KR20050047706A - 토르말린 이온화 챔버를 이용한 호소정화장치 및 그 방법 - Google Patents

토르말린 이온화 챔버를 이용한 호소정화장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자연 물질인 특수광석 토르말린을 오염된 호소수와 효과적으로 접촉시켜 오염된 호소수를 전기 분해하여 다량의 음이온을 생성함으로써, 호소내 조류증식을 효과적으로 억제할 수 있도록 한 토르말린 이온화 챔버를 이용한 호소정화장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 특히 본 발명은 토르말린을 호소수와 함께 처리함으로써 토르말린의 물리적 특성을 이용할 수 있는 유용한 처리수를 제조하여 호소의 청정 유지를 위해 인의 제거와 동시에 조류의 증식을 제어할 수 있도록 하는 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 호소내의 조류 성장을 효과적, 경제적으로 제어하여 맑고 청정한 호소를 유지할 수 있도록 하며, 토르말린에 의한 조류의 사멸, 성장 억제가 동시에 진행되므로 녹조 현상을 근원적으로 방지할 수 있도록 하고, 또한 본 발명은 별도의 소요 부지를 필요로 하지 않으므로 인해 호소정화시설의 보급을 확대할 수 있으며, 특히 중, 소규모의 호소정화를 손쉽게 시행할 수 있게됨에 따라, 맑고, 깨끗한 자연환경 조성에 일익을 기여할 수 있다.

Description

토르말린 이온화 챔버를 이용한 호소정화장치 및 그 방법{Apparatus for purifying lakes using tourmaline ionization chamber and, Method therefor}
본 발명은 자연 물질인 특수광석 토르말린을 오염된 호소수와 함께 효과적으로 접촉시켜 처리하도록 한 호소정화장치에 관한 것으로, 특히 토르말린의 물리적 특성을 이용하여 오염된 호소수의 전기분해를 통해 다량의 음이온을 생성하여 유용한 처리수를 제조함으로써, 호소내 조류증식을 효과적으로 억제할 수 있도록 하고, 호소의 청정 유지를 위해 인의 제거와 동시에 조류의 증식을 동시에 제어할 수 있도록 한 토르말린 이온화 챔버를 이용한 호소정화장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 하천에서 영양염류의 유입으로 인한 조류의 번성은 직접적으로는 큰 문제가 되지 않고 용존 산소량의 결핍이 문제가 된다. 이에 반해 호소에서는 하천과 달리 수체의 정체로 인한 조류의 과잉번성이라는 부영양화가 큰 문제가 되고 있다.
호소가 생성된 초기에는 영양염류의 농도가 낮고 수계 내의 생산과 소비가 균형을 이루어 빈영양상태를 유지하나, 시간이 지남에 따라 영양염류의 농도가 점차로 증가하고 호소의 생산성이 높아짐에 따라 부영양화 과정을 겪게 된다.
실 예로, 팔당호, 대청호, 주암호 등 국내 전 호소에서 매년 여름 녹조현상 발생으로 인하여 각 호소의 오염이 심각한 실정이다.
여기서, 상기 부영양화는 질소(N), 인(P)과 같이 조류의 번식에 영양분이 될 수 있는 물질들이 호소에 축적될 때 일어나는 현상이다. 이러한 영양염류는 삼림지대에 있는 부식물, 농경지에 사용되는 비료, 축산물의 분뇨, 합성세제 뿐만 아니라 가정하수와 공장폐수에도 포함되어 있다.
이와 같이 유역 내의 인간활동이 활발한 호소는 자연의 상태보다 빠른 속도로 부영양화 된다. 다양한 형태로 영양염류가 계속 호소로 유입되어 호소 자정능력을 넘게되면 점차로 수질오염 현상이 일어나며, 이 과정은 저수지의 성층현상에 의해 더욱 촉진된다. 이는 유기오염물질은 분해 제거된다 하더라도 수중 미생물의 번식에 영양소가 될 무기물은 축적될 수 있기 때문이다. 이 결과 각종 조류가 번식하게 되며 이들 조류의 분해물은 다시 다른 조류의 영양물이 되는 악순환을 거듭하게 된다.
