KR101421586B1 - 바이오필터 및 그 작동방법 - Google Patents

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농업회사법인 만나씨이에이 주식회사
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Abstract

바이오필터의 일 실시예는, 어류의 배설물을 포함하는 순환수가 유입되고, 유입된 상기 순환수가 다시 배출되는 배출구를 포함하는 필터박스; 상기 필터박스에 채워지고, 적어도 일부가 상기 순환수에 잠기며, 상기 순환수에 포함되는 배설물 중 암모늄 또는 암모니아를 아질산염 또는 질산염으로 변환하는 박테리아들이 서식하는 충전물; 및 상기 배출구와 결합하고, 상기 필터박스에 담긴 상기 순환수가 일정한 수위가 되면 상기 배출구를 통해 상기 순환수의 일부를 배출하여 상기 충전물이 상기 순환수에 잠기는 체적을 조절함으로써, 상기 충전물에 서식하는 상기 박테리아들에 공급되는 산소량 및 수분량을 조절하는 사이펀을 포함할 수 있다.

Description

바이오필터 및 그 작동방법{Bio Filter and Operating Method thereof}
본 발명의 실시예는, 간단한 구조의 사이펀을 이용하여 수위를 조절함으로써 수분량과 산소량을 조절하여 박테리아들에게 적절한 서식환경을 만들 수 있는 바이오필터 및 그 작동방법에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 발명의 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
유기농 식물재배에는 여러 가지 방식이 있다. 그 중 아쿠아포닉스(aquaponics)는 양어를 의미하는 acuaculture와 식물의 수경재배를 의미하는 hydroponics를 합친 말로서, 어류의 배설물을 식물의 영양분으로 사용하고, 식물의 생물학적 작용에 의해 자연정화된 물을 어류의 양식에 사용하는 인공 식물재배의 한 방식이다. 아쿠아포닉스는 친환경적인 방식으로 어류의 양식과 식물의 수경재배를 동시에 하면서 유기농 식물을 재배할 수 있다는 점에서 최근 각광받는 식물재배 방식이다.
한편, 어류의 배설물은 인간 또는 다른 동물과 다르게 암모니아 또는 암모늄이 주성분을 이루고 있다. 특히, 암모니아는 물과 혼합되면 물이 포함하는 수소 이온 또는 옥소늄 이온과 결합하여 암모늄을 형성하기도 한다.
이러한 암모늄 또는 암모니아는 인간 또는 다른 동물이 분비하는 요소와 달리 식물의 영양분으로 바로 사용하기는 부적합하다. 따라서, 어류의 배설물에 포함되는 암모늄 또는 암모니아를 식물의 영양분으로 사용하기 위해서는 화학적, 생물학적인 메커니즘을 이용하여 질산염으로 변환해야 하는데, 이러한 변환을 이루어주는 장치로 바이오필터(bio filter)가 있다.
바이오필터는 박테리아들이 서식할 수 있는 환경을 제공하고 박테리아들을 이용하여 암모늄 또는 암모니아를 질산염으로 바꾸는 역할을 한다.
암모늄 또는 암모니아를 질산염으로 바꾸는 박테리아들 중 호기성 박테리아들이 있다. 따라서, 호기성 박테리아들이 서식하기 위해서는 바이오필터에 적절한 수분과 산소의 공급을 필요로 한다. 또한, 바이오필터에는 지렁이를 기를 수도 있는데, 이는 지렁이가 식물의 성장에 도움이 되는 효소, 분비물을 배출하기 때문이다. 그러나, 바이오필터의 수위가 너무 높으면 지렁이는 생존에 필요한 량의 산소를 공급받지 못하여 죽을 수도 있다.
따라서, 바이오필터에서 수분과 산소의 적절한 균형을 유지하지 못하면 박테리아들이 번성하지 못하여 지렁이가 죽을 경우도 있으므로, 바이오필터의 기능이 저하된다. 이 때문에 바이오필터에 담긴 어류의 배설물을 포함하는 물의 수위를 조절하여 바이오필터 내부의 물의 양과 산소를 함유하는 공기의 양을 조절함으로써, 박테리아들이 번성할 수 있도록 바이오필터 내부의 수분량과 산소량을 적절하게 조절한다.
