KR101953843B1 - 광물 파쇄보조제를 이용한 세포파쇄방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 대량의 세포체를 기계적 방법으로 파쇄시키는 세포파쇄방법에 관한 것으로, 보다 상세히는 광물을 입자화하여 파쇄보조제로 투입해 대량의 세포체를 파쇄시키는 세포파쇄방법에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 광물 파쇄보조제를 이용한 세포파쇄방법은, 천연광물을 입자화시키는 준비단계;와, 파쇄 대상인 세포체가 포함된 세포액을 침전시키는 침전단계;와, 세포액에서 침전된 세포체를 분리시키는 제1분리단계;와, 천연광물을 제1분리단계를 거쳐 1차분리된 세포액에 천연광물을 투입하여 세포체를 응집시키는 응집단계;와, 응집단계를 거쳐 응집된 세포체를 분리시키는 제2분리단계;와, 제2분리단계를 거쳐 2차분리된 세포액을 비드밀에 투입하여 비드밀을 작동시키는 파쇄단계;와, 비드밀에서 파쇄된 세포체가 포함된 세포액을 배출시키는 완료단계:를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

광물 파쇄보조제를 이용한 세포파쇄방법{Method of cracking the cell wall with crushing supplement of mineral particle}

본 발명은 대량의 세포체를 기계적 방법으로 파쇄시키는 세포파쇄방법에 관한 것으로, 보다 상세히는 광물을 입자화하여 파쇄보조제로 투입해 대량의 세포체를 파쇄시키는 세포파쇄방법에 관한 것이다.

대량의 세포체를 기계적 방법으로 파쇄하는 기술은 녹조 제거, 조류로부터의 오일 채취, 슬러지의 함수율 저감 등에 활용되고 있다.

기계적 세포파쇄방법에는 비드밀 내지 볼밀이 이용되는 것이 일반적이다. 비드밀은 대상 물질을 입자화시키는 분쇄기로 비드 입자들을 이용해 대상 물질을 분쇄한다. 그런데 비드는 일반적으로 수 밀리미터의 크기로 형성되나, 세포체는 수 마이크로밀리미터의 크기여서 비드를 이용해 세포체의 세포막을 효과적으로 파쇄시키는 어렵다.

이러한 문제를 해결하기 위해 종래 '대한민국 등록특허 제10-1616276호' 내지 '대한민국 공개특허 제10-2016-0136625호' 등의 기술들이 제시되어 있다. 그러나 상기 기술들은 알칼리성의 화학물질을 투입하여 세포액의 화학적 성질을 변형시키거나, 원적외선 방사장치 등을 이용하여 비용이 과다하게 발생되는 문제가 있다.

종래의 기계적 세포파쇄방법에 사용된 첨가물 내지 파쇄 보조 장치들은 추가적인 비용 증가 및 환경 오염이 발생되는 문제가 있는 것이다.

