KR101733775B1 - 연속식 미생물 고정화장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 미생물 고정화장치에 관한 것으로서, 일측 상단에 미생물유입구가 구비되고, 타측에 고정화담체배출구가 형성되며, 내부에 염화칼슘 수용액이 수용되는 일정 길이를 갖는 반응챔버와; 상기 미생물유입구를 통해 미생물 배양액과 알지네이트 수용액의 혼합된 혼합액을 공급하는 공급부와; 상기 미생물유입구의 하부로부터 상기 고정화담체배출구까지 연장형성되며, 상기 미생물유입구를 통해 유입된 상기 미생물을 상기 고정화담체배출구를 향해 연속하여 이송하며 상기 염화칼슘 수용액 및 상기 미생물과 알지네이트 혼합액이 반응하여 상기 미생물의 구슬형태의 고정화 담체가 형성되도록 하는 고정화담체이송부와; 상기 고정화담체배출구에 대응되는 위치의 상기 반응챔버의 외부에 결합되어, 상기 고정화담체배출구를 통해 배출되는 고정화담체가 적재되는 포장용기를 수용하는 포장용기저장부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

연속식 미생물 고정화장치{CONTINUOUS TYPE MICROORGANISMS IMMOBILIZATION APPARATUS}
본 발명은 미생물이 직접 적용 환경에 노출되어서는 안 되거나, 미생물의 작용 및 반응이 빠르게 나타나 일시적인 효과만을 얻게 되거나 또는 미생물이 적용 환경에서 빠르게 유실되는 것에 대해 외부 환경으로부터의 보호와 서방형 유출로 인한 지속적 작용과 미생물의 존재를 보장할 수 있도록 구슬형태로 고정화된 미생물을 연속으로 생산할 수 있는 연속식 미생물 고정화장치에 관한 것이다.
호소, 하천 및 양식장 수질를 정화하기 위해 친환경적인 광합성 미생물을 공급하는 방법이 사용되고 있다. 이와 관련하여 본 출원인은 등록특허 제10-0928087호에는 광합성 미생물을 고정화하여 생산하는 장치와 방법을 출원한 바 있으며, 관련 기술은 환경부의 신기술인증 제 438호 '수중교반장치와 고정화 광합성세균으로 구성된 호소수질 개선기술'을 통해 우수성이 인증되었다.
도 1은 등록특허 제10-0928087호에 개시된 광합성 미생물 고정화장치의 구조를 개략적으로 도시한 개략도이다. 도시된 바와 같이 종래 미생물 고정화장치는 광합성 미생물과 알지네이트 혼합액이 공급되는 유입부(10)와, 광합성 미생물과 알지네이트 혼합액이 염화칼슘 수용액과 반응이 일어나 광합성 미생물의 외부를 감싸는 다공성 담체가 형성되어 미생물을 고정화한 구슬형태의 담체를 생성하는 반응조(20)를 포함한다.
여기서, 반응조(20)의 내부에는 반응에 의해 고정화된 구슬형태의 미생물 고정화담체가 수거되는 수거망(21)이 구비되고, 미생물 및 알지네이트 혼합액과 염화칼슘 수용액을 교반시키기 위한 교반수단(23)이 구비된다. 또한, 반응조(20)의 일측에는 수거망(21)을 외부로 배출시키기 위한 도어(25)가 형성된다.
이러한 구성을 갖는 종래 광합성 미생물 고정화장치는 회분식 방식으로 운영되어 반응조의 용량과 제한된 반응시간에 의해 한 번에 생산될 수 있는 구슬형태의 고정화 미생물의 물량이 한정되는 제약이 있다.
또한, 종래 광합성 미생물 고정화장치는 유입부(10)를 통해 먼저 미생물이 적하되더라도 수거망(21)에 적재되는 위치에 따라 배출되는 시간이 상이할 수 있는 단점이 있다. 즉, 선입선출의 원리로 고정화된 미생물담체가 배출되지 않고 수거망과 가까이 있는 고정화된 미생물담체가 먼저 수거되어 나가게 되므로, 염화칼슘수용액과의 반응시간이 일정하지 않아 고정화된 미생물담체 품질이 일정하게 유지되지 않는 단점이 있다.
즉, 반응시간이 짧은 미생물 고정화 담체의 경우 굳기가 약하고, 반응시간이 초과된 미생물 고정화 담체는 고정화된 미생물의 활성이 저하되는 문제가 있을 수 있다.
또한, 종래 광합성 미생물 고정화장치는 염화칼슘 수용액과 광합성 미생물 및 알지네이트 혼합액을 한 시간동안 지속적으로 교반을 해야 하므로 시설비 및 관리 비용의 증가라는 문제가 있다.
