KR101410698B1 - 조류발생방지용 인제거장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 생태연못, 호수 또는 저수지와 같은 정체된 수계에 사용되는 조류발생방지용 인제거장치로서, 수중에 설치되며, 저니층 상부의 심층수를 양정하는 양정부와, 생태연못, 호수 또는 저수지와 같은 정체된 수계에 설치되며 양정부에서 양정된 심층수를 반응조에 충진된 다공성 인산염 흡착제에 통과시켜 심층수에 포함된 용존성 인산염을 제거하고 용존성 인산염이 제거된 정제수를 수계로 배출하는 인 제거부를 포함한다.

Description

조류발생방지용 인제거장치{an apparatus for removing phosphor and using in preventing algae blooming}

본 발명은 조류발생방지용 인제거장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 생태연못, 호수 또는 저수지와 같은 정체된 수계의 총인(TP) 농도를 저감시켜 수계에 조류(algae)가 발생을 방지할 수 있는 조류발생방지용 인제거장치에 관한 것이다.

생태연못, 호수나 저수지 또는 하천 등과 같은 정체수계의 경우 조류(algae)가 발생하는 원인으로는 크게 유기질, 질소 및 인의 농도 상승에 의한 것으로 알려져 있다. 특히 정체된 수계에서 조류의 발생은 영양염류인 질소와 인의 농도 상승에 따른 부영양화 현상이 원인이 되며, 조류발생 초기에는 조류의 광합성 작용에 의하여 수계에 용존산소 농도가 상승되므로 수질이 개선되는 듯하나, 조류가 만개하여 수계표면을 두꺼운 조류층으로 덮게 될 경우 햇빛이 투과되지 못하여 햇빛이 미치지 못하는 조류층 하부에서는 사멸하는 조류가 급격하게 증가하며 저니층에 퇴적되고, 퇴적된 조류 및 유기질 성분이 부패가 진행된다.

저니층에서는 수계의 용존산소가 급격하게 소모되고 이로 인하여 전체 수계는 산소결핍현상이 발생하고 혐기상태에서 저니층으로부터 인이 재용출 되기 시작하며 일반적으로 인의 농도는 저니층 혹은 수계저층이 높다. 저니층에서 재용출된 인은 용존성 인산염(PO42-, PO43-)으로 대표식으로 인산염(PO4-P)으로 표시되며, 재용출되는 용존성 인산염의 농도가 높아질수록 수계의 총인(TP)의 농도가 상승하게 되어 부영양화 현상이 발생하며, 이로 인하여 조류가 만연하게 되며 저니층에 퇴적된 조류사체 및 유기질이 부패하면서 용존산소가 소모되어 수계에 어패류를 비롯한 수생생태계 전체가 위협을 받고 부패가 진행되면서 수계로부터 악취가 발생하며 결국에는 악화된 수질로 인하여 수생생태계가 파괴된다.

상기의 문제점을 해결하기 위해 제안된 종래 기술로는 한국공개특허공보 제10-2011-0110266호(이하, '선행문헌'이라 함)가 있다. 선행문헌은, 인을 함유하는 물 중에 설치하여 물 중에 용해되어 있는 인을 제거하기 위한 장치로서, 마그네슘, 알루미늄, 아연 및 철로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 금속으로 이루어진 애노드 부재와, 상기 금속보다도 표준 전극 전위가 높은 고표준 전극 전위재 또는 전기 전도성을 갖는 탄소재로 이루어진 캐소드 부재로 구성되며, 적어도 애노드 부재의 일부와 캐소드 부재의 일부가 접촉해 있는 것을 특징으로 하는 제거 장치로써, 수계의 용존성 인이 상술한 마그네슘, 알루미늄, 아연 및 철로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 금속으로 이루어진 애노드 부재에 흡착되어 제거되는 전기화학적 원리를 이용한 것이다.

그러나, 전기화학적 원리를 이용하고 있는 선행문헌의 경우, 애노드 부재로 사용하고 있는 전극물질이 부식되어 유해한 금속이온이 용출될 수 있으며 이로 인하여 인제거에 대한 수처리효율이 저감될 수 있으며 또한 자주 애노드를 교체해야 하는 단점이 있으며, 부식되어 용출되는 양이온 중금속 등이 캐소드에 부착됨으로써 전기저항이 커짐으로써 수처리에 부정적 영향을 미칠 수 있는 단점도 있다.