일반적으로 바이오필터의 수위 조절은 솔레노이드 밸브와 이에 연결된 제어장치를 사용하여 이루어졌다. 그러나, 이러한 수위조절장치는 바이오필터의 설치비용과 운영비용을 증가시키는 문제점이 있다. 또한, 바이오필터에 솔레노이드 밸브와 제어장치를 추가로 구성함으로 인해 바이오필터를 이용한 식물재배 양액공급 시스템 자체의 규모도 커지는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 실시예는, 간단한 구조의 사이펀을 이용하여 수위를 조절함으로써 수분량과 산소량을 조절하여 박테리아들에게 적절한 서식환경을 만들 수 있는 바이오필터 및 그 작동방법을 제공하는 데 목적이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
바이오필터의 일 실시예는, 어류의 배설물을 포함하는 순환수가 유입되고, 유입된 상기 순환수가 다시 배출되는 배출구를 포함하는 필터박스; 상기 필터박스에 채워지고, 적어도 일부가 상기 순환수에 잠기며, 상기 순환수에 포함되는 배설물 중 암모늄 또는 암모니아를 아질산염 또는 질산염으로 변환하는 박테리아들이 서식하는 충전물; 및 상기 배출구와 결합하고, 상기 필터박스에 담긴 상기 순환수가 일정한 수위가 되면 상기 배출구를 통해 상기 순환수의 일부를 배출하여 상기 충전물이 상기 순환수에 잠기는 체적을 조절함으로써, 상기 충전물에 서식하는 상기 박테리아들에 공급되는 산소량 및 수분량을 조절하는 사이펀을 포함할 수 있다.
이때, 상기 사이펀은, 중공체로 형성되고, 하단부는 상기 배출구와 연통되도록 상기 필터박스에 결합하고, 상단부에 확경부를 구비하는 순환수배출관; 중공체로 형성되고, 상기 순환수배출관을 둘러싸되 상기 순환수배출관의 외경보다 큰 내경을 가지며, 상단부는 폐쇄되되 상기 확경부와 일정거리를 두고 이격되고, 하부에는 상기 순환수가 유입되는 관통홀을 구비하며, 하단부는 상기 필터박스에 결합하는 순환수유입부; 및 원통형으로 형성되고, 상기 순환수유입부를 둘러싸되 상기 순환수유입부의 외경보다 큰 내경을 가지며, 원주방향으로 일정한 길이를 가지고 적어도 하나 형성되되 축방향으로 복수개가 배치되는 슬릿을 구비하는 케이싱을 포함하는 것일 수 있다.
또한, 상기 사이펀은, 상기 순환수배출관과 상기 순환수유입부 사이에 형성되되, 상기 순환수배출관의 외경과 상기 순환수유입부의 내경의 차이만큼의 단면적을 가지고, 상기 관통홀로부터 유입되는 상기 순환수가 흐르는 제1관로; 상기 순환수배출관 내부에 형성되되, 일측은 상기 배출구와 연통되고 타측은 상기 제1관로와 연통되도록 형성되며, 상기 제1관로로부터 유입되는 상기 순환수가 흐르는 제2관로; 및 상기 제1관로와 상기 제2관로가 연결되는 부위에 형성되되, 상기 순환수배출관의 확경부와 상기 순환수유입부의 폐쇄된 상단부 사이의 이격된 부위에 형성되는 공간부를 포함할 수 있다.
