KR102351607B1 - 수계로부터 플라스틱을 분리하는 장치 및 이를 이용한 분리방법 - Google Patents

수계로부터 플라스틱을 분리하는 장치 및 이를 이용한 분리방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수계로부터 플라스틱을 분리하는 장치 및 이를 이용한 분리방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 소정 심도에 위치하는 시료를 채수하기 위한 채수부(100); 상기 채수부(100)로부터 이송된 시료에 포함된 미세플라스틱을 분리하기 위한 제1 분리부(200); 상기 제1 분리부(200)에서 분리되지 않은 초미세플라스틱을 분리하기 위한 제2 분리부(300); 일측은 상기 채수부(100)와 연결되고 타측은 상기 제1 분리부(200)와 연결되는 제1 관로(L1); 및 일측은 상기 제1 분리부(200)와 연결되고 타측은 상기 제2 분리부(300)와 연결되는 제2 관로(L2);를 포함하는 것을 특징으로 하는 수계로부터 플라스틱을 분리하는 장치 및 이를 이용한 분리방법에 관한 것이다.

Description

수계로부터 플라스틱을 분리하는 장치 및 이를 이용한 분리방법{Separating Apparatus For Plastic Particle From Water and Separating Method}
본 발명은 수계로부터 플라스틱을 분리하는 장치 및 이를 이용한 분리방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수계에 포함되어 있는 미세플라스틱과 초미세플라스틱을 샘플링 현장에서 효과적으로 분리할 수 있는 수계로부터 플라스틱을 분리하는 장치 및 이를 이용한 분리방법에 관한 것이다.
전 세계 플라스틱 생산량은 매년 큰 폭으로 증가하는 추세로서 2017년 기준 누적 생산량은 83억 톤으로 예측되며, 생산된 플라스틱 중 약 75%가 폐플라스틱으로 배출되는 상황이어서 이에 수반된 각종 문제점들이 심각하다.
특히 5mm 이하 크기로 정의되는 미세플라스틱은 사람을 포함한 생태계 전반에 악영향을 미치는 것으로 알려져 있어 이에 대한 대책이 시급한 상황이다.
최근 미세플라스틱과 관련한 연구로는 미세플라스틱의 분포와 거동, 그리고 미세플라스틱에 의한 위해성 평가가 활발히 진행되고 있는 상황으로, 정확한 평가와 연구결과를 얻기 위해서는 무엇보다 정확한 샘플링이 수반되어야 한다.
미세플라스틱 수거와 관련하여 한국등록특허공보 제2127958호에는 미세플라스틱을 흡입하기 위한 석션헤드; 석션헤드를 통해 흡입된 미세플라스틱이 이동하는 흡입관로; 및 개인이 휴대 가능하고, 흡입관로를 통해 들어온 미세플라스틱을 수거하는 수거주머니가 내장된 본체를 포함하며, 석션헤드는, 미세플라스틱이 흡입되는 헤드케이스와, 헤드케이스 내에 회전가능하게 설치되고 정전기에 의해 미세플라스틱이 부착되는 정전기 발생 롤러 브러쉬와, 정전기 발생 롤러 브러쉬로부터 미세플라스틱을 분리하는 분리바를 포함하고, 정전기 발생 롤러 브러쉬로부터 분리된 미세플라스틱은 흡입관로를 거쳐 본체 내의 수거주머니 내로 수거되도록 구성되고, 흡입관로에는, 미세플라스틱 흡입물 중의 모래와 물을 미세플라스틱과의 중력차이에 의해 분리하는 중간 분리유닛이 설치됨을 특징으로 하는 개인 휴대형 미세플라스틱 수거 장치가 개시되어 있다.
하지만 선행문헌에 개시된 미세플라스틱 수거 장치는 장치가 복잡하고, 게다가 초미세플라스틱을 포함한 입자별 분리가 어려울 뿐만 아니라 정량 분석 즉, 특정 위치에 어느 정도의 농도로 미세플라스틱이 존재하는지 파악할 수 없다는 문제점이 있다.