(문헌 1) 대한민국 등록특허 제10-1616276호 (문헌 2) 대한민국 공개특허 제10-2016-0136625호

본 발명의 목적은, 대량의 세포체를 기계적 방법으로 파쇄시키는데 있어서 파쇄율이 우수한 세포파쇄방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 목적은, 파쇄보조제로 인해 세포액에 화학적 변화가 발생하지 않는 세포파쇄방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 목적은, 파쇄보조제를 제조 및 사용하는데 있어 비용 및 환경 오염이 저감되는 세포파쇄방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 실시예에 따른 광물 파쇄보조제를 이용한 세포파쇄방법은, 천연광물을 입자화시키는 준비단계;와, 파쇄 대상인 세포체가 포함된 세포액을 침전시키는 침전단계;와, 세포액에서 침전된 세포체를 분리시키는 제1분리단계;와, 천연광물을 제1분리단계를 거쳐 1차분리된 세포액에 천연광물을 투입하여 세포체를 응집시키는 응집단계;와, 응집단계를 거쳐 응집된 세포체를 분리시키는 제2분리단계;와, 제2분리단계를 거쳐 2차분리된 세포액을 비드밀에 투입하여 비드밀을 작동시키는 파쇄단계;와, 비드밀에서 파쇄된 세포체가 포함된 세포액을 배출시키는 완료단계:를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 광물 파쇄보조제를 이용한 세포파쇄방법에 있어, 천연광물은 제오라이트, 카리장석, 일라이트, 벤토나이트 중에서 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 광물 파쇄보조제를 이용한 세포파쇄방법의 비드밀은 어트리션밀인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 광물 파쇄보조제를 이용한 세포파쇄방법의 응집단계의 천연광물의 투입비율은 제1분리단계 이후의 세포액의 질량에 대해 1000~5000ppm인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 광물 파쇄보조제를 이용한 세포파쇄방법의 파쇄단계는, 제2분리단계 이후, 비드밀을 작동시키는 제1파쇄단계;와, 비드밀의 작동을 일시 중지하여 세포액을 안정화시키는 안정화단계;와, 안정화단계 이후, 비드밀을 다시 작동시키는 제2파쇄단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 광물 파쇄보조제를 이용한 세포파쇄방법은, 파쇄율이 우수한 세포파쇄방법을 제공하는 것이 가능하게 된다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 광물 파쇄보조제를 이용한 세포파쇄방법은, 파쇄보조제로 인해 세포액에 화학적 변화가 발생하지 않게 된다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 광물 파쇄보조제를 이용한 세포파쇄방법은, 파쇄보조제를 제조 및 사용하는데 있어 비용 및 환경 오염이 저감되게 된다.

본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광물 파쇄보조제를 이용한 세포파쇄방법의 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 광물 파쇄보조제를 이용한 세포파쇄방법의 응집과정을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 광물 파쇄보조제를 이용한 세포파쇄방법의 파쇄과정을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 광물 파쇄보조제를 이용한 세포파쇄방법을 이용한 미세조류의 오일 채취를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 광물 파쇄보조제를 이용한 세포파쇄방법의 적용 이후에 슬러지를 탈수시킨 함수율을 나타낸다.

본 발명의 추가적인 목적들, 특징들 및 장점들은 다음의 상세한 설명 및 첨부도면으로부터 보다 명료하게 이해될 수 있다.

본 발명의 상세한 설명에 앞서, 본 발명은 다양한 변경을 도모할 수 있고, 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 아래에서 설명되고 도면에 도시된 예시들은 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

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.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 한 개 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 명세서에 기재된 "...부", "...유닛", "...모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광물 파쇄보조제를 이용한 세포파쇄방법의 순서도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 광물 파쇄보조제를 이용한 세포파쇄방법은, 천연광물을 입자화시키는 준비단계(S100)와, 파쇄 대상인 세포체가 포함된 세포액을 침전시키는 침전단계(S200)와, 세포액에서 침전된 세포체를 분리시키는 제1분리단계(S300)와, 천연광물을 제1분리단계를 거쳐 1차분리된 세포액에 천연광물을 투입하여 세포체를 응집시키는 응집단계(S400)와, 응집단계를 거쳐 응집된 세포체를 분리시키는 제2분리단계(S500)와, 제2분리단계를 거쳐 2차분리된 세포액을 비드밀에 투입하여 비드밀을 작동시키는 파쇄단계(S600)와, 비드밀에서 파쇄된 세포체가 포함된 세포액을 배출시키는 완료단계(S700)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 광물 파쇄보조제를 이용한 세포파쇄방법의 파쇄단계는, 제2분리단계 이후, 비드밀을 작동시키는 제1파쇄단계(S610)와, 비드밀의 작동을 일시 중지하여 세포액을 안정화시키는 안정화단계(S620)와, 안정화단계 이후, 비드밀을 다시 작동시키는 제2파쇄단계(S630)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 광물 파쇄보조제를 이용한 세포파쇄방법에 있어, 천연광물은 제오라이트, 카리장석, 일라이트, 벤토나이트 중에서 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 광물 파쇄보조제를 이용한 세포파쇄방법의 비드밀은 어트리션밀인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 광물 파쇄보조제를 이용한 세포파쇄방법의 응집단계의 천연광물의 투입비율은 제1분리단계 이후의 세포액의 질량에 대해 1000~5000ppm인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 광물 파쇄보조제를 이용한 세포파쇄방법은, 세포체를 파쇄시키기 전 침전단계(S200) 및 응집단계(S400)를 통해 파쇄 효율을 증대시킨다.

