KR101725974B1 - microalgae harvesting apparatus using paramagnetic nanoparticle and external magnetic field - Google Patents

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Abstract

자성입자 및 외부자기장을 이용한 대량의 미세조류 (수확)회수 장치를 개시한다. 상기 대량의 미세조류 (수확)회수 장치는 미세조류가 배양된 미세조류 배양액을 수용하는 미세조류 배양액 저장조; 상기 미세조류 배양액 저장조로부터 유출된 미세조류 배양액 내에 자성입자를 공급하는 자성입자 공급부; 정전기적 상호작용(electrostatic interaction)에 의해 미세조류가 부착된 자성입자를 자력을 이용하여 회수하고, 상기 미세조류 및 상기 자성입자가 제거된 미세조류 배양액을 상기 미세조류 배양액 저장조로 재 공급하는 제1 회수부; 상기 제1 회수부로부터 제공된 상기 미세조류가 부착된 자성입자를 내부에 수용된 분리용액에 수용시켜, 상기 자성입자와 상기 미세조류를 분리시키는 분리용액 저장조; 상기 분리용액 저장조에서 미세조류와 분리된 자성입자를 회수하는 동시에 미세조류를 회수하는 제2 회수부; 및 상기 자성입자 공급부, 제1 회수부, 제2 회수부의 동작을 제어하는 제어부를 포함한다.A large amount of microalgae (harvest) recovery device using magnetic particles and an external magnetic field is disclosed. The large-scale microalgae (harvesting) collecting device comprises: a microalgae culture liquid storage tank for storing a microalgae culture medium in which microalgae are cultured; A magnetic particle supplying unit for supplying magnetic particles to the microalgae culture fluid flowing out from the microalgae culture broth; A method for recovering micro-algae from a micro-algae culture medium, comprising the steps of: collecting micro-algae-attached magnetic particles by electrostatic interaction using a magnetic force; A recovery unit; A separation solution storage tank for storing the magnetic particles having the microalgae attached thereto provided therein from the first collection unit in a separation solution contained therein and separating the magnetic particles and the microalgae; A second recovery unit for recovering the magnetic particles separated from the microalgae and recovering the microalgae in the separation solution storage tank; And a control unit for controlling operations of the magnetic particle supplying unit, the first collecting unit, and the second collecting unit.

Figure R1020140139184
Figure R1020140139184

Description

자성 입자 및 외부자기장을 이용한 대량의 미세조류 (수확)회수 장치{microalgae harvesting apparatus using paramagnetic nanoparticle and external magnetic field}[0001] The present invention relates to a microalgae harvesting apparatus using paramagnetic nanoparticles and an external magnetic field,

본 발명은 미세조류 회수 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 미세조류 배양으로부터 대량의 미세조류를 연속적으로 회수할 수 있는 자성입자 및 외부자기장을 이용한 미세조류 (수확)회수 장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a microalgae recovery device, and more particularly, to a microalgae (harvest) recovery device using magnetic particles and an external magnetic field capable of continuously recovering a large amount of microalgae from a microalgae culture.

우리나라는 석유 부존자원이 없으며 대부분 수입에 의존하고 있다. 국제유가, 기후변화, 정치 환경변화 등에 의한 수급 상황에 따라 경제가 크게 영향을 받고 있으며, 국내 기술 및 자본을 이용한 대체에너지 기술개발 및 자원 확보가 절실한 상황이다. 현재 고유가 및 기후변화협약에 대비하기 위하여 에너지효율화 기술 및 태양, 풍력 등 재생에너지 기술에 대한 투자가 확대되고 있으나, 수송용 부문에서 석유 대체가 어렵다는 한계가 있다. 수송부분에서 사용되는 에너지는 전체 에너지 소비량의 21% 수준이며, 이중 98%는 석유에 의하여 공급되고 있다(2006년 기준). 따라서 석유 대체 연료로 바이오디젤이 각광을 받고 있다.
Korea has no oil reserves and most depend on imports. The economy has been greatly affected by the supply and demand situation due to international oil price, climate change, political environment change, etc., and it is urgent to develop alternative energy technology and secure resources using domestic technology and capital. In order to prepare for high oil prices and climate change agreements, investment in renewable energy technologies such as energy efficiency technology and solar and wind power is expanding, but it is difficult to replace oil in transportation sector. The energy used in transport is 21% of total energy consumption, 98% of which is supplied by petroleum (as of 2006). Therefore, biodiesel is attracting attention as an alternative fuel for petroleum.

바이오디젤은 식물성 기름 또는 동물성 유지로부터 생산된 지방산의 메틸 또는 에틸 에스테르 화합물로 정의된다. 바이오디젤은 기존 경유에 비해 일산화탄소, 미세먼지, 탄화수소, 독성물질 등 대기 오염물질 배출을 크게 줄일 수 있어 친환경 자동차 연료로 적합하다. 또한 바이오디젤의 연소에서 나오는 이산화탄소는 다시 식물의 광합성 기작에 의해 흡수, 고정되므로 이산화탄소의 순 배출이 거의 없어, 전 세계적으로 이산화탄소 중립 연료(CO2-neutral fuel)로 큰 주목을 받고 있다.
Biodiesel is defined as methyl or ethyl ester compounds of fatty acids produced from vegetable oils or animal fats. Compared to conventional diesel, biodiesel can reduce emissions of air pollutants such as carbon monoxide, fine dust, hydrocarbons and toxic substances, making it suitable as an environmentally friendly vehicle fuel. In addition, carbon dioxide emitted from the combustion of biodiesel is absorbed and fixed by the plant's photosynthesis mechanism, so there is little net carbon dioxide emission, and it is receiving great attention as CO 2 -neutral fuel worldwide.

국내에서도 바이오디젤의 보급 확대가 국제사회에서 도입하려는 이산화탄소 배출 규제에 대한 가장 현실적 대응 방안이라는 판단 하에 2002년부터 2006년까지 수도권과 전라북도 등에서 바이오디젤 시범 보급 사업을 시행한 후 2006년 7월부터 바이오디젤 보급을 전국으로 확대하였다. 또한 정유사가 구입하는 바이오디젤의 물량을 매년 높여 바이오디젤이 널리 보급되도록 하였다. 2010년부터 바이오디젤 2%를 경유에 혼합한 BD5 (바이오디젤 5% 이하 혼합 경유)가 연간 40만kL 규모로 기존 인프라와 주유소를 통해 보급되고 있다. 이러한 국내 바이오디젤 시장규모를 금액으로 평가하면 2010년 현재 6,000억원 규모이고, 2012년에는 약 8,000억원 시장으로 성장할 것으로 전망된다.
Since the expansion of biodiesel in the domestic market is considered to be the most realistic countermeasure against the CO2 emission regulation introduced by the international community, the biodiesel pilot project was implemented in the Seoul metropolitan area and Jeollabuk-do from 2002 to 2006, Diesel supply expanded nationwide. In addition, we increased the volume of biodiesel purchased by refineries every year to ensure widespread use of biodiesel. Since 2010, BD5 (biodiesel less than 5% mixed diesel), which is a blend of 2% of biodiesel with diesel, is spreading through existing infrastructure and gas stations with an annual capacity of 400,000 kL. The domestic biodiesel market is estimated to amount to W600bn as of 2010, and to grow to about W800bn in 2012.

바이오디젤은 연료로서 뿐만 아니라 공해성 석유제품을 이미 상 당수 대체하는 화학물질의 중간체로 사용하고 있고 응용성이 급격하게 확장되고 있는 산업이다. 바이오디젤은 친환경 제품인 생분해성 계면활성제, 합성 윤활유 그리고 저독성 용제의 제조 원료로 사용되고 있으므로 EU 등 선진국에서 법적/제도적으로 장려 정책을 강도 높게 시행하고 있어 성장성이 기대된다.
Biodiesel is used not only as a fuel but also as an intermediary for chemicals that replace pollutant petroleum products, and its application is rapidly expanding. Since biodiesel is used as a raw material for environmentally friendly biodegradable surfactants, synthetic lubricants and low toxic solvents, it is expected to have a growth potential as it is enforcing legal and institutional policies in advanced countries such as EU.

또한 바이오디젤 플랜트 산업은 결합형 지식산업이자 벤처기업형 산업, 차세대 전략산업 및 국제산업이라는 산업적 특징이 있으며, 기술적으로는 기술집약적 첨단사업이자 정부의 정책적 의지가 강하게 작용하는 유망 산업으로 평가받고 있다.
In addition, the biodiesel plant industry has industrial characteristics such as combined knowledge industry, venture enterprise type, next generation strategic industry, and international industry, and it is regarded as a technology-intensive high-tech enterprise and a promising industry with strong government policy commitment.

그러나 현재 바이오디젤은 주로 콩, 유채 등의 식용작물에서 추출한 식물성 기름을 이용해 생산하고 있으며(1세대 바이오연료 기술), 이는 곡물가격 상승을 유발해 아프리카와 같은 빈곤 국가와 저소득층의 식량난을 가중시킨다는 비판을 받고 있다. 또한 늘어나는 바이오디젤의 수요에 맞추어 팜유와 같은 원료생산을 위해 광범위한 열대우림 또는 산림이 개발되고 있으며, 이는 오히려 지구온난화를 부추긴다는 지적도 있다. 더욱이 우리나라는 바이오디젤의 원료(대두유) 대부분을 해외에서 수입하고 있으므로 수급 및 가격이 석유자원과 유사하게 대외적인 상황 변화에 크게 의존할 가능성이 높다.
However, currently biodiesel is produced mainly from vegetable oils extracted from edible crops such as soybean oil and rapeseed (first-generation biofuels technology), criticizing that it raises the price of grains and increases food shortages in poor countries such as Africa and low- . It is also pointed out that a wide range of rainforests or forests are being developed to produce raw materials such as palm oil in response to the growing demand for biodiesel, which in turn promotes global warming. Furthermore, since most of the raw materials (soybean oil) of biodiesel are imported from overseas, supply and demand are likely to depend heavily on external changes similar to petroleum resources.

