KR102316032B1 - 환경 모사 메조코즘 시스템 및 이를 이용한 검증 방법 - Google Patents

환경 모사 메조코즘 시스템 및 이를 이용한 검증 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 목적은 수평적인 조석 현상을 구현하여 보다 자연스러운 해양 환경을 모사할 수 있도록 하는 출수 및 배수 시스템을 갖는 환경 모사 메조코즘 시스템 및 이를 이용한 검증 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 환경 모사 메조코즘 시스템은, 복수의 수조로 분리될 수 있으며, 상기 수조의 크기를 가변할 수 있는 실험 수조; 및 상기 실험 수조에 급수되는 해수를 저장하고 있는 해수 저장 탱크;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

환경 모사 메조코즘 시스템 및 이를 이용한 검증 방법{MESOCOSM SYSTEM FOR SIMULATING ENVIRONMENT AND TESTING METHOD FOR USING THEREOF}
본 발명은 환경 모사 메조코즘 시스템 및 이를 이용한 검증 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수평적인 조석 현상을 구현하여 보다 자연스러운 해양 환경을 모사할 수 있는 환경 모사 메조코즘 시스템 및 이를 이용한 검증 방법에 관한 것이다.
도 1은 해양 조간대 모사 메조코즘 시설의 예를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 일반적으로 해양 환경 메조코즘이란 스스로 유지 가능하며 해양 환경 조건을 인위적으로 조절 가능한 인공 해양 환경 모사 시스템을 말한다.
해당 연구 시설은 연구자가 환경 요인을 조절 가능하게 함으로써 현장 실험의 단점을 보완하고 재현성, 반복성을 구현할 수 있게 할 수 있다.
하천-하구-갯벌-대양 환경을 아우르는 해양 생태계 변화 양상을 확인함으로써, 기초 해양학 분야(해양 물리, 해양 화학, 해양 지질, 생물 해양학 등)를 넘어서 과학 기반 정책 수립에 기여할 수 있다.
최근 해양 공간 가치를 평가할 수 있는 시스템을 구축하여 해양 공간 계획 의사 결정을 지원하는 연구가 수행되고 있다.
또한, 다양한 시나리오를 고려한 해양 공간 가치의 실증 연구가 요구되고 있다.
또한, 조간대 유해 물질 이동-분해 메커니즘을 규명함으로써, 조간대 유해 물질 자정 능력에 대한 평가가 요구되고 있다.
하지만, 기존의 메조코즘 시스템은 중력에 의한 수직적인 배수에 의해 실제 조석 현상을 모사하는데 한계가 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1207158호 (2012.11.30. 공고)
상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 수평적인 조석 현상을 구현하여 보다 자연스러운 해양 환경을 모사할 수 있도록 하는 출수 및 배수 시스템을 갖는 환경 모사 메조코즘 시스템 및 이를 이용한 검증 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 환경 모사 메조코즘 시스템은, 복수의 수조로 분리될 수 있으며, 상기 수조의 크기를 가변할 수 있는 실험 수조; 및 상기 실험 수조에 급수되는 해수를 저장하고 있는 해수 저장 탱크;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 환경 모사 메조코즘 시스템에서, 상기 실험 수조의 옆면은 투명 재질로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 환경 모사 메조코즘 시스템에서, 상기 실험 수조는, 복수의 수조마다 독립적으로 급수가 가능한 제 1 급수관 및 배수가 가능한 제 1 배수관이 설치되어 있는 하부 수조를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 환경 모사 메조코즘 시스템에서, 상기 하부 수조는, 상기 해수 저장 탱크와 상기 제 1 급수관을 연결하는 물탱크 연결관을 포함하며, 밸브에 의해 급수되는 해수의 양을 제어할 수 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 환경 모사 메조코즘 시스템에서, 상기 물탱크 연결관은, 제 1 펌프에 의해 상기 해수 저장 탱크의 해수를 상기 하부 수조로 급수하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 환경 모사 메조코즘 시스템에서, 상기 하부 수조는, 해수의 수위가 일정 수위 이상으로 높아지면 상기 해수의 급수가 중지되도록 내부에 볼탑을 포함하고 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 환경 모사 메조코즘 시스템에서, 상기 하부 수조는, 해수의 수위가 일정 수위 이상으로 높아지면 상기 해수가 넘치는 것을 방지하기 위한 넘침 방지관을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 환경 모사 메조코즘 시스템에서, 상기 하부 수조의 해수 교체 또는 클리닝시 상기 제 1 배수관의 밸브를 열어 상기 제 1 배수관과 연결된 하수구로 배수되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 환경 모사 메조코즘 시스템에서, 상기 실험 수조는, 상기 하부 수조로부터 해수의 급수가 가능한 제 2 급수관과, 상기 해수의 배수가 가능한 제 2 배수관과, 상기 해수의 순환이 가능한 순환관에 의해 연결된 상부 수조를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 