양개선제의 제조방법을 제공한다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 원액에 탄닌산을 전체중량 대비 17내지21중량%를 더 혼합하여, 이를 물에 희석 사용함을 특징으로 할 수 있다.

본 발명 다공성 분말체를 이용한 폐수 정화 및 토양개선제는 고온 소성된 다공성 분말체에 의해 오염물질의 흡착 및 악취제거 효과와 함께 석회성분으로 인해 산성을 중화시켜 약알칼리화를 가능케하므로, 보다 빠른 시간내에 폐수 및 오염된 토양을 정화 및 개선할 수 있는 효과가 있으며, 천연소재로 이루어져 있으므로 인체에도 무해하여 자연생태계에도 뛰어난 자정작용을 갖게 하는 효과가 있는 것이다.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본발명의 제조방법에 따른 토양개선제의 암모니아에 대한 제거율에 대한 그래프이다.
도 2는 본발명의 제조방법에 따른 토양개선제의 트리메틸아민에 대한 제거율에 대한 그래프이다.
도 3은 본발명의 제조방법에 따른 토양개선제의 황화수소에 대한 제거율에 대한 그래프이다.
도 4는 본발명의 제조방법에 따른 토양개선제의 메틸머캅탄에 대한 제거율에 대한 그래프이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명은 먼저, 맥반석 20내지23중량%와 조개껍질 20내지25중량%, 토르말린 15내지20중량%, 제오라이트 16내지19중량%, 일라이트 12내지18중량%를 소성로의 내부에서 1280내지1300℃의 온도내에서 2내지2.5시간동안 소성시키고, 상기한 소성물은 분쇄기를 통해 290내지300메쉬의 입자로 분말화시켜서 다공성 분말체로 제조한 다음, 이렇게 제조된 다공성 분말체의 전체중량에 대한 17내지20중량%의 황토를 더 첨가한 후, 이에 다공성 분말체 및 황토의 전체중량 대비 1:5의 비율로 물을 더 혼합하여 이를 교반하여 원액을 형성한 후, 상기 원액과 물을 중량대비 1:80내지100의 비율로 혼합하여 이를 오염원에 직접 사용하면 되는 것이다. 이때, 상기한 원액에 탄닌산을 전체중량 대비 17내지21중량%를 더 혼합하여, 이를 물에 희석 사용하면 상기한 탄닌산에 의한 단백질이나 오염물을 침전시켜 더욱 뛰어난 정화 및 개선효과를 얻을 수 있게 된다.

이와 같은 본 발명 다공선 분말체를 이용한 폐수정화 및 토양개선제는 주변에서 쉽게 구할 수 있는 천연소재인 맥반석 20내지23중량%와 조개껍질 20내지25중량%, 토르말린 15내지20중량%, 제오라이트 16내지19중량%, 일라이트 12내지18중량%를 이용하여 만들어지는 것인데, 상기한 맥반석은, 석영반암에 속하여 약석으로 알려진 암석으로서 화성암류 중 화강섬록반암에 속하며, 석영과 장석이 촘촘하게 섞여 있다. 누런 백색, 연한 누런갈색, 옅은 회색, 짙은 녹색 또는 옅은 녹색 암석에 빨간 점 또는 하얀 점이 고르게 섞여 있는 모습이 보리밥과 같다고 하여 맥반석이라는 이름이 붙었다.

주성분은 무수규산과 산화알루미늄이고, 산화제2철이 소량 함유되어 있으며, 약석으로 알려진 것은 누런 백색을 띤 맥반석으로 예전에는 환약을 정제하는 여과제, 등에 나는 부스럼 또는 종기 등 피부질병과 치료하는 소염제로 사용하였습니다. 동의보감에 의하면 그 성질은 달고, 따뜻하며, 독이 없다고 한다.

이것은 1㎤당 3내지15만 개의 구멍으로 이루어져 있어 흡착성이 강하고, 약 2만 5000종의 무기염류를 함유하고 있다. 중금속과 이온을 교환하는 작용을 하기 때문에 유해금속 제거제로도 사용하며, 이 암석에 열을 가하면 원적외선을 방출하는 것으로 알려져 있다. 이러한 특성 때문에 찜질방,식기,의료기 등 여러 산업 부분에서 이용하고 있는 것으로, 본 발명에서는 폐수 및 오염된 토양의 유해금속을 제거하는 용도로 사용된다.

또한, 조개껍질은 풍부한 칼슘이 포함된 석회성분으로 이루어져 있으므로, 강산성의 폐수 및 오염된 토양을 약알칼리화하는 목적 이외에 중금속이나 오염물질을 응집하여 가라앉히는 효과가 있어 빠른 정화작용을 갖게 하는 것이다.

