KR102525596B1 - 바닷물의 미네랄 성분을 함유하는 비료의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 바닷물로부터 얻은 미네랄 농축수와 수중 분산력을 향상시킨 유황 및 일라이트의 수분산액을 혼합하여 작물이 이들 성분들을 균일하고 용이하게 흡수할 수 있도록 하는 비료의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 방법으로 제조되는 비료는 바닷물을 주재료로 하므로 제조비용이 절감되고 바닷물의 다양한 미네랄 성분이 포함되어 작물 성장에 효과적이며, 유황과 일라이트 분말이 수중에서 균일하게 분산되도록 함으로써 균일한 성분의 비료를 작물에 공급할 수 있고, 또한 입자의 크기가 미세하여 작물의 흡수율이 높고 미네랄 농축수 제조시 에너지 비용을 절감할 수 있으며, 바닷물에 함유된 중금속을 제거하여 인체에 유해한 영향을 끼치는 것을 차단할 수 있다.

Description

바닷물의 미네랄 성분을 함유하는 비료의 제조방법{Method for Manufacturing Fertilizer Containing Seawater Minerals}

본 발명은 바닷물로부터 얻은 미네랄 농축수와 수중 분산력을 향상시킨 유황 및 일라이트의 수분산액을 혼합하여 작물이 이들 성분들을 균일하고 용이하게 흡수할 수 있도록 하는 비료의 제조방법에 관한 것이다.

산업의 급속한 발달과 인구 증가에 따른 식량 수요를 감당하기 위해서는 경작지 단위 면적당 생산량을 늘려야 하고 이에 따라 농약과 화학비료의 사용이 급속히 확대되어 왔으며, 이러한 화학비료와 농약에 편중된 관행농법은 지력의 저하와 토양의 산성화를 가져옴에 따라 농토는 점차 황폐화되고 있다.

통상, 토양의 시비(施肥)는 다수확을 위한 것으로서, 작물의 생산량 증가 효과는 얻을 수 있으나 과도한 비료 사용으로 인하여 농산물의 생산비가 증가하고 환경보전 면에서 불리하며, 작물의 생육 중 발생하는 병충해를 제거하기 위해 농약을 과다 사용함으로써 토양에 존재하는 병원균과 유해 선충의 내성이 증가하고 이에 따라 다시 농약을 다량 사용해야 하는 악순환이 되풀이되고 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 화학비료나 농약 대신에 유기질 비료나 퇴비를 사용하는 농법이 개발되어 왔으며 미생물을 이용한 퇴비 발효방법에 대한 개선노력이 지속적으로 시도되고 있다.

그러나 이러한 노력에도 불구하고 지력 저하의 근본 원인에 대한 이해부족과 대안부재로 인하여, 화학비료 대신에 사용되는 유기질 비료의 집중적 사용은 재료학적으로만 차이가 있을 뿐 토양의 건전성 회복이라는 관점에서 화학비료와 비슷한 또다른 문제점을 심화시키고 있다.

또한, 유기질 비료는 주로 톱밥, 식물폐기물, 어분 또는 가축분과 이들을 혼합한 천연유기물을 이용하는 경우가 대부분인데, 이들을 발효시켜 유기질 비료를 제조하기 위해서는 미생물 발효에 따른 시간, 인력 및 장치가 필요하여 농가에 부담이 될 뿐만 아니라 이러한 유기질 비료 생산에 따른 오폐수의 발생으로 수질오염을 야기하게 된다.

유기물을 과량 함유한 비료를 장기간 사용할 경우 작물의 생장에 피해를 줄 수 있고 가축분 또는 어분 등이 부패하는 과정에서 암모니아 가스 등이 발생하여 작물뿌리에 손상을 줄 수 있으며, 가축분 비료의 과다사용은 양분의 불균형으로 암모니아 과잉으로 인한 칼슘의 흡수저해가 발생하며, 이러한 유기질 비료는 작물생육에 필요한 미량원소가 결핍되어 작물이 병충해에 약한 점 등 비료로서의 단점이 있다.

반면에, 무기질 비료는 질소(N), 인(P), 칼륨(K), 마그네슘(Mg), 석회(Ca), 붕소(B) 등의 무기질 성분을 함유하고 있고 공장에서 대량 생산되므로 품질이 균일하고 공급이 안정적이며, 가격이 저렴하다는 점, 유기질 비료나 퇴비에 비해 위생적이고 사용이 간편하다는 점, 질소, 인 등 유효성분의 함량이 높고 일정하다는 점, 수송비용이 저렴하고 저장이 용이하다는 점, 목적에 적합한 시비가 가능하다는 점 등을 이유로 대부분의 농가에서 널리 사용되고 있다.

그러나 무기질 비료의 과잉사용은 토양을 산성화시키고 유기물 함량을 감소시켜 지력(soil productivity)을 떨어뜨리는 등 장기적으로는 농작물에 해를 입힐 뿐만 아니라 토양의 단립(aggregation)을 파괴하고 토양의 유기물 부족과 통기성 및 보수성의 약화를 초래하여 작물의 생육에 악영향을 미치고 있다.

더불어, 토양에 미량요소인 미네랄 성분이 부족할 경우 유기질 및 무기질 비료를 많이 공급하여도 작물성장에 필수적인 각종 성분들이 효율적으로 흡수되지 못하므로 작물의 생장을 위해서는 미네랄 성분의 지속적인 공급이 필요하다.

