KR102295303B1 - 온라인 모니터링 장치를 이용한 미세조류 배양장치 및 미세조류 배양방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 온라인 모니터링 장치를 이용한 미세조류 배양장치 및 미세조류 배양방법에 관한 것으로, 고밀도 배양이 가능한 미세조류 균주를 활용하면서 광생물반응기와 온라인 모니터링 장치를 통하여 미세조류를 배양할 수 있는 온라인 모니터링 장치를 이용한 미세조류 배양장치 및 미세조류 배양방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 온라인 모니터링 장치를 이용한 미세조류 배양장치 및 미세조류 배양방법은, 하수와 질소가 혼합된 배양액(10)이 대류될 수 있도록 하는 안내판(110)이 하부에 구비되면서, 태양광이 내부로 흡수될 수 있도록 투명하게 형성되는 광생물반응기(100); 및 상기 광생물반응기(100) 내부에 배치되어 미세조류 배양 데이터를 수집하는 센서(210)와 연결되면서 상기 광생물반응기(100)의 외부에 배치되어 수집된 데이터 정보를 외부에서 확인할 수 있도록 하는 모니터부(200);를 포함한다.
본 발명에 따른 온라인 모니터링 장치를 이용한 미세조류 배양장치 및 미세조류 배양방법은, 하수와 질소가 혼합된 배양액(10)이 대류될 수 있도록 하는 안내판(110)이 하부에 구비되면서, 태양광이 내부로 흡수될 수 있도록 투명하게 형성되는 광생물반응기(100); 및 상기 광생물반응기(100) 내부에 배치되어 미세조류 배양 데이터를 수집하는 센서(210)와 연결되면서 상기 광생물반응기(100)의 외부에 배치되어 수집된 데이터 정보를 외부에서 확인할 수 있도록 하는 모니터부(200);를 포함한다.
Description
본 발명은 온라인 모니터링 장치를 이용한 미세조류 배양장치 및 미세조류 배양방법에 관한 것으로, 고밀도 배양이 가능한 미세조류 균주를 활용하면서 광생물반응기와 온라인 모니터링 장치를 통하여 미세조류를 배양할 수 있는 온라인 모니터링 장치를 이용한 미세조류 배양장치 및 미세조류 배양방법에 관한 것이다.
수중에 존재하는 미세조류 분포를 연속적으로 측정하는 것은 수중 미세조류에 의한 일차 산물의 비율과 그의 환경요인에의 의존도를 정성적으로 측정하기 위한 전제조건이다.
또한 수중 미세조류의 모니터링은 수서생태 시스템의 비 이상적 또는 억압 상태(예를 들어 algal blooms, toxicsubstances, oxygen deficit 등)를 초기에 확인하는데 편리하게 이용될 수 있다.
수중 생태계에서의 미세조류 분포를 검정하는 현재의 방법들은 종종 수서 생태계에서의 수중 미세조류의 역할을 완전하게 이해하는데 필요하게 되는 시간적, 공간적인 분해능이 부족하다. 일정량의 시료 채취와 얻어지는 최종분석결과 사이에서 소요되는 전형적인 시간 차이로 인해 대부분의 경우 관리나 모니터링 업무에 사용되기 힘들다.
최근에는, 미세조류를 활용하여 바이오디젤을 생산하기 위한 연구들이 수행되어 왔으며, 바이오디젤 생산단가를 낮추기 위한 노력들이 중점적으로 이루어져 왔다.
그러나, 미세조류의 저비용, 고밀도 배양을 위해 하폐수를 활용하고, 인건비 등의 비용을 줄이는 방법은 어려운 문제점이 있었다.
그리고, 미세조류를 활용하여 바이오디젤을 생산하기 위해서는 미세조류의 고밀도 배양이 필요로 하였지만 이러한 고밀도 배양은 기술적인 어려움이 있는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명에 따른 온라인 모니터링 장치를 이용한 미세조류 배양장치 및 미세조류 배양방법은, 태양광을 에너지로 하여 하폐수를 활용하면서 미세조류 균주를 통해 미세조류 고밀도 배양을 할 수 있도록 하는 온라인 모니터링 장치를 이용한 미세조류 배양장치 및 미세조류 배양방법을 제공하는데 목적이 있다.