본 발명의 목적은 상술한 문제를 해결하기 위한 것으로, 연속하여 미생물을 고정화하여 비드의 생산성을 향상 시킬 수 있는 연속식 미생물 고정화장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 선입선출에 의해 미생물 고정화 담체가 배출되므로, 미생물고정화 담체의 품질과 담체내의 미생물 활성을 일정하게 유지할 수 있는 미생물 고정화장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 반응조의 사이클론 형태 구조에 염화칼슘 수용액을 공급하여 별도의 교반기 없이 혼합분위기를 형성 및 유지할 수 있는 미생물 고정화장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 염화칼슘 수용액의 농도를 감지하여 반응속도를 일정하게 유지하여 고품질의 미생물 고정화담체를 생산할 수 있는 미생물 고정화장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 상기 목적과 여러 가지 장점은 이 기술 분야에 숙련된 사람들에 의해 본 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.
본 발명의 목적은 연속식 미생물 고정화장치에 의해 달성될 수 있다. 본 발명의 연속식 미생물 고정화장치는, 일측 상단에 미생물유입구가 구비되고, 타측에 고정화담체배출구가 형성되며, 내부에 염화칼슘 수용액이 수용되는 일정 길이를 갖는 반응챔버와; 상기 미생물유입구를 통해 미생물 배양액과 알지네이트 수용액의 혼합된 혼합액을 공급하는 공급부와; 상기 미생물유입구의 하부로부터 상기 고정화담체배출구까지 연장형성되며, 상기 미생물유입구를 통해 유입된 상기 미생물을 상기 고정화담체배출구를 향해 연속하여 이송하며 상기 염화칼슘 수용액 및 상기 미생물과 알지네이트 혼합액이 반응하여 상기 미생물의 구슬형태의 고정화 담체가 형성되도록 하는 고정화담체이송부와; 상기 고정화담체배출구에 대응되는 위치의 상기 반응챔버의 외부에 결합되어, 상기 고정화담체배출구를 통해 배출되는 고정화담체가 적재되는 포장용기를 수용하는 포장용기저장부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 따르면, 상기 미생물 유입구의 하부에 구비되어 상기 미생물 배양액과 알지네이트 혼합액 및 염화칼슘수용액을 혼합하여 상기 고정화담체이송부로 안내하는 사이클론부를 더 포함하며, 상기 사이클론부는, 하부로 갈수록 직경이 좁아지게 형성되며 판면에 염화칼슘수용액공급공이 형성된 사이클론본체와; 상기 염화칼슘수용액공급공의 위치에 대응되게 상기 사이클론본체의 내벽면으로부터 일정 각도 경사지게 결합되어 상기 염화칼슘수용액공급공으로부터 분사되는 염화칼슘수용액이 나선방향으로 이동되도록 안내하는 배플을 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 따르면, 상기 사이클론본체를 회전시켜 상기 사이클론본체 내부에 원심력이 작용하도록 하는 사이클론 회전부를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 고정화 담체 이송부는, 상기 반응 챔버의 길이방향을 따라 이동되게 구비되며, 표면에 상기 고정화 미생물 담체의 크기보다 작은 액체배출공이 복수개 관통 형성된 컨베이어벨트와; 상기 컨베이어벨트의 이송방향에 대해 가로방향으로 일정 간격으로 결합되어 판면에 적재된 광합성 미생물과 고정화 담체의 이동을 저지하는 고정화 담체 지지날개를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 고정화 담체 배출구에는 상기 고정화 담체 이송부를 따라 이송된 고정화 담체의 표면을 세척하는 고정화담체세척부가 구비될 수 있다.
본 발명에 따른 연속식 미생물 고정화장치는 연속하여 미생물을 고정화한 구슬형태의 담체의 생산성을 향상시킬 수 있다. 공급부에서 미생물 배양액과 알지네이트 혼합액을 연속하여 공급하고, 컨베이어벨트를 통해 미생물을 이송하여 연속하여 미생물 고정화 담체를 생산하므로 회분식 방식으로 생산량이 정해져 있던 종래 미생물 고정화 장치에 비해 생산성이 현저히 향상될 수 있다.
실험적으로 종래 회분식 방식의 미생물 고정화장치가 약 6.6m2의 면적에 설치되어 생산할 경우, 약 1시간당 80 L의 미생물 고정화 담체를 생산할 수 있는데 반해, 본 발명의 연속식 미생물 고정화장치는 상기와 동일한 면적에서 1시간 당 약 200 L의 미생물 고정화 담체를 생산할 수 있다.
또한, 본 발명의 연속식 미생물 고정화장치는 선입선출에 의해 미생물 고정화 담체가 배출되므로, 미생물 고정화 담체의 품질을 일정하게 유지할 수 있다. 즉, 컨베이어벨트를 타고 미생물 고정화 담체가 정해진 속도로 이동되므로 염화칼슘수용액과의 반응시간을 모두 동일하게 유지될 수 있다. 이에 따라 종래 과하게 반응이 되어 미생물의 활성이 저하되거나 반응이 덜 진행되어 담체의 고형화가 덜 이루어지는 경우가 없이 미생물 고정화담체의 품질이 일정하게 유지될 수 있다.
또한, 본 발명의 연속식 미생물 고정화장치는 사이클론부에 의해 염화칼슘 수용액을 선회경로로 공급하므로 별도의 교반기 없이 혼합분위기를 유지할 수 있다.