환경 모사 메조코즘 시스템에서, 상기 제 2 급수관은, 상기 하부 수조로부터 제 2 펌프를 통해 일정한 양의 해수를 급수하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 환경 모사 메조코즘 시스템에서, 상기 순환관은, 상기 상부 수조에서 수류를 발생시키기 위해 제 3 펌프를 통해 해수를 전달하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 환경 모사 메조코즘 시스템에서, 상기 제 2 급수관 및 상기 순환관은 밸브에 의해 유량 조절이 가능한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 환경 모사 메조코즘 시스템에서, 상기 제 3 펌프는 상기 순환관을 통해 해수를 분사함으로써, 상기 상부 수조 내에 상기 수류에 의한 해수의 순환을 발생시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 환경 모사 메조코즘 시스템에서, 상기 상부 수조 내에서 파도 발생이 가능하도록 파도 발생기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 환경 모사 메조코즘 시스템에서, 상기 실험 수조는 각 수조 사이에 투명 재질의 격벽을 설치하여 상기 수조의 크기를 가변할 수 있는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 환경 모사 메조코즘 시스템을 이용한 환경 모사 메조코즘의 누수 검증 방법으로서, 각 수조의 연결부인 모든 격벽 및 배관 주변에 물감을 투여하는 제 1 단계; 및 상부 수조와 하부 수조간 누수와, 상기 상부 수조 개별간 누수를 검증하는 제 2 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 환경 모사 메조코즘 시스템을 이용한 환경 모사 메조코즘의 유량 검증 방법으로서, 실험 수조의 유량을 조절하는 제 1 단계; 조절된 상기 유량을 기반으로 반일주조를 모사하는 제 2 단계; 및 상기 실험 수조에서 상기 반일주조에 따른 유량 및 수위가 일정하게 유지되는지를 검증하는 제 3 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 환경 모사 메조코즘 시스템을 이용한 환경 모사 메조코즘의 영양염 흡착 여부 검증 검증 방법으로서, 영양염이 다량 녹아있는 비료를 해수에 용해시키는 제 1 단계; 상기 비료가 용해되어 있는 상기 해수로부터 영양염인 총 질소(Total Nitrogen) 및 총 인(Total Phosphate) 농도를 측정하는 제 2 단계; 및 상기 비료의 농도 증가에 따른 상기 총 질소 및 상기 총 인의 증가량을 측정하여 영양염 흡착 여부를 검증하는 제 3 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
기타 실시 예의 구체적인 사항은 "발명을 실시하기 위한 구체적인 내용" 및 첨부 "도면"에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및/또는 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 각종 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다.
그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 각 실시 예의 구성만으로 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로도 구현될 수도 있으며, 단지 본 명세서에서 개시한 각각의 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구범위의 각 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐임을 알아야 한다.
본 발명에 의하면, 수평적인 조석 현상을 구현하여 보다 자연스러운 해양 환경을 모사할 수 있도록 하는 출수 및 배수 시스템을 갖는 환경 모사 메조코즘 시스템 및 이를 이용한 검증 방법을 제공하는 효과가 있다.
도 1은 해양 조간대 모사 메조코즘 시설의 예를 나타내는 도면.
도 2 내지 도 4는 메조코즘의 세부 설비를 나타내는 도면.
도 5는 외부 메조코즘 하부 수조 배관 구조를 나타내는 도면.
도 6은 내부 메조코즘 하부 수조 배관 구조를 나타내는 도면.
도 7은 메조코즘 상부 수조 배관 구조를 나타내는 도면.
도 8은 메조코즘 시스템 소프트웨어 통제를 위한 배선 작업을 나타내는 도면.
도 9는 메조코즘 시스템 소프트웨어의 메인 화면을 나타내는 도면.
도 10은 전체 메조코즘 구조를 나타내는 도면.
도 11은 메조코즘 수조 격벽을 설치하는 도면.
도 12는 메조코즘 시스템 예비 실험을 나타내는 도면.
도 13은 퇴적물 부피별 최적 정화 효율을 비교 실험한 도면.
도 14는 단위 시간 및 실험 수조별 유량 확인 그래프.
도 15는 비료 농도 증가에 따른 해수 내 TN 농도 확인 그래프.
도 16은 비료 농도 증가에 따른 해수 내 TP 농도 확인 그래프.
본 발명을 상세하게 설명하기 전에, 본 명세서에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 무조건 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 발명자가 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해서 각종 용어의 개념을 적절하게 정의하여 사용할 수 있고, 더 나아가 이들 용어나 단어는 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 함을 알아야 한다.
