KR101303946B1 - 광산배수를 이용하는 파이프 탈착형 미세조류 배양장치 - Google Patents

광산배수를 이용하는 파이프 탈착형 미세조류 배양장치 Download PDF

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양중석
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Abstract

본 발명은 광산배수를 이용하여 미세조류를 배양하는 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 파이프를 탈착할 수 있는 배양기를 포함하는 미세조류 배양장치에 관한 것이다.

Description

광산배수를 이용하는 파이프 탈착형 미세조류 배양장치{PIPES INSERTED ARTICLE FOR CULTURING MICROALGAE USING MINE DRAINAGE}
본 발명은 광산배수를 이용하여 미세조류를 배양하는 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 파이프를 탈착할 수 있는 배양기를 포함하는 미세조류 배양장치에 관한 것이다.
국내외의 많은 연구자들이 화석연료의 대체 수단으로 태양열, 바이오, 풍력, 수력, 해양, 폐기물, 지역, 연료전지, 수소 등의 대체에너지를 개발하고 있다. 특히 바이오 에너지는 바이오 디젤의 원료로 사용될 수 있으며 타 원료에 비해 단위면적당 생산량이 매우 우수하다는 장점이 있다. 종래 바이오 에너지의 에너지원은 콩, 사탕수수 등이 사용되었으나, 생산효율이 낮다는 문제점이 있다.
미세조류는 광합성에 필요한 태양에너지, 이산화탄소, 그리고 무기염류로 배양이 가능하며 농작물과 비교하여 단위 면적당 20배 이상의 배양 효율을 가진다. 뿐만 아니라, 미세조류는 이산화탄소를 탄소원으로 사용하여 광합성을 하기 때문에, 친환경적이다.
그런데, 미세조류가 생장함에 따라, 미세조류배양기의 표면에 증식된 미세조류가 과다하게 달라붙기 때문에, 배양효율이 저하되고 미세조류의 생산효율이 낮아진다는 문제점이 있다. 이는 미세조류가 점차적으로 증식함에 따라, 빛의 전달범위가 저하되는 것과 관련이 있다.
본 발명자들은 상기 문제점을 해결하기 위하여 예의 노력한 결과, 미세조류 배양기에 파이프를 탈착할 수 있는 배양장치를 이용하는 경우, 미세조류의 배양이 지속되는 동안 빛의 전달범위를 일정하게 지속시켜서 미세조류의 생산 효율을 유지시킬 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성하게 되었다.
대한민국 등록특허 제 10-0672080 호
본 발명의 목적은 미세조류 배양기 내에서 일정한 빛을 지속적으로 전달할 수 있어서 미세조류의 생산 효율을 유지시킬 수 있을 뿐 아니라, 광산배수를 정화시킬 수 있는 장치를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은
인(P) 및 질소(N)를 공급하는 영양염류조;
중화처리된 광산배수를 공급하는 집수조;
상기 인(P) 및 질소(N)와 상기 광산배수 내의 미네랄을 이용하여 미세조류를 배양하는 조류배양기;
상기 조류배양기의 어느 내면에 탈착되고, 상기 조류배양기 내부로 빛을 통과시키는 적어도 하나의 파이프;
상기 조류배양기에서 배양된 미세조류가 유입되는 슬러지 조류조; 및
상기 조류배양기에서 방류된 상층액을 보관하는 방류수조를 포함하는 미세조류 배양장치를 제공한다.
본 발명은 또한 미세조류의 배양에 이용되는 인(P) 및 질소(N)를 공급하는 단계;
광산배수를 공급하는 단계;
상기 인(P) 및 질소(N)와 상기 광산배수 내의 미네랄을 이용하여 미세조류를 배양하는 단계;
상기 배양된 미세조류와 상층액을 분리하는 단계를 포함하는 미세조류 배양방법을 제공한다.
