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준설슬러지를 이용한 토양개량제 제조방법

阅读:241发布:2021-04-11

专利汇可以提供준설슬러지를 이용한 토양개량제 제조방법专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且PURPOSE: A method for manufacturing a soil modifier is provided to fundamentally neutralize acidified soil and to prevent marine pollution according to ocean dumping of sludge of dredge. CONSTITUTION: A method for manufacturing a soil modifier comprises the steps of: injecting chitosan into the matured pyroligneous liquor and stirring the materials to prepare a natural polymer coagulant; precipitating a solid portion within cleaning water with the natural polymer coagulant; caking the sludge of dredge by dehydrating and drying the precipitate; mixing humic acid, mineral, bentonite, and zeolite into calcium sulfate or calcium phosphate, or a mixture of calcium sulfate or calcium phosphate; and mixing the sludge cake of dredge with the additives.,下面是준설슬러지를 이용한 토양개량제 제조방법专利的具体信息内容。

  • 토양개량제 제조방법에 있어서,
    목초액을 숙성시켜 중등부 목초액을 추출한 후 키토산을 투입하고, 교반 용해하여 천연고분자 응집제를 제조하는 단계;
    상기 천연고분자 응집제로 세척수내의 고형분을 응집 침전시키는 단계;
    상기 침전물을 탈수, 건조시켜 준설슬러지를 케이크화하는 단계;
    황산칼슘 또는 인산칼슘, 황산칼슘과 인산칼슘을 혼합한 혼합물에 휴믹산, 미네랄, 벤토나이트, 제오라이트를 혼합하여 첨가제를 제조하는 단계;
    상기 케이크화하는 단계에서 제조된 준설슬러지 케이크에 상기 첨가제를 제조하는 단계에서 제조된 첨가제를 첨가시켜 혼합하는 단계; 를 갖는 준설슬러지를 이용한 토양개량제의 제조방법.
  • 제1항에 있어서,
    상기 천연고분자 응집제 제조과정에서,
    상기 중등부 목초액 1L당 분말 키토산을 300 내지 600g을 용해시켜 제조하는 것을 특징으로 하는 준설슬러지를 이용한 토양개량제 제조방법.
  • 제1항에 있어서,
    상기 응집 침전 단계에서,
    상기 세척수 1톤당 상기 천연고분자 응집제를 중량비로 0.01 내지 3%를 투입하는 것을 특징으로 하는 준설슬러지를 이용한 토양개량제의 제조방법.
  • 제1항에 있어서,
    상기 첨가제 제조 단계에서,
    상기 황산칼슘 1톤 또는 인산칼슘 1톤, 황산칼슘과 인산칼슘을 각 500kg씩 혼합한 혼합물 1톤에 미네랄 0.5 내지 1L, 휴믹산 1 내지 20kg, 벤토나이트 10 내지 50kg, 제오라이트 10 내지 50kg을 혼합한 것을 특징으로 하는 준설슬러지를 이용한 토양개량제 제조방법.
  • 제1항 있어서,
    상기 토양개량제 제조 단계에서,
    상기 준설슬러지 케이크 1톤 중량비에 상기 첨가제를 1 내지 5%중량비를 투입 혼합하는 것을 특징으로 하는 준설슬러지를 이용한 토양개량제 제조방법.
  • 说明书全文

    준설슬러지를 이용한 토양개량제 제조방법{MANUFACTURING METHOD OF SOIL MODIFIER USING SLUDGE OF DREDGE}

    본 발명은 준설슬러지를 이용한 토양개량제 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기존의 준설슬러지 처리방법에서 환경 오염적인 요소를 제거하기 위하여 세척수내의 현탁 슬러지를 응집 침전하는 단계에서 친환경적인 천연고분자 응집제를 사용하고 응집 침전된 슬러지를 탈수, 건조시킨 후에 황산칼슘 또는 인산칼슘, 황산칼슘과 인산칼슘을 혼합한 혼합물에 미네랄, 휴믹산, 벤토나이트, 제오라이트를 혼합하여 제조한 첨가제를 건조슬러지와 혼합하여 토양개량제로 제조하여 논이나 밭, 조경지, 간척지등에 객토 및 복토제로 사용하여 준설슬러지의 매립처분이나 해양투기에 따른 토양 및 해안의 오염을 방지하고 준설슬러지의 재활용을 통하여 산성화된 토양의 개량 및 식물생육에 유용한 자원을 생산하는 것에 관한 것이다.

