KR20030003955A - 연안바다의 저질 및 수질 개선제 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연안 바다 양식장의 오염된 저질토와 수질을 개선하는 저질 및 수질 개선제에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연안바다에 살포하여 오랜 양식으로 인한 양식장 주변 연안바다의 산성화된 저질토를 낮은 알칼리성토질로 개선시켜 오염된 연안어장의 생산력을 복원시킬 수 있도록 하고, 오염된 바다에서 자주 발생하는 적조현상을 소멸시킬수 있는 연안바다의 저질 및 수질개선제에 관한 것이다.

임해공업과 임해도시의 비대화로 인한 연안바다로의 각종 폐수 대량 방류와 양식장에서 방출된 양식 부산물질의 오랜 축적으로 인해 해수 및 저질토가 자정작용을 할 수 있는 능력 이상으로 오염이 되어 적조생물이 빈번하게 발생하고, 해수가 자정작용을 할 수 있는 능력 이상으로 양식생물 배설물의 양이 초과하여 수십년간 누적됨에 따라 저질토가 산성화 되어 피조개, 굴, 어류양식어장이 황폐화되어 가고 있다.

본 발명은 상기와 같이 오염된 연안 바다의 저질에 황토와 생석회, 소석회 및 조개가루등의 석회물질을 혼합하여 만든 수질 및 저질개선제를 살포함으로서, 연안바다의 해수와 저질토를 생물이 살기 적합하도록 중화시키고 낮은 알칼리성 토질로 환원시켜 수산생물의 번식에 적합하도록 수질 및 저질환경을 개선시키고, 빈번히 발생하는 적조현상을 소멸시킬수 있는 저질 개선제에 관한 것이다.

Description

연안바다의 저질 및 수질 개선제{The substance make improvement seawater and bottom of the coast}

본 발명은 연안바다의 저질 및 수질 개선제에 관한 것으로서, 오염된 연안바다에 살포하여 산성화된 저질을 중화시키고 저 알칼리성 토질로 환원하여 오염된 연안어장의 생산력을 복원시키고, 빈번히 발생하는 적조현상을 퇴치할수 있도록 황토와 생석회, 소석회 및 조개가루등의 석회물질을 혼합하여 만든 저질 및 수질 개선제에 관한 것이다.

일반적으로 연안바다의 저질을 개선하는 방법으로 오염된 바다밑을 뒤집어 엎는 객토를 하는 방법과 바다의 표면에 다량의 황토를 살포하는 방법이 쓰이고 있다.

객토를 하는 방법은 객토장치를 이용하여 연안바다의 저질토를 갈아 엎는 방법으로써 많은 인력, 장비, 비용 및 시간이 드는 단점이 있고, 황토를 살포하는 방법은 해수를 산성화시켜 해양생물이 생리장애를 일으키거나 폐사하는 등의 단점이 있었다.

본 발명은 이러한 종래의 문제점을 감안하여 개발한 것으로서, 본 발명의 목적은 임해공업의 발달과 임해도시의 비대화 및 과포화된 연안양식장으로 인해 오염된 연안바다의 저질토와 수질를 개선하여 해양생물이 살기 좋은 환경으로 바꾸어주고, 또한 빈번하게 발생하는 적조현상의 원인인 적조생물을 효과적으로 소멸하여 양식장의 피해를 최소화 할 수 있는 연안바다의 저질 및 수질 개선제를 제공함에 있다.

도 1은 수조에 황토살포후의 적조생물 생존량을 나타낸 그래프.

도 2는 수조에 살포한 황토의 혼합농도별 pH그래프

도 3은 수조에 생석회 살포후의 적조생물 생존량을 나타낸 그래프.

도 4는 수조에 살포한 생석회의 혼합농도별 pH그래프

도 5는 수조에 소석회 살포후의 적조생물 생존량을 나타낸 그래프.

도 6은 수조에 살포한 소석회의 혼합농도별 pH그래프

도 7은 수조에 황토와 생석회의 혼합물을 살포후의 적조생물 생존량을 나타낸 그래프.

도 8은 수조에 살포한 황토와 생석회 혼합물의 혼합농도별 pH그래프

도 9는 수조에 살포한 황토와 소석회석회 혼합물의 혼합농도별 pH그래프

본 발명의 중요한 특징은 황토와 석회계 물질인 생석회, 소석회 및 조개가루등의 석회물질을 혼합하여 만든 것에 있다.