이와 같은 문제점을 해결하기 위해 기존 식용유 또는 팜유 대신에 미세조류(Microalgae)를 원료로 활용하는 기술이 '차세대 바이오디젤 기술'로 많은 관심을 받고 있다. 미세조류는 물, 이산화탄소와 햇빛을 이용하여 성장이 가능하며, 황무지, 해안가, 바다 등 어디서든 배양할 수 있어 기존 육상작물과 토지나 공간 측면에서 상호 경쟁하지 않는다. 또한 미세조류는 배양조건에 따라 생체 내에 많은 양의 지질(최대 70%)을 축적하며, 단위 면적당 오일(지질) 생산량이 콩과 같은 기존 식용작물에 비해 50-100배 이상 높아 대체 생물원유로서의 가능성이 매우 높다. 이로부터 단위 면적당 오일 생산량이 육상식물에 비해 매우 우수한 미세조류에 기반한 바이오디젤 생산기술에 대한 관심이 높아지고 있다 (표 1).
In order to solve these problems, the technology to utilize microalgae as a raw material instead of conventional edible oil or palm oil has received much attention as a 'next generation biodiesel technology'. Microalgae can be grown using water, carbon dioxide and sunlight, and they can be cultivated anywhere in wastelands, coasts, and oceans, and they do not compete with existing land crops in terms of land or space. In addition, microalgae accumulate large amounts of lipids (up to 70%) in vivo according to culture conditions, and oil (lipid) production per unit area is 50-100 times higher than conventional edible crops such as soybean, Is very high. From this, interest in biodiesel production technology based on microalgae, whose oil production per unit area is much higher than that of land plants, is increasing (Table 1).

에너지 작물Energy crop 오일 생산량(L/ha)Oil production (L / ha) 옥수수corn 172172 대두Big head 446446 카놀라Canola 11901190 자트로파Jatropha 18921892 코코넛coconut 26892689 Palm 59505950 미세조류Microalgae 5870058700

미세조류는 단일세포의 광합성 생물로 3~30㎛의 크기에 담수나 해수에서 서식한다. 이산화탄소를 흡수하고 산소를 배출하며, 오일 및 유용물질을 함유하고 있다. 미세조류는 육상식물에 비해 성장률이 매우 빠르고, 대량으로 고농도 배양이 가능하며, 극한 환경에서도 성장이 가능하다는 장점을 가진다.
Microalgae are photosynthetic organisms of a single cell and live in freshwater or seawater at a size of 3 to 30 μm. It absorbs carbon dioxide and releases oxygen, and contains oils and useful substances. The microalgae have the advantage that they have a very high growth rate compared with the land plants, can cultivate in a large amount at a high concentration, and can grow in an extreme environment.

미세조류는 사용 가능한 오일 성분이 바이오매스의 30~70%에 달하므로, 기존 작물에 비해 높은 연료 생산성을 나타낸다. 미세조류는 다른 작물과 토지나 공간 측면에서 상호경쟁하지 않으므로, 현재 식량 자원의 가격 상승 및 산림 파괴 등 2차적인 환경 문제를 일으키지 않는다. 따라서 미세조류 이용 바이오디젤 생산기술은 단위 면적당 높은 생산성을 나타내어 자원 확보가 용이하고 식량 자원과의 경쟁이 없으므로 국내 실정에 적합하다고 할 수 있다.
The microalgae show high fuel productivity compared to existing crops because the available oil content accounts for 30-70% of the biomass. Microalgae do not compete with other crops in terms of land or space, and thus do not cause secondary environmental problems such as rising food resources and destroying forests. Therefore, biodiesel production technology using microalgae shows high productivity per unit area, so it can be said that it is suitable for domestic situation because there is no competition with food resources because it is easy to secure resources.

미세조류 바이오디젤 생산기술은 이산화탄소 저감, 친환경 연료개발, 새로운 녹색산업 창출 등 여러 장점을 지니고 있지만 기존 1세대 바이오연료 기술보다 아직 상대적으로 경제성이 떨어진다. 대두유, 유채유, 팜유 등을 이용한 바이오디젤의 생산비용은 리터당 0.5-1.0 달러 수준인 반면 미세조류 바이오디젤의 생산단가는 최소 리터당 2달러 이상으로 추정되고 있다. 따라서 미세조류 바이오디젤의 경제성을 향상시킬 수 있는 기술개발이 필요하다.
Micro-algae biodiesel production technology has many advantages such as carbon dioxide reduction, development of environmentally friendly fuel, and creation of new green industry, but it is still less economical than existing first generation biofuel technology. The production cost of biodiesel using soybean oil, rape oil, and palm oil is estimated at USD 0.5-1.0 per liter, while the production cost of microalgae biodiesel is estimated to be at least USD 2 per liter. Therefore, it is necessary to develop a technology that can improve the economical efficiency of microalgae biodiesel.

미세조류 바이오디젤 생산기술은 크게 1) 미세조류 배양, 2) 수확, 3) 오일 추출, 4) 바이오디젤 전환 등 4개 공정으로 구성된다. 미국 아리조나 주립대 연구팀(2009)은 바이오디젤의 생산단가 중 각 공정이 차지하는 비용이 각각 42%, 22%, 20%, 16%로 발표한 바 있다. 이는 미세조류 배양뿐만 아니라 수확에도 많은 비용이 소용되며, 경제적인 수확기술의 개발이 미세조류 바이오디젤 생산기술의 경제성 측면에서 매우 중요하다는 것을 나타낸다.
Micro algae biodiesel production technology consists of four processes: 1) microalgae cultivation, 2) harvest, 3) oil extraction, and 4) biodiesel conversion. The Arizona State University research team (2009) reported that the cost of biodiesel production was 42%, 22%, 20% and 16%, respectively. This indicates that not only microalgae cultivation but also harvesting is costly and development of economical harvesting technology is very important in terms of economy of microalgae biodiesel production technology.

미세조류 수확(포집) 기술로 원심분리(centrifugation), 여과(filtration), 응집(flocculation) 기술 등이 활발히 연구되고 있다. Centrifugation, filtration, and flocculation techniques have been actively studied using microbial harvesting (collecting) technology.

원심분리 기술은 미세조류 수확기술로 많이 활용되고 있으나 대용량을 처리하기에는 시간이 많이 소요되며 에너지 비용이 높고, 기기가 비싼 단점이 있다. Centrifugation technology is widely used for microalgae harvesting technology, but it takes a long time to process large capacity, high energy cost, and high equipment cost.

여과기술의 경우 크기가 마이크로미터(㎛) 단위로 매우 작은 미세조류에 의해 쉽게 막혀 연속적인 운전이 매우 어려우며 대용량에 적용하기가 쉽지 않다(도 1 참조).In the case of the filtration technique, the size is easily blocked by very small microalgae in micrometers (탆), and continuous operation is very difficult, and it is not easy to apply to large capacity (refer to FIG. 1).

따라서, 본 발명에서는 종래의 수확 기술과 다른 방식으로 대량의 미세조류를 연속적으로 회수할 수 있는 장치를 제안하고자 한다.
Accordingly, the present invention proposes an apparatus capable of continuously recovering a large amount of microalgae in a manner different from conventional harvesting techniques.

대한민국 등록특허 제10-0888897호 (2009.03.10)Korean Patent No. 10-0888897 (2009.03.10)

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 대량의 미세조류를 수확하는 데 소요되는 시간을 단축시킬 수 있고, 또한, 미세조류 수확 시 발생되는 기기 등의 에너지 소모 비용을 낮출 수 있는 자성입자 및 외부 자기장을 이용한 대량의 미세조류 (수확)회수 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.The object of the present invention is to reduce the time required for harvesting a large amount of microalgae and to use the magnetic particles and the external magnetic field capable of lowering the energy consumption cost of equipment, etc., And it is an object of the present invention to provide a large-scale microalga (harvest) collecting apparatus.

또한, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 미세조류 수확 시, 추가 공정이 필요 없이 연속적으로 구동되는 자성입자 및 외부 자기장을 이용한 대량의 미세조류 (수확)회수 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
Another object of the present invention is to provide a large-scale microalgae (harvesting) recovery device using magnetic particles and an external magnetic field continuously driven without need for further processing at the time of harvesting microalgae.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 자성입자 및 외부자기장을 이용한 미세조류 연속 회수장치는 미세조류가 배양된 미세조류 배양액을 수용하는 미세조류 배양액 저장조; 상기 미세조류 배양액 저장조로부터 유출되는 미세조류 배양액 내에 적어도 하나 이상의 자성입자를 공급하는 자성입자 공급부; 정전기적 상호작용(electrostatic interaction)에 의해 미세조류가 부착된 자성입자를 전자석 또는 영구자석을 이용하여 회수하고, 상기 미세조류 및 상기 자성입자가 제거된 미세조류 배양액을 상기 미세조류 배양액 저장조로 재 공급하는 제1 회수부; 상기 제1 회수부로부터 제공된 상기 미세조류가 부착된 자성입자를 내부에 수용된 분리용액(농축액)에 수용시켜, 상기 자성입자와 상기 미세조류를 분리시키는 분리용액 저장조; 상기 분리용액 저장조에서 분리된 미세조류와 분리된 자성입자 각각을 회수하는 제2 회수부; 및 상기 자성입자 공급부, 상기 제1 회수부 및 상기 제2 회수부의 구동을 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an embodiment of the present invention, there is provided an apparatus for continuously recovering microalgae using magnetic particles and an external magnetic field, comprising: a microalgae culture fluid storage tank for storing a microalgae culture fluid in which microalgae are cultured; A magnetic particle supplying unit for supplying at least one magnetic particle into the microalgae culture fluid flowing out from the microalgae culture broth; The micro-algae-attached micro-algae-containing micro-algae culture medium is recovered by electrostatic interaction with the micro-algae-containing micro-algae by electromagnet or permanent magnet, and the micro-algae and the micro- A first recovering unit for recovering the charged particles; A separation solution storage tank for containing the magnetic particles with the microalgae provided from the first collecting unit in a separation solution (concentrate) accommodated therein to separate the magnetic particles and the microalgae; A second recovery unit for recovering each of the fine algae separated from the separation solution storage tank and the separated magnetic particles; And a control unit for controlling the driving of the magnetic particle supplying unit, the first recovering unit, and the second recovering unit.

상기 분리용액 저장조는 상기 제1 회수부로부터 제공된 상기 미세조류가 부착된 자성입자를 건조/탈수(Dehydration)시키는 탈수모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The separation solution storage tank may further include a dehydration module that dehydrates the micro-algae-attached magnetic particles provided from the first recovery unit.