바이오필터의 다른 실시예는, 어류의 배설물을 포함하는 순환수가 유입되고 유입된 상기 순환수가 다시 배출되는 배출구를 포함하되, 상기 배출구로부터 배출되는 상기 순환수를 저장하고 상기 저장된 순환수의 일부가 상기 필터박스로 재유입되며 상기 배설물을 생산하는 상기 어류의 서식공간을 제공하고 상기 순환수를 식물재배장치에 공급하기 위한 배관을 구비하는 수조와 연결되는 필터박스; 상기 순환수가 침투하는 공극을 형성하는 적층재가 상기 필터박스에 적층되어 형성되고, 적어도 일부가 상기 순환수에 잠기며, 상기 순환수에 포함되는 배설물 중 암모늄 또는 암모니아를 아질산염 또는 질산염으로 변환하는 박테리아들이 서식하는 충전물; 및 상기 배출구와 결합하고, 상기 필터박스에 담긴 상기 순환수가 일정한 수위가 되면 상기 배출구를 통해 상기 순환수의 일부를 배출하여 상기 충전물이 상기 순환수에 잠기는 체적을 조절함으로써, 상기 충전물에 서식하는 상기 박테리아에 공급되는 산소량 및 수분량을 조절하는 사이펀을 포함할 수 있다.
바이오필터 작동방법의 일 실시예는, 어류의 배설물을 포함하는 순환수를 상기 순환수에 포함되는 배설물 중 암모늄 또는 암모니아를 아질산염 또는 질산염으로 변환하는 박테리아들이 서식하는 충전물이 담긴 필터박스에 공급하는 단계; 사이펀을 이용하여 상기 필터박스에 담긴 상기 순환수가 일정한 수위가 되면 상기 필터박스 바닥부위에 형성된 배출구를 통해 상기 순환수의 일부를 배출하는 단계; 상기 배출구를 통해 배출된 순환수를 상기 배설물을 생산하는 상기 어류의 서식공간인 수조에 저장하는 단계; 상기 수조에 저장된 상기 순환수의 일부를 상기 필터박스에 재공급하는 단계; 및 상기 순환수를 식물재배장치에 공급하는 단계를 포함할 수 있다.
전술한 실시예의 바이오필터 및 그 작동방법은, 간단한 구조의 사이펀을 사용하여 수위를 조절함으로써, 솔레노이드 밸브와 제어장치를 사용하여 수위조절을 하는 경우에 비해 바이오필터의 설치비용과 운용비용을 줄일 수 있고, 바이오필터를 이용한 식물재배 양액공급 시스템 자체의 규모를 줄일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오필터를 나타낸 분해도이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오필터를 나타낸 단면도이다.
도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오필터의 사이펀 부분을 나타낸 확대단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오필터에 충전물 및 물이 담긴 상태를 나타낸 단면도이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오필터에 사용하는 사이펀의 작동을 나타낸 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오필터를 이용한 양액공급 시스템을 나타낸 개략도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오필터 작동방법을 나타낸 순서도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 것일 뿐이고, 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오필터(10)를 나타낸 분해도이다. 도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오필터(10)를 나타낸 단면도이다. 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오필터(10)의 사이펀(300) 부분을 나타낸 확대단면도이다.
필터박스(100)는, 어류의 배설물을 포함하는 순환수가 유입되고, 박테리아가 서식하는 충전물(200)이 적층되는 장소이고, 배출구(110)를 포함한다. 이때, 실시예에서 필터박스(100)는 그 내부로 원활하게 공기를 공급받기 위해 상부가 개방된 형태로 도시되었으나, 내부로 공기를 원활히 공급받을 수 있는 구조라면 상부가 폐쇄된 형태의 필터박스(100)를 사용할 수도 있다.
배출구(110)는 유입된 순환수를 배출하기 위해 필터박스(100)의 바닥에 형성된다. 필터박스(100)에 담긴 순환수가 일정하게 정해진 수위 이하인 경우 사이펀(300)이 작동하지 않으므로 순환수는 배출되지 않으며, 순환수가 정해진 수위에 다다르면 사이펀(300)이 작동하여 순환수는 배출구(110)를 통해 배출된다.
