KR200292188Y1 - 수조내의 엽록소(이끼)류의 발생억제, 미생물의 살균과생성억제 및 악취제거가 가능한 정수장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 볼타전지를 이용하여 엽록소(이끼)류의 발생억제와 미생물의 살균과 생성억제 및 악취제거를 실현할 수 있게 한 정수장치에 관한 것으로, 특히 일정길이의 파이프형 외부 케이스의 내부에 원적외선세라믹튜브와 볼타전지를 설치하여 이곳에서 발생하는 전기와 비철금속의 이온화 현상으로 이끼의 발생억제와 제거를 동시에 수행하고, 미생물의 살균 및 세균의 발생을 억제하며, 휘발성 분자의 고리를 단락시켜 악취발생을 방지하는 장치로서, 전기적인 작용으로 살균기능과 원적외선 세라믹 방사현상으로 물의 알칼리 상태로 변환 정수기능을 갖는 장치에 관한 것이다.

아울러, 물의 유동이 적은 곳에 순환펌프와 함께 연결 설치되어 본 장치에서 발생하는 전기와 비철금속의 이온화 현상이 일정하게 작용하는 것에 의해 엽록소(이끼)류의 발생억제와 미생물의 살균과 생성억제 및 악취제거를 실현할 수 있다.

Description

수조내의 엽록소(이끼)류의 발생억제, 미생물의 살균과 생성억제 및 악취제거가 가능한 정수장치{Water purifying device using a voltaic cell}

본 고안은 정수장치에 관한 것으로, 특히 볼타전지를 이용하여 수조내에서의 엽록소(이끼)류의 발생억제, 미생물의 살균과 생성억제 및 악취제거를 할 수 있는 볼타전지를 이용한 정수장치에 관한 것이다.

일반적으로 공공장소에 설치되는 대형 수족관이나 가정의 조그마한 어항에 이르기까지 물의 유동이 적은 수조에 있어서는, 통상 2 내지 3개월 간격으로 수조 내부의 청소와 수용된 물의 물갈이를 해주게 되는데, 이러한 수조 내의 청소 및 물갈이 작업은 매우 번거롭고 경제적인 부담이 따를 뿐 아니라 작업시 물에서 발생되는 비린 냄새 등으로 작업상에 많은 어려움을 겪고 있다.

상기한 문제점을 해소하기 위하여 수족관 및 어항 내부에 소정의 정수장치를 설치하여 일부 사용해오고 있으나 일정기간이 지난 후에는 여전히 물갈이와 수조 내부의 청소를 해야 하는 불편을 겪고 있다.

상기한 종래의 정수장치 중의 하나로 국내 특허출원 제 2000-31721호가 있다.

상기 예시한 종래의 정수장치는 원형의 볼타전지에 길이방향 둘레로 금속코일이 감겨진 완제품전지가 내부에 수용되고, 외부는 원적외선 세라믹으로 형성되며, 물의 유입이 자유롭도록 둘레 전체에 관통공이 형성된 외부 하우징이 감싸고 있는 형태로 구성되어 있다. 이러한 구성으로 세균의 살균, 생성억제, 악취제거, 수초류의 왕성한 발육 및 물고기의 성장촉진을 도모할 수 있고, 이에 따라 물갈이 횟수를 줄일 수 있는 장치이다.

그러나 상기한 종래의 기술에서는 정수장치를 설치한 후 단기간에 대하여는 상기한 바와 같은 작용 및 효과를 얻을 수 있으나 장기간동안 사용한 후에는 여전히 이끼(녹조류)가 발생되고 그 사용 효과가 미미한 등의 문제점이 있다.

따라서 본 고안은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 볼타전지를 어항이나 수족관내에 설치하여 장시간동안 사용하더라도 녹조류의 발생이나 악취발생이 전혀 없는 엽록소(이끼)류의 발생억제와 미생물의 살균과 생성억제 및 악취제거가 가능한 정수장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

도 1a 는 본 고안에 따른 정수장치의 구조를 도시한 단면도,

도 1b 는 상기 도 1a 의 A-A 선에 따른 단면도,

도 1c 는 본 고안에 따른 정수장치의 내부 구조를 도시하기 위한 부분 절개 사시도,

도 2 는 본 고안의 다른 실시예에 따른 정수장치의 단면도,

도 3a 와 도 3b 는 본 고안에 따른 정수장치의 설치 상태를 도시한 단면도,

도 4 는 물의 산화와 환원에 대해서 열역학적으로 안정한 영역을 환원전위나 pH 값의 영역으로 표시한 펄베이익 다이어그램,

도 5 내지 도 9 는 수족관내에 본 고안의 볼타셀을 이용한 정수장치를 설치한 것과 설치하지 않은 수족관에서의 수질 변화추이를 비교 도시한 그래프도,

도 10 내지 도 12 는 수족관내에 본 고안의 볼타셀을 이용한 정수장치를 설치하였다가 제거한 후의 시간경과에 따른 COD, 탁도 및 엽록소 변화의 추이를 도시한 그래프도임.

