KR20200071581A - 조류에 오염된 저수호의 수질정화방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 조류에 오염된 저수호의 수질정화방법에 관한 것이다. 본 발명의 목적은 녹조 및 적조의 방지 및 예방 기능이 우수하고, 저수호의 지속적인 자생능력을 향상시키며 유지하는 수질정화방법에 관한 것이다. 조류에 오염된 저수호의 수질정화방법에 있어서, 은행나무, 소나무, 편백나무, 측백나무, 구상나무, 삼나무, 전나무, 잣나무 및 대나무로 이루어진 그룹 중에서 적어도 어느 하나 이상으로부터 채취된 나뭇잎 및 상기 나뭇잎을 가공 처리한 나뭇잎처리물 중 적어도 하나를 알코올에 3일 이상 침지하여 추출혼합물을 얻는 단계, 상기 추출혼합물에 목초액을 혼합하여 3일 이상 숙성시켜 숙성용액을 얻는 단계, 상기 숙성용액에 발효미생물, 항균미생물 및 광합성미생물을 포함하는 미생물 혼합물을 혼합하여 1일 이상 숙성시켜 수질정화 조성물을 얻는 단계, 및 상기 수질정화 조성물을 저수호에 투입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 따라 주 오염원을 제거하고, 환경 개선 기능 향상되어 부영양화된 수질을 회복시킨다. 또한, 지속 가능한 자생능력을 향상시켜 장기적인 수질 개선 기능을 갖는 저수호의 수질정화방법을 제공한다.

Description

조류에 오염된 저수호의 수질정화방법 {Method of improving the Quality of Water polluted with alga}

본 발명은 저수호의 녹조 및 적조에 의한 오염을 정화하는 수질정화방법에 관한 것이다.

호수, 저수지 등과 같은 저수호로 하수, 산업폐수, 농약 및 비료 등의 인위적인 오염원에 의해 유기물 및 질소(N), 인(p)의 유입량이 증가하고, 이들의 유입은 조류 번식을 가속화시켜 녹조 및 적조 현상을 일으킨다. 녹조 및 적조 현상은 수중 용존산소량(DO)을 급감시키고 독성 물질을 분비하여 수질 오염의 주범이 된다.

부영양화(Eutrophication)에 따른 녹조 및 적조 현상을 해결하기 위해, 화학 약품의 처리가 주를 이루던 기존의 수질정화방법은 질소, 인 등의 제거가 어렵다는 점, 2차 오염물질을 유발한다는 점, 지속성이 낮다는 점, 장기적으로 수질을 호기성 환경으로 만든다는 점과 같은 문제점이 있다. 따라서, 기존 화학적 수질개선제의 사용을 줄이고 수자원의 자정능력과 생태계의 선순환 구조를 회복하고자 천연추출물 및 유용미생물을 이용하려는 노력이 다각도로 진행되고 있지만, 의미 있는 성과를 얻고 있지 못한 실정이다.

국내 특허 출원 공개 제10-2014-0018636호 국내 특허 출원 공개 제10-2017-0050298호 국내 특허 출원 공개 제10-2015-0097561호

Konetic Report 2014-11호, "국내외 녹조제어 기술 현황"

따라서, 본 발명의 목적은 식물로부터 추출된 천연에스테르, 목초액 및 복합 미생물을 이용하여 조류에 오염된 저수호의 수질을 효과적으로 정화하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은, 조류에 오염된 저수호의 수질정화방법에 있어서, 은행나무, 소나무, 편백나무, 측백나무, 구상나무, 삼나무, 전나무, 잣나무 및 대나무로 이루어진 그룹 중에서 적어도 어느 하나 이상으로부터 채취된 나뭇잎 및 상기 나뭇잎을 가공 처리한 나뭇잎처리물 중 적어도 하나를 알코올에 3일 이상 침지하여 추출혼합물을 얻는 단계, 상기 추출혼합물에 목초액을 혼합하여 3일 이상 숙성시켜 숙성용액을 얻는 단계, 상기 숙성용액과 발효미생물, 항균미생물 및 광합성미생물을 포함하는 미생물 혼합물을 혼합하여 1일 이상 숙성시켜 수질정화 조성물을 얻는 단계, 및 상기 수질정화 조성물을 저수호에 투입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수질정화방법에 의해 달성된다.

이때, 상기 수질정화 조성물의 투입단계는, 상기 수질정화 조성물을 상기 저수호로부터 채취된 피처리수로 2 내지 10배 희석하여 1시간 이상 적응숙성하는 적응 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 알코올은 순도 90% 이상인 것이 바람직하다.