한국등록특허공보 제2127958호
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 수계에 포함되어 있는 전 크기범위의 플라스틱을 입자별로 분리할 수 있는 수심별 또는 수심 통합한 수질 시료로부터 플라스틱을 분리하는 장치 및 이를 이용한 분리방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명에서는 다량의 시료를 대상으로 샘플링이 가능하여 정량분석의 정확도를 높일 수 있는 수계로부터 플라스틱을 분리하는 장치 및 이를 이용한 분리방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
게다가 본 발명에서는 현장 적용이 가능하도록 경량이면서 부피를 최소화할 수 있는 수계로부터 플라스틱을 분리하는 장치 및 이를 이용한 분리방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 플라스틱 분리장치는, 소정 심도에 위치하는 시료를 채수하기 위한 채수부(100); 상기 채수부(100)로부터 이송된 시료에 포함된 미세플라스틱을 분리하기 위한 제1 분리부(200); 상기 제1 분리부(200)에서 분리되지 않은 초미세플라스틱을 분리하기 위한 제2 분리부(300); 일측은 상기 채수부(100)와 연결되고 타측은 상기 제1 분리부(200)와 연결되는 제1 관로(L1); 및 일측은 상기 제1 분리부(200)와 연결되고 타측은 상기 제2 분리부(300)와 연결되는 제2 관로(L2);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 플라스틱 분리장치에서, 상기 채수부(100)는 내부가 비어 있으며 하측 개구부에는 메쉬망이 장착된 원기둥 또는 다각형 기둥 형상이고, 심도 측정이 가능하도록 외측에는 수압센서(110)가 구비되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 플라스틱 분리장치에서, 상기 제1 분리부(200)는 입경이 상이한 필터가 각각 장착된 복수개의 여과장치가 수직하도록 위치하는 여과장치(210)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 플라스틱 분리장치에서, 상기 여과장치(210)는 제1 여과장치(211), 상기 제1 여과장치(211) 하부에 위치하는 제2 여과장치(212), 및 상기 제2 여과장치(212) 하부에 위치하는 제3 여과장치(213)를 포함하되, 상기 제1 여과장치(211)는 제1 상부 몸체(211(a)) 및 제1 필터(211(c))가 중앙에 장착된 채 상기 제1 상부 몸체(211(a))와 밀착하는 제1 하부 몸체(211(b))를 포함하고, 상기 제2 여과장치(212)는 제2 상부 몸체(212(a)) 및 제2 필터(212(c))가 중앙에 장착된 채 상기 제2 상부 몸체(212(a))와 밀착하는 제2 하부 몸체(212(b))를 포함하고, 상기 제3 여과장치(213)는 제3 상부 몸체(213(a)) 및 제3 필터(213(c))가 중앙에 장착된 채 상기 제3 상부 몸체(213(a))와 밀착하는 제3 하부 몸체(213(b))를 포함하고, 상기 제1 필터(211(c)), 제2 필터(212(c)) 및 제3 필터(213(c)) 순으로 기공이 감소하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 플라스틱 분리장치에서, 상기 제1 분리부(200)는 여과장치(210)를 지지하기 위한 여과장치 지지부(220)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 플라스틱 분리장치에서, 상기 제1 분리부(200)는 여과장치(210)를 통과한 여과수를 수용하기 위한 여과수 수용부(230)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 플라스틱 분리장치에서, 상기 제2 분리부(300)는 한외여과막(UF) 또는 나노여과막(NF)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 플라스틱 분리장치에서, 상기 제1 분리부(200)는 여과장치(210)를 지지하기 위한 여과장치 지지부(220), 및 여과장치(210)를 통과한 여과수를 수용하기 위한 여과수 수용부(230)를 더 포함하되, 상기 제1 필터(211(c)), 제2 필터(212(c)) 및 제3 필터(213(c)) 순으로 면적이 증가하고, 상기 여과장치 지지부(220)는, 상기 제1 여과장치(211)의 제1 하부 몸체(211(b)) 외측 가장자리 소정 영역이 지지될 수 있도록 중앙에는 원형의 제1 관통공(221(a))이 마련되는 한편 상기 제1 관통공(221(a)) 가장자리를 따라 상부로 소정 높이 돌출한 제1 지지벽(221(c))이 구비된 원형의 제1 플레이트(221(b))를 포함하는 제1 지지부(221); 상기 제2 여과장치(212)의 제2 하부 몸체(212(b)) 외측 가장자리 소정 영역이 지지될 수 있도록 중앙에는 원형의 제2 관통공(222(a))이 마련되는 한편 상기 제2 관통공(222(a)) 가장자리를 따라 상부로 소정 높이 돌출한 제2 지지벽(222(c))이 구비된 원형의 제2 플레이트(222(b))를 포함하는 제2 지지부(222); 상기 제3 여과장치(213)의 제3 하부 몸체(213(b)) 외측 가장자리 소정 영역이 지지될 수 있도록 중앙에는 원형의 제3 관통공(223(a))이 마련되는 한편 상기 제3 관통공(223(a)) 가장자리를 따라 상부로 소정 높이 돌출한 제3 지지벽(223(c))이 구비된 원형의 제3 플레이트(223(b))를 포함하는 제3 지지부(223); 및 상기 제1 지지부(221), 제2 지지부(222) 및 제3 지지부(223) 가장 자리를 따라 수직 방향으로 위치하여 상기 제1 지지부(221), 제2 지지부(222) 및 제3 지지부(223)를 상호 고정하는 3개 이상의 연결바(224);를 포함하고, 상기 여과장치 지지부(220) 아래에 위치하는 상기 여과수 수용부(230)는, 내부에는 상기 제3 여과장치(213)를 통과한 여과수를 일시적으로 저장하기 위한 여과수 저류조(233)를 수용할 수 있도록 소정의 공간부가 마련되는 한편 상부 중앙에는 상기 제3 여과장치(213)의 여과수가 상기 여과수 저류조(233)로 낙하할 수 있도록 제4 관통공(231(a))이 형성되고, 상면 외측 가장자리에는 상기 연결바(224)의 하측 단부를 수용하기 위한 홀더(232(b))가 소정 높이 돌출한 상태로 위치하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 플라스틱 분리장치에서, 상기 제1 필터(211(c)), 제2 필터(212(c)) 및 제3 필터(213(c))는 세라믹 또는 금속재질로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한 전술한 플라스틱 분리장치를 이용한 플라스틱 분리방법은, (S1) 채수부(100)를 소정 심도에 위치시키는 단계; (S2) 채수부(100)에서 이송된 시료를 제1 분리부(200)로 공급하여 미세플라스틱은 여과장치(210)에서 분리하고, 초미세플라스틱을 함유하는 시료는 여과수 수용부(230)에서 집수하는 단계; 및 (S3) 상기 여과수 수용부(230)의 시료를 제2 분리부(300)로 공급하여 초미세플라스틱을 분리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 플라스틱 분리방법에서, 상기 (S1) 내지 (S3) 단계는 심도를 변경하면서 복수회 반복 수행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 플라스틱 분리장치는 다수개의 분리부가 연속적으로 배치되어 있어 수심별 또는 수심 통합한 수계에 포함되어 있는 전 크기 범위의 플라스틱을 입자 크기별로 현장에서 구분 분리할 수 있다는 이점이 있다.