본 발명의 배양장치 및 배양방법은 광산배수의 미네랄을 이용하여 미세조류를 배양시킬 수 있기 때문에, 광산배수를 정화시킴과 동시에 미세조류를 배양시킬 수 있어서 유용하다.
본 발명의 장치 및 배양방법은 또한 조류배양기가 한 개 이상의 삽입식 파이프를 포함하여, 미세조류의 생장에도 불구하고 배양기 곳곳으로 일정한 빛을 전달할 수 있다. 또한 태양이 없는 저녁에도 인공 광원을 파이프에 설치할 수 있어서 연속적인 배양이 가능하다.
도 1은 미세조류 배양 장치의 전체 구조를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 2는 미세조류 배양 장치 중 조류배양기를 개략적으로 도시한 도이다.
도 3은 미세조류 배양 장치 중 일부를 포함하는 컨테이너를 개략적으로 도시한 도이다.
도 4는 본 발명의 미세조류 배양 장치에 주입되기 전과 후의 N, P 농도를 측정한 것이다.
도 5는 도 6의 주입수 (c)를 이용하여 미세조류를 배양한 결과를 나타낸 것이다.
도 6은 중화제로 처리 광산배수에 NaNO3와 K2HPO4 를 넣어 주고, 미세조류 배양장치에서 네프로셀미스 sp. KGE8을 배양한 결과이다.
도 7은 도 6의 주입수(c)를 본 발명의 미세조류배양기에 일정한 속도 (47L/hour)로 지속적으로 주입시 미세조류배양기 내의 Fe 농도변화를 보인 것이다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명을 한정하지 아니하고 오로지 예시를 위한 실시예에 의해 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 하기 실시예는 본 발명을 구체화하기 위한 것일 뿐 본 발명의 권리 범위를 제한하거나 한정하는 것이 아님은 물론이다. 본 발명의 상세한 설명 및 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가가 용이하게 유추할 수 있는 것은 본 발명의 권리범위에 속하는 것으로 해석된다.
본 실시예들은 미세조류 배양 장치에 관한 것으로서 이하의 실시예들이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 널리 알려져 있는 사항들에 관해서는 자세한 설명을 생략한다.
본 명세서에서 광산배수는 광산의 갱내에서 유출되는 물이나 비가 폐석더미 또는 광미장을 경유하여 유출되는 물을 의미하는 것이다. 본 발명의 광산배수는 구체적으로 산성광산배수일 수 있다. 산성광산배수는 대기 중에 노출된 황철석(FeS2), 백철석(FeS) 등의 황화합물이 호기성 조건에서 물, 산소와 반응하여 생성되는 것으로, 반응 중 수소이온이 생성되어 낮은 pH 값을 갖는 산성배수가 만들어지며 알루미늄과 같은 양이온과 철, 망간, 카드뮴, 비소 등의 중금속 이온이 다량 포함되어 있다.
본 명세서에서 상기 미세조류는 광합성을 하는 원핵 및 진핵 미생물을 총칭하는 것으로, 전 세계적으로 20~30만 종이 분포한다. 본 발명의 일 관점인 배양방법에서 Nephroselmis sp. KGE8 (Accession number HE861886)을 사용하였지만 이에 제한되는 것은 아니다.
도 1은 미세조류 배양 장치의 전체 구조를 개략적으로 도시한 구성도이다.
미세조류 배양 장치 (100)는 영양염류조 (122), 집수조 (110), 조류배양기 (128), 슬러지 저류조 (130) 및 방류수조 (140)를 포함할 수 있다. 미세조류 배양 장치 (100)는 또한 ACID (124) 및 유량조정조 (126)를 더 포함할 수 있다. 도 1에서는 상기 영양염류조 (122), ACID (124), 유량조정조 (126) 및 조류배양기 (128)가 도 3과 같은 구조를 가지는 컨테이너 (120) 내부에 존재하도록 도시하였으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 컨테이너 내부에 배양장치의 다른 구성을 더 포함하거나 또는 포함하지 않을 수 있다. 미세조류 배양 장치 (100)를 구성하는 각 장치들은 도 1에 도시된 바와 달리 물리적으로 분리되어 있지 않고 통합된 형태일 수 있다.
