KR19980082153A - 전기 화학 방법에 의한 적조 프랑크톤 제거방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기 화학 원리를 이용한 적조 프랑크톤을 제거하는 방법에 관한 것이다. 기존 적조 프랑크톤을 제거하는 방법으로 화학, 미생물 그리고 물리적인 방법이 동원되었으나 본 특허에서는 전기 화학 방법에 의한 전기분해 반응조를 가지고 신속하고, 다량의 해수 중에 있는 적조 프랑크톤을 연속적으로 제거하는 장치를 고안하였다.

또 이 방법은 물리적인 방법이므로 다른 첨가물 없이 전류에 의한 전극반응이므로 적조 제거 과정에서 유해물질이 발생하여 생태계에 영향을 미칠 염려가 없다. 또한 적조 및 녹조 프랑크톤을 제거하는데 소요되는 비용이 저렴하고 장치가 간편하여 누구나 손쉽게 사용할 수 있고 경제성도 가지고 있다.

Description

전기 화학 방법에 의한 적조 프랑크톤 제거방법

환경 오염과 더불어 바다에서는 적조와 강, 호수에서는 녹조가 발생하여 생태계를 파괴하고 있다.

이같은 적조는 일차적으로 열대 및 아열대 해역에서 일어나는 현상이지만, 늦은 봄과 여름에 걸쳐 우리 나라 해역에서도 발생한다. 이 적조는 특히 연안 가까이에 자주 나타나는데, 해역의 부영양화와 관련된 문제로서 부영양화와 수산증양식, 적조의 발생 기구 대책, 천해 양식과 자가 오염, 수역의 자정 작용과 정화, 부영양화와 생물 지표, 적절한 부영양화 수준 및 기준치, 어업별 부영양화 정도 그리고 오염원인 석유, PCB, 중금속, 농약, 온배수, 매립 문제 등에 의한 환경 오염의 각각의 실태와 수중 서식 생물에 대한 영향, 대책에 대하여 검토가 지속적으로 이루어져야 할 것이다.

이와 같이 발생한 적조 프랑크톤을 제거하는데 여러 분야에서 연구되어지고 있으나 크게 나누면 미생물을 이용한 방법, 천적을 이용한 방법, 그리고 물리·화학적 방법에 의한 방법으로 나눌 수 있다. 그러나 국내 사정으로 볼때 미생물이나 천적을 이용한 적조 제거 방법은 아직 실용화 하기에는 시기상조 인 것 같다. 그래서 적조 제거 방법으로 보다 적극적인 방법인 물리·화학적인 방법을 검토하기로 하였다.

물리적 방법으로는 육상과 양식장의 모든 폐기물과 오염 물질 등으로 인해 퇴적층에 침전되어 부패 분해되면서 용존 산소를 소비하고, 각종 유독성물질을 생성하므로 이들 퇴적층을 준설하거나, 갈아주거나, 폭기 시켜주는 방법이 필요하다. 그리하여 적조 발생을 사전에 발생방지 시키는 방법이다.

그러나 이같은 방법도 대상 면적이 작을 경우에는 배 등을 이용하여 수류를 발생시켜 적조 원인 프랑크톤의 생리적 활성도를 저하시키는 방안도 있으나, 대상 면적이 광활한 해양의 경우 그 실효성에 의문이 된다.

그래서 본 연구에서는 적조 발생을 저감시키거나, 발생된 고농도의 적조프랑크톤을 제거 시킬수 있는 방법으로 화학적인 방법을 검토하였다.

우선 적조 발생한 해양에 화학약품을 살포하여 제거하는 방법으로 고분자응집제법, 점토 흡착법, 철분 흡착법, 오존법, 초음파 처리법, Bio-Control법 등이 검토되고 있다.

특히 林(1998. 특허 출원중)의 다공성 Ceramic-소석회 분말에 의한 적조프랑크톤 응집 및 침전에 의한 방법은 고농도 적조 프링크톤을 제거 할수 있는 방법이라 하겠다.