황토는 담수 녹조류 적조와 해양 편모조류 적조의 방제나 저질의개선제로 사용되고 있고, 황토 성분의 주체가 되는 산화알루미늄은 흡착하는 성질이 있어서 황토가 해수중에 용해되면 알루미늄 이온이 용출되어 적조생물 세포를 흡착 응집하여 파괴시키는 성질이 있으며, 바닷물의 평균 pH는 7.4이상이나 황토가 해수중에 용해가 되면 해수의 pH를 7.0전후까지 감소시켜 해수를 산성화하는 성질을 가지고 있다.

생석회()는 백색 무정형의 물질로서 탄산칼슘을 태워서 만든다. 공기중에 방치하면 물과 탄산가스를 흡수해 수산화칼슘과 탄산칼슘이 되고 물과 작용하면 고열을 발하며 수산화칼슘이 되는 성질이 있다.

소석회()는 생석회에 물을 작용시켜 얻은 백색의 가루로서 소석회의 수용액을 석회수라고 하며 강한 알칼리성의 성질을 가진다.

조개가루는 X-ray 회절분석법에 의한 성분분석 결과 98%이상이 칼슘이고 생석회와 유사한 분자구조를 갖고 있다. 조개가루를 해수중에 첨가하면 해수중의 마그네슘 이온과 반응하여 입자의 표면에 점질성이 있는 수산화마그네슘()의 흡수층을 형성하여 응집침전하고 해수의 pH를 10.0 전후까지 상승시키는 성질을 가지고 있다.

또한, 생석회, 석회 및 조개가루등의 석회계 물질은 저질 및 해수로부터 인(P)의 용출을 억제하고, 황화수소()의 소멸 및 녹조류, 규조류, 편모조류등의 부유생물 증식억제 효과등 다양한 기능을 가지고 있다.

석회계 개선제의 저질개선 효과는 부영양화된 수질과 저질에서 인(P)을 흡수하여 부유생물의 대량 증식을 억제하는 힘이 크다.

특히 연안바다의 저질토 중에 함유되어있는 인에는 무기인과 유기인이 있고, 오염된 연안의 저질에는 무기인이 더욱 많이 포함되어 있으며, 유기인은 분해하기가 어려워 수중으로 용출되는 것은 적으나 무기인은 수중으로 용출되기가 쉬워서 부영양화에 큰 비중을 차지한다.

무기인은 철 결합인(Fe-P), 알루미늄 결합인(Al-P), 칼슘 결합인(Ca-P)등으로 결합할 수 있고, 철 결합인(Fe-P)과 알루미늄 결합인(Al-P)은 호기성 환경에서는 안전하나 혐기성 환경에서는 유리인의 형태로 수중에 용출하게 되며, 칼슘 결합인(Ca-P)은 상대적으로 산소의 유무에 관계없이 칼슘이 존재하는 동안에는 칼슘 결합인(Ca-P)으로 결합되므로 석회계 개선제를 수중에 살포하거나 저질의 개선제로 사용함으로서 수중과 저질중에 칼슘의 함량을 높여서 수중의 인(P)을 감소시켜 적조발생을 사전에 예방할 수 있다.

상기와 같은 효과를 지닌 황토와 석회계 물질인 생석회, 소석회 및 조개가루를 일정한 비율로 혼합하여 사용하면 연안생물의 피해없이 저질토와 수질을 개량할 수 있다.

그 실시예를 들어보면 다음과 같다.

황토 50중량%와 0.1㎜~2.0㎜입자크기의 조개가루 50중량%를 혼합하여 조성한 저질 및 수질개선제는, 저질토의 화학적산소요구량(COD)이 10㎎/g-dry 이하를 가지는 저질토에 사용하면 저질토의 화학적산소요구량(COD)을 낮추어주고, 녹조류, 남조류, 규조류등에 의한 무독성 적조생물의 소량발생시에 1.0㎜보다 작은 입자를 가진 50중량%의 조개가루와 황토 50중량%를 혼합하여 바다에 살포하면 적조를 효과적으로 소멸할 수 있다.