즉, 본 명세서에서 사용된 용어는 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하기 위해서 사용되는 것일 뿐이고, 본 발명의 내용을 구체적으로 한정하려는 의도로 사용된 것이 아니며, 이들 용어는 본 발명의 여러 가지 가능성을 고려하여 정의된 용어임을 알아야 한다.
또한, 본 명세서에서, 단수의 표현은 문맥상 명확하게 다른 의미로 지시하지 않는 이상, 복수의 표현을 포함할 수 있으며, 유사하게 복수로 표현되어 있다고 하더라도 단수의 의미를 포함할 수 있음을 알아야 한다.
본 명세서의 전체에 걸쳐서 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소를 "포함"한다고 기재하는 경우에는, 특별히 반대되는 의미의 기재가 없는 한 임의의 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 임의의 다른 구성 요소를 더 포함할 수도 있다는 것을 의미할 수 있다.
더 나아가서, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소의 "내부에 존재하거나, 연결되어 설치된다"라고 기재한 경우에는, 이 구성 요소가 다른 구성 요소와 직접적으로 연결되어 있거나 접촉하여 설치되어 있을 수 있고, 일정한 거리를 두고 이격되어 설치되어 있을 수도 있으며, 일정한 거리를 두고 이격되어 설치되어 있는 경우에 대해서는 해당 구성 요소를 다른 구성 요소에 고정 내지 연결하기 위한 제 3의 구성 요소 또는 수단이 존재할 수 있으며, 이 제 3의 구성 요소 또는 수단에 대한 설명은 생략될 수도 있음을 알아야 한다.
반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결"되어 있다거나, 또는 "직접 접속"되어 있다고 기재되는 경우에는, 제 3의 구성 요소 또는 수단이 존재하지 않는 것으로 이해하여야 한다.
마찬가지로, 각 구성 요소 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 " ~ 사이에"와 "바로 ~ 사이에", 또는 " ~ 에 이웃하는"과 " ~ 에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지의 취지를 가지고 있는 것으로 해석되어야 한다.
또한, 본 명세서에서 "일면", "타면", "일측", "타측", "제 1", "제 2" 등의 용어는, 사용된다면, 하나의 구성 요소에 대해서 이 하나의 구성 요소가 다른 구성 요소로부터 명확하게 구별될 수 있도록 하기 위해서 사용되며, 이와 같은 용어에 의해서 해당 구성 요소의 의미가 제한적으로 사용되는 것은 아님을 알아야 한다.
또한, 본 명세서에서 "상", "하", "좌", "우" 등의 위치와 관련된 용어는, 사용된다면, 해당 구성 요소에 대해서 해당 도면에서의 상대적인 위치를 나타내고 있는 것으로 이해하여야 하며, 이들의 위치에 대해서 절대적인 위치를 특정하지 않는 이상은, 이들 위치 관련 용어가 절대적인 위치를 언급하고 있는 것으로 이해하여서는 아니된다.
또한, 본 명세서에서는 각 도면의 각 구성 요소에 대해서 그 도면 부호를 명기함에 있어서, 동일한 구성 요소에 대해서는 이 구성 요소가 비록 다른 도면에 표시되더라도 동일한 도면 부호를 가지고 있도록, 즉 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 지시하고 있다.
본 명세서에 첨부된 도면에서 본 발명을 구성하는 각 구성 요소의 크기, 위치, 결합 관계 등은 본 발명의 사상을 충분히 명확하게 전달할 수 있도록 하기 위해서 또는 설명의 편의를 위해서 일부 과장 또는 축소되거나 생략되어 기술되어 있을 수 있고, 따라서 그 비례나 축척은 엄밀하지 않을 수 있다.
또한, 이하에서, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 구성, 예를 들어, 종래 기술을 포함하는 공지 기술에 대해 상세한 설명은 생략될 수도 있다.
이하, 본 발명의 실시 예에 대해 관련 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 2 내지 도 4는 메조코즘의 세부 설비를 나타내는 도면이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 환경 모사 메조코즘 시스템(1000)은 실험 수조(100)와 해수 저장 탱크(200)를 포함한다.
여기서, 실험 수조(100)는 복수의 수조로 분리될 수 있으며, 이러한 수조의 크기를 가변할 수 있다.
또한, 해수 저장 탱크(200)는 실험 수조(100)에 급수되는 해수를 저장하고 있다.
해수 저장 탱크(200)에 저장되어 있는 해수는 제 1 펌프(210)에 의해 실험 수조(100)로 급수된다.
본 발명에 따른 환경 모사 메조코즘 시스템(1000)을 제작시에는 우선적으로 다음과 같은 사항을 고려하여 제작하게 된다.
실험 수조(100) 내에서의 왜곡 현상을 최소화하기 위해, 실험 수조(100)의 크기가 충분히 커야 한다.