또한, 선행문헌은 일반적으로 농축된 산업용 폐수처리 등에 활용되나 오염물질의 농도가 낮은 대규모의 수량의 생태연못, 호수 또는 저수지와 같은 정체된 수계에 사용하기에는 부적절하다.

한국공개특허공보 제10-2011-0110266호 (공개일 2011.10.06)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 생태연못, 호수 또는 저수지와 같은 정체된 수계의 총인(TP) 농도를 저감시켜 수계에 조류(algae)가 발생을 방지할 수 있는 조류발생방지용 인제거장치를 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 양상에 따른 조류발생방지용 인제거장치는, 생태연못, 호수 또는 저수지와 같은 정체된 수계에 사용되는 조류발생방지용 인제거장치이다. 구체적으로 본 발명에 따른 조류발생방지용 인제거장치는, 수중에 설치되며 저니층 상부의 심층수를 양정하는 양정부와, 생태연못과 호수 또는 저수지와 같은 정체된 수계에 설치되며 양정부에서 양정된 심층수를 반응조에 충진된 다공성 인산염 흡착제에 통과시켜 심층수에 포함된 용존성 인산염을 제거하고 용존성 인산염이 제거된 정제수를 수계로 배출하는 인 제거부를 포함한다.

본 발명의 부가적인 양상에 따른 조류발생방지용 인제거장치의 양정부는, 양정펌프를 내부에 설치할 수 있도록 내부 일측면에 형성되는 지지대와, 양정펌프의 배출부에 연결되는 심층수 이송관을 포함하는 이송관로와, 이송관로와 연결되며 저니층 상부의 심층수를 흡입하는 흡입관로를 포함하는 흡입부와, 흡입관로가 저니층과 일정한 간격을 유지하도록 하며 흡입관로와 이송관로가 수계 바닥을 향하도록 유지시키는 간격 및 자세 유지부를 포함한다.

본 발명의 부가적인 양상에 따른 조류발생방지용 인제거장치의 간격 및 자세 유지부는 원추형 추로 구현되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 부가적인 양상에 따른 조류발생방지용 인제거장치의 인 제거부는, 수중에 설치되며 다공성 인산염 흡착제가 충진되는 반응조와, 반응조를 고정하는 고정 프레임과 고정 프레임을 수면에 띄우는 부표를 포함하는 거푸집과, 거푸집에 설치되며 태양열 또는 바람에 의한 풍력을 이용해 전기를 생산하여 공급하는 전원공급부를 포함한다.

본 발명의 부가적인 양상에 따른 조류발생방지용 인제거장치의 거푸집의 외측면에는 다수의 태양전지 모듈이 삽입되는 삽입홈과, 삽입홈으로부터 거푸집의 내부 공간까지 관통되는 관통홀이 형성되며, 전원공급부는 태양열로부터 전기를 생산하는 상기 다수의 태양전지 모듈과, 다수의 태양전지 모듈로부터 생산되는 전기를 전달하며 관통홀을 통해 다수의 태양전지 모듈과 연결되는 다수의 전선을 정리 보관하는 전선보관함과, 다수의 전선을 통해 유입되는 전기를 이용해 배터리를 충전하는 충전부와, 배터리로부터 공급되는 전기를 전기사용처로 분배하는 전원 제어부를 포함한다.

상기와 같은 구성에 따르면 본 발명의 조류발생방지용 인제거장치는 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 조류(algae)를 발생시키는 영양염류 가운데 수계에서 인(P)의 농도가 가장 높은 심층수를 선택하여 제거함으로써 인(P) 제거 효율성을 높일 수 있다.

둘째, 심층수를 반응조의 다공성 인산염 흡착제에 통과시켜 심층수의 용존성 인산염을 흡착시키는 방법을 적용함으로써 단위부피당 흡착할 수 있는 인(P)의 농도를 최대화할 수 있다.

셋째, 다공성 인산염 흡착제가 충진된 반응조의 하단부에 설치된 여과장치를 통하여 심층수의 양정시 용존성 인산염과 함께 함유되어 있는 고형물 입자상을 제거할 수 있다.