또한, 본 발명의 연속식 미생물 고정화장치는 염화칼슘 수용액의 농도를 감지하여 반응속도를 일정하게 유지하여 고품질의 미생물 고정화 담체를 생산할 수 있다.
도 1은 종래 광합성 미생물 고정화장치의 구성을 도시한 예시도,
도 2는 본 발명에 따른 연속식 미생물 고정화장치의 구성을 도시한 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 연속식 미생물 고정화장치의 미생물 고정화과정을 도시한 예시단면도,
도 4는 본 발명에 따른 연속식 미생물 고정화장치의 사이클론의 구성을 도시한 사시도,
도 5는 본 발명에 따른 연속식 미생물 고정화장치의 고정화담체이송부의 구성을 도시한 사시도이고,
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 고정화담체이송부의 구성을 도시한 사시도이다.
본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.
도 2는 본 발명에 따른 연속식 미생물 고정화장치(1)의 구성을 도시한 예시도이고, 도 3은 연속식 미생물 고정화장치(1)가 미생물을 고정화하여 고정화담체(E)를 생성하는 과정을 도시한 예시도이다.
도시된 바와 같이 본 발명에 따른 연속식 미생물 고정화장치(1)는 미생물- 알지네이트 혼합액(B)을 염화칼슘 수용액(C)으로 공급하여 도 3에 확대도시된 바와 같이 미생물(A)의 외부를 고형화된 담체(D)가 감싸는 구슬형태의 고정화 담체(E)를 생성한다.
본 발명에 따른 연속식 미생물 고정화장치(1)는 공급부(500)를 통해 미생물 -알지네이트 혼합액(B)이 연속적으로 공급되고 이에 따라 미생물 고정화 담체(E)가 연속하여 대량으로 생산될 수 있다. 도 1에 도시된 종래 광합성 미생물 고정화장치(1)는 회분식 방식으로 반응조(20)의 용량이 한정적이므로 1회에 생산될 수 있는 미생물 고정화 담체(E)의 양에 제약이 있는 반면 본 발명에 따른 연속식 미생물 고정화장치(1)는 연속하여 미생물 고정화 담체(E)를 생산할 수 있어 생산성이 향상될 수 있는 장점이 있다.
본 발명에 따른 연속식 미생물 고정화장치(1)는 고정화반응이 진행되는 반응챔버(100)와, 반응챔버(100)의 내부로 미생물-알지네이트 혼합액(B) 및 염화칼슘 수용액(C)을 유입시키는 사이클론부(200)와, 미생물-알지네이트 혼합액(B)을 연속하여 이송하며 구슬형태의 미생물 고정화 담체(E)가 생성되도록 유도하는 고정화담체 이송부(300)와, 생성된 고정화 담체(E)의 표면을 세척하는 미생물 고정화담체 세척부(400)와, 반응챔버(100) 내부로 미생물-알지네이트 혼합액(B)을 공급하는 공급부(500)와, 미생물 고정화담체 세척부(400)에서 세척이 완료된 미생물 고정화 담체(E)를 수용하는 포장용기(610)를 보관하는 포장용기보관함(600)을 포함한다.
반응챔버(100)는 내부에 염화칼슘 수용액(C)을 수용하여 미생물-알지네이트 혼합액(B)이 반응하여 미생물 고정화 담체(E)가 생성되는 공간을 제공한다. 반응챔버(100)는 밀폐된 함체 형태로 형성된다. 반응챔버(100)는 일정 길이를 갖는 직사각형 형태로 형성되며, 반응챔버(100)의 길이방향을 따라 고정화담체이송부(300)가 구비된다.
반응챔버(100)의 상단은 개방 형성되고, 덮개(170)에 의해 커버된다. 반응챔버(100)의 일측 상단에는 미생물 고정화담체 유입구(111)가 개방 형성되고, 미생물 고정화 담체 유입구(111)와 대향되는 방향의 측면에는 세척된 미생물 고정화 담체(E)가 배출되는 미생물 고정화 담체 배출구(113)가 개방형성된다.
미생물 유입구(111)에는 공급부(500)가 거치되는 노즐판고정대(120)가 결합된다. 노즐판고정대(120)는 프레임 형태로 형성되어 상면에 공급부(500)가 거치된다.
한편, 반응챔버(100)의 타측에는 상부로 일정높이 돌출되게 구비된 컨베이어노출관(130)이 형성된다. 도 3에 도시된 바와 같이 컨베이어노출관(130)은 상방향으로 경사지게 배치된 컨베이어벨트(310)가 염화칼슘수용액(C)의 외부로 노출되도록 하여 미생물 고정화 담체(E)와 잔류 수용액이 분리되도록 한다.
컨베이어노출관(130)이 반응챔버(100)의 상부로 결합되어 있고, 컨베이어노출관(130)으로 컨베이어벨트(310)가 이동되며 염화칼슘수용액(C)에 잠겨 있는 상태에서 분리되므로 미생물 고정화 담체(E)에 흡수되어 있는 잔류 수용액이 분리될 수 있다.
