KR20050030739A - 초음파를 이용한 조류 생장 억제장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 초음파를 이용한 조류 생장 억제장치에 관한 것으로, 조류의 초음파 처리를 위한 초음파 기기와 물의 순환을 유도하는 수중펌프를 결합시켜 구성함으로써, 초음파 처리된 물의 신속한 교체로 넓은 수역의 물을 짧은 시간 내에 처리할 수 있고, 최소한의 초음파 기기로 초음파 처리의 효과를 극대화할 수 있으며, 운용비용이 저렴한 초음파를 이용해 남조류에 대해 선택적으로 생장 억제를 수행하여 2차 오염의 우려가 없는 친환경적인 조류 생장 억제가 가능할 뿐만 아니라, 수중펌프의 물 순환작용으로 남조류가 선호하는 정체수역을 파괴할 수 있는 효과까지 얻을 수 있는 초음파를 이용한 조류 생장 억제장치에 관한 것이다.

이러한 본 발명의 조류 생장 억제장치는, 수중에서 남조류가 주로 서식하는 수심의 물을 흡입하여 토출구를 통해 특정 방향으로 송출하도록 설치되는 하나 또는 그 이상의 수중펌프와; 초음파를 발생시켜 수중펌프로부터 송출되는 물쪽을 향하여 초음파의 조사가 가능하도록 설치되는 초음파 기기와; 수중펌프와 초음파 기기의 수중 내 위치 고정을 위한 위치고정수단과; 수중펌프와 초음파 기기의 작동을 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 제어기를 포함한다.

Description

초음파를 이용한 조류 생장 억제장치{Apparatus for suppressing algal growth using ultrasonic waves}

본 발명은 초음파를 이용한 조류 생장 억제장치에 관한 것으로서, 조류의 초음파 처리를 위한 초음파 기기와 물의 순환을 유도하는 수중펌프를 결합시켜 구성함으로써, 펌프 가동시 초음파 처리된 물의 신속한 교체로 넓은 수역의 물을 짧은 시간 내에 처리할 수 있고, 최소한의 초음파 기기로 초음파 처리의 효과를 극대화할 수 있으며, 운용비용이 저렴한 초음파를 이용해 남조류에 대해 선택적으로 생장 억제를 수행하여 2차 오염의 우려가 없는 친환경적인 조류 생장 억제가 가능할 뿐만 아니라, 수중펌프의 물 순환작용으로 남조류가 선호하는 정체수역을 파괴할 수 있는 효과를 가지는 조류 생장 억제장치에 관한 것이다.

오늘날 산업 발달과 함께 인구가 증가하고 생활수준이 향상되면서 오폐수의 발생량이 점차 증가하고 있는 추세이다.

또한, 이러한 오폐수에 함유된 질소, 인 등 다량의 영양염류가 하ㆍ폐수처리장에서 완벽히 제거되지 못한 상태로 하천이나 호소(湖沼) 또는 바다로 유입되면서 전세계적으로 대부분의 담수와 대도시 인근 해안에서는 광범위한 부영양화(富營養化, eutrophication)가 급속히 진행되고 있는 실정이다.

여기서, 부영양화란 수중의 영양염류, 특히 질소(nitrogen)와 인(phosphorus)의 농도가 높아지는 현상을 말하며, 이로 인한 많은 문제가 발생하고 있다.

예를 들면, 담수, 특히 댐의 건설로 인하여 생긴 인공호의 부영양화는 긴 체류시간과 정체수역 증가를 초래하여 조류(藻類, algae)의 생장을 촉진하게 되고, 특히 기온이 높고 광량이 많은 여름철에는 녹조(綠潮, green tide) 또는 수화(水華)라 불리우는 현상들을 매우 빈번하게 발생시키게 된다.

남조류(藍藻類, cyanobacteria)가 과생장할 경우에는 수표면에 커다란 부유물 덩어리(scum)를 형성하기도 하는데, 이는 미관상의 문제뿐만 아니라 정수처리 과정에서 침전사를 막히게 하고, 염소처리에 의한 발암물질의 발생 잠재력을 높이는 등의 문제를 발생시킨다.

