KR101892545B1 - 다공질 흡착제를 이용한 부유식 수생태계 오염저감장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 오염저감장치에 관한 것으로, 수상에 부양하는 부력체와; 수면에 침수되는 케이지로 상기 부력체의 일 부분에 설치되며, 용존 중금속과, 적조 및 녹조 등의 조류와, 유류에 의한 오염 및 부유 물질 등의 오염수를 흡착 제거하는 흡착필터가 수납 구비되는 여과조와; 상기 부력체의 일 부분에 설치되며, 상기 여과조에 의해 여과된 여과수를 강제로 배출하는 양수펌프와; 상기 양수펌프의 작동 전원을 공급하는 전력부를 포함하여 구성되어 금속성 염류 흡착 제거, 조류의 흡착 제거, 이온 농도 조절 등의 탁월한 수질 개선은 물론, 제작 및 유지 비용을 절감하는 다공질 흡착제를 이용한 부유식 수생태계 오염저감장치에 관한 것이다.

Description

다공질 흡착제를 이용한 부유식 수생태계 오염저감장치{Floating device to reduce pollution of aquatic ecosystem by using a porous mineral adsorbent}

본 발명은 오염저감장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 금속성 염류 흡착 제거, 조류의 흡착 제거, 이온 농도 조절 등의 탁월한 수질 개선은 물론, 제작 및 유지 비용을 절감하는 다공질 흡착제를 이용한 부유식 수생태계 오염저감장치에 관한 것이다.

일반적으로, 적조(Red tide)는 플랑크톤의 이상 증식으로 물이 붉게 변색되는 현상을 말한다.

이러한, 원인생물로는 규조와 편모해조류 특히 와편모조류 및 라피드조류 등의 식물성 플랑크톤인 경우가 많으며, 섬모충 등의 동물성 플랑크톤이나 세균 등이 원인인 경우도 있다.

따라서, 원인생물의 차이에 따라 빨간색, 갈색, 황갈색, 초록색 등 여러 색깔을 나타날 수 있으며, 특히, 규조에 의한 액수(厄水), 물때(물꽃) 역시 본질적으로는 같은 현상을 보이는 것은 물론, 청조(靑潮)는 적조와 같은 뜻으로 쓰기도 하지만, 일반적으로는 내만역 밑바닥에 산소가 부족한 물이 수면으로 솟구쳐 오르면서 수면 부근이 황입자 등에 의해 청록색으로부터 유백색으로 변색되는 현상을 가리킨다.

다시 말해, 적조가 되는 플랑크톤의 밀도는 원인생물에 따라 다른데, 일반적으로 10² ~ 10⁶ 세포/mL 정도로 때때로 해양 생물에 큰 피해를 주는데, 그 원인으로는 적조플랑크톤이 아가미를 폐색하는 등의 기계적 장애, 사멸분해시 급격한 산소 소비로 인한 산소 부족(수산피해를 주어 고조라고 함), 적조생물이 생산하는 체내/외 독소에 의한 중독사 등을 들 수 있다.

즉, 독소를 생산하는 플랑크톤에 의해 모시조개 등의 식용조개류가 독화하여 마비성 또는 설사성 식중독을 일으키는 등, 사람에게 직접적인 피해를 초래하기도 한다.

결국, 적조는 주로 연안해역에서 발생하며, 짧게는 수일부터 길게는 수십일 동안 지속되는 것으로 보아 적조의 원인으로는 표층수의 수온이 상승, 폭우/장마 등으로 담수의 유입에 의한 영양염의 급증, 또는 무풍상태가 계속되어 해수의 혼합이 잘 되지 않는 경우 등이 꼽히고 있다.

이와 같이, 우리나라의 경우 7, 8월 장마기간 중 육지의 오염물질이 바다로 대량 유입되면서 바닷물을 부영양화(eutrophication)시키게 되어, 9월부터 적조가 집중 발생하고 있다.

