KR970007097B1

KR970007097B1 - 인공 배양토 조성물 및 그의 제조 방법

Info

Publication number: KR970007097B1
Application number: KR1019950004651A
Authority: KR
Inventors: 구자공; 임재신; 조성록; 조순호
Original assignee: 장길석; 한국과학기술원; 심상철
Priority date: 1995-03-03
Filing date: 1995-03-03
Publication date: 1997-05-02
Also published as: KR960034141A

Abstract

내용없음

Description

인공 배양토 조성물 및 그의 제조 방법

본 발명은 토목 공사에 의해 발생되는 절토면(切土面) 및 암벽절개지(岩壁切開地)에 초목류를 식재하기 위해 사용할 수 있는 인공 배양토 조성물 및 그의 제조 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 본발명은 제지 슬러지, 석탄회, 완숙퇴비, 도시하수슬러지, 시멘트 슬러지, 복합비료 및 폴리아크릴계 점도증가제로 이루어짐을 특징으로 하여, 폐기물로서 버려지는 원료들을 재활용하는 동시에, 암벽 또는 절토면에 안정하고 보다 양호한 식생조건을 제공할 수 있는 인공 배양토 조성물 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로 토목 공사에서는 절토면이나 암벽절개지가 발생되는 경우가 많으며, 이러한 절토면이나 암벽절개지가 나출되는 경우에는 자연경관을 해칠 뿐만 아니라, 강우시 토양이 유실되어 위험한 사고를 유발할 수 있으므로 이들을 자연상태로 복원하는 것이 요구되고 있다.

이를 목적으로 암벽절개지 및 절토 경사면의 조경을 위한 배양토가 개발되어 시공되고 있다.

현재 널리 사용되고 있는 녹생토(대한민국 출원 제89-13774호)는 그 조성이 피트(peat) 10 내지 30중량 %, 연탄재 10 내지 30 중량 %, 오니 케이크 40 내지 60 중량 %, 펄프슬러지 10 내지 20 중량%를 혼합하여 제조한 것이다.

그러나 이 녹생토를 사용하는 데에는 몇가지 문제점이 있다. 첫째, 그 성분인 펄프 슬러지와 하수오니는 슬러지 발생 공정에서 황산 알루미늄(aluminum sulfate, A1₂(SO₄)₃) 또는 폴리염화알루미늄(polyaluminum chloride)을 응집제로 사용하기 때문에 상당량의 알루미늄을 함유하고 있다. 그런데 알루미늄은 산성 조건(pH<5.5)에서 활성화되어 식물체의 뿌리 발육장애, 수분과 영양분 흡수 저해 등을 야기시키며 결국 식물의 생육을 저해하는 문제점이 있다. 특히 배양토가 시공되는 절개지는 주로 교통량이 많은 도로 주변이 위치하게 되어 자동차 배기 가스 중에 함유된 질산화물(NO_x), 이산화탄소, 일산화탄소 및 황산화물(SO_x) 등이 시공된 배양토에 흡착되거나, 산성우에 의해 점차적으로 배양토의 pH가 낮아지면 배양토 중의 알루미늄이 활성화되어 상기와 같은 문제점이 나타나게 된다.

둘째는, 배양토의 접착성에 관한 것이다. 즉, 배양트는 암벽절개지에 접착되어 식물체의 뿌리가 매트를 형성할 때까지 접착력과 내구성이 보장되어야 하는데, 종래 제품은 접착력이 불충분하여 경사가 심하거나 암벽일 경우에는 접착이 잘되지 않고 내구성이 없어서 시공 후 붕괴되는 등 하자가 많이 발생한다. 이러한 문제점을 보완하기 위해서 현재까지는 CMC(carboxymethyl cellulose sodium salt)를 혼합하여 사용하고 있으나, 토양이나 하수 슬러지, 제지슬러지 중에 다량 함유되어 있는 알루미늄, 칼슘, 마그네슘, 철 등과 같은 다가 양이온에 의해 나트륨 이온이 치환됨으로써, 이로 인해 CMC 고유의 특성인 점성을 상실하게 된다.

본 발명자는 상기와 같은 문제점들을 인식하고 이를 해결하기 위하여 제지 슬러지, 석탄회(fly ash), 완숙퇴비, 도시하수 슬러지, 시멘트슬러지, 복합비료, 폴리아크릴계 점도증가제 또는 폴리 비닐계 점도 증가제 또는 이들의 혼합물로 구성된 점도증가제 중에서 선택된 점도 증가제를 혼합함으로써 신규한 인공 배양토 조성물을 제조하게 되었다.