상기 미세조류 배양액 저장조, 상기 자성입자 공급부, 제1 회수부와 연결된 "ㅗ"자형 제1 유로관; 상기 제1 회수부와 상기 분리용액 저장조를 연결하는 제2 유로관; 상기 분리용액 저장조와 상기 제2 회수부를 연결하는 제3 유로관; 상기 제1 회수부의 일 측과 상기 미세조류 배양액 저장조의 일측에 연결되어, 상기 제1 회수부로부터 배출되는 미세조류 배양액을 상기 미세조류 배양액 저장조로 재공급하는 제4 유로관;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
A "ㅗ" -shaped first flow path tube connected to the microalgae culture fluid reservoir, the magnetic particle supplying portion, and the first recovering portion; A second flow path connecting the first recovery unit and the separation solution storage tank; A third flow path connecting the separation solution storage tank and the second recovery unit; And a fourth flow pipe connected to one side of the first recovering unit and one side of the microalgae culture broth for re-supplying the microalgae culture liquid discharged from the first recovering unit to the microalgae culture broth. .

상기 제2 회수부와 상기 자성입자 공급부를 연결하여, 제2 회수부로부터 수거된 자성입자를 상기 자성입자 공급부로 재공급하는 토출관을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
And a discharge tube for connecting the second recovering portion and the magnetic particle supplying portion to supply the magnetic particles collected from the second collecting portion to the magnetic particle supplying portion again.

상기 제1 유로관은, 내부에서 유동하는 상기 미세조류 배양액 내의 미세조류와 상기 자성입자가 정전기적 상호작용(electrostatic interaction)되어 부착되는 공간인 것을 특징으로 한다.
The first flow pipe is a space in which micro-algae in the microalgae culture fluid flowing inside and the magnetic particles are electrostatically interacted to adhere thereto.

각 유로관은 유량을 조절하는 유량 조절 밸브가 적어도 하나 이상을 구비하는 것을 특징으로 한다.
And each of the flow path tubes is provided with at least one flow control valve for controlling the flow rate.

상기 유량 조절 밸브는, 게이트 밸브(gate valve), 글로브 밸브(globe valve), 제어 밸브(control valve), 체크 밸브(check valve), 버터플라이 밸브(butterfly valve), 볼 밸브(ball valve), 다이어프램(diaphragm valve) 밸브, 안전밸브(safety valve) 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
The flow control valve may include a gate valve, a globe valve, a control valve, a check valve, a butterfly valve, a ball valve, a diaphragm, a diaphragm valve, and a safety valve.

상기 유량 조절 밸브는 상기 제어부의 제어신호에 따라 전자식으로 제어되거나 또는 기계식으로 제어되는 것을 특징으로 한다.The flow control valve may be electronically controlled or mechanically controlled according to a control signal of the control unit.

상기 제1 회수부는, 제1 하우징; 상기 제1 하우징 내에 구비되어, 내부에 구비된 수평축을 통해 시계방향으로 회동하면서, 상기 미세조류가 부착된 자성입자를 표면에 부착시키는 제1 마그넷 드럼; 및 상기 제1 마그넷 드럼의 일 측면과 경사도를 갖도록 배치되어, 상기 미세조류가 부착된 자성입자를 회수하는 스크래퍼를 포함하는 것을 특징으로 한다.
The first collecting unit may include: a first housing; A first magnet drum disposed in the first housing and rotating in a clockwise direction through a horizontal axis provided inside the first housing to attach the magnetic particles having the microalgae attached thereto; And a scraper disposed to have a slope with one side of the first magnet drum, the scraper collecting the magnetic particles with the microalgae attached thereto.

상기 제1 하우징은 상기 미세조류가 부착된 자성입자 및 상기 미세조류 배양액이 인입되는 유입구; 상기 스크래퍼를 통해 회수된 상기 미세조류가 부착된 자성입자를 배출하는 자성입자 배출구; 및 상기 유입구에 인입된 미세조류 배양액을 배출하는 배양액 배출구를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Wherein the first housing comprises: an inlet through which the micro-algae-attached magnetic particles and the microalgae culture liquid are introduced; A magnetic particle outlet for discharging the magnetic particles having the fine algae collected through the scraper; And a culture fluid outlet for discharging the microalgae culture fluid drawn into the inlet.

상기 분리용액 저장조는 분리용액을 통해 상기 미세조류가 부착된 자성입자를 미세조류와 자성입자로 분리시키는 공간인 것을 특징으로 한다.
And the separation solution storage tank is a space for separating the micro-algae-attached magnetic particles into micro-algae and magnetic particles through the separation solution.

제2 하우징; 상기 제2 하우징 내에 구비되어, 내부에 구비된 수평축을 통해 시계방향으로 회동하면서, 상기 미세조류와 분리된 자성입자를 표면에 부착시키는 제2 마그넷 드럼; 및 상기 제2 마그넷 드럼의 일 측면과 경사도를 갖도록 배치되어, 상기 미세조류와 분리된 자성입자를 회수하는 스크래퍼를 포함하는 것을 특징으로 한다.
A second housing; A second magnet drum disposed in the second housing and rotating in a clockwise direction through a horizontal shaft provided therein to attach magnetic particles separated from the microalgae to a surface; And a scraper arranged to have a slope with one side of the second magnet drum and to recover the magnetic particles separated from the microalgae.

상기 제2 하우징은 상기 미세조류가 부착된 자성입자 및 상기 미세조류 배양액이 인입되는 유입구; 상기 스크래퍼를 통해 회수된 상기 미세조류가 부착된 자성입자를 배출하는 자성입자 배출구; 및 상기 유입구에 인입된 미세조류 배양액을 배출하는 배양액 배출구를 포함하는 것을 특징으로 한다.
The second housing includes an inlet through which the micro-algae-attached magnetic particles and the microalgae culture liquid are introduced; A magnetic particle outlet for discharging the magnetic particles having the fine algae collected through the scraper; And a culture fluid outlet for discharging the microalgae culture fluid drawn into the inlet.

상기 자성입자 공급부는 표면에 아민계 화합물, 키토산 화합물 또는 나노클레이가 코팅된 자성입자를 수용하는 것을 특징으로 한다.
The magnetic particle supply part is characterized by containing magnetic particles coated with an amine compound, a chitosan compound or a nano clay on the surface.

상기 나노클레이는 Al-APTES, Ca-APTES, Mg-APTES, Mg-N3 중에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
The nano-clay is any one selected from Al-APTES, Ca-APTES, Mg-APTES and Mg-N3.

본 발명의 실시 예에 따른 자성입자 및 외부자기장을 이용한 대량의 미세조류 (수확)회수 장치에 따르면 대용량의 미세조류 배양액 저장조 내에 대량의 (-) 전하를 갖는 미세조류들을 단시간에 회수하도록 (+) 전하를 갖는 자성입자를 미세조류 배양액 내에 첨가시켜, (-) 전하를 갖는 미세조류와 (+) 전하를 갖는 자성입자 간의 극성에 따른 상호결합을 이용하여, 미세조류가 부착된 자성입자를 제1 회수부를 통해 일괄적으로 수거한 후, pH가 조절된 배양액 또는 화학적 첨가물이 수용된 배양액을 통해 자성입자와 미세조류를 분리시킨 후, 제2 회수부에 구비된 제2 마그넷 드럼을 통해 자성입자만을 일괄적으로 수거함에 따라 자동으로 농축된 미세조류를 대량으로 수확할 수 있다.According to the large-scale microalgae (harvesting) recovery device using the magnetic particles and the external magnetic field according to the embodiment of the present invention, the microalgae can be recovered (+) to recover microalgae having a large amount of (-) charge in a large- The magnetic particles having a charge are added to the microalgae culture liquid to form magnetic particles having the microalgae attached thereon by using mutual coupling according to the polarity between the microalgae having the (-) charge and the magnetic particles having the (+) charge, The magnetic particles and the microalgae are separated through the culture solution containing the pH-adjusted culture liquid or the chemical additives, and then the magnetic particles are collectively collected through the second magnet drum provided in the second collecting unit It is possible to harvest automatically concentrated microalgae in large quantities according to collection boxes.

또한, 제1 회수부와 제2 회수부는 동일한 형태로 제작됨에 따라 제작 고정에 따른 비용을 줄여줄 수 있다.In addition, since the first collecting unit and the second collecting unit are manufactured in the same shape, the manufacturing cost can be reduced.

또한, 제2 회수부에서 분리된 자성입자는 재 공급이 가능하여, 반 영구적으로 사용될 수 있다.Further, the magnetic particles separated in the second collecting portion can be supplied again, and can be used semi-permanently.

이러한 구성을 통해, 대량의 미세조류를 수확하는 데 소요되는 시간을 단축시킬 수 있고, 또한, 수확시 발생되는 에너지 소모 비용을 낮출 수 있다는 이점을 갖는다.With this configuration, it is possible to shorten the time required for harvesting a large amount of microalgae, and also to lower the energy consumption cost of harvesting.

또한, 미세조류 수확 시, 추가 공정이 필요 없이 연속적으로 구동되는 자성입자 및 외부 자기장을 이용한 대량의 미세조류 연속 회수 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
It is also an object of the present invention to provide a continuous microalveal continuous recovery apparatus using magnetic particles and an external magnetic field which are continuously driven without need for further processing at the time of harvesting microalgae.

