KR100878368B1 - 영양염 농축 및 농축수 회수장치 - Google Patents

Abstract

영양염 농축 및 농축수 회수장치가 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 는 영양염 농축 및 농축수 회수장치는 저수조, 저수조에 하천수가 유입되는 유입구, 저수조의 내부에 설치되는 원통형 구조물, 원통형 구조물 내부에 충전되어, 필터의 기능을 수행하는 매트, 매트를 통해 걸러진 농축수를 배출하는 배출구, 동력전달부재를 이용하여 상기 저수조 내부에 형성된 중심축과 연동되며, 상기 원통형 구조물을 회전시키는 기능을 수행하는 모터 및 유입구 또는 배출구의 유입(급수), 배출(배수) 및 탈수 시간을 조절하는 컨트롤박스를 포함한다.

영양염, 농축, Rubberized coconut fiber, 원심력, 농축수

Description

영양염 농축 및 농축수 회수장치{The nutrients concentration and concentrate recovery system}

본 발명은 영양염류를 농축할 수 있는 소재를 활용하여, 일반 호소 또는 하천 등에 저농도로 존재하는 영양염류(인, 질소)를 농축시키고, 농축된 농축수를 용이하게 회수할 수 있도록 하는 영양염 농축 및 농축수 회수장치에 관한 것이다.

일반적으로 하천이나 호수 등 수중생태계에 생활하수나 산업폐수, 가축의 배설물 등과 같은 유기물질이 물 속에 유입되면 영양물질(인, 질소)이 많아지게 된다. 이처럼 영양물질이 증가하게 되면, 영양소의 순환 속도가 빨라져 조류(algae)의 광합성량 또한 급격히 증가하게 되고, 이에 따라 성장과 번식은 매우 빠르게 진행되어 최종적으로는 대량 증식으로 이어지게 된다. 이것을 부영양화 현상이라고 한다.

이러한 부영양화 현상이 강, 바다, 호수 등에서 발생하게 되면, 미생물이 유기물을 분해함과 동시에 성장과 번식으로 미생물이 증가하여 적조현상 또는 녹조현 상을 일으킬 수 있다.

즉, 강, 바다, 호수 연안에 아질산염, 질산염, 암모니아, 인산염, 규산염 등 유기물 염류가 흘러들어오면, 물속에 영양물질(질소, 인)을 방출하게 되는데, 이와 같은 영양물질이 풍부한 물은 식물풀랑크톤을 빠르게 성장 및 번식시키게 되고 이는 곧, 적조현상(또는 녹조현상)으로 이어지게 됨을 뜻한다.

이러한 대량의 식물프랑크톤들은 산소를 대량으로 소비함으로써, 물고기나 다른 수중 생물들을 질식사시켜 수중 생태계에 혼란을 일으키기 때문에, 부영양화가 일어난 물은 조류로부터 악취와 독성물질이 발생하는 죽은 물이 되어 더 이상의 이용가치를 잃게 된다.

그리고 썩은 유기물질들은 또 다시 영양물질을 물속에 방출시키는 것을 반복하면서, 영양물질이 풍부한 부영양조건을 지속시키기 때문에 부영양화에 의한 손실을 정상화하기까지는 수년이 걸리게 된다.

뿐만 아니라 지속적으로 공장폐수, 생활폐수, 비료 성분 등이 호수, 하천 등에 대량 유입되면서 부영양화의 진행이 점점 빨라지고 있어 시급한 대책이 요구되고 있다.

이와 같은 문제점들을 해결하기 위해서 2003년 8월 파로호 태산리 일대에 실면적 1800m²로 조성한 인공식물섬에서 고무화된 코코넛 섬유(Rubberized coconut fiber) 재질의 매트를 이용하여 영양염류를 농축하는 기술을 검증해 보였으나, 수체 위에 떠있는 인공식물섬 식생기반재에서 농축수를 회수할 경우, 그 농축수의 회 수량이 적고, 호수물이 농축수로 빨려 들어가 농축수를 회수하기가 어렵다는 문제점이 있었다.