넷째, 교체된 회수용 다공성 인산염 흡착제는 경작용 인산비료로 재활용함으로써 경작수율을 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.

다섯째, 혐기화 상태의 심층수를 수계의 표층으로 유도하면서 충분하게 산소공급을 함으로써 순환되는 수계에 용존산소를 공급하는 효과가 있다.

여섯째, 부표를 이용하여 수계 중앙에 설치함으로써, 파손, 도난 등을 회피할 수 있으며, 동시에 자연경관과 어우러지는 디자인 접목을 통하여 경관미를 높일 수 있다.

도 1 은 본 발명에 따른 조류발생방지용 인제거장치를 도시한다.
도 2 는 도 1 의 주요부분에 대한 설명을 위한 예시도이다.
도 3 은 본 발명에 따른 거푸집을 개략적으로 도시한 실시예이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 전술한, 그리고 추가적인 양상을 기술되는 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 원리는, 수계의 높은 인의 농도를 지닌 심층수를 양정펌프를 이용하여 다공성 인산염 흡착제가 충진된 반응조로 이송시켜 다공성 인산염 흡착제 표면에 용존성 인산염을 흡착시켜 인산염이 흡착된 금속성 인산염 흡착제를 수계에서 제거함으로써 수계의 총인(TP) 농도를 낮추게 된다.

본 발명에 따른 조류발생방지용 인제거장치는 도 1 에 도시한 바와 같이, 일반적으로 수중에 설치되며, 저니층 상부의 심층수를 양정하는 양정부(100)와, 생태연못, 호수 또는 저수지, 댐과 같은 정체된 수계에 설치되며 양정부(100)에서 양정된 심층수를 반응조에 충진된 다공성 인산염 흡착제에 통과시켜 심층수에 포함된 용존성 인산염을 제거하고 용존성 인산염이 제거된 정제수를 수계로 배출하는 인 제거부(200) 본체를 포함한다.

양정부(100)는 크게 이송부(110)와, 흡입부(130)와, 간격 및 자세 유지부(140)를 포함하여 구현된다. 여기서, '양정'이라는 단어는 기계공학에서 펌프가 물을 퍼올리는 높이를 의미하지만 본 명세서에서는 수계의 저니층에서 수처리장치가 있는 수계 표면까지 물을 퍼올리는 동작을 포함하도록 해석되어져야 한다.

이송부(110)는 양정된 심층수를 인 제거부(200) 본체로 이송하는 역할을 담당하며, 도 2에 도시한 바와 같이, 개폐형 여과장치(115)와 양정펌프(120)와 양정펌프(120)를 내부에 설치할 수 있도록 내부 일측면에 형성되는 지지대(112)를 포함하는 이송관로(111)를 포함하여 구현된다.

개폐형 여과장치(115)는 원통형 또는 박스형 구조로 형성되며, 여과망(115a) 교체가 용이하도록 개폐될 수 있는 구조를 갖으며, 개폐형 여과장치(115) 내부에 여과망(115a)을 거치할 수 있도록 거치대가 설치되며, 실링처리를 하여 개폐형 여과장치(115)를 닫았을 경우 누수되는 것을 방지하도록 한다. 여과망(115a)은 양정된 심층수에 포함된 미립자 또는 고형물을 분리하는 것으로 여과망(215a)의 재질은 부직포 혹은 150메쉬 이상 메쉬망을 사용한다.

개폐형 여과장치(115)는 그 하단에 유입구(혹은 유입관)가 형성되어 양정펌프(120)의 배출관(혹은 배출구)(122)과 연결되며 개폐형 여과장치(115)의 상단에는 배출구(혹은 배출관)가 형성되어 인제거부(200)의 반응조(210) 하단과 심층수 이송관(150)을 통해 연결된다.

이송관로(111)의 재질은 내구성을 지닌 재질로써 직관형태 금속강관 혹은 직관 또는 주름관형태 PE, PP, PVC 등 다양한 재질의 관로를 적용할 수 있다. 이송관로(111)의 내부에 설치되는 양정펌프(120)는 수중펌프 형태로 방수구조를 갖추어 누전에 의해 외부동력이 차단되지 않도록 하며, 외부동력을 연결하는 전선역시 방수 피복을 하여 누전이 되지 않도록 하며 양정펌프(120)에 대한 구조설명은 이미 널리 알려져 있으므로 상세설명은 하지 않도록 한다.

