KR101807572B1 - 기능성 입자를 이용한 미세조류 회수장치 - Google Patents

기능성 입자를 이용한 미세조류 회수장치 Download PDF

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Abstract

기능성 입자를 이용한 미세조류 회수장치에 관한 것으로, 내부에 기능성 입자를 수용할 수 있는 챔버; 상기 챔버의 내부에 장착되는 메시; 배양된 미세조류와 배양액이 분리되도록 상기 메시의 상면에 수용되는 기능성 입자;를 마련하여 기능성 입자에 의해 미세조류와 배양액이 각각 별도로 분리되며, 미세조류가 기능성 입자와 함께 분리하여 회수됨으로써 미세조류를 에너지원으로 사용할 수 있음은 물론 미세조류를 이용한 식품, 의약품, 화장품 등의 원료로 사용할 수 있고, 미세조류를 필터링한 기능성 입자의 재사용 및 배양액을 재사용할 수 있다 효과가 얻어진다.

Description

기능성 입자를 이용한 미세조류 회수장치{Microalgae Recovery Unit}
본 발명은 기능성 입자를 이용한 기능성 입자를 이용한 미세조류 회수장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 챔버 내부에서 배양된 미세조류와 배양액을 분리 회수할 수 있는 기능성 입자를 이용한 미세조류 회수장치에 관한 것이다.
바이오매스는 자연계 내에서 쉽게 구할 수 있고 태양 에너지와 물, 이산화탄소 등을 원료로 하는 광합성 과정을 통해 지속적인 생산이 가능한 신재생 자원이기 때문에 바이오 연료 및 원료 생산을 통해 화석연료 사용을 대체할 경우 보다 지속 가능한 사회를 구현하는데 도움을 줄 수 있다.
특히 미세조류는 목질계 또는 초본계 식물보다 태양 에너지의 이용효율이 약 25배, 이산화탄소 고정능력도 15배 정도가 높아 생산성이 육상식물의 5~10배 이상이다.
또한 배양조건에 따라 체내에 지질을 최대 70%까지 축적할 수 있어 단위 면적당 지질의 생산량이 육상식물에 비해 50~100배 이상 높다. 최근 바이오매스를 이용한 고부가 연료 및 원료 생산에 대한 시장수요가 증가함에 따라 생산성이 높은 미세조류를 대량 배양하고, 효율적인 수확을 통해 미세조류 이용의 경제성을 높이기 위한 연구가 주목을 받고 있다.
일반적으로 배양된 미세조류를 회수하기 위해서는 소량일 경우, 물리적 필터링 및 원심분리 기술을 사용하고 있으며, 대량일 경우에는 부착방법 및 응집제를 사용하여 미세조류를 회수하고 있다.
그러나 이러한 미세조류 수확방법은 다양한 문제점을 발생시키는데, 필터를 이용할 경우 공극이 쉽게 막혀 연속적인 회수 공정을 구성하기가 어렵고, 미세조류의 손실 문제도 일어나게 된다.
또한 응집제를 이용할 경우에도 미세조류를 응집시켜 배양액에서 분리하기는 쉽지만, 순수한 미세조류를 얻기 위해서는 미세조류에서 다시 응집제를 분리해야 되는 어려움이 있으며, 아직까지 경제성 있는 미세조류 회수 방법이 상용화되지 못하고 있는 실정이다.
예를 들어, 하기 특허문헌 1에는 '미세조류의 배양 및 수확 장치'가 개시되어 있다.
하기 특허문헌 1에 따른 미세조류의 배양 및 수확 장치는 외부에서 빛을 받아 광합성으로 미세조류를 배양하는 광생물 반응기; 상기 광생물 반응기를 지지하고, 상기 광생물 반응기에 빛을 유도하는 반응기 지지수단; 상기 광생물 반응기에 이산화탄소 및 공기가 혼합된 배양액을 공급하는 혼합조; 상기 광생물 반응기로부터 고밀도로 배양된 미세조류를 회수하여 응집 및 분리시키는 응집회수조; 상기 광생물 반응기와 혼합조 사이에, 또는 상기 광생물 반응기와 응집회수조 사이에 배양액을 이송시키는 공급펌프 및 회수펌프를 포함하고, 상기 반응기 지지수단은 광생물 반응기를 지지하는 지지프레임과 상기 지지프레임의 기울어진 경사각도를 조절하는 지지 실린더를 포함하며, 태양 고도에 따라 경사각도가 조절될 수 있도록 되고, 상기 지지프레임의 하단부를 받쳐주는 베이스패널의 저면 각 모서리에는 이동바퀴가 장착되어 있다.