미세조류 고밀도 배양을 시행하는 과정에서 온라인 모니터링 장치를 통해 미세조류 배양이 원활하게 이루어질 수 있도록 관찰 및 제어할 수 있는 온라인 모니터링 장치를 이용한 미세조류 배양장치 및 미세조류 배양방법을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명에 따른 온라인 모니터링 장치를 이용한 미세조류 배양장치 및 미세조류 배양방법은, 하수와 질소가 혼합된 배양액(10)이 대류될 수 있도록 하는 안내판(110)이 하부에 구비되면서, 태양광이 내부로 흡수될 수 있도록 투명하게 형성되는 광생물반응기(100); 및 상기 광생물반응기(100) 내부에 배치되어 미세조류 배양 데이터를 수집하는 센서(210)와 연결되면서 상기 광생물반응기(100)의 외부에 배치되어 수집된 데이터 정보를 외부에서 확인할 수 있도록 하는 모니터부(200);를 포함한다.
상기 광생물반응기(100)는, 상기 광생물반응기(100)의 내부에서 외부로 연결배치되어 상기 배양액(10)을 냉각시키면서 배양액(10)의 온도를 제어하는 냉각제어기(150)와, 상기 광생물반응기(100)의 내부에서 외부로 연결배치되어 상기 배양액(10)에 이산화탄소가 포함된 공기를 공급하고 공기가 순환되도록 하는 공기순환기(160)를 포함한다.
상기 센서(210)는, 온도센서와, ｐＨ센서, 암모니아성 질소 센서, ＳＳ센서가 포함된다.
상기 센서(210)를 통해 수집하는 데이터 인자가 부유물질(ＳＳ), 온도, ｐＨ, 암모니아성 질소이고, 상기 센서(210)를 통해 수집된 데이터 인자정보를 관리 서버에 송신하여 저장한 후 모니터부(200)를 통해 표시할 수 있는 무선통신수단(250)을 포함한다.
상기 광생물반응기(100)의 외면에는, 태양광이 내부로 흡수되는 것을 보조하는 열흡수면(120)이 포함된다.
또한 본 발명은 본 발명에 따른 온라인 모니터링 장치를 이용한 미세조류 배양장치를 이용하여 미세조류를 옥외 배양하는 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 온라인 모니터링 장치를 이용한 미세조류 배양장치 및 미세조류 배양방법은, 태양광과 하폐수를 활용하면서도 고밀도의 미세조류 배양을 함으로써 그에 따른 비용을 절감할 수 있는 경제적 효과가 있다.
본 발명에 따른 온라인 모니터링 장치를 이용한 미세조류 배양장치 및 미세조류 배양방법은, 온라인 모니터링 장치를 사용하여 고밀도의 미세조류 배양이 이루어질 수 있도록 함으로써, 인건비를 절감하면서도 원활하게 미세조류 배양을 할 수 있는 기술적 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 온라인 모니터링 장치를 이용한 미세조류 배양장치 를 나타내는 개념도이다.
도 2는 본 발명에 따른 온라인 모니터링 장치를 이용한 미세조류 배양장치의 실시 예를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2의 측면을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 광생물반응기를 이용하여 실내 배양실험을 통해 시간에 따른 배양액 건조중량을 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 광생물반응기를 이용하여 실내 배양실험을 통해 시간에 따른 배양액 내 총질소 농도를 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 광생물반응기를 이용하여 실내 배양실험을 통해 시간에 따른 배양액 내 암모니아성 질소 농도를 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 광생물반응기를 이용하여 실내 배양실험을 통해 시간에 따른 배양액 내 총 인의 농도를 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 광생물반응기를 이용하여 실내 배양실험을 통해 시간에 따른 배양액 수온 및 pH를 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명의 광생물반응기를 이용하여 실내 배양실험 모니터링 결과를 나타낸 것으로, 시간에 따른 배양액 수온 및 pH를 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 10은 본 발명의 광생물반응기를 이용하여 실내 배양실험 모니터링 결과를 나타낸 것으로, 시간에 따른 부유물질(SS, suspended solid)의 양을 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 11은 본 발명의 광생물반응기를 이용하여 실내 배양실험 모니터링 결과를 나타낸 것으로, 시간에 따른 암모니아성 질소를 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 12는 본 발명의 광생물반응기를 이용하여 실내 배양실험 모니터링을 통해 측정값 대 모니터링 값의 환산 수식을 나타낸 것으로서, 배양액 내 바이오매스 농도 측정 결과를 나타낸 것이다.