침전단계(S200)는 파쇄 대상인 세포체가 포함된 세포액을 침전시켜서 액과 세포체를 분리시키는 과정이다. 침전단계(S200) 이후에 제1분리단계(S300)를 통해 세포액에서 세포체를 포함하지 않는 액을 제거시켜서 세포체의 비율을 높여 기계적 파쇄에 더욱 적합한 세포액을 제공할 수 있게 된다.

응집단계(S400)는 본 발명의 실시예에 따른 광물 파쇄보조제를 이용한 세포파쇄방법에서 파쇄보조제로 이용되는 천연광물을 응집제로써 세포액에 투입하여 부유하는 세포체들을 응집시키게 된다. 응집된 세포체들은 제2분리단계(S500)를 통해 액을 제거하여 세포체의 비율을 더욱 높일 수 있다.

응집단계(S400)에서 응집제로 투입되는 천연광물은 세포액의 화학적 성질의 변화를 발생시키지 않고, 환경에도 무해하다. 또한 천연광물을 이용한 무기 응집제는 고분자 응집제 등과 비교해 응집 성능이 떨어지지 않는 것으로 알려져 있다.

응집제로써 투입된 천연광물 입자는 세포액을 응집시키고 남은 잔량의 천연광물 입자나 세포체를 응집시킨 상태의 천연광물 입자가 파쇄단계에서 비드밀의 비드와 함께 작용하여 세포체의 파쇄율을 높이는 파쇄보조제로도 작용하게 된다. 이와 관련된 상세한 설명은 하기에 이어진다.

응집제 및 파쇄보조제로 투입되는 천연광물은 제오라이트, 카리장석, 일라이트, 벤토나이트 중에서 적어도 하나 이상을 포함하는데, 이것은 천연광물 입자의 입상에 기인한다.

비드밀의 비드는 작은 종류가 1~3mm의 직경을 가지고, 제조과정상의 이유로 원형 내지 이와 유사한 형상으로 형성된다. 반면 천연광물 입자는 광물의 파괴에 의해 형성되기 때문에 입상이 원형이 아니고, 입도에 있어서는 세포체에 근접한 입도로 형성될 수 있다.

세포체의 파쇄를 위해 파괴시 파상으로 형성되는 광물을 파쇄보조제로 이용하는 것이 바람직한데, 이러한 광물의 종류로는 층상형 규산염 광물이 포함될 수 있고, 더 바람직하게는 제오라이트 또는 카리장석 또는 일라이트 또는 벤토나이트를 포함할 수 있다. 상기 제시된 광물들은 어느 하나만을 투입시킬 수도 있고 두 가지 이상을 혼합하여 투입시킬 수도 있을 것이다.

또한, 광물을 파쇄하여 천연광물 입자를 제조함에 있어, 천연광물 입자의 입도는 파쇄 대상이 되는 세포체의 크기에 따라 결정될 수 있다. 이를테면 녹조의 한 종류인 클로렐라의 크기는 직경 2~10 마이크로미터인 바, 파쇄 대상이 클로렐라라면 천연광물 입자의 입도는 이와 유사한 범위에서 결정되는 것이 바람직할 것이다.

천연광물의 투입비율은 제1분리단계 이후의 세포액의 질량에 대해 1000~5000ppm인 것이 바람직하다. 이것은 응집제의 일반적인 투입율과 유사하다. 응집제가 세포액의 세포체를 응집시키는 것과 유사하게, 천연광물 입자 또한 세포체에 작용되는 것이기 때문이다.