이외에도 단일종, 특히 남조류가 우점하면서 수생 생태계가 단순해지고, 또한 남조류가 생산하는 이취기 물질(geosmin, 2-methylisoborneol 등), 간독소(microcystin, nodularin 등), 신경독소(anatoxin 등)에 의한 보건상의 위해문제가 발생하게 된다.

상기 독소 중에서도 마이크로시스틴(microcystin)은 가장 자주 그리고 다량으로 검출되는 대표적인 남조류 독소로서, 국내에서는 이에 의한 피해가 아직 보고된 바 없으나, 외국에서는 가축의 폐사와 인명의 피해가 여러 차례 발생, 보고된 바 있다.

따라서, 이와 같은 문제의 발생을 방지하기 위하여 부영양화와 남조류에 의한 수화 발생을 억제하거나 신속하고도 효율적으로 처리하기 위한 다양한 기술들이 개발되어 왔으며, 이중 대표적인 공지 기술로는 심층폭기(hypolimnetic aeration), 인위적 순환(artificial circulation), 저니 준설(sediment removal), 살조제 투여(algicide addition), 인의 불활성화(phosphorus inactivation) 등이 있다.

여기서, 심층폭기는 가장 널리 쓰이는 방법으로 심층수에 공기를 공급함으로써 혐기성화를 방지하여 저니로부터 인의 용출을 억제하는 방법이며, 인위적 순환은 남조류 번성의 한 원인으로 작용하는 성층(成層, stratification)을 파괴하는 방법인데, 이러한 심층폭기와 인위적 순환의 방법은 동력비가 많이 든다는 단점이 있다.

국내에서는 비교적 간단한 위의 방법들을 일반적으로 많이 사용하고 있으나, 큰 효과를 거두지 못하고 있는 형편이다.

이에 비해 저니 준설은 인의 함량이 높은 저니를 제거함으로써, 인의 내부 부하(internal loading)를 줄이고, 장기간에 걸쳐 영양염류 농도를 낮게 유지시킬 수는 있으나, 단시간에 효과를 보기가 힘들 뿐만 아니라 비용이 많이 든다는 문제점이 있다.

살조제 투여나 인의 불활성화는 철, 알루미늄, 구리염 등을 이용하여 조류의 인을 침전시키는 방법으로, 단기적인 조류 제거효과는 우수하나, 2차 오염의 문제가 있으며, 장기적으로는 실효성이 떨어지는 단점이 있다.

이밖에 주로 우리나라에서 많이 쓰이는 기술에는 차광막 설치, 황토 살포 등이 있는데, 차광막 설치는 광합성에 필요한 태양광을 차단시켜 조류의 생장을 억제하는 방법으로, 적용 범위가 극히 제한적이면서 설치 비용이 많이 드는 문제점이 있다.

또한, 황토 살포는 해양의 적조 제거에 많이 이용되고 있으나, 부유성이 있는 녹조의 경우에는 효과가 비교적 낮다는 문제점이 지적되고 있다.

그리고, 조류 제거선을 이용하는 경우도 있었으나, 그 적용 범위가 협소하고 운용비용이 과다하다는 단점 때문에 지금은 거의 사용되고 있지 않다.

상기한 문제점의 해결과 관련한 국내 특허 현황을 살펴보면, 곡물 추출 피틴산을 함유한 살조제[등록특허공보 180468호], 세라믹을 사용한 조류 제거제[공개특허공보 2000-19515호], 다공성 세라믹 분체를 이용한 적조 제거 응집제[등록특허공보 337393호], 전기분해에 의한 조류 제거방법[공개특허공보 1998-82153호], 응집 여과를 이용한 조류 제거장치[등록특허공보 317537호], 전기부상을 이용한 방법[공개특허공보 2001-48041호], 당지질을 이용한 적조방지방법[등록특허공보 384284호], 육상식물체 추출물의 이용[출원번호 2002-34173호], 다양이온계 중합체의 이용[등록특허공보 278220호] 등이 있으나, 대부분의 경우 아직 실증 단계에 이르지 못하여 널리 활용되지 못하고 있는 상태이다.