사이펀(300)은, 하단부가 배출구(110)와 결합하고, 필터박스(100)에 담긴 순환수가 일정한 수위가 되면 배출구(110)를 통해 순환수의 일부를 배출하여 충전물(200)이 순환수에 잠기는 체적을 조절함으로써, 충전물(200)에 서식하는 박테리아들에 공급되는 산소량 및 수분량을 조절하는 역할을 하고, 순환수배출관(310), 순환수유입부(320), 케이싱(330), 제1관로(340), 제2관로(350) 및 공간부(360)를 포함한다.
순환수배출관(310)은 중공체로 형성되고, 하단부는 배출구(110)와 연통되도록 필터박스(100)에 결합하고, 필터박스(100)에 담긴 순환수가 일정한 수위가 되어 사이펀(300)이 동작하는 경우 순환수가 배출되는 관이며, 상단부에 확경부(311)를 구비한다.
확경부(311)는 순환수 배출관의 상단에 깔때기 형태로 형성되고, 필터박스(100)에 담긴 순환수의 수위가 확경부(311)의 상단에 도달하면 순환수배출관(310) 및 이와 연통된 배출구(110)를 통해 순환수가 배출된다.
순환수유입부(320)는 중공체로 형성되고, 순환수배출관(310)을 둘러싸되 순환수배출관(310)의 외경보다 큰 내경을 가지며, 상단부는 폐쇄되되 확경부(311)와 일정거리를 두고 이격되고, 하부에는 순환수가 유입되는 관통홀(321)을 구비하며, 하단부는 필터박스(100)에 결합한다.
관통홀(321)은 순환수유입부(320) 하부에 구비되고, 관통홀(321)을 통해 순환수유입부(320) 내부의 제1관로(340)로 순환수가 유입된다. 한편, 사이펀(300)의 작동특성상 관통홀(321)의 높이는 사이펀(300)이 작동한 후 필터박스(100)에 남은 순환수의 최저 수위를 결정한다. 사이펀(300)의 작동에 대해서는 후술한다.
케이싱(330)은 원통형으로 형성되고, 순환수유입부(320)를 둘러싸되 순환수유입부(320)의 외경보다 큰 내경을 가지도록 형성되고, 충적물이 케이싱(330) 내부로 침투하여 케이싱(330) 내부에 수용된 순환수배출관(310) 및 순환수유입부(320)를 손상시키거나 사이펀(300)의 작동성능을 저하시키는 것을 다소 방지하는 역할을 하며, 슬릿(331)을 포함한다.
슬릿(331)은 케이싱(330)의 원주방향으로 일정한 길이를 가지고 적어도 하나 형성되되 축방향으로 복수개가 배치되고, 슬릿(331)을 통해 순환수는 케이싱(330) 내부로 유입되고, 케이싱(330)에 유입된 순환수는 다시 관통홀(321)을 통해 순환수유입부(320) 내부로 유입된다.
제1관로(340)는 순환수배출관(310)과 순환수유입부(320) 사이에 형성되되, 순환수배출관(310)의 외경과 순환수유입부(320)의 내경의 차이만큼의 단면적을 가지고, 관통홀(321)로부터 유입되는 순환수가 흐르는 관로이다. 제1관로(340)는 사이펀(300)이 동작하지 않는 경우 필터박스(100)의 순환수와 동일한 수위를 유지하지만, 필터박스(100)의 순환수 수위가 순환수배출관(310)의 확경부(311) 상단에 도달하여 사이펀(300)이 동작하면 순환수가 제1관로(340), 제2관로(350) 및 배출구(110)를 통해 배출된다.
제2관로(350)는 순환수배출관(310) 내부에 형성되되, 일측은 배출구(110)와 연통되고 타측은 제1관로(340)와 연통되도록 형성되며, 제1관로(340)로부터 유입되는 순환수가 흐르는 관로이다. 필터박스(100)의 순환수 수위가 순환수배출관(310)의 확경부(311) 상단에 도달하여 사이펀(300)이 동작하면, 순환수는 제1관로(340)를 거쳐 제2관로(350)로 흐르며 제2관로(350)와 연통된 배출구(110)를 통해 배출된다.
