KR20030020098A

KR20030020098A - 전자석의 교대(alternate) 자력을 이용한 녹조, 적조정화시스템 및 분말 제조방법

Info

Publication number: KR20030020098A
Application number: KR1020010053760A
Authority: KR
Inventors: 이기양; 이기안; 김태영; 손승모
Original assignee: 이기양; 이기안; 김태영; 손승모
Priority date: 2001-09-01
Filing date: 2001-09-01
Publication date: 2003-03-08

Abstract

본 발명은 흡착제와 마그네타이트 분말의 혼합된 과립을 전자석의 교대(alternate)자력을 이용하여 물속의 조류 및 질소(N), 인(P)을 쉽게 정화할 수 있는 녹조, 적조정화 시스템 및 분말 제조방법에 관한 것으로, 마그네타이트(Fe₃O₄)에 제올라이트, 활성탄, 황토와 수산화칼슘, 탄산칼슘, 산화마그네슘, 수산화마그네슘을 함유시키며, 이 분말을 바인더에 의해 과립상태로 제조한 것을 자력을 걸어줄 수 있는 2개의 전자석 수평 칸막이 내부에 넣어주고, 일정한 간격으로 번갈아 교대로 자력을 걸어주어 물속에서 본 발명의 과립형 흡착제가 유동거리(반응시간)를 길게하여, 녹조와 부영양화 원인인 질소, 인의 흡착, 제거 방법에 관련된 녹조, 적조 정화시스템 및 분말제조방법에 관한 것이다.

Description

전자석의 교대(alternate) 자력을 이용한 녹조, 적조 정화시스템 및 분말제조방법{omitted}

본 발명은 해양이나 댐과 같이 거대한 물에 조류를 흡착하거나 녹조, 적조의 원인인 질소나 인을 흡착제에 의해 쉽게 흡착할 수 있으며, 2개의 전자석의 수평 칸막이 내부에 흡착제와 마그네타이트가 함유한 본 발명의 과립을 물속에 넣어주고 일정한 간격으로 번갈아 교대로 자력을 걸어주어 물속에서의 이동거리(반응시간)를 길게하면서 부영양화 원인인 질소와 인의 흡착률을 높이게 하며, 본 발명의 분말이 자력에 의해 물속으로 침강되지 않으면서, 질소, 인이 흡착된 본 발명의 과립을 쉽게 분리할 수 있는 마그네타이트와 질소, 인, 조류 흡착제를 이용한 녹조, 적조 정화시스템 및 분말 제조방법에 관한 것이다.

인간과 지구 환경에서 물의 역할은 매우 중요하다. 어떤 생물도 물이 없이 존재할 수 없으며, 특히 인간은 문명이 발달함에 따라 더욱더 좋은 물을 소비하려고 노력하고 있으며, 많은 물을 소비하려고 하고 있다. 따라서 인간은 지표에 자연히 존재하는 물만으로는 물의 결핍을 느끼고, 댐을 쌓고 지하수를 끌어 올리고, 바닷물을 제염하고 인공강우를 실시함으로써 지표수의 결핍 부분을 보충하려고 노력하고 있다. 수계의 모든 물은 해양, 대기, 그리고 육지에 걸쳐있는 복잡한 물의 순환과정 속의 어느 한 과정에 포함되어 있다.

일차적으로 수분은 바다로부터 대기 중으로 증발해 들어간다. 대기 중에 있는 수증기의 약 80%는 바다에서 증발된 것이라고 평가되고 있다. 바다로부터 증발되는 수분은 증발되는 지역의 대기와 해양의 표면온도, 대기 중의 기압 및 주변상황에 따라 비를 내리게 된다. 그러나, 현재 대기의 심각한 오염으로 인하여 대기 중에 오염된 유해물질들이 지표면에 뿌려지는 빗물에 흡착되어 산성비의 원인이 되고 이 물이 지표면에 어느 정도 흡수되고 강을 따라 댐이나 저수지에 가두어지게 된다. 또한, 산업현장에서 배출되어 나오는 수질에 포함된 불순물도 각양각색이다. 유기물을 함유하고 있는 것, 무기성의 것 등 특히 그 중에서 유해물질을 함유하고 있는 것 등 여러 가지가 있다. 식품제조폐수와 같은 경우는 유기물 함유량이 많으나 무해성인 것이고 피혁제조폐수의 경우에는 크롬(Cr), 황화물(S) 등의 유해물질을 포함하고 있다. 또한 제철소의 경우에는 시안(CN), 페놀이 함유되어 있고 농약의 경우에는 유기인, 유기수은이 포함되어 있다.