한편, 호소의 오염은 유기성 오염물질이 문제가 아니라, 질소(N), 인(P)과 같은 영양염류에 따른 조류의 과다 증식이 문제이다. 영양염류가 과도하게 유입된 상태를 부영양화라 하는데, 상기 부영양화된 호소는 조류의 이상 증식으로, 냄새유발, 물고기 폐사, 색도/탁도 유발 등 각종 심각한 문제를 일으키게 되며, 이로 인해 수생 생태계가 급격히 파괴되어 악순환 됨으로 자정작용으로 되살아날 수 없게 된다. 따라서, 호소가 지니는 심미적, 경제적 가치가 급격히 떨어지게 된다.
더욱이 최근 각 공원, 골프장 등지에서 정서적 안정과 자연 친화적 환경을 중요시하여, 인공 호소를 많이 조성하고 있는 바, 호소의 정화 및 관리는 중요한 화두로 대두되고 있는 실정이며, 이에 따라 다양한 정화 기술들이 개발되고 있다.
여기서, 호소정화 기술은 크게 4가지 정도로 대별되는데 이는 다음과 같다.
첫째, UV, O3 등을 이용한 살균 방법으로서, 호소내 유기물을 산화 분해하고, 조류의 증식을 소독으로 억제하고자 하는 방법이다. 그러나 이는 호소 녹조 현상의 원인 물질인 질소, 인을 제거할 수 없으며, 또한 조류 사멸을 위한 과다 소독은 다른 수생생물에 영향을 끼치게 되므로 그 적용이 까다로운 문제점을 가진다.
둘째, 미생물을 이용한 방법으로, 조류를 사멸, 분해시키거나 부영양화 원인 물질 중 질소를 제거하는 능력을 가지는 미생물을 이용한 방법이다. 이는 소규모 호수를 중심으로 시험되고 있으나, 조류 제거 미생물은 근본적으로 오염물이 제거되는 것이 아니며, 광범위한 수계 내에서 인위적인 조건을 맞출 수 없는 관계로 그 효과가 없다 할 수 있다. 또한 질소 제거 미생물은 그 제거 속도가 매우 느릴뿐더러 호소 녹조 현상의 주요 원인 물질은 인(P)인 관계로 그 실효를 거두지 못하고 있는 실정이다.
셋째, 수생식물을 이용한 방법으로, 갈대, 창포, 부레옥잠 등을 이용하여 수중의 질소, 인을 식물이 섭취함으로서 제거하고자 하는 기술이다. 이는 자연친화적 방법으로 호소 조경과 함께 고려되어 적용할 때, 호소 가치를 높일 수 있는 방법이라 할 수 있으나, 질소, 인의 제거 효율이 미약하여 보조 기술로 적용될 뿐 호소정화의 주요 기술로는 적용하기 어려운 문제점을 가진다.
넷째, 영양염류 제거 방법으로, 호소 부영양화의 원인 물질을 제거하여 조류 성장을 사전에 억제하는 방법이다. 여기서, 상기 부영양화 원인 물질인 질소, 인 중에서 인을 제거하는 방법들이 주로 사용되는데, 여기서 질소는 인에 비하여 제거하기 어려울 뿐만 아니라, 또한 같은 효과를 얻기 위해서는 더 많은 양을 제거하여야 하며, 남조류의 경우에는 대기중의 질소를 이용할 수 있기 때문에 호소 정화에 있어 질소의 제거가 인의 제거에 비해 효과적이지 못하기 때문이다. 여기서, 상기 인의 제거는 주로 약품을 이용하는데, 약품으로 응집시켜, 불용성 염을 형성한 다음 침전 또는 부상시켜 제거한다.
한편, 상기한 호소 정화 기술에 따른 호소 정화 시설의 적용에 있어서 현실적으로 어려운 문제점은 다음과 같다.