실험 수조(100)의 크기가 가변가능해야 한다.
각각의 실험 수조(100)는 독립적인 실험이 가능하도록 분리(시스템, 해수 등) 가능해야 한다.
1일 각 2회씩 6시간 간격으로 실험 수조(100)로 해수가 급수 또는 배수가 이루어져야 한다.
실험 수조(100)로 급수 또는 배수되는 해수의 양이 조절 가능해야 한다.
해수 순환과 파도 생성이 가능해야 한다.
실험 수조(100)로부터 해수를 배수시 퇴적물이 배수관을 막지 말아야 한다.
실험 종료 후 실험 수조(100)의 클리닝(청소)이 용이해야 한다(하부 수조 개방형).
즉, 메조코즘 실험은 실험 수조(100) 크기에 따른 왜곡 현상이 존재하기 때문에 이를 최소화하기 위해 일정 수준 이상의 크기에서 실험하여야 한다.
수중 메조코즘과 관련하여 분석한 결과, 평균 1.7 ㎥ 크기의 수조를 활용하여 실험하는 것이 바람직함을 확인하였다.
이에 따라 본 발명에 따른 환경 모사 메조코즘 시스템(1000)은 갯벌의 정화능을 탐색하기 위한 최적의 수조 크기를 확인하고자 실험 수조(100)의 크기를 가변할 수 있도록 제작(4.5 ㎡, 9.0 ㎡, 18 ㎡)한다.
각 수조 옆면을 투명 아크릴로 제작하여, 해저면의 수중 생태계를 실시간으로 확인하게 한다.
즉, 본 발명에 따른 환경 모사 메조코즘 시스템(1000)에서, 실험 수조(100)의 옆면은 투명 재질로 형성된다.
특히, 투명 아크릴로 형성하는 것이 바람직하지만 이에 한정되는 것은 아니며, 실험 수조(100) 내부를 확인할 수 있는 투명 재질이면 어느 재질을 사용해도 무방하다.
이와 같은 조건으로 제조된 환경 모사 메조코즘 시스템(1000)에 대해 도 5 내지 도 16을 참조하여 좀 더 상세히 설명하도록 한다.
도 5는 외부 메조코즘 하부 수조 배관 구조를 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 환경 모사 메조코즘 시스템(1000)의 실험 수조(100)에서, 하부 수조의 외부 배관 구조(110)는 제 1 급수관(111)과, 물탱크 연결관(112)과, 볼탑(113)과, 넘침 방지관(114)과, 하수구(115)와, 제 1 배수관(116)을 포함한다.
제 1 급수관(111)은 상술한 해수 저장 탱크(200)로부터 제 1 펌프(210)에 의해 복수의 수조마다 독립적으로 급수가 가능하도록 형성된다.
즉, 제 1 급수관(111)은 실험 수조(100)가 1개의 수조로 형성될 경우에는 1개로 형성되고, 실험 수조(100)가 복수 개의 수조로 형성될 경우에는 형성되는 수조 개수에 대응하여 복수 개로 형성된다.
따라서, 복수 개의 각각의 수조에 각각의 제 1 급수관(111)이 연결되어 해수를 급수할 수 있다.
이때, 제 1 급수관(111)에 의해 하부 수조로 급수되는 해수의 양은 밸브에 의해 제어할 수 있다.
물탱크 연결관(112)은 해수 저장 탱크(200)와 제 1 급수관(111)을 연결하는 구성을 포함한다.
이러한 물탱크 연결관(112)은 제 1 펌프(210)에 의해 해수 저장 탱크(200)의 해수를 하부 수조로 급수하게 된다.
볼탑(113)은 해수의 수위가 일정 수위 이상으로 높아지면 해수의 급수가 중지되도록 하부 수조의 내부에 포함되어 있다.
볼탑(113)이란 물이 넘치지 않도록 급수를 막아주는 도구이다.
넘침 방지관(114)은 해수의 수위가 일정 수위 이상으로 높아지면 해수가 넘치는 것을 방지하기 않도록 하는 관이다.
또한, 제 1 배수관(116)은 하부 수조 내의 해수를 배수하는 역할을 수행한다.
이와 같은 구성에 의해, 본 발명에 따른 환경 모사 메조코즘 시스템(1000)에서, 하부 수조의 해수 교체 또는 클리닝시 제 1 배수관(116)의 밸브를 열면 하부 수조의 해수가 제 1 배수관(116)과 연결된 하수구(115)로 배수된다.
환언하면, 환경 모사 메조코즘 시스템(1000)의 하부 수조의 외부 배관 구조(110)는 다음과 같다.