또한 본 발명의 플라스틱 분리장치에서 제1 분리부를 구성하는 여과장치와 여과장치 지지부가 탈부착 가능한 구조이어서, 보관과 운반이 용이하다는 장점이 있다.
게다가 본 발명의 플라스틱 분리방법에서는 샘플링 현장에서 다량의 시료를 분리장치로 공급하면서 입자별로 분리할 수 있어, 결과의 신뢰성을 향상시킬 수 있다는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라스틱 분리장치의 개념도이다.
도 2는 도 1에 도시한 제1 분리부를 구성하는 여과장치의 분해 사시도이다.
도 3은 제1 여과장치 내지 제3 여과장치 각각의 상부 몸체와 하부 몸체를 서로 결합하기 위한 결합수단의 일예를 보여주는 사사도이다.
도 4는 도 1에 도시한 제1 분리부를 구성하는 여과장치 지지부와 여과수 수용부와의 결합구조를 설명하기 위한 분해 사시도이다.
본 출원에서 “포함한다”, “가지다” 또는 “구비하다” 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 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. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
또한, 다르게 정의되지 않는 한 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 발명에 따른 수계로부터 플라스틱을 분리하는 장치 및 이를 이용한 분리방법에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
한편 본 발명의 명세서 전반에서의 미세플라스틱은 1μm 초과 5mm 이하 입자 크기를 갖는 플라스틱, 그리고 초미세플라스틱은 1μm 이하 입자 크기를 갖는 플라스틱으로 정의하기로 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라스틱 분리장치의 개념도이다.
도 1에 도시한 바와 같이 본 발명에 따른 플라스틱 분리장치는, 채수부(100), 제1 분리부(200), 제2 분리부(300), 제3 분리부(400), 하나 이상의 펌프, 및 복수개의 관로를 포함하여 구성될 수 있다.
먼저 채수부(100)에 관해 설명하면, 하천, 강, 바다 등 각종 수계의 소정 심도에 위치하는 시료를 채수하기 위한 것으로, 내부가 비어 있는 원기둥 또는 다각형 기둥 형상일 수 있다. 이때, 시료가 유입될 수 있도록 하측에는 개구부(미도시)가 마련되는 한편 10mm 이상 보다 바람직하게는 5mm 초과하는 이물질이 유입되는 것을 차단할 수 있도록 메쉬망(미도시)이 장착되는 것이 좋다.
한편, 채수부(100)의 외측 소정 위치에는 수압센서(110)가 마련되어 있는데, 이는 희망하는 심도에 위치하는 시료를 채수하기 위한 것이다. 즉, 수계에 존재하는 밀도가 상이하고 다양한 재질의 미세플라스틱과 초미세플라스틱의 거동 등을 파악하기 위해서는, 표면에서부터 심도별로 시료를 채취하는 것이 바람직하고, 본 발명에서와 같이 채수부(100) 외측에 수압센서(110)가 마련될 시에는 심도 측정이 용이할 뿐만 아니라 수압센서(110)에서 송출된 신호를 기반으로 원하는 심도에 채수부(100)를 위치시키는 것이 매우 편리하다는 이점이 있다.
도 2는 도 1에 도시한 제1 분리부를 구성하는 여과장치의 분해 사시도, 도 3은 제1 여과장치 내지 제3 여과장치 각각의 상부 몸체와 하부 몸체를 서로 결합하기 위한 결합수단의 일예를 보여주는 사사도 그리고 도 4는 도 1에 도시한 제1 분리부를 구성하는 여과장치 지지부와 여과수 수용부와의 결합구조를 설명하기 위한 분해 사시도이다.
도 2 내지 4를 함께 참조하면서 제1 분리부(200)에 관해 설명하기로 한다.
제1 분리부(200)는 전술한 채수부(100)로부터 이송된 시료에 포함된 미세플라스틱을 분리하기 위한 것으로, 입경이 상이한 필터가 각각 장착된 복수개의 여과장치가 수직하도록 위치하는 여과장치(210), 여과장치(210)를 지지하기 위한 여과장치 지지부(220) 및 여과장치(210)를 통과한 여과수를 수용하기 위한 여과수 수용부(230)를 포함하여 구성된다.