또한 DDT나 BHC와 같은 것은 미량이나, 수중에서 먹이연쇄를 일으켜 어류에 독성을 끼치고 있다. 또한 공업품으로서 PCB(polychlorinated biphenyl)도 같은 역할을 하고 있다. 여러 가지 광공업에 사용되는 동식물류를 포함하는 폐수, 선박에서 배출되는 기름 등도 수역을 광범위하게 오염시키고 있다. 기름은 해상에 막을 형성시켜 공기 중의 산소가 수중에 용존되는 것을 방해하여 어류를 사멸시켜 나쁜 냄새가 나게 한다.

도시폐수로서 대부분을 점유하는 것은 가정폐수, 즉 생활폐수로서 분뇨, 세탁, 조리, 잡용수 등으로 많은 유기물을 포함하고 있다. 또한 학교, 연구소, 여관 등의 배수와 병원, 어시장, 유통센터, 차량정비, 공중목욕탕 등의 서비스업의 배수등은 단백질, 세제, 기름 등의 유기물을 많이 함유하고 있다. 이와 같은 것은 생물화학적 처리법에 의하여 유기물을 제거하고 기름을 포함하고 있는 폐수는 물리적, 화학적 처리법으로 제거처리하고 있다.

우리나라 하수도의 보급률은 극히 저조하다. 따라서 하천, 호수, 해역의 오염이 급속히 진행되어 각지에서 부영양화가 일어나고 있다. 또한 합성세제 보급이나 식물의 비료에 의한 피해도 크며, 사회문제를 야기시키고 있다. 부영양화란 본래 호수로부터 나온 말이나 현재는 하천 호수 및 해역 등에 영양분이 다량 공급되어 그 결과 조류 등 수중식물이 과다하게 번식되어 일어나는 수역 생태계의 변화를 일반적으로 부영양화라고 한다. 깊은 호수에서는 햇빛이 풍부한 표층에서 식물성 플랑크톤이 번식하고 이것을 먹이로 동물성 플랑크톤이나 호저동물이 자라며 이들 동물은 다시 어류의 먹이가 된다. 또한 생물의 유기부패물은 침강 도중 또는 호수 밑에서 박테리아의 분해를 받아 무기물이 되어 식물의 성장을 촉진시킨다.

부영양화는 일반적으로 위에 서술한 과정을 통하여 호수의 영양분 특히 질소, 인이 증가됨과 동시에 그 순환이 빠르게 된다. 호수의 부영양화가 진행됨에 따라 먼저 식물성 플랑크톤의 생물번식이 완성하게 되고 호수를 상수원으로 이용할 때에는 여과지의 폐쇄, 취기장해, 착색장해 등을 일으키게 된다. 하절기에는 밑층의 산소가 엷어져 밑으로부터, 철, 망간 등이 용출되어 적수의 피해를 끼친다.

적조는 부영양화된 해역에서 야광충, 편조류, 규조류 등 특정 동식물 플랑크톤만이 급격히 이상증식되어 체내의 색소 때문에 물의 색이 붉게 변하는 현상이다. 이 현상은 파도가 적은 강의 하구에서 비나 하천수가 다량 흘러내린 후 기후가 좋아져 해면이 잔잔해 질 때 발생되기 쉽다. 적조의 발생은 수역에 질소(N), 인(P)의 영양분이 유입·용출되어 적당한 온도와 햇빛이 유지될 때나 물의 정체성과 같은 직접적인 요인과 염소량의 저하, 자극물질(Vitamin B, 철) 등의 간접적인 요인에 의하여서도 좌우된다.

이와 같이 우리나라의 수질은 우리의 식수원인 댐이나 해수는 산업현장 및 생활 오폐수의 무단 방류로 인하여 많이 악화되어 있다. 우리의 상수원이 되는 물(Dam으로부터 공급되는 물)은 녹조, 적조현상 및 COD증가로 인하여 수도물을 대부분의 주민들이 기피하고 있는 실정이며, 녹조, 적조는 상수도 정수장의 여과지 막힘의 원인으로 정수과정의 경비가 증대되며, 수돗물의 냄새, 맛, 색깔로 인하여 불쾌감을 줌으로써 국민들은 국내의 수돗물에 신뢰를 주지 않는다.