도 13은 본 발명의 광생물반응기를 이용하여 실내 배양실험 모니터링을 통해 측정값 대 모니터링 값의 환산 수식을 나타낸 것으로서, 배양액 내 건조중량을 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 14는 본 발명의 광생물반응기를 이용하여 실내 배양실험 모니터링을 통해 측정값 대 모니터링 값의 환산 수식을 나타낸 것으로서, 배양액 내 암모니아성 질소 농도를 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 15는 도 14는 본 발명의 광생물반응기를 이용하여 실내 배양실험 모니터링을 통해 측정값 대 모니터링 값의 환산 수식을 나타낸 것으로서, 배양액 내 암모니아성 질소 농도를 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 16은 본 발명의 광생물반응기를 이용하여 옥외 배양실험을 통해 시간에 따른 배양액 건조중량을 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 17은 본 발명의 광생물반응기를 이용하여 옥외 배양실험을 통해 시간에 따른 배양액 내 총질소 농도를 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 18은 본 발명의 광생물반응기를 이용하여 옥외 배양실험을 통해 시간에 따른 배양액 내 암모니아성 질소 농도를 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 19는 본 발명의 광생물반응기를 이용하여 옥외 배양실험을 통해 시간에 따른 배양액 내 총 인의 농도를 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 20은 본 발명의 광생물반응기를 이용하여 옥외 배양실험을 통해 시간에 따른 배양액의 pH를 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 21은 본 발명의 광생물반응기를 이용하여 옥외 배양실험 모니터링 결과를 나타낸 것으로, 시간에 따른 배양액 수온 및 pH를 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 22는 본 발명의 광생물반응기를 이용하여 옥외 배양실험 모니터링 결과를 나타낸 것으로, 시간에 따른 부유물질(SS, suspended solid)의 양을 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 23은 본 발명의 광생물반응기를 이용하여 옥외 배양실험 모니터링 결과를 나타낸 것으로, 시간에 따른 암모니아성 질소를 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 24는 본 발명의 광생물반응기를 이용하여 옥외 배양실험 모니터링을 통해 측정값 대 모니터링 값의 환산 수식을 나타낸 것으로서, 배양액 내 바이오매스 농도 측정 결과를 나타낸 것이다.
도 25는 본 발명의 광생물반응기를 이용하여 옥외 배양실험 모니터링을 통해 측정값 대 모니터링 값의 환산 수식을 나타낸 것으로서, 배양액 내 바이오매스 농도 측정 결과를 나타낸 것이다.
도 26은 본 발명의 광생물반응기를 이용하여 옥외 배양실험 모니터링을 통해 측정값 대 모니터링 값의 환산 수식을 나타낸 것으로서, 배양액 내 암모니아성 질소 농도 측정 수식을 나타낸 것이다.
도 27은 본 발명의 광생물반응기를 이용하여 옥외 배양실험 모니터링을 통해 측정값 대 모니터링 값의 환산 수식을 나타낸 것으로서, 배양액 내 암모니아성 질소 농도 측정 결과를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 온라인 모니터링 장치를 이용한 미세조류 배양장치의 실시 예를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2의 측면을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 광생물반응기를 이용하여 실내 배양실험을 통해 시간에 따른 배양액 건조중량을 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 광생물반응기를 이용하여 실내 배양실험을 통해 시간에 따른 배양액 내 총질소 농도를 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 광생물반응기를 이용하여 실내 배양실험을 통해 시간에 따른 배양액 내 암모니아성 질소 농도를 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 광생물반응기를 이용하여 실내 배양실험을 통해 시간에 따른 배양액 내 총 인의 농도를 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 광생물반응기를 이용하여 실내 배양실험을 통해 시간에 따른 배양액 수온 및 pH를 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명의 광생물반응기를 이용하여 실내 배양실험 모니터링 결과를 나타낸 것으로, 시간에 따른 배양액 수온 및 pH를 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 10은 본 발명의 광생물반응기를 이용하여 실내 배양실험 모니터링 결과를 나타낸 것으로, 시간에 따른 부유물질(SS, suspended solid)의 양을 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 11은 본 발명의 광생물반응기를 이용하여 실내 배양실험 모니터링 결과를 나타낸 것으로, 시간에 따른 암모니아성 질소를 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 12는 본 발명의 광생물반응기를 이용하여 실내 배양실험 모니터링을 통해 측정값 대 모니터링 값의 환산 수식을 나타낸 것으로서, 배양액 내 바이오매스 농도 측정 결과를 나타낸 것이다.