도 13 과 도 14 는 볼타 전지셀이 장기간 수중에서 노출되었을 때 물의 pH 와 아연 농도의 변화를 도시한 그래프도임.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

1 : 아연합금 코아튜브 2 : 은합금 동코일

3 : 음(-) 극 4 : 고순도 세라믹튜브

5 : 외부 케이스 6 : 밀림(쏠림) 방지링

7 : 측면 지지대 8 : 볼타전지 내부 조립체

9 : 수중모터 10 : 순환펌프

11 : 어항(수족관) 12 : 물

13 : 모래 14 : 공기공급용 호스

15 : 스트레이너 20 : 볼타전지 조립체

상기 목적을 달성하기 위한 본 고안의 정수장치는 파이프형의 아연합금 코아튜브와, 상기 아연합금 코아튜브의 외측 둘레를 그 길이 방향을 따라 감겨져 있는 은합금 동코일과, 상기 아연합금 코아튜브의 외측에 일정간격 이격되게 설치되는 음극관과, 상기 음극관의 외측에 일정간격 이격되게 설치되며 원적외선을 방출하는 원적외선 세라믹튜브와, 상기 원적외선 세라믹튜브의 양측면에 결착되며 통수공이 형성되어 있는 측면 지지대로 이루어지는 볼타전지 내부 조립체와; 상기 볼타전지 내부 조립체를 내부에 수용 결착하며, 양측 단부가 상기 측면 지지대로부터 외측으로 일정길이 돌출되어 나온 외부 케이스를 포함하여 볼타전지 조립체를 형성하는 것을 특징으로 하고 있다.

이러한 구성으로 본 고안의 볼타전지를 이용한 정수장치는 물의 유동성이 적은 곳에 설치되어 녹조류(이끼)의 생성억제와 세균의 살균과 생성억제 및 악취를 제거하는 기능을 갖고, 유기물을 중금속과 결합하여 불용성의 염으로 형성하여 침전물을 제거하고, 원적외선 세라믹 효과로 물을 활성화시켜 정수하는 기능을 발휘한다.

본 고안의 정수장치 내부 구성부재간에는 쏠림방지용 클립링을 다수개 구비하여 내부 구성부재간의 안정적인 결합구조를 갖도록 하고 있으며, 특히 물의 순환을 위한 순환펌프의 토출구 또는 유입구 등에 결착시켜 사용할 경우 수조내의 물을 보다 효과적으로 정화시킬 수 있다.

참고로, 본 고안의 정수장치에 적용되는 전기화학 반응이론에 대해 먼저 설명하기로 한다.

일반적으로 전기화학반응은 속도론을 기본으로 하여 에노드극(Anode)에 H⁺이온이 전해밀도에 따라 증가하여지면 H⁺이온의 환원이 아닌 H₂O 의 환원분해가 선행되어져 H⁺와 OH^-이온이 생성된다.

즉, H₂0 + 2e^-→ H⁺+ 2OH^-

이와 같이, 환원반응이 크게 되며 수소이온 H⁺의 농도는 증가하여 캐소드(Cathode)극 면에는 pH가 증가하게 되며 ORP(산화환원전위)는 음(-)극화하게 된다.

물의 안정적인 영역 (The Stability Field Water)에서 물이 산화제로 쓰일때 물은 H₂로 환원되고, 환원제로 쓰일 때 물은 O₂로 산화된다.

물 속에서 견딜 수 있는 화학종들은 위의 두 과정에 해당하는 한계사이에 환원전이를 가져야 한다. 또한 환원되는 물은 빠르게 환원시켜서 H₂가 되게 하고, 산화제는 물을 빠르게 산화시켜서 O₂가 되게 해서 액체상태로 존재하지 못하게 한다.