이에 본 발명의 발명자들은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 연구 노력하였으며, 그 결과 조류, 특히 남조류의 생장 억제에 초음파가 뛰어난 효과를 나타냄을알게 되었다.

따라서, 본 발명의 발명자들은 초음파가 조류, 그 중에서도 환경문제의 주 원인종인 남조류에 대하여 특이적으로 억제효과가 탁월함을 입증하여 특허 출원한 바 있으며[특허출원번호 2002-34172호], 또한 하루 중 남조류에 대하여 초음파를 이용한 생장 억제에 보다 효과적인 시간대가 있음을 밝혀낸 바 있다[특허출원번호 2003-26360호].

그러나, 초음파의 처리범위가 협소하여 넓은 수역에서의 처리 실효성이 낮다는 문제점이 제기되었으며, 초음파에 의한 남조류의 생장 억제가 실효성을 거두기 위해서는 많은 수의 초음파 기기를 넓은 수역에 걸쳐 설치해야만 하는 어려움이 따르게 된다.

따라서, 본 발명의 발명자들은 이러한 문제점을 해결하고 처리의 효율성을 제고하기 위하여 물의 순환을 유도하는 수중펌프를 조류의 초음파 처리를 위한 초음파 기기와 결합하여 본 발명을 완성하였다.

즉, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 조류의 초음파 처리를 위한 초음파 기기와 물의 순환을 유도하는 수중펌프를 결합시켜 구성함으로써, 초음파 처리된 물의 신속한 교체로 넓은 수역의 물을 짧은 시간 내에 처리할 수 있고, 최소한의 초음파 기기로 초음파 처리의 효과를 극대화할 수 있으며, 운용비용이 저렴한 초음파를 이용해 남조류에 대해 선택적으로 생장 억제를 수행하여 2차 오염의 우려가 없는 친환경적인 조류 생장 억제가 가능할 뿐만 아니라, 수중펌프의 물 순환작용으로 남조류가 선호하는 정체수역을 파괴할 수 있는 효과까지 얻을 수 있는 초음파를 이용한 조류 생장 억제장치를 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 초음파를 이용한 조류 생장 억제장치는, 수중에서 남조류가 주로 서식하는 수심의 물을 흡입하여 토출구(14)를 통해 특정 방향으로 송출하도록 설치되는 하나 또는 그 이상의 수중펌프(10)와; 초음파를 발생시켜 상기 수중펌프(10)로부터 송출되는 물쪽을 향하여 초음파의 조사가 가능하도록 설치되는 조류의 초음파 처리를 위한 초음파 기기(20)와; 상기 수중펌프(10)와 초음파 기기(20)의 수중 내 위치 고정을 위한 위치고정수단(30)과; 상기 수중펌프(10)와 초음파 기기(20)의 작동을 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 제어기(40);를 포함한다.

특히, 상기 초음파 기기(20)가 초음파를 상향 조사하도록 설치되고, 상기 수중펌프(10)의 토출구(14)가 상기 초음파 기기(20)의 초음파 조사범위 내 상측에서 물을 수평방향으로 송출하도록 구비된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 초음파 기기(20)가 주파수 15 ∼ 40㎑, 출력 0.1 ∼ 2㎾의 초음파를 조사하도록 된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제어기(40)는 기설정 입력된 상기 수중펌프(10) 및 초음파 기기(20)의 작동시간, 하루 중 작동시간대 및 작동횟수에 따라 해당 시간에 맞춰 상기 수중펌프(10) 및 초음파 기기(20)의 온/오프를 자동 제어하기 위한 제어신호를 출력하도록 된 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명의 발명자들은 대부분의 조류, 특히 수질오염에 많은 문제를 유발하는 남조류가 주로 서식하는 표층수에 초음파를 발생시킴으로써 조류의 생장을 효율적으로 억제시킬 수 있음을 알아낸 바 있다[특허출원번호 2002-34172호].