도 13은 본 발명의 광생물반응기를 이용하여 실내 배양실험 모니터링을 통해 측정값 대 모니터링 값의 환산 수식을 나타낸 것으로서, 배양액 내 건조중량을 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 14는 본 발명의 광생물반응기를 이용하여 실내 배양실험 모니터링을 통해 측정값 대 모니터링 값의 환산 수식을 나타낸 것으로서, 배양액 내 암모니아성 질소 농도를 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 15는 도 14는 본 발명의 광생물반응기를 이용하여 실내 배양실험 모니터링을 통해 측정값 대 모니터링 값의 환산 수식을 나타낸 것으로서, 배양액 내 암모니아성 질소 농도를 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 16은 본 발명의 광생물반응기를 이용하여 옥외 배양실험을 통해 시간에 따른 배양액 건조중량을 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 17은 본 발명의 광생물반응기를 이용하여 옥외 배양실험을 통해 시간에 따른 배양액 내 총질소 농도를 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 18은 본 발명의 광생물반응기를 이용하여 옥외 배양실험을 통해 시간에 따른 배양액 내 암모니아성 질소 농도를 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 19는 본 발명의 광생물반응기를 이용하여 옥외 배양실험을 통해 시간에 따른 배양액 내 총 인의 농도를 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 20은 본 발명의 광생물반응기를 이용하여 옥외 배양실험을 통해 시간에 따른 배양액의 pH를 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 21은 본 발명의 광생물반응기를 이용하여 옥외 배양실험 모니터링 결과를 나타낸 것으로, 시간에 따른 배양액 수온 및 pH를 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 22는 본 발명의 광생물반응기를 이용하여 옥외 배양실험 모니터링 결과를 나타낸 것으로, 시간에 따른 부유물질(SS, suspended solid)의 양을 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 23은 본 발명의 광생물반응기를 이용하여 옥외 배양실험 모니터링 결과를 나타낸 것으로, 시간에 따른 암모니아성 질소를 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 24는 본 발명의 광생물반응기를 이용하여 옥외 배양실험 모니터링을 통해 측정값 대 모니터링 값의 환산 수식을 나타낸 것으로서, 배양액 내 바이오매스 농도 측정 결과를 나타낸 것이다.
도 25는 본 발명의 광생물반응기를 이용하여 옥외 배양실험 모니터링을 통해 측정값 대 모니터링 값의 환산 수식을 나타낸 것으로서, 배양액 내 바이오매스 농도 측정 결과를 나타낸 것이다.
도 26은 본 발명의 광생물반응기를 이용하여 옥외 배양실험 모니터링을 통해 측정값 대 모니터링 값의 환산 수식을 나타낸 것으로서, 배양액 내 암모니아성 질소 농도 측정 수식을 나타낸 것이다.
도 27은 본 발명의 광생물반응기를 이용하여 옥외 배양실험 모니터링을 통해 측정값 대 모니터링 값의 환산 수식을 나타낸 것으로서, 배양액 내 암모니아성 질소 농도 측정 결과를 나타낸 것이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시 예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시 예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시 예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시 예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시 예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭하며, 길이 및 면적, 두께 등과 그 형태는 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시 예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
이하의 상세한 설명에서는, 일 예로 고밀도 배양이 가능한 미세조류 균주를 활용하면서 온라인 모니터링 장치를 통하여 미세조류를 배양할 수 있는 온라인 모니터링 장치를 이용한 미세조류 배양장치 및 미세조류 배양방법 [특히, 모니터부 ]의 기술적 구성을 동일하게 적용할 수 있음은 물론이라 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 온라인 모니터링 장치를 이용한 미세조류 배양장치 를 나타내는 개념도이다.
도 1을 살펴보면, 본 발명에 따른 온라인 모니터링 장치를 이용한 미세조류 배양장치는, 하수와 질소가 혼합된 배양액(10)이 내부에 충진되는 광생물반응기(100)와, 상기 배양액(10)의 데이터 정보를 외부에서 확인하는 모니터부(200)를 포함한다.
이러한 상기 광생물반응기(100)와 모니터부(200)를 통해서 고밀도 배양이 가능한 미세조류 균주와 하수, 액비 혼합액을 미세조류 배양액으로 이용하여 바이오디젤 생산을 할 수 있게 된다.
여기서, 상기 광생물반응기(100)는 투명한 아크릴로 이루어져, 태양광이 원활하게 상기 광생물반응기(100)의 내부로 유입될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
그리고, 바이오디젤의 생산 단가를 낮추고, 인력을 최소화하기 위해서 상기 광생물반응기(100)와 연결되는 모니터부(200)를 설치하여 외부에서 상기 모니터부(200)를 통해 광생물반응기(100) 내부의 데이터 정보를 저장 및 확인할 수 있게 된다.
상기 광생물반응기(100)는, 실외에 구비되어 태양광을 광원으로 사용할 수 있고, 하수와 액비 혼합액을 사용할 수 있기 때문에 배양액 제조비용 및 배양수 비용을 최소화할 수 있게 된다.
이를 위해, 상기 광생물반응기(100)의 내부에는 미세조류 균주와 하수, 액비 혼합액인 배양액(10)이 충진되게 되고, 상기 배양액(10)은 하수에 질소가 혼합될 수 있다.
그리고, 상기 광생물반응기(100)는, 상기 광생물반응기(100)의 하부에 배치되어 상기 배양액(10)이 대류될 수 있도록 하는 안내판(110)이 포함될 수 있다.
