KR20020052508A - 태양광선을 이용한 수질개선장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 태양광선을 이용한 수질개선장치에 관한 것으로, 유입구가 하단부에 형성되고 배출부가 상단부에 구비되며 물에 뜨도록 형성되는 깔대기형 플로터와, 상기 플로터의 상부에 구비되는 지지부의 내부에 결합되는 모터와, 상기 모터의 구동력으로 회전하고 심층부의 물을 표층부로 양정시켜 회류시키는 스크류와, 상기 지지부의 상면에 결합되어 상기 모터에 전원을 공급하는 태양전지와, 상기 플로터의 확장부에 형성되는 오염물질 광분해부를 포함하여 구성된다. 이러한 본 발명은 모든 호소와 댐 및 유속이 적은 하천에도 수질 정화에 효과적이고, 수계 내에 고정 설치물이 아니므로 통수에 장애가 없다. 또, 용존산소를 높여 줄 수 있으며, 심층부의 호소수를 급작스럽게 양정하는 방식이 아니므로 호소 바닥의 오염물질이 섞이는 것을 방지할 수 있고, 광촉매를 이용하여 수질정화를 할 수 있으며, 경제적인 재질을 사용하여 초기투자비가 적고, 환경친화적이고 경제적인 효과가 있다.

Description

태양광선을 이용한 수질개선장치{APPARATUS TO IMPROVE THE QUALITY OF WATER USING THE SUN'S RAYS}

본 발명은 태양광선을 이용한 수질개선장치에 관한 것으로, 특히 대체에너지원인 태양을 이용하여 양정요소를 작동시켜 심층부의 용존산소가 적은 물을 표층부로 양정하여 용존산소를 높이고 수질을 정화할 수 있도록 한 태양광선을 이용한 수질개선장치에 관한 것이다.

일반적으로 한국에서 표피수는 식수원을 비롯하여 농업용 및 공업용 용수로서, 혹은 위락시설에도 활용되고 있으며, 하천 및 호소의 자연경관과 수생태계를 유지하는 기능을 갖는다. 그러나 인구의 증가와 문명의 발전을 통하여 환경오염이 지속적으로 증가하였으며, 이들 오염물질이 수계에 유입되고 유입량이 수계가 지닌 자정능력을 초과함에 따라 표피수의 이용에 제한을 받게 될 뿐 아니라 오염이 계속 될 경우 더 이상의 표피수 이용이 불가능하게 될 수 밖에 없는 실정이다. 이 가운데 호소수는 하천수와는 달리 유속이 약하여 유입된 오염물질이 호소에 장기간 머무르게 되므로 오염물질이 자정능력 이상으로 유입될 경우 부영양화로 녹조가 발생하게 되고, 이를 통하여 수질의 악화는 가속되며, 결국 인위적인 수질정화 기술이 도입되어야만 수질이 유지되거나 개선될 수 있을 것이다.

그리고, 종래에는 오수처리장에서 오수를 처리하면서 임펠러가 부착된 에어레이터의 기계식 구동장치를 사용하여, 폭기탱크내에 강제적으로 기액순환류를 발생시켜 폭기율을 높이는 기술이 채용되고 있었고, 그 에어레이터에 플로우트를 부착시킴으로써 액면에 부유시키도록 한 플로우팅 에어레이터가 사용되고 있었다.

상기의 플로우팅 에어레이터의 일례는 플로우트에 의하여 지지된 모터의 아래쪽에 임펠러가 직결되어 액면 아래로 침지되도록 되어 있고, 이 임펠러를 에워싸도록 하여 설치탱크의 저면 근처까지 달하고 있는 케이싱도 마찬가지로 플로우트에 의하여 지지되어 있다. 그리고 그 케이싱에는 임펠러의 아래쪽 위치에 다수의 작은 구멍을 가지는 공기 흡입부가 설치되고, 그 공기흡입부는 공기공급관을 거쳐 외기에 연통되어 있다.