하기 특허문헌 2에는 '자성입자 및 외부자기장을 이용한 대량의 미세조류 (수확)회수 방법'이 개시되어 있다.
하기 특허문헌 2에 따른 자성입자 및 외부자기장을 이용한 대량의 미세조류 (수확)회수 방법에는 미세조류가 배양된 미세조류 배양액을 수용하는 미세조류 배양액 저장조, 상기 제1 유로관의 일측과 연결되며, 상기 제1 유로관 내에 적어도 하나 이상의 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 자정입자와 상기 미세조류를 분리시키는 분리용액 저장조, 상기 분리용액 저장조에서 미세조류와 분리된 자성입자를 회수하는 동시에 미세조류를 회수하는 제2 회수부, 상기 자성입자 공급부, 제1 회수부, 제2 회수부의 동작을 제어하는 제어부가 구비되어 있다.
대한민국 특허 공개번호 제10-2011-0118908호(2011년 11월 2일 공개) 대한민국 특허 공개번호 제10-2015-0020335호(2015년 2월 26일 공개)
그러나 종래기술 1에 따른 미세조류의 배양 및 수확 장치는 응집회수조를 거쳐 미세조류를 회수하므로 원하지 않는 응집제가 함께 회수되는 문제점이 있고, 종래기술 2에 따른 미세조류 회수방법은 자성을 이용하여 미세조류를 회수하기 위하여 자성입자 공급부, 제1 회수부, 제2 회수부 등의 복잡한 구성으로 이루어져 있고, 자성입자를 다시 분리해야 하는 어려움과 함께 자성에 의하여 미세조류를 회수함으로써 회수율이 저하되는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 챔버에 수용된 기능성 입자를 이용하여 배양액과 미세조류를 분리하고, 분리된 미세조류와 기능성 입자를 이용하여 바이오 연료 또는 원료를 생산하는 기능성 입자를 이용한 미세조류 회수장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 배양된 미세조류의 생산량 대비 미세조류의 회수율을 향상시킨 기능성 입자를 이용한 미세조류 회수장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 기능성 입자에 의해 배양된 미세조류를 추출하고 남은 미세조류를 재이용할 수 있는 기능성 입자를 이용한 미세조류 회수장치를 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 기능성 입자를 이용한 미세조류 회수장치는 내부에 기능성 입자를 수용할 수 있는 챔버; 상기 챔버의 내부에 장착되는 메시; 배양된 미세조류와 배양액이 분리되도록 상기 메시의 상면에 수용되는 기능성 입자;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 챔버는 배양액을 배출시키는 배출밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 챔버는 상기 메시에 점착된 배양액의 분리 또는 상기 기능성 입자에 묻은 배양액이 신속하게 배출되도록 상기 챔버를 진공 상태로 전환시키는 진공펌프를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 챔버는 내부에 수용된 상기 미세조류가 부착된 기능성 입자를 배출시키는 스크류를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 챔버에는 배양된 미세조류를 투입할 수 있는 공급관을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 공급관에는 배양된 미세조류의 투입량을 조절 및 상기 챔버가 진공으로 전환되도록 개폐 가능하게 설치되는 개폐밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 기능성 입자는 글라스 비드, 모래, 세라믹 볼, 활성탄, 바이오 촤 또는 상기 기능성 입자의 혼합물 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
상기 기능성 입자는 미세조류의 종류 또는 이용 공정에 따라 100㎛ 이하인 것을 특징으로 한다.