공간부(360)는 제1관로(340)와 제2관로(350)가 연결되는 부위에 형성되되, 구체적으로 순환수배출관(310)의 확경부(311)와 순환수유입부(320)의 폐쇄된 상단부 사이의 이격된 부위에 형성된다. 사이펀(300)이 작동하여 순환수가 제1관로(340)와 제2관로(350)를 흐르는 경우 공간부(360)에는 대기압보다 낮은 압력 즉, 부압이 걸린다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오필터(10)에 충전물(200) 및 물이 담긴 상태를 나타낸 단면도이다.
충전물(200)은, 필터박스(100)에 채워지고, 적어도 일부가 순환수에 잠기며, 순환수에 포함되는 배설물 중 암모늄 또는 암모니아를 아질산염 또는 질산염으로 변환하는 박테리아들이 서식하는 장소이다.
충전물(200)은 순환수가 침투하는 공극을 형성하는 적층재가 적층된 것이다. 따라서, 적층재로는 순환수가 원활하게 침투 및 배출될 수 있는 적절한 공극을 형성할 수 있는 재료를 사용하는 것이 적절하다. 이러한 적층재 재료는 모래, 자갈 및 모래와 자갈을 적절히 혼합한 것을 사용하는 것이 적절하다. 또한, 상기 자갈은 화산석, 다공질 암석 등의 성분으로 된 것을 사용하는 것이 적절하다.
충전물(200)에 서식하는 박테리아들은 수조(20)로부터 유입되는 순환수에 포함되는 암모늄 또는 암모니아를 아질산염으로 변환하고, 상기 아질산염을 질산염으로 변환하는 역할을 한다. 이때, 암모늄 또는 암모니아를 아질산염으로 변환하는 박테리아는 예를 들어 니트로소모나스(nitrosomonas)가 있고, 아질산염을 질산염으로 변환하는 박테리아는 예를 들어 니트로스피라(nitrospira)가 있다. 따라서, 충전물(200)에는 니트로소모나스, 니트로스피라 등 다양한 종류의 박테리아들이 서식할 수 있다.
한편, 충전물(200)이 적층된 높이(L2)는 필터박스(100)의 바닥면으로부터 확경부(311)의 상단까지의 제1거리(L1)보다 길고 케이싱(330)의 길이(L3)보다 짧으며, 제1거리(L1)는 케이싱(330)의 길이(L3)보다 짧게 형성될 수도 있다. 즉, 케이싱(330)은 실시예와 같이 상단부가 개방된 형태로 형성될 수도 있는데, 이 경우에는 케이싱(330)의 상기 개방된 상단부로 충적물이 유입될 수 있으므로 충전물(200)이 적층된 높이(L2)는 케이싱(330)의 길이(L3)보다 짧게 되도록 형성하는 것이 적절하다. 또한, 충전물(200)에는 식물의 성장에 도움이 되는 효소, 분비물 등을 배출하는 지렁이들을 기를 수도 있는데 충전물(200)이 전부 잠길 정도의 순환수의 수위를 유지하면, 상기 지렁이들이 죽을 수도 있다. 따라서, 충전물(200)이 적층된 높이(L2)는 필터박스(100)에서 순환수의 최대수위가 되는 제1거리(L1)보다 길게하여 충전물(200)이 순환수에 항상 잠기지 않는 부분을 형성하는 것이 적절하다.
이하, 도 4 내지 도 6을 참조하여 사이펀(300)의 작동과정에 대해 설명한다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오필터(10)에 사용하는 사이펀(300)의 작동을 나타낸 단면도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 필터박스(100)에 순환수가 유입되면 사이펀(300) 외부의 수위가 올라가고 사이펀(300) 외부의 수위와 동일한 수위를 가지는 제1관로(340)의 수위도 올라간다. 이때, 사이펀(300) 외부 및 제1관로(340)의 수위는 필터박스(100)의 최대수위인 제1거리(L1)만큼 올라간다.