황토 50중량%, 0.1㎜~2.0㎜입자크기의 조개가루 30중량%, 소석회 20중량%를 혼합하여 조성한 저질 및 수질개선제는, 저질토의 화학적산소요구량(COD)이 10~19㎎/g-dry를 가지는 저질토에 사용하면 저질토의 화학적산소요구량(COD)을 낮추어 주고 해수의 악취를 제거하며, 녹조류, 남조류, 규조류등에 의한 무독성 적조생물의 대량발생시에 상기 조개가루의 입자크기대신 1.0㎜보다 큰 입자로 형성된 30중량%의 조개가루와 황토50중량%와 소석회 20중량%를 혼합하여 바다에 살포하면 적조를 효과적으로 소멸할 수 있다.

황토 50중량%, 0.1㎜~2.0㎜입자크기의 조개가루 30중량%, 생석회 20중량%를 혼합하여 조성한 저질 및 수질개선제는, 저질토의 화학적산소요구량(COD)이 20㎎/g-dry이상의 저질토에 사용하면 저질토의 화학적산소요구량(COD)을 낮추어주고 해수의 악취를 제거하며, 코클로디늄(Chchlodinium)등의 황색 편모조류에 의한 독성 적조생물 발생시에 상기 조개가루의 입자크기대신 1.0㎜보다 작은 입자로 형성된 30중량%의 조개가루와 황토 50중량%와 생석회 20중량%를 혼합하여 바다에 살포하면 적조를 효과적으로 소멸할 수 있다.

이와 같이 본 발명에 의한 저질 및 수질 개선제를 사용하면 바다 저질토를 화학적산소요구량(COD) 3~5㎎/g-dry 이하의 알칼리성토질로 향상시켜주고, 적조생물의 소멸과 수질의 빈영양화를 기하여 저질토와 수질을 개선할 수 있는 것이다.

이러한 황토와 석회계물질에 의한 적조생물의 소멸실험한 자료가 도 1 내지 도 9에 도시되어 있다.

- 적조생물 시료 및 실험 수조

여천군 돌산도 율림 해상에 발생한 적조생물을 채집하여 적조생물을 수용한 해수를 실험실로 운반하여 25ℓ(44㎝23㎝25㎝)크기의 실험수조에 수용하였다.

- 실험방법

적조생물의 소멸실험에 사용한 재료는 황토, 생석회 및 소석회이고 흡착응집 및 분해 침강반응시간의 결정은 생석회를 수조에 살포했을 때 그 입자가 거의 침강하는 시간이 4분 미만였으므로 실험시의 적조생물 소멸 반응 결과의 처리시간을 생석회구 실험조건에 맞추었다.

실험에 사용한 적조 소멸제의 용량은 황토는 1g/L, 3g/L, 5g/L, 7g/L, 10g/L이고 생석회는 0.1g/L, 0.2g/L, 0.3g/L, 0.4g/L이며 소석회는 0.2g/L, 0.4g/L, 0.6g/L, 0.8g/L로 설정하고 1차 실험을 실시하였으며, 그결과에 따라 2차 실험에 임하였고 적조생물이 수용된 수조에 황토 및 석회물질을 혼합한 후 4분 이내에 pH를 측정하였으며 실험중의 수온은 24.0~24.1℃였다.

1차 실험에서 적조생물의 소멸반응이 4분 이내에 나타난 황토와 생석회를 혼합하여 실험을 실시하였으며, 황토는 적조생물의 소멸 효과가 인정되는 기점의 농도인 5g/L를 고정 농도로 하고 생석회는 1차 실험에서 소멸효과가 인정되는 0.1g/L, 0.2g/L, 0.3g/L, 0.4g/L의 농도로 혼합하였으며, 소석회와 황토의 혼합실험에는 생석회 실험구와 동일하게 황토 5g/L를 고정시키고, 소석회 농도를 0.2g/L, 0.4g/L, 0.6g/L, 0.8g/L로 설정하였다. 그리고 실험에 사용된 물질은 해수 100㎖에 용해하여 적조생물 시료수 중에 살포 혼합하였고, 소멸되는 상태를 4분 후에 조사하였다. 적조 소멸실험에 사용된 적조생물의 계수는 실험해수 10㎖를 수조 중심층에서 채수하여 Lugol액에 고정하여 사용하였다.