실험 수조(100)마다 독립적으로 급수 및 배수가 가능하도록 각 하부 수조에 제 1 급수관(111)과, 제 1 배수관(116)이 설치된다.
해수 저장 탱크(200)와 연결된 물탱크 연결관(112)은 각 측면이 하부 수조와 제 1 급수관(111)으로 연결되어 있으며 밸브가 설치되어 있어 급수되는 해수의 양을 조절할 수 있다.
물탱크 연결관은 제 1 펌프(210)와 연결되어 있어 해수를 해수 저장 탱크(200)로부터 하부 수조로 공급할 수 있다.
또한, 하부 수조의 내부에 볼탑(113)이 설치되며, 해수가 일정 수위 이상으로 높아지면 급수가 중지된다.
이와 동시에 제 1 급수관(111)을 통해 공급된 해수가 하부 수조에서 일정 수위 이상으로 높아지게 되면 해수가 넘치는 것을 방지하기 위해, 해수가 넘침 방지관(114)을 통해 하수구(115)로 이동하게 된다.
하부 수조의 해수 교체 및 클리닝(청소)시 제 1 배수관(116)의 밸브를 열어 해수를 하수구(115)로 흘려보낼 수 있다.
도 6은 내부 메조코즘 하부 수조 배관 구조를 나타내는 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 환경 모사 메조코즘 시스템(1000)의 실험 수조(100)에서, 하부 수조의 내부 배관 구조(120)는 제 2 급수관(121)과, 제 2 배수관(122)과, 순환관(123)과, 제 2 펌프(117)와, 제 3 펌프(118)를 포함한다.
하부 수조 내부에는 후술하는 상부 수조의 배관과 연결되어 해수 급수, 배수 또는 순환이 가능하도록 펌프가 함께 설치되어 있다.
이러한 펌프는 제 2 펌프(117)와, 제 3 펌프(118)이다.
제 2 급수관(121)과, 제 2 펌프(117)를 통해 하부 수조로부터 상부 수조로 일정한 양의 해수 공급이 가능하다.
순환관(123)과 제 3 펌프(118)는 상부 수조에서 수류를 발생시키기 위한 해수를 전달한다.
제 2 급수관(121)과, 제 2 배수관(122)과, 순환관(123)은 각 관에 위치한 밸브를 이용해 원하는 만큼의 유량 조절이 가능하다.
도 7은 메조코즘 상부 수조 배관 구조를 나타내는 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 환경 모사 메조코즘 시스템(1000)의 실험 수조(100)에서, 상부 수조의 내부 배관 구조(130)는 제 2 급수관(121)과, 제 2 배수관(122)과, 순환관(123)과, 파도 발생기(124)를 포함한다.
제 2 급수관(121)은 하부 수조로부터 해수의 급수가 가능한 관이다.
즉, 제 2 급수관(121)은 하부 수조로부터 제 2 펌프(117)를 통해 일정한 양의 해수를 급수한다.
제 2 배수관(122)은 상부 수조로부터 해수의 배수가 가능한 관이다.
순환관(123)은 상부 수조와 하부 수조 사이의 해수의 순환이 가능한 관이다.
즉, 순환관(123)은 상부 수조에서 수류를 발생시키기 위해 제 3 펌프(118)를 통해 해수를 전달한다.
이와 같은 제 2 급수관(121) 및 순환관(123)은 밸브에 의해 유량 조절이 가능하다.
파도 발생기(124)는 상부 수조 내에서 파도를 발생시킬 수 있다.
또한, 제 3 펌프(118)는 순환관(123)을 통해 해수를 분사함으로써, 상부 수조 내에 수류에 의한 해수의 순환을 발생시키게 된다.
이에 의해 실제 해양 환경을 재현할 수 있다.
환언하면, 환경 모사 메조코즘 시스템(1000)의 상부 수조의 내부 배관 구조(130)는 다음과 같다.
상부 수조 배관인 제 2 급수관(121)과, 제 2 배수관(122)은 하부 수조와 연결되어 있으며 하부 수조에 설치된 제 2 펌프(117) 또는 제 3 펌프(118)로 해수의 공급이 가능하게 제조된다.
제 2 급수관(121)을 통해 일정한 양의 해수를 상부 수조로 공급할 수 있으며, 순환관(123)에 연결된 제 3 펌프(118)에 의해 해수를 분사함으로써, 상부 수조 내에서 수류에 의한 해수의 순환으로 실제 해양 환경을 재현할 수 있다.
또한, 파도 발생기(124)를 설치하여 상부 수조 내에서 파도 발생이 가능하도록 제조된다.
도 8은 메조코즘 시스템 소프트웨어 통제를 위한 배선 작업을 나타내는 도면이고, 도 9는 메조코즘 시스템 소프트웨어의 메인 화면을 나타내는 도면이다.