반응챔버(100) 내부에는 격벽(150)이 수직방향으로 구비된다. 도 3에 도시된 바와 같이 격벽(150)은 반응챔버(100) 내부를 염화칼슘수용액(C)이 수용되는 공간과 세척수(W)가 수용되는 세척공간(420)으로 구분한다.
덮개(170)는 개방된 반응챔버(100)의 상부를 커버하여 이물질이 반응챔버(100) 내부로 유입되는 것을 차단한다. 덮개(170)는 개폐가능하게 구비되며, 청소등을 위해 반응챔버(100)로부터 분리될 수 있다.
사이클론부(200)는 노즐판고정대(120)의 하부에 구비되어 미생물-알지네이트 분말 혼합액(B) 및 염화칼슘수용액(C)이 균일하게 혼합된 상태로 반응챔버(100)로 유입되도록 한다.
도 4는 사이클론부(200)의 구성을 도시한 사시도이다. 사이클론부(200)는 나팔관형태로 형성된 사이클론본체(210)와, 사이클론본체(210)의 내벽면에 결합된 배플(220)과, 사이클론본체(210)의 내벽면에 형성되어 염화칼슘수용액(C)을 사이클론본체(210) 내부로 유입시키는 염화칼슘수용액공급공(230)과, 사이클론본체(210)를 회전시키는 사이클론회전부(240)를 포함한다.
사이클론본체(210)는 상부에 유입구(211)가 형성되고 하부에 배출구(213)가 형성되며, 상부에서 하부로 갈수록 점차 직경이 작아지는 나팔관 형태로 형성된다. 사이클론본체(210)는 사이클론회전부(240)에 의해 회전하며 염화칼슘수용액공급공(230)으로부터 유입되는 염화칼슘수용액(C)을 선회 흐름으로 이동시켜 수직방향으로 떨어지는 미생물-알지네이트 혼합액(B)와 염화칼슘수용액(C)의 접촉시간을 증가시킨다. 이에 의해 미생물-알지네이트 혼합액(B) 및 염화칼슘수용액(C)이 지속적으로 접촉하여 반응을 하는 상태로 반응챔버(100)로 유입된다.
여기서, 배플(220)은 일정 면적을 갖는 판상재질로 사이클론본체(210)의 내벽면에 대해 중심방향으로부터 일정각도(θ) 경사지게 결합된다. 배플(220)은 염화칼슘수용액공급공(230)이 형성된 사이클론본체(210)의 내벽면에 염화칼슘수용액공급공(230)을 향해 경사지게 결합된다. 이에 의해 염화칼슘수용액공급공(230)으로부터 중심방향을 향해 유입되는 염화칼슘수용액(C)이 배플(220)에 의해 부딪쳐 사이클론본체(210)의 중심방향으로 이동하지 못하고 내벽면을 향해 분사된다.
이 상태에서 사이클론본체(210)가 사이클론회전부(240)에 의해 회전되면 원심력에 의해 염화칼슘수용액(C)은 점선으로 표시된 바와 같이 나선형태로 이동된다. 이 때, 중심방향으로 미생물-알지네이트 혼합액(B)이 이동되므로 염화칼슘수용액(C)과 혼합될 수 있다.
이러한 사이클론부(200)의 구성에 의해 도 1에 도시된 종래 광합성 미생물고정장치가 별도의 교반수단(23)이 요구되었던 것과 비교할 때 본 발명의 미생물 고정화장치(1)는 교반수단의 구성을 생략할 수 있는 장점이 있다.
한편, 반응챔버(100)의 내벽면에는 염화칼슘수용액(C)을 염화칼슘수용액공급공(230)으로 공급하는 염화칼슘수용액공급관(235)이 구비된다. 염화칼슘수용액공급관(235)은 염화칼슘수용액저장조(미도시)로부터 제어부(미도시)의 제어에 의해 염화칼슘수용액(C)을 공급한다.
사이클론본체(210)가 회전할 때는 염화칼슘수용액공급관(235)과 염화칼슘수용액공급공(230)의 위치가 정렬되기 어려우므로 염화칼슘수용액공급관(235)이 염화칼슘수용액을 공급할 때는 사이클론본체(210)가 정지하여 위치를 맞출 수 있다.
염화칼슘수용액공급관(235)은 후술할 농도감지기(730)가 감지한 반응액의 pH농도가 기준범위를 벗어나면 제어부(미도시)의 제어에 의해 염화칼슘수용액공급펌프(미도시)가 구동되어 염화칼슘수용액(C)을 추가로 공급하게 된다.
이에 의해 반응챔버(100) 내부의 반응액의 pH 농도가 항상 기준범위로 유지되어 미생물-알지네이트 혼합액(B) 및 염화칼슘수용액(C)의 반응속도와 고정화담체(E)의 품질이 일정하게 유지될 수 있다.