따라서, 하천 또는 호수에 존재하는 저농도의 영양염(인, 질소)을 농축함으로써 부영양화를 방지하고, 또한 생성된 농축수를 회수하여 인근지역의 농작물 비료 성분 등으로 용이하게 활용할 수 있도록 하기 위한 새로운 방안이 요구되고 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 영양염류를 농축할 수 있는 소재를 활용하여, 일반 호소 또는 하천 등에 저농도로 존재하는 영양염류(인, 질소)를 농축시키고, 농축된 농축수를 용이하게 회수할 수 있도록 하는 영양염 농축 및 농축수 회수장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어질 수 있을 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 영양염 농축 및 농축수 회수장치는 저수조, 저수조에 하천수가 유입되는 유입구, 저수조의 내부에 설치되는 원통형 구조물, 원통형 구조물 내부에 충전되어, 필터의 기능을 수행하는 매트, 매트를 통해 걸러진 농축수를 배출하는 배출구, 동력전달부재를 이용하여 상기 저수조 내부에 형성된 중심축과 연동되며, 상기 원통형 구조물을 회전시키는 기능을 수행하는 모터 및 유입구 또는 배출구의 유입(급수), 배출(배수) 및 탈수 시간을 조절하는 컨트롤박스를 포함한다.

이 때 하천수 유입 시, 농축장치의 상부로 넘쳐흐르는 물을 배출하기 위한 오버플로우(overflow) 배출구를 더 포함하는 것이 좋을 수 있다.

여기서 매트는 고무화된 코코넛 섬유(Rubberized coconut fiber) 재질로 이루어진 것이 바람직하다.

그리고 유입구는 하천수 유입을 위한 펌프를 구비하는 것이 좋을 수 있으며, 또한 배출구는 컨트롤박스와 연동되며, 하천수의 방류량을 조절하는 기능을 수행하는 자동밸브를 더 포함하는 것이 바람직할 수 있다.

상기와 같은 본 발명의 영양염 농축 및 농축수 회수장치에 따르면, 호수의 부영양화 유발물질인 인과 질소의 수체내 유입을 저감시킬 수 있으며, 회수된 농축수는 인근지역의 농작물 비료 성분으로 활용이 가능하다는 장점이 있다.

또한, 화학합성 비료를 사용할 수 없는 호변 나대지 복원 시, 초본류의 영양물질 공급에 활용할 수 있다는 등의 추가적인 장점도 있다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태 로 구현될 수 있을 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것으로, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 영양염 농축 및 농축수 회수장치를 나타낸 사시도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 영양염 농축 및 농축수 회수장치는 저수조(100), 유입구(110), 펌프(112), 모터(140), 배출구(120), 자동밸브(122) 및 컨트롤 박스(160) 등을 포함한다.

여기서 저수조(100)는 영양염을 농축하기 위해 유입되는 하천수 등을 저장하는 곳으로써, 녹이 슬지 않고 약품에도 부식되지 않는 스테인리스강 재질로 이루어지는 것이 좋을 수 있다. 이러한 저수조(100)는 내부에는 원통형 구조물(102)이 설치될 수 있기 때문에, 가급적 원통형 구조물(102)과 동일한 형태인 원통형으로 형성되는 것이 좋을 수 있다.

배출구(120)는 일반적으로 농축작업을 완료한 저수조 내부의 하천수를 외부로 배출시키기 위한 수단으로 농축수 방출 자동밸브(122)가 설치되는 것이 바람직할 수 있다.

이 때, 배출구(120)에 설치된 자동밸브(122)는 컨트롤 박스(160)와 전기적 신호로 연결되어, 하천수가 유입될 시에는 잠금 모드로 자동 전환되고, 유출 및 탈수 시에는 열림 모드로 자동 전환되어 농축장치 안에 존재하는 하천수를 유출 및 탈수 시에 방류되도록 하는 것이 좋다.