먼저, 영양염류의 제거를 통한 호소 청정 상태 유지의 어려움에 따른 문제로, 현재 호소정화의 대안으로서는 영양염류의 제거, 특히 인의 제거 방법이 제시되어 보급되고 있다. 이는 Alum, PAC 등의 알루미늄염을 이용하여 응집시킨 후 침전 또는 부상하여 분리한다. 일반적으로 호소 수중의 인 농도를 0.03ppm 이하로 유지하여야 조류의 이상 증식을 방지할 수 있는 것으로 알려져 있는데, 호소내로의 인의 유입은 대기강하 분진, 우수 유입, 오수 유입, 비료, 농약의 유입, 호소 유지를 위한 공급수의 유입, 호소 저부에서의 용출 등 그 경로가 매우 다양한 관계로 항시 일정 농도 이하로 유지하기에는 매우 어려움이 있으며, 또한 인의 제거량보다 유입이 과잉되었을 때는 조류가 이상 증식하는 위험에 항시 노출되어 있는 문제점을 가진다. 따라서, 호소의 청정 유지를 위해서는 인의 제거와 동시에 조류의 증식을 제어할 수 있는 방법을 동시에 적용하는 기술이 요구된다.
다음으로, 경제적인 문제로, 상기 상술한 바와 같이 호소의 영양염류 제거를 통한 청정유지를 위해서는 현재 오염되어있는 영양염류 양의 제거 및 유입 영양염류의 완벽한 제거를 위하여 처리시설이 과잉으로 설치 될 수밖에 없다.
따라서, 이러한 과잉투자를 방지하기 위해서는 영양염류의 제거와는 별도로 조류의 증식을 제어할 수 있는 장치를 적용하는 것이 좋다. 현재 조류 제어용 방법으로 UV, 오존산화 등의 방법이 적용되고 있으나, 이러한 방법들은 장비가 매우 고가인 관계로, 영양염류의 제거 방법보다도 오히려 경제적 부담을 가중시키는 불합리한 문제를 야기시킨다. 또한 간혹 염소계 소독제나, 제초제류를 적용하는 경우가 있으나, 이는 조류뿐만 아니라 수생생태계 전체를 위해하는 위험이 따른다.
따라서, 비교적 저렴하여 적용이 용이하며, 수생생태계에 큰 위해가 없이 조류를 제어할 수 있는 기술이 절실히 필요한 실정이다.
다음으로, 정화 시설 설치 부지에 따른 문제로, 현재 조성되어 있는 호소들은 호소 정화 시설에 대한 계획 없이 조성되어 정화시설을 설치할 부지 마련이 쉽지 않다. 특히, 골프장, 공원 등지에 조성되어 있는 중, 소규모의 호소들은 위락시설의 미관과 관계되어 처리 시설을 지하로 매설하거나, 수려한 건축물을 건설해야 하는 관계로 부지 마련도 어렵고, 부지를 마련하더라도 과대한 건설비용이 소요된다. 더욱이 오염된 호소의 조속한 수질 개선을 위해 단기간 사용을 위한 과잉설비가 투자될 경우 부지 마련은 더욱 힘들어지는 문제점을 가진다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하여 아름다운 자연환경을 보전하고자, 자연친화적인 방법으로 조류의 성장을 억제할 수 있는 경제적인 기술을 제공하고자 한다.