사이클론회전부(240)는 사이클론본체(210)가 반응챔버(100) 내부에서 회전되도록 구동력을 제공한다. 사이클론회전부(240)는 도 4에 도시된 바와 같이 사이클론본체(210)의 외부에 형성된 기어(245)와, 구동모터(241)에 의해 회전되는 전동기어(243)의 기어결합에 의해 구현될 수 있다.
이 때, 사이클론본체(210)가 반응챔버(100) 내부에서 회전하며 위치가 고정될 수 있도록 반응챔버(100) 내부에는 사이클론본체(210)를 지지하는 베어링(미도시) 등이 구비될 수 있다.
또한, 사이클론회전부(240)는 사이클론본체(210)를 회전시킬 수 있는 다양한 형태로 구현될 수 있다.
여기서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 사이클론부(200)는 사이클론본체(210)의 내벽면에 한 개의 염화칼슘수용액공급공(230)과 한 개의 배플(220)만 형성된 것으로 도시되었으나, 이는 일례일 뿐이며 사이클론본체(210)의 내벽면에 원주방향을 따라 복수개의 염화칼슘수용액공급공(230)이 형성될 수 있다. 이 때, 염화칼슘수용액공급공(230)은 스팟 형태로 형성되거나 일정길이 길이를 갖는 장공 형태로 형성될 수도 있다.
이러한 염화칼슘수용액공급공(230)의 구조는 반응챔버(100) 내부에서 사이클론회전부(240)와 사이클론본체(210)의 회전구조에 간섭을 가하지 않으면서 염화칼슘수용액을 연속적으로 공급할 수 있는 범위 내에서 다양한 형태로 구현될 수 있다.
고정화담체이송부(300)는 반응챔버(100)의 길이방향을 따라 형성되어 사이클론부(200)를 통해 유입된 미생물-알지네이트 혼합액(B)을 이동시키며 미생물-알지네이트 혼합액(B)의 표면과 내부에서 염화칼슘수용액(C)의 반응에 의해 고정화 담체(D)가 형성되도록 한다.
고정화담체이송부(300)는 미생물의 활동성과 담체(D)의 굳기 정도를 고려하여 최적의 이동속도가 결정된다. 도 5는 고정화담체이송부(300)의 구성을 도시한 사시도이다. 도 3과 도 5에 도시된 바와 같이 고정화담체이송부(300)는 판면에 미생물(A)이 적재되는 컨베이어벨트(310)와, 컨베이어벨트(310)의 표면에 형성되어 액체를 배출시키는 액체배출공(320)과, 컨베이어벨트(310)의 양측면을 따라 형성된 측벽(330)과, 컨베이어벨트(310)의 이송방향에 대해 가로방향으로 결합된 복수개의 고정화담체지지날개(340)와, 컨베이어벨트(310)를 구동하는 벨트구동부(360)와, 벨트구동부(360)의 구동력을 컨베이어벨트(310)로 전달하는 전동수단(370)을 포함한다.
컨베이어벨트(310)는 양단이 구동롤러(311)와 피동롤러(313)에 각각 결합된다. 이 때, 구동롤러(311)는 전동수단(370)에 결합되어 벨트구동부(360)로부터 구동력을 전달받는다. 컨베이어벨트(310)의 일단은 사이클론부(200)의 하부에 배치되고, 컨베이어벨트(310)의 타단은 격벽(150)을 지나 고정화담체세척부(400)에 위치하게 된다. 컨베이어벨트(310)는 일단부는 반응챔버(100) 내부의 염화칼슘수용액(C)에 잠겨 있게 배치되고 컨베이어벨트(310)의 타단부는 염화칼슘수용액(C)으로부터 노출되게 상부에 위치한다. 즉, 컨베이어벨트(310)는 일단부는 높이가 낮게 배치되고 타단부는 높이가 높게 배치되는 경사진 형태로 위치된다.
컨베이어벨트(310)는 일정 면적을 갖는 판상 형태로 형성되고, 판면에는 액체배출공(320)이 복수개 관통형성된다. 액체배출공(320)은 미생물 고정화담체의 크기 보다는 작게 형성되어 미생물-알지네이트 혼합액(B)과 염화칼슘수용액(C)이 혼합된 반응액이 하부로 배출되도록 한다.
측벽(330)은 컨베이어벨트(310)의 양측 외주연에 상방향으로 일정 높이 돌출되게 결합되고, 고정화담체지지날개(340)는 컨베이어벨트(310)의 이송방향에 대해 가로방향으로 일정간격으로 복수개가 결합된다. 고정화담체지지날개(340)도 일정 높이를 갖는 판상 형태로 형성된다.
측벽(330)과 고정화담체지지날개(340)에 의해 컨베이어벨트(310)는 복수개의 고정화담체수용구간으로 구획된다. 이웃하는 고정화담체지지날개(340) 사이에 수용된 고정화담체(E)들은 고정화담체지지날개(340)에 부딪혀 컨베이어벨트(310)가 이송될 때 컨베이어벨트(310)의 경사각도에 의해 하부로 굴러 떨어지지 않고 위치가 고정되게 된다.