물의 산화와 환원에 대해서 열역학적으로 안정한 영역을 환원전위나 pH 값의 영역으로 표시한 것으로, 펄베이익 다이어그램이 있으며, 상기 다이어그램을 본 고안의 도 4 에 도시하였다.

한편, 볼타전지의 자체전압 발생과정을 살펴보면, 아래와 같이 (- 400mv) ∼(+ 800mv) 까지 발생하고 전체적으로 150mv의 전압이 발생하여 어항이나 수족관내에서 세균을 살균하고 녹조류의 발생을 억제하여 생성을 방지한다.

음(-)극 : Zn → Zn²⁺+ 2e^-EO산화 = (- 400mv) ∼ (- 800mv)

양(+)극 : Cu²⁺+ 2e^-→ Cu EO환원 = (+ 400mv) ∼ (+ 650mv)

(전체) : Zn + Cu²⁺→ Zn²⁺+ Cu EO전체 = 150mv

세균의 살균 및 생성억제와 악취제거는 내부에 내장된 볼타전지에 의한 전기화학 반응과 세라믹 부재로부터 나오는 원적외선(Infrared Radiation) 파장에 의해 물의 ORP(산화환원전위)가 최고 -800mv까지 이른다. 하지만 미생물의 경우는 수mv에 불과한 전위차에 의해 사멸되므로 미생물을 죽이는 살균기능을 갖게되고 세균의 발생을 원천적으로 방지한다. 또한 암모니아(NH₃), 암모니아성질소, 황화수소(H₂S), 질산성질소등의 성분이 억제되고 승화(기화)하여 악취를 제거한다.

이하, 상술한 원리를 토대로 첨부된 도면을 참조하여 본 고안에 따른 정수장치의 적합한 실시예에 대해 상세히 설명한다.

도 1a 는 본 고안에 따른 볼타전지를 이용한 정수장치의 구조를 도시한 단면도이고,

도 1b 는 상기 도 1a 의 A-A 선에 따른 단면도이며,

도 1c 는 본 고안에 따른 볼타전지를 이용한 정수장치의 내부 구조를 도시하기 위한 부분 절개 사시도이다.

도시된 바와 같이, 본 고안의 정수장치로 사용되는 볼타전지 조립체(20)는 소정 직경의 파이프로 된 아연합금 코아튜브(1)와, 상기 코아튜브(1)의 외측 둘레에 그 길이 방향으로 감겨져 있는 은합금 동코일(2)과, 상기 은합금 동코일(2)이 감겨진 아연합금 코아튜브(1)의 외측에 일정간격 이격되게 설치되며 음(-) 전기를 띄는 음극관(3)과, 상기 음극관(3)의 외측에 일정간격 이격되게 설치되며 원적외선을 방출하는 고순도 원적외선 세라믹튜브(4)와, 상기 고순도 원적외선 세라믹튜브(4)의 양측면에 결착되며 통수공이 형성되어 있는 측면 지지대(7)로 이루어지는 볼타전지 내부 조립체(8)와; 상기 내부 조립체(8)를 내부에 수용 결착하며, 양측 단부가 상기 측면 지지대(7)로부터 외측으로 일정길이 돌출되어 나온 외부 케이스(5)로 구성된다.

즉, 상기 볼타전지 조립체(20)는 파이프형의 외부 케이스(5)의 내부에 아연합금 코아튜브(1)와 음극관(3) 및 원적외선 세라믹튜브(4) 등을 수용하는 구조로 이루어지며, 볼타전지 내부 조립체(8)의 최외측에 위치한 원적외선 세라믹튜브(4)와 상기 외부 케이스(5)와의 결합은 끼워맞춤이나 결착수단을 이용한 결착방법으로 견고한 결착이 이루어지도록 한다.

상기 부품중 외부 케이스(5)는 그 양측 단부가 볼타전지 내부 조립체(8)의 측면 지지대(7)보다 측면으로 일정길이 더 돌출되어 나온 형태로 구성되며, 돌출되어 나온부위의 내측면부(5a)는 나사결합에 의한 결착이 이루어질 수 있도록 나선이 형성되게 한다.

