KR101881213B1 - 조류 제거용 무선 수면 부유체 및 이의 운전 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 조류 제거용 무선 수면 부유체 및 이의 운전 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 태양전지 모듈, 위치항법시스템(GPS), 무선 송신기/수신기가 구비된 수면 상부체; 수면 하부체; 및 상기 상부체와 하부체를 결합하고, 수면 방향으로 UV광을 방출하는 UV 광원 및 상기 UV 광원에서 방출되는 광을 수면과 평행하도록 유도하는 광 도파관이 구비된 연결체;를 포함함으로써, 생태계의 교란 및 파괴없이 수면을 집중적으로 선택하여 효율적으로 조류를 제거함과 동시에 넓은 범위의 조류 발생지역을 손쉬운 방법으로 제거할 수 있는 조류 제거용 무선 수면 부유체 및 이의 운전 방법에 관한 것이다.

Description

조류 제거용 무선 수면 부유체 및 이의 운전 방법 {Wireless Surface Floating Bodies for Removing Algae and Operation Method thereof}
본 발명은 호소 및 강 등의 수면을 부유하면서 조류를 제거할 수 있는 조류 제거용 무선 수면 부유체 및 이의 운전 방법에 관한 것이다.
최근 환경문제의 하나로서 수질오염이 제기되고 있으며, 이에 따라 수질의 독성을 측정하는 방법에 관한 관심이 높아지고 있다.
일반적으로 하천에서는 영양염류의 유입으로 인한 조류의 번성은 직접적으로는 큰 문제가 되지 않고 용존산소량의 결핍이 문제가 된다.
그와 반면 호소는 하천과는 달리 수체의 정체로 인한 조류의 과잉 번성이라는 부영양화가 큰 문제가 되고 있다.
호소가 생성된 초기에는 영양염류의 농도가 낮고 수계 내의 생산과 소비가 균형을 이루어 빈영양상태를 유지하나, 시간이 지남에 따라 영양염류의 농도가 점차로 증가하고 호소의 생산성이 높아짐에 따라 부영양화 과정을 겪게 된다.
부영양화는 탄소(C), 질소(N), 인(P)과 같이 조류의 번식에 영양분이 될 물질들이 호소에 축적될 때 일어나는 현상이다. 이러한 영양염류는 삼림지대에 있는 부식물, 농경지에 사용되는 비료, 축산물의 분료, 합성세제 뿐만 아니라 가정하수와 공장폐수에 포함되어 있다.
이와 같이 유역 내의 인간활동이 활발한 호소는 자연의 상태보다 빠른 속도로 부영양화된다. 다양한 형태로 영양염류가 계속 호소로 유입되어 호소의 자정능력을 넘게 되면 점차로 수질오염 현상이 일어나며, 이 과정은 저수지의 성층현상에 의해 더욱 촉진된다. 유기오염물질은 분해 제거된다 하더라도 수중 미생물의 번식에 영양소가 될 무기물은 축적될 수 있기 때문이다.
이와 같이, 조류의 발생은 조류가 발생하는 조건 주요 영양염류인 질소(N), 인(P)과 온도조건 등 알맞은 환경조건이 될 때 일시에 많은 양이 번식되어 수중에 용존산소를 고갈시켜 수생태계를 교란하게 되는 악영향이 발생된다.
종래의 조류 제거방법으로는 조류를 파괴 치사시키는 화학약품 살포법과, 초음파로 처리하는 초음파 처리법, 오존(O3)을 이용하는 오존 처리법, 바이오콘트롤(Bio-control)법 등이 있다.
종래에는 조류 제거를 위한 염소 또는 오존처리법에서는 염소 소독의 경우 발암성 소독 부산물을 유발시키며, 오존의 경우 이취미 물질 제거에는 효과가 있으나 조류가 대량으로 발생되면 제거에 한계가 있으며 설치 유지비가 너무 비싸고 효과에 지속성이 없다는 단점이 있다.