이에 따라 농업 및 원예 분야에서는 이러한 미네랄 성분을 효과적으로 제공할 수 있는 영양제나 비료에 대한 연구개발이 다양하게 진행되고 있으며, 예를 들어 한국등록특허공보 제1718211호에는 바나듐, 크롬, 셀레늄, 게르마늄, 아연의 미네랄 성분을 함유하고, 유용 미생물이 배양된 원적외선 방출용액, 식물로부터 얻은 해충방제액, 식용유 및 법제 유황액을 이용하여 액비조성물을 제조하는 방법이 제시되었다.

상기 발명은 식물로부터 얻은 해충방제액과 법제 유황액을 함유하여 병균과 곤충에 대한 살균 및 살충작용을 할 뿐만 아니라, 미네랄 성분과 법제 유황성분이 함유됨에 따라 질소와 인산 등의 흡수가 촉진되므로 종래의 발효비료에 비하여 농작물의 수확량을 증대시킬 수 있는 효과를 제공한다.

그러나 상기 액비에는 식용유가 함유되어 있어서 식용유가 토양 병균을 사멸시키는 데는 효과가 있으나 토양의 유용한 미생물과 액비에 함유된 유용 미생물까지 사멸시키고, 또한 식용유의 기름막이 식물뿌리가 양분을 흡수하는 것을 방해하여 식물생장에 악영향을 끼친다.

또한, 상기 미네랄 성분들은 비교적 고가의 물질이므로 이들을 구매하여 비료 재료로 사용하면 제조원가가 높고, 액비를 보관하는 중에 이들 미네랄 성분들이 침전되고 심할 경우 침전물이 굳어지므로 비료가 균일한 성분을 유지하기 어려운 단점이 있다.

이러한 단점을 해소하기 위하여 본 발명자는 한국등록특허공보 제1777841호를 통하여 바닷물을 이용하여 비료를 제조하는 방법을 제시하였으며, 상기 발명은 해수 또는 천일염을 사용한 소금물을 여과하고 가열하여 소금을 석출 및 제거한 한 다음 이를 활성탄으로 여과하고 농축하여 미네랄 농축수를 얻으며, 상기 미네랄 농축수에 유황의 수분산액, 일라이트의 수분산액 및 다시마 분말을 혼합하여 비료를 제조한다.

상기와 같이 제조된 비료는 해수의 다양한 미네랄을 포함하고 다시마의 알긴산이 미네랄, 유황, 일라이트 입자와 결합하면서 입자끼리의 응집을 방해하는 분산제로 작용함으로써 응집에 의한 침전물 발생을 억제할 수 있다.

그러나 상기 비료 제조법은 해수를 가열하여 농축시키므로 에너지 비용이 많이 소요되고, 다시마에서 수중으로 용출되는 알긴산은 점성이 있어서 입자들을 응집시키는 작용도 하므로 입자들의 분산효과가 크지 않으며, 해양오염으로 인하여 해수에 중금속이 함유되어 있어서 해수를 재료로 비료를 제조하면 해수의 중금속이 토양을 오염시키고 작물을 통해 인체에 유입될 가능성이 있어서 이러한 단점을 해소할 수 있는 방안이 요구된다.

본 발명은 상기의 문제를 해결하기 위한 것으로서, 바닷물을 이용하여 비료를 제조하면서 경제적인 방법으로 비료성분 입자들을 미세하게 분쇄하면서 수중에서 균일하게 분산되도록 하는 비료의 제조방법을 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 해수; 천일염 함량이 20~25 중량%가 되도록 물과 혼합한 염수; 또는 이들의 혼합물;에 수산화나트륨을 첨가하여 pH 8~10으로 조정하고 50~90 rpm으로 10~30 분간 교반하는 단계, 상기 교반한 해수, 염수 또는 이들의 혼합물을 100~200 메시의 필터로 여과하여 이물질이 제거된 필터 여과수를 얻는 단계, 상기 필터 여과수를 40~60 ℃의 온도로 가열하여 소금이 석출되도록 한 다음 석출된 소금을 제거하는 단계, 활성탄을 5~15 mM 농도의 세틸피리디늄클로라이드 수용액에 10~15 시간 동안 침지한 후 세틸피리디늄클로라이드를 제거하는 단계, 상기 소금을 제거한 필터 여과수를 세틸피리디늄클로라이드를 제거한 활성탄으로 여과하여 활성탄 여과수를 얻는 단계, 상기 활성탄 여과수를 가열 농축하여 고형분 함량 30~40 브릭스의 미네랄 농축수를 얻는 단계, 유황 10~20 중량%, 천연전분 0.1~2.0 중량% 및 나머지의 물을 혼합하고 분쇄하여 유황 입자의 평균 입도가 30 ㎛ 이하인 유황 수분산액을 제조하는 단계, 일라이트 10~20 중량%, pH를 4.5 이하로 조정한 아세틸화 전분 또는 옥테닐 석시네이트 전분 0.1~2.0 중량% 및 나머지의 물을 혼합하고 분쇄하여 일라이트 입자의 평균 입도가 3 ㎛ 이하인 일라이트 수분산액을 제조하는 단계 및 상기 미네랄 농축수 100 중량부에 유황 수분산액 2~7 중량부 및 일라이트 수분산액 5~12 중량부를 혼합하는 단계를 포함하는 비료의 제조방법을 제공한다.