상기 투입비율보다 적은 양을 투입하는 경우 소정의 파쇄율을 보장받기 어렵고, 많은 양을 투입하는 경우는 과다하게 파쇄보조제를 투입시키는 것이 될 것이다.

파쇄단계(S600)에서 사용되는 비드밀은 어트리션밀일 수 있다. 어트리션밀은 파쇄에 시간이 적게 소모되고 작은 직경의 비드를 적용시킬 수 있는 장점이 있다. 또한, 파쇄단계(S600)는 제1파쇄단계(S610)와 안정화단계(S620)와 제2파쇄단계(S630)를 포함하는 바, 이러한 반복적 파쇄 공정에도 적합하게 된다. 반복적 파쇄 공정과 관련된 보다 상세한 설명은 하기에 이어진다.

파쇄단계(S600)는 제1파쇄단계(S610)와 안정화단계(S620)와 제2파쇄단계(S630)를 포함한다. 세포체는 세포액 상에서 부유하는 상태이므로 세포체는 기본적으로 비드 및 천연광물 입자와 접촉하기 어려운 환경에 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 본 발명의 실시예에 따른 광물 파쇄보조제를 이용한 세포파쇄방법은 침전단계(S200) 및 응집단계(S400)를 통해 세포체의 포함 비율을 증가시켜 세포체가 비드 및 천연광물 입자와 접촉하기 용이하게 하고 있다. 이에 더해 파쇄단계(S600)에서는 비드밀 장치 내에서 세포액이 유동함으로써 세포체가 비드 및 천연광물 입자로부터 이격되는 것을 보정하고자, 제1파쇄단계(S610) 이후 안정화단계(S620)를 통해 세포체의 2차침전 및 2차응집을 유도한 후 제2파쇄단계(S630)를 시행하게 된다.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 광물 파쇄보조제를 이용한 세포파쇄방법은, 세포의 파쇄율은 증대시키는 것이 가능하게 된다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 광물 파쇄보조제를 이용한 세포파쇄방법의 응집과정을 나타낸 도면이다.

도 2에 도시된 응집과정은 응집단계(S400)에서 구현된다. 천연광물 입자(20)가 세포액에 투입되면 천연광물 입자는 세포체(10) 사이에서 응집 매개물로 작용하여 세포체들을 응집시키게 된다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 광물 파쇄보조제를 이용한 세포파쇄방법의 파쇄과정을 나타낸 도면이다.

도 3에 도시된 파쇄과정은 파쇄단계(S600)에서 구현된다. 응집단계(S400)에서 천연광물 입자를 응집 매개물로 하여 응집된 세포체(10) 및 천연광물 입자(20) 및 비드(30)가 비드밀 내부에서 상호 접촉하여 세포체가 파쇄된다.

도 3에 도시된 바와 같이, 비드(30) 입자는 세포체(10)에 비해 과대하고 표면이 곡면으로 형성되어 세포체(10)의 파쇄에 유리하지 않다. 반면 천연광물 입자(20)는 세포체(10)와 유사한 입도와 파상의 입상에 의해 세포체(10)의 파쇄를 원활히 시행할 수 있다.

그리고 천연광물 입자(20)는 응집에 소모되고 남은 잔량이 파쇄보조제로 작용할 수도 있고, 응집된 세포체와 천연광물 입자(20)가 비드밀 내부에서 회전 및 유동하여 응집이 해제되어 분리된 천연광물 입자(20)가 파쇄보조제로 작용하는 것도 가능하다.

비드밀 내부에서의 회전 및 유동이 계속적으로 시행될 경우 세포체(10)와 천연광물 입자(20)가 접촉하는 빈도가 줄어들 가능성이 있으므로, 상기의 설명에서와 같이 안정화단계(S620)를 통해 세포체의 2차침전 및 2차응집을 유도한 후 제2파쇄단계(S630)를 시행하는 것이 바람직하다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 광물 파쇄보조제를 이용한 세포파쇄방법을 이용한 미세조류의 오일 채취를 나타낸다.