더불어, 상기 광생물반응기(100)는, 상기 광생물반응기(100)의 내부에서 외부로 연결배치되어 상기 배양액(10)을 냉각시키면서 배양액(10)의 온도를 제어하는 냉각제어기(150)와, 상기 광생물반응기(100)의 내부에서 외부로 연결배치되어 상기 배양액(10)에 이산화탄소가 포함된 공기를 공급하고 공기가 순환되도록 하는 공기순환기(160)를 포함할 수 있다.
이때, 상기 안내판(110)은, 상기 광생물반응기(100)의 하부에서 경사각을 갖으며 형성되어 상기 배양액(10)이 온도에 의해 대류시, 그 유동 흐름을 안내하는 역할을 담당하게 된다.
즉, 상기 냉각제어기(150)를 통해 상기 상기 광생물반응기(100) 내부의 배양액(10)의 온도를 냉각시킴으로써 태양복사열로 인해 상승한 배양액(10)의 온도를 설정된 온도로 냉각하여 유지시킬 수 있도록 하게 되는 것이다.
또한, 상기 순환기(160)는, 총 100% 중량부를 기준으로 2%의 이산화탄소와 98%의 공기로 이루어진 혼합공기를 상기 광생물반응기(100)의 배양액(10)에 공급하고 순환되도록 하여, 상기 배양액(10)에 이산화탄소량이 일정하게 유지될 수 있도록 하는 역할을 담당하게 된다.
한편, 상기 모니터부(200)는, 상기 광생물반응기(100) 내부에 배치되어 미세조류 배양 데이터를 수집하는 센서(210)와 연결되면서 상기 광생물반응기(100)의 외부에 배치되어 수집된 데이터 정보를 외부에서 확인할 수 있도록 하는 역할을 담당하게 된다.
이를 위해, 상기 모니터부(200)는, 상기 광생물반응기(100)의 내부에 배치되는 다수 개의 센서(210)와, 상기 센서(210)를 통해 수집된 데이터 인자정보를 관리 서버에 송신하여 저장한 후 모니터부(200)를 통해 표시할 수 있는 무선통신수단(250)을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 센서(210)는, 온도센서와, ｐＨ센서, 암모니아성 질소 센서, 부유물질(SS, suspended solid)센서가 사용될 수 있다.
즉, 상기 모니터부(200)는, 상기 센서(210)를 통해 수집하는 데이터 인자가 부유물질(ＳＳ), 온도, ｐＨ, 암모니아성 질소이기 때문에, 다수 개의 상기 센서(210)를 통해 각각의 데이터 인자를 정확하게 수집한 후 상기 모니터부(200)를 통해 문자 및 음향으로 표시할 수 있게 된다.
상기 모니터부(200)는, 상기 센서(210)로부터 실시간으로 전송되는 미세조류 배양 데이터 수집 및 저장확인을 통해 미세조류 상태를 원활하게 확인하여 배양액(10)의 배양과정에서 발생 되는 문제들에 신속하게 대처할 수 있게 된다.
그리고, 상기 센서(210)를 포함하는 모니터부(200)를 통해 상기 배양액(10)의 상태를 확인하기 위해서는, 배양액(10)의 시료를 채취한 후, ｐＨ, 수은, 건조중량, 질소 농도, 암모니아성 질소 농도, 인 농도, 지방산 함량 분석을 할 수 있게 된다.
상기 배양액(10) 내의 질소 성분의 고갈 시점부터 지질의 체내 축적속도가 증가하기 시작하기 때문에, 하수와 액비 혼합 배양액(10)의 대부분을 차지하는 암모니아성 질소 농도 변화의 확인을 통해서 배양액(10) 내 질소 고갈 시기를 실시간으로 확인할 수 있는 것이다.
결과적으로, 상기 센서(210)를 포함하는 모니터부(200)를 통해상기 배양액(10) 내의 부유물질 농도 측정을 통해 미세조류 바이오매스 농도를 확인함으로써 최적 수확기를 결정할 수 있게 된다.
또한, 상기 무선통신수단(250)은, 상기 센서(210)를 통해 상기 모니터부(200)에 제공되는 정보가 실험실 등의 관리 서버에 송신되어 저장될 수 있도록 하고, 그 관리 서버 등에서 다양한 정보를 제공받을 수 있도록 한 후, 상기 모니터부(200)를 통해 문자로 표시되거나 음향으로 재생할 수 있도록 할 수 있다.
즉, 상기 무선통신수단(250)을 통하여, 상기 배양액(10)의 데이터 정보와 상태 정보가 실시간으로 실험실 등의 관리 서버에 제공되어 저장될 수 있고, 그 정보는 상기 모니터부(200)를 통해 표시될 수 있는 것이다.