도 1은 미세조류 배양액 내에 수용된 미세조류를 나타낸 예시도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 자성입자 및 외부자기장을 이용한 대량의 미세조류 연속 회수 장치를 나타낸 장치도이다.
도 3은 도 2에 도시된 제1 회수부를 나타낸 장치도이다.
도 4는 도 2에 도시된 제2 회수부를 나타낸 장치도이다.
도 5는 아민기계(amine-group)가 코팅된 자성입자를 나타낸 예시도이다.
도 6은 Amine- BaFe12O19 입자와 미세조류의 pH에 따른 탈착률 변화를 나타낸 그래프이다.
도 7은 자성입자의 표면에 코팅된 cationic 계의 화학구조식을 나타낸 일 예이다.
도 8은 자성입자의 표면에 코팅된 anionic 계의 화학구조식을 나타낸 일 예이다.
도 9는 Cationic coating을 통한 BaFe12O19과 미세조류의 부착된 상태를 나타낸 광학현미경으로 나타낸 사진이다.
도 10은 Anionic coating을 통한 BaFe12O19과 미세조류의 탈착된 상태를 나타낸 광학현미경사진이다.
1 is an exemplary view showing microalgae contained in a microalgae culture fluid.
2 is a device diagram showing a continuous microalgeous continuous recovery apparatus using magnetic particles and an external magnetic field according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a device diagram showing the first recovery unit shown in FIG. 2. FIG.
4 is a device diagram showing the second recovery unit shown in Fig.
5 is an illustration showing magnetic particles coated with an amine-group.
6 is a graph showing changes in desorption rate of Amine-BaFe 12 O 19 particles and microalgae according to pH.
FIG. 7 shows an example of a cationic chemical structure coated on the surface of magnetic particles.
8 is an example showing the chemical structure of anionic system coated on the surface of magnetic particles.
FIG. 9 is a photograph of BaFe 12 O 19 through cationic coating and an optical microscope showing the attachment state of microalgae. FIG.
10 is an optical microscope photograph showing the desorption state of BaFe 12 O 19 and microalgae through anionic coating.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예의 상세한 설명은 첨부된 도면들을 참조하여 설명할 것이다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a detailed description of preferred embodiments of the present invention will be given with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

본 발명의 개념에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
Embodiments in accordance with the concepts of the present invention can make various changes and have various forms, so that specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in this specification or application. It is to be understood, however, that it is not intended to limit the embodiments according to the concepts of the present invention to the particular forms of disclosure, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.It is to be understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, . On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between. Other expressions that describe the relationship between components, such as "between" and "between" or "neighboring to" and "directly adjacent to" should be interpreted as well.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, the terms "comprises ",or" having ", or the like, specify that there is a stated feature, number, step, operation, , Steps, operations, components, parts, or combinations thereof, as a matter of principle.

이하에 개시된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 자성입자 및 외부자기장을 이용한 대량의 미세조류 (수확)회수 장치를 보다 상세하게 설명하도록 한다.A detailed microalgae (harvest) recovery device using magnetic particles and an external magnetic field according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings disclosed below.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 자성입자 및 외부자기장을 이용한 대량의 미세조류 연속 회수 장치를 나타낸 장치도이다.2 is a device diagram showing a continuous microalgeous continuous recovery apparatus using magnetic particles and an external magnetic field according to an embodiment of the present invention.

도 3은 도 2에 도시된 제1 회수부를 나타낸 장치도이다.FIG. 3 is a device diagram showing the first recovery unit shown in FIG. 2. FIG.

도 4는 도 2에 도시된 제2 회수부를 나타낸 장치도이다.4 is a device diagram showing the second recovery unit shown in Fig.

도 5는 아민기계(amine-group)가 코팅된 자성입자를 나타낸 예시도이다.5 is an illustration showing magnetic particles coated with an amine-group.

도 6은 Amine- BaFe12O19 입자와 미세조류의 pH에 따른 탈착률 변화를 나타낸 그래프이다.6 is a graph showing changes in desorption rate of Amine-BaFe 12 O 19 particles and microalgae according to pH.

도 7은 자성입자의 표면에 코팅된 cationic 계의 화학구조식을 나타낸 일 예이다.FIG. 7 shows an example of a cationic chemical structure coated on the surface of magnetic particles.

도 8은 자성입자의 표면에 코팅된 anionic 계의 화학구조식을 나타낸 일 예이다.8 is an example showing the chemical structure of anionic system coated on the surface of magnetic particles.

도 9는 Cationic coating을 통한 BaFe12O19 과 미세조류의 부착된 상태를 나타낸 광학현미경으로 나타낸 사진이다.FIG. 9 is a photograph of BaFe 12 O 19 through cationic coating and an optical microscope showing the attachment state of microalgae. FIG.

도 10은 Anionic coating을 통한 BaFe12O19과 미세조류의 탈착된 상태를 나타낸 광학현미경사진이다.
10 is an optical microscope photograph showing the desorption state of BaFe 12 O 19 and microalgae through anionic coating.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 자성입자 및 외부자기장을 이용한 대량의 미세조류 회수 장치(100)는 미세조류 배양액 저장조(110), 자성입자 공급부(120), 제1 회수부(130), 분리용액 저장조(150), 제2 회수부(150) 및 제어부(160)를 포함한다.2, a large-scale microalgae collection apparatus 100 using magnetic particles and an external magnetic field according to an embodiment of the present invention includes a microalgae culture fluid reservoir 110, a magnetic particle supply unit 120, A separation solution storage tank 150, a second recovery unit 150,

또한, 미세조류 배양액 저장조(110), 자성입자 공급부(120), 제1 회수부(130)와 연결된 "ㅗ"자형 제1 유로관(L1), 제1 회수부(130)와 분리용액 저장조(140)를 연결하는 제2 유로관(L2), 분리용액 저장조(140)와 제2 회수부(150)를 연결하는 제3 유로관(L3), 제1 회수부(130)의 일 측과 상기 미세조류 배양액 저장조(110)의 일측에 연결되어, 제1 회수부(130)로부터 배출되는 미세조류 배양액을 미세조류 배양액 저장조(110)로 재공급하는 제4 유로관(L4)을 포함한다.The micro-algae culture liquid reservoir 110, the magnetic particle supply unit 120, the first flow pipe L1 connected to the first collecting unit 130, the first recovering unit 130, A third flow pipe L3 for connecting the separation solution storage tank 140 and the second recovery unit 150 and a second flow pipe L3 for connecting the one side of the first recovery unit 130 and the third flow pipe L3, And a fourth flow pipe L4 connected to one side of the microalgae culture broth 110 to re-supply the microalgae culture liquid discharged from the first recovering unit 130 to the microalgae culture broth 110. [

또한, 상기 제2 회수부(150)와 상기 자성입자 공급부(120)를 연결하여, 제2 회수부(150)로부터 수거된 자성입자를 자성입자 공급부(120)로 재공급하는 토출관(T)을 더 포함한다.A discharge tube T for connecting the second recovering unit 150 and the magnetic particle supplying unit 120 and supplying the magnetic particles collected from the second collecting unit 150 to the magnetic particle supplying unit 120, .

또한, 각 유로관(L1, L2, L3, L4)은 적어도 하나 이상의 유량조절밸브(V1, V2, V3, V4)를 구비하며, 각 유량조절밸브(V1, V2, V3, V4)는 상기 유량 조절 밸브는, 게이트 밸브(gate valve), 글로브 밸브(globe valve), 제어 밸브(control valve), 체크 밸브(check valve), 버터플라이 밸브(butterfly valve), 볼 밸브(ball valve), 다이어프램(diaphragm valve) 밸브, 안전밸브(safety valve) 중 어느 하나일 수 있다.Each of the flow control valves V1, V2, V3, and V4 is provided with at least one or more flow control valves V1, V2, V3, and V4, The control valve may be a gate valve, a globe valve, a control valve, a check valve, a butterfly valve, a ball valve, a diaphragm a valve, and a safety valve.

또한, 각 유량 조절 밸브(L1, L2, L3, L4)는 상기 제어부(160)의 제어신호에 따라 전자식으로 제어되거나 또는 기계식으로 제어될 수 있다.
Each of the flow control valves L1, L2, L3, and L4 may be electronically controlled or mechanically controlled according to the control signal of the controller 160.