문제가 되는 적조는 수온이 떨어지면 자연 제거되기도 하나, 보편적으로 해양 생물 보호를 위해 인위적인 제거 노력이 이루어지기도 한다.

이러한, 적조 제거를 위한 방법으로는, 대표적으로 황토 살포하여 황토의 미세한 입자가 적조생물에 부착되어 적조생물을 바다 밑으로 가라앉혀 제거하는 방법이 있으나, 황토 살포는 수작업으로 이루어짐으로써 인력과 경비, 시간의 많이 소요되고, 살포된 황토의 미세 입자가 해양 생물, 특히 어류의 아가미에 부착되면서 어류의 집단폐사를 유발할 수 있어 문제된다.

또한, 적조 제거를 위해 제시된 다른 방법으로는 화학물질 살포도 있으나 이는 화학물질에 의한 해양오염을 유발할 수 있고, 심층수를 끌어올려 적조발생 해역의 수온을 떨어뜨리는 방법도 제시되나 적조발생 해역의 범위가 넓을 경우 심층수에 의한 수온 저하 효과는 미미하며, 적조로 인한 독성은 여전히 해수에 남아 해양 생태계에 약 영향을 미친다.

상기한 문제점을 해결하고자, 다양한 특허문헌이 제안되었다.

특허문헌 1은 선박에 설치된 이젝터의 흡입 압력으로 해저층에 쌓여 있는 황토 및 퇴적물을 흡입하고, 흡입된 황토 및 퇴적물은 사이클론에 의해 고액분리되어 고체성분은 선박에 포집되고, 액체성분인 해수는 배출하도록 하되, 상기 이젝터의 작동유체로는 엔진냉각수를 이용하거나 조수기의 진공구동용 해수를 활용하는 등 추가적인 설치비용을 최소화하면서 적조발생원인인 해저퇴적물을 제거하여 적조발생을 억제하는 적조예방을 위한 선박탑재형 해저퇴적물 제거시스템에 관한 것이다.

특허문헌 2는 바닷물의 수면에 잠기도록 선박의 외면에 위치한 전극부와; 상기 전극부에 직류 전원을 공급하는 전원 공급부와; 상기 전원 공급부로부터 상기 전극부에 직류 전원이 공급되어 상기 전극부 주변에 생성된 산화체를 주변에 분산시킴과 동시에 상기 선박을 추진시키는 프로펠러를 포함하여 구성되어, 상기 전극부에 직류 전원을 인가한 상태에서 상기 선박을 운행하면, 자동적으로 프로펠러의 추진력에 따른 유동에 의해 상기 전극부에서 생성된 산화체가 상기 선박의 경로를 따라 주변으로 확산되는 것에 의해 적조를 제거하는 적조 제거 장치를 제공하는 기술이다.

특허문헌 3은 물이 통과할 수 있도록 형성된 망과; 음전극부와, 상기 음전극부와 마주보도록 형성된 양전극부로 형성되고, 상기 망에 고정된 전극부와; 상기 전극부에 전원을 공급하는 전원 공급부를; 포함하여 구성되어, 망에 골고루 분포되어 고정된 상기 다수의 전극부에서의 전기 분해로 산화체를 생성하여, 적조 발생 영역과 보다 넓은 면적이 접촉하도록 함으로써, 세균, 박테리아, 미생물, 적조의 원인이 되는 조류 등을 단시간 내에 사멸시키는 것에 의하여, 조류, 곰팡이, 미생물 등으로부터 양식장 등을 보호할 수 있도록 하는 적조제거장치 및 이를 이용한 적조제거방법을 제공하는 기술이다.

특허문헌 4는 적조 제거 설비를 구비한 선박으로서, 선체에 마련되며 해수를 가압하고 태양열로 가열하여 고온수를 형성시키는 태양열 가열부; 및 적조가 발생한 해역에 고온수를 투입하여 정화 및 살균하는 적조 정화부를 포함하여 제공되는 기술이다.