아울러, 상기 추출혼합물과 상기 목초액의 액상 부피 혼합비는 1:1 내지 1:10인 것이 바람직하다.

상기 수질정화 조성물의 투입단계는, 계면활성제를 더 첨가하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다. 계면활성제는 혼합물이 소수성의 성질을 띠기 때문에 이를 친수성의 성질로 변환하여, 저수호 내로 확산을 용이하게 하는 역할을 한다.

상기 발효미생물은 효모균 및 유산균을 포함하고, 상기 항균미생물은 사상균 및 방선균을 포함하고, 상기 광합성 미생물은 광합성균을 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 미생물 혼합물에는 고초균을 더 포함하는 것이 바람직하다. 고초균은 부패균 등 유해균의 번식을 억제하여 수자원 내 유용미생물의 증식과 활성을 증대시키는 역할을 한다.

고추, 마늘 및 고추냉이 중 하나 이상의 내성증가재를 첨가하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상술한 구성을 갖는 본 발명에 따르면, 수질정화방법을 이용하여 호수, 저수지 등 저수호의 녹조 및 적조현상을 방지 및 예방이 가능하다. 또한, 수질의 지속 가능한 자생능력을 향상시켜 장기적인 수질 개선 기능이 가능하다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 조류에 오염된 저수호의 수질정화방법 순서도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대하여 그 구성 및 작용을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 조류에 오염된 저수호의 수질정화방법을 보여주는 순서도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 먼저 복수 종류의 나뭇잎 및 나뭇잎을 가공 처리한 나뭇잎처리물 중 적어도 하나를 알코올에 침지한다(S11). 나뭇잎은 유기물 생성의 공장이라 불릴 정도로 유기물질의 생성이 가장 활발하게 일어나는 곳이며, 병해충의 침범을 막기 위한 다양한 종류의 에스테르를 생성한다. 따라서, 나뭇잎에서 추출한 천연에스테르는 조류제거 및 조류의 성장 저해, 살균효과가 있다.

사용하기 적합한 나뭇잎은 병충해에 강한 내성을 가진 것일수록 이용하기 적합하다. 예를 들어 은행나무, 소나무, 편백나무, 측백나무, 구상나무, 삼나무, 전나무, 잣나무, 대나무 등이 바람직하다. 다양한 나뭇잎을 바람직하게는 3종 이상을 함께 사용하는 것이 바람직하다. 여기서, 나뭇잎은 생육기능이 가장 활성적인 때 채취한다. 예를 들면 봄과 여름에 채취하는 것이 바람직하다.

나뭇잎처리물은 복수 종류의 나뭇잎을 세단, 착즙, 또는 마쇄하여 얻는다. 알코올은 나뭇잎들에 포함되어 있는 천연에스테르 등 유용한 물질을 추출한다. 나뭇잎을 알코올에 침지해두면 나뭇잎 내의 천연에스테르 성분과 함께 항산화물질인 파이토케미컬(phytochemical)도 추출된다. 파이토케미컬은 경쟁 식물의 생장을 방해하거나, 조류 및 해충 등의 성장을 방해하여, 녹조, 적조 및 수질오염의 원인을 제거한다.

나뭇잎으로부터 천연에스테르 및 항산화물질을 추출하는 역할을 하는 알코올은 순도가 높을수록 추출효율이 높다. 그래서 사용하는 알코올은 순도 90%의 이상의 것이 바람직하며, 95% 이상의 알코올이 더욱 바람직하다.

알코올 내에서 침지하는 기간은 3일 이상 침지하며, 추출온도는 20 내지 60℃로 하는 것이 바람직하다. 통상의 경우 실온(20 내지 25℃)에서는 15일 내지 60일 유지하고, 25℃ 이상 40℃ 미만의 경우에는 8 내지 15일, 40℃ 이상 60℃ 미만의 경우에는 3 내지 7일정도 침지하면 충분히 추출된다. 추출온도가 높을수록 추출기간은 짧아지나, 60℃이상에서는 알코올의 증발 역시 증가하여 불리하다. 따라서, 추출온도는 바람직하게는 20 내지 60℃, 더욱 바람직하게는 40 내지 60℃로 추출하는 것이 유리하다.