상기 영양염류조 (122)는 미세조류의 배양에 이용되는 인(P) 및 질소(N)를 공급하고, 상기 집수조 (110)는 중화처리된 광산배수를 공급하며, 상기 조류배양기 (128)는 상기 인(P) 및 질소(N)와 상기 광산배수 내의 미네랄을 이용하여 미세조류를 배양한다. 아울러 상기 슬러지 저류조 (130)는 상기 조류배양기에서 배양된 미세조류가 유입되고, 상기 방류수조 (140)는 상기 조류배양기에서 방류된 상층액을 보관한다.
상기 영양염류조에 보관되었던 인(P) 및 질소(N)와 집수조에 보관되었던 광산배수는 이들을 연결하는 파이프를 타고 미세조류 배양용 조류배양기로 이동하여 미세조류를 대량으로 배양시키게 된다. 상기 조류배양기에서 대부분의 미세조류는 배양기의 하단부에 침전되어 있으며, 미세조류와 이온교환이 되거나 또는 되지 않은 광산배수가 배양기의 상단부에 존재한다.
상기 방류수조는 상단부에 존재하는 광산배수가 방류되면 이를 잠시 저장하였다가 버리는 역할을 한다. 아울러, 슬러지 저류조는 광산배수와 이온교환이 완료되어 미네랄을 함유하면서 성장한 미세조류를 보관하는 곳이다.
상기 방류된 상층액은 미세조류의 배양에 이용되는 미네랄이 제거된 광산배수를 포함한다.
도 2는 미세조류 배양 장치 중 조류배양기를 개략적으로 도시한 도이다.
조류배양기 (200)의 측면 (210)은 유리를 사용하여 미세조류가 빛을 더 잘 받을 수 있도록 하였고, 미세조류가 번식하는 과정을 살펴볼 수 있도록 하였다. 상기 조류배양기 (200)의 측면 (210)은 유리 이외에도 내부를 관찰할 수 있으면서, 배양기 내부의 물의 압력을 견딜 수 있는 재질이라면 제한 없이 사용할 수 있다. 아울러, 도 2에서는 상기 조류배양기 (200)의 4방향의 측면 (210) 모두에 유리를 사용하였으나, 3방향, 2방향 또는 1방향의 측면에만 유리를 사용할 수도 있을 것이고, 빛을 제한해야 한다거나 하는 등의 필요가 있다면, 4방향 모두 불투명한 재질을 이용하여 제작할 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 조류배양기 (200)의 상단면을 개방하여 실시하였으나, 상기 조류배양기 (200)의 상단면은 개방되어 있거나 또는 폐쇄되어 있을 수 있고, 또는 개폐가 자유롭게 제작될 수 있다. 폐쇄되어 있는 경우에도, 미세조류의 배양을 위하여 빛을 투과시킬 수 있는 재질로 상단면을 구성하는 것이 바람직할 것이다.
조류배양기 (200)는 적어도 하나의 파이프(220)를 포함한다. 상기 파이프 (220)는 상기 조류배양기 (200)의 어느 내면에 탈착되고, 상기 조류배양기 내부로 빛을 통과시킨다. 상기 파이프 (220)는 배양기 내부에 빛을 통과시킬 수 있는 위치라면 조류배양기 내면 어디든지, 상하좌우를 가리지 않고 탈착될 수 있다. 상기 파이프 (220)는 탈착이 자유롭다. 상기 파이프 (220)는 상기 조류배양기 내부의 하단에 홈을 만들어 조류배양기 내부의 상부에서 하부로 내리 꽂아서 고정시킬 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 예컨대, 상기 파이프는 상기 조류배양기 내부의 좌측에서 우측을 향하여 또는 우측에서 좌측을 향하여 고정시킬 수 있을 것이고, 또는 상기 조류배양기 내부의 하부에서 상부를 향하여 고정시킬 수 있을 것이다. 즉, 상기 파이프는 조류배양기 내부의 미세조류에 빛을 공급할 수 있는 위치에 존재한다면, 조류배양기 내부에서 제한없이 존재할 수 있다. 다만 상기 파이프의 상하 양면 중 하나 이상의 단면은 막혀있으며, 상하 양면 모두 빛을 투과시킬 수 있는 재질로 제작한다. 상기 파이프는 광원과 물을 안전하게
또한 상기 조류배양기 (200)의 일면에 파이프를 고정시켜 조류배양기의 일면 자체를 탈착시키는 것도 가능하다. 본 발명의 일 실시예에서는 상기 파이프 (220)를 둥근 모양으로 제작하였으나, 이는 일 실시예일 뿐이며, 파이프의 모양 및 지름에는 제한이 없다.