상기 기능성 입자는 상기 챔버의 내부 하층에 미세 부유물이 여과되도록 수용되는 하층 기능성 입자; 상기 하층 기능성 입자의 상측에 거친 부유물이 여과되도록 수용되는 상층 기능성 입자;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 기능성 입자를 이용한 미세조류 회수장치에 의하면, 기능성 입자에 의해 미세조류와 배양액이 각각 별도로 분리되며, 미세조류가 기능성 입자와 함께 분리하여 회수됨으로써 미세조류를 에너지원으로 사용할 수 있음은 물론 미세조류를 이용한 식품, 의약품, 화장품 등의 원료로 사용할 수 있고, 미세조류를 필터링한 기능성 입자의 재사용 및 배양액을 재사용할 수 있다 효과가 얻어진다.
본 발명에 따른 기능성 입자를 이용한 미세조류 회수장치에 의하면, 기능성 입자에 의해 각각 다른 크기의 미세조류를 회수할 수 있고, 성장이 덜 된 미세조류와 성장이 끝난 미세조류를 선택적으로 분리, 회수할 수 있어 미세조류 배양 속도를 증진시킬 수 있으며, 미세조류와 기능성 입자를 후속 공정에서 함께 이용하는 과정에서 기능성 입자를 재생할 수 있어 보다 효과적인 미세조류의 수확 또는 이용이 가능하다는 효과가 얻어진다.
도 1은 본 발명의 바람직한 제1 실시 예에 따른 기능성 입자를 이용한 미세조류 회수장치의 구성도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 미세조류 회수장치와 미세조류 배양장치의 설치 상태를 보인 배치도,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 미세조류 회수장치와 미세조류 배양장치의 설치 상태를 보인 배치도,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 미세조류 회수장치에서 수확된 미세조류의 후속 공정을 보인 개략도,
도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 미세조류 회수장치에서 성장 완료된 미세조류를 선택적으로 수확된 미세조류의 후속 공정을 보인 개략도,
도 6은 본 발명의 바람직한 제2 실시 예에 따른 기능성 입자를 이용한 미세조류 회수장치의 구성도.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 기능성 입자를 이용한 미세조류 회수장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
<제1 실시 예>
도 1은 본 발명의 바람직한 제1 실시 예에 따른 기능성 입자를 이용한 미세조류 회수장치의 구성도이다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 기능성 입자를 이용한 미세조류 회수장치(10)는 내부에 기능성 입자를 수용할 수 있는 챔버(20); 상기 챔버(20)의 내부에 장착되는 메시(30); 배양된 미세조류와 배양액이 분리되도록 상기 메시(30)의 상면에 수용되는 기능성 입자(40)를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 미세조류 회수장치는 배양된 미세조류와 배양액을 분리하여 회수한다. 한편 본 발명에서 '미세조류'는 배양장치(미도시) 또는 배양기(미도시) 등에서 배양액에 의해 배양된 미세조류를 지칭하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 챔버(20)는 소정의 직경을 갖는 원통 형상으로 이루어질 수 있으며, 챔버(20)의 하부는 깔때기 형상으로 이루어질 수 있다.
이는 챔버(20)의 내부에 메시(30)를 안정되게 설치할 수 있도록 함은 물론 추출된 배양액을 간편하게 배출시킬 수 있도록 하기 위함이다.
상기 챔버(20)는 다양한 형상으로 이루어질 수 있으며, 챔버(20)의 모양은 삼각형, 역삼각형, 일자형으로 이루어질 수 있고, 배양액을 배출하는 배출구 및 미세조류를 투입할 수 있는 투입구가 형성될 수 있다.
상기 챔버(20)의 하부에 형성된 배출구에는 배양액을 배출할 수 있는 배출밸브(21)가 설치된다. 상기 배출밸브(21)는 챔버(20)의 저면에 설치될 수 있으며, 이러한 배출밸브(21)는 개폐밸브로써, 필요에 따라 배양액을 배출시키거나 차단시킬 수 있다.
또 챔버(20)의 하부에는 챔버(20)의 내부 공간을 진공 상태로 전환시키는 진공펌프(22)가 설치된다. 상기 진공펌프(22)는 챔버(20)에 진공압을 공급하여 줌으로써, 메시(30) 또는 기능성 입자(40)에 묻어 있는 배양액을 신속하게 배출되게 한다.