    일반적으로 준설토는 하천이나 호수에서 살던 미생물의 죽은 잔해인 오니, 외부에서 유입된 폐기물, 토사들이 침전된 침전물이 포함되어 준설되므로 선별 장비인 진동스크린에 의해 폐기물이 1차 선별되고, 드럼스크린 및 싸이크론 세정기에 서 세척수에 의하여 표면에 붙은 토양 입자 및 침전물이 깨끗하게 씻겨진 모래와 자갈이 분류 선별되어진다. 한편 세척수에는 미세 토사입자 및 침전물, 오니등이 부유하여 현탁액이 되므로 세척수를 재활용 하기 위해 응집제를 첨가하여 부유물질을 응집 침전시켜 슬러지화 한 후 상등수는 다시 세척수로 환원시키고 침전된 슬러지는 탈수기로 탈수하여 케이크 상태로 매립장에 매립하거나 해양에 투기처리 하여왔다. 이때 사용한 응집제는 합성고분자 응집제인 폴리머로서 응집 후에 필연적으로 단량체가 존재하게 되고 자연 상태에서 분해되어도 저분자량 물질이나 단량체로 토양에 누출되는데 특히 합성고분자 응집제로는 폴리아크릴아미드로서 자연 상태에서 단량체인 아크릴아미드로 누출되고 이러한 단량체는 토양을 응집시켜 토양내에 공기의 침투를 방해하여 토양내를 혐기성 상태가 되도록 하여 식물에 나쁜 미생물의 번식 및 혐기미생물의 호흡에 따른 가스발생으로 식물에 가스장애를 일으키는 원인을 제공하게 되고 매우 강한 독성을 가진 아크릴아미드의 잔류물질이 식물에 흡수되어 인간에게 전달되면 중추 신경계의 마비나 암발생의 원인이 될 수도 있다고 보고되고 있다. 한편 이러한 응집제로 인한 환경오염문제의 폐단을 해소하기 위해 소량의 준설슬러리는 탈수하지 않고 넓은 침전조를 두어 자연침전시킨 후에 침전된 슬러지를 건조상에서 자연상태로 건조시킨 건조슬러지를 그대로 객토재로 사용하거나 토양개량에 필요한 첨가제를 첨가하여 토양개량제로 사용하고는 있지만 이러한 방법은 슬러지의 침전을 위해서 대규모의 침전조가 필요하여 넓은 부지가 소요된다는 단점이 있고 우기나 장마철에는 건조가 어려운 문제점도 있다. 또한 응집제로 음이온성인 키토산계 고분자와 양이온성인 아크릴산계 고분자를 혼합하여 폐활성오니의 응집에 사용하는 기술이 대한민국 특허등록 10-0546484에 개시되어 있지만 아크릴산을 이용함에 따라 친환경적이지는 못하다는 결론에 이른다.

    키토산과 키토산 분해효소를 이용한 석분슬러지 처리방법과 이를 이용한 비료 제조방법이 대한민국 특허등록 10-0880990에 개시되어 있으나, 이 방법은 확실한 제조방법이 명시되어 있지 않는 키토산 수용액을 응집제로 사용하고 석분슬러지에 키토산 분해효소를 사용하여 석분슬러지를 비료화하여 키토산이 분해효소에 의하여 키토올리고당으로 변하여 식물에게 영양을 공급하는 것으로 되어 있지만 산성의 토양을 개량하거나 식물이 필요로 하는 미량요소가 빠져서 전체적인 토양개량이 기대되기는 어렵다고 볼 수 있다.