- 결과

a. 황토를 살포했을 때

적조생물 수용 수조에 황토를 각 농도별로 살포 혼합한 후 4분간 적조생물이 응집 침강한 결과는 도 1과 같이 황토혼합직전의 실험 수조내 적조생물의 밀도는 2,000~2,400 개체/㎖ 이었고, pH 7.8 이었으며 1 g/L 구와 3 g/L 구에서는 침강반응이 없었거나 적었으며 황토 5 g/L 구에서는 적조생물의 밀도 2,400 개체/㎖ 이었던 것이 살포 4분후에는 2,000 개체/㎖ 가 살아 있어서 응집 침강된 개체는 400 개체/㎖ 로 16.7%의 소멸 효과가 있었고 이때의 pH는 도 2와 같이 산성쪽으로 강하하여 pH 7.3으로 낮아졌으며 황토 10 g/L 구에서는 적조생물의 밀도 2,100 개체/㎖ 이었던 것이 황토살포 혼합 4분 후에 1,600 개체/㎖ 생존하여 응집 침강된 개체는 500 개체/㎖ 로 23.8%의 소멸효과가 있었고 이때의 pH는 6.8로 낮아져서 해양 수산생물이 생존에 불가능한 pH가 형성되었으며 5 g/L 이상의 pH 7.3 이하로 낮아진 실험구에서는 계속 소멸 침강하여 10~20분이 경과하면서 전부 소멸되었다.

b. 생석회를 살포했을 때

적조생물 수용수조에 소석회를 0.1g/L, 0.2g/L, 0.3g/L, 0.4g/L의 농도별로 혼합하여 4분간 분해 침강한 결과는 도 3과 같이 생석회 0.1g/L 구에서는 적조생물의 밀도는 2,400 개체/㎖ 였으며, 혼합 후에는 2,300 개체/㎖ 가 생존하여 4.2%의 분해 침강효과가 있었고 pH는 도 4와 같이 pH 9.2로 상승하였다.

0.3 g/L 구에서는 적조생물의 밀도는 2,000 개체/㎖ 이었던 것이 혼합 후에는 400 개체/㎖만 생존하여 80%의 분해 침강효과가 있었으며, 0.4 g/L 구에서는 72.7%가 분해 침강하여 0.3 g/L 구와 유사한 적조생물의 소멸효과가 있었고 pH 10.22로 상승하여 생석회의 혼합농도가 증가함에 따라 pH가 계속 상승하였으며, pH 9.0이상으로 상승하여 지속된 실험구에서는 계속적인 소멸이 있었고 5~10분만에 거의 소멸되었으며 적조 소멸제 중에서 제일 빨리 반응이 끝났다.

c. 소석회를 살포했을 때

적조생물 수용수조에 소석회를 0.2g/L, 0.4g/L, 0.6g/L, 0.8g/L등의 농도별로 혼합하여 4분간 분해 침강하는 반응이 일어난 결과는 도 5와 같이 적조생물의 밀도는 2,000~2,300 개체/㎖ 이었는데 소멸된 적조생물은 100~200 개체/㎖ 로 4.3~8.7%만 소멸하였을 뿐 거의 살아 있어서 응집반응의 속도가 늦은 것을 알 수 있다.

실험 중 pH의 변동은 도 7과 같이 소석회 농도가 0.8 g/L 구에서도 pH 8.92로 상승하는데 그쳐서 pH의 상승폭이 pH 9.0을 상회하지 않아서 적조생물의 서식환경에서 크게 벗어나지 못하여 적조생물의 소멸에 큰 영향을 직접적으로 미치지는 못했으며 pH 상승이 가장 높게 나타난 0.8 g/L 구의 pH는 8.92로 pH 9.0에 가까워지고 있어서 미미한 소멸 반응이 계속된 것으로 보이며 30분이 경과하여도 적조생물이 25% 생존하고 있었다.