양정펌프(120)를 구동시키기 위한 외부동력은 바람에 의하여 회전하는 회전날개의 회전력을 전기에너지 전환장치를 통하여 유도전기로 생산하는 풍력발전기 또는 광전효과에 의해 전기를 발생시키는 태양전지 모듈로부터 공급될 수 있다.

양정펌프(120)가 동절기에도 결빙에 의한 피해가 입지 않도록 지역별 온도차를 고려하여 양정부(100)가 설치되는 장소의 결빙층 깊이 이하로 설치깊이를 설정하고, 이송관로(111)의 내측에 설치된 지지대를 이용하여 고정 설치한다.

흡입부(130)는 이송관로(111)와 연결되며 저니층 상부의 심층수가 유입되도록 하는 흡입관로(131)를 포함하여 구현된다. 흡입관로(131)와 그 상부에 위치하는 이송관로(111)와의 연결부분은 나사형 혹은 볼트 접합 또는 간편하게 밴드를 이용하여 클립할 수 있도록 한다.

간격 및 자세 유지부(140)는 흡입관로(131)에 설치되며, 흡입관로(131)가 저니층과 일정한 간격을 유지하도록 하며, 흡입관로(131)와 이송관로(111)가 수계 바닥을 향하도록 유지시킨다. 일례로 간격 및 자세 유지부(140)는, 원추형 추(예를 들어, 앙카)(142)로 구현될 수 있다.

이송관로(111)는 저니층으로부터 일정거리를 유지하도록 하여 퇴적물로 인한 양정되는 심층수의 혼탁을 최소화하는 작업이 중요하므로 이송관로(111)로는 하부에 원추형의 추를 연결하여 일정한 무게를 가질 수 있도록 하여 이송관로(111)가 물위로 떠오르는 것을 방지하고 양정부(100)에 속한 구조체가 수계 바닥을 향하여 안정적으로 유지할 수 있도록 기능하도록 한다. 추를 원추형으로 하는 이유는 추가 가능한 퇴적층과의 접촉면을 적게 하여 퇴적층과 접촉으로 발생하는 탁도발생을 방지하며 원추형 추모양와 흡입관로(131)를 고정시키는 상부는 퇴적층과 150mm 정도 거리를 두고 관로가 개방상태로 열리도록 하여 흡입관로(131)의 단면일부와 원추형 추(142)를 고정시켜 심층수의 유입이 가능하도록 한다.

여기서 흡입관로(131)와 원추형 추(142)를 고정시키는 방법은 흡입관로(131)가 금속재질시에는 용접하거나 볼팅, 리벳팅을 하며, 플라스틱인 경우 접착제를 이용하거나 연결부에 구멍을 내어 볼팅하고 금속재로 보강하여 이격되지 않도록 하며, 이때 사용되는 흡입관로(131)와 원추형 추(142)의 재질은 비중이 무거운 금속재 일예로 철, 니켈강, 동 등이 사용될 수 있다.

심층수 이송관(150)은 주름관으로 구현될 수 있으며, 심층수 이송관(150)과 양정펌프(120)의 배출부와의 연결시에는 누수가 되지 않도록 실링을 함으로서 양정된 심층수가 반응조(210)로 유입되도록 하며, 수위차로 인해 표피수가 이송관로 유입되어 이송관로 내부로 역토출되는 것을 방지한다.

인 제거부(200) 본체는 크게 반응조(210), 거푸집(220), 및 전원공급부를 포함하여 구현될 수 있다.

반응조(210)는 일례로 원통형 구조로 형성될 수 있으며, 수중에 설치되므로 부식이 되지 않는 재질의 니켈강제 혹은 엔지니어링 플라스틱으로 형성되는 것이 바람직하다. 반응조(210)는 뚜껑을 설치할 수도 있으며 다공성 인산염 흡착제(214)의 교체시 개폐가 용이하도록 클립형 잠금장치를 이용한다. 반응조(210)는 인 제거부(200) 본체에서 가장 무거운 부품으로써, 물속에 잠기는 형태로 설치하여 인 제거부(200) 본체가 전체적으로 무게중심을 잡아 안정적인 상태를 유지할 수 있도록 본체의 무게중심에 위치시킨다.