본 발명은 초음파 처리방법을 보다 경제적이고 실용적으로 이용할 수 있도록 발명한 것으로, 초음파의 조류 생장 억제효과를 이용함에 있어서 물의 순환을 발생시키는 수중펌프를 초음파 기기와 결합시켜 초음파의 처리범위를 극대화하고 남조류가 선호하는 정체수역을 파괴하는 두 가지 효과를 동시에 얻을 수 있도록 구성된 초음파를 이용한 고효율의 조류 생장 억제장치에 관한 것이다.

본 발명에서 수중펌프는 물의 순환을 촉진함으로써 남조류가 선호하는 정체수역을 파괴하는 효과를 거둠과 동시에 초음파 처리된 물의 신속한 교체를 이루어 초음파 처리범위의 확대를 꾀하고자 사용하였으며, 이로부터 최소한의 초음파 기기의 설치로도 많은 수의 초음파 기기를 설치한 효과를 거둘 수 있게 된다.

이러한 본 발명의 구성을 첨부한 도면을 참조하여 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.

첨부한 도 1은 본 발명에 따른 조류 생장 억제장치의 전체 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 조류 생장 억제장치의 초음파 처리 상태도이며, 도 3은 본 발명에 따른 조류 생장 억제장치의 작동시 넓은 수역에 미치는 처리효과의 원리를 설명하기 위한 도면이다.

먼저, 도 1에 예시한 바와 같이, 본 발명에 따른 조류 생장 억제장치는 수중에서 남조류가 주로 서식하는 수심의 물을 흡입하여 송출관(12) 및 그 선단의 토출구(14)를 통해 수평방향으로 송출하도록 설치되는 수중펌프(10)와, 이 수중펌프(10)의 토출구(14) 하측에서 수중펌프(10)에 의해 수평 송출되는 수체쪽으로 초음파를 상향 조사하도록 설치되는 초음파 기기(20)를 포함한다.

본 발명의 수중펌프(10)는 흡입구(16)를 통해 흡입한 물을 수중에서 수평방향으로 송출하도록 구비된 송출관(12)을 가지는 바, 이 송출관(12)이 펌프 본체에서 상측으로 소정 높이로 길게 연장되어 그 선단에는 수평방향의 토출구(14)를 가지며, 결국 수중펌프(10)의 가동시에 흡입된 물은 송출관(12) 선단 끝의 토출구(14)를 통해 수평방향으로 토출되게 된다.

물론, 수중펌프(10)에서 송출관(12)의 토출구(14)는 그 하측의 초음파 기기(20)로부터 상향 출력되는 초음파의 조사범위 내에서 물을 수평방향으로 토출할 수 있는 높이에 위치되어야 하며, 또한 수중펌프(10)에서 흡입구(16)는 초음파 기기(20)로부터 조사되는 초음파가 간섭받지 않게 되는 위치에 구비됨이 마땅하다.

상기 수중펌프(10)는 물의 순환을 원활히 하기 위하여 최소 1마력 이상의 제품을 사용하고, 호소의 크기에 따라 출력을 높이거나 하나 또는 2개 이상의 수중펌프를 설치할 수 있으며, 이러한 수중펌프의 출력 혹은 갯수는 현장 조건에 따라 다양하게 변화를 줄 수 있음은 명백하다.

도 1에는 2개의 수중펌프(10)를 사용한 조류 생장 억제장치가 도시되고 있다.

다음으로, 상기 초음파 기기(20)는 수중펌프(10)의 토출구(14)에서 송출되는 수체를 초음파 처리하기 위하여 구비되는 것으로, 수중펌프(10)의 토출구(14) 하측에 위치되도록 설치되며, 특히 초음파를 수중펌프(10)에 의해 수평 송출되는 수체쪽으로 상향 조사할 수 있도록 설치된다.

이때, 물로부터 공기 중으로 방출되는 초음파의 양은 극히 미량으로 무시할 만하므로, 상부로의 초음파 조사를 통해 심층방향으로의 낭비를 줄일 수 있고, 효과적인 처리가 가능해진다.