d. 황토와 생석회 혼합구를 살포했을 때

1차 실험결과에서 응집과 분해 침강 반응을 보인 황토와 생석회를 혼합하여 2차 실험을 실시하였으며, 황토는 4분 사이에 적조생물의 소멸이 시작된 농도 5 g/L 구를 일정농도로 설정하고 생석회는 0.1g/L, 0.2g/L, 0.3g/L, 0.4g/L등의 4구로 나누어 황토와 혼합한 실험 결과는 도 7과 같이 황토 5g/L와 생석회 0.1g/L 혼합구에서는 적조생물의 분해침강이 미미했으나 생석회 0.2g/L 혼합구는 적조생물의 밀도 2,300 개체/㎖ 였던 것이 혼합후 4분만에 21.7%의 소멸 효과가 있었고, 이때의 pH는 도 8과 같이 생석회 0.1 g/L 혼합구의 pH는 8.74로 상승하였으며, 생석회 0.2g/L 혼합구의 pH는 9.2로 상승하여 강알칼리성을 나타내었고 생석회 0.3g/L 혼합구에서는 적조생물의 밀도 2,300 개체/㎖ 이었던 것이 저질 및 수질 개선제 혼합 후 4분만에 200 개체/㎖만 생존하여 분해 침강율은 95.7%에 달했으며, 생석회 0.4g/L 혼합구에서는 분해침강이 100%였고 이때의 pH는 9.68였다.

e. 황토와 소석회 혼합구를 살포했을 때

도 5의 소석회 단독실험에서는 소석회 0.8 g/L구에서 pH 8.9로 pH 9.0에 가까워지면서 적조 생물의 소멸이 미미하나마 생겨서 8.7%의 분해 침강반응이 있었으나 황토 5 g/L씩에 0.2 g/L~0.8 g/L의 농도로 혼합하였을때는 pH의 상승이 도 9와같이 완만하게 상승하여 황토 5g/L와 소석회 0.8g/L 혼합구의 pH가 8.33에 머물렀으며 이상의 황토와 소석회 혼합실험의 농도에서는 적조생물이 혼합된지 4분이 경과하여도 적조생물은 건강하고 활발한 정상활동을 계속하다가 5분이 더 경과하면서부터 서서히 분해 침강하는 반응이 일어났으며 30분이 경과하여도 20.8%의 적조생물은 생존하고 있었다.

황토, 생석회, 소석회 등이 적조 생물을 1차적으로 소멸시킨 특성은 이들 저질 및 수질 개선제가 해수에 혼합되는 초기의 몇 분 사이에 일어나는 화학적 반응으로서 급격하게 pH의 변화가 일어나는 것과 큰 관련이 있으며, 황토는 농도가 증가함에 따라 pH가 산성화하며 pH가 7.0에 가까워질 때부터 적조생물의 분해반응이 일어났고, 석회계 물질은 농도가 증가할수록 강알칼리성 쪽으로 상승하며 pH 9.0에 가까워질 때부터 적조생물의 분해반응이 일어나기 시작하였고, pH 9.0 이상으로 상승한 후와 pH 7.0 이하로 하강한 후에 산.알칼리도가 지속되면 분해 소멸되는 시간은 큰 차이가 있었으나 적조생물의 소멸이 계속 진행되었으며 그 중에서도 황토와 생석회 혼합구의 적조소멸 효과가 가장 좋았는데 이는 pH의 작용과 함께 이들의 물리화학적 특성인 흡착 응집하는 반응력이 크기 때문이다.

이상에서와 같이 본 발명에 따르면, 황토와 생석회, 소석회 및 조개가루 등의 석회계 물질을 혼합한 저질 및 수질 개선제를 연안바다에 살포하게 되면 연안바다의 인(P)성분을 제거하여 적조발생을 예방하게 되고, 대량의 적조발생이 일어났더라도 연안바다에 살포하게 되면, 황토와 석회계의 상호간의 독성은 서로 길항작용을 하면서 연안생물에 피해없이 적조생물을 분해 침강시켜 항상 연안바다의 저질과 수질을 깨끗이 유지할 수 있는 것이다.

Claims (3)

1. 황토 50중량%와 2.0㎜이하의 입자크기로 파쇄된 조개가루 50중량%를 혼합,숙성하여 조성한 것을 특징으로 하는 연안바다의 저질 및 수질 개선제.
2. 황토 50중량%와 2.0㎜이하의 입자크기로 파쇄된 조개가루 0~30중량%와 소석회 50~20중량%를 혼합,숙성하여 조성한 것을 특징으로 하는 연안바다의 저질 및 수질 개선제.
3. 황토 50중량%와 2.0㎜이하의 입자크기로 파쇄된 조개가루 0~30중량%와 생석회 50~20중량%를 혼합,숙성하여 조성한 것을 특징으로 하는 연안바다의 저질 및 수질 개선제.