상기한 특허문헌들에 경우 수질의 개선을 위한 다양한 기술이 적용되는 것을 알 수 있으나, 그 설비 및 규모에 비해 수질 개선 효과가 현저히 낮은 문제점이 있다.

KR 10-0968503 B1 KR 10-0873698 B1 KR 10-0873696 B1 KR 10-2013-0134512 A

상기한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 다공질 광물인 활성장석(活性長石 - 촉매의 반응/촉진 능력을 갖는 규산, 알루미늄, 나트륨, 칼슘, 칼륨, 알칼리 따위로 이루어진 규산염 광물) 및 클리놉틸로라이트(clinoptilolite - 제올라이트의 한 종류. Clinoptilolite-Ca: Al₇Ca₂H₄₈KNa₂O₉₆Si₂₉. 우리나라 영일만에서 산출되는 주요광물의 하나.)를 활용하여 수처리 흡착필터의 제조와 함께 이를 운영하는 부유식으로 오염을 저감하는 기술로 설치 및 운영하여 금속성 염류 흡착 제거, 조류의 흡착 제거, 이온 농도 조절 등의 탁월한 수질 개선은 물론, 제작 및 유지 비용을 절감하는 다공질 흡착제를 이용한 부유식 수생태계 오염저감장치를 제공하는데 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 수상에 부양하는 부력체와; 수면에 침수되는 케이지로 상기 부력체의 일부분에 설치되며, 오염수를 흡착 제거하는 흡착필터가 수납 구비되는 여과조와; 상기 부력체의 일부분에 설치되며, 상기 여과조에 의해 여과된 여과수를 강제로 배출하는 양수펌프와; 상기 양수펌프의 작동 전원을 공급하는 전력부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 다공질 흡착제를 이용한 부유식 수생태계 오염저감장치를 제공한다.

그리고, 상기 여과조는 오염수가 상기 흡착필터를 통과할 수 있도록 상단에 오염수의 유입부를 하단에 여과수의 수용부를 형성하고, 상기 양수펌프의 양수파이프 연결되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 구성된 본 발명을 제공함으로써, 금속염류 및 중금속 흡착 제거와 더불어, 녹조, 적조, 규조 등 최대한 많은 조류를 흡착 제거할 수 있고, 수소 이온의 농도를 적절히 조절이 가능하며, 단순한 구조를 통해 탁월한 여과 기능은 물론, 이에 따른 수질 개선에 효과적이고, 기존에 적조를 저감하고자 하는 장치에 비해 제작 및 유지 비용을 현저하게 절감할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 다공질 흡착제를 이용한 부유식 수생태계 오염저감장치를 나타내는 실시예 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 다공질 흡착제를 이용한 부유식 수생태계 오염저감장치를 나타내는 다른 실시예 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 다공질 흡착제를 이용한 부유식 수생태계 오염저감장치의 다른 실시예 구성을 나타내는 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 다공질 흡착제를 이용한 부유식 수생태계 오염저감장치의 다른 실시예 구성을 통한 사용상태 측면도.
도 5는 본 발명에 따른 다공질 흡착제를 이용한 부유식 수생태계 오염저감장치의 전체 구성을 나타내는 블럭도.

이하, 본 발명에 대하여 동일한 기술분야에 속하는 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 첨부도면을 참조하여 바람직한 실시 예를 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명의 다공질 흡착제를 이용한 부유식 수생태계 오염저감장치(100)는 도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 수상에 부양하는 부력체(110)를 갖는다.

이하, 본 발명의 다공질 흡착제를 이용한 부유식 수생태계 오염저감장치(100)를 설명의 편의성을 위해 오염저감장치(100)로 칭하도록 한다.