도 5에 도시된 바와 같이, 사이펀(300) 외부 및 제1관로(340)의 수위가 제1거리(L1)에 도달하면 사이펀(300)이 동작하여 제1관로(340)와 제2관로(350)에 순환수가 흐르고, 순환수는 제2관로(350)와 연통된 배출구(110)로 배출되며, 이에 따라 사이펀(300) 외부의 필터박스(100)의 수위는 낮아진다. 이때, 공간부(360)에는 대기압보다 낮은 압력 즉, 부압이 형성되고, 삽입홀 부근에서는 적어도 대기압 이상의 압력이 형성된다.
따라서, 제1관로(340)를 기준으로 보았을 때, 삽입홀 부근의 압력보다 공간부(360)의 압력이 낮으므로 사이펀(300) 외부의 수위가 확경부(311) 상단보다 낮아지더라도 순환수는 제1관로(340)의 하부에서 상부로 계속 흐르게 된다.
한편, 제2관로(350)를 기준으로 보았을 때, 공간부(360)에 부압이 형성되고 배출구(110) 하단에 대기압이 형성되더라도 공간부(360)와 배출구(110) 하단 사이에 높이 차가 있으므로 중력에 의해 순환수는 제2관로(350)의 상부에서 하부로 흐르게 된다.
결국, 삽입홀과 배출구(110) 하단 간 높이 차에 의해 관통홀(321)이 대기에 노출되는 수위까지 순환수는 배출되고, 그 이후 관통홀(321)을 통해 공간부(360)에 공기가 유입되어 공간부(360)에 다시 대기압이 형성되면 사이펀(300)의 작동이 멈추고 더 이상 필터박스(100)로부터 순환수가 배출되지 않는다.
도 6에 도시된 바와 같이, 새로운 순환수가 필터박스(100)로 유입되지 않는 경우, 사이펀(300)의 작동이 멈추고 제2관로(350)와 배출구(110)로 더 이상 순환수가 배출되지 않을 때 필터박스(100)의 수위는 최저가 되는데, 이때 필터박스(100)의 수위는 전술한 바와 같이 순환수 유입부의 관통홀(321)의 높이와 동일하게 된다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오필터(10)를 이용한 양액공급 시스템을 나타낸 개략도이다.
수조(20)는 바이오필터(10)로부터 배출되는 순환수를 저장하고, 저장된 순환수의 일부가 바이오필터(10)로 재유입되며, 배설물을 생산하는 어류의 서식공간을 제공하며, 순환수를 식물재배장치에 공급하기 위한 배관을 구비한다.
바이오필터(10)는 수조(20)와 배관으로 연결되어 재순환 회로를 구성한다. 재순환 회로를 통해 식물재배에 사용되는 질산염을 함유하는 순환수를 식물재배장치로 보내는 것이 바이오필터(10)를 이용한 양액공급 시스템이며, 이를 이용한 어류양식 및 식물재배방식이 아쿠아포닉스이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오필터(10) 작동방법을 나타낸 순서도이다.
바이오필터(10) 작동방법은, 순환수를 충전물(200)이 담긴 필터박스(100)에 공급하는 단계(S100), 순환수의 일부를 필터박스(100) 외부로 배출하는 단계(S200), 배출된 순환수를 수조(20)에 저장하는 단계(S100), 순환수의 일부를 필터박스(100)에 재공급하는 단계(S400) 및 순환수를 식물재배장치에 공급하는 단계(S500)를 포함한다.
순환수를 충전물(200)이 담긴 필터박스(100)에 공급하는 단계(S100)에서는, 어류의 배설물을 포함하는 순환수를, 순환수에 포함되는 배설물 중 암모늄 또는 암모니아를 아질산염 또는 질산염으로 변환하는 박테리아들이 서식하는 충전물(200)이 담긴 필터박스(100)에 공급한다.
순환수의 일부를 필터박스(100) 외부로 배출하는 단계(S200)에서는, 사이펀(300)을 이용하여 필터박스(100)에 담긴 순환수가 일정한 수위가 되면 필터박스(100) 바닥부위에 형성된 배출구(110)를 통해 순환수의 일부를 배출한다. 이때, 배출되는 순환수는 박테리아들에 의해 생성되고, 식물의 영양분이 되는 질산염을 포함한다.