이때, 상기 볼타전지 내부 조립체(8)와의 결착을 용이하도록 하기 위해 경사지도록 형성할 수 있다. 즉, 케이스 단부에서의 삽입각도는 크나 내부로 갈수록 그 각이 작아지도록 경사진 각도로 단부 내측면 일정길이에 걸쳐 형성되게 한다. 또한 상기 외부 케이스(5)와 볼타전지 내부 조립체(8)의 양측단에 위치한 측면 지지대(7)는 부식이 되지 않으면서 무게가 가벼운 재질, 예컨데 플라스틱과 같은 재질로 하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 볼타전지 내부 조립체(8)를 구성하는 각 구성부재간에 있어서, 간섭에 의한 이동 및 쏠림 현상을 방지하기 위해 각 구성부재간에 쏠림 방지용 클립링(6)이 삽입된다. 예컨데, 은합금 동코일(2)이 감겨져 있는 아연합금 코아튜브(1)와 그 외측에 위치한 음극관(3)의 사이에 다수의 제1 클립링(6a)이, 상기 음극관(3)과 그 외측에 위치한 원적외선 원적외선 세라믹튜브(4)간에 다수의 제2 클립링(6b)이, 상기 음극관(3)의 양측단과 측면 지지대(7)의 사이에 제3 클립링(6c)이, 상기 원적외선 세라믹튜브(4)의 양측단과 측면 지지대(7)의 사이에 제4 클립링(6c)이 각각 구비된다. 이때 상기 파이프형의 아연합금 코아튜브는 부식이 되지 않고 가벼운 비철금속 합금으로 형성하며, 클립링(6) 역시 무게가 가볍고 부식이 되지 않는 플라스틱재를 사용하는 것이 좋다.

또한, 상기 측면 지지대(7)는 면 전체에 걸쳐 통수공(7a)이 형성되어 유입구(A)를 통해 들어오는 물이 볼타전지 내부 조립체(8)를 통과하여 반대편의 유출구(B)를 통해 용이하게 빠져나갈 수 있도록 한다.

아연합금 코아튜브(1)의 외측면에 감겨진 음합금 동코일(2)의 일측단은 상기 도 1c 에 도시된 바와 같이 상기 음극관(3)에 결착되도록 하여 음극관(3)에서 음(-)의 전기가 유도되도록 한다.

한편, 도 2 는 본 고안의 볼타전지 조립체(8)에 있어서, 아연합금 코아튜브(1)의 둘레에 감겨지는 은합급 동코일(2')의 다른 실시예를 도시한 도면이다.

본 실시예에서의 은합급 동코일(2')은 아연합급 코어튜브(1)의 둘레를 따라 감겨지되 튜브(1) 내부 중심축과 평행한 방향으로 배열되도록 감겨진다. 즉. 내부 중심부를 축으로 원주둘레를 따라 감겨지게 된다.

상기와 같이 구성된 본 고안의 볼타전지 조립체(20)는 아연합금 코어튜브(1)와 그 외측면에 길이 방향으로 수회 감겨진 은합금 동코일(2)의 물리적인 작용에 의해 전기가 유도되어 양(+)의 전기와 음(-)의 전기가 생성되며, 음극관(3)에는 음의 전기가 유도된다. 또한 음극관(3)의 외부에 설치된 고순도 원적외선 세라믹튜브(4)로부터 원적외선이 방출되어 세균의 살균작용에 기여하게 된다.

도 3a 와 도 3b 는 상기 본 고안의 볼타전지 조립체(20)를 수조 내부에 설치한 상태의 각 실시예를 도시한 개략적인 단면도이다.

참고로, 상기 도면에서, 본 고안에서의 정수 기능을 수행하는 볼타전지 조립체(20)와 이와 결합되는 순환펌프(10) 등의 배열 예를 편의상 하나의 수조내에 함께 도시한 것이다.

먼저 도 3a 에서는, 볼타전지 조립체(20) 2개를 수조에 설치한 경우로서, 하나의 볼타전지 조립체(20)는 수조 하부에 위치한 모래(13) 내부에, 다른 하나는 수중의 순환펌프(10)에 연결되도록 구성한 경우이다.

즉, 도면의 좌측에 설치된 본 정수장치의 제1 예는 순환펌프(10)와 연결되는 볼타전지 조립체(20)의 연결형태가 수평(횡)방향이고, 볼타전지 조립체(20)와 순환펌프(10)가 연결되는 부위에 공기공급호스(14)가 연결되는 경우이다. 이때 상기 순환펌프(10)는 모터(9)에 의해 구동되는 펌프이다.

도면의 우측에 도시한 제2 예는 볼타전지 조립체(20)와 순환펌프(10)의 연결방향이 수직(종)방향으로 이루어진 경우로서, 볼타전지 조립체(20)와 연결된 관이 물(12)의 외부로 돌출되어 나오도록 구성한 예이다.