반응조(210)는 양정부(100)의 심층수 이송관(150)과 연결되며 반응조(210)의 하부에 형성되는 심층수 유입구(211)와, 반응조(210)의 하단에서 일정 간격만큼 이격되게 설치되는 스크린판(213)과, 스크린판(213) 하부에 설치되며 양정된 심층수에 포함된 미립자 또는 고형물을 분리하는 여과망(215)과, 반응조(210)의 상단에 설치되며 용존성 인산염이 제거된 정제수를 수계로 배출하는 정제수 배출구(216)를 포함하여 구현될 수 있다.

도 2 에 도시한 바와 같이, 심층수 이송관(150)을 통해 이송되는 심층수는 원통형 반응조(210)의 하단에 형성된 심층수 유입구로 유입되어 원통형 반응조(210)의 상단에 형성된 정제수 배출구(216)로 배출되는 upflow 방식의 유수흐름을 유도하여 양정시 유입되는 심층수에 함유된 고형물 입자가 중력에 의하여 반응조(210) 하단에 확보된 공간에 퇴적될 수 있도록 한다.

스크린판(213)은 반응조(210)의 하단에서 약 150mm 정도 간격을 두고 설치되어 다공성 인산염 흡착제를 반응조(210)에 충진될 수 있도록 받침판 역할과 인산염 흡착제(214)에 양정된 심층수가 고르게 분배될 수 있도록 한다.

다공성 인산염 흡착제(214)는 수산화철, 수산화알루미늄, 마그네슘, Ca(OH)2, 제올라이트, 산화철, 발포제 등을 원료로 구체형으로 제작하여 건조후에 소성시킨 것으로 소성후에는 약 1.2∼8mm 직경의 다공성 구체로 이루어진다. 다공성 구체의 비표면적은 가능한 크게 만들고 반면에 강도를 유지하도록 하여 단위부피당 다량의 인산염을 흡착할 수 있도록 한다. 다공성 인산염 흡착제(214)는 철염계 인산염 흡착제 혹은 금속성 인산염 흡착제 또는 금속성 다공성 인산염 흡착제로 칭한다.

여과망(215)은 정제수에 함유되는 고형물을 분리하기 위하여 정제수 배출구 전단에 설치되며, 일례로 메쉬망으로 형성되어 반응조(210)에 충진된 인산염 흡착제(214)가 장기간 설치됨으로 인하여 생물막 등에 의한 고형물 발생으로 처리수의 탁도 오염을 방지하도록 한다.

정제수 배출구(216)는 반응조(210)의 상단에 위치하며 그 높이는 수면과 동일하거나 약간 상단에 위치하도록 하여 유입된 심층수가 처리공정을 거친 후에 인산염이 제거된 처리수의 배출이 용이하도록 한다.

도 2 에 도시한 바와 같이, 반응조(210)는 반응조 하부에 퇴적물을 배출하도록 하는 퇴적물 배출관(217)과, 퇴적물 배출관(217)을 개폐하는 밸브(217a)를 포함하여 구현될 수 있다. 반응조(210) 세정시 퇴적물 배출관(217)을 통해 퇴적물을 배출한다.

거푸집(220)은 성형이 용이하며 견고성과 내구성을 지닌 재질로 실리콘이나 FRP, PE, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 폴리텔레프탈산브틸렌(PBT), 폴리산화페닐렌(polyphenylene oxide/PPO) 또는 새롭게 개발되고 있는 엔지니어링 플라스틱을 적용할 수 있다.

거푸집(220)은 일례로, 외관이 동물 형태(예를 들어, 거북이)로 구현된다. 거푸집(220)은 반응조(210)를 고정하는 고정 프레임(225)과, 고정 프레임(225)을 수면에 띄우는 부표(226)를 포함한다. 거푸집(220)에는 태양열 또는 바람에 의한 풍력을 이용해 전기를 생산하여 공급하는 전원공급부가 설치된다.