즉, 진공펌프(22)는 배양액을 흡입하여 메시(30) 또는 기능성 입자(40)에 묻어 있는 배양액을 신속하게 배출시킴으로써, 메시(30) 및 기능성 입자(40)의 함수율을 최소화 한다.
이러한 진공펌프(22)는 챔버(20)의 배출구에 연결된 배출관(23)에 설치된다.
또한 챔버(20)의 하부에는 기능성 입자(40)를 배출시킬 수 있는 스크류(24)가 설치된다. 아울러 스크류(24)의 선단에는 챔버(20) 내부가 진공으로 전환되도록 실린더 등에 의해 이동 가능하게 설치되어 개폐되는 개폐수단(미도시) 또는 도어(미도시)가 설치될 수 있다.
아울러 스크류(24)의 일측에는 스크류(24)를 회전시키는 구동모터(미도시)가 마련될 수 있다.
상기 챔버(20)의 상부에 형성된 투입구에는 챔버(20) 내부로 미세조류를 투입할 수 있는 공급관(25)이 설치된다. 이러한 공급관(25)은 미세조류 배양장치 또는 배양기 등에 연결 설치될 수 있다.
상기 공급관(25)에는 미세조류의 투입을 개폐시키는 개폐밸브(26)가 설치된다. 상기 챔버(20)에는 하부와 상부에 각각 압력 게이지(27)가 설치된다.
이러한 압력 게이지(27)는 챔버(20) 내부의 압력을 측정하여 투입구와 배출구의 압력을 측정하여 배양액과 미세조류의 여과(또는 필터) 효율을 확인할 수 있다.
상기 챔버(20)의 내부에는 기능성 입자(40)를 받치는 메시(30)가 설치된다. 상기 메시(30)는 기능성 입자(40)를 안정적으로 지지하기 위한 것으로, 메시(30)는 기능성 입자(40)의 중량에 견딜 수 있는 강성을 갖는 금속 필터 또는 세라믹 필터 등을 사용할 수 있다.
상기 기능성 입자(40)는 챔버(20) 내부에 채워져 미세조류와 배양액을 분리시키는 필터 역할을 하는 것으로, 기능성 입자(40)는 일정 크기를 갖는 글라스 비드 또는 모래 등의 비반응성 입자나 활성탄, 바이오 촤(char) 등의 입자를 필요에 따라 사용할 수 있다.
상기 기능성 입자(40)의 크기는 미세조류의 종류에 따라 다양하게 사용할 수 있으며, 그 크기는 대략 100㎛ 이하의 것을 사용하는 것이 바람직하고, 상기 기능성 입자(40)는 글라스 비드, 모래 등의 단일 입자를 사용할 수 있음은 물론 다양한 입자를 혼합하여 사용할 수도 있다.
다음 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 기능성 입자를 이용한 미세조류 회수장치의 결합관계를 상세하게 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 기능성 입자를 이용한 미세조류 회수장치(10)는 일정 직경을 원통 형상으로 이루어지며, 삼각형, 역삼각형, 일자형으로도 형성될 수 있다.
상기 챔버(20)는 그 하부의 형상을 깔때기 형상으로 형성하며, 챔버(20)의 하단에 형성된 배출구에는 배출관(23)을 연결 설치한다. 상기 배출관(23)은 미세조류 배양장치 또는 배양기 등에 연결 설치하며, 배출된 배양액은 배출관(23)을 통해 배양장치 등에 투입되게 한다.
상기 배출관(23)에는 챔버(20)에 투입된 배양액을 신속하게 배출할 수 있도록 흡인력을 갖는 진공펌프(22)를 설치한다. 상기 배출관(23)에는 배양액을 배출을 개폐시키는 배출밸브(21)를 설치하며, 진공펌프(22)의 흡인력이 챔버(20)에 가해지도록 개폐밸브(미도시)를 설치할 수 있다.
상기 챔버(20)에는 배양액이 분리된 기능성 입자(40)를 배출시키는 스크류(24)를 설치한다. 상기 스크류(24)는 구동모터(미도시)에 의해 회전 가능하게 설치하며, 스크류(24)의 선단은 실린더 등에 의해 개폐되는 개폐수단(미도시) 또는 도어를 설치한다.