본 발명의 초음파 기기(20)는 초음파 발생기 및 초음파 진동자 등을 포함하는 공지된 구성으로 실시 가능하다.

본 발명의 초음파 기기(20)에서 출력되는 초음파는 15 ∼ 40 ㎑의 주파수, 0.1 ∼ 2㎾의 출력으로 조사되도록 하는데, 이 범위를 벗어나면 조류 생장 억제효과가 미미하거나 다른 수생생물에 악영향을 미칠 수 있으므로 바람직하지 않다.

이때, 수중펌프(10)의 토출구(14)는 초음파 조사 조건을 고려하여 초음파 기기(20)로부터 상측으로 초음파 조사 범위에 해당하는 5m 이내에 위치되도록 한다.

한편, 도 1과 도 2에 예시한 바와 같이, 본 발명의 수중펌프(10)와 초음파 기기(20)는 그 위치가 고정될 수 있도록 구비되는 지지체(30)의 지지판(32)에 각각 고정 설치된다.

상기 지지체(30)는 수중펌프(10)와 초음파 기기(20)의 수중 내 위치 고정을 위한 위치고정수단으로서 호소 바닥면에 고정된다.

앞서 설명한 바와 같이, 상기 지지체(30)에 수중펌프(10)와 초음파 기기(20)가 설치된 상태에서, 물이 수평방향으로 토출되도록 구비된 송출관(12)의 토출구(14)는 초음파 기기(20)로부터 적정 거리 상측에 위치되고, 수중펌프(10)의 흡입구(16)는 초음파 기기(20)로부터 출력되는 초음파 신호가 간섭을 받지 않도록 지지체(30)의 지지판(32) 하측에 위치된다.

이와 같이 지지체(30)에 의해 고정된 상태에서 적절히 배치 구성된 수중펌프(10)와 초음파 기기(20)는 남조류가 주로 서식하는 표층수 깊이, 즉 수심 1 ∼ 5m 사이에 설치되며, 보다 수심이 깊은 곳에서는 위치가 고정된 부표 등을 이용하여 띄우는 형식으로 설치될 수도 있다.

다음으로, 본 발명의 조류 생장 억제장치는 수중펌프(10)와 초음파 기기(20)의 작동을 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 제어기(40)를 포함한다.

상기 제어기(40)는 수동 조작 및 자동 설정에 의해 기본적으로 수중펌프(10)와 초음파 기기(20)의 온/오프를 제어하는 것은 물론 펌프의 구동속도 및 초음파 기기(20)의 초음파 조사 조건을 제어할 수 있도록 구비될 수 있다.

상기 제어기(40)는 수중펌프(10) 및 초음파 기기(20)의 온/오프 제어시 외부의 전원공급부(50)로부터 공급되는 작동전원을 수중펌프(10)와 초음파 기기(20)에 선택적으로 인가하게 된다.

바람직한 실시예로서, 상기 제어기(40)는 수중펌프(10) 및 초음파 기기(20)의 작동시간, 하루 중 작동시간대 및 횟수 등이 미리 설정 입력되면 해당 시간에 맞춰 수중펌프(10) 및 초음파 기기(20)의 온/오프를 자동 제어할 수 있도록 구비될 수 있으며, 이러한 경우 보다 경제적이고 효율적으로 남조류의 생장을 제어할 수 있게 된다.

이러한 본 발명의 조류 생장 억제장치가 작동된 상태에서는 수중펌프(10) 구동으로 펌프 흡입구(16)로 미처리된 수체가 유입된 후 송출관(12)을 통해 수평방향으로 송출되면서 초음파 기기(20)로부터 상향 조사되는 초음파를 받게 되며, 이후 초음파 처리된 수체가 펌프(10)의 송출력에 의해 호소 넓은 지역을 순환하게 되고, 동시에 미처리된 새로운 수체가 연속적으로 펌프 흡입구(16)로 유입되어진다.