먼저 여과장치(210)를 상세하게 설명하면, 여과장치(210)는 제1 여과장치(211), 제2 여과장치(212), 및 제3 여과장치(213)를 포함한다.
제1 여과장치(211)는 시료에 포함되어 있던 상대적으로 큰 입자크기를 갖는 미세플라스틱을 분리하기 위한 것으로, 이를 위해 일측은 채수부(100)와 연결되고 타측은 제1 여과장치(211)와 연결될 수 있도록 제1 관로(L1)가 배치된다. 그리고 여과장치(210)로 공급되는 시료의 부피를 측정하기 위하여 제1 관로(L1)에는 유량계(미도시)가 추가적으로 구비된다. 물론 제1 관로(L1)에는 채수부(100)에 흡입력을 발생시킴과 동시에 제1 여과장치(211)에 시료를 공급하기 위한 제1 펌프(P1)가 위치할 수 있음은 자명하다.
상기와 같은 기능을 수행하기 위한 제1 여과장치(211)는 제1 관로(L1)의 타단부가 직접적으로 연결되는 제1 상부 몸체(211(a))와 대략 깔때기 모양의 제1 하부 몸체(211(b))를 포함하며, 이들 제1 상부 몸체(211(a))와 제1 하부 몸체(211(b))가 서로 밀착한다. 그리고 제1 하부 몸체(211(b)) 중앙에는 소정의 입경을 갖는 제1 필터(211(c))가 위치함으로써, 제1 필터(211(c))의 기공보다 큰 미세플라스틱은 분리되는 한편, 기공보다 작은 미세플라스틱은 시료와 함께 통과한다.
여기서, 제1 상부 몸체(211(a))와 제1 하부 몸체(211(b))를 서로 밀착 가압할 수 있다면 특별히 제한하지 않지만, 도 4에 도시한 클램프(C)를 사용하여 제1 상부 몸체(211(a))와 제1 하부 몸체(211(b)) 가장자리를 따라 체결 및 분리할 수 있다.
제2 여과장치(212)는 제1 여과장치(211) 아래에 위치하고 있으며, 제1 여과장치(211)의 제1 하부 몸체(211(b))와 연통하는 제2 상부 몸체(212(a)), 및 제2 상부 몸체(212(a))와 밀착하는 제2 하부 몸체(212(b))를 포함하도록 구성된다.
여기서, 제2 하부 몸체(212(b)) 중앙에는 전술한 제1 필터(211(c)) 보다는 상대적으로 입경이 작은 제2 필터(212(c))가 위치함으로써, 제2 필터(212c))의 기공보다 큰 미세플라스틱은 분리되는 한편, 기공보다 작은 미세플라스틱은 시료와 함께 통과한다.
여기서, 제2 상부 몸체(212(a))와 제2 하부 몸체(212(b))를 서로 밀착 가압할 수 있다면 특별히 제한하지 않지만, 도 4에 도시한 클램프(C)를 사용하여 제2 상부 몸체(212(a))와 제2 하부 몸체(212(b)) 가장자리를 따라 체결 및 분리할 수 있다.
제3 여과장치(213)는 제2 여과장치(212) 아래에 위치하고 있으며, 제2 여과장치(212)의 제2 하부 몸체(212(b))와 연통하는 제3 상부 몸체(213(a)), 및 제3 상부 몸체(213(a))와 밀착하는 제3 하부 몸체(213(b))를 포함하도록 구성된다.
여기서, 제3 하부 몸체(213(b))의 중앙에는 전술한 제2 필터(212(c)) 보다는 상대적으로 입경이 작은 제3 필터(213(c))가 위치함으로써, 제3 필터(213c))의 기공보다 큰 미세플라스틱은 분리되는 한편, 기공보다 작은 미세플라스틱은 시료와 함께 통과한다.
여기서, 제3 상부 몸체(213(a))와 제3 하부 몸체(213(b))를 서로 밀착 가압할 수 있다면 특별히 제한하지 않지만, 도 4에 도시한 클램프(C)를 사용하여 제3 상부 몸체(213(a))와 제3 하부 몸체(213(b)) 가장자리를 따라 체결 및 분리할 수 있다.
한편, 제1 여과장치(211)의 제1 하부 몸체(211(b))와 제2 여과장치(212) 제2 상부 몸체(212(a))는 튜브 등을 통해 서로 연통되는 구조이고, 마찬가지로 제2 하부 몸체(212(b))와 제3 상부 몸체(213(a)), 그리고 제3 하부 몸체(213(b))에도 소정 길이가 튜브가 구비된다. 게다가 각 튜브 소정 위치에는 밸브(214), 보다 상세하게는 제1 하부 몸체(211(b))와 제2 상부 몸체(212(a))를 연결하는 튜브에는 제1 밸브(214(a)), 제2 하부 몸체(212(b))와 제3 상부 몸체(213(a))를 연결하는 튜브에는 제2 밸브(214(b)) 그리고 제3 하부 몸체(213(b))에서 연장된 튜브에는 제3 밸브(214(c))가 구비되는 것이 바람직한데, 이는 각 여과장치에 장착된 필터 교체 시 시료의 유출을 최소화하기 위함이다.