상기 부력체(110)는 선박 또는 간이선착장에 사용되는 조립식 구조물 등으로 본 발명에 사용되는 여과조의 중량을 견딜 수 있는 적정 부력을 갖는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 부력체(110)의 일 부분에는 상부가 개방되어 수면에 침수되는 케이지 형상으로 용존 중금속과, 적조 및 녹조 등의 조류와, 유류에 의한 오염 및 부유 물질 등의 오염수를 흡착 제거하는 흡착필터(121)가 수납 구비되는 여과조(120)가 설치된다.

이때, 상기 흡착필터(121)는 필터 물질, 몰타르 및 미세 기포가 혼합된 혼합물을 금형 또는 사출 성형하여 형성될 수 있다. 필터 물질은 양이온 치환 능력을 갖는 다공질의 활성장석과 클리놉틸로라이트 분말을 포함할 수 있다.
다시 말해, 상기 흡착필터(121)는 양이온 치환 능력을 갖는 다공질의 활성장석과 클리놉틸로라이트 분말을 포함하는 필터 물질을 포함하여 혼합된 것으로 칩 형상으로 갖는 것이 바람직하다.

실시 예에서, 필터 물질은 활성장석과 클리놉틸로라이트 분말을 포함할 수 있다.

그리고, 상기 흡착필터(121)에 경우 펠렛, 블록, 패널 등의 계량단위를 갖는 다양한 칩 형상으로 형성되어 오염수의 접촉면적을 최대한 넓게 가질 수 있게 형성되는 것이 바람직하며, 수명이 다된 흡착필터(121)를 교체하고자 할 때 상기 여과조(120)을 부력체(110)로부터 분리하여 교체 방식을 도입하는 것이 바람직하다.

한편, 도 3 내지 도 4에 의하면, 상기 부력체(110)의 일 부분에는 상기 여과조(120)에 의해 여과된 여과수를 강제로 배출하는 양수펌프(130)가 설치된다.

그리고, 도 1에 의하면, 오염저감장치(100)는 상기 양수펌프(130)의 작동 전원을 공급하는 전력부(140)를 포함할 수 있다. 오염저감장치(100)는 솔라셀(141) 및 축전지(143)를 포함할 수 있다.

실시 예에서, 전력부(140)는 솔라셀(141)에서 생성된 전기에너지를 축전지(143)에 효율적으로 충전하고, 양수펌프(130)에 전원을 공급할 있도록 단일 형태의 독립된 구성으로 제공될 수 있다.

여기서, 상기 전력부(140)는 기본적으로 상용전원이 충전된 축전지(143)를 사용하고 있으며, 필요시에 따라 근처 부두나 선박에 정박하여 콘센트연결을 통해 충전을 수행하고, 장기간 사용을 위해 솔라셀(141) 또는 풍력발전 등의 자연환경을 이용한 발전장치를 통해 전력을 생산하여 상기 축전지(143)에 저장하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 여과조(120)는 오염수가 상기 흡착필터(121)를 통과할 수 있도록 상단에 오염수의 유입부(123)를 하단에 여과수의 수용부(125)를 형성할 수 있다.
다시 말해, 여과조(120)의 유입부(123)는 흡착 필터(121)를 기준으로 상측에 위치되고, 여과조(120)의 수용부는 흡착 필터(121)를 기준으로 하측에 위치될 수 있다.
도 3에 의하면, 상기 여과조(120)는 상단 부분이 개방된 케이지로 제공될 수 있다. 상기 여과조(120) 내에 구비된 상기 흡착필터(121)를 기준으로 상기 흡착필터(121)의 상측에 위치된 유입부(123)와, 흡착필터(121)의 하측에 위치되는 수용부(125)를 포함할 수 있다. 여과조(120)의 상단 부분이 개방됨으로써, 유입부(123)는 그의 상단 부분이 개방될 수 있다. 이에 따라, 유입부(123)의 개방된 상단 부분을 통해 오염수가 유입될 수 있다. 수용부(125)는 흡착필터(121)를 통과한 여과수를 폐쇄적으로 수용할 수 있다.
한편, 상기 양수펌프(130)에는 상기 여과조(120)의 흡착필터(121)를 통해 여과된 여과수를 상기 양수펌프(130)의 안내하는 양수파이프(131)가 관 이음으로 연결 설치되며, 양수파이프(131)의 일단은 양수펌프(130)와 연결되고, 양수파이프(131)의 타단은 흡착필터(121)보다 아래에 위치될 수 있다.