고정 프레임(225)의 구조는 필요시 유지관리를 할 수 있도록 작업자가 출입이 가능하도록 충분한 공간을 갖도록 구현된다. 작업자가 출입시에만 개폐가 되도록 고정 프레임(225) 종단의 일부는 고정 프레임(225)에 이동성을 주어 고정 프레임(225)의 일부분이 움직일 수 있도록 구성하며, 거푸집(220) 역시 종단 일부는 고정된 본체에서 절단된 형태로 개폐가 가능하도록 하며, 고정 프레임(225)은 총중량이 수 백 킬로그램 내지 수 톤에 달하는 본 발명의 구조체의 내구성을 고려하여 충분한 인장력과 전단력을 유지할 수 있도록 충분한 강도를 갖도록 고정 프레임(225) 골재의 선택에 유의하며 또한 장시간 수계에 체류하는 구조체의 특성을 고려하여 부식에 강한 니켈강(스텐강)을 이용하며 본 발명체의 총 무게와 유지관리를 위하여 작업자가 본체에 투입된 경우를 고려하여 충분한 부력을 갖는 부표(226)를 고정 프레임(225)에 고정시켜 설치한다.

도 3에 도시한 바와 같이, 거푸집의 외측면에는 다수의 태양전지 모듈(221)이 삽입되는 삽입홈(221a)과, 삽입홈(221a)으로부터 거푸집의 내부 공간까지 관통되는 관통홀(221b)이 형성된다.

일례로, 전원공급부는 도 1에 도시한 바와 같이, 태양열로부터 전기를 생산하는 다수의 태양전지 모듈(221)과, 다수의 태양전지 모듈(221)로부터 생산되는 전기를 전달하며, 관통홀(도3의 참조부호 221b)을 통해 다수의 태양전지 모듈(221)과 연결되는 다수의 전선을 정리 보관하는 전선보관함(222)과, 다수의 전선을 통해 유입되는 전기를 이용해 배터리를 충전하는 충전부(223)와, 배터리로부터 공급되는 전기를 전기사용처로 분배하는 전원 제어부(224)를 포함하여 구현될 수 있다.

양정부(100)는 인 제거부(200) 본체와 별개의 개체로 구성되며, 인 제거부(200) 본체와 일정한 거리를 이격하여 설치하는 분리된 형태로써 인 제거부(200) 본체와 일정한 거리를 유지하도록 고정용 막대나 체인 또는 로프 등을 이용하여 고정하거나 인 제거부(200) 본체에 밀착시키도록 하여 제작될 수 있으며, 양정부에도 부표(160)를 이용하여 양정부의 상단이 수면에 노출되도록 한다.

특히 수면에 노출되는 양정부(도 1 의 참조부호 100)의 상단에는 개폐형 여과장치(115)가 설치되도록 함으로써 양정시 심층수와 함께 유입되는 미립자 혹은 고형물이 개폐형 여과장치(115) 내의 여과망(115a)에서 걸러진 것을 용이하게 제거하도록 함으로써 유지관리가 용이하도록 한다.

심층수의 처리공정에서 물의 흐름도는 최초에 개방된 흡입관로에 심층수가 유입되면 이송관로를 따라 이송되며 양정펌프를 통과하면서 양정력을 지니게 되므로 수면 위의 상단부를 통과는 주름관을 통하여 양정되었다가 다공성 인산염 흡착제가 충진된 반응조의 하단에 위치하고 있는 심층수 유입구로 유입되어 반응조의 하단부와 스크린판 사이의 공간에 유입된 심층수는 확장분배되고 충진된 다공성 인산염 흡착제 사이로 통과되면서 흡착반응을 하고 최종적으로 반응조 상단에 위치한 배출구로 배출되어 수계로 순환된다. 용존성 인산염이 다공성 금속성 흡착제에 인산염이 제거되는 원리는 아래의 화학식으로 설명이 가능하다.

Fe3+ + PO43- = FePO4

Al3+ + PO43- = AlPO4

3Ca2+ + PO43- = Ca3(PO4)2

으로 표현할 수 있다.