전술한 바와 같이, 제1 필터(211(c)), 제2 필터(212(c)) 및 제3 필터(213(c)) 순으로 기공이 감소하는 것이 바람직하고, 제1 필터(211(c)), 제2 필터(212(c)) 및 제3 필터(213(c)) 순으로 면적이 증가하는 것이 더욱 바람직하다.
이는 미세플라스틱을 입도별로 분리 회수하는 것을 가능하게 하고, 나아가 원활한 분리를 위함이다. 일반적으로 입경이 작을수록 필터의 기공막힘 현상이 빨리 진행되고 결과적으로 시료가 통과하기 어려워지는데, 본 발명에서와 같이 입경이 작을수록 면적이 큰 필터를 채용하면 비교적 시료가 잘 통과할 수 있다는 이점이 있다.
물론 다량의 시료를 대상으로 미세플라스틱을 분리할 시에는 소정 간격으로 필터를 교체할 수 있음은 자명하다.
이어서, 여과장치(210)를 지지하기 위한 여과장치 지지부(220)에 관해 설명하기로 한다.
여과장치 지지부(220)는 전술한 구성을 갖는 여과장치(210)를 지지하기 위한 것으로, 제1 지지부(221), 제2 지지부(222), 제3 지지부(223) 및 연결바(224)를 포함하여 구성된다.
먼저 제1 지지부(221)는 중앙에는 원형의 제1 관통공(221(a))이 마련되어 있으며, 제1 관통공(221(a)) 가장자리를 따라서는 상부로 소정 높이 돌출한 제1 지지벽(221(c))이 구비된 상태인 원형의 제1 플레이트(221(b))를 포함하여 구성된다.
여기서, 제1 관통공(221(a))의 직경은 제1 여과장치(211)의 제1 하부 몸체(211(b))와 제2 여과장치(212)의 제2 상부 몸체(212(a))를 연결하는 튜브가 관통할 수 있을 정도라면 특별히 제한하지 않는다.
제1 지지벽(221(c))은 시료의 연속적인 공급과 미세플라스틱 분리 시, 제1 여과장치(211)가 지면으로부터 소정거리 이격되고 좌우로 움직이지 않도록 고정하기 위한 것으로, 제1 하부 몸체(211(b))가 제1 지지벽(221(c)) 내면에 강제 압입방식으로 수납될 수 있다.
제2 지지부(222)는 중앙에는 원형의 제2 관통공(222(a))이 마련되어 있으며, 제2 관통공(221(a)) 가장자리를 따라서는 상부로 소정 높이 돌출한 제2 지지벽(222(c))이 구비된 상태인 원형의 제2 플레이트(222(b))를 포함하여 구성된다.
여기서, 제2 관통공(222(a))의 직경은 제2 여과장치(212)의 제2 하부 몸체(212(b))와 제3 여과장치(213)의 제3 상부 몸체(213(a))를 연결하는 튜브가 관통할 수 있을 정도라면 특별히 제한하지 않는다.
제2 지지벽(222(c))은 시료의 연속적인 공급과 미세플라스틱 분리 시, 제2 여과장치(212)가 지면으로부터 소정거리 이격되고 좌우로 움직이지 않도록 고정하기 위한 것으로, 제2 하부 몸체(212(b))가 제2 지지벽(221(c)) 내면에 강제 압입방식으로 수납될 수 있다.
계속해서, 제3 지지부(223)는 중앙에는 원형의 제3 관통공(223(a))이 마련되어 있으며, 제3 관통공(221(a)) 가장자리를 따라서는 상부로 소정 높이 돌출한 제3 지지벽(223(c))이 구비된 상태인 원형의 제3 플레이트(223(b))를 포함하여 구성된다.
여기서, 제3 관통공(223(a))의 직경은 제3 여과장치(213)의 제2 하부 몸체(213(b))에서 연장된 튜브가 관통할 수 있을 정도라면 특별히 제한하지 않는다.
제3 지지벽(223(c))은 시료의 연속적인 공급과 미세플라스틱 분리 시, 제3 여과장치(213)가 지면으로부터 소정거리 이격되고 좌우로 움직이지 않도록 고정하기 위한 것으로, 제3 하부 몸체(213(b))가 제3 지지벽(223(c)) 내면에 강제 압입방식으로 수납될 수 있다.
연결바(224)는 전술한 제1 지지부(221), 제2 지지부(222) 및 제3 지지부(223)가 수직방향으로 소정거리 이격된 상태에서 고정시키기 위한 것으로, 봉형상으로 이루어진 3~4개 정도로 구성되는 것이 바람직하고, 제3 지지부(223) 아래로 소정길이 연장되는 것이 보다 바람직한데 이와 관련하여서는 후술하기로 한다.