상기 배양액(10)의 데이터 정보와 상태 정보는 상기 무선통신수단(250)을 통하여, 실험실 등의 관리서버에 제공되어 저장된 후, 사용자의 필요에 따라 상기 모니터부(200)를 통해 반복 재생됨으로써, 상기 배양액(10)의 데이터 정보 및 상태 정보를 사용자가 원하는 시간에 간편하게 확인할 수 있게 된다.
도 2는 본 발명에 따른 온라인 모니터링 장치를 이용한 미세조류 배양장치의 실시 예를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2의 측면을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하여, 도 2 및 도 3을 살펴보면, 상기에 언급된 바와 같이, 본 발명에 따른 온라인 모니터링 장치를 이용한 미세조류 배양장치는, 하수와 질소가 혼합된 배양액(10)이 내부에 충진되는 광생물반응기(100)와, 상기 배양액(10)의 데이터 정보를 외부에서 확인하는 모니터부(200)를 포함한다.
그리고, 상기 광생물반응기(100)의 하부에는, 하수와 질소가 혼합된 배양액(10)이 대류될 수 있도록 하는 안내판(110)이 구비될 수 있다.
상기 안내판(110)은, 상기 광생물반응기(100)의 하부에서 경사각을 갖으며 형성되어 상기 배양액(10)이 온도에 의해 대류시, 그 유동 흐름을 안내하는 역할을 담당하게 된다.
여기서, 상기 광생물반응기(100)는, 10ℓ의 배양액(10)이 유입될 경우, 길이방향으로 40㎝, 폭방향으로 4 내지 6㎝, 높이가 60㎝를 형성할 수 있다.
상기 광생물반응기(100)는, 100ℓ의 배양액(10)이 유입될 경우, 길이방향으로 100㎝, 폭방향으로 10 내지 15㎝, 높이가 120㎝를 형성할 수 있다.
즉, 상기 광생물반응기(100)는 장방형으로 형성되어 폭이 짧고 길이가 길게 형성되며, 그 길이보다 높이가 높게 형성되는 것이 바람직하다.
특히, 상기 광생물반응기(100)에는, 상기 광생물반응기(100)의 외면에 구비되어 태양광이 내부로 흡수되는 것을 보조하는 열흡수면(120)이 포함될 수 있다.
이러한 상기 광생물반응기(100)는, 투명한 아크릴 또는 유리로 이루어져 태양광이 상기 광생물반응기(100) 내부로 원활하게 흡수되도록 할 수 있다.
더불어, 상기 광생물반응기(100)는, 상기 열흡수면(120)을 통해 더많은 태양광이 광생물반응기(100) 내부로 흡수되어, 그 태양광을 활용할 수 있도록 할 수 있게 된다.
이러한, 상기 열흡수면(120)은, 상기 광생물반응기(100) 내부로 태양광을 원활하게 흡수하기 위하여, 상기 광생물반응기(100)의 외측면에 그물 형태로 형성되는 열 전도성이 높은 금속 또는 태양광 흡수가 잘되는 검은색의 합성수지 필름이 사용될 수 있다.
즉, 상기 열흡수면(120)은, 상기 광생물반응기(100)의 외면에 배치되어 태양광이 상기 광생물반응기(100)의 내부로 원활하게 흡수될 수 있도록 보조하는 역할을 담당하게 된다.
더불어, 상기 열흡수면(120)은, 사용자의 필요에 따라 상기 광생물반응기(100)의 외부에서 점착제 또는 볼트 등을 이용하여 탈착 가능하게 배치될 수 있게 된다.
이러한 구성을 통하여, 태양광과 하폐수를 활용하면서도 고밀도의 미세조류 배양을 함으로써 그에 따른 비용을 절감할 수 있는 장점을 얻을 수 있게 된다.
또한, 온라인 모니터링 장치를 사용하여 고밀도의 미세조류 배양이 이루어질 수 있도록 함으로써, 인건비를 절감하면서도 원활하게 미세조류 배양을 할 수 있는 장점을 얻을 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 장치를 사용하여 배양할 수 있는 미세조류로는 마이크래티니엄 이너멈 NLP-F014(Micractinium inermum NLP-F014)이 바람직하며, 상기 미세조류는 본 발명자들이 최초 동정한 신규 미세조류로서, “마이크래티니엄 이너멈(Micractinium inermum) NLP-F014”로 명명하였고, 한국생명공학연구원 미생물자원센터 기관에 2013년 9월 24일자로 균주 기탁하여 기탁번호 KCTC 12491BP를 부여받았으며, 상기 미생물에 대해서는 출원번호 10-2013-0134449로 출원하였고, 상기 출원서를 본 발명의 참고자료로 사용한다.