이와 같은 플로우팅 에어레이터는 모터에 의하여 회전되는 임펠러가 액을 케이싱의 위쪽으로부터 아래쪽으로 보내고, 그 사이에 공기를 공급관으로 부터 흡입하여 기액혼합액을 설치탱크의 저부에 토출하여 폭기 작용을 행하고 있다. 이러한 플로우팅 에어레이터는 예를 들면 일본국 특개소 58-6290호 공보에 개시되어 있다.

그러나, 이와 같은 종래의 플로우팅 에어레이터는 임펠러에 의해 회류하는 처리액에 외부에서 유입시킨 공기를 혼합시켜 폭기시키는 폭기용으로 이용되는 것으로 오수처리장의 내부에 한정적으로 설치되는 것이며, 외부 전원을 모터에 연결하여 작동시켜야 하므로 전원장치의 관리가 필요하고 전원설비가 구비되지 않는 곳에서는 이용할 수 없으며, 물속에 함유된 유해물질을 플로우팅 에어레이터 자체로는 정화할 수 있는 능력이 없는 것이었다.

본 발명은 이와 같은 종래의 문제점 및 결함을 해소하기 위하여 창안한 것으로, 대체에너지원인 태양을 이용하여 양정요소를 작동시켜 심층부의 용존산소가 적은 물을 표층부로 양정하여 용존산소를 높이고 수질을 정화할 수 있게 되는 태양광선을 이용한 수질개선장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명은 수계에 유입된 오염물질인 영양염류와 SS 그리고 대장균군수를 태양광선을 이용하여 제거하고자 하며 동시에 이를 통하여 수계에서 조류의 생장을 방지하고자 한다.

댐이나 호수에서는 물의 흐름이 하천과는 달리 아주 적고, 호수에서는 수온에 의하여 성층(thermocline)이 형성되며 성층은 호소수의 대류를 제한하는 탓으로 일반적으로 호소의 심층은 용존산소가 감소되고 부영양화의 경향을 나타낸다. 특히 여름과 겨울에는 표면과 심층 사이에 형성되는 성층로 인하여 심층에서는 혐기상태가 되고, 바닥에 침전된 유기물이 혐기성 미생물에 의해 분해되므로 수질은 크게 악화된다. 또 혐기성 상태에서는 부영양화를 유발하는 물질 가운데 인(P)성분이 금속화학물과 결합하여 침강되었던 사태에서 다시 용출되어 수계에 방출된다.

본 발명은 수질개선 장치로서 태양전지를 전원으로 하여 스크류를 돌려 혐기상태의 심층수를 표면으로 끌어올려 용존산소를 높이고 동시에 장치에 설치한 광촉매 장치를 이용하여 표면으로 끌어 올려진 심층수에 함유되어 있는 오염물질을 광분해하여 수질을 정화시키게 된다. 즉 본 발명은 화석연료의 대체에너지인 태양광선을 이용하여 동력을 발생시키고 동시에 태양광선에서 UV광선과 TiO₂계의 촉매를 활용하여 수질 중의 유기질과 SS등을 제거할 수 있다. 뿐만 아니라 혐기성 상태에서 수계로 용출되었던 인(P)성분은 양정유도수로 내부에 코팅된 다가의 금속이온 염(주로, Al(Ⅲ), Fe(Ⅲ), Ca(Ⅱ))과 흡착하여 코팅된 표면에 침강하는 형태로 수계로부터 분리 제거된다.

도 1 내지 도 3은 본 발명에 의한 태양광선을 이용한 수질개선장치를 보인 것으로,

도 1은 사시도.

도 2는 종단면도.

도 3은 스크류 작동 회로도.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 플로터11 : 유입구

12 : 배출부13 : 지지부

14 : 확장부20 : 모터

21 : 스크류30 : 태양전지

40 : 오염물질 광분해부50 : 환형 부력체

이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 태양광선을 이용한 수질개선장치는 심층부의 용존산소가 적은 물을 표층부로 양정하여 용존산소를 높이기 위한 양정요소와, 대체에너지원인 태양을 이용하여 상기 양정요소를 구동시키기 위한 구동요소를 포함하여 구성된다.