도 4에 도시한 바와 같이, 제1 지지부(221), 제2 지지부(222) 및 제3 지지부(223)가 위에서부터 소정 간격 이격된 채 순차적으로 위치하며, 연결바(224)는 이들 지지부의 가장자리 부근에 고정됨으로써, 여과장치 지지부(220)가 일체화될 수 있다.
여기서, 봉형상으로 이루어진 3~4개의 연결바(224)를 채용한 이유는 플라스틱 분리장치의 경량화와 함께 필터의 교체가 용이하도록 하기 위함이다.
즉, 본 발명에 따른 플라스틱 분리장치는 샘플링 현장에서 미세플라스틱과 초미세플라스틱을 연속적으로 분리할 수 있는 장치로서, 다수의 샘플링 현장으로 장치를 운반할 시 봉형상의 연결바(224)로 인해 장치의 경량화를 도모할 수 있다.
특히, 다량의 시료를 여과장치로 연속적으로 공급하여 필터로 분리할 시, 필터의 기공 막힘 현상이 발생할 수 있는데, 이때 인근하는 연결바(224)들은 소정 거리 이격된 상태이므로, 필터의 교체가 필요한 여과장치만을 분리하는 것이 가능하여 작업의 효율성을 기대할 수 있다.
한편, 전술한 제1 필터(211(c)), 제2 필터(212(c)) 및 제3 필터(213(c))는 세라믹 또는 금속재질로 이루어지는 것이 바람직한데, 이는 플라스틱 소재를 사용할 경우 결과의 신뢰도를 저하시킬 수 있기 때문이다. 물론 여과장치를 구성하는 상부 몸체와 하부 몸체, 그리고 밸브 등도 세라믹 또는 금속재질인 것이 좋다.
여과장치 지지부(220) 아래에 위치하는 여과수 수용부(230)에 관해 설명하기로 한다.
여과수 수용부(230)는 제3 여과장치(213)를 통과한 여과수를 일시적으로 저장할 수 있는 공간부를 제공하는 한편, 여과장치 지지부(220)를 견고하게 고정하는 기능을 수행한다.
상기와 같은 기능을 수행하기 위한, 여과수 수용부(230)는 소정의 공간부가 마련된 케이스(231), 케이스(231) 측면에 위치하는 도어(232) 및 케이스(231) 내부에 위치하는 여과수 저류조(233)를 포함하여 구성된다.
구체적으로, 케이스(231)는 원기둥 형상일 수 있고, 상부 가운데에는 제3 여과장치(213)의 여과수가 여과수 저류조(233)로 이동할 수 있도록 제4 관통공(231(a))이 마련되어 있다.
그리고 상면 외측 가장자리에는 전술한 연결바(224)의 하측 단부를 수용할 수 있도록 복수개의 홀더(232(b))가 소정 높이 돌출한 상태로 위치하고 있고, 따라서 별도의 복잡한 체결수단이 없어도 여과수 수용부(230)와 여과장치 지지부(220)의 탈부착이 가능하다. 이는 사용할 시에만 여과수 수용부(230) 상부에 여과장치 지지부(220)를 체결 고정하면 되므로, 장치의 보관이나 및 운반이 매우 편리하다.
케이스(231) 측면에 위치하는 도어(232)는 여과수 저류조(233)의 상태를 확인하거나 교체를 위한 구성이다.
케이스(231)와 도어(232)의 재질은 특별히 제한하지 않지만, 여과장치(210)와 여과장치 지지부(220)를 지탱하면서 형상을 유지할 수 있도록 금속 재질인 것이 바람직하다.
케이스(231) 내측 공간부에 수납되는 여과수 저류조(233)는 제3 여과장치(213)를 통과한 여과수를 일시적으로 저장한 후, 초미세플라스틱을 분리하기 위한 제2 분리부(300) 및/또는 제3 분리부(400)로 여과수를 공급한다.
다시 도 1을 참조하면서 제2 분리부(300)와 제3 분리부(400)에 관해 설명하기로 한다.
제2 분리부(300)와 제3 분리부(400)는 제1 분리부(200)에서 분리되지 않은 초미세플라스틱을 분리하기 위한 구성이다.
먼저 제2 분리부(300)에 관해 설명하면, 제2 분리부(300)와 여과수 저류조(233)는 제2 관로(L2)를 통해 연결되는데, 제2 관로(L2) 소정 위치에는 여과수 저류조(233)의 여과수를 제2 분리부(300)로 공급하기 위한 제2 펌프(P2)가 위치한다. 그리고 제2 분리부(300)로 공급되는 시료의 부피를 측정하기 위하여 제2 관로(L2)에는 유량계(미도시)가 추가적으로 구비된다.
여기서, 제2 분리부(300)는 1μm 이하 입자 크기를 갖는 초미세플라스틱을 시료로부터 분리할 수 있는 한외여과막(UF) 또는 나노여과막(NF)인 것이 바람직하고, 한외여과막(UF) 또는 나노여과막(NF)을 이용한 분리조작 방법은 공지된 기술에 해당되므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
제3 분리부(400)에 관해 설명하면, 제3 분리부(400)와 여과수 저류조(233)는 제3 관로(L3)를 통해 연결되는데, 제3 관로(L3) 소정 위치에는 여과수 저류조(233)의 여과수를 제3 분리부(400)로 공급하기 위한 제3 펌프(P3)가 위치한다. 그리고 제3 분리부(400)로 공급되는 시료의 부피를 측정하기 위하여 제3 관로(L3)에는 유량계(미도시)가 추가적으로 구비된다.