본 발명의 실시예에 따른 광물 파쇄보조제를 이용한 세포파쇄방법은, 녹조 제거, 조류로부터의 오일 채취, 슬러지의 함수율 저감 등의 분야에서 활용될 수 있다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 광물 파쇄보조제를 이용한 세포파쇄방법이 조류의 오일채취에 활용된 것을 나타내고 있다.

조류로부터 얻고자 하는 성분은 대부분 녹조의 세포체의 세포막 내부에 있으므로, 세포체의 세포막을 대량으로 파괴하고 파쇄율을 높이는 것은 조류의 오일채취에 매우 효과적이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 광물 파쇄보조제를 이용한 세포파쇄방법의 적용 이후에 슬러지를 탈수시킨 함수율을 나타낸다.

폐기물 등에서 발생되는 슬러지는 탈수과정을 거쳐 고형의 형태로 최종처리하는 것이 바람직하다. 그런데 슬러지는 미생물을 다량 포함하고 있는 바, 미생물 세포체를 파쇄시키는 것은 함수율을 낮추는데 큰 기여를 한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 슬러지를 원심분리기에서 탈수시킨 경우 함수율은 77.21이고, 슬러지를 비드밀에서 분쇄시킨 후 원심분리기에서 탈수시킨 경우 함수율은 73.08이고, 슬러지를 천연광물로 구성된 파쇄보조제를 투입시켜 비드밀에서 분쇄시킨 후 원심분리기에서 탈수시킨 경우 함수율은 62.79이다.

이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 광물 파쇄보조제를 이용한 세포파쇄방법을 통해 폐기물 처리에 있어 슬러지의 함수율을 비약적으로 개선시키는 것이 가능하다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 광물 파쇄보조제를 이용한 세포파쇄방법은, 대량의 세포체를 기계적 방법으로 파쇄시키는데 있어 천연광물 입자를 파쇄보조제로 이용하여 파쇄율이 우수한 세포파쇄방법을 제공하는 것을 기본적인 기술적 사상으로 하고 있음을 알 수 있다.

본 명세서에서 설명되는 실시 예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시 예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10...세포체
20...천연광물 입자
30...비드

Claims (5)

1. 천연광물을 입자화시키는 준비단계;
   파쇄 대상인 세포체가 포함된 세포액을 침전시키는 침전단계;
   상기 세포액에서 침전된 상기 세포체를 분리시키는 제1분리단계;
   상기 천연광물을 상기 제1분리단계를 거쳐 1차분리된 상기 세포액에 상기 천연광물을 투입하여 상기 세포체를 응집시키는 응집단계;
   상기 응집단계를 거쳐 응집된 상기 세포체를 분리시키는 제2분리단계;
   상기 제2분리단계를 거쳐 2차분리된 상기 세포액을 비드밀에 투입하여 비드밀을 작동시키는 파쇄단계; 및
   상기 비드밀에서 파쇄된 상기 세포체가 포함된 상기 세포액을 배출시키는 완료단계:를 포함하고,
   상기 파쇄단계는, 상기 제2분리단계 이후, 상기 비드밀을 작동시키는 제1파쇄단계와, 상기 비드밀의 작동을 일시 중지하여 상기 세포액을 안정화시키는 안정화단계와, 상기 안정화단계 이후, 상기 비드밀을 다시 작동시키는 제2파쇄단계를 포함하고,
   상기 천연광물은 제오라이트, 카리장석, 일라이트, 벤토나이트 중에서 적어도 하나 이상을 포함하고,
   상기 비드밀은 어트리션밀이며,
   상기 응집단계의 상기 천연광물의 투입비율은 상기 제1분리단계 이후의 상기 세포액의 질량에 대해 1000~5000ppm인 것을 특징으로 하는
   광물 파쇄보조제를 이용한 세포파쇄방법.
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