삭제

그리고, 상기 양수파이프(131)의 일부분에는 여과수의 오염도를 감지하는 오염센서(133)가 설치되고, 상기 양수펌프(130)로부터 상기 여과조(120)로 양수된 여과수를 되돌려 안내하는 리턴파이프(137)가 더 연결된다.

이때, 상기 양수펌프(130)의 내부에는 상기 오염센서(133)의 감지 신호에 따라 상기 제어부(150)의 제어를 통해 상기 양수파이프(131)를 통해 양수된 여과수를 상기 리턴파이프(137)로 이동 변경하는 리턴밸브(135)가 더 구비된다.

즉, 상기 오염센서(133)가 양수되는 여과수의 오염도를 감지하여 오염도가 낮을 경우 상기 양수펌프(130)를 통해 정상적으로 토출하고, 오염도가 높을 경우 상기 리턴밸브(135)를 방향전환을 통해 양수된 여과수를 리턴파이프(137)로 돌려 보내도록 구성되는 것이 바람직하다.

그리고, 리턴파이프(137)에서 토출된 여과수는 여과조 또는 바다로 유입될 수 있다. 실시예에서, 리턴 파이프(137)에서 토출된 여과수는 여과조 내로 유입될 수 있다. 리턴파이프(137)의 일단은 양수펌프(130)와 연결되고, 리턴파이프(137)의 타단은 흡착필터(121)보다 위에 위치될 수 있다.

또한, 본 발명의 오염저감장치(100)는 부유식으로 수상에 부양 설치되며, 외부 유출구를 방향을 조절하여 일정 위치에 고정, 회전, 유영이 가능하며 닻을 이용하여 정박할 수 있다.

이때, 상기 부력체(110)의 어느 한 부분에는 중앙제어센터에서 제공하는 오염위치와 상기 오염센서(133)를 통한 해당 위치에서 측정된 오염도 수치를 송수신하는 송수신기(160)와; 상기 송수신기(160)의 신호를 통해 중앙제어센터가 요구하는 오염위치에 무인으로 이동 가능하도록 상기 전력부(140)의 공급전원을 통해 구동하는 구동모터(171)와 구동력에 의해 상기 부력체(110)를 추진 이동시키는 추진터빈(173)을 갖는 동력부(170)가 더 구비된다.

이는 중앙제어센터의 통제 하에 선박 사고 또는 급속한 해양 오염이 발생하였을 경우 곳곳에 흩어져 있던 본 발명의 오염저감장치(100)를 이동시켜 오염위치를 집중적으로 정화할 수 있다.

그리고, 도 2에 의하면, 오염수의 여과 후 여과조(120)의 하부에 여과수를 양수하여 외부로 강제 배출함으로써, 상기 여과조(120)의 상측의 유입부(123)를 통해 오염수가 유입되고, 상기 흡착필터(121)를 통과하면서 오염물질을 흡착으로 필터링 하는 방식으로 하부에 여과수가 수용된다.

상기 여과조(120)에 설치되는 흡착필터(121)는 오염 정도가 심해질 시 분리하여 세척 또는 교환이 가능하도록 여과조(120)와 분리된 구조를 갖는 것이 바람직하다.

따라서, 본 발명의 오염저감장치(100)를 양식장(10)에 인접으로 구비/설치한 상태에서 오염저감장치(100)를 작동시켜 상기 양수펌프(130)를 통해 강제 배출되는 여과수를 양식장(10)으로 배출하여 양식하는 어류/폐류에 여과된 청정수를 제공할 수 있다.