상기 파이프 (220)는 파이프의 내부에 위치하여 상기 조류배양기 내부에 빛을 조사하는 인공 광원을 더 포함한다. 상기 인공 광원은 또한 바(bar) 형태로써 상기 파이프 내부에 탈착 가능하게 존재할 수 있다. 상기 인공광원은 상기 조류배양기에 탈착될 때, 물이 들어가는 것을 방지하기 위하여, 파이프로 둘러싸여 있다. 상기 파이프는 인공광원 주위에 일정한 거리를 가지고 제작할 수 있으며, 파이프와 인공광원은 부착되어 있거나 또는 부착되지 않고 존재할 수 있다. 구체적으로 상기 인공 광원은 LED 광원으로써, 청색광 또는 적색광일 수 있다.
도 3은 미세조류 배양 장치 중 일부를 포함하는 컨테이너 (300)를 개략적으로 도시한 도이다. 상기 컨테이너 (300)는 하나 이상의 측면을 셔터 (310)로 제작하여 개폐가 용이하도록 하였으며, 손잡이 (32)를 달아서 개폐가 손쉽도록 하였다. 아울러, 컨테이너의 상단면 (340)은 하나 이상의 유리를 포함하도록 제작하여, 빛이 잘 투과되도록 하였다. 상기 영양염류조, ACID, 유량조정조 및 조류배양기가 상기 컨테이너(300) 내부에 존재하도록 도시하였으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 컨테이너 내부에 배양장치의 다른 구성을 더 포함하거나 또는 포함하지 않을 수 있다. 컨테이너(300) 내부를 구성하는 각 장치들은 물리적으로 분리되어 있지 않고 통합된 형태일 수 있다.
본 발명은 일 관점에서,
인(P) 및 질소(N)를 공급하는 영양염류조;
중화처리된 광산배수를 공급하는 집수조;
상기 인(P) 및 질소(N)와 상기 광산배수 내의 미네랄을 이용하여 미세조류를 배양하는 조류배양기;
상기 조류배양기의 어느 내면에 탈착되고, 상기 조류배양기 내부로 빛을 통과시키는 적어도 하나의 파이프;
상기 조류배양기에서 배양된 미세조류가 유입되는 슬러지 조류조; 및
상기 조류배양기에서 방류된 상층액을 보관하는 방류수조를 포함하는 미세조류 배양장치에 관한 것이다.
상기 N, P 공급용 영양염류조는 미세조류 배양에 필요한 질소와 인 영양소를 공급하기 위한 배양액을 보관하는 수조일 수 있다. N, P 공급을 위하여, 혐기성 소화 또는 MBR 과정으로 선처리한 가축 분뇨를 또한 투입할 수 있다.
본 발명의 일 관점인 상기 미세조류 배양장치는 상기 파이프의 내부에 위치하여 상기 조류배양기 내부에 빛을 조사하는 인공 광원를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 관점인 상기 미세조류 배양장치에 있어서, 상기 인공 광원은 바(bar) 형태로써 상기 파이프 내부에 탈착 가능하다.