충분히 추출될 시간이 경과하면 알코올 내에 침지한 나뭇잎을 제거하여 에스테르 등이 용출된 추출혼합물을 얻는다(S12). 이 추출혼합물에 목초액을 혼합하고 유지 및 숙성시킴으로써 합성에스테르를 포함하는 숙성용액을 생성한다(S13). 목초액은 목재를 건류할 때 만들어지는 맑은 건류액 성분으로써 다양한 목재성 유기산을 포함하고 있다. 이들 유기산은 추출혼합물 내의 알코올과 반응하여 합성에스테르를 생성한다. 이 합성에스테르는 나뭇잎에서 추출된 천연에스테르와 상보적으로 작용하여 폭넓은 다양한 병해충 및 조류와 같은 유해미생물을 기피하게 한다.

이러한 목초액과 추출혼합물의 액상 부피 혼합비는 1:1 내지 1:10 정도가 바람직하다. 목초액과 추출혼합물의 액상 부피 혼합비가 1:1보다 추출혼합물의 양이 낮은 경우에는 나뭇잎으로부터 추출한 천연에스테르의 양이 적어 미생물 기피 효과가 미미하고, 1:10보다 추출혼합물의 양이 많은 경우에는 합성에스테르의 생성이 적어 천연에스테르와의 상보적 작용 효과가 줄어든다. 숙성은 3일 이상 바람직하게는 1주일 이상의 기간을 두고 숙성을 하였을 때, 비로서 유효한 양의 합성에스테르가 생성된다. 이때, 60℃ 이상의 온도에서는 역반응으로 에스테르가 분해가 될 수도 있고, 다른 부산물이 생성될 수도 있으므로, 숙성 온도는 20 내지 40℃인 것이 가장 유리하다.

추출혼합물과 목초액을 혼합하여 숙성시킨 숙성용액에 미생물 혼합물을 추가로 혼합하고 유지시켜 숙성시킨다. 여기서 미생물 혼합물은 별도로 준비한다(S20). 미생물혼합물은 발효미생물, 항균미생물 및 광합성미생물을 포함한다. 여기서 항균미생물은 사상균 및 방선균을 포함하고, 상기 발효미생물은 효모균 및 유산균을 포함하고, 광합성미생물은 광합성균을 포함한다. 또한, 미생물 혼합물에는 고초균을 더 포함한다. 고초균은 호기성 세균으로서, 자연계의 토양, 물, 마른 풀 등에 널리 분포하고 있다. 특히, 볏짚이나 청국장, 낫또 등과 같은 곳에 주로 분포한다. 고초균은 악취나 식중독 등의 원인이 되는 부패균과 같은 유해균의 번식을 억제하고, 실질적인 향군기능 등의 효과를 수행한다. 고초균을 이용함으로써, 산성화된 수자원의 자정능력을 극대화 시키며, 오염원을 제거할 수 있다. 여기서 복수 종류의 미생물로 구성된 미생물 혼합물을 배양 시 실온보다 약간 높은 온도(20℃ 내지 40℃)에서 5일 전후의 충분한 시간 동안 숙성 및 배양이 필요하다. 미생물을 배양할 때, 적절한 온도를 유지하여야 원활하게 증식이 일어나는데, 40℃ 이상의 온도에서는 미생물의 증식하지 않거나 사멸할 수도 있기 때문에 온도를 20℃ 내지 40℃로 유지하여야 한다. 이러한 숙성을 통해서 각 미생물 간의 상호작용으로 유용미생물의 증식 및 유해균에 대한 내성이 강화된다. 여기서 적절한 배양상태는 가스 발생 유무로 확인이 가능하다. 이러한 미생물 혼합물은 유기물을 분해하여 항산화물질을 생성한다. 항산화물질은 항산화작용, 비이온화, 저분자화, 친환경성인 특성을 가지며, 항산화물질을 생성하는 미생물은 생육상태이기 때문에 이러한 특성으로 인한 효과가 지속 가능하다.

이렇게 준비된 미생물 혼합물에 목초액을 혼합 및 숙성하여 생성한 숙성용액을 혼합 및 숙성하여 배양한다(S30). 여기서 미생물 혼합물과 숙성용액의 액상 부피 혼합비는 1:1 내지 10:1로 혼합하는 것이 바람직하다. 액상 부피 혼합비는 처리하려는 저수호의 오염 상태 및 기온과 같은 환경에 따라 조절할 수 있으며, 저수호의 오염이 심한 경우에는 미생물 혼합물의 비율을 증가시키고, 기온이 너무 낮은 경우에도 수질 정화 효과를 높이기 위해 미생물 혼합물의 양을 늘이는 것이 유리하다. 또한, 혼합 및 숙성하는 기간은 5일 전후가 바람직하다. 숙성기간이 너무 짧으면, 미생물의 증식이 미미하여 수질 정화 효과 역시 떨어지고, 미생물의 생존기간보다 길면, 미생물의 수가 줄어들어 수질 정화 효과가 떨어진다.