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이때, 상기 필터 여과수를 얻는 단계와 소금을 제거하는 단계 사이에, 필터 여과수를 자연증발장치(10)에 투입하여 수분을 제거하는 단계가 추가되고, 상기 자연증발장치(10)는 필터 여과수(1)를 수용하는 수조(2), 상기 수조(2)의 필터 여과수(1)를 건조틀(4)로 이송하는 펌프(3), 상기 수조(2)의 상부에 설치되고 펌프(3)로부터 인입되는 필터 여과수를 천(5)에 분배하는 건조틀(4) 및 상기 건조틀(4)에 매달려 있고 건조틀(4)로부터 분배받은 필터 여과수를 하부의 수조(2)로 흘러내리도록 유도하는 다수의 천(5)을 포함하는 것이 더욱 바람직하다.

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또한, 상기 일라이트 수분산액을 pH 5.0~6.5로 조정한 후 미네랄 농축수 및 유황 수분산액과 혼합하는 것이 바람직하다.

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본 발명의 방법으로 제조되는 비료는 바닷물을 주재료로 하므로 제조비용이 절감되고 바닷물의 다양한 미네랄 성분이 포함되어 작물 성장에 효과적이며, 유황과 일라이트 분말이 수중에서 균일하게 분산되도록 함으로써 균일한 성분의 비료를 작물에 공급할 수 있다.

또한, 입자의 크기가 미세하여 작물의 흡수율이 높고 미네랄 농축수 제조시 에너지 비용을 절감할 수 있으며, 바닷물에 함유된 중금속을 제거하여 인체에 유해한 영향을 끼치는 것을 차단할 수 있다.

도 1은 해수 또는 천일염수의 수분을 자연증발시키는 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

본 발명은 해수(海水) 또는 천일염을 물에 용해시킨 염수(천일염수)를 가열 농축한 미네랄 농축수, 유황과 전분을 물과 혼합하여 분쇄한 유황 수분산액 및 일라이트와 전분을 물과 혼합하여 분쇄한 일라이트 수분산액을 혼합하여 비료를 제조한다.

해수는 동·식물의 생육에 필요한 질소, 인산, 규소와 같은 영양염류를 포함한 다양한 미네랄을 함유하고 있으나 해수에는 염화나트륨이 과잉으로 존재하므로 염소와 나트륨을 일정량 제거하면서 농축하여 소금 성분이 저감된 해수 농축수를 미네랄 농축수로 사용할 수 있다.

상기 미네랄 농축수는 작물생육에 장해가 되는 나트륨과 염소 함량을 대량으로 저감하고, 작물생육에 필요한 유용성분의 미네랄을 다량 함유하는 것으로서 마그네슘 함량 4~6 %, 나트륨 함량 2~5 %, 칼륨 함량 1~3 %, 칼슘 함량 0.2~0.7 % 등을 주로 포함하며, 이외에도 각종 미네랄 성분이 다양하게 함유된 액상의 미네랄이 된다.

일반적으로 마그네슘, 칼륨, 칼슘과 같은 미네랄이 물에 혼합된 액상 비료는 이들 미네랄의 물에 대한 용해성이 낮고 이로 인하여 작물에 소량만이 흡수되어 흡수율이 낮으나, 본 발명의 미네랄 농축수는 해수 중의 소금 성분이 제거되어 미네랄이 석출되지 않고 충분히 용해된 상태로 존재하므로 작물이 용이하게 흡수할 수 있어서 미네랄의 효용성이 높다.

따라서 상기 액상 미네랄을 비료로 사용할 경우, 작물 성장에 필수요소인 각종 미네랄의 급원으로 작용하고, 작물의 뿌리 또는 옆면을 통해 각종 영양소를 공급할 수 있어서 작물 성장에 도움을 주고, 토양에 부족한 무기물을 보충하여 토양개량 효과를 나타낼 수 있다.

미네랄 농축수의 원료로서 해수 대신에 천일염을 물에 녹인 염수를 사용할 수 있고, 제조된 해수 농축수와 천일염수 농축수를 혼합하여 미네랄 농축수로 사용할 수도 있다.

취수된 해수; 천일염 함량이 20~25 중량%가 되도록 물과 혼합한 염수; 또는 이들의 혼합물;을 100~200 메시의 필터로 여과하여 이물질이 제거된 필터 여과수를 얻는 단계, 상기 필터 여과수를 40~60 ℃의 저온으로 가열하여 소금이 석출되도록 하는 단계, 상기 필터 여과수 중의 석출된 소금을 제거하고 활성탄으로 여과하여 활성탄 여과수를 얻는 단계, 상기 활성탄 여과수를 가열 농축하여 미네랄 농축수를 얻는다.

그런데 해수 또는 천일염수를 가열하여 상기 농도로 농축시키면 에너지 비용이 많고, 수분함량을 낮추기 위하여 태양에 자연증발시키면 농축 시간이 너무 오래 소요되므로, 해수 또는 천일염수를 가열하기 전에 효율적인 방법으로 수분함량을 낮추는 것이 바람직하다.

이를 위하여 상기 해수 또는 천일염수의 이물질을 제거한 필터 여과수를 자연증발장치에 투입하여 수분을 1차 제거한 후 가열하여 소금이 석출되도록 하는 것이 바람직하며, 수분을 먼저 일정량 제거한 후 가열하면 소금이 석출될 때까지의 에너지 비용을 줄일 수 있다.