본 발명의 일 관점인 상기 미세조류 배양장치에 있어서, 상기 인공 광원은 LED 광원으로써, 청색광 또는 적색광일 수 있다.
본 발명의 일 관점인 상기 미세조류 배양장치에 있어서, 상기 방류된 상층액은 상기 미세조류의 배양에 이용되는 상기 미네랄이 제거된 광산배수를 포함할 수 있다.
본 발명의 배양장치는 광산배수의 미네랄을 이용하여 미세조류를 배양시킬 수 있기 때문에, 광산배수를 정화시킴과 동시에 미세조류를 배양시킬 수 있어서 유용하다. 특히 정화와 동시에 바이오매스의 원료가 되는 미세조류를 대량으로 생산시킬 수 있어서 환경 정화에 효과적이다.
본 발명의 장치는 또한 조류배양기가 한 개 이상의 탈착식 파이프를 포함하여, 미세조류의 생장에도 불구하고 배양기 곳곳으로 일정한 빛을 전달할 수 있다. 또한 태양이 없는 저녁에도 인공 광원을 포함하는 파이프를 장착하여 24시간 내내 연속적인 배양이 가능하다. 본 발명의 장치는 미세조류가 성장하여도 빛 투과율을 일정하게 유지시킬 수 있다는 장점이 있고, 태양광 또는 인공광원을 이용하여 24시간 내내 중단 없이 미세조류를 배양시킬 수 있다.
본 발명은 다른 관점에서,
미세조류의 배양에 이용되는 인(P) 및 질소(N)를 공급하는 단계;
광산배수를 공급하는 단계;
상기 인(P) 및 질소(N)와 상기 광산배수 내의 미네랄을 이용하여 미세조류를 배양하는 단계;
상기 배양된 미세조류와 상층액을 분리하는 단계를 포함하는 미세조류 배양방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 관점인 상기 배양방법에 있어서, 상기 상층액은 상기 미세조류의 배양에 이용되는 상기 미네랄이 제거된 광산배수를 포함할 수 있다.
상기 배양방법은 광산배수 내에 함유된 미네랄을 이온교환을 통하여 미세조류로 이동시킬 수 있어서, 광산배수를 정화시킴과 동시에 미세조류의 배양 및 성장에 필요한 미네랄을 공급할 수 있다.
본 발명의 일 관점인 상기 배양방법에 있어서, 상기 광산배수를 중화처리하는 단계를 더 포함하고, 상기 공급한 광산배수는 상기 중화처리한 광산배수일 수 있다.
본 발명의 일 관점인 상기 배양방법에 있어서, 상기 중화처리하는 단계는, 상기 광산배수를 NaOH, KOH, CaO, Ca(OH)2 및 Mg(OH)2으로 구성된 군에서 선택된 하나 이상의 중화제로 처리할 수 있다.
본 발명의 일 관점인 상기 배양방법에 있어서, 상기 중화처리하는 단계는, 상기 광산배수와 중화제를 100 내지 10,000:1의 부피비로 처리할 수 있다. 상기와 같은 관점에서, 본 발명의 일 관점인 미세조류 배양 방법은 광산배수:중화제를 50 ~ 9,500:1, 100 ~ 9,000:1, 150 ~ 8,500:1, 200 ~ 8,000:1, 250 ~ 7,500:1, 300 ~ 7,000:1, 350 ~ 6,500:1, 400 ~ 6,000:1, 450 ~ 5,500:1 또는 500 ~ 5,000:1의 중량비로 처리할 수 있다.
본 발명의 일 관점인 상기 배양방법에 있어서, 상기 광산배수는 철을 포함할 수 있다. 아울러, 상기 광산배수는 구리, 알루미늄, 망간, 마그네슘 등의 미네랄을 포함할 수 있다. 상기 미네랄들은 미세조류를 배양하는 과정에서 이온교환되어 광산배수에서 미세조류로 옮겨가게 되므로 광산배수가 정화될 수 있다.