한편, 순환펌프(10)의 흡입부에는 스트레이너(미도시)를 부착시켜 이물질이나 물고기가 순환펌프(10) 내로 흡입되어 들어가는 것을 방지하였고, 수조 저부의 소정 위치에 세퍼레이터(15)를 설치하여 침전물이나 이물질 등을 배출할 수 있도록 하였다. 상기 세퍼레이터(15)는 통상 일정간격, 예컨데 1개월 또는 2개월에 1회씩 세퍼레이터(15)를 분리하여 청소를 할 수 있도록 한 것으로, 청소후 재설치하는 경우 별도의 물갈이가 필요하지 않도록 하는 효과를 얻는다.

도 3b에 도시된 제3 및 제4 예는 볼타전지 조립체(20)를 수조내에 설치하되, 모래(13)의 내부에는 하지 않고 수중에만 설치한 경우로서, 도면의 좌측에 도시된 제3 예는 순환펌프(10)와 연결되는 2개의 볼타전지 조립체(20) 중 하나는 횡방향으로, 다른 하나는 종방향으로 각각 연결시킨 예이다.

도면의 우측에 도시된 제4 예는 볼타전지 조립체(20)를 수중에만 위치하도록 설치하되, 순환펌프(10)와 연결되는 볼타전지 조립체(20)를 모두 횡방향으로 배열되도록 형성한 경우이다.

또한, 수조 저부에 위치한 모래(13) 하부에는 상기 세퍼레이터(15)를 설치하여 침전물이나 이물질 등을 정기적으로 배출시킬 수 있도록 한다.

이와 같이 구성된 본 고안의 볼타전지를 이용한 정수장치는 볼타전지 조립체(20)를 수중의 모터(9)가 장착된 순환펌프(10)에 부착시켜 물이 어항이나 수족관 등의 수조(11) 내부에 골고루 순환되도록 함으로써 수조내의 엽록소(이끼)류의 발생을 억제하고, 미생물의 살균과 생성억제 및 악취를 제거하도록 한다.

이때, 상기 볼타전지 조립체(20)와 순환펌프(10) 간의 결합은 볼타전지 조립체(20)를 순환펌프(10)의 물 유입구나 토출구 등에 결착시킨다.

이하에서는 상기 본 고안의 정수장치를 수조에 적용, 실시한 실험예에 대해 설명하기로 한다.

[실험 실시예 1]

본 실시예에서는 일반 가정용 수족관을 이용하여 본 고안의 정수장치를 설치한 수족관과 설치하지 않은 수조관(이하 '대조 수족관'이라 함) 2조를 준비하여 동일한 수 및 동일한 종류의 관상어를 사육하며 수질변화의 차이를 관찰하였다.

상기 수족관은 가로 86cm, 세로 40cm, 높이 30cm의 크기이고, 바닥에는 모래를 약 3cm 가량 깔았고, 본 고안의 정수장치인 볼타전지 조립체(20)를 설치한 형태는 상기 도 3a 의 제1 예에 도시된 형태, 즉 본 고안의 볼타전지 조립체(20)를 2개 설치한 것으로, 2개중 하나는 모래 밑 약 1cm 지점에, 다른 하나는 수중에 설치하였다.

상기 수족관에 사용된 물은 상수로 사용되는 지하수 150ℓ를 수조내에 채우고 1일간 버블 발생기와 수온 조절용 히터를 가동하여 염소를 휘산시키고 수온은 약 26℃ 로 유지되도록 조절하여 관상어 사육에 적절한 환경을 조성하였다.

실험적 변수를 줄이고 결과 관찰을 용이하게 하기 위하여 여과용 필터를 제거하고, 수초와 장식물을 사용하지 않았으며, 수육어종은 열대어종으로 실버바브 5마리, 실버자이안트 4마리, 실버샤크 5마리, 펄구라미 3마리, 총 17마리씩을 사용하였다.

그리고 수질의 변화는 상기의 조건에서 열대어를 사육하며 열대어의 활동을 관찰하고 일정시간 간격으로 샘풀을 채취하여 전도도, 탁도(Turbidity), 산화-환원 전위(ORP), pH, 경도, COD, 엽록소 등의 항목을 측정 분석하였고, 그 결과를 아래의 <표 1> 에 도시하였다.

아울러, 상기 각 측정항목에서의 시간대별 변화 추이를 그래프로 도 5 내지 도 9 에 도시하였다.