본 발명에서 고안된 온라인 모니터링 장치를 사용하여 미세조류를 옥외 배양하는 구체적인 방법과 결과들에 대해서는 하기 실시예에서 설명한다.
<
실시예
1>
광생물반응기를
이용한 실내배양으로 미세조류 배양 성능 분석
본 발명자들은 본 발명에서 제조한 온라인 모니터링 장치를 이용한 미세조류의 옥외 배양에 앞서 광생물반응기가 갖는 미세조류 배양 성능을 실내배양 실험으로 확인하였다. 배양 성능은 회분식 배양을 통해 최대 바이오매스 농도를 측정함으로서 평가하였다. 이와 동시에 배양액 내 미세조류의 상태를 모니터링 인자들을 통해서 확인이 가능한지 여부를 알아보기 위하여 온라인 모니터링 장치의 성능을 테스트했다. 온라인 모니터링 인자는 부유물질(SS, suspended solid), 온도, pH, 암모니아성 질소(NH3-N)다.
실험조건은 10 L 용량 광생물반응기에 하수와 액비를 질소 농도 100 mg-N/L가 되도록 혼합한 배양액 10 L를 주입하고, 200 μmol/m2/s의 광도(light intensity)로 24시간 연속 인공광을 조사하였으며, 25℃의 수온, 2% CO2(98% air + 2% CO2)를 0.5 vvm(4 L/min)의 산기 유량으로 연속 공급하면서 미세조류 Micractinium inermum NLP-F014를 OD730 0.2(약 70 mg/L)가 되도록 식종하여 배양하였다. 실험에 사용한 반응기는 총 2개로 1번 반응기(R-1)에 온라인 모니터링 장치를 삽입하였다.
11일 동안의 회분배양 실험 결과, 배양 11일차 미세조류 농도(도 4)는 약 4.3 g/L로 0.8 L 용량 컬럼형 광생물반응기에서 얻을 수 있는 미세조류 농도(약 5.6 g/L)의 약 80% 수준인 것으로 나타났다. 이것은 10 L 용량 광생물반응기에서 미세조류 Micractinium inermum NLP-F014의 최적 배양이 가능함을 의미한다. 배양액 내 총질소와 총인 농도(도 5 및 도 7)는 3일 이내에 미세조류에 의해 제거되고 이후 일정 농도를 유지하였다. 암모니아성 질소 농도(도 6)는 배양액 내 총질소 농도의 대부분을 차지하고 있으며, 제거 경향도 총질소 농도와 유사하게 3일 이내에 대부분이 제거되었다. 온라인 모니터링 인자들은 온도와 pH 값(도 9)이 측정값(도 8)과 유사하였다. 부유물질과 암모니아성 질소(도 10, 도 11)는 시간에 따른 값의 변화 경향이 건조중량과 암모니아성 질소 실측값(각각 도 4, 도 6)의 변화 경향과 유사하였으며 모니터링 프로그램 내부에 저장되어 있는 센서 수식의 수정(각각 표 1, 도 12, 표 2 및 도 14)을 통해서 실측값을 대변할 수 있었다(각각 도 13, 도 15).
하기에서 표 1은 실내 측정 배양 결과, 측정값 대 모니터링 값을 배양액 내 바이오매스 농도로 분석한 결과를 나타낸 것이고, 표 2는 측정값 vs 모니터링 값을 배양액 내 암모니아성 질소 농도로 분석한 결과를 나타낸 것이다.
<
실시예
2> 본 발명의 온라인
모니터링
장치를 이용한 옥외배양으로 미세조류 배양 성능 분석
옥외배양 조건에서 10 L 용량 광생물반응기의 최대 성능을 평가하였고, 동시에 온라인 모니터링 장치의 성능을 평가하였다. 실험조건은 10 L 규모 광생물반응기에 하수와 액비를 질소농도 100 mg-N/L가 되도록 혼합한 배양액 10 L를 주입하고, 광원으로는 주간에 태양광을 활용하며, 태양 직사광이 없는 오후 5시부터 다음날 오전 8시까지는 200 μmol/m2/s의 광도(light intensity)로 반응기의 한쪽 면에 인공광을 조사하였다. 배양액 온도는 25±5℃, 2% CO2(98% air + 2% CO2)를 0.5 vvm(4 L/min)의 산기 유량으로 연속 공급하며, 미세조류 Micractinium inermum NLP-F014를 OD730 0.2(약 70 mg/L)가 되도록 식종하여 배양하였다. 온라인 모니터링 인자는 부유물질(SS, suspended solid), 온도, pH, 암모니아성 질소(NH3-N)이다.