오버플로우(overflow) 배출구(130)는 일정 시간동안 하천수를 유입시킬 때 저수조(100)의 윗부분으로부터 넘쳐 나오는 물을 내보내기 위한 부분으로써, 호수를 연결하여 그 물을 자동적으로 내보낼 수 있도록 하는 것이 좋다.

또한, 벨트 폴리(150)는 저수조(100) 외부에 설치된 모터(기어드 모터)(140)와 연결된 벨트로써, 본 발명의 일 실시예에 따르면 B형 벨트 폴리(150)를 사용하는 것이 좋을 수 있다. 이와 같이 모터(140)와 연동되며, 저수조(100)에 설치된 중심축(180)과 연결된 벨트 폴리(150)는 원통형 구조물(102)를 회전시키는 것이 가능하다. 따라서, 본 발명은 원심력의 원리를 이용하여 농축수를 용이하게 회수할 수 있다.

컨트롤 박스(160)의 경우 급수, 배수 및 탈수 등의 관련된 시간을 나타낼 수 있는 디스플레이 장치를 구비하는 것이 좋다. 이러한 컨트롤 박스(160)에 구비되어 있는 디스플레이 장치를 통해 얼마나 오랜 시간동안 하천수가 유입되고 또는 배수되는 지를 확인할 수 있다.

또한, 컨트롤 박스(160)는 단지 급수, 배수 및 탈수에 대한 정보만을 나타내 줄 뿐만 아니라, 하천수의 유입(급수), 유출(배수) 및 탈수 시간을 조절하는 기능을 수행할 수 있다.

이와 같은 영양염 농축 장치를 설치하는 데에 있어서, 저수조(100)가 위치되는 바닥면은 평평한 것이 좋을 수 있다. 이를 위해 콘크리트 등을 이용하여 평탄화 작업을 실시하는 것이 바람직할 수 있으나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

도 2는 도 1에 도시된 영양염 농축 및 농축수 회수장치를 나타낸 단면도이다.

도 2를 참고하면, 저수조(100)는 내부에 매트(170) 및 매트(170)가 충진되어 있는 원통형 구조물(102) 등을 포함한다.

이러한 원통형 구조물(102)은 저수조(100)의 외부에 설치되어 있는 모터(140)의 동력을 통해 회전하는 것이 가능하다. 이 때, 원통형 구조물(102)에 모터(140)의 동력을 전달해주는 수단으로는, 저수조(100)에 형성되며 원통형 구조물(102)과 결합이 가능한 중심축(180) 및 모터(140)의 동력을 중심축(180)에 전달해주는 기능을 수행하는 벨트 폴리(150)가 구비되는 것이 바람직하다.

여기서 원통형 구조물(102)의 내부는 세균과 유기물이 부착될 수 있는 매트(170)로 충진시키는 것이 바람직할 수 있다.

이 때, 매트(170)에는 고무화된 코코넛 섬유(rubberized coconut fiber), 참숯, 백탄, 폐유리, 공재 및 암면 등의 재질들이 적용될 수 있으나, 인과 질소의 농출 효율, 미생물의 부착정도, 가공용이성, 가격 및 조작편이성 등을 감안한다면, 고무화된 코코넛 섬유(rubberized coconut fiber)가 매트(170)에 적용되는 것이 바 람직할 수 있다.

또한, 저수조(100)의 내벽과 소정의 간격을 두고 설치되는 원통형 구조물(102)은, 외부로부터 저수조(100)로 유입된 물(하천수)이 매트(170)와 충분히 혼합될 수 있는 형태로 형성되는 것이 바람직하다. 그리고 원통형 구조물(102)의 내부는 다수개로 분할된 형태로 이루어지는 것이 좋을 수 있다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 영양염 농축 장치의 작동 순서를 상세히 설명하고자 한다.