<표 1> 시간의 경과에 따른 수족관 수질의 변화

a) 볼타전지 조립체 설치 수족관

기간(일)	COD(mg/ℓ)	탁도(NTU)	전도도(㎲)	pH	ORP(mV)	총질소(mg/ℓ)	총 인(mg/ℓ)	경도(mg/ℓ)	엽록소(mg/㎥)	아연(mg/ℓ)
0	0	0.71	145.8	7.53	-49.8	-	-	92.5	-	-
6	7	0.72	180.8	7.56	-50.5	-	-	-	-	-
14	16	0.73	222.2	7.53	-52.0	-	-	-	-	-
20	20	0.94	265.3	7.47	-31.3	-	-	-	-	-
27	34	1.43	297.6	7.47	-33.2	-	-	-	-	-
33	36	1.67	323.7	7.43	-39.1	25	6	146	4.6	0.8

b) 대조 수족관

기간(일)	COD(mg/ℓ)	탁도(NTU)	전도도(㎲)	pH	ORP(mV)	총질소(mg/ℓ)	총 인(mg/ℓ)	경도(mg/ℓ)	엽록소(mg/㎥)	아연(mg/ℓ)
0	0	0.47	148.9	7.47	-48.7	-	-	92.5	-	-
6	13	0.81	193.1	7.46	-44.2	-	-	-	-	-
14	28	1.46	231.8	7.59	-57.4	-	-	-	-	-
20	46	3.48	258.9	7.57	-34.0	-	-	-	-	-
27	64	6.34	287.9	7.82	-48.4	-	-	-	-	-
33	72	9.42	304.6	8.17	-69.4	37	13	147	159.74	0.42

도 5 는 COD 의 시간대별 변화 추이를 도시한 그래프이다.

상기 도면을 참조하면, COD 변화는 두 수족관 모두 시간에 따라 증가하는 경향을 나타내고 있으며, 이러한 증가는 수족관에 공급되는 잉여 사료와 수중의 박테리아와 조류를 포함한 그 밖의 미생물 어류의 배설물에 기인하는 것이다. 그러나 약 한달간의 실험에서 볼타셀을 설치하지 않은 대조 수족관이 설치한 수족관의 2배에 달하여 볼타셀의 설치가 수중의 유지물 농도를 저감시키는 효과가 있음을 알 수 있다.

도 6 은 탁도의 시간대별 변화추이를 도시한 그래프이다.

상기 탁도의 변화는 도시된 바와 같이, 볼타셀을 설치한 수족관은 실험기간동안 대체로 큰 변화가 없는 반면, 대조 수족관의 경우 실험초기에는 셀을 설치한 수족관과 유사하였다가 약 15 일 이후 급격한 차이가 발생하고 있다.

수족관과 같이 비교적 정체된 상태에서 탁도를 유발시키는 물질은 대략 1㎛ 이하의 유, 무기성 콜로이드 입자들로 대체로 전하를 띠고 있으며 콜로이드 입자는 그 크기와 전하로 인하여 매우 안정성이 높아 좀처럼 침전이 되지 않는다. 콜로이드 입자는 물과의 친화력 정도에 따라 친수성과 소수성으로 구분되는데, 주로 무기계 콜로이드 입자는 소수성의 전하를 띠고 있으며 유기 화합물 중에는 물에 용해된 것으로 보이나 참용액을 형성하지 않는 것들이 있으며 이들은 대체로 매우 약한 전하의 친수성 콜로이드로 존재한다. 본 실험의 수족관의 탁도를 유발하는 물질은 소수성의 콜로이드 입자가 우수한 일반 자연수와 달리 주로 친수성의 입자와 소수의 소수성 입자의 복합적 특성의 입자들로 판단된다. 이러한 친수성 콜로이드 입자(유기성)들은 중금속과 결합하여 불용성의 염을 형성하여 침전 제거되는 경향이 크므로 볼타셀을 설치한 수족관의 탁도가 비교적 일정하게 유지된 것이 그에 기인하는 것이다.