도 5에 의하면, 본 발명의 오염저감장치(100)는 오염센서(133)의 신호와 송수신기(160)의 신호를 제어부(150)가 전력부(140)의 전원을 통해 동력부(170)와 양수펌프(130)를 구동 및 작동시켜 수상 또는 해양에 부유이동과 오염수 정화를 복합적으로 수행할 수 있다.

이상에 설명을 통해 구성되는 본 발명을 제공하면, 금속염류 및 중금속 흡착 제거와 더불어, 녹조, 적조, 규조 등 최대한 많은 조류를 흡착 제거할 수 있고, 수소 이온의 농도를 적절히 조절이 가능하며, 단순한 구조를 통해 탁월한 여과 기능은 물론, 이에 따른 수질 개선에 효과적이고, 기존에 적조를 저감하고자 하는 장치에 비해 제작 및 유지 비용을 현저하게 절감하는 효과를 기대한다.

이상에 설명한 본 명세서 및 청구범위에 사용되는 용어 및 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 본 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 도면 및 실시 예에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것이 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

10: 양식장
100: 오염저감장치
110: 부력체
120: 여과조
121: 흡착필터
123: 유입부
125: 수용부
130: 양수펌프
131: 양수파이프
133: 오염센서
135: 리턴밸브
137: 리턴파이프
140: 전력부
141: 솔라셀
143: 축전지
150: 제어부
160: 송수신기
170: 동력부
171: 구동모터
173: 추진터빈

Claims (5)

1. 수상에 부양하는 부력체(110)와;
   수면에 침수되는 케이지로 상기 부력체(110)의 일 부분에 설치되며, 오염수를 흡착 제거하는 흡착필터(121)가 수납 구비되는 여과조(120)와;
   상기 부력체(110)의 일 부분에 설치되며, 상기 여과조(120)의 하측에 연결된 양수파이프(131)를 따라 상기 흡착필터(121)를 통과한 여과수를 강제로 배출하는 양수펌프(130)와;
   상기 양수펌프(130)의 작동 전원을 공급하는 전력부(140)와;
   상기 부력체(110)의 어느 한 부분에 구비되어 상기 양수펌프(130)의 작동 및 전력부(140)의 전원제어를 수행하는 제어부(150)를 포함하여 구성되며,
   상기 여과조(120)는 상기 흡착필터(121)의 상측에 위치되며 그의 상단 부분이 개방되어 오염수가 유입되는 유입부(123), 상기 흡착필터(121)의 하측에 위치되며 상기 흡착필터(121)를 통과한 여과수를 폐쇄적으로 수용하는 수용부(125)를 포함하고,
   상기 양수 파이프(131)는 그의 일단이 양수펌프(130)와 연결되고, 그의 타단은 상기 수용부(125)에 위치되며,
   상기 흡착필터(121)는 양이온 치환 능력을 갖는 다공질의 활성장석과 클리놉틸로라이트 분말을 포함하는 필터 물질, 몰타르 및 미세 기포가 혼합된 혼합물을 사출 성형을 통해 칩 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 다공질 흡착제를 이용한 부유식 수생태계 오염저감장치.
   
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 양수파이프(131)의 일부분에 설치되어 여과수의 오염도를 감지하는 오염센서(133)와;
   상기 양수펌프(130)로부터 상기 여과조(120)로 양수된 여과수를 상기 유입부(123)로 되돌려 안내하는 리턴파이프(137)와;
   상기 양수펌프(130)의 내부에 설치되어 상기 오염센서(133)의 감지 신호에 따라 상기 제어부(150)의 제어를 통해 상기 양수파이프(131)를 통해 양수된 여과수를 상기 리턴파이프(137)로 이동 변경하는 리턴밸브(135)를 포함하는 것을 특징으로 하는 다공질 흡착제를 이용한 부유식 수생태계 오염저감장치.
   
4. 삭제
5. 삭제

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