본 발명의 일 관점인 상기 배양방법에 있어서, 상기 광산배수는 pH가 6~8일 수 있다. 광산배수가 상기 범위의 pH를 가지는 경우, 미세조류가 잘 배양된다. 상기와 같은 관점에서, 본 발명의 일 관점인 미세조류 배양 방법에서 이용하는 광산배수는 pH 6.2~7.8, pH 6.4~7.6, pH 6.6~7.4 또는 pH 6.8~7.2의 범위를 가지거나 구제적으로 pH 7을 가질 수 있다.
본 발명의 일 관점인 상기 배양방법에 있어서, 상기 인(P) 및 질소(N)의 공급은 분뇨를 이용할 수 있다.
본 발명의 일 실시예로서, 조류 배양기를 제작하였다.
미세조류 배양기는 Flow 변경이 가능하도록 제작하였으며, 각 조에 드래인 할 수 있도록 하단부 내 드래인 라인 및 밸브를 설치하였다. 또한 샘플 채취가 용이하도록 샘플링 포트를 설치하였고 운전 flow를 눈으로 확인 할 수 있도록 투명스프링 호스를 사용하여 퀵커플링으로 조립 분해 가능하도록 구성하였다. 조류 배양조는 규격 2000mm * 600mm * 1100mm의 크기로, 투명 강화 유리로 고정하여 완전방수가 되도록 하였고 옆면에는 드레인밸브 및 밸브를 부착하였다.
조류배양기의 파이프는 100파이 * 1200mm 길이에 한쪽면은 막고 다른면은 개방되어 있는 구조로 30개를 제작하였다. 조류 배양조의 상판과 중판은 조류배양조의 몸체와 탈, 부착이 용이하도록 하고 아크릴조명 파이프 30개가 나란히 부착되고, 탈착할 수 있도록 제작하였다. 조류 배양조 하단에는 공기 원형 분사기를 장착하여 조류배양조에 공기를 주입하여 공기 주입 및 교반 효과를 얻도록 제작하였다. 유입 공기의 경우 유입전 유량계로 측정하여 주입 할 수 있도록 설치하였다.
LED 조명은 전기안전을 위해 DC 12V로 제작하고 물과의 접촉을 원천 봉쇄하기 위해 투명 파이프로 실링하여 사용하였다. 투명파이프의 길이는 1000mm로 하고 탈,부착이 용이하도록 하였다. LED는 바 타입으로 제작하고 양면 부착형으로 RED 30개, Blue 2개로 제작하였다. LED 조명 파이프는 아크릴 조명 파이프 안으로 삽입이 가능하고 위치가 고정되도록 장치하였다. 직류 전원을 공급하도록 전원변환장치를 장착하고 전압조절 장치로 조도를 조절 가능하도록 조치하였다.
본 발명의 일 실시예로서, 컨테이너를 제작하였다.
미세조류 배양기를 설치한 컨테이너의 경우 3000W * 2600H * 3000L 사이즈로 수동셧터 개방형으로 제작하였다. 창문은 고정식(1000W * 1200Lmm)으로 옆면 미닫이 한 개로 제작하였다. 바닥은 3.2T 체크철판을 덮고 에폭시 도장으로 방청하여 제작하였다. 출입문은 3면에 수동셔터를 시공하여 주간에는 열어 채광하고, 야간에는 닫아 열쇠로 채워 시건 장치를 할 수 있도록 하였다. 지붕은 1M * 1M의 12mm 투명 강화유리를 끼운 창문으로 제작하여 채광 효과를 최대화 할 수 있게 하였다.
본 발명의 일 실시예로서, 미세조류 배양장치를 제작하였다.