도 7 은 pH의 시간대별 변화추이를 도시한 그래프이다.

pH의 시간대별 변화추이는 도시된 바와 같이, 볼타셀을 설치한 경우 비교적 일정하게 유지된 반면, 대조 수족관은 pH 가 점차 증가함을 알 수 있다. 이러한 증가는 상기 <표 1>에 나타난 엽록소의 최종 농도변화로 설명될 수 있다. 엽록소는 모든 담수 조류가 공통으로 보유하는 성분으로 조류발생의 지표로 사용되는 물질이다. 조류는 탄소동화 작용을 하는 식물성 수중생물로 적절한 햇빛, 온도, 영양염류에 의하여 급격히 증식되며 대체로 실험에 사용된 수족관은 이러한 조건에 잘 부합된다. 수중 조류의 광합성 활동이 활발할 경우 무기탄소원인 HCO₃ ^-나 CO₃ ^-을 흡수하고 OH^-를 발생시킴으로 수중의 pH 가 증가한다. 따라서 대조 수족관의 pH 증가는 조류의 증가가 원인이며 볼타셀을 설치한 수족관은 탁도 유발의 주요 인자인 조류발생의 억제와 발생된 조류의 상당량이 침전 제거된 것이 pH 가 비교적 일정하게유지된 요인이다.

한편, 상기 총질소와 총인의 경우 상기 <표 1>에 나타난 바와 같이, 대조 수족관이 높게 측정되었는데, 이는 도 8 에 도시한 ORP 의 변화특성 그래프와 비교할 때 대조 수족관이 대체로 호기성 분위기가 강하여(특히, 20일 경과 이후) 조류 생성의 필수인자인 유기질소와 인으로 부터 무기질 질소(NH⁺, NO₂, NO₃) 및 무기인(PO₄ ^3-)으로 산화가 촉진된 결과이다.

도 9 는 전기 전도도의 추이를 나타낸 그래프로서, 전기 전도도는 물이 함유하는 이온성 용질 고형물의 농도를 종합적으로 나타내며, 전류를 흐르게 하는 용액의 능력을 측정한다. 두 수족관의 전도도 차이는 실질적으로 없는 것으로 나타났으며, 이는 주로 수중의 무기성 오염물질의 증가에 의한 것으로 전하를 갖지 않는 가용성 유기물은 그 양의 정도와 관계없이 전도도로 측정되지 않기 때문이다.

[실험 실시예 2]

본 실험은 앞서 설명한 실험 실시예1의 실험과 유사한 환경조건으로 볼타셀을 한쪽 수족관에 설치하고, 다른 하나의 수족관을 대조로 하여 한 달 동안 관상어를 사육하면서 어항 내부가 확연하게 오염이 되었음을 확인 할 수 있을 때에 수족관에 설치하였던 볼타셀을 제거하여 대조 수족관으로 옮겨 그 결과를 60일간 관찰하여 볼타셀을 설치하였던 수족관내의 수질의 변화와 이미 오염된 상태의 물에 있어서 수질개선 효과를 관찰하는 실험이다.

도 10 내지 도 12 는 COD, 탁도, 엽록소의 변화를 시간에 따른 변화를 각각 도시한 그래프이다,

도시된 바와 같이, 볼타셀을 설치하였다가 제거한 수족관에서는 수질의 변화가 거의 없이 일정하게 유지되어 셀의 설치에 의하여 야기된 수질의 전기, 화학적 변화가 잔류성을 갖는 것으로 나타났다. 또한 볼타셀을 옮겨 설치한 수족관에서도 상당히 오염이 진행된 수질에 적용할 경우 수질 개선의 효과가 있음을 알 수 있다. 이러한 변화는 궁극적으로 앞에서 언급한 탁도제거와 조류증식 억제 메카니즘과 밀접한 관계가 있다.

[실험 실시예 3]

본 실험의 실시예는 볼타셀의 아연용출 실험으로서, 장기간 수중에서 볼타셀이 노출될 경우 물의 pH와 아연농도의 변화를 측정하는 실험예이며, 도 13과 도 14 에 시간에 따른 변화추이를 그래프로 도시하였다.

본 실험에 사용된 물은 활성탄과 이온교환수지를 거친 정제수를 사용하였으며 관상어를 사육하지 않은 상태에서 실험하였으므로 수족관에서의 아연 농도변화를 직접적으로 나타내지는 않는다.

pH 의 변화는 지하 수중의 이온성물질의 농도가 높은 관계로 정제과정에서 이온교환에 의한 H⁺의 증가로 pH 가 낮았으나 간헐적인 교반과 대기와의 접촉에 의하여 수질은 곧 중성에 가깝게 도달하였으며, 그 이후 비교적 일정하게 유지되었다.