인공습지 옆에 위치하고 있는 소하천으로부터 하천수를 영양염 농축장치의 저수조(100)로 유입시킨다. 이 때 유입구(110)에 별도로 설치된 소규모의 펌프(112)를 통해, 하천수를 용이하게 유입시키는 것이 가능하다. 또한, 시간당 처리하는 하천수의 정확한 용량을 측정하기 위한 수단으로 계량기를 추가적으로 설치하는 것도 좋을 수 있다.

이와 같이 펌프(112)와 유입구(110)를 통해 유입된 하천수는 저수조(100)로 이동되고, 저수조(100) 내부에 설치된 원통형 구조물(102)의 구동에 의해서 농축수가 생성되는 것이 가능하게 된다.

이 때, 원통형 구조물(102)에는 세균과 유기물이 부착하기 쉬운 고무화된 코코넛 섬유(Rubberized coconut fiber) 재질의 매트(170)로 충진되는 것이 바람직하며, 저수조(100)의 중심축(180)에 모터(기어드 모터)(140)의 동력을 전달하기 위한 수단으로 벨트폴리(150)가 구비되는 것이 좋을 수 있다.

이 때, 매트(170)의 구성성분으로 사용되는 고무화된 코코넛 섬유(Rubberized coconut fiber) 재질은 본 발명의 일 실시예에 따른 것으로써, 반드시 이에 한정되지 아니하고, 이와 유사한 재질이 적용되는 것이 좋을 수 있음은 당업자에 있어 자명할 것이다.

그리고 외부에 설치되어 있는 컨트롤 박스(160)에 의해 유입수, 유출수 및 배출수의 양을 조절할 수 있으며, 유동되는 물에 관련된 시간 등을 디스플레이 장치를 통해 나타낼 수 있다.

또한, 저수조(100)의 상부 일측에는 오버플로우(overflow) 배출구(130)를 형성함으로써, 지속적인 하천수의 유입에 의해 물이 저수조(100)를 넘쳐흐르는 것을 사전에 방지하고, 자동적으로 물이 배출되도록 하는 것이 바람직하다.

이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해되어야만 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 영양염 농축 및 농축수 회수장치를 나타낸 사시도이다.

도 2는 도 1에 도시된 영양염 농축 및 농축수 회수장치를 나타낸 단면도이다.

도 3은 도 1에 도시된 영양염 농축 및 농축수 회수장치를 나타낸 평면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 저수조 102 : 원통형 구조물

110 : 유입구 112 : 펌프

120 : 배출구 122 : 자동밸브

130 : 오버플로우 배출구 140 : 모터

150 : 벨트폴리 160 : 컨트롤박스

170 : 매트 180 : 중심축

Claims (5)

1. 저수조;

   상기 저수조에 하천수가 유입되는 유입구;

   상기 저수조의 내부에 설치되는 원통형 구조물;

   상기 원통형 구조물 내부에 충전되어, 필터의 기능을 수행하는 매트;

   상기 매트를 통해 걸러진 농축수를 배출하는 배출구;

   동력전달부재를 이용하여 상기 저수조 내부에 형성된 중심축과 연동되며, 상기 원통형 구조물을 회전시키는 기능을 수행하는 모터;

   상기 유입구 또는 배출구의 유입(급수), 배출(배수) 및 탈수 시간을 조절하는 컨트롤박스를 포함하는 영양염 농축 및 농축수 회수장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   하천수 유입 시, 농축장치의 상부로 넘쳐흐르는 물을 배출하기 위한 오버플로우(overflow) 배출구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영양염 농축 및 농축수 회수장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 매트는 고무화된 코코넛 섬유(Rubberized coconut fiber) 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 영양염 농축 및 농축수 회수장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 유입구상에 구비되어 하천수를 유입하는 기능을 수행하는 펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영양염 농축 및 농축수 회수장치.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 배출구는 컨트롤박스와 연동되며,

   하천수의 방류량을 조절하는 기능을 수행하는 자동밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영양염 농축 및 농축수 회수장치.

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