또한 금속성염을 이용하여 인산염을 제거하는 사실에 대해서는 이미 공보된 선행특허기술로써, JP2000-140862A에서 동물의 분뇨에 입자지름이 3000㎛ 이하이며, 철함유량이 70wt%이상인 철계분말을 투입해서 불용성인을 만들어 추출하는 방식으로 인을 제거한다. JP2008-068248A에서 인산이온과 철염 또는 알루미늄염을 수지를 이용해 고형화시켜 인산염을 흡착제거하는 방식들을 통하여 인증되고 있는 바 본 발명에서 심층수에 함유된 용존성 인산염이 철염계 혹은 알루미늄계 다공성 인산염 흡착제를 통하여 제거되는 기작에 대하여 별도의 화학적 원리 혹은 화학적 설명에 대해서는 생략하도록 한다.

실시예로, 비중이 약 4.6Kg/L이며, 평균 직경 1.55mm로 소성된 철염계 다공성 인산염 흡착제를 높이 16cm로 적층한 1L 부피의 실험장치를 이용하여 용존성 인을 제거하는 실험에서 인산염이 용해된 실험수를 이용하여 다공성 인산염 흡착제가 적층된 1L의 반응조에 upflow 방식으로 수류를 유도하여 실험원수에서 인이 제거되는 것을 실험하였다.

시간(분)	인 농도(mg/L)	인 흡착(제거)율(%)	비고
0	2.43	0	Sample1
30	0.37	84.77	Sample2
90	0.12	95.06	Sample3
210	0.09	96.3	Sample4
450	0.06	97.53	Sample5
930	0.02	99.18	Sample6

본 실험에서 원수의 인농도가 2.43ppm에서 시간이 경과하면서 절감되어 15.5시간처리 후에는 0.02ppm으로 낮아졌다.

실험시작 30분만에 인성분은 빠른속도로 1L의 반응조에 적층된 다공성 인흡착제에 흡착되어 약 84%정도 인이 흡착제거 되었고, 시간이 경과 되면서 실험원수에 잔류하는 인의 농도가 낮아질수록 흡착속도가 낮아졌다.

여기서 다공성 인산염 흡착제에 용존성 인 흡착이 되는 이유는 양정펌프에 의하여 양정되는 심층수에 존재하는 인산염의 음이온과 금속성 흡착제가 보유하고 있는 금속재의 양이온이 이온결합하려는 강한 성질과 양정펌프에 의해 생성되는 유속에 의한 유수의 속도에 함유된 운동에너지가 충진된 금속성 흡착제 사이로 미세하게 형성된 물길에서 유도되는 빠른 스피드가 지닌 운동에너지를 활성화 에너지로 이용되고 특히 정체구간인 흡착제의 다공질 구멍에서 체류하는 시간동안 생성된 활성화 에너지를 이온결합에 필요한 화학반응 에너지로 전환되면서 인산염의 흡착이 이루어지게 된다.

인산염 흡착제는 일정한 사용기간을 갖으며, 사용기간이 만료되면 이를 회수하여 재활용하도록 하고, 반응조에는 활성도가 높은 새로운 인산염 흡착제를 교체하여 충진한다.

이때 반응조로부터 제거된 인산염이 흡착된 다공성 인산염 흡착제는 인산비료로 경작지 등에 재활용할 수 있다.

지금까지, 본 명세서에는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 지닌 자가 본 발명을 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 도면에 도시한 실시예들을 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 실시예들로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

111: 이송관로
112: 지지대
115: 개폐형 여과장치
115a: 여과망
120: 양정펌프
121: 양정펌프 배출관(혹은 배출구)
122: 양정펌프 유입관(혹은 유입구)
131: 흡입관로
142: 원추형 추
150: 심층수 이송관
200: 인 제거부
210: 반응조
213: 스크린판
214: 인산염 흡착제
217: 정제수 배출구
217: 퇴적물 배출관
217a: 밸브
220: 거푸집
225: 고정 프레임
221: 태양전지 모듈
221a: 삽입홈
221b: 관통홀
222: 전선보관함
223: 충전부
224: 전원 제어부
225: 고정 프레임
226: 부표

Claims (11)