보다 구체적으로, 상기 미세조류 배양액 저장조(110)는 미세조류를 배양한 후, 저장하는 공간일 수 있다. 미세조류 배양액 저장조(110)에 수용된 미세조류(microalgal)로는 Botryococcus braunii, Cylindrotheca sp. Nitzschia sp. Schizochytrium sp. Chlorella sp 등 일 수 있으며, 그 외의 미세조류로(microalgal)는 아나시스티스 니둘란스(Anacystis nidulans), 안키스트로데스무스(Ankistrodesmussp.), 비둘리파아 우리타(Biddulpha aurita), 체토세로스(Chaetoceros sp.), 치라미도모나스 애플라나타(Chlamydomonas applanata), 치라미도모나스 레인하드티(Chlamydomonas reinhardtii), 크로렐라(Chlorella sp.), 크로렐라 엘립소디아(Chlorella ellipsoidea), 크로렐라 에멀소니(Chlorella emersonii), 크로렐라 프로토더코이데스(Chlorella protothecoides), 크로렐라 프레노이도사(Chlorellapyrenoidosa), 크로렐라 소로키니아나(Chlorella sorokiniana), 크로렐라 뷸가리스(Chlorella vulgaris), 크로렐라 미누티시마(Chlorella minutissima), 클로로코쿠리토레일(Chlorococcu littorale), 클로텔라 크립티카(Cyclotella cryptica), 두날리엘라 바르다윌(Dunaliella bardawil), 두날리엘라 살리나(Dunaliella salina), 두날리엘라 테르티오렉타(Dunaliella tertiolecta), 두날리엘라 프리모렉타(Dunaliella primolecta), 짐노디움(Gymnodinum sp.), 헤머노모나스 카테라에(Hymenomonas carterae), 이소크리시스 갈베나(Isochrysis galbana), 이소크리시스(Isochrysis sp.), 마이크로시스티스 아에루기노사(Microcystis aeruginosa), 마이크로모나스 푸실라(Micromonas pusilla), 모노두스 서브테라네우스(Monodussubterraneous), 나노클로리스(Nannochloris sp.), 나노클로롭시스(Nannochloropsis sp.), 나노클로롭시스 아토무스(Nannochloropsis atomus), 나노클로롭시스 살리나(Nannochloropsis salina), 나비쿨라 필리쿨로사(Naviculapelliculosa), 니츠시아(Nitzschia sp.), 니츠시아 클로스테리움(Nitzsciaclosterium), 니츠시아 팔레아(Nitzscia palea), 오시스티스 폴리모피아(Oocystispolymorpha), 아우로코커스(Ourococcus sp.), 오실라토리아 루베스켄스(Oscillatoria rubescens), 파브로바 루테리(Pavlova lutheri), 패오닥트리움 트리코누툼(Phaeodactylum tricornutum), 피크노코커스 프로바솔리(Pycnococcusprovasolii), 피라미노나스 코르다타(Pyramimonas cordata), 스피눌라 플라텐시스(Spirulina platensis), 스테파노디스커스 미누투루스(Stephanodiscus minutulus), 스티코커스(Stichococcus sp.), 시네드라우르나(Synedra ulna), 스케네데스무스 오브리쿼스(Scenedesmus obliquus), 스켈레나스트럼 그라시레(Selenastrum gracile), 스켈레토노마 코스타럼(Skeletonoma costalum), 테트라셀미스 출리(Tetraselmischui), 테트라셀미스 마쿠라타(Tetraselmis maculata), 테트라셀미스(Tetraselmis sp.), 테트라셀미스 수에시카(Tetraselmis suecica), 탈라시오스트라 프세우도모나(Thalassiostra pseudomona), 아나배나(Anabaena sp.), 칼로드릭스(Calothrix sp.), 카마에시폰(Chaemisiphon sp.), 코로코시디옵시스(Chroococcidiopsis sp.), 차노데세(Cyanothece sp.),실린더로스페멈(Cylindrospermum sp.), 데모카펠라(Dermocarpella sp.), 피셔렐라(Fischerella sp.), 글로에오캅사(Gloeocapsa sp.), 믹소사시나(Myxosarcina sp.), 노스톡(Nostoc sp.), 오스실라토리아(Oscillatoriasp.), 포르미디움 코리움(Phormidium corium), 플레우로캅사(Pleurocapsa sp.), 프로콜로코코스(Prochlorococcus sp.), 페세우다나바에나(Pseudanabaena sp.), 시네코코스(Synechococcus), 시네코시스티스(Synechocystis sp.), 톨리포트릭스(Tolypothrix sp.), 제노코코스(Xenococcus sp.) 등의 미세조류일 수 있다.
More specifically, the microalgae culture broth 110 may be a space for culturing and storing the microalgae. The microalgae contained in the microalgae culture broth 110 include Botryococcus braunii, Cylindrotheca sp. Nitzschia sp. Schizochytrium sp. Chlorella sp, and other microalgae may be Anacystis nidulans, Ankistrodesmussp., Biddulpha aurita, Cetoseros, Chlamydomonas reinhardtii, Chlorella sp., Chlorella ellipsoidea, Chlorella emersonii, Chlorella spp.), Chlamydomonas applanata, Chaetoceros sp., Chlamydomonas applanata, Chlorella protothecoides, Chlorella pyrenoidosa, Chlorella sorokiniana, Chlorella vulgaris, Chlorella minutissima, Chlorella keratolerae, Chlorella spp. Chlorococci littorale), Cyclotella cryptica, Dunaliella bardawil, Dunaliella salina, Such as Dunaliella tertiolecta, Dunaliella primolecta, Gymnodinum sp., Hymenomonas carterae, Isochrysis galbana, Isochrysia, Microorganisms such as Isochrysis sp., Microcystis aeruginosa, Micromonas pusilla, Monodussubterraneous, Nannochloris sp., Nanochloropys Nannochloropsis sp.), Nannochloropsis atomus, Nannochloropsis salina, Naviculapelliculosa, Nitzschia sp., Nitzsciaclosterium, ), Nitzscia palea, Oocystispolymorpha, Ourococcus sp., Oscillatoria rubescens, Flavobaruté, Such as Pavlova lutheri, Phaeodactylum tricornutum, Pycnococcusprovasolii, Pyramimonas cordata, Spirulina platensis, Stephanos discus minuturus, Streptococcus spp., Stephanodiscus minutulus, Stichococcus sp., Synedra ulna, Scenedesmus obliquus, Selenastrum gracile, Skeletonoma Tetraselmis maculata, Tetraselmis sp., Tetraselmis suecica, Thalassiostra pseudomona, Tetraselmus spp., Tetraselmis spp., Tetraselmis spp., Tetraselmis spp. ), Anabaena sp., Calothrix sp., Chaemisiphon sp., Chroococcidiopsis sp., Cyanothece sp., Cylinder Such as Cylindrospermum sp., Dermocarpella sp., Fischerella sp., Gloeocapsa sp., Myxosarcina sp., Nostoc sp. , Oscillatoriasp., Phormidium corium, Pleurocapsa sp., Prochlorococcus sp., Pseudanabaena sp., Synechococcus sp. ), Synechocystis sp., Tolypothrix sp., Xenococcus sp., And the like.

상기 자성입자 공급부(120)는 미세조류 배양액이 제1 회수부(130)로 이동하는 제1 유로관(L1)에 자성입자를 공급하는 유닛일 수 있다.The magnetic particle supplying unit 120 may be a unit for supplying the magnetic particles to the first flow pipe L1 in which the microalgae culture fluid moves to the first collecting unit 130. [

참고로, "자성"은 물질이 나타내는 자기적인 성질을 의미한다. 모든 물질은 자기장(magnetic field)과 상호작용하여 인력(attractive force) 또는 척력(repulsive force)이 발생된다. 또한, 용어 "나노입자"는 나노미터(nm)의 크기를 갖는 구조 또는 물질을 의미한다. 나노미터의 크기란 마이크론 미터(10-6) 크기를 1,000 분의 1로 축소한 것으로, 물질의 크기가 나노미터 수준으로 작아지면 다양하고 특이한 물리적, 화학적, 기계적 및 전자적 특성을 나타내게 된다.
For reference, "magnetism" means the magnetic property represented by a material. All materials interact with the magnetic field, creating an attractive force or a repulsive force. The term "nanoparticle" also refers to a structure or material having a size of nanometers (nm). The size of a nanometer is the size of a micron meter (10-6) reduced to one thousandth, and when the size of a material is reduced to a nanometer level, it exhibits various and unusual physical, chemical, mechanical and electronic characteristics.

상기 나노입자는 일반적으로 평균 크기가 약 1 nm 내지 약 1000 nm, 예를 들면, 약 1 nm 내지 약 10 nm, 약 10nm 내지 약 50 nm, 약 50 nm 내지 약 100 nm, 약 100 nm 내지 약 250 nm, 약 250 nm 내지 약 500 nm, 약 500nm 내지 약 750 nm, 또는 약 750 nm 내지 약 1000 nm 범위일 수 있다. 본 발명의 자성 입자의 크기는 10nm 내지 10㎛인 것이 바람직하다.The nanoparticles generally have an average size of from about 1 nm to about 1000 nm, such as from about 1 nm to about 10 nm, from about 10 nm to about 50 nm, from about 50 nm to about 100 nm, from about 100 nm to about 250 nm nm, from about 250 nm to about 500 nm, from about 500 nm to about 750 nm, or from about 750 nm to about 1000 nm. The size of the magnetic particles of the present invention is preferably 10 nm to 10 mu m.

"자성 나노/마이크로 입자"는 자성을 띄는 나노미터 혹은 마이크로 크기의 구조 또는 물질을 의미한다. 상기 자성 나노/마이크로 입자는 용액 합성, 공동 침전(co-precipitation), 졸-겔 방법, 고 에너지 분쇄, 수열 합성(hydrothermal synthesis), 마이크로에멀젼(microemulsion) 합성, 열분해(thermal decomposition), 분무열분해법(spray pyrolysis)에 의한 합성 또는 음파화학적 합성에 의해 제조될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 자성 물질의 크기가 나노미터로 작아지면 각각의 입자가 자기적 단일구역을 형성하게 되고, 이러한 입자들의 콜로이드 용액은 각 입자들의 열적 요동(thermal fluctuation)에 의해서 자기 쌍극자의 방향이 제각각 불특정한 방향으로 배향하게 되어 외형적으로 나타나는 순자기력(net magnetic force)은 "0"으로 나타나게 된다."Magnetic nano / microparticle" refers to a nanometer or micro-sized structure or material that is magnetic. The magnetic nanoparticles / microparticles can be prepared by a variety of methods including solution synthesis, co-precipitation, sol-gel process, high energy pulverization, hydrothermal synthesis, microemulsion synthesis, thermal decomposition, but is not limited to, by synthesis by spray pyrolysis or by sonochemical synthesis. When the size of the magnetic material is reduced to nanometers, each particle forms a magnetic single zone. The colloid solution of these particles is generated by the thermal fluctuation of each particle, whereby the direction of the magnetic dipole varies in an unspecified direction And the net magnetic force appearing as a result of orientation is represented as "0 ".

그러나, 외부로부터 내부의 열적 에너지 보다 큰 자기장을 가해주면 입자들의 자기 쌍극자는 한 방향으로 정렬하게 되어 자성체로 변하게 되는 것이다.
However, if a magnetic field larger than the internal thermal energy is applied from the outside, the magnetic dipoles of the particles are aligned in one direction and become a magnetic body.

다음에는 자성입자 공급부(120)에서 제공하는 자성입자들의 예를 나타낸다. 자성입자 공급부(120)에서는 제공되는 자성입자는 표면에 (+)전하를 갖도록 응집제가 코팅된 자성입자일 수 있다.Next, an example of the magnetic particles provided by the magnetic particle supply unit 120 is shown. In the magnetic particle supply unit 120, the magnetic particles may be magnetic particles coated with a flocculant so as to have a positive charge on the surface thereof.

그 일 예로, 아민(Amine)계 화합물을 공유결합시킨 아민 자성 나노/마이크로 입자일 수 있다. 아민 자성입자는 직경이 10nm 내지 10㎛가 바람직하고, 더욱 바람직하게는 30nm 내지 3㎛인 입자는 제한없이 사용될 수 있으며, 철금속 원소(Fe, Ni, Co), 망간, 비스무스(Mn, Bi)에서 하나 이상 선택된 금속 또는 이들의 합금이거나 이들로부터 선택된 금속 산화물 또는 합금 산화물로 이루어진 것이 특징이다.For example, it may be an amine magnetic nano / microparticle in which an amine compound is covalently bonded. The magnetic iron oxide particles (Fe, Ni, Co), manganese, bismuth (Mn, Bi), and the like can be used without limitation, the particles having a diameter of 10 nm to 10 탆, more preferably 30 nm to 3 탆, , Or a metal oxide or an alloy oxide selected from the above metals.