9일 동안의 옥외배양 실험 결과, 옥외배양 9 일차 미세조류 농도(도 16)는 약 2.83 g/L로 이는 실내배양에서 얻은 최대 미세조류 농도(도 4)(약 4.3 g/L)의 약 66% 수준에 해당한다. 온라인 모니터링 인자들 가운데 온도와 pH 값(도 21)은 실측값(도 17)과 유사하였고, 부유물질 농도와 암모니아성 질소(각각 도 22, 도 23)는 실내배양 실험결과와 같이 모니터링 값의 변화 경향이 측정값(각각 도 16, 도 18)의 변화 경향과 유사하였다. 옥외배양실험에서 얻어진 부유물질과 암모니아성 질소의 상관식(각각 표 3 및 도 24, 표 4 및 도 26)을 모니터링 프로그램에 적용함으로서 실측값을 대변할 수 있었다(각각 도 25, 도 27).
이러한 실험 결과를 통해 본 발명자들은 미세조류 Micractinium inermum NLP-F014의 하수와 액비 혼합 배양액을 이용한 옥외배양에서 온라인 모니터링 장치를 활용할 경우 미세조류의 성장 경향을 예측할 수 있으며 미세조류 최대 성장 시기 및 수확 시기를 결정하는데 활용할 수 있다는 것을 알 수 있었다.
하기 표 3은 옥외 배양 실험 모니터링 결과로서 측정값 대 모니터링 값을 배양액 내 바이오매스 농도로 분석한 결과를 나타낸 것이고, 표 4는 측정값 대 모니터링 값을 배양액 내 암모니아성 질소 농도로 분석한 결과를 나타낸 것이다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10 : 배양액
100 : 광생물반응기 110 : 안내판
120 : 열흡수면 150 : 냉각제어기
160 : 공기순환기
200 : 모니터부 210 : 센서
250 : 무선통신수단
100 : 광생물반응기 110 : 안내판
120 : 열흡수면 150 : 냉각제어기
160 : 공기순환기
200 : 모니터부 210 : 센서
250 : 무선통신수단
Claims (7)
- 하수와 질소가 혼합된 배양액(10)이 대류될 수 있도록 하는 안내판(110)이 하부에 구비되면서, 태양광이 내부로 흡수될 수 있도록 투명하게 형성되는 광생물반응기(100); 및
상기 광생물반응기(100) 내부에 배치되어 미세조류 배양 데이터를 수집하는 센서(210)와 연결되면서 상기 광생물반응기(100)의 외부에 배치되어 수집된 데이터 정보를 외부에서 확인할 수 있도록 하는 모니터부(200);를 포함하여,
상기 광생물반응기(100) 외면에는, 열전도성 소재로 되어 태양광이 내부로 흡수되는 것을 보조하는 열흡수면(120)이 더 구비되고,
상기 센서(210)는, 온도센서와, ｐＨ센서, 암모니아성 질소 센서, 부유물질(ＳＳ)센서로 이루어져 상기 센서(210)를 통해 수집하는 데이터 인자가 부유물질(ＳＳ), 온도, ｐＨ, 암모니아성 질소이고,
상기 센서(210)를 통해 수집된 데이터 인자정보를 관리 서버에 송신하여 저장한 후 모니터부(200)를 통해 표시할 수 있는 무선통신수단(250)을 포함하는 온라인 모니터링 장치를 이용한 미세조류 배양장치.
- 제 1항에 있어서,
상기 광생물반응기(100)는,
상기 광생물반응기(100)의 내부에서 외부로 연결배치되어 상기 배양액(10)을 냉각시키면서 배양액(10)의 온도를 제어하는 냉각제어기(150)와,
상기 광생물반응기(100)의 내부에서 외부로 연결배치되어 상기 배양액(10)에 이산화탄소가 포함된 공기를 공급하고 공기가 순환되도록 하는 공기순환기(160)를 포함하는 온라인 모니터링 장치를 이용한 미세조류 배양장치.
- 삭제
- 삭제
- 제 1항에 있어서,
상기 광생물반응기(100)는,
태양광이 내부로 투과, 흡수되는 투명소재의 아크릴 또는 유리 중 어느 하나것으로 형성되며,
상기 광생물반응기(100)의 외면에 설치되는 상기 열흡수면(120)이 그물형태로 되는 열전도성 소재의 금속 또는 태양광 흡수소재의 검은색 합성수지필름중 어느 하나의 것으로 형성되는 것을 특징으로 하는 온라인 모니터링 장치를 이용한 미세조류 배양장치. - 제1항, 제2항, 및 제5항 중 어느 한 항의 온라인 모니터링 장치를 이용한 미세조류 배양장치를 이용하여 미세조류를 옥외 배양하는 방법.
- 삭제
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