또 챔버(20)의 투입구에는 배양액과 함께 미세조류를 투입할 수 있는 공급관(25)을 설치한다. 공급관(25)에는 배양액과 미세조류의 투입을 개폐시키는 개폐밸브(26)를 설치한다.
상기 챔버(20)에는 내부 압력을 측정하는 압력 게이지(27)를 설치하며, 압력 게이지(27)는 배양액이 배출되는 하부 및 공급관(25)의 위치에 각각 설치한다. 이들 2개의 압력 게이지(27) 중 하나는 배양액이 분리 배출되는 하부에 설치하며, 다른 압력 게이지(27)는 배양액과 미세조류가 투입되는 공급관(25)과 근접하게 설치하여 챔버(20)의 하부 압력과 상부 압력을 각각 측정한다.
상기 압력 게이지(27)는 기능성 입자(40)의 종류와 챔버(20)에 충전한 기능성 입자(40)의 충전 높이, 여과 속도를 변수로 하여 챔버(20)의 내부 압력을 측정하며, 이들 압력차에 따라 기능성 입자(40)의 여과 효율을 확인할 수 있다.
상기 챔버(20)의 내부에는 메시(30)를 설치하며, 메시(30)는 필터로써, 금속 필터 또는 세라믹 필터 등을 사용한다.
상기 기능성 입자(40)는 다양한 크기를 가지는 단일 입자를 사용하거나 서로 다른 크기를 갖는 기능성 입자(40)를 적절히 혼합하여 사용할 수 있다.
즉, 미세조류와 배양액을 보다 효과적으로 분리하기 위하여 서로 다른 크기 또는 서로 다른 종류의 기능성 입자(40)를 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 기능성 입자의 크기와 밀도는 미세조류의 종류에 따라 변화 가능하며, 미세조류와 배양액이 기능성 입자층에 공급되었을 때 배양액은 통과하고, 미세조류는 기능성 입자층에 부착되어 분리될 수 있도록 적절한 성상을 가지는 입자를 선택하여 사용할 수 있다.
상기 기능성 입자는 단일 입자 또는 복수의 입자를 혼합하여 미세조류의 크기와 입자층이 가지는 기공률 변화에 따른 회수효율과 연관되어 결정될 수 있다.
즉, 기능성 입자의 밀도가 배양액보다 높을 경우에는 별도의 장치 없이 챔버에 입자층을 형성시키고, 입자의 밀도가 배양액보다 낮을 경우에는 입자층을 유지할 수 있는 메시(또는 타공망)를 입자층 상부에 유지시켜 일정한 입자층 높이를 유지하여 미세조류 회수에 사용할 수 있다.
다음 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 기능성 입자를 이용한 미세조류 회수장치의 작동방법을 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 미세조류 회수장치와 미세조류 배양장치의 설치 상태를 보인 개략도이고, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 미세조류 회수장치와 미세조류 배양장치의 설치 상태를 보인 개략도이다.
도 2는 미세조류 회수장치(10)와 미세조류 배양장치(1)가 서로 연결 설치된 상태를 도시하고 있으며, 도 3은 미세조류 회수장치(10)와 미세조류 배양장치(1)가 서로 연결된 상태를 도시하고 있다.
즉, 도 2에서 미세조류 회수장치(10)는 미세조류 배양장치(1)의 상면에 설치되어 있으며, 도 3에서 미세조류 회수장치(10)는 미세조류 배양장치(1)의 측면에 설치되어 있다.
아울러 미세조류 배양장치(1)에는 미세조류의 배양에 필요한 공기 또는 이산화탄소를 공급하는 공급장치가 설치되어 있다. 이들 미세조류 배양장치(1)에는 미세조류에 필요한 공기, 물, 이산화탄소 등을 공급하는 공급장치가 필수적으로 마련되므로, 이에 대한 공급장치에 대해서는 구체적인 설명을 생략하기로 한다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 미세조류 회수장치(10)가 미세조류 배양장치(1)의 상부에 설치된 경우, 미세조류 배양장치(1)에서 배양된 미세조류는 공급관(25)을 통해 미세조류 회수장치(10)로 공급된다.