또한, 토르말린은 육방정계(六方晶系)에 속하는 광물로서, 전기석이라고도 한다. 화학성분은 철,마그네슘,알칼리금속 등과 알루미늄의 복잡한 붕규산염이다. 대개는 6각 또는 9각 때로는 3각 주상(柱狀)을 이루며, 주(柱)의 상하에서 결정형을 달리하는 경우도 있다. 또 상하가 편평한 능면체나 침상(針狀),모상(毛狀)을 나타내며, 때로 입상(粒狀),괴상(塊狀)을 이루기도 한다. 쪼개짐은 분명하지 않고, 단구(斷口)는 평탄하지 않거나 패각상(貝殼狀)이다. 굳기 7.0내지7.5, 비중 2.98내지3.20이다. 유리광택 또는 수지광택이 있다. 마잘에 의해서 전기가 생기며, 가열하면 양끝이 양-음으로 대전(帶電)하기 때문에 이이름이 붙여졌다. 철이 많은 것을 철전기석이라 하며, 흑색을 띠며 육안으로는 불투명한 것이 많은데, 본 발명에서는 폐수나 오염된 토양의 빠른 이온화를 가속시켜 뛰어난 정화작용 및 토양개선작용을 하게 한 것이다.

또한, 제오라이트는 알칼리 및 알칼리토금속의 규산알루미늄 수화물(水化物)인 광물의 총칭으로서, 결정구조적으로 각 원자의 결합이 느슨하고, 그 사이를 채우고 있는 수분을 고열로 방출시켜도 골격은 그래로 있기 때문에 다른 미립물질을 흡착 할 수가 있는 것이다. 이 성질을 이용해서 흡착제로 사용을 하고 크기가 다른 미립물질을 분리시키는 분자체로 사용하기도 하는 것으로, 본 발명에서는 중금속 및 오염물질을 흡착하는 목적과 함께 악취를 제거하는 용도로도 사용된다.

또한, 일라이트는 단사정계(單斜晶系)에 속하는 미세한 운모족(雲母族)광물로서, 일라이트(illite)는 이질퇴적암, 열수변질대, 및 중성-산서암의 풍화물에서 매우 흔한 2차 광물이며, K+가 풍부한 환경에서 잘 형성되는데, 장석이나 운모류로부터 쉽게 형성되기도 하며 열수용액으로부터 직접 침전되기도 한다. 일라이트는 셰일이나 사암에서 카올리 나이트, 일라이트-스멕타이트 혼합층 상광물과 더불어 가장 풍부한 점토광물이다.

특히 일라이트는 저온 환경에서 스멕타이트로부터 흔히 형성되기 때문에 일라이트질 점토는 스멕타이트 층과 일라이트 층이 C축 방향을 따라서 규칙적으로 혼합된 복잡한 구조를 보이기도 한다. 이 경우 일라이트-스멕타이트의 혼합층상광물 또는 혼합층상구조(illite-smectite mixed layer, I/S)라고 부른다. 일반적인 퇴적환경에서는 속성작용이 진행됨에 따라 점토광물은 스멕타이트로부터 시작하여 I/S혼합층상광물을 거쳐, 최종적으로 일라이트로 전이한다. 이 같은 전이는 K+의 공급과 반응온도와 밀접한 관련성을 가진다. 특히 I/S혼합층상광물의 특성은 스멕타이이트와 더불어 일라이트와 밀접히 관련되기 때무에 점토광물중에서 아마도 일라이트만큼 오랜 기간동안 주목과 논쟁의 대상이 되어온 광물도 드물 것이다.

특히 일라이트의 결정도는 속성작용 단계를 해석함에 있어서 매우 중요한 근거로서 이용되고 있다. 또한 이를 이용하여 온도를 추정하기도 한다. 특히 지표 및 저온환경에서 형성되는 점토광물은 온도가 높아질수록 보다 안정한 형태로 전이하면서 결정의 성장이 일어난다.

일라이트를 비롯한 대부분의 점토광물은 저온환경하에서 준안정적인(metastable) 광물상으로 존재하기 때문에 열역학적 정보가 매우 제한되어 있으며, 화학조성 또한 치환관계가 복잡하고 다양하여 여러종류의 고용체로 구성된다.

그러나, 반대로 이러한 점을 잘 이해하면, 점토광물의 물리화학적인 특성을 유추 할 수가 있으며, 지질학적 환경해석이나 산업응용분야에도 그 활용도가 높은 것으로 본 발명에서는 중금속이나 유해물질 등을 흡착함과 동시에 물이나 토양을 알칼리화하는 용도로 사용되는 것이다.

이와 같은 천연소재 및 광물을 일정비율로 혼합하여, 이를 소성로의 내부에서 1280내지1300℃의 온도내에서 2내지2.5시간동안 소성시키면 상기한 원료는 고온에서 비소와 같은 유해물질이 제거되는 것이며, 이러한 유해물질이 제거되면서 발생하는 공극은 상기한 소성물이 다공질체로 형성되도록 하는 것이다.