여기서, 제3 분리부(400)는 1μm 이하 입자 크기를 갖는 초미세플라스틱을 시료로부터 분리하기 위하여 연속흐름식 원심분리기일 수 있고, 이때 원심분리가 원활하게 진행될 수 있도록 알루미늄계 또는 철계 응집제를 주입한 후 교반시키기 위한 라인믹서(410)가 제3 펌프(P3)와 제3 분리부(400) 사이에 위치하는 것이 바람직하다.
연속흐름식 원심분리기인 제3 분리부(400)에 의해 분리된 고형물에는 초미세플라스틱 외에도 응집제와 일부 유·무기물이 포함될 수 있고, 원심분리 후 얻어진 고형물은 산분해 및 계면활성제 등을 이용한 전처리단계를 통해 초미세플라스틱을 분리 및 정제할 수 있다.
한편 이들 제2 분리부(300)와 제3 분리부(400)는 선택적으로 작동할 수 있지만, 필요에 따라서는 동시에 작동할 수 있음은 자명하다.
다음은 전술한 분리장치를 이용하여 수계에 포함되어 있는 플라스틱을 분리하는 방법에 관해 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 플라스틱 분리방법은, (S1) 채수부(100)를 소정 심도에 위치시키는 단계, (S2) 채수부(100)에서 이송된 시료를 제1 분리부(200)로 공급하여 미세플라스틱은 여과장치(210)에서 분리하고, 초미세플라스틱을 함유하는 시료는 여과수 수용부(230)에서 집수하는 단계, 및 (S3) 여과수 수용부(230)의 시료를 제2 분리부(300)로 공급하여 초미세플라스틱을 분리하는 단계를 포함한다.
한편 전술한 (S1) 단계 내지 (S3) 단계는 동일한 지점에 대해 심도를 변경하면서 복수 회 반복 수행될 수 있다.
상기와 같은 과정들을 통해 분리된 플라스틱은 공지된 측정방법을 이용하여 플라스틱의 성분을 포함한 정성 및 정량 분석을 수행한다.
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것은 아니며, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연하다.
100 : 채수부
110 : 수압센서
200 : 제1 분리부
210 : 여과장치
211 : 제1 여과장치
211(a) : 제1 상부 몸체 211(b) : 제1 하부 몸체
211(c) : 제1 필터
212 : 제2 여과장치
212(a) : 제2 상부 몸체 212(b) : 제2 하부 몸체
212(c) : 제2 필터
213 : 제3 여과장치
213(a) : 제3 상부 몸체 213(b) : 제3 하부 몸체
213(c) : 제3 필터
214 : 밸브
214(a) : 제1 밸브 214(b) : 제2 밸브
214(c) : 제3 밸브
220 : 여과장치 지지부
221 : 제1 지지부
221(a) : 제1 관통공 221(b) : 제1 플레이트
221(c) : 제1 지지벽
222 : 제2 지지부
222(a) : 제2 관통공 222(b) : 제2 플레이트
222(c) : 제2 지지벽
223 : 제3 지지부
223(a) : 제3 관통공 223(b) : 제3 플레이트
223(c) : 제3 지지벽
224 : 연결바
230 : 여과수 수용부
231 : 케이스
231(a) : 제4 관통공 232(b) : 홀더
232 : 도어
233 : 여과수 저류조
300 : 제2 분리부
400 : 제3 분리부
410 : 교반기
C : 클램프
P1 : 제1 펌프 P2 : 제2 펌프
P3 : 제3 펌프
L1 : 제1 관로 L2 : 제2 관로
L3 : 제3 관로

Claims (11)

  1. 소정 심도에 위치하는 시료를 채수하기 위한 채수부(100);
    상기 채수부(100)로부터 이송된 시료에 포함된 미세플라스틱을 분리하기 위한 제1 분리부(200);
    상기 제1 분리부(200)에서 분리되지 않은 초미세플라스틱을 분리하기 위한 제2 분리부(300);
    일측은 상기 채수부(100)와 연결되고 타측은 상기 제1 분리부(200)와 연결되는 제1 관로(L1); 및
    일측은 상기 제1 분리부(200)와 연결되고 타측은 상기 제2 분리부(300)와 연결되는 제2 관로(L2);를 포함하되,
    상기 제1 분리부(200)는 입경이 상이한 필터가 각각 장착된 복수개의 여과장치가 수직하도록 위치하는 제1 여과장치(211), 상기 제1 여과장치(211) 하부에 위치하는 제2 여과장치(212), 및 상기 제2 여과장치(212) 하부에 위치하는 제3 여과장치(213)를 포함하는 여과장치(210)이되,
    상기 제1 여과장치(211)는 제1 상부 몸체(211(a)) 및 제1 필터(211(c))가 중앙에 장착된 채 상기 제1 상부 몸체(211(a))와 밀착하는 제1 하부 몸체(211(b))를 포함하고,
    상기 제2 여과장치(212)는 제2 상부 몸체(212(a)) 및 제2 필터(212(c))가 중앙에 장착된 채 상기 제2 상부 몸체(212(a))와 밀착하는 제2 하부 몸체(212(b))를 포함하고,
    상기 제3 여과장치(213)는 제3 상부 몸체(213(a)) 및 제3 필터(213(c))가 중앙에 장착된 채 상기 제3 상부 몸체(213(a))와 밀착하는 제3 하부 몸체(213(b))를 포함하고,