영양염류조 및 Acid는 200L 사이즈의 플라스틱으로 제작되었다. 각 통에는 Chemical feed pump와 교반기가 설치되어 있어 미세조류배양기에 필요한 물질이 있을 때 정량적으로 투입이 가능하도록 설계하였다. 영양염류조는 미세조류배양기에 유입되는 유입수 내에 미세조류 성장에 필요한 N,P가 부족할 경우 N,P영양소를 투입하기 위해 설계되었으며, Acid는 가축분뇨의 pH가 8.6이상일 경우 이를 낮추어 주기 위해 제작하였다. Coagulation조와 Polymer조는 미세조류가 방류수조에서 침전이 잘 되도록 하기 위해 제작하였다. 집수조는 500L 사이즈의 플라스틱으로 제작된 수조이며, 선처리 된 광산배수를 보관하기 위하여 제작하였다. 유량 조정조는 철로 제작되었으며 미세조류 배양기에 투입되는 유입수를 Continuous 반응 및 배양을 진행할 시 유입수의 주입 속도를 조정하여 유입수의 체류시간을 조정하기 위해 제작하였다. 방류수조는 반응 및 배양에 쓰인 배수를 모아두는 곳으로 500L 플라스틱 통으로 제작하였다. 슬러지 저류조는 300L 플라스틱 통으로 제작되었으며 이는 반응하고 있는 미세조류들 중 침전되는 미세조류를 펌프를 이용해서 이곳에 모아두게 된다. 모아진 미세조류는 미세조류 배양시 다시 미세조류 배양조로 투입될 수 있도록 설계가 되었다.
본 발명의 일 실시예로서, 상기 배양장치로 미세조류를 배양하였다.
<광산배수의 처리>
미세조류를 이용한 광산배수 처리는 원수 자체를 처리하기에는 무리가 있으므로 화학적처리를 이용하여 광산배수를 선처리한 뒤 미세조류 배양기에 넣어주었다. 주입수는 도 6의 (a), (b), (c), (d) 각각의 조건에서 실험을 진행하였다. 중화제는 Ca(OH)2, 와 Mg(OH)2 두가지를 사용하였으며 처리 조건 및 주입수의 성상 역시 도 6에 표시하였다. 실험은 미세조류배양기에서 미세조류 배양 후 미세조류를 침전시킨 후 상등액을 빼낸 다음에 선처리된 광산배수를 넣어서 실험을 진행하였다.
<N,P 공급 및 오염수 정화>
미세 조류 배양에 필요한 영양소인 N, P의 공급을 위하여, NaNO3와 K2HPO4를 처리하였다. 각 항목별로 kit(T-N: Nitrogen,Total, LR(Cmac), Nitrate: Nitrate, LR(Cmac), T-P: Total phosphate LR(Cmac)을 이용하여 분석을 진행하였다.
실제 오염수를 이용한 실험을 진행하였는데 오염수는 가축분뇨를 혐기성 소화과정과 MBR 과정을 거친 오염수로서 오염수의 성상은 도 4에 표시하였다. 이는 미세조류 배양기에 오염수를 채워 미세조를 이용한 오염수 저감 실험을 진행하였으며 실험조건은 오염수에 미세조류를 투입하고 폭기를 통한 48시간동안 반응후 상등액을 샘플링하여 오염수 저감 정도를 측정하였다. N,P 저하 정도는 도 4에서 표시하였다.
본 발명의 일 실시예로서, 상기 배양장치로 미세조류를 배양 (Batch 법)하였다.
미세조류배양기에 도 6의 (a), (b), (c), (d) 주입수를 각 각 채우고 N, P 를 일정량 넣어준다. 배양된 미세조류는 주입수 넣기 전 배양 후 침전 시킨 미세조류를 사용한다. 주입수를 넣고 폭기를 시작하였으며 낮에는 태양광을 이용하고 밤에는 LED를 이용하여 배양 및 반응을 시작하였다. 반응 시간에 따라 샘플링은 미세조류배양기에서 상등액을 뜨는 방식으로 진행하였다.