또한, 필터 여과수를 자연증발장치에 투입하기 전에 자연건조 방법인 양건(陽乾) 방법으로 수분을 제거할 수도 있으며, 양건은 낮은 염도의 해수 또는 염수에서 약간의 수분을 제거하는 과정이므로 시간이 적게 소요되면서 자연증발장치의 운전효율을 높일 수 있다.

자연증발장치(10)는 도 1에 도시된 바와 같이 해수 또는 천일염수의 이물질을 제거한 필터 여과수(1)를 수용하는 수조(2), 상기 수조(2)의 필터 여과수(1)를 건조틀(4)로 이송하는 펌프(3), 상기 수조(2)의 상부에 설치되고 펌프(3)로부터 인입되는 필터 여과수를 천(5)에 분배하는 건조틀(4) 및 상기 건조틀(4)에 매달려 있고 건조틀(4)로부터 분배받은 필터 여과수를 하부의 수조(2)로 흘러내리도록 유도하는 다수의 천(5)를 포함한다.

즉, 필터 여과수(1)는 자연증발장치(10)의 수조(2)에 수용된 후 펌프(3)에 의해 건조틀(4)로 이송되고 건조틀(4)에서 분배되어 하방향으로 매달려 있는 다수의 천(5)을 타고 자중에 의해 자연스럽게 흘러내려 다시 수조(2)로 인입되며, 이러한 순환과정이 반복되는 동안 천(5)을 따라 흘러내리는 필터 여과수의 수분이 햇빛과 바람에 의해 증발하여 제거된다.

상기 천(5)은 주름진 커튼(curtain) 형태로 설치되고 수조(2)에 수용된 필터 여과수(1)와 일정 거리 이격되어 있는 부직포인 것이 바람직한데, 부직포는 내부 공극이 많고 가벼우며 통기성이 우수한 특성이 있어서 함수율이 높으므로, 필터 여과수의 흘러내리는 속도를 낮추어 필터 여과수 중의 수분을 제거하는 시간을 증가시키고 공기가 잘 통하므로 필터 여과수 중의 수분을 빠르게 제거하며 커튼 형태로 늘어뜨려 있으므로 필터 여과수와 공기의 접촉면적이 커서 수분 증발이 효율적으로 이루어진다.

또한, 자연증발장치(10) 상부에 햇빛을 통과시키면서 이물질이나 비를 막을 수 있는 투명 지붕을 설치하고 측면은 공기가 통하도록 개방되며 측면에서 공기를 공급하는 송풍기(도시되지 않음)를 설치할 수도 있다.

상기와 같이, 해수 또는 천일염수의 이물질을 제거한 필터 여과수를 가열하기 전에 자연증발장치(10)를 통하여 수분을 미리 일정량 제거하면 소금이 석출될 때까지의 에너지 비용을 줄일 수 있다.

해수, 또는 천일염수의 재료인 천일염은 연안해역의 바닷물에서 취수 또는 제조되는데, 연안해역은 강 또는 육상으로부터 생활하수와 오염물질이 유입되고 쓰레기의 해양투기 등으로 인하여 중금속의 오염이 일어나기 쉽고 최근에는 생활하수와 산업폐수의 유입이 점점 증가하는 추세에 있으며, 유입된 중금속 성분은 비료에 함유되어 토양을 오염시키고 작물을 통해 인체에 유입되어 인체 건강에 치명적인 질병을 유발할 수 있다.

따라서 해수 또는 천일염을 물에 용해시킨 염수 중의 중금속 성분을 제거할 필요가 있으며, 이를 위하여 취수한 해수 또는 제조된 천일염수에 수산화나트륨을 첨가하여 pH 8~10으로 조정하고 50~90 rpm으로 10~30 분간 완속 교반한 후 필터로 여과하여 필터 여과수를 얻는 것이 바람직하다.

해수 또는 천일염수에 수산화나트륨을 첨가하여 교반하면 해수 또는 천일염수 중의 중금속이 수산화나트륨과 반응하여 중금속 수산화물이 생성되고 중금속 수산화물은 중금속에 비해 입자크기가 커지고 또한 중금속 수산화물 입자들이 상호 작용하여 플록화(flocculation)되어 100~200 메시의 필터에 여과 및 제거될 수 있다.

상기 교반속도 및 교반시간은 중금속 수산화물의 입자를 크게 하고 플록을 형성시키는 최적 조건이며, 수산화나트륨을 첨가하여 미네랄 농축수의 pH를 알칼리성으로 조정하면 산성토양을 개량하는 데에도 도움을 준다.

수산화나트륨이 첨가됨으로 인해 비료가 알칼리성을 나타내어도 사용시 희석되고 산성 토양과 혼합되어 토양은 약산성 또는 중성을 나타내므로, 수산화나트륨의 첨가가 작물의 생육에 지장을 주지 않는다.

필터 여과수가 활성탄을 통과하는 동안 해수 또는 천일염수에 함유된 미세 이물질이 여과·제거되고, 특히 음이온 성분들이 활성탄의 탄소 입자 표면에 달라붙으면서 대부분 제거되어 해수 또는 천일염수에 가장 많이 함유된 음이온인 염소이온이 가장 많이 제거되며, 음이온이 제거됨에 따라 양이온인 마그네슘, 나트륨, 칼륨 등의 미네랄 함량이 높아진다.