이와 같이 다공질체로 된 소성물을 분쇄시에 투입하여 290내지300 메쉬정도의 입자를 갖는 분말로 파쇄하여 분말원료를 만들게 되는 것이며, 상기한 분말원료에 다시 황토를 17내지20중량% 섞어 황토에 의한 효과를 기대할 수 있는 것인데

황토는 황토 입자 사이의 빈 공간이 불순물, 오염물질을 흡착 분해해서 산소를 풍부하게 하고 원적외선을 방출하는데 이것이 적조를 일으키는 조류? 먹이가 되는 인 성분을 황토 입자 사이의 공간이 흡착해 바닷 속에 가라앉히게 되어 적조현상을 막는 것이며, 구체적으로는 황토의 콜로이드입자가 해수중의 현탁물질(영양물질, 미소플랑크톤 등)을 응집, 흡착하는 성질이 있는 것을 이용하는 것이다.

이와 같이, 소성된 분말원료와 황토의 혼합물의 전체중량에 대하여 약 5내지10배의 물을 섞여 이를 볼밀과 같은 혼합 교반기의 내부에서 충분히 교반하여 소성분말과 황토가 고루 섞여 일정한 점도를 갖는 원액이 형성되게 하는 것이다.

이러한 원액을 강이나 하천, 호소수에 대하여 직접 사용하는 것이 아니라, 정화하고자 하는 현장에서 물을 수급하여 상기원액 중량대비 80내지100배의 물을 원액과 혼합하여 희석한 상태로 살포 또는 투여하면 되는 것이다.

토양의 경우에도 마찬가지로 희석된 원약을 살포하면 산성화 또는 강알칼리화 상태의 토양이 약알칼리화가 되어 지력의 상승 및 식물의 생장조건을 최적화시켜 보다 향상된 수확률 및 생장상태를 확인할 수 있게 된다.

특히, 본 발명에 따른 폐수정화 및 토양개산제는 보다 빠른 시간내에 오염된 폐수나 토양을 정화시킬 수 있는 것이며, 천연소재로 이루어져 있어 인체에 무해하므로 매우 친환경적인 것이다.

시험예1

1. 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 토양개선제를 20 mL를 5 L 크기 반응기에 넣고 밀봉함.

2. 시험가스(암모니아, 트릴메틴아민, 황화수소, 메틸머캅탄)의 초기농도를 50 μIno1/Ino1으 로 주입 하고 시험가스의 농도를 초기(0분), 30분, 60분 , 90분 , 120분 에서 측정 하고 이를 sample농도라 함.

3. 시험가스(암모니아, 트릴메틴아민, 황화수소, 메틸머캅탄)의 농도는 KS I 2218 : 2009에 의해 측정함.

4. 시험 중 온도는 23 ℃ ± 5 ℃, 상대습도는 50 % ± 10 %를 유지함.

5. 이와 별도로 시료가 없는 상태에서 위의 암모니아, 트릴메틴아민, 황화수소, 메틸머캅탄에 의해 시험을 진행하고 이를 blank농도라 함.

6. 각 시간대별 시험가스(암모니아, 트릴메틴아민, 황화수소, 메틸머캅탄)의 제거율은 다음 식에 의해 계산함.

시험가스의 제거율(%) = [{Blank 농도)-(sample 농도)/(blank 농도)]×100.

상기 시험가스(암모니아, 트릴메틴아민, 황화수소, 메틸머캅탄)에 대한 결과값은 다음과 같다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (2)

1. 맥반석 20 내지 23중량%와 조개껍질 20내지25중량%, 토르말린 15내지20중량%, 제오라이트 16내지19중량%, 일라이트 12내지18중량%를 소성로의 내부에서 1280내지1300℃의 온도내에서 2내지2.5시간동안 소성시키고, 상기한 소성물은 분쇄기를 통해 290내지300메쉬의 입자로 분말화시키서 다공성 분말체를 제조하고, 상기 다공성분말체의 전체중량에 대한 17내지20중량%의 황토를 더 첨가한 후, 이에 상기 다공성 분말체 및 황토의 전체중량 대비 1:5의 비율로 물을 더 혼합하여 이를 교반하여 원액을 형성한 후, 상기 원액과 물을 중량대비 1:80내지100의 비율로 혼합하여 사용함을 특징으로 하는 다공성 분말체를 이용한 폐수정화 및 토양개선제의 제조방법.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 원액에 탄닌산을 전체중량 대비 17내지21중량%를 더 혼합하여, 이를 물에 희석 사용함을 특징으로 하는 다공성 분말체를 이용한 폐수정화 및 토양개선제의 제조방법.

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