또한, 상기 원소에 희토류 원소(La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu), 화폐금속 원소(Cu, Ag, Au), 아연족 원소(Zn, Cd, Hg), 알루미늄족원소(Al, Ga, In, TI), 알칼리토금속 원소(Ca, Sr, Ba, Ra) 및 백금족 원소(Pt, Pd)를 포함하는 함금이거나 이들로부터 선택된 합금 산화물일 수 있다.
The rare earth element (La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu) (Al, Ga, In, Ti), an alkaline earth metal element (Ca, Sr, Ba, Ra) and a platinum group element (Pt, Pd) ≪ / RTI >

다른 일 예로는 키토산(chitosan)계 화합물을 공유결합시킨 키토산 자성입자일 수 있다.Another example may be a chitosan magnetic particle in which a chitosan-based compound is covalently bonded.

키토산(poly[β-(1,4)-2-amino-2-deoxy-D-glucan])은 게와 새우 등 갑각류의 껍질의 주성분인 키틴의 N-아세틸기를 탈아세틸화하여 아미노기로 치환시켜 얻어지는 양이온의 생분해성 천연고분자 물질이다.Chitosan (poly [β- (1,4) -2-amino-2-deoxy-D-glucan] is an enzyme that deacetylates the N-acetyl group of chitin, the main component of the crustacean shell, It is a biodegradable natural polymer substance of cation obtained.

키토산(chitosan)을 포함한 키틴 유도체들은 유기용매에 대한 용해성이 양호하여 화학적 변형과 성형 가공성이 용이할 뿐만 아니라 무독성, 무공해성, 생체적합성(biocompatible) 및 생분해성(biodegradable)이 우수한 특징을 가지고 있다. 상업적으로 이용되는 키토산은 주로 60~90%의 탈아세틸화도를 가지며, 평균중합도(Mean degree of polymerization)는 500~10,000의 범위를 가진다.
Chitin derivatives, including chitosan, have good solubility in organic solvents and are easy to chemically deform and form, as well as being excellent in non-toxic, non-pollutant, biocompatible and biodegradable. Commercially available chitosan mainly has a degree of deacetylation of 60 to 90% and a mean degree of polymerization of 500 to 10,000.

또 다른 일 예로는 나노클레이(Nanoclay)를 결합시킨 자성입자일 수 있다.Another example may be a magnetic particle with Nanoclay incorporated therein.

나노클레이(Nanoclay)는 Al-APTES, Ca-APTES, Mg-APTES, Mg-N3 등 총 4종류를 사용할 수 있다. 보다 상세한 설명은 출원번호 10-2012-0028525의 나노클레이를 이용한 오일함유 미생물 수확방법에 기재된 나노클레이로 대체하도록 한다.
There are four types of nanoclay: Al-APTES, Ca-APTES, Mg-APTES and Mg-N3. A more detailed description is given by the nanoclays described in the method of harvesting oil containing microorganisms using nanoclays of application No. 10-2012-0028525.

여기서, 자성입자는 철족금속원소인 철(Fe), 니켈( Ni), 코발트(Co), 망간(Mn), 비스무스(Bi), 아연(Zn), 가돌리늄(Gu), 스트론튬(Sr)에서 하나 이상 선택된 금속또는 이들의 합금이거나 이들로부터 선택된 금속산화물 또는 합금 산화물로 이루어 질 수 있다. 또한, 상기 원소에 희토류 원소(La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu), 화폐금속 원소(Cu, Ag, Au), 아연족 원소(Zn, Cd, Hg), 알루미늄족원소(Al, Ga, In, Tl), 알칼리토금속 원소(Ca, Sr, Ba, Ra) 및 백금족 원소(Pt, Pd)를 포함하는 합금이거나 이들로부터 선택된 합금 산화물도 이용될 수 있다. 산화철 나노입자는 바륨(Ba), 망간(mn), 코발트(Co), 니켈(Ni), 아연(Zn), 가돌리늄(Gd) 및 스트론튬(Sr) 중에서 선택되는 적어도 어느 하나이상을 더 포함할 수 있다. 산화철(Fe2O3 또는 Fe3O4)에서 Fe 하나가 다른 자성관련 원자로 바뀐 형태(CoFe2O4, MnFe2O4) 합금 등 다양하다. 본 발명의 자성나노입자는 산화철(Fe2O3 또는 Fe3O4)의 나노입자 또는 산화철(Fe2O3 또는 Fe3O4)과 바륨(Ba), 망간(mn), 코발트(Co), 니켈(Ni), 아연(Zn), 가돌리늄(Gd) 및 스트론튬(Sr) 중에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상 합금의 나노/마이크로 입자인 것이 바람직하다.
Here, the magnetic particles are composed of iron (Fe), nickel (Ni), cobalt (Co), manganese (Mn), bismuth (Bi), zinc (Zn), gadolinium Or a metal oxide or an alloy oxide selected from the above metals or alloys thereof. The rare earth element (La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu) An alloy containing a zinc group element (Zn, Cd, Hg), an aluminum group element (Al, Ga, In, Tl), an alkaline earth metal element (Ca, Sr, Ba, Ra) and a platinum group element May also be used. The iron oxide nanoparticles may further include at least one selected from barium (Ba), manganese (Mn), cobalt (Co), nickel (Ni), zinc (Zn), gadolinium (Gd) and strontium have. (FeFe2O4, MnFe2O4) alloys in which iron is converted to another magnetic-related atom in iron oxide (Fe2O3 or Fe3O4). The magnetic nanoparticles of the present invention can be prepared by mixing nanoparticles of iron oxide (Fe2O3 or Fe3O4) or iron oxide (Fe2O3 or Fe3O4) and barium (Ba), manganese (Mn), cobalt (Co), nickel (Ni) (Gd), and strontium (Sr).

다음으로, 상기 제1 회수부(130)는 제1 유로관(L1)을 통과한 미세조류 배양액으로부터 미세조류가 부착된 자성입자를 외부 자기장(예컨대, 영구 자석, 전자석)을 이용하여 회수하는 기능을 수행한다.Next, the first collecting unit 130 collects the micro-algae-attached magnetic particles from the microalgae culture fluid that has passed through the first flow pipe L1 by using an external magnetic field (for example, a permanent magnet or an electromagnet) .

또한, 상기 제1 회수부(130)는 미세조류가 부착된 자성입자가 회수된 미세조류 배양액을 제4 유로관(L4)을 통해 미세조류 배양액 저장조(110)로 재공급하는 기능 또한 수행한다.The first collecting unit 130 also functions to re-supply the microalgae culture fluid in which the micro-algae-attached magnetic particles have been recovered to the microalgae culture solution storage tank 110 through the fourth flow pipe L4.

보다 구체적으로, 제1 회수부(130)는 제1 하우징(131), 제1 마그넷 드럼(132) 및 스크래퍼(133)를 포함한다.More specifically, the first recovering unit 130 includes a first housing 131, a first magnet drum 132, and a scraper 133.

상기 제1 하우징(131)은 제1 유로관(L1)과 연결된 유입구(131a), 제4 유로관(L4)과 연결된 용액 배출구(131c) 및 미세조류가 부착된 자성입자를 배출하는 자성입자 배출구(131c)를 포함한다.The first housing 131 includes an inlet 131a connected to the first flow pipe L1, a solution outlet 131c connected to the fourth flow pipe L4, and a magnetic particle outlet (131c).

상기 제1 마그넷 드럼(132)은 회전 모터(미도시)를 통해 시계 방향으로 회전되는 수평축(132a)을 통해 축 회동한다. 또한, 표면에 영구자석 또는 전자석이 코팅되어 있어, 제1 유로관(L1)으로부터 공급되는 미세조류가 부착된 자성입자를 끌어당겨 상기 제1 유로관(L1)을 통해 유입되는 미세배양액으로부터 분리시키는 역할을 수행한다.The first magnet drum 132 is rotated through a horizontal axis 132a rotated clockwise through a rotation motor (not shown). In addition, since the permanent magnet or the electromagnet is coated on the surface, the magnetic particles attached with the fine algae fed from the first flow pipe L1 are pulled and separated from the microfluid flowing through the first flow pipe L1 Role.

다음으로, 스크래퍼(133)는 제1 마그넷 드럼(132)의 일 측면과 접촉되되, 기울기를 갖도록 배치된다. 스크래퍼(133)는 제1 마그넷 드럼(132)의 표면에 부착된 자성입자(예컨대, 미세조류가 부착된 자성입자)를 스크래치 방식으로 제1 마그넷 드럼(132)으로부터 분리시키는 기능을 수행한다.
Next, the scraper 133 is brought into contact with one side of the first magnet drum 132, and is arranged to have a slope. The scraper 133 functions to separate magnetic particles (for example, magnetic particles with microalgae attached thereto) attached to the surface of the first magnet drum 132 from the first magnet drum 132 in a scratch manner.

계속적으로, 분리용액 저장조(140)는 제1 회수부(130)로부터 제공된 미세조류가 부착된 자성입자를 제2 유로관(L2)을 통해 제공받아, 내부에 수용된 분리용액을 통해 자성입자와 미세조류를 분리시키는 공간일 수 있다.Subsequently, the separation solution storage tank 140 receives the magnetic particles having the microalgae attached thereto provided from the first collecting unit 130 through the second flow pipe L2 and separates the magnetic particles and the fine particles It may be a space for separating algae.

보다 구체적으로, 분리용액 저장조(140)는 자성입자와 미세조류를 분리시키는 분리용액을 저장하는 공간일 수 있으며, 내부에 수용된 분리용액은 미세조류 배양액의 pH를 조절시킨 용액 또는 미세조류 배양액에 화학적 첨가제를 첨가시켜 농축시킨 용액일 수 있다.More specifically, the separation solution storage tank 140 may be a space for storing a separation solution for separating the magnetic particles and the microalgae, and the separation solution contained therein may be a solution in which the pH of the microalgae culture fluid is adjusted, It may be a solution obtained by adding an additive.

보다 구체적으로, 분리용액은 NaOH, KOH, Ca(OH)2, Mg(OH)2 등의 알칼리 수용액 또는 암모니아 가스 등의 염기성용액을 첨가하여 pH가 증가된 배양액일 수 있다.More specifically, the separation solution may be a culture solution in which the pH is increased by adding an alkaline aqueous solution such as NaOH, KOH, Ca (OH) 2 , Mg (OH) 2 or the like or a basic solution such as ammonia gas.