활성탄의 음이온 흡착능을 증가시키기 위하여 활성탄 표면을 개질할 수도 있으며, 이를 위하여 양이온 계면활성제인 세틸피리디늄클로라이드(ceptyl pyridinium choloride, CPC)를 활성탄과 접촉시켜 활성탄 표면을 개질하며, 5~15 mM 농도의 CPC 수용액에 활성탄을 10~15 시간 동안 침지한 후 CPC를 제거하면 활성탄의 음이온 흡착능력이 향상된다.

더불어, 해수 또는 천일염수에 함유된 염화나트륨 성분은 상기 개질 활성탄을 재생하는 성질이 있으므로, 해양심층수의 음이온을 흡착·제거하면서 별도로 활성탄을 재생하는 과정을 생략할 수 있는 이점이 있다.

상기와 같이, 해수 또는 천일염수 중의 염소와 나트륨을 제거하면서 농축하여 미네랄 농축수를 얻으며, 해수 또는 염수 중 소금 성분이 대략 30 % 정도 제거되고 고형분 함량은 30~40 브릭스(Brix)이며, 이와 같이 제조된 미네랄 농축수는 미네랄 경도(마그네슘 및 칼슘 함량비)가 200000~300000으로서 일반 농업용수의 미네랄 경도인 15~50과 비교하여 크게 높아진다.

유황은 작물의 성장에 필요한 질소와 인산 등의 비료성분 흡수력을 향상시켜 농작물의 수확량을 증대시키고 병균과 곤충에 대한 살균 및 살충작용을 할 뿐만 아니라, 작물의 생리기능을 활성화시키고 맛, 당도, 착색 등을 향상시켜 품질 향상에 도움을 주는 성분이다.

본 발명의 비료는 상기 미네랄 농축수에 부족한 성분을 보충하기 위해 유황 성분이 10~20 중량% 함유된 유황의 수분산액을 사용하며, 유황은 독성이 강해 작물 성장에 장애가 발생하고 괴사, 황반, 갈변 등의 부작용이 나타날 수 있는데 이러한 문제를 해소하기 위하여 법제유황을 사용하는 것이 바람직하며, 법제유황은 유황의 독성이 감소되어 작물에 대한 부작용을 해소될 수 있으나 작물에 잘 흡수되지 않는 단점이 있다.

또한, 유황이 작물에 용이하게 흡수되기 위해서는 유황 입자가 미세할수록 유리하나, 미세 크기의 유황 입자는 물에서 부유하여 수중에서 균일하게 분산되지 못하므로 비료의 품질이 불균일해지는 문제가 있다.

이에, 본 발명에서는 전분을 분산제로 사용하여 유황을 물과 혼합하고 볼 밀 또는 나노 밀로 분쇄하여 평균 입도 30 ㎛ 이하, 바람직하게는 평균 입도 5~25 ㎛인 유황의 수분산액을 제조하며, 전분은 점성이 있어서 상기 범위에서 물에서 부유하는 상기 입도의 유황 입자를 응집시켜 수중에서 균일하게 분산되도록 한다.

유황 10~20 중량%, 전분 0.1~2.0 중량% 및 나머지의 물을 혼합하여 분쇄하며, 상기 전분이 0.1 중량% 미만 사용되면 유황이 침강하여 분산되지 않고 부유물이 발생하며, 2.0 중량%를 초과하면 유황 응집물의 크기가 커지면서 바닥에 가라앉게 되어 바람직하지 않다.

일라이트는 운모 점토 광물이 풍화되는 동안 칼륨, 마그네슘 등이 용탈되어 생기는 비팽창형 점토광물로서, 토양개량 효과와 작물 성장에 도움을 주고, 특히 구성성분 중 60~70 % 함유된 이산화규소 성분이 미네랄 성분의 공급과잉장애 등을 해결하는 미네랄 밸런스 조절 기능을 할 수 있어서 미네랄 비료의 과잉 장애를 해소하는 효과를 제공한다.

본 발명의 비료는 이러한 일라이트 분말이 10~20 중량% 함유된 일라이트 수분산액을 포함하며, 일라이트 수분산액은 유황 수분산액과 함께 상기 미네랄 농축수에 부족한 성분을 보충하게 된다.

일라이트 또한 유황과 같이 작물에의 흡수율을 높이기 위하여 입자를 미세하게 분쇄하며, 일라이트에 전분을 분산제로 첨가하고 물을 혼합하여 볼 밀 또는 나노 밀로 분쇄하여 평균 입도 3 ㎛ 이하, 바람직하게는 평균 입도 0.5~2.5 ㎛인 일라이트 수분산액을 제조한다.

전분은 점성과 함께 계면활성을 가지고 있어서, 상기 유황 수분산액의 입자 크기로 분쇄할 경우 점성이 강하게 작용하여 물에서 부유하는 유황 입자를 응집시켜 수중에서 균일하게 분산되도록 하나, 상기 일라이트 수분산액의 미세한 입자 크기로 분쇄할 경우 점성보다 계면활성 효과가 강하게 작용하여 물에서 침전되는 일라이트 입자를 부유시켜 수중에서 균일하게 분산되도록 한다.

일라이트 10~20 중량%, 전분 0.1~2.0 중량% 및 나머지의 물을 혼합하여 분쇄하며, 상기 전분이 0.1 중량% 미만 사용되면 일라이트가 부유하여 분산되지 않고 침전물이 발생하고, 2.0 중량%를 초과하면 액체비료의 점성이 높아져 사용시 분무가 잘 되지 않을 수 있어서 바람직하지 않다.