<Fe, Fe2 + 농도 변화>
미세조류배양기에 폭기 후 중화제로 선처리된 유입수 (a),(b),(c),(d) 각각의 Fe 농도와 Fe2 + 의 농도는 도 6에 표시하였다. Fe의 농도 측정은 미세조류배양기에서 샘플을 채취하여 0.2μM 실린지 필터에 필터링을 하여서 ICP Optical Emission Spectrometer(Varian 730-ES)으로 분석하였다. Fe2 + 의 경우 중금속 분석 키트(HS-Fe(+2), Cat No 16020-01, HUMAS)을 이용하여 분석하였다.
미세조류배양 시간을 (a),(b),(c),(d)와 같이 주입수에 따라 다르지만 배양하게 되면 처리수 내의 Fe2 + 의 농도는 완전히 제거가 되고 Fe의 농도 또한 0.1 mg/L 이하로 존재하게 된다 (도 6).
<pH 변화>
초기 광산배수의 pH는 2이며 중화제 처리를 하게 되면 처리수의 pH는 중화제의 양과 반응시간에 따라 도 6과 같이 변하게 된다. 이 처리수가 미세조류배양기에 들어가서 반응하게 되면 pH 는 도 6과 같이 일정하게 유지하게 된다. pH 측정은 pH meter(SevenGO pro, Mettler Toledo)를 이용하여 측정하였다.
<미세조류 배양 효율>
미세조류 배양기의 미세조류 배양 효율을 알아보기 위해 도 6 (c)유입수에 일정량의 N,P를 넣어주어 조류배양을 실험하였다. 미세조류배양기에서 미세조류 샘플링은 일정시간에 따라 배양기 중간지점에서 샘플링을 하였으며 성장정도를 측정하기 위해 UV Spectrometer를 이용하여 680nm에서 측정하였다. 도 5와 같이 5일간의 적응 기간을 거친후 15일까지 생장을 활발이 하다 그 후에는 안정화 단계를 보이고 있는 것을 확인하였다.
본 발명의 일 실시예로서, 상기 배양장치로 미세조류를 배양 (Continuous 법)하였다.
도 6의 (c) 유입수를 연속식 미세조류배양기에 47L/hour 속도로 지속적으로 주입하여 Fe 농도의 변화 추이를 알아보았다. Continuous reaction 반응 시 N, P source는 일정량 지속적으로 주입하였으며 Continuous 실험은 5일간 진행되었다
<Fe 농도 변화>
연속식 배양을 지속하면서 샘플은 미세조류배양조에서 유출되는 유출수를 샘플링 하여 0.2μM 실린지 필터에 필터링을 하여서 ICP Optical Emission Spectrometer(Varian 730-ES)으로 분석하였다. 5일간 배양한 결과 도 7과 같이 유출수내의 Fe의 농도는 0.07 mg/L 이하로 유지된다.
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시태양일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.
100 : 미세조류 배양장치
110 : 집수조
120 : 컨테이너
122 : 영양염류조
124 : ACID
126 : 유량조정조
128 : 조류배양기
130 : 슬러지 저류조
140 : 방류수조
200 : 조류배양기
210 : 조류배양기 측면
220 : 파이프
300 : 컨테이너
310 : 셔터
320 : 셔터 손잡이
330 : 컨테이너 상단면
340 : 컨테이너 상단면

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  8. 미세조류의 배양에 이용되는 인(P) 및 질소(N)를 공급하는 단계;
    광산배수를 중화처리하는 단계;
    상기 중화처리된 pH가 6~8의 광산배수를 공급하는 단계;
    상기 인(P) 및 질소(N)와 상기 중화처리된 광산배수 내의 철을 이용하여 미세조류를 배양하는 단계;및
    상기 배양된 미세조류와 상층액을 분리하는 단계를 포함하는 미세조류 배양방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 중화처리하는 단계는,
    상기광산배수를 NaOH, KOH, CaO, Ca(OH)2 및 Mg(OH)2으로 구성된 군에서 선택된 하나 이상의 중화제로 처리하는 미세조류 배양방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 중화처리하는 단계는,
    상기 광산배수와 중화제를 100 내지 10,000:1의 부피비로 처리하는 미세조류 배양방법.
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