조류 발생시 황토를 살포하여 제거하는 방법은 조류와 함께 응집 침전됨으로서 제거하는 방법이 주류를 이루었으나, 이러한 방법은 호소(湖沼) 바닥에 그대로 침전이 되기 때문에 향후에 다시 부영양화 물질인 인(P)이 용출되어 향후에 조류발생을 일으킬 수 있는 잠재적 원인이 그대로 존재하여 조류가 재발생하는 문제가 있다.
특히, 조류는 자체적으로 부상하려는 특성과 표면전하의 반발작용 및 세포표면의 친수성 때문에 종래의 침전공정으로는 완벽한 처리가 어렵다는 문제점을 가지고 있다
일례로, 한국등록특허 제1,570,120호의 경우 초음파를 이용하여 녹조를 제거하는 기술을 나타내고 있으나, 이 역시 초음파가 설치된 특정 지역에만 국한되고, 넓은 면적을 대상으로는 적용이 어렵다는 단점을 가지고 있다.
본 발명은 상기한 문제를 개선하기 위한 것으로, 생태계의 교란 및 파괴없이 수면을 집중적으로 선택하여 효율적으로 조류를 제거함과 동시에 넓은 범위의 조류 발생지역을 손쉬운 방법으로 제거할 수 있는 무선 수면 부유체를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 태양전지 모듈, 위치항법시스템(GPS), 무선 송신기/수신기가 구비된 수면 상부체; 수면 하부체; 및 상기 상부체와 하부체를 결합하고, 수면 방향으로 UV광을 방출하는 UV 광원 및 상기 UV 광원에서 방출되는 광을 수면과 평행하도록 유도하는 광 도파관이 구비된 연결체;를 포함하는 것임을 특징으로 하는 조류 제거용 무선 수면 부유체를 제공한다.
또한, 본 발명은 GPS 좌표에 의해 특정된 조류 제거 영역에서 제거 작업을 수행하고, 지정된 GPS 좌표로 이동하여 로봇이 수거되는 것을 특징으로 하는 조류 제거용 무선 수면 부유체의 운전방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 GPS 좌표에 의해 특정된 조류 제거 영역에서 제거 작업을 수행하고, 수거수단에서 방출되는 특정 주파수를 수신하여 상기 수거수단 주위 또는 수거수단의 이동 경로를 따라 이동하는 것을 특징으로 하는 조류 제거용 무선 수면 부유체의 운전방법을 제공한다.
본 발명의 조류 제거용 무선 수면 부유체는 수면과 평행한 방향으로 UV광을 방출하여 조류가 서식하지 않는 물속이 아니라 집중적으로 서식하는 물의 표면에서 조류를 제거함으로써, UV광에 의한 생태계의 교란 및 파괴없이 효율적으로 조류를 제거할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명의 조류 제거용 무선 수면 부유체는 GPS 좌표 및 무선 송/수신기 등이 구비되어 로봇의 위치 이동 및 상기 이동 경로의 제어가 가능하므로 광대한 범위에서도 로봇 운전이 용이한 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 조류 제거용 무선 수면 부유체의 일례를 나타낸 것이다.
본 발명에 따른 무선 수면 부유체는 부유하면서 수면과 평행하게 UV광을 방출하여 상기 UV광에 의해 수면에 집중적으로 발생되는 조류를 집중적으로 제거할 수 있다. 상기 로봇은 폐쇄된 연못, 하천, 저수지, 호수 등 조류에 의한 녹조 발생이 가능한 지역에 사용할 수 있다.
상기 무선 수면 부유체는 구체적으로 태양전지 모듈, 위치항법시스템(GPS), 무선 송신기/수신기가 구비된 수면 상부체; 수면 하부체; 및 상기 상부체와 하부체를 결합하고, 수면 방향으로 UV광을 방출하는 UV 광원 및 상기 UV 광원에서 방출되는 광을 수면과 평행하도록 유도하는 광 도파관이 구비된 연결체;를 포함하도록 구성된다.
수면 상부체, 수면 하부체 및 연결체의 형상은 특별히 한정하지 않으며, 물에 대한 저항성 등을 고려하면 그 단면이 원형인 것이 바람직하다.