아연의 농도는 시간이 경과함에 따라 로그 함수의 형태로 증가하였는데 수용액의 높은 pH 영역에서 아연의 용해도가 감소하는 경향이 있음에도 불구하고 아연의 농도가 계속 증가하여 금속안연상태의 볼타셀로부터 지속적인 용해가 이루어짐을 알 수 있다. 그러나 50일간의 실험에서 아연의 농도는 대략 4 mg/ℓ로 수렴하는 경향을 보이고 있다.

아연은 수질 기준상 심미적 영향물질로 분류되어 있으며 우리나라를 포함하여 미국과 일본의 아연의 수질기준 또한 1 mg/ℓ 로 규제하고 있으며, WHO 는 5 mg/ℓ로 규제하고 있다.

아연을 함유한 물은 불쾌한 맛을 나타내고 끓였을 때 불쾌한 냄새와 미끈미끈한 느낌을 갖게 하여 구토, 탈수, 무기력, 구역질 등을 일으키며 염화아연에 의하여 의해서는 신장병을 유발시킨다고 알려져 있다. 따라서 다량의 오랜시간의 오염을 방치한다면 이에 따른 독성반응이 일어날 우려가 있다. 그러나 일반적으로 아연은 수질 기준상 엄격한 규체 항목으로 취급되고 있지는 않으며, 음용수로 사용되는 물은 인체 생리상 미량의 금속류, 특히 철, 아연, 구리, 셀레늄 등은 인간의 건강유지에 필요하다는 연구 결과가 발표되고 있는 실정이므로, 용해된 아연의 농도는 대체로 수중생물이나 고등동물에 위해한 정도는 아닌 것이다.

이상 전술한 바와 같이, 본 고안은 어항이나 연못 등에 설치될 경우 수조내에서의 미생물의 생육억제 및 제거와 살균, 정수기능, 악취방지 기능을 함께 갖는 매우 유용한 장치이고, 대형 또는 소형의 각종 어항이나 연못, 호, 저수지 등의 수질을 개선시키는 데 있어서 매우 효과적이며, 특히 질소와 인의 제거에 탁월한 효과가 있어 양어장이나 낚시터의 수질개선에도 큰 효과를 얻을 수 있다.

Claims (6)

1. 물의 유동성이 적은 곳에 설치되어 녹조류(이끼)의 생성억제와 세균의 살균과 생성억제, 악취제거 기능을 갖고 유기물을 중금속과 결합하여 불용성의 염으로 형성하여 침전제거 하고, 원적외선 세라믹 효과로 물을 활성화하고 정수기능을 갖는 장치로서,

   파이프형의 아연합금 코아튜브(1)와, 상기 아연합금 코아튜브(1)의 외측 둘레를 그 길이 방향을 따라 감겨져 있는 은합금 동코일(2)과, 상기 아연합금 코아튜브(2)의 외측에 일정간격 이격되게 설치되는 음극관(3)과, 상기 음극관(3)의 외측에 일정간격 이격되게 설치되며 원적외선을 방출하는 원적외선 세라믹튜브(4)와, 상기 원적외선 세라믹튜브(4)의 양측면에 결착되며 통수공이 형성되어 있는 측면 지지대(7)로 이루어지는 볼타전지 내부 조립체(8)와; 상기 볼타전지 내부 조립체(8)를 내부에 수용 결착하며, 양측 단부가 상기 측면 지지대(7)로부터 외측으로 일정길이 돌출되어 나온 외부 케이스(5)를 포함하는 구성으로 볼타전지 조립체(20)를 형성하는 것을 특징으로 하는 볼타전지를 이용한 정수장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 정수장치는 상기 볼타전지 조립체를 형성하는 내부 구성부재간에 쏠림방지용 클립링을 다수개 더 구비하는 것을 특징으로 하는 볼타전지를 이용한 정수장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 볼타전지를 이용한 정수장치는 상기 볼타전지 조립체와 종방향 또는 횡방향으로 연결되는 순환펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 볼타전지를 이용한 정수장치.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 볼타전지 조립체는 수중에서 다수개 설치되되, 이 중 하나는 수조 저부의 모래 내에, 다른 하나는 수중에 설치되는 것을 특징으로 하는 볼타전지를 이용한 정수장치.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 파이프형의 아연합금 코아튜브는 비철금속 합금으로 형성되는 것을 특징으로 하는 볼타전지를 이용한 정수장치.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 외부 케이스 및 상기 측면 지지대는 부식방지가 이루어지고 가벼운 플라스틱재로 형성되는 것을 특징으로 하는 볼타전지를 이용한 정수장치.