1. 정체된 수계에 사용되는 조류발생방지용 인제거장치로서,
   수중에 설치되며, 저니층 상부의 심층수를 양정하는 양정부; 및
   정체된 수계에 설치되며, 상기 양정부에서 양정된 심층수를 반응조에 충진된 다공성 인산염 흡착제에 통과시켜 심층수에 포함된 용존성 인산염을 제거하고 용존성 인산염이 제거된 정제수를 수계로 배출하는 인 제거부를 포함하며,
   상기 인 제거부는,
   수중에 설치되며, 다공성 인산염 흡착제가 충진되는 반응조;
   상기 반응조를 고정하는 고정 프레임과, 상기 고정 프레임을 수면에 띄우는 부표를 포함하는 거푸집; 및
   상기 거푸집에 설치되며 태양 또는 바람에 의한 풍력을 이용해 전기를 생산하여 공급하는 전원공급부;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 조류발생방지용 인제거장치.
   
2. 청구항 1 에 있어서, 상기 양정부가:
   양정펌프;
   상기 양정펌프를 내부에 설치할 수 있도록, 내부 일측면에 형성되는 지지대와, 상기 양정펌프의 배출부에 연결되는 심층수 이송관을 포함하는 이송관로;
   상기 이송관로와 연결되며 저니층 상부의 심층수를 흡입하는 흡입관로를 포함하는 흡입부; 및
   상기 흡입관로에 설치되며, 상기 흡입관로가 저니층과 일정한 간격을 유지하도록 하며, 상기 흡입관로와 이송관로가 수계 바닥을 향하도록 유지시키는 간격 및 자세 유지부;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 조류발생방지용 인제거장치.
3. 청구항 2 에 있어서,
   상기 양정펌프의 배출부와 심층수 이송관 사이에, 심층수와 함께 유입되는 미립자 혹은 고형물을 분리하는 개폐형 여과장치가 설치되는 것을 특징으로 하는 조류발생방지용 인제거장치.
4. 청구항 2 에 있어서,
   상기 간격 및 자세 유지부는, 원추형 추로 구현되는 것을 특징으로 하는 조류발생방지용 인제거장치.
5. 청구항 2 에 있어서,
   상기 이송관로에 부표가 형성되는 것을 특징으로 하는 조류발생방지용 인제거장치.
6. 삭제
7. 청구항 1 에 있어서,
   상기 거푸집의 외측면에는 다수의 태양전지 모듈이 삽입되는 삽입홈과, 상기 삽입홈으로부터 상기 거푸집의 내부 공간까지 관통되는 관통홀이 형성되며,
   상기 전원공급부가:
   태양열로부터 전기를 생산하는 상기 다수의 태양전지 모듈;
   상기 다수의 태양전지 모듈로부터 생산되는 전기를 전달하며, 상기 관통홀을 통해 상기 다수의 태양전지 모듈과 연결되는 다수의 전선을 정리 보관하는 전선보관함;
   상기 다수의 전선을 통해 유입되는 전기를 이용해 배터리를 충전하는 충전부;
   상기 배터리로부터 공급되는 전기를 전기사용처로 분배하는 전원 제어부;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 조류발생방지용 인제거장치.
8. 청구항 1 에 있어서,
   상기 거푸집은 외관이 동물 형태로 구현되는 것을 특징으로 하는 조류발생방지용 인제거장치.
9. 청구항 1 에 있어서, 상기 반응조가:
   상기 양정부의 심층수 이송관과 연결되며, 반응조의 하부에 형성되는 심층수 유입구;
   상기 반응조의 하단에서 일정 간격만큼 이격되게 설치되는 스크린판; 및
   상기 반응조의 상단에 설치되며, 용존성 인산염이 제거된 정제수를 수계로 배출하는 정제수 배출구;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 조류발생방지용 인제거장치.
10. 청구항 9 에 있어서, 상기 반응조가:
    상기 정제수 배출구 전단에 설치되며, 정제수에 함유되는 고형물을 분리하는 여과망;
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조류발생방지용 인제거장치.
11. 청구항 9 에 있어서, 상기 반응조가:
    상기 반응조 하부에 퇴적물을 배출하도록 하는 퇴적물 배출관; 및
    상기 퇴적물 배출관을 개폐하는 밸브;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조류발생방지용 인제거장치.

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