마이크로 크기의 유황 입자는 수중에서 부유하고 마이크로 크기의 일라이트 입자는 수중에서 침전하는데, 본 발명에서는 상기와 같이 유황 입자 크기를 크게 하여 침강할 수 있는 여건을 제공하고 일라이트 입자 크기를 작게 하여 부유할 수 있는 여건을 제공한다.

또한, 전분의 점성은 분쇄과정에서 유황 입자들과 일라이트 입자들이 서로 미끄러지는 것을 억제하고 입자 결합을 깨뜨리는 효과가 있어서 분쇄 효율을 높이므로 유황 입자와 일라이트 입자를 상기 입도 크기로 분쇄하는데 걸리는 시간을 단축할 수 있다.

전분은 점성과 계면활성을 가지고 있으나 통상 점성이 계면활성이 비하여 좀 더 강한 작용을 하므로, 유황 수분산액에 사용하는 전분은 점성이 커서 응집력이 높은 천연전분을 사용하고, 일라이트 수분산액에 사용할 전분은 계면활성을 증가시켜 분산력이 높은 변성전분을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 변성전분으로서 아세틸화 전분(acetyl starch) 또는 옥테닐 석시네이트 전분(octenyl succinylated starch)을 사용하고 pH를 4.5 이하, 바람직하게는 pH 3~4로 조정하여 계면활성을 높이는 것이 바람직하며, 특히 옥테닐 석시네이트 나트륨 전분(starch sodium octenyl succinate)을 사용하는 것이 더욱 바람직하다.

옥테닐 석시네이트 전분은 치환기에 소수성인 옥테닐기(octenyl group)와 친수성인 카복실기(carboxyl group)를 가지고 있어서 유화력이 있으며, 이러한 변성전분은 일라이트를 수중에 균일하게 분산시킨다.

일라이트 수분산액 제조시 분쇄시간이 증가할수록 일라이트 입자 크기가 감소하면서 분산성이 낮은 현탁액에서 콜로이드성 미세입자를 포함하는 안정한 분산액으로 변환되나, 일라이트의 이론적인 등전점인 pH 3.9에서 일라이트의 분산안정성이 가장 낮고 pH가 증가할수록 분산안정성이 높아져 pH 9~12에서 분산안정이 우수하나, 본 발명에서는 전분을 분산제로 사용하여 비료의 분산안정성을 높이므로, 작물생육에 적절할 pH를 맞추기 위하여 제조가 완료된 일라이트 수분산액을 식물 성장에 적합한 약산성인 pH 5.0~6.5로 조정하는 것이 바람직하다.

상기 미네랄 농축수 제조시 중금속 성분 제거를 위하여 수산화나트륨을 첨가할 경우 pH 농도가 알칼리성으로 될 수도 있으나 전분을 분산안정제로 사용함으로서 분산안정성이 높으므로, 작물 생육에 적합한 pH인 5.0~6.5 정도의 약산성을 유지할 수 있다.

다음은 상기에서 제조된 미네랄 농축수 100 중량부에 유황 수분산액 2~7 중량부와 일라이트 수분산액 5~12 중량부를 혼합하여 비료를 제조하며, 유황이 10~20 중량% 함유된 유황 수분산액이 7 중량부를 초과하면 유황의 독성으로 인해 부작용이 나타날 수 있고, 일라이트 성분이 10~20 중량% 함유된 일라이트 수분산액이 12 중량부를 초과하면 점토질 특성으로 토양을 딱딱하게 하는 현상이 발생하여 작물 뿌리에 산소공급 장애 등을 일으킬 수 있어서 바람직하지 않다.

유황 수분산액과 일라이트 수분산액에 함유된 전분은 미네랄 농축수의 미네랄 입자와 결합하여 미네랄 입자끼리의 응집을 방해하므로써 미네랄 분산제로서도 작용하므로, 미네랄 응집에 의한 침전 발생을 억제할 수 있다.

상기와 같이 제조된 비료는 미네랄 성분이 고농도로 함유되어 있어서 사용시 희석하여 사용하며, 작물에 따라 다르나 500~3000 배수의 물에 희석하여 사용하는 것이 바람직한데, 상기 희석 범위를 벗어날 경우 미네랄 시비 효과가 나타나지 않거나 미네랄의 영향이 너무 강하여 작물이 고사할 우려가 있다.

상기와 같이, 본 발명의 비료는 합성 분산제를 사용하지 않아도 각 입자성분들이 균일한 분산상태를 유지할 수 있어서 유기농 비료로서 장기간 보관하면서 사용할 수 있으며, 입자의 크기가 미세하여 작물의 흡수율이 높고 비료 분사 노즐이 막히지 않으며, 물 및 다른 성분과 용이하게 혼합하여 작물에 공급할 수 있고 작물의 성장 촉진과 미네랄 과잉 장애를 해소하여 비료를 적은 양으로 사용하여도 우수한 시비효과를 얻을 수 있다.

이하, 본 발명을 하기의 실시예, 비교예 및 시험예에 의거하여 좀 더 상세하게 설명한다.

단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 치환 및 균등한 타 실시예로 변경할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.

<실시예 1>

수심 200 m 이하에서 취수한 해양심층수를 150 메시의 필터로 여과하여 이물질이 제거된 필터 여과수를 얻은 다음, 상기 필터 여과수를 가열용기에 넣고 50 ℃로 가열하여 소금이 석출되도록 하였다.