또한, 태양광선을 이용하여 오염물질을 분해시키는 오염물질 광분해부를 더 포함하여 구성되며, 상기 오염물질 광분해부에는 TiO₂계의 촉매가 이용된다.

보다 구체적으로 본 발명에 의한 태양광선을 이용한 수질개선장치는 상기 양정요소가 하단부에 유입구가 형성되고 상단부에 배출부가 구비되며 물에 뜨도록 형성되는 깔대기형 플로터와, 상기 플로터에 축착되는 스크류로 구성된다. 또한, 상기 구동요소는 상기 지지부의 상면에 결합되어 상기 모터에 전원을 공급하는 태양전지와, 상기 태양전지의 전원에 의해 스크류를 회전시키는 모터로 구성된다. 그리고, 상기 오염물질 광분해부는 상기 플로터의 확장부의 표면에 TiO₂계의 촉매를 코팅하여 구성될 수 있다.

그리고, 이와 같은 본 발명의 태양광선을 이용한 수질개선장치는 모든 호소, 댐 및 유속이 적은 하천에 설치하여 이용할 수 있으며, 본 발명의 장치를 물의 움직임이 있는 곳에 적용하는 경우에는 유실되지 않도록 하상에 통상의 고정수단을 이용하여 고정한 형태로 이용하게 된다.

이하, 이와 같은 본 발명의 실시예를 첨부 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1 내지 도 3은 본 발명에 의한 태양광선을 이용한 수질개선장치를 보인 것으로, 도 1에는 사시도가 도시되고, 도 2에는 종단면도가 도시되어 있으며, 도 3에는 스크류 작동 회로도가 도시되어 있다.

이에 도시한 바와 같이, 본 발명에 의한 태양광선을 이용한 수질개선장치는 하단부에 유입구(11)가 형성되고 상단부에 배출부(12)가 구비되며 물에 뜨도록 형성되는 깔대기형 플로터(10)와, 상기 플로터(10)의 상부에 구비되는 지지부(13)의 내부에 결합되는 모터(20)와, 상기 모터(20)의 구동력으로 회전하고 심층부의 물을 표층부로 양정시켜 회류시키는 스크류(21)와, 상기 지지부(13)의 상면에 결합되어 상기 모터(20)에 전원을 공급하는 태양전지(30)와, 상기 플로터(10)의 확장부(14)에 형성되는 오염물질 광분해부(40)를 포함하여 구성된다.

상기 깔대기형 플로터(10)는 예를 들어 FRP 등의 마모성과 견고성을 지니고 비중이 가벼운 재질로 형성할 수 있다.

상기 깔대기형 플로터(10)의 상부에 구비되는 지지부(13)는 모터(20)가 결합되는 내부가 침수되지 않는 구조로 형성되며, 상기 지지부(13)의 내부에는 모터(20)를 작동시키기 위한 회로부가 함께 결합된다. 그리고, 상기 플로터(10)의 하부 내측에는 스크류(21)의 축(22)을 지지하기 위한 축지지부(23)가 구비된다.

또한, 플로터(10)에는 필요에 따라 부력을 높이기 위하여 부력체(50)가 결합될 수 있으며, 예를 들어 환형 부력체(50)를 지지부(13)에 끼워 결합한 형태로 이용될 수 있다.

상기 오염물질 광분해부(40)는 예를 들어 확장부(14)의 표면에 TiO₂계의 촉매를 코팅하여 형성된다.

그리고, 상기 모터 작동 회로부는 도 3에 도시한 바와 같이, 태양전지(30)의 전원을 축전하여 상기 모터(20)를 구동시키기 위한 배터리(50)와, 상기 배터리(50)의 전원이 일정 전압 이상인 때에만 상기 모터(20)를 작동시키기 위한 부족전압계전기(51)와, 전원을 수조작 또는 원격조작에 의해 온, 오프시키기 위한 스위치(52)를 포함하여 구성된다.