이와 같이 본 발명의 초음파를 이용한 조류 생장 억제장치에서는 조류의 생장 제어에 있어서 초음파의 효과를 극대화하고 에너지 효율을 높이기 위하여 초음파 기기(20)와 수중펌프(10)를 결합하였으며, 이를 통해서 최소한의 초음파 기기(20)와 최소의 비용으로 조류의 생장 억제가 가능해진다.

이러한 본 발명의 조류 생장 억제장치는 사용시 최소한의 기기로 최대한의 효과를 거둘 수 있도록 특정 호소에서 그 지역의 대체적인 풍향 및 물의 흐름 등 여러 조건들을 고려한 최적 장소에 설치하여 물의 순환율을 높이는 것이 바람직하며, 필요에 따라서는 복수개로 설치하는 것도 가능하다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 초음파를 이용한 조류 생장 억제장치로서 초음파를 조사하는 초음파 기기와 물의 순환을 유도하는 수중펌프를 결합시켜 구성함으로써, 다음과 같은 효과가 있게 된다.

1) 펌프 가동시 초음파 처리된 물의 신속한 교체가 가능하여 넓은 수역의 물을 짧은 시간 내에 처리할 수 있는 장점이 있게 된다.

2) 최소한의 초음파 기기로 최대한의 효과를 거둘 수 있는 등 조류 생장 억제를 위한 초음파 처리효과를 극대화할 수 있고, 에너지의 효율을 높일 수 있으며, 최소의 비용으로 조류의 생장 억제가 가능해지는 경제적 측면의 상승된 효과가 있게 된다.

3) 초음파 처리와 동시에 수중펌프가 물의 순환을 유도함으로써, 남조류가 선호하는 정체수역을 파괴하는 효과를 얻을 수 있게 된다.

4) 운용비용이 저렴한 초음파를 이용하여 미세 조류 중 환경의 위해문제를 주로 야기하는 남조류에 대하여 선택적 생장 억제효과를 나타내는 바, 2차 오염의 우려가 없는 친환경적인 조류 생장 억제가 가능하다.

도 1은 본 발명에 따른 조류 생장 억제장치의 전체 구성도이고,

도 2는 본 발명에 따른 조류 생장 억제장치의 초음파 처리 상태도이며,

도 3은 본 발명에 따른 조류 생장 억제장치의 작동시 넓은 수역에 미치는 처리효과의 원리를 설명하기 위한 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 수중펌프 12 : 송출관

14 : 토출구 16 : 흡입구

20 : 초음파 기기 30 : 지지체

40 : 제어기 50 : 전원공급부

Claims (4)

1. 수중에서 남조류가 주로 서식하는 수심의 물을 흡입하여 토출구(14)를 통해 특정 방향으로 송출하도록 설치되는 하나 또는 그 이상의 수중펌프(10)와;

   초음파를 발생시켜 상기 수중펌프(10)로부터 송출되는 물쪽을 향하여 초음파의 조사가 가능하도록 설치되는 조류의 초음파 처리를 위한 초음파 기기(20)와;

   상기 수중펌프(10)와 초음파 기기(20)의 수중 내 위치 고정을 위한 위치고정수단(30)과;

   상기 수중펌프(10)와 초음파 기기(20)의 작동을 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 제어기(40);

   를 포함하는 초음파를 이용한 조류 생장 억제장치.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 초음파 기기(20)가 초음파를 상향 조사하도록 설치되고, 상기 수중펌프(10)의 토출구(14)가 상기 초음파 기기(20)의 초음파 조사범위 내 상측에서 물을 수평방향으로 송출하도록 구비된 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 조류 생장 억제장치.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 초음파 기기(20)가 주파수 15 ∼ 40㎑, 출력 0.1 ∼ 2㎾의 초음파를 조사하도록 된 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 조류 생장 억제장치.
4. 청구항 1에 있어서, 상기 제어기(40)는 기설정 입력된 상기 수중펌프(10) 및 초음파 기기(20)의 작동시간, 하루 중 작동시간대 및 작동횟수에 따라 해당 시간에 맞춰 상기 수중펌프(10) 및 초음파 기기(20)의 온/오프를 자동 제어하기 위한 제어신호를 출력하도록 된 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 조류 생장 억제장치.