이렇게 미세조류 회수장치(10)로 공급되는 미세조류는 배양액과 함께 공급되며, 미세조류 회수장치(10)로 공급된 미세조류와 배양액은 미세조류 회수장치(10)에 의해 미세조류와 배양액이 각각 분리되면서 배양액은 미세조류 배양장치(1)로 재투입된다.
상기 미세조류 회수장치(10)의 챔버(20) 내부에는 서로 다른 크기 또는 서로 다른 종류의 기능성 입자(40)가 수용되어 있으므로, 미세조류는 기능성 입자(40) 사이의 공극에 남게 되고, 배양액은 기능성 입자(40) 사이를 통해 하부로 흘러 내리게 된다.
즉, 미세조류는 기능성 입자(40)의 공극 사이에 걸러지게 되고, 액체 상태인 배양액은 기능성 입자(40) 사이를 통과하여 배출관(23)으로 배출되며, 배출관(23)으로 배출된 배양액은 미세조류 배양장치(1)로 투입된다.
한편 기능성 입자(40)에 의해 걸러진 미세조류는 챔버(20)에 설치되어 있는 스크류(24)에 의해 미세조류와 기능성 입자(40)가 함께 배출된다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 미세조류 회수장치에서 수확된 미세조류의 후속 공정을 보인 개략도이고, 도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 미세조류 회수장치에서 성장 완료된 미세조류를 선택적으로 수확된 미세조류의 후속 공정을 보인 개략도이다.
도 4 및 도 5에서와 같이, 미세조류 반응기는 건조, 열수가압, 가스화, 연소 등을 포함하는 열화학적 반응, 혐기소화 및 발효 등을 포함하는 생물학적 공정, 용매 또는 촉매를 통한 반응 또는 추출 공정을 이용하는 기타 공정을 포함하여 미세조류와 기능성 입자를 함께 반응기에 넣어 에너지 또는 고부가 원료를 생산하는 공정에 사용될 수 있다.
도 4는 미세조류 배양기(1)에서 생산된 모든 미세조류를 회수 대상으로 하는 시스템 운영 방식을 나타내며, 도 5는 미세조류 배양기(1)에서 생산된 미세조류 중에 일정 크기 이상으로 성장이 완료된 미세조류를 선택적으로 회수하여 후속 이용 공정에 활용하고, 성장 중인 일정 크기 이하의 미세조류는 다시 미세조류 배양기(1)에 공급하여 일정 크기까지 성장시키는 형태의 시스템 운영 방식을 나타낸다.
도 5에서와 같이, 미세조류 배양 중간에 성장이 끝난 미세조류를 지속적으로 회수(또는 수확)할 경우 미세조류 배양기(1)에서 미세조류의 성장 속도를 크게 증진시킬 수 있다.
한편 도 4 및 도 5에서와 같이, 미세조류 반응기에서 활용 가능한 미세조류 이용방법은 다양하지만, 지질 함량이 높고, 일정 수준의 함수율을 가진 미세조류의 이용에 보다 적합한 이용방법의 하나로, 열수가압반응을 들 수 있다.
열수가압반응을 이용하게 되면, 함수율이 높은 미세조류는 별도의 건조 과정 없이 이온화 반응을 촉진시키는 고온, 고압의 조건에서 형성된 열수에 의해 유기물을 용액으로 가용화시켜 바이오 에너지로의 전환 효율을 극대화시킬 수 있게 된다.
미세조류 반응기는 다양한 전환 공정을 조합하여 사용할 수 있다. 예를 들어 열수가압반응과 가스화 또는 연소 반응을 함께 이용할 수 있으며, 이 경우 열수가압반응을 통해 생산된 액상 및 기상 물질은 고액분리 과정을 거쳐 연료 및 유용 물질로 이용하고, 고체 상태인 고상 반응믈(미세조류)과 기능성 입자는 가스화기 또는 연소기에 들어가서 고상 반응물은 반응을 통해 합성가스 또는 연소가스로 변환되고, 기능성 입자는 남아 미세조류 회수장치에 재공급될 수 있다.
고온에서 반응할 수 있는 활성탄 및 바이오 촤와 같은 기능성 입자를 사용할 경우, 열화학적(열분해, 가스화, 연소) 반응에서 촉매와 같은 역할을 하여 미세조류 이용 공정의 반응률을 높일 수 있게 된다.