대부분의 조류발생은 일반적으로 햇빛으로부터 직사광선을 받는 수면으로부터 30 m이내에 발생을 한다. 지금까지 부영영양화에 의한 녹조, 적조의 원인인 질소나 인을 제거하기 위한 기술적인 방법은 전무한 상태이며, 단지 녹조발생지역인 경우 수질에 황토를 뿌려주고 있는 실정에 있다. 황토는 녹조, 적조의 원인인 질소나 인을 흡착제거하기 보다는 단지 물속에 많은 조류개체수를 황토에 의해 흡착후 침강시켜주어 사멸시키는 역할밖에 하지 않는다.

댐이나 해양에 발생된 녹조, 적조 현상을 제거하기 위하여 지금까지 사용하고 있는 황토는 녹조, 적조의 원인인 질소, 인을 흡착, 제거할 목적이 아니라 단지 응집제와 유사하게 조류만을 흡착한 다음 응집하여 수중으로 침강시켜 일시적인 제거 역할만을 하고 있다. 따라서 본 발명의 목적은 종래의 녹조, 적조의 처리방법의 단점 및 문제점을 극복하고, 조류를 흡착하면서 부영양화원인인 질소, 인을 근본적으로 흡착, 제거하며, 2개의 전자석 수평 칸막이 내부에 흡착제와 마그네타이트가 함유한 본 발명의 과립을 물속에 넣어주고 일정한 간격으로 번갈아 자력을 걸어주어 물속에서의 이동거리(반응시간)를 길게하면서 부영양화 원인인 질소와 인의 흡착률을 높이게 하며, 자력에 의해 물속으로 침강되지 않으면서, 조류, 질소, 인이 흡착된 본 발명의 과립을 쉽게 분리할 수 있는 마그네타이트와 조류, 질소, 인 흡착제를 이용한 녹조, 적조 정화시스템 및 분말 제조방법을 구성으로 하는 것을 특징으로 한다.

표 1: 2개 전자석 수평 칸막이의 자력 교환속도에 따른 질소, 인, 조류의 흡착률 실험결과

표 2: 흡착제 과립의 크기에 따른 질소, 인, 조류의 흡착률 실험결과

표 3: 마그네타이트의 량과 과립의 크기에 따른 자석에 붙는 속도 및 수처리 속도를 실험한 결과

도 1: 본 발명의 실험 장치

도 2, 3: 본 발명의 현장실험 장치

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1: 수족관

2: 녹조경보가 발생한 원수

3: 본 발명의 과립

4: 수평형 전자석 판

5: 수면

6: 본 발명의 정화시스템을 이동시키는 배

7: 정화시스템을 물에 뜨게하는 풍선 내지는 공기튜브

8, 9: 전자석 판의 수평 지지대

상기한 본 발명의 목적은 지금까지 사용하고 있는 댐이나 해수의 녹조, 적조 제거의 문제점 및 단점을 극복하고, 조류를 흡착하면서 물에 용해되어 있는 질소 및 인의 흡착처리 효율을 높이고, 짧은 시간에 흡착된 물질을 쉽게 분리할 수 있는 조류, 질소, 인 흡착제와 마그네타이트 분말이 함유된 과립상태의 입자를 2개의 전자석 수평 칸막이 내부 물속에 넣어주고, 일정한 간격으로 번갈아 교대로 자력을 걸어주어 물속에서의 이동거리를 길게하면서, 조류와 부영양화 원인인 질소, 인의 흡착률을 높이게 하며, 본 발명의 흡착 과립입자가 물속으로 침강되지 않으면서, 조류, 질소, 인이 흡착된 본 발명의 과립을 쉽게 분리할 수 있는 마그네타이트와 조류, 질소, 인 흡착제를 이용한 녹조, 적조 정화시스템 및 분말 제조방법에 의해 달성된다.

이하 본 발명을 상세하게 설명한다.

실시예 1(인, 질소 흡착제 과립화 제조)

본 발명의 흡착제의 제올라이트와 활성탄은 국내의 제오빌더에서 구입하였으며, 제올라이트는 4A 타입을, 활성탄은 비표면적(BET)이 평균 1,200 ㎡/ 1g을 가진 것을 구입하였다. 마그네타이트(Fe₃O₄)는 화장품용 흑색안료를 이용하였으며, 평균 입자의 크기는 1㎛를 이용하였다. 황토는 적조 제거용을 현장에서 구입하였으며, Merck용 수산화칼슘과 탄산칼슘과 산화마그네슘, 수산화마그네슘을 암모늄과 인산염을 제거하기 위한 첨가제로 사용하였다.