또한, 상기 상부체, 하부체 및 연결체는 물에 부유 가능한 소재로 형성된 것이 바람직하며, 구체적으로 폴리에틸렌, 우레탄 등의 합성수지, 바람직하기로는 발포 합성수지를 사용하는 것이 좋다.
수면 상부체는 태양광에 의해 전력을 생산할 수 있는 태양전지 모듈, 로봇의 위치를 설정하기 위한 위치항법시스템(GPS), 로봇의 작동 상태 및 위치를 확인하기 위한 무선 송신기/수신기가 구비된다.
상기 태양전지 모듈, 위치항법시스템(GPS) 및 무선 송신기/수신기는 상기와 같은 역할을 수행할 수 있는 것이면 특별히 한정하지 않으며 시판되는 상품을 사용할 수 있다.
또한 수면 상부체에 태양전지 모듈, 위치항법시스템(GPS) 및 무선 송신기/수신기의 배치는 상기 역할을 효율적으로 할 수 있는 부분이면 특별히 한정하지 않으며, 태양전지 모듈은 태양광과의 접촉면적을 확보하기 위해 수면 상부체의 표면에 구비되는 것이 바람직하다.
연결체는 수면 상부체와 하부체를 연결하며 로봇의 부유 시 광이 수면에서 방출되도록 하는 위치에 UV 광원이 구비된다.
상기 UV 광원은 조류 제거 효율을 고려하면 135 내지 400 nm 범위의 광을 방출하는 것이 바람직하고, 조류 제거 및 조류에 의한 녹조 부산물(마이크로시스틴, 지오스민, 2-MIB) 제거를 고려하면 UV-C LED인 보다 바람직하다.
본 발명에 따른 무선 수면 부유체는 수생태계의 교란 및 파괴없이 조류 및 조류에 의해 발생된 녹조 부산물을 효율적으로 제거하기 위하여 이들이 집중적으로 발생되는 수면에만 UV 광을 방출한다.
이에 상기 수면과 평행한 방향으로 UV 광의 방출을 유도하기 위하여, 광도파로를 구비한다. 구체적으로 광원에서 방출된 광은 바로 광도파로를 통과하여 수면과 평행한 방향으로 출사되도록 유도한다. 상기 광도파로는 광이 수면과 평행한 방향으로 방출되도록 유도할 수 있고, 로봇의 부유에 영향을 주지 않는 것이면 그 구조 및 소재 등은 특별히 한정하지 않는다.
또한, 상기 연결체는 그 직경이 수면 상부체의 직경 이하 범위이거나, 수면 상부체와 수면 하부체의 중심부에 연결체가 위치하도록 하거나, 수면의 수직방향을 중심축으로 회전 가능하도록 하면 UV광과 수면의 접촉시간을 증가되어 보다 효율적으로 조류를 제거할 수 있다. 상기 연결체가 회전 가능하도록 하는 경우에는 연결체 내부에 구동 모터 등 당 분야에서 일반적으로 사용되는 요소가 구비될 수 있다.
수면 하부체는 로봇의 구동에 요구되는 전력을 공급하는 전력 공급부가 구비될 수 있다. 구체적으로 수면 상부체의 위치항법시스템(GPS), 무선 송신기/수신기, 연결체의 UV 광원, 프로펠러 등 전력이 요구되는 요소에 전력을 공급할 수 있다. 또한, 상기 수면 상부체의 태양전지 모듈에서 얻어진 전력을 상기 전력 공급부에 축전한 후 이를 각 요소에 공급할 수 있다.
상기와 같이, 본 발명의 무선 수면 부유체는 전력을 공급하는 케이블을 접속시킬 필요가 없어 운전시 방해되는 케이블이 없으므로 육상으로부터 이격된 임의의 위치의 수면상에 자유롭게 부유시켜 작동할 수 있다.
상기 전력 공급부는 배터리부일 수 있으며, 상기 배터리부는 전원단자로부터 공급되는 전원이 충전되는 충전배터리와, 상기 충전배터리에 연결된 충전단자를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 수면 하부체는 연결부의 수직방향을 중심축으로 회전하는 프로펠러를 추가로 구비할 수 있다. 상기 프로펠러는 로봇의 일방향으로 이동이 용이하도록 하는 추진체 역할을 한다.