이때, 미세조류가 부착된 자성입자의 pH가 증가하게 되면, 자성입자의 표면에 코팅된 응집제와 미세조류 세포 사이의 정전기적 인력이 없어지기 때문에 분리가 일어난다.At this time, when the pH of the magnetic particles having the microalgae is increased, the electrostatic attraction between the coagulant coated on the surface of the magnetic particles and the microalgae cells is lost and separation occurs.

pH는 응집제의 제타포텐셜이 음의 값을 갖는 범위 이상으로 조절해야 하며, 염기성 용액을 첨가하는 경우, pH 11 내지 13 정도가 바람직하다. pH 11 보다 낮을 경우, 응집제의 전하가 충분히 사라지지 않을 수 있고, pH 13 보다 높을 경우, 염기성 물질의 사용량이 늘어나는 것에 비하여 분리 효과가 미미하기 때문이다.The pH should be adjusted to a range over which the zeta potential of the coagulant has a negative value, and when a basic solution is added, the pH is preferably about 11 to 13. When the pH is lower than 11, the charge of the flocculant may not disappear sufficiently, and when the pH is higher than 13, the separation effect is insignificant compared with the increase in the amount of the basic substance used.

상기 염기성 수용액은 NaOH, KOH, Ca(OH)2, Mg(OH)2 등의 알칼리 수용액 또는 암모니아 가스가 사용될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
The basic aqueous solution may be an aqueous alkali solution such as NaOH, KOH, Ca (OH) 2 , Mg (OH) 2 , or ammonia gas, but is not limited thereto.

여기서, 분리용액 저장조(140) 내에 인입된 자성입자는 미세조류와 분리된 상태로 분리용액과 함께 제2 회수부(150)로 제공된다.
Here, the magnetic particles introduced into the separation solution storage tank 140 are separated from the microalgae and supplied to the second recovery unit 150 together with the separation solution.

상기 제2 회수부(150)는 분리용액 저장조(140)로부터 제공된 분리용액 내의 자성입자(미세조류가 분리된 자성입자)와 미세조류를 각각 회수하는 기능을 수행한다.The second collecting unit 150 collects the magnetic particles (the magnetic particles separated from the microalgae) and the microalgae in the separation solution provided from the separation solution storage tank 140.

보다 구체적으로, 제2 회수부(150)는 제2 하우징(151), 제2 마그넷 드럼(152), 스프래퍼(153)를 포함한다.More specifically, the second recovery unit 150 includes a second housing 151, a second magnet drum 152, and a sproper 153.

제2 하우징(141)은 분리용액 저장조(140)와 연결된 제3 유로관(L3)과 연결된 유입구(151a), 하단에 위치한 미세조류 배출구(151b) 및 토출관(T)과 연결된 자성입자 배출구(151c)를 포함한다.The second housing 141 includes an inlet 151a connected to the third flow pipe L3 connected to the separation solution storage tank 140, a micro algae outlet 151b located at the lower end, and a magnetic particle outlet 151c.

상기 제2 마그넷 드럼(152)은 회전 모터(미도시)를 통해 시계 방향으로 회전되는 수평축(152a)이 구비되어, 수평축(152a)을 통해 축 회동한다.The second magnet drum 152 is provided with a horizontal axis 152a rotated in a clockwise direction through a rotation motor (not shown), and is axially rotated through a horizontal axis 152a.

또한, 표면에 영구자석 또는 전자석이 코팅되어 있어, 분리용액 저장조(140)로부터 제공된 미세조류가 분리된 자성입자를 표면으로 끌어당기는 기능을 수행한다.
Further, the surface is coated with a permanent magnet or an electromagnet, and the microalgae provided from the separation solution storage tank 140 performs a function of attracting the separated magnetic particles to the surface.

다음으로, 스크래퍼(153)는 제2 마그넷 드럼(152)의 일 측면과 접촉되되, 기울기를 갖도록 배치된다. 스크래퍼(153)는 제2 마그넷 드럼(152)의 표면에 부착된 자성입자(예컨대, 미세조류가 분리된 자성입자)를 스크래치 방식으로 통해 제2 마그넷 드럼(152)으로부터 분리시키는 기능을 수행한다.Next, the scraper 153 is brought into contact with one side of the second magnet drum 152, and is arranged to have a slope. The scraper 153 functions to separate magnetic particles (for example, magnetic particles from which micro-algae are separated) attached to the surface of the second magnet drum 152 from the second magnet drum 152 through a scratch method.

마지막으로 상기 제어부(160)는 자성입자 공급부(120), 제1 회수부(130), 제2 회수부(150) 및 각 유로에 구비된 유량조절밸브(V1, V2, V3, V4) 및 펌프(P)를 제어하는 기능을 수행한다. 제어부의 동작은 공지된 기술인 관계로 보다 상세한 설명은 생략하도록 한다.
Finally, the control unit 160 includes a magnetic particle supplying unit 120, a first collecting unit 130, a second collecting unit 150, flow control valves V1, V2, V3, (P). Since the operation of the control unit is well known in the art, a detailed description thereof will be omitted.

따라서, 본 발명의 자성입자 및 외부 기장을 이용한 대량의 미세조류 (수확)회수 장치는 대용량의 미세조류 배양액 저장조 내에 대량의 (-) 전하를 갖는 미세조류들을 단시간에 회수하도록 (+) 전하를 갖는 자성입자를 미세조류 배양액 내에 첨가시켜, (-) 전하를 갖는 미세조류와 (+) 전하를 갖는 자성입자 간의 극성에 따른 상호결합을 이용하여, 미세조류가 부착된 자성입자를 제1 회수부를 통해 일괄적으로 수거한 후, pH가 조절된 배양액 또는 화학적 첨가물이 수용된 배양액을 통해 자성입자와 미세조류를 분리시킨 후, 제2 회수부에 구비된 제2 마그넷 드럼을 통해 자성입자만을 일괄적으로 수거함에 따라 자동으로 농축된 미세조류를 대량으로 수확할 수 있다.Therefore, the large-scale microalgae (harvesting) recovery device using the magnetic particles and the external magnetic field of the present invention is capable of recovering microalgae having a large amount of negative charges in a large-volume microalgae culture broth, By adding the magnetic particles into the microalgae culture fluid, magnetic particles having the microalgae attached thereto can be transported through the first collecting section by using mutual coupling according to the polarity between the microalgae having the (-) charge and the magnetic particles having the (+ After collecting collectively, the magnetic particles and the microalgae are separated through the culture solution containing the pH-adjusted culture liquid or the chemical additives, and collecting only the magnetic particles collectively through the second magnet drum provided in the second collecting unit Can automatically harvest the concentrated microalgae in a large amount.

또한, 제1 회수부(130)와 제2 회수부(150)는 동일한 형태로 제작됨에 따라 제작 고정에 따른 비용을 줄여줄 수 있다.In addition, since the first collecting unit 130 and the second collecting unit 150 are manufactured in the same form, the manufacturing cost can be reduced.

또한, 제2 회수부(150)에서 분리된 자성입자는 재공급이 가능하여, 반 영구적으로 사용될 수 있다.
In addition, the magnetic particles separated by the second collecting unit 150 can be re-supplied and can be used semi-permanently.

이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내고 설명하는 것에 불과하며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 그리고, 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위 내에서 변경 또는 수정이 가능하다.The foregoing detailed description is illustrative of the present invention. It is also to be understood that the foregoing is illustrative and explanatory of preferred embodiments of the invention only, and that the invention may be used in various other combinations, modifications and environments. It is to be understood that changes and variations may be made without departing from the scope of the inventive concept disclosed herein, the disclosure of which is equally applicable to the disclosure, and / or the skill or knowledge of the art.

전술한 실시 예들은 본 발명을 실시하는데 있어 최선의 상태를 설명하기 위한 것이며, 본 발명과 같은 다른 발명을 이용하는 데 당업 계에 알려진 다른 상태로의 실시, 그리고 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서, 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
The foregoing embodiments are intended to illustrate the best mode contemplated for carrying out the invention and are not intended to limit the scope of the invention to those skilled in the art that are intended to encompass other embodiments of the invention, Various changes are possible. Accordingly, the foregoing description of the invention is not intended to limit the invention to the precise embodiments disclosed. It is also to be understood that the appended claims are intended to cover such other embodiments.

110: 미세조류 배양액 저장조 120: 자성입자 공급부
130: 제1 회수부 131: 제1 하우징
131a: 유입구 131b: 자성입자 배출구
131c:배출구 132: 제1 마그넷 드럼
132a: 수평축 133: 스크래퍼
140: 분리용액 저장조 150: 제2 회수부
151: 제2 하우징 151a: 유입구
151b: 미세조류 배출구 151c: 자성입자 배출구
152: 제2 마그넷 드럼 152a: 수평축
153: 스크래퍼 160: 제어부
L1: 제1 유로관 L2: 제2 유로관
L3: 제3 유로관 L4: 제4 유로관
T: 토출관 V1, V2, V3, V4: 유량조절밸브
110: microalgae culture liquid storage tank 120: magnetic particle supply unit
130: first recovering unit 131: first housing
131a: Inlet port 131b: Magnetic particle outlet
131c: outlet 132: first magnet drum
132a: horizontal axis 133: scraper
140: Separation solution storage tank 150: Second recovery unit
151: second housing 151a: inlet
151b: fine algae outlet 151c: magnetic particle outlet
152: second magnet drum 152a:
153: scraper 160:
L1: first flow path L2: second flow path
L3: third flow pipe L4: fourth flow pipe
T: Discharge tube V1, V2, V3, V4: Flow control valve