본 연구에서는 고농도 적조 프랑크톤을 제거하기 위해 전기 화학에 의한 전기 분해 방법을 응용하고자 한다. 전기 화학 처리법은 전해질을 함유한 무기성 또는 유기성의 수용액을 전극 사이로 흐르게 하고 외부에서 전류를 흐르게 하여, 전기 분해 반응을 일으켜서 수용액의 무기 또는 유기 오염물을 동시에 제거하는 방식이다. 전기 화학(전해)법은 전해 산화, 전해 환원, 전기분해 및 전해 석출 등에 의해 전극면과 수용액과의 경계면에서 일어나는 전극 반응과 전극 반응 생성물과 폐수용액 중의 현탁물과 용존물이 반응하여 일어나는 침전, 응집, 흡착 및 부상 분리 등의 이차 반응 등의 전기 분해 반응들이 동시에 일어나서 오염된 수용액을 정화한다. 특히 전해법은 유지관리가 간단하고, 장치의 크기에 비해 처리능력이 크고, 반응을 상온·상압에서 행할수 있으며, 탈색뿐 아니라, 생성되는 슬러지의 양이 작고, 재이용이 가능하기 때문에 각종 오염된 수용액에 있어서 독특한 작용 효과를 발휘하여 오염된 수용액에서의 오염물질 제거에 탁월한 기능을 갖고 있다.

전해 처리법의 원리를 보면 전해 처리시 사용하는 전극 Al, Zn 및 Fe 등의 가용성 전극을 양극으로 사용해서 전기 에너지를 가하여 금속 양극을 용해 시키고, 이 용해된 금속의 가수분해에 의해 생성되는 금속 수산화물이 오염된 수용액 중에 현탁, 용존 또는 콜로이드 상태로 되어 있는 오염물질과 응집 작용을 하여 침강 및 침전하여 처리하는 방법으로, 이와 같은 방법에 의해 생성된 금속 수산화물은 화학적으로 제조된 동일한 금속 수산화물 보다도 활성이 강하고, Zeta 전위가 월등히 낮아서 응집, 흡착 및 침강 효율이 탁월하여 우수한 오염된 수용액을 정화하는 효과가 있다. 또한 음극과 양극에서 발생되는 수소 또는 산소 가스 기포로 인하여 전해액내에서 대류 작용이 발생되며 금속 수산화물의 일부가 부상됨으로써 물속과 수면에 존재하는 각종 유기물 및 무기물 미립자의 불순물 및 각종 형태의 기름성분등을 흡착시켜 Scum을 형성 하는 등 물리·화학적 작용이 일어나서 해수에 오염되어 있는 물질을 제거 할수 있었다.

본 연구에 사용한 전기 분해 장치를 보면 전기 분해를 일으키기 위해 ＜그림-1＞에서 보는 바와 같이 500㎖ 비이커에 전극을 설치하고 가변압식 직류 장치 (DC POWER SUPPLY, HPS-305A, HANIL TM, Korea)를 연결하였다. 사용 전극의 재질로는 철, 아연, 알미늄의 사용이 가능했다.

본 실험에서는 철전극을 사용하였다.

전기 분해 반응조 중의 수용액 농도를 일정케 하기 위해 전극 사이에 자석 교반기를 두어 교반하여 반응조 안의 수용액 농도를 균일하게 하여 사용하였다.

그렇게 한 후 일정한 전압과 전류를 걸었다. 전압과 전류는 1A부터 무한대로 걸었다. 다만 전극사이에 방전이 일어나지 않는 조건이면 가능했다.

본 실험에서는 전극 간격을 5cm 간격을 두었기 때문에 5A에 20V를 걸었다. 약 3분이 지난후 해수 중의 적조 프랑크톤이 곧바로 응집되어 떠올라 하층부의 해수는 투명하게 되었다. 떠오른 상층부의 적조 프랑크톤 슬러지를 여과포로 걸러내었다.

이렇게 하므로 해서 해수중의 적조 프랑크톤을 손쉽게 제거 할수 있었다. 이와 같이 해수중의 적조 프랑크톤 제거에 있어서 Batch type의 전해반응조를 이용할 수 있으나, 다량의 적조 프랑크톤의 해수를 처리 하기 위해서는 연속식 전기 분해 장치를 사용하였다. ＜참조 그림 2＞

우선 연속시 전기분해 장치의 크기를 1300㎖크기로 만들었으며, 철판전극을 이용하여 전극 1개 유효면적을 192㎠로 하였고 전극 8매를 사용하였다.