적당한 용기에 제올라이트를 30 내지는 85 중량%를, 활성탄을 45 내지는 85 중량 %를, 마그네타이트를 5내지는 45 중량 %를, 황토를 20 내지는 75 중량%로, 수산화칼슘 내지는 탄산칼슘을 5 내지는 25 중량 %, 산화마그네슘 내지는 수산화마그네슘을 5내지 30 중량 %로 첨가한 다음 바인더로 벤토나이트내지는 카올린을 2내지는 10 중량%를 첨가하고, 물로 반죽을 하여 일본제품인 입자제조기 Nara machinery를 이용하여 0.5 mm에서 2 cm의 크기로 제조를 하였다. 입자제조기에서 제조된 과립상태를 100 ℃의 오븐에서 완전 건조를 시킨 후 500 ℃의 불활성분위기의 로(Furnace)에서 1시간 30분 동안 소결을 시켰다.

실시예 2(흡착 실험)

실시예 1에서 제조된 질소, 인 흡착제와 마그네타이트가 함유된 과립을 가지고 조류, 질산염(NO₃ ^-), 암모늄염(NH₄ ⁺), 인산염(PO₄ ^3-)의 흡착실험을 수행하였다. 실험대상 수질은 녹조의 현상이 뚜렷한 대청댐 물을 채취하였으며, 실험항목중 조류의 흡착실험은 댐에서 채취한 원액을 비교 실험하였고, 질산염, 암모늄염, 인산염의 흡착실험후 분석실험 과정중 녹조에 의한 방해 요인을 방지하기 위하여 미세한 여과지로 여과후 흡착실험을 수행하였다.

10리터 수족관에 댐에서 직접 채취한 원액과 미세한 여과지로 여과한 물을 각각 넣어주고, 도 1과 같이 수족관의 바깥표면에 1쌍의 전자석을 평행하게 장착하고 본 발명의 과립형을 정확히 100 g을 첨가하였다. 자석은 분당 20에서 120까지 번갈아 10분간 자력을 주고 정체된 물에서도 마그네타이트와 흡착제가 함유된 입자들이 자력에 따라 좌, 우 왕래할 수 있게 하였으며, 이때의 과립의 크기는 평균 0.5 mm였다. 마그네타이트와 흡착제가 함유된 입자들의 크기 변화에 대한 흡착률 실험은 평균 지름이 0.5mm∼2cm의 크기를 상대로 흡착실험을 수행하였으며, 이때의 자석의 교환 자력수는 분당 60에서 고정을 시키고 20분간 흡착실험을 하였다.

NH₄ ⁺, NO₃ ^-, PO₄ ^-3이온 분석은 스위스 Methrom사 lon Liquid Chromatograph에 의해 수행하였으며, 조류의 흡착 확인은 육안으로 확인하였다. 먼저 채취한 시료 원액을 기기분석 및 육안확인을 하였으며, 본 발명의 마그네타이트와 흡착제가 함유된 그래뉼(과립)을 첨가한 후의 용액을 분석하여 흡착률을 비교, 실험하였다. NH₄ ⁺, NO₃ ^-, PO₄ ^-3이온 분석의 경우, 각각의 1,000 ppm의 표준물질을 제조한 후 0.1∼10 ppm의 농도로 희석하여 기기 분석을 수행하였다. 시료 원액의 농도가 검량곡선 농도범위보다 높을 경우 희석하여 사용하였다. 분석을 하기 위한 검정곡선은 0.1, 0.5, 2.0, 10 ppm의 농도에 따른 분석결과의 면적을 단순 선형회귀곡선으로 작성하였다.

동일한 조건에서 수족관 바깥부분에서 마주보는 전자석의 자력이 교환속도가 빠를수록 입자들의 활동이 좌, 우로 빨라짐에 따라 흡착률이 높게 나타났으며, 입자의 크기가 작을수록 흡착률이 증가되었고 마그네타이트의 량이 증가될수록 자력에 의한 이동속도가 증가되었으며, 흡착제 과립의 사이즈가 작을수록 흡착률이 증가됨에 따라 수처리 속도도 과립의 사이즈가 적을수록 증가됨을 확인하였다. 자력의 교환속도에 따른 흡착률은 표 1에, 마그네타이트와 흡착제가 함유된 과립의 크기에 따른 흡착률을 표 2에 나타냈으며, 마그네타이트 량의 증가에 따른 흡착제의 전자석에 붙는 속도는 표 3에 나타냈다.