도 8 및 9를 참조하면, 본 발명에 따른 환경 모사 메조코즘 시스템(1000)의 운영 소프트웨어는 다음과 같다.
조간대-조하대 환경 모사를 위해 해수의 급수 또는 배수가 정해진 시간에 따라 자동으로 수행될 수 있도록 환경 모사 메조코즘 시스템(1000)의 운영 소프트웨어를 개발하였다.
소프트웨어에서 모든 모터가 동시에 통제가 가능하도록 각 수조에 설치된 수중 펌프(제 2 펌프(117) 및 제 3 펌프(118)와 소프트웨어를 동기화하고 추가적으로 수동으로 급수 또는 배수 시간 조절을 할 수 있게끔 타임 스위치를 연동한다.
소프트웨어에서 각 수조별 밀물, 혼합, 썰물 시간을 설정하여 원하는 지역의 해양 환경에 따른 반일주조, 일주조 등 원하는 조석 환경의 모사가 가능하도록 설계한다.
도 10은 전체 메조코즘 구조를 나타내는 도면이고, 도 11은 메조코즘 수조 격벽을 설치하는 도면이다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 본 발명에 따른 환경 모사 메조코즘 시스템(1000)의 격벽 구조는 다음과 같다.
본 환경 모사 메조코즘 시스템(1000)은 각 수조 사이에 아크릴 칸막이로 격벽 설치가 가능하도록 설계하여 연구 목적에 따라 수조 크기를 가변할 수 있다.
수조 하나의 면적은 4.5 ㎡ 로 원하는 실험의 목적과 규모에 따라 격벽을 조립 및 분해하여 9.0 ㎡ (수조 두 칸) 및 18 ㎡ (수조 네 칸) 크기로 활용 가능한 장점이 있다.
즉, 본 발명에 따른 환경 모사 메조코즘 시스템(1000)에서, 실험 수조(100)는 각 수조 사이에 투명 재질의 격벽을 설치하여 수조의 크기를 가변할 수 있다.
각 수조의 독립적인 활용을 위해 아크릴 칸막이 가장자리에 고무 패킹을 부착하여 수조 사이에 누수가 없도록 한다.
도 12는 메조코즘 시스템 예비 실험을 나타내는 도면이고, 도 13은 퇴적물 부피별 최적 정화 효율을 비교 실험한 도면이다.
도 12 및 도 13을 참조하면, 환경 모사 메조코즘 시스템(1000)의 활용도 평가는 다음과 같다.
즉, 환경 모사 메조코즘 시스템(1000)의 예비 실험(QA/QC, Quality Assurance/Quality Control)은 다음과 같다.
메조코즘 활용시 정확하고 신뢰성 있는 데이터를 산출할 수 있도록 예비 실험을 진행한다.
예비 실험을 통해 누수 여부, 정량 펌프 성능 등 검정 과정에서 나타난 보완사항을 반영하여 실험의 신뢰성 향상 및 정확성을 기한다.
도 14는 단위 시간 및 실험 수조별 유량 확인 그래프이고, 도 15는 비료 농도 증가에 따른 해수 내 TN 농도 확인 그래프이며, 도 16은 비료 농도 증가에 따른 해수 내 TP 농도 확인 그래프이다.
도 14 내지 도 16을 참조하면, 예비 실험 결과는 다음과 같다.
본 발명에 따른 환경 모사 메조코즘 시스템(1000)을 이용한 환경 모사 메조코즘의 누수 검증 방법은 2개의 단계를 포함한다.
제 1 단계에서는, 각 수조의 연결부인 모든 격벽 및 배관 주변에 물감을 투여한다.
제 2 단계에서는, 상부 수조와 하부 수조간 누수와, 상부 수조 개별간 누수를 검증한다.
각 수조의 연결부인 모든 격벽 및 파이프 주변에 물감을 투여하여 상부-하부 수조 간 누수 및 개별 상부 수조 간 누수가 없음을 검증하였고, 모든 수조에서 누수 및 해수 유출 현상이 나타나지 않음을 확인하였다.
도 14는 실험 수조 유량 검증을 나타낸다.
도 14를 참조하면, 본 발명에 따른 환경 모사 메조코즘 시스템(1000)을 이용한 환경 모사 메조코즘의 유량 검증 방법은 3개의 단계를 포함한다.
제 1 단계에서는, 실험 수조(1000)의 유량을 조절한다.
제 2 단계에서는, 조절된 유량을 기반으로 반일주조를 모사한다.
제 3 단계에서는, 실험 수조(100)에서 반일주조에 따른 유량 및 수위가 일정하게 유지되는지를 검증한다.