이와 같이 제조된 수질정화 조성물은 녹조제거를 하려는 저수호의 크기 1만톤당 약 200리터를 일년에 3일 내지 7일 간격으로 3 내지 5회 투입한다(S40). 수질정화 조성물의 투입 시기는 녹조가 없는 가을부터 겨울에 투입하는 것이 가장 바람직하다. 녹조가 이미 왕성하고 강수량이 많은 여름 및 여름 직전 봄에 투입하는 때에는 투입량을 2 내지 3배로 늘리고 투입 간격을 3일 내지 4일로 줄이는 것이 바람직하다.

수질정화 조성물을 투입할 때, 미리 저수호의 물을 채취하여, 2 내지 10배의 채취된 피처리수로 수질정화 조성물을 희석하여 최소 1시간 이상 적응숙성을 시킨 후, 저수호에 투입할 수 있다. 이때, 적응숙성은 3일 이상 것이 바람직하고, 기온이 내려가는 11월부터 2월까지의 겨울에는 7일 이상 하는 것이 더욱 바람직하다. 이로써, 수질정화 조성물 내에 존재하는 미생물들이 대상 저수호에 존재하는 유기물을 분해하고 섭취하여 증식되고, 저수호 내에 존재하는 유용미생물과의 상호작용으로 다른 유용미생물의 증식 및 유해미생물에 대한 내성의 강화 효과를 가져올 수 있다. 또한, 수질정화 조성물 내의 미생물들이 대상 저수호의 환경에 적응하기 유리하여 수질 정화 효과를 증가시킬 수 있다.

또한, 수질정화 조성물은 투입하기 전에 미량의 계면활성제를 투입하여 사용하는 것이 바람직하다. 계면활성제는 혼합물이 소수성의 성질 띠기 때문에 이를 친수성 성질을 가지게 하여 저수조에 투입 시 수중 내 확산을 용이하게 한다.

이와 같은 구성에 의해 수질정화 조성물은 다양한 천연 및 합성에스테르와 여러 종류의 항산화물질을 함유하고 있다. 이 수질정화 조성물을 저수호에 투입하면, 천연 및 합성에스테르의 작용에 의해 조류의 생장을 막고, 항산화물질의 작용으로 조류 및 해충 등의 성장을 방해한다.

우선 에스테르와 항균미생물이 작용하여 부패균과 해충, 조류의 번식을 억제한다. 다음으로, 발효미생물들이 토양 내의 유기물을 분해하는 또 다른 유기물을 생성하는 발효작용을 수행하며, 광합성세균이 발효되어 생성된 유기물을 합성하여, 수자원으로 환원하는 작업을 수행한다.

본 발명의 수질정화 조성물에는 고추, 마늘 또는 고추냉이를 더 첨가하는 것이 바람직하다. 고추, 마늘 또는 고추냉이는 각각 캡사이신(Capsaicin), 알리신(Allicin) 및 이소티오시안산알릴(Allyl Isothiocyanate) 성분을 함유하고 있고, 상기 성분의 추출물들은 음식의 매운맛을 내는 물질들로, 미생물 혼합물의 미생물들을 자극하여, 미생물의 내성을 강화하고, 그에 따라, 생존력을 향상시킨다. 또한, 수중에 존재하는 조류와 같은 유해미생물의 생장환경을 악화시켜, 유해미생물의 번식을 억제한다. 고추, 마늘 또는 고추냉이의 첨가 시기는, 캡사이신, 알리신 및 이소티오시안산알릴 성분이 충분히 추출될 수 있도록, 나뭇잎을 알코올에 침지시킬 때 첨가하는 것이 더 바람직하다.