고정화담체 세척부(400)에서 컨베이어벨트(310)의 방향이 바뀌면서 컨베이어벨트(310)에 수용되었던 고정화담체(E)가 고정화담체지지판(430)으로 낙하하게 된다.
한편, 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 고정화담체이송부(300a)의 구성을 도시한 사시도이다. 앞서 설명한 바람직한 실시예에 따른 고정화담체이송부(300)는 컨베이어벨트(310)가 회전하고, 컨베이어벨트(310) 표면에 측벽(330)과 고정화담체지지날개(340)가 결합된 형태로 구비되었다.
반면, 다른 실시예에 따른 고정화담체이송부(300a)는 이송체인(360)을 따라 복수개이 이송바스켓(350)이 결합되고, 이송바스켓(350)의 표면에 액체배출공(320a)이 관통된 형태로 구비된다.
이 경우, 각각의 이송바스켓(350) 내부에 고정화담체(E)가 수용되어 위치가 고정된 상태로 이동된다.
고정화담체세척부(400)는 컨베이어벨트(310)에 의해 이송된 고정화담체(E) 표면의 잔류 반응액과 이물질들을 세척한다. 고정화담체세척부(400)는 컨베이어벨트(310)에서 낙하되는 고정화담체(E)가 적재되는 고정화담체지지판(430)과, 고정화담체지지판(430)의 상부에서 세척수(W)를 고정화담체지지판(430)을 향해 분사하는 세척수공급부(410)를 포함한다.
고정화담체지지판(430)은 컨베이어벨트(310)의 타단부와 반응챔버(100)의 내벽면 사이의 이격공간에 배치되어 컨베이어벨트(310)로부터 낙하되는 고정화담체(E)를 적재한다. 고정화담체지지판(430)의 판면에는 도 2에 도시된 바와 같이 세척수배출공(431)이 복수개 관통형성된다. 이에 의해 고정화담체지지판(430)을 세척한 세척수(W)가 세척공간(420)으로 낙하되어 저장된다. 세척공간(420)에 저장된 세척수는 배수관(450)을 통해 외부로 배출된다.
한편, 고정화담체지지판(430)에는 세척이 완료된 고정화담체(E)를 포장용기보관함(600)으로 안내하는 고정화담체가이드판(440)이 연장형성된다. 고정화담체가이드판(440)은 포장용기보관함(600)을 향해 일정각도 경사지게 연장형성된다. 세척수공급부(410)는 상수도와 연결되어 물을 고정화담체지지판(430)으로 연속하여 공급하게 된다.
공급부(500)는 미생물-알지네이트 혼합액(B)을 사이클론부(200)로 공급한다. 공급부(500)는 미생물-알지네이트 혼합액(B)을 공급받는 공급판(510)과, 공급판(510)에서 공급받은 미생물-알지네이트 혼합액(B)을 사이클론부(200)로 공급하는 노즐판(520)을 포함한다.
여기서, 공급판(510)과 노즐판(520)의 구성은 본 출원인이 기출원한 등록특허 제10-0928087호 "광합성 미생물 고정화 장치 및 이를 이용한 광합성 미생물 고정화 방법"에 개시된 유입판 및 노즐판과 동일하게 구비된다.
공급부(500)는 노즐판고정대(120)에 적재되어 미생물-알지네이트 혼합액(B)을 사이클론부(200)로 연속하여 공급한다.
포장용기보관함(600)은 반응챔버(100)의 고정화담체배출구(113)의 하부에 결합되어 고정화담체배출구(113)를 통해 배출되는 고정화담체(E)가 포장용기(610) 내부에 수용되도록 한다.
포장용기보관함(600)은 내부에 포장용기(610)가 수용된다. 포장용기(610)는 작업자에 의해 교체된다. 포장용기(610) 내부에 정해진 용량의 고정화담체(E)가 수용되면, 작업자는 새로운 포장용기(610)로 교환하게 된다.
한편, 반응챔버(100)의 외부에는 입력부(700)가 구비된다. 입력부(700)는 복수개의 버튼(710)으로 형성될 수 있다. 버튼(710)은 컨베이어벨트(310)의 속도를 조절하는 벨트속도조절버튼, 염화칼슘수용액을 염화칼슘수용액공급관(235)으로 공급하는 염화칼슘수용액펌프(미도시)의 구동을 조절하는 펌프구동버튼(미도시), 전원버튼(미도시), 공급부(500)의 공급을 조절하는 공급부조절버튼(미도시) 등일 수 있다.
이러한 구성을 갖는 본 발명에 따른 연속식 미생물 고정화장치(1)의 동작과정을 도 2 내지 도 5를 참조하여 설명한다.
제어부(미도시)는 작업자의 입력신호에 따라 반응챔버(100) 내부에 염화칼슘수용액(C)을 기준수위만큼 채운다. 염화칼슘수용액(C)의 수위는 도 3에 도시된 바와 같이 컨베이어벨트(310)의 1/2~2/3의 길이가 잠길 수 있도록 형성되는 것이 바람직하다. 염화칼슘수용액(C)의 수위는 사용되는 미생물(A)의 종류와 크기, 미생물-알지네이트 혼합액(B)과 염화칼슘수용액(C)의 반응속도와 고형화정도를 고려하여 결정될 수 있다.