실험 수조(100)의 부피(약 400 ℓ)를 고려하여 반일주조(하루 두 번에 걸친 조석)가 구현될 수 있도록 유량을 조절한 결과 국내의 갯벌 환경 특성인 반일주조를 모사하는데 평균 유량은 분당 3 ℓ이며 모든 수조에서 유량 및 수위가 일정하게 유지됨을 확인하였다.
도 15 및 도 16은 실험 수조 영양염 흡착 여부 검증낸다.
도 15 및 도 16을 참조하면, 본 발명에 따른 환경 모사 메조코즘 시스템(1000)을 이용한 환경 모사 메조코즘의 영양염 흡착 여부 검증 검증 방법은 3개의 단계를 포함한다.
제 1 단계에서, 영양염이 다량 녹아있는 비료를 해수에 용해시킨다.
제 2 단계에서, 비료가 용해되어 있는 해수로부터 영양염인 총 질소(Total Nitrogen) 및 총 인(Total Phosphate) 농도를 측정한다.
제 3 단계에서, 비료의 농도 증가에 따른 총 질소 및 총 인의 증가량을 측정하여 영양염 흡착 여부를 검증한다.
본 발명에 따른 환경 모사 메조코즘 시스템(1000) 내에서 영양염을 이용한 실험이 가능한지 여부를 확인하기 위하여 영양염이 다량 녹아있는 비료를 해수에 용해시켜 대표적인 영양염인 총질소(Total Nitrogen, TN)와 총인(Total Phosphate, TP)농도를 측정하였다.
측정 결과, 비료를 주입한 만큼 해수의 총질소 및 총인 농도가 증가하였고 본 환경 모사 메조코즘 시스템(1000)에서 영양염 관련 실험을 실시할 수 있음을 확인하였다.
본 실험 결과를 바탕으로 해수의 총질소 및 총인 농도를 예측하여 추 후 실험에 사용할 비료를 정량하여 해수 및 퇴적물에 투입하였다.
본 환경 모사 메조코즘 시스템(1000)에서 본래 추구하고자 하였던 반일주조 모사 능력, 영양염의 흡착 여부 등을 다양한 예비 실험을 통하여 안정적으로 유지된다는 사실을 검증하였다.
따라서 본 환경 모사 메조코즘 시스템(1000)을 이용하면 조간대와 조하대를 실험실 조건 하에 모사가 가능하며 사용 방법에 따라 규모와 부피를 조절하여 사용 가능함을 검증하였다.
아울러 향후 영양염을 비롯한 온도, 염분, 조석, 해류, 오염 물질 등 다양한 환경 조건을 이용한 연구가 가능하다.
이와 같이 본 발명에 의하면, 수평적인 조석 현상을 구현하여 보다 자연스러운 해양 환경을 모사할 수 있도록 하는 출수 및 배수 시스템을 갖는 환경 모사 메조코즘 시스템을 제공하는 효과가 있다.
이상, 일부 예를 들어서 본 발명의 바람직한 여러 가지 실시 예에 대해서 설명하였지만, 본 "발명을 실시하기 위한 구체적인 내용" 항목에 기재된 여러 가지 다양한 실시 예에 관한 설명은 예시적인 것에 불과한 것이며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이상의 설명으로부터 본 발명을 다양하게 변형하여 실시하거나 본 발명과 균등한 실시를 행할 수 있다는 점을 잘 이해하고 있을 것이다.
또한, 본 발명은 다른 다양한 형태로 구현될 수 있기 때문에 본 발명은 상술한 설명에 의해서 한정되는 것이 아니며, 이상의 설명은 본 발명의 개시 내용이 완전해지도록 하기 위한 것으로 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것일 뿐이며, 본 발명은 청구범위의 각 청구항에 의해서 정의될 뿐임을 알아야 한다.