이러한 모터 작동 회로부는 구름과 태양과의 각도 및 일기조건에 따라 태양전지(30)가 영향을 받을 수 있고, 일정한 전압이 유지되지 않으면 스크류(21)를 회전시키는 모터(20)에 무리가 가해질 수 있으므로 태양전지(30)에서 생성된 전기를 우선 배터리(50)에 저장하였다가 다시 방출하도록 되어 있다. 또, 태양전지(30)로 부터 전기가 공급되지 않음에도 불구하고 배터리(50)에 충전된 전기가 완전 방전될 수 있으며, 이와 같이 배터리(50)가 완전 방전되면 재충전이 어렵게 되어 배터리(50)의 교체가 불가피하게 될 수 있으므로 이러한 단점을 보완하기 위하여 태양전지(30) 회로의 부하 전에 부족전압계전기(51)를 연결하여 일정한 전압 아래에서 모터(20)가 작동하는 것을 방지하고 일정한 전압 이상이 되었을 때에 다시 회로가 연결되어 모터(20)가 스크류(21)를 회전시키도록 구성된 것이다. 여기서 태양전지(30) 회로를 자동으로 차단하였다가 다시 동작시키는 부족전압계전기(51)는 통상의 자동 릴레이로 형성할 수 있다.

상기한 바와 같은 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 의한 태양광선을 이용한 수질개선장치를 호소에 설치하면, 태양전지(30)의 전원에 의해 모터(20)가 스크류(21)를 회전시키고, 스크류(21)가 회전하게 되면 플로터(10)의 하단 유입구(11)로 부터 물이 양정되어 상단의 배출부(12)로 회류하게 된다. 그리고 장치의 상부로 양정된 물은 확장부(14)에 형성된 오염물질 광분해부(40)를 통과하게 되며, 이 때 UV광은 TiO₂계의 촉매에 의해 물 속에 함유된 유기물질이 분해되어 무기질화된다. 여기서 생성되는 무기질은 유입되는 유기질에 따라 상이하지만 대체로 C0₂, H₂, NH₃, HCL 등의 형태로 기체화하여 대기 중으로 방출된다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명은 대체에너지를 이용하여 작동되므로 다음과 같은 효과가 있다.

모든 호소와 댐 및 유속이 적은 하천에도 수질 정화에 효과적이다.

수계 내에 고정 설치물이 아니므로 통수에 장애가 없다.

용존산소를 높여 줄 수 있다.

심층부의 호소수를 급작스럽게 양정하는 방식이 아니므로 호소 바닥의 오염물질이 섞이는 것을 방지할 수 있다.

광촉매를 이용하여 수질정화를 할 수 있다.

환경친화적이고 경제적이다.

경제적인 재질을 사용하여 초기투자비가 적다.

Claims (4)

1. 심층부의 용존산소가 적은 물을 표층부로 양정하여 용존산소를 높이기 위한 양정요소와, 대체에너지원인 태양을 이용하여 상기 양정요소와, 태양광선을 이용하여 오염물질을 분해시키는 오염물질 광분해부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 태양광선을 이용한 수질개선장치.
2. 하단부에 유입구가 형성되고 상단부에 배출부가 구비되며 물에 뜨도록 형성되는 깔대기형 플로터와, 상기 플로터의 상부에 구비되는 지지부의 내부에 결합되는 모터와, 상기 모터의 구동력으로 회전하고 심층부의 물을 표층부로 양정시켜 회류시키는 스크류와, 상기 지지부의 상면에 결합되어 상기 모터에 전원을 공급하는 태양전지와, 상기 플로터의 확장부에 형성되는 오염물질 광분해부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 태양광선을 이용한 수질개선장치.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 플로터의 지지부에 환형 부력체를 결합하여 구성된 것을 특징으로 하는 태양광선을 이용한 수질개선장치.
4. 제 2 항에 있어서, 상기 오염물질 광분해부는 상기 플로터의 확장부의 표면에 TiO₂계의 촉매를 코팅하여 구성된 것을 특징으로 하는 태양광선을 이용한 수질개선장치.