배출된 순환수를 수조(20)에 저장하는 단계(S100)에서는, 배출구(110)를 통해 배출된 순환수를 배설물을 생산하는 어류의 서식공간인 수조(20)에 저장한다.
순환수의 일부를 필터박스(100)에 재공급하는 단계(S400)에서는, 수조(20)에 저장된 순환수의 일부를 필터박스(100)에 재공급한다. 이후, 순환수의 일부를 필터박스(100) 외부로 배출하는 단계(S200), 배출된 순환수를 수조(20)에 저장하는 단계(S100) 및 순환수의 일부를 필터박스(100)에 재공급하는 단계(S400)를 반복하여 수행한다. 이러한 과정의 반복수행에 따라, 순환수에 포함되는 질산염은 증가하게 된다.
순환수를 식물재배장치에 공급하는 단계(S500)에서는, 상기의 각 과정을 반복적으로 수행하여 식물재배에 요구되는 정도의 질산염을 포함하는 순환수를 식물재배장치에 공급한다.
본 발명의 실시예와 관련하여 상기와 같이 몇 가지만을 기술하였지만, 이외에도 다양한 형태의 실시가 가능하다. 앞서 설명한 실시예들의 기술적 내용들은 서로 양립할 수 없는 기술이 아닌 이상은 다양한 형태로 조합될 수 있으며, 이를 통해 새로운 실시형태로 구현될 수도 있다.
10: 바이오필터 20: 수조
100: 필터박스 110: 배출구
200: 충전물 300: 사이펀
310: 순환수배출관 311: 확경부
320: 순환수유입부 321: 관통홀
330: 케이싱 331: 슬릿
340: 제1관로 350: 제2관로
360: 공간부
L1: 제1거리
L2: 충전물이 적층된 높이
L3: 케이싱의 길이

Claims (12)

  1. 어류의 배설물을 포함하는 순환수가 유입되고, 유입된 상기 순환수가 다시 배출되는 배출구를 포함하는 필터박스;
    상기 필터박스에 채워지고, 적어도 일부가 상기 순환수에 잠기며, 상기 순환수에 포함되는 배설물 중 암모늄 또는 암모니아를 아질산염 또는 질산염으로 변환하는 박테리아들이 서식하는 충전물; 및
    상기 배출구와 결합하고, 상기 필터박스에 담긴 상기 순환수가 일정한 수위가 되면 상기 배출구를 통해 상기 순환수의 일부를 배출하여 상기 충전물이 상기 순환수에 잠기는 체적을 조절함으로써, 상기 충전물에 서식하는 상기 박테리아들에 공급되는 산소량 및 수분량을 조절하는 사이펀
    을 포함하고,
    상기 사이펀은,
    중공체로 형성되고, 하단부는 상기 배출구와 연통되도록 상기 필터박스에 결합하고, 상단부에 확경부를 구비하는 순환수배출관;
    중공체로 형성되고, 상기 순환수배출관을 둘러싸되 상기 순환수배출관의 외경보다 큰 내경을 가지며, 상단부는 폐쇄되되 상기 확경부와 일정거리를 두고 이격되고, 하부에는 상기 순환수가 유입되는 관통홀을 구비하며, 하단부는 상기 필터박스에 결합하는 순환수유입부; 및
    원통형으로 형성되고, 상기 순환수유입부를 둘러싸되 상기 순환수유입부의 외경보다 큰 내경을 가지며, 원주방향으로 일정한 길이를 가지고 적어도 하나 형성되되 축방향으로 복수개가 배치되는 슬릿을 구비하는 케이싱
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오필터.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 사이펀은,
    상기 순환수배출관과 상기 순환수유입부 사이에 형성되되, 상기 순환수배출관의 외경과 상기 순환수유입부의 내경의 차이만큼의 단면적을 가지고, 상기 관통홀로부터 유입되는 상기 순환수가 흐르는 제1관로;
    상기 순환수배출관 내부에 형성되되, 일측은 상기 배출구와 연통되고 타측은 상기 제1관로와 연통되도록 형성되며, 상기 제1관로로부터 유입되는 상기 순환수가 흐르는 제2관로; 및
    상기 제1관로와 상기 제2관로가 연결되는 부위에 형성되되, 상기 순환수배출관의 확경부와 상기 순환수유입부의 폐쇄된 상단부 사이의 이격된 부위에 형성되는 공간부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오필터.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 순환수는 상기 제1관로의 하부로부터 상부로 흐르고, 상기 제2관로의 상부로부터 하부로 흐르며, 상기 순환수가 상기 제1관로와 상기 제2관로를 흐르는 경우 상기 공간부에는 대기압보다 낮은 압력이 형성되는 것을 특징으로 하는 바이오필터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 충전물이 적층된 높이는 상기 필터박스의 바닥면으로부터 상기 확경부의 상단까지의 제1거리보다 길고 상기 케이싱의 길이보다 짧으며, 상기 제1거리는 상기 케이싱의 길이보다 짧은 것을 특징으로 하는 바이오필터.