100 : 실험 수조
110 : 하부 수조의 외부 배관 구조
111 : 제 1 급수관
112 : 물탱크 연결관
113 : 볼탑
114 : 넘침 방지관
115 : 하수구
116 : 제 1 배수관
117 : 제 2 펌프
118 : 제 3 펌프
120 : 하부 수조의 내부 배관 구조
121 : 제 2 급수관
122 : 제 2 배수관
123 : 순환관
124 : 파도 발생기
130 : 상부 수조의 내부 배관 구조
200 : 해수 저장 탱크
210 : 제 1 펌프
1000 :환경 모사 메조코즘 시스템

Claims (18)

  1. 복수의 수조로 분리될 수 있으며, 상기 수조의 크기를 가변할 수 있는 실험 수조; 및
    상기 실험 수조에 급수되는 해수를 저장하고 있는 해수 저장 탱크;를 포함하며,
    상기 실험 수조는,
    복수의 수조마다 독립적으로 급수가 가능한 제 1 급수관 및 배수가 가능한 제 1 배수관이 설치되어 있는 하부 수조를 포함하고,
    상기 하부 수조로부터 해수의 급수가 가능한 제 2 급수관과, 상기 해수의 배수가 가능한 제 2 배수관과, 상기 해수의 순환이 가능한 순환관에 의해 연결된 상부 수조를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    환경 모사 메조코즘 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 실험 수조의 옆면은 투명 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는,
    환경 모사 메조코즘 시스템.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 하부 수조는,
    상기 해수 저장 탱크와 상기 제 1 급수관을 연결하는 물탱크 연결관을 포함하며,
    밸브에 의해 급수되는 해수의 양을 제어할 수 있는 것을 특징으로 하는,
    환경 모사 메조코즘 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 물탱크 연결관은,
    제 1 펌프에 의해 상기 해수 저장 탱크의 해수를 상기 하부 수조로 급수하는 것을 특징으로 하는,
    환경 모사 메조코즘 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 하부 수조는,
    해수의 수위가 일정 수위 이상으로 높아지면 상기 해수의 급수가 중지되도록 내부에 볼탑을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는,
    환경 모사 메조코즘 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 하부 수조는,
    해수의 수위가 일정 수위 이상으로 높아지면 상기 해수가 넘치는 것을 방지하기 위한 넘침 방지관을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    환경 모사 메조코즘 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 하부 수조의 해수 교체 또는 클리닝시 상기 제 1 배수관의 밸브를 열어 상기 제 1 배수관과 연결된 하수구로 배수되는 것을 특징으로 하는,
    환경 모사 메조코즘 시스템.
  9. 삭제
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 급수관은,
    상기 하부 수조로부터 제 2 펌프를 통해 일정한 양의 해수를 급수하는 것을 특징으로 하는,
    환경 모사 메조코즘 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 순환관은,
    상기 상부 수조에서 수류를 발생시키기 위해 제 3 펌프를 통해 해수를 전달하는 것을 특징으로 하는,
    환경 모사 메조코즘 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 2 급수관 및 상기 순환관은 밸브에 의해 유량 조절이 가능한 것을 특징으로 하는,
    환경 모사 메조코즘 시스템.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 3 펌프는 상기 순환관을 통해 해수를 분사함으로써, 상기 상부 수조 내에 상기 수류에 의한 해수의 순환을 발생시키는 것을 특징으로 하는,
    환경 모사 메조코즘 시스템.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부 수조 내에서 파도 발생이 가능하도록 파도 발생기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    환경 모사 메조코즘 시스템.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 실험 수조는 각 수조 사이에 투명 재질의 격벽을 설치하여 상기 수조의 크기를 가변할 수 있는 것을 특징으로 하는,
    환경 모사 메조코즘 시스템.
  16. 제 1 항, 제 2 항, 제 4 항 내지 제 8 항, 제 10 항 내지 제 15 항 중 한 항에 따른 환경 모사 메조코즘 시스템을 이용한 환경 모사 메조코즘의 누수 검증 방법으로서,
    각 수조의 연결부인 모든 격벽 및 배관 주변에 물감을 투여하는 제 1 단계; 및
    상부 수조와 하부 수조간 누수와, 상기 상부 수조 개별간 누수를 검증하는 제 2 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    환경 모사 메조코즘의 누수 검증 방법.
  17. 제 1 항, 제 2 항, 제 4 항 내지 제 8 항, 제 10 항 내지 제 15 항 중 한 항에 따른 환경 모사 메조코즘 시스템을 이용한 환경 모사 메조코즘의 유량 검증 방법으로서,
    실험 수조의 유량을 조절하는 제 1 단계;
    조절된 상기 유량을 기반으로 반일주조를 모사하는 제 2 단계; 및
    상기 실험 수조에서 상기 반일주조에 따른 유량 및 수위가 일정하게 유지되는지를 검증하는 제 3 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    환경 모사 메조코즘의 유량 검증 방법.
  18. 제 1 항, 제 2 항, 제 4 항 내지 제 8 항, 제 10 항 내지 제 15 항 중 한 항에 따른 환경 모사 메조코즘 시스템을 이용한 환경 모사 메조코즘의 영양염 흡착 여부 검증 검증 방법으로서,
    영양염이 다량 녹아있는 비료를 해수에 용해시키는 제 1 단계;
    상기 비료가 용해되어 있는 상기 해수로부터 영양염인 총 질소(Total Nitrogen) 및 총 인(Total Phosphate) 농도를 측정하는 제 2 단계; 및
    상기 비료의 농도 증가에 따른 상기 총 질소 및 상기 총 인의 증가량을 측정하여 영양염 흡착 여부를 검증하는 제 3 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    환경 모사 메조코즘의 영양염 흡착 여부 검증 검증 방법.
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