    상기 한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은,

    목초액에 키토산을 녹인 친환경 천연고분자 응집제를 사용하여 슬러지를 응집 침전시켜서 슬러지를 토양개량제로 사용하여도 토양에 잔류 영향이 없는 준설슬러지의 친환경 응집 침전 방법을 제시하며,

    침전된 슬러지를 탈수하여 건조시킨 후에 황산칼슘 또는 인산칼슘, 황산칼슘과 인산칼슘을 혼합한 혼합물에 휴믹산, 미네랄, 벤토나이트, 제오라이트가 혼합 제조된 첨가제를 혼합하여 토양개량제로 제조하여 논, 밭, 조경지, 간척지등에 객토 또는 복토재로 사용하는 방법을 제시함으로써,

    근본적으로 산성화된 토양을 중화시키고 식물성장에 필요한 미네랄 및 영양 물질을 지속적으로 공급하면서 토양속의 유해 미생물을 목초액으로 살균시키는 효과를 이룸과 동시에 준설슬러지를 매립장에 매립하기 위한 매립장의 추가건설을 억제하고 준설슬러지의 해양투기에 따른 해양오염을 방지하는데 그 목적이 있다.

    상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 준설슬러지를 이용한 토양개량제의 제조방법은,

    목초액을 3일 이상 숙성시키는 단계와; 숙성된 목초액중에 휘발성분이 포함된 상등부, 천연 초산성분이 함유된 중등부, 타르 및 핏치가 포함된 하등부를 분리하는 단계와; 분리한 중등부의 목초액에 키토산 분말을 첨가후 목초액의 초산성분에 키토산 분말을 녹이는 용해 단계를 거쳐 분자량 1,600,000 내지 2,000,000(Mw)의 친환경적인 천연고분자 응집제를 제조한다.

    상기에서 제조한 천연고분자 응집제를 준설토를 세정시켜 모래 및 자갈을 분리한 후에 현탁액으로 변한 세척수에 0.01 내지 3 중량 %의 농도로 투입시켜 세척수에 포함된 현탁 고형분을 응집 침전시켜 슬러지화하는 단계와; 응집 침전된 준설슬러지를 탈수 및 건조시켜 함수율이 30 중량% 이하가 되도록 케이크화하는 단계와; 황산칼슘, 또는 인산칼슘, 황산칼슘과 인산칼슘을 혼합한 혼합물에 휴믹산, 미네랄, 벤토나이트, 제오라이트를 혼합하여 첨가제를 제조하는 단계와; 상기 제조된 첨가제를 상기 케이크 상태의 준설슬러지와 혼합하여 토양개량제로 제조하는 것이다

    이렇게 제조된 토양개량제는 논이나 밭, 간척지, 조경지등에 1,000m 2 당 1∼3톤정도를 살포하면 토양개량제에 포함된 첨가제 성분에 의하여 토양의 pH가 6.5∼7.5를 유지하게 되고 토양내의 토립자를 떼알구조로 만들어 식물뿌리의 발달을 좋게 하며, 토양내에 통기성이 좋아지면서 토양내에 혐기성균이 없어져서 혐기성균의 대사과정에서 발생하는 가스배출이 없어져서 식물이 가스장애를 받지 않는 등 좋은 토양이 되므로 일반 농지의 객토 및 간척지의 복토용이나 도시 지역의 조경용으로도 사용이 가능하여 매립장에 매립하거나 해양에 투기하였던 준설 슬러지의 재활용이 가능해진다.

    상기 천연고분자 응집제의 제조 단계에서, 중등부의 목초액 1L당 건조된 키토산을 400 내지 600g을 넣은 후 12시간 이상 교반시켜 목초액내의 초산성분에 의하여 키토산이 충분히 녹아서 해리되도록 제조하는 것이 바람직하다.