  6. 어류의 배설물을 포함하는 순환수가 유입되고, 유입된 상기 순환수가 다시 배출되는 배출구를 포함하는 필터박스;
    상기 필터박스에 채워지고, 적어도 일부가 상기 순환수에 잠기며, 상기 순환수에 포함되는 배설물 중 암모늄 또는 암모니아를 아질산염 또는 질산염으로 변환하는 박테리아들이 서식하는 충전물; 및
    상기 배출구와 결합하고, 상기 필터박스에 담긴 상기 순환수가 일정한 수위가 되면 상기 배출구를 통해 상기 순환수의 일부를 배출하여 상기 충전물이 상기 순환수에 잠기는 체적을 조절함으로써, 상기 충전물에 서식하는 상기 박테리아들에 공급되는 산소량 및 수분량을 조절하는 사이펀
    을 포함하는 바이오필터에 있어서,
    상기 바이오필터로부터 배출되는 상기 순환수를 저장하고, 상기 저장된 순환수의 일부가 상기 바이오필터로 재유입되며, 상기 배설물을 생산하는 상기 어류의 서식공간을 제공하며, 상기 순환수를 식물재배장치에 공급하기 위한 배관을 구비하는 수조와 연결되는 것을 특징으로 하는 바이오필터.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 충전물은 상기 순환수가 침투하는 공극을 형성하는 적층재가 적층된 것을 특징으로 하는 바이오필터.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 적층재는 모래 및 자갈 중 적어도 하나의 성분으로 된 것을 특징으로 하는 바이오필터.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 자갈은 화산석 및 다공질 암석 중 적어도 하나의 성분으로 된 것을 특징으로 하는 바이오필터.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 박테리아들 중 암모늄 또는 암모니아를 아질산염으로 변환하는 것은 니트로소모나스(nitrosomonas)이고, 아질산염을 질산염으로 변환하는 것은 니트로스피라(nitrospira)인 것을 특징으로 하는 바이오필터.
  11. 삭제
  12. 어류의 배설물을 포함하는 순환수를 상기 순환수에 포함되는 배설물 중 암모늄 또는 암모니아를 아질산염 또는 질산염으로 변환하는 박테리아들이 서식하는 충전물이 담긴 필터박스에 공급하는 단계;
    사이펀을 이용하여 상기 필터박스에 담긴 상기 순환수가 일정한 수위가 되면 상기 필터박스 바닥부위에 형성된 배출구를 통해 상기 순환수의 일부를 배출하는 단계;
    상기 배출구를 통해 배출된 순환수를 상기 배설물을 생산하는 상기 어류의 서식공간인 수조에 저장하는 단계;
    상기 수조에 저장된 상기 순환수의 일부를 상기 필터박스에 재공급하는 단계; 및
    상기 순환수를 식물재배장치에 공급하는 단계
    를 포함하는 바이오필터 작동방법.
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