도 1은 본 발명에 따른 조류 제거용 무선 수면 부유체의 일례이다. 구체적으로 수면 상부체(10) 표면에 태양전지 모듈(100)이 구비되고, 상기 태양전지 모듈(100)에 의해 발전된 전력은 수면 하부체(20)의 내부에 내장된 전력 공급부(300)에 저장되도록 전선이 연결된다.
또한, 수면 상부체(10) 내부에는 GPS(101)가 내장되어 특정 좌표를 인식할 수 있고, 상기 별도로 특정 주파수를 인식할 수 있는 무선 수신기(102)와 로봇 각각에 차별화된 주파수를 외부로 방출하여 로봇의 위치를 알릴 수 있는 무선 송신기(102)가 구비된다.
또한, 수면 하부체(30)는 전력 공급부(300)에 의해 구동될 수 있는 프로펠러가 구비될 수 있다.
본 발명에 따른 상기 조류 제거용 무선 수면 부유체를 이용한 운전 방법은 구체적으로 GPS 좌표에 의해 특정된 조류 제거 영역에서 제거 작업을 수행하고, 지정된 GPS 좌표로 이동하여 로봇이 수거된다.
또 다른 운전 방법은, GPS 좌표에 의해 특정된 조류 제거 영역에서 제거 작업을 수행하고, 수거수단에서 방출되는 특정 주파수를 수신하여 상기 수거수단 주위 또는 수거수단의 이동 경로를 따라 이동한다.
이때, 상기 로봇은 조류 제거 영역에서 제거 작업 수행 시 위치 및 작동 상태를 일정 간격으로 송신하여 영역 이탈 및 오작동 여부를 확인한다.
10 : 수면 상부체
100 : 태양전지 모듈
101 : 위치항법시스템(GPS)
102 : 무선 송신기/수신기
20 : 연결체
200 : UV 광원
30 : 수면 하부체
300 : 전력 공급부
301 : 프로펠러

Claims (13)

  1. 태양전지 모듈, 위치항법시스템(GPS), 무선 송신기/수신가가 구비된 수면 상부체 ;
    상기 상부체와 직경이 동일한 수면 하부체 ; 및
    상기 상부체와 하부체의 중심부를 결합하고, 상부체의 직경 및 하부체의 직경 대비 상대적으로 직경이 작으며, UV 광원을 포함하는 연결체 ;
    상기 연결체의 UV 광원에서 방출되는 광이 상부체와 하부체의 사이에 있는 물에 평행하도록 수면방향으로 방출되도록 광도파관이 있는 것을 특징으로 하는 조류 제거용 무선 수면 부유체.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 UV 광원은 135 내지 400 nm 범위의 광을 방출하는 것임을 특징으로 하는 조류 제거용 무선 수면 부유체.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 UV 광원은 UV-C LED인 것임을 특징으로 하는 조류 제거용 무선 수면 부유체.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 상부체, 하부체 및 연결체는 물에 부유 가능한 소재로 이루어진 것임을 특징으로 하는 조류 제거용 무선 수면 부유체.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 수면 하부체는 배터리로 구성된 전력공급부가 구비된 것을 특징으로 하는 조류 제거용 무선 수면 부유체.
  7. 삭제
  8. 청구항 6에 있어서, 상기 전력공급부는 전원단자로부터 공급되는 전원이 충전되는 충전배터리와, 상기 충전배터리에 연결된 충전단자를 포함하는 것임을 특징으로 하는 조류 제거용 무선 수면 부유체.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 하부체는 연결부의 수직방향을 중심축으로 회전하는 프로펠러를 추가로 구비한 것임을 특징으로 하는 조류 제거용 무선 수면 부유체.
  10. 청구항 1에 있어서, 상기 연결체는 수면의 수직방향을 중심축으로 회전 가능한 것임을 특징으로 하는 조류 제거용 무선 수면 부유체.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
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