또한, 실험실과 현장에서 반복하여 실험하여 본 결과, 30 내지 60 중량 %의 제지슬러지, 5 내지 20중량%의 석탄회, 5 내지 20중량%의 완숙퇴비, 5 내지 35 중량 %의 도시하수슬러지, 0.5 내지 20 중량%의 시멘트슬러지, 0.1 내지 5 중량 %의 복합 비료 및 0.02 내지 2 중량 9%의 폴리아크릴계 점도증가제 또는 폴리 비닐계 점도증가제 또는 이들의 혼합물으로 구성된 점도증가제 중에서 선택된 점도증가제로 이루어진 인공 배양토 조성물이 특히 바람직하다는 것을 확인하였다.

본 발명의 조성물을 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 조성물에 사용하는 제지 슬러지는 각종 제지과정에서 발생하는 슬러지를 사용할 수 있으며, 예컨대 신문용지를 생산하는 공정에서 생성된 제지슬러지를 사용할 수 있다.

석탄회는 통상 연료로 사용후 발생되는 것으로서, 유연탄회와 무연탄회로 나눌 수 있으며, 토양 및 작물에 대한 다년간의 실험을 통해 작물의 생육에 효과적임이 인정된 바 있다[참고 한국 전력공사 기술연구원보고서; 토양개량제로서의 석탄회 이용 연구, 1994.5.]. 본 발명에서는 대량 수급이 용이하고, 보수력이 충분하며, 비중이 작은, 화력 발전소에서 발생되는 석탄회로소 특히 유연탄회를 사용하는 것이 바람직하며, 그 이화학 성분은 하기 표 1과 같다[참고: 한국 전력공사 기술연구원 보고서: 토양].

상기 표에서 알 수 있는 바와 같은 석탄회는 pH가 알칼리성이고, 인산과 칼슘, 마그네슘 등의 식물성장에 필수적인 영양원이 다량 함유되어 있다. 특히 잔디와 같은 화본과 식물의 세포벽을 규질화(珪質化)시켜 식물체의 조직을 단단하게 해주는 매우 유용한 성분인 Sio₂를 다량(22.5%) 함유하고 있는 것으로 알려져 있다.

본 발명에서 석탄회를 사용하는 것은 상기와 같은 효과 이외에도, 종래의 배양토에 사용되는 연탄재는 난방 시설의 변화로 인하여 그 수급이 점차 어려워지는 문제점을 해결할 수 있으며, 비중이 작은 석탄회를 사용함으로써 배양토를 보다 경량화시켜 시공을 용이하게 한다는 장점을 제공한다.

본 발명의 조성물에서 완숙퇴비는 색도 Y=12 이하, 양이온 치환용량(CEC) 60me/100g 이상, C/N율 20이하인 완전 부숙된 퇴비를 사용하는 것이 바람직하다.

도시하수 슬러지는 도시 하수를 처리한 후 발생되는 오니를 말하며 중금속과 유해 유기 화합물이 없을 경우, 좋은 식물 영양자원으로 사용할 수 있는 것으로 여러 연구자둘에 의해 알려져 있다. 본 발명에서는 각종 도시하수 슬러지를 사용할 수 있으나, 유해 유기 화합물이 거의 함유되어 있지 않은 도시생활하수로부터 생성되는 슬러지를 사용하는 것이 바람직하며, 환경 보호 및 안정성의 차원에서 사전에 중금속 함량을 분석하여 안전성이 확보된 것을 사용하는 것이 특히 바람직하다.

본 발명의 조성물에서 시멘트 슬러지는 시멘트 제품 생산과정에서 발생되는 것으로서 경량기포콘크리트(ALC) 슬러지를 포함하며, 그 이화학적인 성분은 하기 표 2와 같다.[참고 : 한국폐기물학회지 Vo1.10 No.1 83-91(1993); cement sludge 폐기물의 재활용 방안(노재성 외 2인)].·

상기 표에서 보는 바와 같이 시멘트 슬러지는 pH 12.7로서 배양토에서 산도 교정 효과가 우수하여 종래 제품의 알루미늄에 의한 식물 생육저해 요인을 제거할 수 있으며, 가용성 칼슘 함량이 많아 식물영양원으로서 유용하다. 또한 배양토 원료들을 응집시키는 시멘트 역할을 함으로써 배양토가 시공된 후 내구성을 높일 수 있다.

본 발명의 조성물에서 사용되는 복합 비료에는 고추용 복합비료, 고수용 복합비료, 원예용 복합비료등 그 용도와 성분에 따라 다양한 것들이 있은, 본 발명의 목적을 달성하기 위해 식재되는 초목류의 특성상, 원예용 복합비료를 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 조성물에서 사용되는 폴리아크릴계 점도증가제 또는 폴리비닐계 점도증가제는 통상 시판되고 있는 것을 단독으로 또는 혼합하여 사용할 수 있다.