상기 가열한 필터 여과수를 원심분리기에서 소금과 미네랄 원액으로 분리하고, 상기 분리된 미네랄 원액을 활성탄 여과장치에 통과시켜 여과한 후 가열 농축하여 고형분 함량 35 브릭스의 미네랄 농축수를 제조하였다.

유황 15 ㎏, 천연전분 1 ㎏ 및 물 84 ㎏을 혼합하고 볼밀에서 분쇄하여 유황 입자의 평균 입도가 20 ㎛인 유황 수분산액을 제조하고, 일라이트 15 ㎏, 천연전분 1 ㎏ 및 물 84 ㎏을 혼합하고 볼밀에서 분쇄하여 일라이트 입자의 평균 입도가 3 ㎛인 일라이트 수분산액을 제조하였다.

상기 미네랄 농축수 1 ton에 상기 유황 수분산액 50 ㎏과 상기 일라이트 수분산액 90 ㎏을 혼합하여 바닷물의 미네랄 성분을 함유하는 비료를 제조하였다.

<실시예 2>

상기 실시예 1에서, 필터 여과수를 수조(2), 펌프(3), 건조틀(4), 다수의 천(5), 투명 지붕(도시하지 않음) 및 송풍기(도시하지 않음)로 구성된 자연증발장치(10)의 수조(2)에 수용하였다(도 1).

상기 송풍기를 가동한 후 펌프(3)를 가동하여 수조(2)에 수용된 필터 여과수(1)를 건조틀(4)로 이송하였으며, 필터 여과수는 건조틀(4)에 하방향으로 매달려 있는 다수의 천(5)으로 분배된 후 자중에 의해 자연스럽게 천을 타고 흘러내려 다시 수조(2)로 인입되며, 천(5)을 따라 흘러내리는 동안 필터 여과수의 수분이 햇빛과 송풍기의 바람에 의해 증발·제거되도록 하여, 필터 여과수의 염도를 15 %로 높인 다음 가열용기에 넣고 가열하여 소금이 석출되도록 한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 비료를 제조하였다.

<실시예 3>

상기 실시예 1에서, 취수한 해양심층수에 수산화나트륨을 첨가하여 pH를 9로 조정하고 70 rpm으로 20 분간 교반한 후 필터로 여과한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 비료를 제조하였다.

<실시예 4>

상기 실시예 1에서, 일라이트 수분산액 제조시 천연전분 대신에 pH를 4로 조정한 옥테닐 석시네이트 나트륨 전분을 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 비료를 제조하였다.

<실시예 5>

상기 실시예 1에서, 제조된 일라이트 수분산액에 수산화나트륨을 첨가하고, 전분을 함께 첨가하여 pH를 조정한 후 미네랄 농축수 및 유황 수분산액과 혼합한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 비료를 제조하였다.

<비교예>

상기 실시예 1에서, 상기 유황과 일라이트의 수분산액 제조시 천연전분을 사용하지 않고 유황 또는 일라이트에 물만 혼합하여 분쇄한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 비료를 제조하였다.

<시험예 1> 분산안정성 평가

상기 실시예 1~5 및 비교예에서 제조된 비료를 일정 기간 정치한 후 침전물 발생상태를 육안으로 관찰하고, 발생된 침전물을 흔들어 다시 섞어 놓은 상태를 육안 관찰하여 하기 표 1에 나타내었다.

분산안정성 평가결과

	1 개월 정치 후	1 개월 정치 후 흔들어 놓은 상태	2 개월 정치 후	2 개월 정치 후 흔들어 놓은 상태
실시예 1	☆	☆	◎	☆
실시예 2	☆	☆	◎	☆
실시예 3	☆	☆	☆	☆
실시예 4	☆	☆	☆	☆
실시예 5	☆	☆	☆	☆
비교예	△	◎	×	△
☆:침전물이나 부유물의 발생이 거의 없고 현탁액의 분산상태가 매우 균일함 ◎:침전물이나 부유물이 조금 발생하고 현탁액의 분산상태가 비교적 균일함 ○:침전물이나 부유물이 발생하고 현탁액의 분산상태가 비교적 균일하지 못함 △:침전물이나 부유물이 많이 발생하고 현탁액의 분산상태가 균일하지 못함 ×:침전물이나 부유물이 매우 많이 발생하고 현탁액의 분산상태가 매우 균일하지 못함

상기 표 1을 보면, 실시예의 비료는 장기간 보관하여도 침전물이 거의 발생하지 않거나 조금 발생하고, 침전물이 발생하였을 경우에도 흔들면 균일한 분산상태를 유지하므로, 사용을 위하여 물과 희석하는 작업 중에 수중에서 균일하게 분산될 것으로 판단된다.

특히, 실시예 4의 경우 계면활성이 높은 옥테닐 석시네이트 나트륨 전분을 사용하여 일라이트가 수중에서 균일하게 분산되고, 실시예 5의 경우 일라이트 수분산액에 전분을 첨가하여 pH를 약산성으로 유지하면서도 일라이트의 분산안정성을 높여서 전체적으로 분산안정성이 우수한 것으로 생각된다.

반면에, 비교예의 경우 2 개월 정치 후 상부에 유황의 부유물이 발생하고 하부에 뻘과 같은 일라이트 침전층이 형성되었으며, 흔들어도 물에 균일하게 분산되지 않는 현상이 관찰되었다.