염화칼슘수용액(C)이 기준수위만큼 채워지면, 노즐판고정대(120)에 공급부(500)를 적재한다. 그리고, 공급부(500)의 구동신호를 인가하면, 미생물-알지네이트 혼합액(B)이 공급관(530)을 통해 공급판(510)으로 공급된 후 노즐판(520)을 통해 사이클론본체(210)으로 공급된다.
도 4에 도시된 바와 같이 사이클론본체(210)의 상부에서 수직하게 미생물-알지네이트 혼합액(B)이 투입되고, 사이클론본체(210)의 내벽면의 염화칼슘수용액공급공(230)을 통해 염화칼슘수용액(C)이 공급된다. 염화칼슘수용액(C)은 배플(220)에 부딪쳐 사이클론본체(210)의 내벽면 방향으로 이동하게 된다.
특히, 사이클론본체(210)가 사이클론회전부(240)에 의해 회전하면 원심력에 의해 염화칼슘수용액(C)이 나선방향으로 회전하며 아래로 하강하게 된다. 이에 따라 수직하게 유입되는 미생물-알지네이트 혼합액(B)과 접촉시간이 길어지면서 균일하게 혼합되어 반응챔버(100) 내부로 유입될 수 있다.
반응챔버(100)로 유입된 구슬형태로 고형화되어가는 미생물-알지네이트 혼합액(B)은 컨베이어벨트(310)의 상면에 적재되게 된다. 미생물-알지네이트 혼합액(B)과 염화칼슘수용액(C)이 반응하여 구슬형태로 고형화 된다. 컨베이어벨트(310)를 따라 이송되면서 구슬형태의 담체가 더욱 구슬형태의 담체(D)로 고형화되고, 컨베이어벨트(310)가 컨베이어노출관(130)으로 이동되면서 구슬형태의 고정화담체(E)가 완성된다.
이 때, 복수개의 고정화담체(E)들은 컨베이어벨트(310) 표면에 형성된 이웃하는 고정화담체지지날개(340)과 측벽(330) 사이에 수용되어 경사진 컨베이어벨트(310)를 따라 이동되더라도 굴러 떨어지지 않고 위치가 고정될 수 있다.
구슬형태의 고정화담체(E)의 형성이 완료되고, 컨베이어벨트(310)가 구동롤러(311) 측에서 방향이 반전되면, 컨베이어벨트(310) 상면의 고정화담체(E)가 하부로 낙하하여 고정화담체세척부(400)의 고정화담체지지판(430)으로 이동된다. 세척수공급부(410)는 세척수(W)를 고정화담체지지판(430)으로 공급하고, 고정화담체(E) 표면의 이물질과 잔류 반응액들을 제거한다. 세척수(W)는 고정화담체지지판(430) 표면의 세척수배출공(431)을 통해 세척공간(420)에 집수된다.
세척된 고정화담체(E)는 고정화담체가이드판(440)을 따라 이동하여 포장용기(610)에 수용된다. 포장용기(610)에 수용된 고정화담체(E)가 기준용량을 채워지면 작업자는 새로운 포장용기(610)로 교환한다.
한편, 고정화담체(E)의 생성과정에서 농도감지기(730)는 반응챔버(100) 내부의 반응액의 pH 농도를 감지하고, pH 농도가 기준범위를 벗어나는 경우 제어부(미도시)는 염화칼슘수용액(C)을 추가로 보충하여 pH 농도가 일정하게 유지되도록 한다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 연속식 미생물 고정화장치는 연속하여 미생물을 고정화하므로 미생물 고정화담체의 생산성을 향상시킬 수 있다. 공급부에서 미생물-알지네이트 혼합액을 연속하여 공급하고, 컨베이어벨트를 통해 미생물을 이송하여 연속하여 고정화담체를 생산하므로 회분식 방식으로 용량이 정해져 있던 종래 미생물 고정화장치에 비해 생산성이 현저히 향상될 수 있다.
실험적으로 종래 회분식 방식의 미생물 고정화장치가 약 6.6m2의 면적에 설치되어 생산할 경우, 약 1시간당 80 L의 미생물고정화담체를 생산할 수 있는데 반해, 본 발명의 연속식 미생물 고정화장치는 상기와 동일한 면적에서 1시간 당 약 200 L의 미생물고정화담체를 생산할 수 있다.
또한, 본 발명의 연속식 미생물 고정화장치는 선입선출에 의해 미생물고정화담체가 배출되므로, 미생물 고정화담체의 품질을 일정하게 유지할 수 있다. 즉, 컨베이어벨트를 타고 미생물 고정화담체가 정해진 속도로 이동되므로 염화칼슘수용액과의 반응시간이 모두 동일하게 유지될 수 있다. 이에 따라 종래 과하게 반응이 되어 미생물의 활성이 저하되거나 반응이 덜 진행되어 담체의 고형화가 덜 이루어지는 경우가 없이 고정화담체의 품질이 일정하게 유지될 수 있다.