    상기 첨가제 제조시에서, 천연 황산칼슘 1톤, 또는 인산칼슘 1톤, 또는 상기 2개물질을 중량비로 500kg씩 섞은 혼합물 1톤에 미네랄 0.5 내지 1L, 휴믹산 1 내지 20kg, 벤토나이트 10 내지 50kg, 제오라이트 10 내지 50kg을 혼합하여 제조하는 것이 바람직하다

    상기 토양개량제 제조단계에서, 30% 미만으로 탈수된 준설슬러지 케익에 상기 제조된 첨가제를 상기 준설슬러지 케익의 중량비로 1 내지 5% 중량비를 첨가시켜 혼합기로 충분히 혼합시켜 제조하는 것이 바람직하다

    여기서, 본 발명에서 사용되는 "미네랄"은 통상적으로 광물질에서 유산으로 추출한 용액(ion)의 액체상태로, 칼슘, 칼륨, 마그네슘, 철, 아연, 셀렌(셀레늄), 망간, 규소, 리튬, 게르마늄, 붕소등을 포함하며, 본 발명에서 사용하는 미네랄 용액은 Ca, K, Mg, Fe, Zn, Se, Mn, Si, Li, Ge, B가 각각 50, 300, 300, 500, 600, 20, 150, 20, 200, 20, 100ppm이상이다.

    상기와 같은 본 발명은, 세척수내에 포함된 고형물을 응집 침전시키는 과정에서부터 친환경 천연고분자 응집제를 사용하고 침전된 슬러지를 탈수 건조한 준설슬러지에 토양개량이 가능한 첨가제를 첨가하여 토양개량제로 제조하여 논, 밭 및 조경지, 간척지에 객토 및 복토용으로 사용함으로써, 준설슬러지의 매립이나 해양투기에 따른 환경오염을 방지하고 추가 매립장 건설에 따른 경제적인 손실을 저감하며 폐기물의 재활용이라는 경제적인 효과도 있다 .

    이하 실시예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명한다. 그러나, 이들 실시예는 예시적인 목적일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

    [실시예1]

    상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

    시중에 파는 목초액(참숯 목초액) 10L를 밀폐된 탱크에서 5일간 숙성시켜 층 분리를 한 후에 중층부 목초액 1L를 취한후, 건조된 키토산 500g을 투입하고 상온 상태에서 12시간 교반시켜 키토산이 완전히 용해된 친환경 천연고분자 응집제를 제조하였다

    이와 같은 본발명에 따른 친환경 천연고분자 응집제의 응집성을 알아보기 위해 천연고분자 응집제 농도에 따른 응집 특성을 아래와 같은 방법으로 살펴 보았다

    <세척수의 현탁액 설정>

    준설토 세정처리 현장에 가서 채취한 세척수를 조사한 결과 세척수내의 고형분의 입자의 크기는 1-24㎛ 로 나타났고 평균 입도는 3-5㎛로 나타났으며, 고형분은 세척수 10L에 330g이 존재하였다

    <응집제에 따른 응집성 실험>

    목초액 1L당 500g의 건조 키토산을 녹여서 제조한 천연고분자 응집제를 응집제 무게비로 각각 0.01 중량%, 0.05 중량%, 1.0 중량%, 2.0 중량%, 3.0 중량% 수용액으로 제조한 다음 내경 26mm 및 길이가 250mm인 150㎖들이 유리 침강관에 현장에서 채취한 세척수를 100㎖를 넣은 후 각각 제조된 수용액을 투입한 다음에 침광관을 20회 이상 강하게 흔들어 준 후 침광관을 수직으로 세워서 1분 이내에 준설 슬러지의 침강여부를 관찰한 결과를 표 1에 나타내었다.

    <표 1.>

    상기한 실험에서 세척수에 천연고분자 응집제 수용액의 투입량은 0.1 중량% 이상이 되면 대부분 응집성이 매우 양호하였으므로 경제적인 점을 고려하면 천연고분자 응집제 수용액의 투입량은 0.1 중량%가 가장 적정한 것으로 나타났다.

    실시예 2.

    본 발명에 따른 준설슬러지를 이용한 토양개량제를 가지고 토양 환경 및 상추의 생육과 생산 수량에 미치는 영향을 실험하였다.

    본 발명에 따른 토양개량제의 제조는 상기에서 제조한 천연고분자 응집제 0.1중량%를 사용하여 만든 응집제 수용액으로 응집 침천시킨 준설슬러지를 탈수 후 자연 건조시켜 함수율이 30% 전후된 준설슬러지 케익 20kg에; 황산칼슘 10kg에 미네랄 10㎖, 휴믹산 0.1kg, 벤토나이트 0.3kg, 제오라이트 0.3kg을 혼합하여 제조한 첨가제를; 400g 투입하여 잘 혼합하여 제조하였다.