따라서 유황과 일라이트의 수분산액 제조시 전분을 사용하는 것이 유황과 일라이트가 액상의 비료 중에 균일하게 분산되어 균일한 성분의 비료를 작물에 공급할 수 있을 것으로 판단된다.

<시험예 2> 생육효과 평가

시중에서 유통되는 제4종 복합비료를 대조군으로 하여 상기 실시예 및 비교예에서 제조된 비료를 중량기준 1000 배수의 물로 희석하여 오이(다다기오이), 참외(오복참외), 무(대봉무), 배추(장생3호)에 엽면 및 관주 방식으로 시비하였다.

비닐하우스 시설에 상기 희석액을 토양 1 아르당 100 ㎏을 살포하고 흙과 잘 섞어준 다음, 모종을 정식하고 20 일 경과시 엽면 및 관주 시비하고 5 일 간격으로 3 회 반복하였다.

각 품종별로 수확시기에 동일한 날에 수확하여 과실 중량을 측정하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

생육효과 평가결과(g)

	오이	참외	무	배추
실시예 1	139	351	1175	3024
실시예 2	141	347	1181	3052
실시예 3	144	353	1178	3106
실시예 4	148	355	1193	3145
실시예 5	145	355	1187	3084
비교예	133	334	1076	2914
대조군	135	341	1082	2872

상기 표 2에 나타난 바와 같이, 모든 품종에서 실시예의 비료가 비교예와 대조군의 비료보다 수확량이 많았고, 실시예 중에서는 실시예 4가 가장 우수한 효과를 발휘하였는데, 이는 일라이트 수분산액 제조시 계면활성이 높은 변성전분을 사용하여 일라이트가 비료 중에 균일하게 분산됨으로 인해 작물에 균일한 성분의 비료를 공급한 결과로 판단된다.

제4종 복합비료(대조군)는 질소, 인산, 칼륨 중 최소 두 성분 이상과 마그네슘, 망간, 철 등의 미량요소가 2 종 이상 포함되는 비료로서, 비교예의 비료가 대조군에 비하여 채소의 생육이 부진한 결과로부터, 미네랄 함량보다 실시예와 같이 비료 중에 미네랄 성분이 균일하게 분산되어 있는 것이 작물의 생육에 좀 더 중요함을 알 수 있다.

1:필터 여과수, 2:수조, 3:펌프, 4:건조틀, 5:천, 10:자연증발장치

Claims (7)

1. 해수; 천일염 함량이 20~25 중량%가 되도록 물과 혼합한 염수; 또는 이들의 혼합물;에 수산화나트륨을 첨가하여 pH 8~10으로 조정하고 50~90 rpm으로 10~30 분간 교반하는 단계,
   상기 교반한 해수, 염수 또는 이들의 혼합물을 100~200 메시의 필터로 여과하여 이물질이 제거된 필터 여과수를 얻는 단계,
   상기 필터 여과수를 40~60 ℃의 온도로 가열하여 소금이 석출되도록 한 다음 석출된 소금을 제거하는 단계,
   활성탄을 5~15 mM 농도의 세틸피리디늄클로라이드 수용액에 10~15 시간 동안 침지한 후 세틸피리디늄클로라이드를 제거하는 단계,
   상기 소금을 제거한 필터 여과수를 세틸피리디늄클로라이드를 제거한 활성탄으로 여과하여 활성탄 여과수를 얻는 단계,
   상기 활성탄 여과수를 가열 농축하여 고형분 함량 30~40 브릭스의 미네랄 농축수를 얻는 단계,
   유황 10~20 중량%, 천연전분 0.1~2.0 중량% 및 나머지의 물을 혼합하고 분쇄하여 유황 입자의 평균 입도가 30 ㎛ 이하인 유황 수분산액을 제조하는 단계,
   일라이트 10~20 중량%, pH를 4.5 이하로 조정한 아세틸화 전분 또는 옥테닐 석시네이트 전분 0.1~2.0 중량% 및 나머지의 물을 혼합하고 분쇄하여 일라이트 입자의 평균 입도가 3 ㎛ 이하인 일라이트 수분산액을 제조하는 단계 및
   상기 미네랄 농축수 100 중량부에 유황 수분산액 2~7 중량부 및 일라이트 수분산액 5~12 중량부를 혼합하는 단계를 포함하는 비료의 제조방법.
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 필터 여과수를 얻는 단계와 소금을 제거하는 단계 사이에, 필터 여과수를 자연증발장치(10)에 투입하여 수분을 제거하는 단계가 추가되고,
   상기 자연증발장치(10)는 필터 여과수(1)를 수용하는 수조(2), 상기 수조(2)의 필터 여과수(1)를 건조틀(4)로 이송하는 펌프(3), 상기 수조(2)의 상부에 설치되고 펌프(3)로부터 인입되는 필터 여과수를 천(5)에 분배하는 건조틀(4) 및 상기 건조틀(4)에 매달려 있고 건조틀(4)로부터 분배받은 필터 여과수를 하부의 수조(2)로 흘러내리도록 유도하는 다수의 천(5)을 포함하는 것을 특징으로 하는 비료의 제조방법.
4. 삭제
5. 삭제
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 일라이트 수분산액을 pH 5.0~6.5로 조정한 후 미네랄 농축수 및 유황 수분산액과 혼합하는 것을 특징으로 하는 비료의 제조방법.
7. 삭제

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