이 때 전기분해조에 전압 10V, 전류 50mA를 걸었다. 적조 프랑크톤이 함유된 바닷물을 500㎖/min 유속으로 연속식 전기분해 장치에 흘러보냈다.

그 결과 적조 프랑크톤은 곧바로 응집되어 부상되었다. 그러므로 해서 적조 프랑크톤이 바닷물중에 분산되어 불투명하게된 해수가 연속식 전기분해장치를 통과해서 곧바로 투명하게 된 것으로 보아서도 적조 프랑크톤의 제거를 확인 할 수 있었다.(사진 참조)

이와같이 해수중의 적조 프랑크톤을 제거하기 위해 전기 화학 방식을 이용한 전기 분해 방식(물리적인 방법)으로 해수에 어떠한 첨가물도 없이 해수 그 자체로도 해수중의 프랑크톤을 간단히 제거할 수 있는 특징이 있다.

이상의 결과를 좀더 자세히 알아보기 위해 [실시 예]에서 언급하였다.

[실시 예1]

해양 프랑크톤의 일종인 클로렐라를 고농도로 배양한 후 이것을 가지고 연속식 전기분해 장치를 통과시켜 적조 제거장치의 가능성을 검토하기 위해 해수 중의 클로렐라를 제거하는 실험을 하였다.

우선 해수중의 클로렐라 농도는 흡광광도계를 이용 1cm×1cm 석영 사각cell로 660nm 파장에서 Spectrophotometer(UV-1601, Shimadzu, Japan)를 이용하여 OD(Optical Density)를 측정하였다. 해수중의 클로렐라 농도는 투과율(%)로 나타내어 52.1%를 보였다. 이같은 클로렐라 농도를 갖는 해수를 가지고 연속식 전기분해 장치에 통과시켜 다음 실험을 하였다.

연속식 전기분해 장치의 유효용적은 18cm×12cm×6cm의 크기의 사각형 반응조로 용적량은 1296㎤였으며, 전극판 1개의 유효면적 (16cm×6cm×2)은 192㎠ 이었다. ＜그림-2 참조＞

이같은 전극을 8매 설치하여, 전압 10V, 전류 50mA를 가하여 pump를 이용, 클로렐라 프랑크톤을 함유한 해수를 전기분해 장치에 통과하게끔 하였다.

이때 pump 유입량과 OD로 측정한 해수의 클로렐라 제거율을 보인다.

＜표-1＞ 유량에 따른 클로렐라 프랑크톤 제거율

＜표-1＞에서 알 수 있듯이 전기분해 연속반응기 장치로도 해수중의 클로렐라 프랑크톤을 제거할 수 있었다.

[실험 예1]

[실시 예1]에서 [실시 예1]의 해수중의 클로렐라 프랑크톤을 대신하여 마산시 돌섬내항에서 발생한(1998.6.25 오후3시) 적조Prorocentrum micans(밀도 3萬개/㎖)를 가지고 사용한 것을 제외하고는 [실시 예1]과 동일한 실험을 하였다.

그 결과 [실시 예1]과 같은 적조 제거 효과를 나타내어 연속적인 전기분해 반응조에 의해 적조를 손쉽게 제거할 수 있었다.

[실시 예2]

Batch식 적조 프랑크톤 제거 전기반응 장치를 만들어 적조 프랑크톤 제거실험을 하기 위해 500㎖ 비이커에 철전극을 두 개 설치하고 가변압식 전류장치(DC POWER SUPPLY, HPS-305A, HANIL TM, Korea)를 연결한 장치(그림 1 참조)를 만들었다.

전기분해 반응조중의 수용액 농도를 일정케 하기 위해 전극사이에 자석교반기를 두어 교반하여 반응조 안의 해수중의 적조 프랑크톤 농도를 균일하게 하여 사용하였다. 그 후 일정한 전류와 전압을 공급했다.

본 실험에서는 전극 거리를 5cm로하여 5A, 20V를 걸었다. 반응 2분 후 해수중의 적조 프랑크톤이 곧바로 응집되면서 상승하여, 아랫부분은 투명하게 되었다.(사진 참조)

상기의 식별자가 없습니다.

상기의 식별자가 없습니다.

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Claims (2)

1. 전기 화학 원리를 이용한 적조 프랑크톤 제거에 관한 방법
2. 전기 분해조를 이용한 적조 프랑크톤 연속 제거 장치