지금까지 댐의 수질에 녹조 또는 적조현상이 발생할 경우 수도물을 만들기 위한 정수과정중 여과지의 막힘 현상이 자주 발생하여 정수에 필요한 비용이 크게 상승될 뿐만 아니라 냄새, 맛, 색깔로 국민들의 불쾌감을 주며, 이로 인하여 안심하게 마실 수 있는 수질의 신뢰를 상실하고 있다. 따라서 환경보호 및 수질 보호로 인한 국민의 건강을 지키기 위하여 많은 노력을 하고 있다.

녹조 및 적조는 물속에 용해되어 있는 질소, 인과 같이 부영양화와 온도상승에 의해 조류들이 급속히 번식함에 따라 수중생태계를 파괴하고 있다.

녹조, 적조현상이 발생한 지역의 수질을 보호하기 위하여 지금까지는 단순히 황토를 뿌려주어 흡착후 침강시키거나 중금속류인 황산구리를 첨가하여 조류를 사멸하고 있다. 종래의 방법은 녹조, 적조의 원인인 질소, 인과 같은 영양분을 제거하기 보다는 녹조, 적조가 발생된 많은 조류 개체수를 황토에 흡착후 물속으로 가라 앉히는 것에 불과하며, 구리 첨가에 의한 중금속 오염이 가능하다. 따라서 종래의 방법은 녹조, 적조의 근본적인 방지가 아닌 임시방편으로 사용하는 것이다.

따라서 본 발명은 해양이나 댐과 같이 거대한 물의 조류를 흡착할 뿐만 아니라 녹조, 적조의 근본 원인인 질소나 인을 흡착제에 의해 쉽게 흡착할 수 있으며, 2개의 수평 칸막이 전자석판 내부에 흡착제와 마그네타이트가 함유한 본 발명의 과립을 물속에 넣어주고 일정한 간격으로 번갈아 교대로 자력을 걸어주어 물속에서의 이동거리를 길게하면서 조류 및 부영양화 원인인 질소와 인의 흡착률을 높이게 하며, 물속으로 침강하지 않기 때문에 조류, 질소, 인이 흡착된 본 발명의 과립을 쉽게 분리할 수 있는 마그네타이트와 질소, 인 흡착제를 이용한 녹조, 적조 정화시스템 및 분말 제조방법에 관한 것으로, 마그네타이트와 흡착제를 이용한 조류, 질소, 인을 쉽게 고흡착시키면서 댐이나 해양에서 발생된 녹조, 적조를 쉽게 제거할 수 있기 때문에 마음데로 마실 수 있는 수도물을 제공할 수 있으며, 또한 깨끗하고 청정한 수질 환경을 제공하는데 효과가 매우 크다.

Claims

합성 내지는 천연제올라이트가 30 내지는 85 중량%, 800 내지는 1,300 ㎡/ g의 표면적을 가진 활성탄이 45 내지는 85 중량 %, 마그네타이트(Fe₃O₄)가 5 내지는 45 중량 %, 황토가 20 내지는 75 중량 %, 수산화칼슘 내지는 탄산칼슘이 5 내지는 25 중량 %, 산화마그네슘 내지는 수산화마그네슘을 5내지 30 중량 %, 바인더로 벤토나이트 내지는 카올린이 2 내지는 10 중량%를 함유한 것으로, 입자제조기에서 0.5 mm 내지는 2 cm로 제조된 과립상태를 100 ℃의 오븐에서 완전 건조를 시킨 후 500 ℃의 불활성분위기의 로(Furnace)에서 1시간 30분 동안 소결시킨 마그네타이트와 교대(alternate)자력을 제공하는 전자석을 이용한 녹조, 적조 분말 제조방법.
도 1내지는 2, 3과 같이 흡착제와 마그네타이트 분말이 함유된 과립상태의 입자를 2개의 수평 일시자석 칸막이 내부 물속에 넣어주고 일정한 간격으로 번갈아 교대로 자력을 걸어주어 물속에서의 이동거리를 길게하여 조류 및 부영양화 원인인 질소와 인의 흡착률을 높일 수 있는 전자석의 교대 자력을 이용한 녹조, 적조 정화시스템
청구항 2에서 1 m×3 m 내지는 3.5 m×10 m의 면적을 가진 수평형 전자석 칸막이로 분당 20 내지는 120으로 자력을 교대로 제공되고, 전자석의 수평거리를 임의데로 조절할 수 있으며, 물에 부상시킬 수 있게 공기튜브가 장착된 자력을 이용한 녹조, 적조 정화시스템.