Claims (15)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 미세조류가 배양된 미세조류 배양액을 수용하는 미세조류 배양액 저장조;
상기 미세조류 배양액 저장조로부터 유출되는 미세조류 배양액 내에 적어도 하나 이상의 자성입자를 공급하는 자성입자 공급부;
정전기적 상호작용(electrostatic interaction)에 의해 미세조류가 부착된 자성입자를 전자석 또는 영구자석을 이용하여 회수하고, 상기 미세조류 및 상기 자성입자가 제거된 미세조류 배양액을 상기 미세조류 배양액 저장조로 재공급하는 제1 회수부;
상기 제1 회수부로부터 제공된 상기 미세조류가 부착된 자성입자를 내부에 수용된 분리용액(농축액)에 수용시켜, 상기 자성입자와 상기 미세조류를 분리시키는 분리용액 저장조;
상기 분리용액 저장조에 구비되어, 상기 제1 회수부로부터 제공된 상기 미세조류가 부착된 자성입자를 건조/탈수(Dehydration)시키는 탈수모듈;
상기 분리용액 저장조에서 분리된 미세조류와 분리된 자성입자 각각을 회수하는 제2 회수부;
상기 자성입자 공급부, 상기 제1 회수부 및 상기 제2 회수부의 구동을 제어하는 제어부;
상기 제2 회수부와 상기 자성입자 공급부를 연결하여, 제2 회수부로부터 수거된 자성입자를 상기 자성입자 공급부로 재공급하는 토출관;
상기 미세조류 배양액 저장조, 상기 자성입자 공급부, 제1 회수부와 연결된 "ㅗ"자형 제1 유로관;
상기 제1 회수부와 상기 분리용액 저장조를 연결하는 제2 유로관;
상기 분리용액 저장조와 상기 제2 회수부를 연결하는 제3 유로관; 및
상기 제1 회수부의 일 측과 상기 미세조류 배양액 저장조의 일측에 연결되어, 상기 제1 회수부로부터 배출되는 미세조류 배양액을 상기 미세조류 배양액 저장조로 재공급하는 제4 유로관;을 포함하고,
상기 제1 회수부는,
제1 하우징과, 상기 제1 하우징 내에 구비되어 내부에 구비된 수평축을 통해 시계방향으로 회동하면서 상기 미세조류가 부착된 자성입자를 표면에 부착시키는 제1 마그넷 드럼 및 상기 제1 마그넷 드럼의 일 측면과 경사도를 갖도록 배치되어 상기 미세조류가 부착된 자성입자를 회수하는 상기 제1 회수부의 스크래퍼를 포함하며,
상기 제2 회수부는,
제2 하우징과, 상기 제2 하우징 내에 구비되어 내부에 구비된 수평축을 통해 시계방향으로 회동하면서 상기 미세조류와 분리된 자성입자를 표면에 부착시키는 제2 마그넷 드럼 및 상기 제2 마그넷 드럼의 일 측면과 경사도를 갖도록 배치되어 상기 미세조류와 분리된 자성입자를 회수하는 상기 제2 회수부의 스크래퍼;
상기 제1 유로관은,
내부에서 유동하는 상기 미세조류 배양액 내의 미세조류와 상기 자성입자가 정전기적 상호작용(electrostatic interaction)되어 부착되는 공간인 것을 특징으로 하는 자성입자 및 외부자기장을 이용한 대량의 미세조류 (수확)회수 장치.
A microalgae culture fluid reservoir containing a microalgae culture in which microalgae have been cultured;
A magnetic particle supplying unit for supplying at least one magnetic particle into the microalgae culture fluid flowing out from the microalgae culture broth;
The micro-algae-attached micro-algae-containing micro-algae culture medium is recovered by electrostatic interaction with the micro-algae-containing micro-algae by electromagnet or permanent magnet, and the micro-algae and the micro- A first recovering unit for recovering the charged particles;
A separation solution storage tank for containing the magnetic particles with the microalgae provided from the first collecting unit in a separation solution (concentrate) accommodated therein to separate the magnetic particles and the microalgae;
A dehydration module provided in the separation solution storage tank for drying / dehydrating the magnetic particles attached with the microalgae provided from the first collecting part;
A second recovery unit for recovering each of the fine algae separated from the separation solution storage tank and the separated magnetic particles;
A control unit for controlling the driving of the magnetic particle supplying unit, the first recovering unit, and the second recovering unit;
A discharge tube connecting the second recovery section and the magnetic particle supply section to re-supply the magnetic particles collected from the second recovery section to the magnetic particle supply section;
A "ㅗ" -shaped first flow path tube connected to the microalgae culture fluid reservoir, the magnetic particle supplying portion, and the first recovering portion;
A second flow path connecting the first recovery unit and the separation solution storage tank;
A third flow path connecting the separation solution storage tank and the second recovery unit; And
And a fourth flow pipe connected to one side of the first recovering unit and one side of the microalgae culture solution storage tank for re-supplying the microalgae culture solution discharged from the first recovering unit to the microalgae culture solution storage tank,
Wherein the first recovery unit comprises:
A first magnet drum disposed in the first housing and rotating in a clockwise direction through a horizontal axis provided in the first housing to adhere magnetic particles having the microalgae attached thereto to a surface of the first magnet drum, And a scraper of the first recovering unit arranged to have an inclination to recover the magnetic particles having the fine algae attached thereto,
Wherein the second recovery unit includes:
A second magnet drum disposed in the second housing and attached to the surface of the magnetic particles separated from the microalgae in a clockwise direction through a horizontal shaft provided in the second housing, And a scraper of the second recovering unit arranged to have an inclination and to recover the magnetic particles separated from the fine algae;
Wherein the first flow path tube comprises:
Characterized in that the micro-algae in the micro-algae culture fluid flowing in the micro-algae culture fluid and the magnetic particles are electrostatically interfaced with each other to adhere to the micro-algae culture fluid.
제5항에 있어서,
각 유로관은,
유량을 조절하는 유량 조절 밸브가 적어도 하나 이상을 구비하는 것을 특징으로 하는 자성입자 및 외부자기장을 이용한 대량의 미세조류 (수확)회수 장치.
6. The method of claim 5,
In each of the flow pipes,
(Harvesting) recovery device using magnetic particles and an external magnetic field, characterized in that at least one flow control valve for controlling the flow rate is provided.
제6항에 있어서,
상기 유량 조절 밸브는,
게이트 밸브(gate valve), 글로브 밸브(globe valve), 제어 밸브(control valve), 체크 밸브(check valve), 버터플라이 밸브(butterfly valve), 볼 밸브(ball valve), 다이어프램(diaphragm valve) 밸브, 안전밸브(safety valve) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 자성입자 및 외부자기장을 이용한 대량의 미세조류 (수확)회수 장치.
The method according to claim 6,
The flow control valve includes:
A gate valve, a globe valve, a control valve, a check valve, a butterfly valve, a ball valve, a diaphragm valve valve, And a safety valve. The apparatus for recovering a large amount of microalgae (harvesting) using magnetic particles and an external magnetic field.
제7항에 있어서,
상기 유량 조절 밸브는,
상기 제어부의 제어신호에 따라 전자식으로 제어되거나 또는 기계식으로 제어되는 것을 특징으로 하는 자성입자 및 외부자기장을 이용한 대량의 미세조류 (수확)회수 장치.
8. The method of claim 7,
The flow control valve includes:
Wherein the magnetic particles and the magnetic field are controlled electronically or mechanically according to the control signal of the control unit.
삭제delete 제5항에 있어서,
상기 제1 하우징은,
상기 미세조류가 부착된 자성입자 및 상기 미세조류 배양액이 인입되는 유입구;
상기 제1 회수부의 스크래퍼를 통해 회수된 상기 미세조류가 부착된 자성입자를 배출하는 자성입자 배출구; 및
상기 유입구에 인입된 미세조류 배양액을 배출하는 배양액 배출구를 포함하는 것을 특징으로 하는 자성입자 및 외부자기장을 이용한 대량의 미세조류 (수확)회수 장치.
6. The method of claim 5,
The first housing includes:
An inlet through which the micro-algae-attached magnetic particles and the microalgae culture liquid are introduced;
A magnetic particle outlet for discharging the magnetic particles with the microalgae collected through the scrapers of the first collecting portion; And
And a culture liquid outlet for discharging the microalgae culture fluid drawn into the inlet. The apparatus for collecting large amounts of microalgae (harvest) using magnetic particles and an external magnetic field.
제5항에 있어서,
상기 분리용액 저장조는,
분리용액을 통해 상기 미세조류가 부착된 자성입자를 미세조류와 자성입자로 분리시키는 공간인 것을 특징으로 하는 자성입자 및 외부자기장을 이용한 대량의 미세조류 (수확)회수 장치.
6. The method of claim 5,
The separation solution reservoir may contain,
And a space for separating the micro-algae-attached magnetic particles into micro-algae and magnetic particles through a separation solution, wherein the micro-algae are recovered from the micro-algae.
삭제delete 제5항에 있어서,
상기 제2 하우징은,
상기 미세조류가 부착된 자성입자 및 상기 미세조류 배양액이 인입되는 유입구;
상기 제2 회수부의 스크래퍼를 통해 회수된 상기 미세조류가 부착된 자성입자를 배출하는 자성입자 배출구; 및
상기 유입구에 인입된 미세조류 배양액을 배출하는 배양액 배출구를 포함하는 것을 특징으로 하는 자성입자 및 외부자기장을 이용한 대량의 미세조류 (수확)회수 장치.
6. The method of claim 5,
The second housing includes:
An inlet through which the micro-algae-attached magnetic particles and the microalgae culture liquid are introduced;
A magnetic particle outlet for discharging the magnetic particles having the microalgae collected through the scrapers of the second collecting part; And
And a culture liquid outlet for discharging the microalgae culture fluid drawn into the inlet. The apparatus for collecting large amounts of microalgae (harvest) using magnetic particles and an external magnetic field.
제5항에 있어서,
상기 자성입자 공급부는,
표면에 아민계 화합물, 키토산 화합물 또는 나노클레이가 코팅된 자성입자를 수용하는 것을 특징으로 하는 자성입자 및 외부자기장을 이용한 대량의 미세조류 (수확)회수 장치.
6. The method of claim 5,
Wherein the magnetic particle supply unit comprises:
Characterized in that magnetic particles coated with an amine compound, a chitosan compound or a nano clay are contained on the surface, and a large amount of microalgae (harvest) recovery device using magnetic particles and an external magnetic field.
제14항에 있어서,
상기 나노클레이는,
Al-APTES, Ca-APTES, Mg-APTES, Mg-N3 중에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 자성입자 및 외부자기장을 이용한 대량의 미세조류 (수확)회수 장치.
15. The method of claim 14,
The nano-
(Al) -APTES, Ca-APTES, Mg-APTES, and Mg-N3, wherein a large amount of microalgae (harvest) recovery device using magnetic particles and an external magnetic field is used.
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