본 발명의 인공 배양토 조성물을 제조하는 방법을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

상기 조성비의범위 내에서 제지 슬러지와 도시하수 슬러지를 혼합하여 20일간 퇴비화시켜 1차 부숙을 실시한다. 이 때에 제지 슬러지와 도시하수 슬러지는 미생물이 가장 왕성하게 유기물을 분해하는 퇴비화 조건인 수분함량 60 내지 65% 탄질률(C/N율) 25 내지 35로 혼합하는 것이 바람직하다.

이렇게 1차 부숙된 원료와 소정량의 시멘트 슬러지, 석탄회, 완숙퇴비, 복합 비료 및 폴리아크릴계 점도증가계 또는 폴리 비닐계 점도증가제 또는 이들의 혼합물으로 구성된 점도증가제 중에서 선택된 점도증가제를 혼합, 균질화함으로서 배양토 제조할 수 있다.

1차 부숙 공정은 통상의 퇴비화 공정을 이용할 수 있으나, 호기성 퇴비화 공법인 20일간 강제송풍방식(Static pile proces)으로 수행하는 것이 바람직하다.

본 발명의 제조 방법에 있어서 조성물을 혼합한 후 장시간 방치할 경우 점도증가제의 고화로 인하여 제품이 단단해지는 것을 방지하기 위해 점도증가제는 시공 직전에 혼합하는 것이 바람직하다.

본 발명의 인공 배양토 조성물은 토목 공사 등에 의해 발생되는 각종 털토면 및 암멱절개지에 소정의 초목류 씨앗과 함께 통상의 방법에 따라 시공한다. 본 발명의 인공 배양토의 시공 방법을 예를 들어 설명하면 다음과 같다.

경사가 심한 암벽절개지와 절토사면에 부착망(PVC 코팅망)을 설치하고, 배양토의 수분 함량을 65내지 75%로 조절한 후, 잡초씨앗을 혼합하여 취부기로 15cm 내외의 두께로 시공한다.

본 발명의 인공 배양토 조성물은 시판 완숙 퇴비와 이화학적 성질을 비교 측정한 결과(실시예 2의표 4 참조), pH가 약알카리성으로서 장기적으로 발생될 수 있는 산성화에 의한 알루미늄의 식물 생장 저해 효과를 예방할 수 있으며, 질소 함량이 1.7%로서 완숙 퇴비의 질소 함량(0.5%)보다 높을 뿐만아니라 속효성 화학비료와 배양토 원료에 결합되어 있는 유기물 구성 질소가 적절히 혼합되어 장기적인 영양 공급을 원활히 할 수 있다. 또한 양이온치환용량은 68me/100g으로 완숙퇴비(48me/100g)보다 매우

또한, 본 발명의 인공 배양토 조성물에서의 초목의 발아율을 실험하여 본 결과(실시예 3 참조), 대조구의 95%로서 완숙퇴비와 거의 같은 발아율을 나타냈다. 이것은 본 발명의 인공 배양토 조성물이 미부숙 상태에서 흔히 발생되는 유기산, 암모니아 가스 등의 장해가 없는 것으로 판단되며, 뿌리 길이와 지상부의 신장이 완숙퇴비 보다 큰 것으로 나타나 유식물(幼植物)이 쉽게 흡수 이용할 수 있는 수용성질소, 인산, 칼리 등의 식물 영양분이 풍부한 것으로 판단된다. 이는 배양토가 시공 후 초목류의 초

본 발명의 인공 배양토 조성물을 암벽절개지에 시공한 후 관찰해 본 결과, 강우와 한발에도 붕괴나 가뭄 피해가 없었으며, 특히 90°의 지각 암반에서도 접착이 우수하였다. 또한 배양토를 시공한 현장에서 강우에 의한 중금속 유출 여부를 1년간 계절별로 유출수와 토양을 조사한 결과 환경에 유해한 정도의 함량은 검출되지 않아 매우 안전한 제품임을 확인하였다.

본 발명의 인공 배양토 조성물은 현재 사회적으로 문제시되고 있는 폐기물을 재할용하여 부가가치화할 뿐만 아니라, 각종 건설 공사로 인해 훼손된 자연환경을 원상태로 복원하는 데에 일익을 담당할 수 있다.

하기 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하는 것이며, 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다

(실시예 1)

전체 조성물 중량을 기준으로 하여 40 중량 %의 제지슬러지, 20중량 %의 도시하수 슬러지를 수분함량 60 내지 65 %, 탄진률(C/N율) 25 내지 35로 혼합 조절한 후, 강제송풍방식으로 퇴비화를 실시하여 1차 부숙시킨다. 이렇게 1차 부숙된 원료에 10 중량 %의 시멘트슬러지, 13 중량 %의 석탄회, 13중량 %의 완숙퇴비, 3 중량 %의 잔디용 복합비료(질소 : 인산 : 카리=9 : 9 : 9) 및 1 중량 %의 폴리아크릴계 점도증가제를 혼합함으로써 인공 배양토 조성물을 제조한다.