상기 기능성 입자가 일정량 이상의 미세조류를 회수하게 되면, 기능성 입자와 미세조류를 함께 후속 반응공정에 투입하여 이용하게 된다. 글라스 비드, 모래 등 비반응성 입자의 경우 후속 공정에서 열화학적, 생물학적 반응을 통해 미세조류가 이용되는 동안 해당 반응과 관계없이 비반응 상태로 존재하게 되고, 후속 공정을 통해 미세조류 이용이 끝나면 다시 미세조류 회수공정에 재투입 되어 활용된다. 즉, 기능성 입자는 후속공정에서 분리되어 회수장치(10)에 재투입 되어 재생된다.
활성탄, 바이오 촤 등 반응성 입자를 이용해 미세조류를 회수할 경우, 주로 건조, 열분해, 가스화, 연소 등 열화학적 반응을 통해 미세조류를 이용하는 후속 공정에서 반응성 입자도 미세조류와 함께 반응에 참여하여 바이오 연료를 생산하는 원료로 이용되게 된다. 이 경우에도 미세조류가 완전히 소진되었지만, 기능성 입자가 남아있는 경우 잔류 기능성 입자를 다시 미세조류 회수에 활용된다.
이와 같이 도 4 내지 도 5에서와 같이, 기능성 입자(40)에 남아있는 미세조류는 미세조류 이용 공정에 해당되는 유용물질 추출 및 에너지화 과정에서 남은 기능성 입자(40)를 미세조류 회수장치(10)에 투입시켜 재사용할 수 있게 된다.
<제2 실시 예>
도 6은 본 발명의 바람직한 제2 실시 예에 따른 기능성 입자를 이용한 미세조류 회수장치의 구성도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 미세조류 회수장치(10)는 챔버(20) 및 메시(30)는 동일하므로, 이에 대한 구체적인 설명을 생략하기로 한다.
본 발명의 제2 실시 예에 따른 기능성 입자(40)는 글라스 비드, 모래, 세라믹 볼, 활성탄, 바이오 촤 등을 사용할 수 있으며, 그 크기는 미세조류의 종류에 따라 달리 선택하여 이용할 수 있다.
아울러 이들 기능성 입자는 서로 혼합하여 사용할 수 있음은 물론이다.
또한 기능성 입자층에 미세조류가 보다 균일하게 분포된 상태로 회수하기 위하여 챔버(20)에 기능성 입자(40, 41, 42)를 회수 과정 중간에 간헐적으로 공급할 수 있으며, 미세조류 회수장치(10)의 기능성 입자층에 미세조류가 균일하게 분포되어 걸러지지 않을 경우, 회수장치(10) 내에 교반기(미도시) 등의 기계적 장치를 이용하여 미세조류가 기능성 입자에 균일하게 분포된 상태로 회수될 수 있도록 운전할 수 있다.
상기 기능성 입자(40)는 보다 작은 입자의 미세조류를 필터링 할 수 있도록 상기 메시(30)의 상면에 일정 높이로 수용되는 하층 기능성 입자(41)와 상기 하층 기능성 입자(41)의 상면에 일정 높이로 수용되는 상층 기능성 입자(42)를 포함한다.
상기 하층 기능성 입자(41)는 상층 기능성 입자(42)보다 작은 크기로 이루어지며, 보다 작은 크기의 미세조류를 필터링 할 수 있도록 한다.
또한 상층 기능성 입자(42)는 하층 기능성 입자(41)보다 큰 크기로 이루어지며, 보다 큰 크기의 미세조류를 필터링 할 수 있도록 한다.
즉, 배양액과 함께 공급되는 미세조류는 입자가 큰 상층 기능성 입자(42)에 의해 입자가 큰 미세조류를 1차로 걸러주게 되며, 상층 기능성 입자(42)를 통과한 보다 작은 크기의 미세조류는 하층 기능성 입자(41)에 의해 2차로 걸러지게 된다.