    시험구는 1개구가 5㎡의 면적이 되도록 하여 4개 시험구를 만들었고 각각의 시험구에 상기에서 제조한 토양개량제를 1,000 내지 4,000kg/1,000㎡ 비율이 되도록 시비하였는데 각 시험구별 토양개량제의 시비량은 표 2와 같다.

    <표 2.>

    한편 각 시험구별 토양의 물리성 변화를 분석한 결과 토양개량제를 살포한 시험구의 공극율이 많이 높아진 것으로 나타나 토양개량제가 토양내의 토립자를 떼 알 구조로 만들어 준다는 것을 간접적으로 확인할 수 있으며 이는 식물의 뿌리가 잘 성장할 수 있다는 간접적인 증거로 토양 물리성 변화 비교표는 표 3과 같다

    <표3> 토양개량제 처리 시험구별 시용전,후의 토양 물리성 비교

    또한 토양개량제 사용 전후의 미생물성 총생체량 (Biomass C)의 함량 비교 결과 토양개량제를 많이 사용한 시험구가 토양 미생물의 증식효과가 크게 되는 것으로 토양개량제의 사용량이 많을수록 좋은 것은 준설슬러지를 이용한 토양개량제의 사용량이 많아질 수도 있다는 것이다. 이 실험의 결과는 표4에 나타났다.

    <표4> 토양개량제 처리 시험구별 시용전, 후의미생물성총생체량 Biomass C 함량비교

    토양개량제를 사용한 후 토양의 화학성 변화를 관측해보면 토양의 pH는 토양 개량제 투입 전에는 6.64였으나 토양개량제 살포 후에는 pH가 6.81에서 6.97까지 증가되어 토양을 중성화시켰으며 EC는 토양개량제 살포 전에 0.89 였으나 살포 후에는 0.45에서 0.28로 변화되어 토양의 질이 크게 개량된 것으로 나타났는데 이에 대한 실험 결과는 표 5와 같다.

    <표5> 토양개량제 처리 시험구별 시용전,후 토양 화학성 비교

    토양개량제가 생산 수량에 미치는 영향을 시험한 결과 수량형질인 생체중과 건물증은 토양개량제 처리구에서 5%이상의 유의차를 보여 토양개량제의 사용효과를 알 수 있었는데 수량지수 산출값에서는 모든 사용구간에서 대조구에 비하여 148%이상의 수량증수 효과가 있는 것으로 나타났으며 이에 대한 실험결과는 표6과 같다.

    <표 6 > "토양개량제"처리가 상추의 생육과 수량에 미치는 영향

    상기 실험에 사용한 식물은 상추 (품종 : 청하청치마 상추 : 아세아종묘 주식회사)로서 토양개량제는 정식 5일전에 각 시험구에 정한 비율로 살포 후에 복토한 후 상추종자를 심어서 실험하였으며 시험포장의 처리구별 상추 생육상태를 측정한 결과는 도 4및 도 5와 같다.

    상기 실험 결과를 보면 본 발명의 준설슬러지를 이용한 토양개량제를 객토제나 복토제로 사용하면 토양개량제 내에 함유된 약간의 유기물과 첨가제에 함유된 칼슘, 인, 황, 미네랄, 휴믹산, 벤토나이트, 제오라이트 등이 식물 성장에 도움을 준다고 볼 수 있어서 준설슬러지를 재활용 할 수 있는 좋은 길을 모색한 것이라고 본다.

    도 1은 본 발명에 따른 목초액에 키토산을 용해시켜 제조한 고분자 응집제 사진

    도 2는 준설토 세척수 사진

    도 3은 세척수의 고형분을 본 발명에 따른 고분자 응집제로 응집 침전시킨 사진

    도 4는 본 발명에 따른 토양개량제를 이용한 시험구별 상추 생육을 측정한 사진

    도 5는 본 발명에 따른 토양개량제를 사용한 시험구별 상추생육상태를 비교한 사진

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