    상기 제1 필터(211(c)), 제2 필터(212(c)) 및 제3 필터(213(c)) 순으로 기공이 감소하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 분리장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 채수부(100)는 내부가 비어 있으며 하측 개구부에는 메쉬망이 장착된 원기둥 또는 다각형 기둥 형상이고, 심도 측정이 가능하도록 외측에는 수압센서(110)가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 플라스틱 분리장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 분리부(200)는 여과장치(210)를 지지하기 위한 여과장치 지지부(220)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 분리장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 분리부(200)는 여과장치(210)를 통과한 여과수를 수용하기 위한 여과수 수용부(230)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 분리장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2 분리부(300)는 한외여과막(UF) 또는 나노여과막(NF)을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 분리장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 분리부(200)는 여과장치(210)를 지지하기 위한 여과장치 지지부(220), 및 여과장치(210)를 통과한 여과수를 수용하기 위한 여과수 수용부(230)를 더 포함하되,
    상기 제1 필터(211(c)), 제2 필터(212(c)) 및 제3 필터(213(c)) 순으로 면적이 증가하고,
    상기 여과장치 지지부(220)는, 상기 제1 여과장치(211)의 제1 하부 몸체(211(b)) 외측 가장자리 소정 영역이 지지될 수 있도록 중앙에는 원형의 제1 관통공(221(a))이 마련되는 한편 상기 제1 관통공(221(a)) 가장자리를 따라 상부로 소정 높이 돌출한 제1 지지벽(221(c))이 구비된 원형의 제1 플레이트(221(b))를 포함하는 제1 지지부(221);
    상기 제2 여과장치(212)의 제2 하부 몸체(212(b)) 외측 가장자리 소정 영역이 지지될 수 있도록 중앙에는 원형의 제2 관통공(222(a))이 마련되는 한편 상기 제2 관통공(222(a)) 가장자리를 따라 상부로 소정 높이 돌출한 제2 지지벽(222(c))이 구비된 원형의 제2 플레이트(222(b))를 포함하는 제2 지지부(222);
    상기 제3 여과장치(213)의 제3 하부 몸체(213(b)) 외측 가장자리 소정 영역이 지지될 수 있도록 중앙에는 원형의 제3 관통공(223(a))이 마련되는 한편 상기 제3 관통공(223(a)) 가장자리를 따라 상부로 소정 높이 돌출한 제3 지지벽(223(c))이 구비된 원형의 제3 플레이트(223(b))를 포함하는 제3 지지부(223); 및
    상기 제1 지지부(221), 제2 지지부(222) 및 제3 지지부(223) 가장 자리를 따라 수직 방향으로 위치하여 상기 제1 지지부(221), 제2 지지부(222) 및 제3 지지부(223)를 상호 고정하는 3개 이상의 연결바(224);를 포함하고,
    상기 여과장치 지지부(220) 아래에 위치하는 상기 여과수 수용부(230)는, 내부에는 상기 제3 여과장치(213)를 통과한 여과수를 일시적으로 저장하기 위한 여과수 저류조(233)를 수용할 수 있도록 소정의 공간부가 마련되는 한편 상부 중앙에는 상기 제3 여과장치(213)의 여과수가 상기 여과수 저류조(233)로 낙하할 수 있도록 제4 관통공(231(a))이 형성되고, 상면 외측 가장자리에는 상기 연결바(224)의 하측 단부를 수용하기 위한 홀더(232(b))가 소정 높이 돌출한 상태로 위치하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 분리장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 필터(211(c)), 제2 필터(212(c)) 및 제3 필터(213(c))는 세라믹 또는 금속재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 플라스틱 분리장치.
  10. 제1항, 제2항, 제5항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 플라스틱 분리장치를 이용한 플라스틱 분리방법으로서,
    (S1) 채수부(100)를 소정 심도에 위치시키는 단계;
    (S2) 채수부(100)에서 이송된 시료를 제1 분리부(200)로 공급하여 미세플라스틱은 여과장치(210)에서 분리하고, 초미세플라스틱을 함유하는 시료는 여과수 수용부(230)에서 집수하는 단계; 및
    (S3) 상기 여과수 수용부(230)의 시료를 제2 분리부(300)로 공급하여 초미세플라스틱을 분리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 분리방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 (S1) 내지 (S3) 단계는 심도를 변경하면서 복수회 반복 수행하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 분리방법.
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CN114441246A (zh) * 2022-01-24 2022-05-06 北京师范大学 大气微塑料沉降采样系统

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