(실시예 2)

전체 조성물 중량을 기준으로 하여 45 중량 %의 제지슬러지, l5 중량 %의 도시하수 슬러지를 수분함량 60 내지 65%, 탄진률(C/N율)25 내지 35로 혼합 조절한 후, 강제송풍방식으로 퇴비화를 실시하여 1차 부숙시킨다. 이렇게 1차 부숙된 원료에 10중량 %의 시멘트슬러지, 13 중량 %의 석탄회, 13 중량 %의 완숙퇴비, 3 중량 %의 잔디용 복합비료 및 폴리아크릴계 점도증가제와 폴리비닐계 점도증가제를 1 : 1로 혼합한 1 중량 %의 점도증가제를 혼합함으로써 인공 배양토 조성물을 제조한다.

(실시예 3 : 이화학적 성질)

상기 실시예 1에서 제조된 인공 배양토와 시판 완숙 퇴비를 실험실에서 이화학적 성질을 측정하여 표 3에 나타내었다.

상기 표 3에 나타난 바와 같이, 본 발명의 인공 배양토 조성물은 pH7.4의 약알칼리성으로서 장기적으로 발생할 수 있는 산성화에 의한 알루미늄의 유해한 효과를 예방할 수 있으며, 유기물 구성 질소가 완숙퇴비에 비해 많고, 양이온 치환 용량 및 보수력 역시 완숙 퇴비보다 높다는 것을 확인할 수 있다.

(실시예 4 : 발아율 시험)

실시예 1의 인공 배양토 조성물과 완숙 퇴비에 대하여 발아율, 뿌리길이, 지상부 길이를 비교 평가하였다. 대조구로는 증류수를 사용하였다.

대상시료를 물과 1 : 20(중량 : 부피)으로 혼합하고 24시간 진탕후 여액의 일정량을 여지가 깔려 있는 비이커에 주입하여 씨앗을 20개체씩 산파하고 생육상(生育床)(습도 98%, 온도 25℃)에서 생육시켜 186시간(7일) 후에 발아율, 뿌리길이 및 지상부 신장을 측정하였다. 본 실험은 5회 반복 실험하였다.

그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.

상기 표 4에 나타낸 바와 같이 본 발명의 인공 배양토 조성물의 발아율은 대조구의 약 95%로서 완숙 퇴비와 거의 같은 발아율을 나타내며, 뿌리 길이 및 지상부 신장 역시 대조구 및 완숙 퇴비보다 큰 것으로 나타났다.

Claims

제지 슬러지, 석탄회, 완숙퇴비, 도시하수슬러지, 시멘트 슬러지, 복합비료 및 폴리아크릴계 점도증가제 또는 폴리 비닐계 점도증가제 또는 이들의 혼합물으로 구성된 점도증가제 중에서 선택된 점도증가제로 이루어짐을 특징으로 하는 인공 배양토 조성물.
제1항에 있어서, 제지 슬러지가 30 내지 60 중량 %, 석탄회가 5 내지 20 중량 %, 완숙퇴비가 5 내지 20 중량 %, 도시하수슬러지가 5 내지 35 중량 %, 시멘트 슬러지가 0.5 내지 20 중량 %, 복합비료가 0.1 내지 5 중량 %및 점도증가제가 0.02 내지 2 중량 % 함유됨을 특징으로 하는 조성물.
제1 또는 2항에 있어서, 점도증가제가 폴리아크릴계 점도증가제임을 특징으로 하는 조성물.
제지슬러지와 도시하수 슬러지를 혼합하여 퇴비화하여 1차 부숙을 실시하고, 이 1차 부숙된 원료와 시멘트 슬러지, 석탄회, 완숙퇴비, 복합비료 및 폴리아크릴계 점도증가제를 혼합함을 특징으로 하여 인공 배양토를 제조하는 방법.
제4항에 있어서, 제지 슬러지가 30 내지 60 중량 %, 석탄회가 5 내지 20 중량 %, 완숙퇴비가 5 내지 20 중량 %, 도시하수슬러지가 5 내지 35 중량 %, 시멘트 슬러지가 0.5 내지 20 중량 %, 복합비료가 0.1 내지 5 중량 % 및 폴리아크릴계 점도증가제가 0.02 내지 2 중량 % 함유됨을 특징으로 하는 방법.
제4또는 5항에 있어서, 1차 부숙을 수분함량 60 내지 65%, 탄질을 25 내지 35이 되도록 제지 슬러지와 도시하수 슬러지를 혼합하여 수행함을 특징으로 하는 방법.
제4 또는 5항에 있어서, 점도증가제가 폴리아크릴계 점도증가제임을 특징으로 하는 방법.