본 발명에 따른 수질정화 조성물 제조방법에는 산화티탄(TiO₂), 제오라이트, 맥반석, 규산염, 황토 또는 견운모의 분말을 첨가하는 단계를 더 포함할 수 있다. 산화티탄(TiO₂), 제오라이트, 맥반석, 규산염, 황토 또는 견운모의 분말을 첨가는 미생물 혼합물을 혼합 및 숙성한 다음, 저수호에 투입하기 전에 첨가하는 것이 바람직하다. 산화티탄은 광촉매로 빛을 받아 촉매반응을 일으켜 오염된 수중의 오염물 및 유기물, 질소원을 분해하여 조류의 번식 환경을 제거하고, 조류와 같은 유해미생물을 직접적으로 분해하여 수질을 정화한다. 그리고, 제오라이트, 맥반석, 규산연, 황토 또는 견운모와 같은 천연광물질은 질소 및 인과 같은 이물질을 제거하고, 조류와도 효과적으로 흡착하여 바닥으로 가라앉아 녹조를 제거한다. 또한, 천연광물질의 원적외선과 음이온의 항균 및 살균효과로 녹조를 제거하는 효과가 있다. 산화티탄(TiO₂), 제오라이트, 맥반석, 규산염, 황토 또는 견운모의 분말은 모재료를 325 메쉬 이상으로 분쇄한 것이 바람직하다. 분쇄된 분말은 입자의 표면적이 증가하게 되므로, 오염원 분해 및 이물질 제거가 더욱 용이하게 된다. 이러한 천연광물들은 수생생물에 미치는 영향이 거의 없으나, 조류의 제거 효과가 탁월하다.

또한, 본 발명에 따른 수질정화 조성물을 투입하기 전에 수질 오염의 주 원인이 되는 녹조와 적조 등의 원인인 남조류, 편모조류 및 규조류를 포집하여 첨가할 수 있다. 조류의 첨가는 미생물 혼합물의 혼합 및 숙성 단계 이후, 저수조에 수질정화 조성물을 투입하기 직전에 첨가하는 것이 바람직하다. 이로써, 수질정화제 내의 미생물이 조류에 대한 적응 시간을 가질 수 있고, 조류를 이용한 증식을 통해 투입 시 빠른 효과를 볼 수 있다. 첨가하는 조류의 양은 수질정화제의 부피를 기준으로 0.2g/mL 이하를 첨가하는 것이 유리하다. 0.2g/mL이상을 첨가하면 오히려 수질정화제 내의 미생물이 처리하기 힘든 양으로 분해 기능을 상실하거나 사멸할 수도 있다.

이와 같은 구성으로 본 발명의 목적인 녹조, 적조 및 다양한 병해충에 대한 방지 및 예방 기능이 우수하고, 저수호의 지속적인 자생능력을 향상시키며 유지하는 수질정화방법을 제공한다.

Claims (8)

1. 조류에 오염된 저수호의 수질정화방법에 있어서,
   은행나무, 소나무, 편백나무, 측백나무, 구상나무, 삼나무, 전나무, 잣나무 및 대나무로 이루어진 그룹 중에서 적어도 어느 하나 이상으로부터 채취된 나뭇잎 및 상기 나뭇잎을 가공 처리한 나뭇잎처리물 중 적어도 하나를 알코올에 3일 이상 침지하여 추출혼합물을 얻는 단계,
   상기 추출혼합물에 목초액을 혼합하여 3일 이상 숙성시켜 숙성용액을 얻는 단계,
   상기 숙성용액과 발효미생물, 항균미생물 및 광합성미생물을 포함하는 미생물 혼합물을 혼합하여 1일 이상 숙성시켜 수질정화 조성물을 얻는 단계, 및
   상기 수질정화 조성물을 저수호에 투입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수질정화방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 수질정화 조성물의 투입단계는, 상기 수질정화 조성물을 상기 저수호로부터 채취된 피처리수로 2 내지 10배 희석하여 1시간 이상 적응숙성하는 적응 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수질정화방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 알코올은 순도 90% 이상인 것을 특징으로 하는 수질정화방법.
4. 제1항에 있어서,
   상기 추출혼합물과 상기 목초액의 액상 부피 혼합비는 1:1 내지 1:10인 것을 특징으로 하는 수질정화방법.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 수질정화 조성물의 투입단계는, 계면활성제를 더 첨가하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수질정화방법.
6. 제1항에 있어서,
   상기 항균미생물인 사상균 및 방선균을 포함하고, 상기 발효미생물은 효모균 및 유산균을 포함하고, 상기 광합성미생물은 광합성균을 포함하는 것을 특징으로 하는 조류에 오염된 저수호의 수질정화방법.
7. 제1항에 있어서,
   상기 미생물 혼합물은 고초균을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수질정화방법.
8. 제1항에 있어서,
   고추, 마늘 및 고추냉이 중 하나 이상의 내성증가재를 첨가하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수질정화방법.

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