또한, 본 발명의 연속식 미생물 고정화장치는 사이클론부에 의해 염화칼슘 수용액을 선회경로로 공급하므로 별도의 교반기 없이 혼합분위기를 유지할 수 있다.
또한, 본 발명의 연속식 미생물 고정화장치는 염화칼슘 수용액의 농도를 감지하여 반응속도를 일정하게 유지하여 고품질의 미생물 고정화담체를 생산할 수 있다.
이상에서 설명된 본 발명의 연속식 미생물 고정화장치의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
1 : 연속식 미생물 고정화장치
100 : 반응챔버 110 : 반응챔버본체
111 : 미생물유입구 113 : 고정화담체배출구
120 : 노즐판고정대 130 : 컨베이어 노출관
150 : 격벽 170 : 덮개
200 : 사이클론부 210 : 사이클론본체
211 : 유입구 213 : 배출구
220 : 배플 230 : 염화칼슘수용액공급공
235 : 염화칼슘수용액공급관 240 : 사이클론회전부
300 : 고정화담체이송부 310 : 컨베이어벨트
311 : 구동롤러 311a : 구동축
313 : 피동롤러 320 : 액체배출공
330 : 측벽 340 : 고정화담체지지날개
360 : 벨트구동부 370 : 전동수단
400 : 고정화담체세척부 410 : 세척수공급부
420 : 세척공간 430 : 고정화담체지지판
431 : 세척수배출공 440 : 고정화담체가이드판
450 : 배수관 500 : 공급부
510 : 공급판 520 : 노즐판
600 : 포장용기보관함 610 : 포장용기
700 : 입력부 710 : 벨트속도조절버튼
730 : 농도감지기
B : 미생물-알지네이트 혼합액
C : 염화칼슘 수용액
D : 고형화된 담체
E : 미생물고정화담체
w : 세척수

Claims (5)

  1. 일측 상단에 미생물유입구가 구비되고, 타측에 고정화담체배출구가 형성되며, 내부에 염화칼슘 수용액이 수용되는 일정 길이를 갖는 반응챔버와;
    상기 미생물유입구를 통해 미생물 배양액과 알지네이트 수용액이 혼합된 혼합액을 공급하는 공급부와;
    상기 미생물유입구의 하부로부터 상기 고정화담체배출구까지 연장형성되며, 상기 미생물유입구를 통해 유입된 미생물을 상기 고정화담체배출구를 향해 연속하여 이송하며 상기 염화칼슘 수용액 및 상기 미생물과 알지네이트 혼합액이 반응하여 상기 미생물의 구슬형태의 고정화 담체가 형성되도록 하는 고정화담체이송부와;
    상기 미생물유입구의 하부에 구비되어 상기 미생물과 알지네이트 혼합액 및 염화칼슘수용액을 혼합하여 상기 고정화담체이송부로 안내하는 사이클론부와;
    상기 고정화담체배출구에 대응되는 위치의 상기 반응챔버의 외부에 결합되어, 상기 고정화담체배출구를 통해 배출되는 고정화담체가 적재되는 포장용기를 수용하는 포장용기저장부를 포함하고,
    상기 사이클론부는,
    하부로 갈수록 직경이 좁아지게 형성되며 판면에 염화칼슘수용액공급공이 형성된 사이클론본체와;
    상기 염화칼슘수용액공급공의 위치에 대응되게 상기 사이클론본체의 내벽면으로부터 일정 각도 경사지게 결합되어 상기 염화칼슘수용액공급공으로부터 분사되는 염화칼슘수용액이 나선방향으로 이동되도록 안내하는 배플과;
    상기 사이클론본체를 회전시켜 상기 사이클론본체 내부에 원심력이 작용하도록 하는 사이클론회전부를 포함하고,
    상기 고정화담체이송부는,
    상기 반응챔버의 길이방향을 따라 이동되게 구비되며, 표면에 상기 미생물 고정화담체의 크기보다 작은 액체배출공이 복수개 관통형성된 컨베이어벨트가 구비되며,
    상기 컨베이어벨트는,
    일단부는 높이가 낮게 배치되어 상기 반응챔버 내부의 염화칼슘수용액에 잠기고, 타단부는 높이가 높게 배치되어 상기 반응챔버 내부의 염화칼슘수용액으로부터 노출되도록 경사진 형태로 배치되는 것을 특징으로 하는 연속식 미생물 고정화장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 고정화담체이송부는,
    상기 컨베이어벨트의 이송방향에 대해 가로방향으로 일정 간격으로 결합되어 판면에 적재된 고정화담체의 이동을 저지하는 고정화담체지지날개를 포함하는 것을 특징으로 하는 연속식 미생물 고정화장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 고정화담체배출구에는 상기 고정화담체이송부를 따라 이송된 고정화담체의 표면을 세척하는 고정화담체세척부가 구비되는 것을 특징으로 하는 연속식 미생물 고정화장치.
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