이와 같이 서로 다른 크기를 갖는 미세조류는 기능성 입자와 함께 스크류(24)에 의해 배출되는데, 하층 기능성 입자(41)에 의해 걸러진 미세조류와 상층 기능성 입자(42)에 의해 걸러진 미세조류를 각각 별도로 구분되게 배출될 수 있다.
상기 하층 기능성 입자(41)에 의해 걸러진 미세조류는 미세조류 배양장치(1)에 투입되어 미세조류를 보다 큰 크기로 성장시킬 수 있다. 한편 상층 기능성 입자(42)에 의해 걸러진 미세조류는 열수가압반응기, 화학공정반응기, 생물학적 반응기로 투입되어 에너지, 바이오디젤 등의 에너지로 얻어지게 된다.
또한 고액분리기에서 얻어진 액체는 유용물질 회수장치에 투입되어 의약품, 식품 원료 등으로 사용될 수 있게 된다.
한편 기능성 입자의 크기를 제어하여 적절한 크기 이하의 미세조류는 회수장치(10)를 그냥 통과하도록 할 수 있으며, 이 경우 미세조류 배양장치(1)에서 모든 미세조류가 적정 크기 이상으로 성장하기 전인 배양 중간 과정에서 이미 성장한 미세조류만을 선택해 연속적으로 회수함에 따라 미세조류 배양장치(1)의 배양 효율을 극대화할 수 있다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
10: 미세조류 회수장치 20: 챔버
21: 배출밸브 22: 진공펌프
23: 배출관 24: 스크류
25: 공급관 26: 개폐밸브
27: 압력 게이지 30: 메시
40: 기능성 입자 41: 하층 기능성 입자
42: 상층 기능성 입자

Claims (9)

  1. 열 또는 화학적 반응을 하지 않는 복수의 입자들로 구성되고, 상기 입자와 입자 사이에 공극을 가지고 있어서 미세조류를 포함하는 배양액이 상기 공극을 통과하는 경우 미세조류는 통과시키지 않고 배양액만 통과시키는 기능성 입자;
    상기 기능성 입자를 내부에 수용할 수 있는 챔버;
    상기 챔버의 하부에 설치되어 배양액을 배출시키는 배출밸브;
    상기 챔버의 내부에 상기 배출밸브와 이격된 거리를 형성하며 장착되고 상기 기능성 입자를 지지하는 메시;
    상기 챔버의 측면에 설치되되 적어도 상기 메시가 상기 챔버에 장착된 위치보다 상부에 위치하며 상기 기능성 입자와 기능성 입자에 부착된 미세조류를 배출시키는 스크류; 및
    상기 스크류에 의하여 이동된 상기 기능성 입자와 기능성 입자에 부착된 미세조류를 분리하는 반응기
    를 포함하며,
    상기 기능성 입자는 상기 반응기에서 미세조류와 분리된 후 챔버로 공급되어 다시 사용할 수 있는 것을 특징으로 하는 미세조류 회수장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 챔버는 상기 메시에 점착된 배양액의 분리 또는 상기 기능성 입자에 묻은 배양액이 신속하게 배출되도록 상기 챔버를 진공 상태로 전환시키는 진공펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 기능성 입자를 이용한 미세조류 회수장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 챔버에는 배양된 미세조류를 투입할 수 있는 공급관을 포함하는 것을 특징으로 하는 기능성 입자를 이용한 미세조류 회수장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 공급관에는 배양된 미세조류의 투입량을 조절 및 상기 챔버가 진공으로 전환되도록 개폐 가능하게 설치되는 개폐밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 기능성 입자를 이용한 미세조류 회수장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 기능성 입자는 글라스 비드, 모래, 세라믹 볼, 활성탄, 바이오 촤 또는 상기 기능성 입자의 혼합물 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 기능성 입자를 이용한 미세조류 회수장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 기능성 입자는 미세조류의 종류 또는 이용 공정에 따라 100㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 기능성 입자를 이용한 미세조류 회수장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 기능성 입자는 상기 챔버의 내부 하층에 미세 부유물이 여과되도록 수용되는 하층 기능성 입자;
    상기 하층 기능성 입자의 상측에 거친 부유물이 여과되도록 수용되는 상층 기능성 입자;를 포함하는 것을 특징으로 하는 기능성 입자를 이용한 미세조류 회수장치.
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