이에 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 문제점을 해결하기 위해서 제안된 것으로서,
본 발명의 목적은 자연 물질인 특수광석 토르말린을 오염된 호소수와 함께 효과적으로 접촉시켜 오염된 호소수를 전기 분해하여 다량의 음이온을 생성하고, 이러한 토르말린의 물리적 특성을 이용할 수 있는 유용한 처리수를 제조함으로써, 호소내 조류증식을 효과적으로 억제할 수 있도록 하고, 호소의 청정 유지를 위해 인의 제거와 동시에 조류의 증식을 제어할 수 있도록 한 토르말린 이온화 챔버를 이용한 호소정화장치 및 그 방법을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 호소정화장치는,
상기 제1 유도관과 체결되어 상기 유입펌프에서 가압되어 유입되는 가압수를 상기 본체로 공급하기 위한 연결부재와, 소정크기를 갖는 통형상으로서 내부에 중공을 갖는 탱크형상을 갖고 내부중공에 상기 연결부재를 통해 유입되는 가압수가 충진(저장)되며, 상기 공급된 중공내의 가압수를 소정압력으로 재차 가압하는 기능을 수행하는 저장부와, 상기 저장부에서 충만된 가압수가 유입될 때 상기 가압수에 포함된 이물질의 유입을 사전에 방지하기 위한 스트레이너(strainer)와, 다수의 원주방향으로 동등하게 이격되고 수직으로 연장되며 상기 스트레이너 벽면에 형성되어 상기 유입되는 가압수의 이물질의 유입을 차단하고 순수한 가압수만 통과시키는 슬릿과, 내부에 토르말린 분말이 충진되며, 상기 스트레이너에서 이물질이 필터링된 가압수와 상기 토르말린 분말을 접촉되도록 하여 상기 가압수의 전기분해를 수행토록 하고, 상기 전기분해를 통해 다량의 음이온 발생 및 정화된 처리수를 생성하는 토르말린 이온화 챔버와, 상기 본체의 하단부 소정위치에 고정 설치되며 상기 저장부와 상기 이온화 챔버 층을 분리하고, 복수의 상기 스트레이너를 고정 안착시키는 지지판과, 소정크기를 갖는 판으로서 내부의 다수의 관통공이 구비되며, 상기 본체 내부의 유동층의 소정위치에 수직되게 폭방향으로 고정 설치되어 상기 이온화 챔버내에서 유동되는 토르말린 분말이 가압수와 함께 유출되는 것을 방지하는 격리부재와, 상기 본체의 상부에 안착되도록 체결되며, 중심부를 중심으로 다수의 관통공이 형성되는 커버와, 상기 커버의 상단부 중심으로 다수의 관통공이 원형으로 형성되며, 상기 토르말린 분말과 접촉되어 정화된 처리수를 소정의 압력을 통해 외부로 유출하기 위한 분사노즐과, 상기 본체의 상단부 일측에 설치되어 상기 이온화 챔버에서 정화되어 유동층으로 이송된 처리수를 호소 또는 하천으로 다시 방류하도록 하는 방류웨어로 구성됨을 그 장치적 구성상의 특징으로 한다.
이하, 상기와 같은 기술적 사상에 따른 본 발명의 「토르말린 이온화 챔버를 이용한 호소정화장치 및 그 방법」의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 이하 본 발명의 구성 및 동작을 상세히 설명하되 이해의 편의를 돕기 위해 일반적인 언급을 피하고 구체적 예를 들어 상세히 설명하며 도면의 구성요소들에 참조번호를 부여함에 있어서 동일 구성요소에 대해서는 비록 다른 도면상에 있더라도 동일 참조번호를 부여하였으며 당해 도면에 대한 설명시 필요한 경우 다른 도면의 구성요소를 인용할 수 있음을 미리 밝혀둔다.
도 1은 본 발명에 따른 토르말린 이온화 챔버를 이용한 호소정화장치의 일 실시예를 나타낸 단면도이다.
이에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 호소정화장치는 호소 또는 하천의 원수를 흡입하여 소정압력으로 가압하여 출력하는 유입펌프(110)와, 상기 유입펌프(110)를 통해 유입되는 원수를 전달하기 위한 제1 유도관(120)과, 내부 수용공간에 토르말린 분말(10)이 내포되며, 상기 펌프(110)로부터의 가압수를 분사하여 상기 토르말린 분말(10)과 원수를 혼합하고, 상기 혼합을 통해 희석되는 처리수를 외부로 분사하는 본체(200)와, 상기 본체(200)의 하단부 외측에 설치되어 상기 본체(200)를 호소바닥 또는 육지바닥에 고정 안착되도록 지지하는 지지대(300)와, 상기 본체(200)에서 분사되는 처리수를 흡입하여 외부로 뿜어내기 위한 제2 유도관(410)과, 상기 제2 유도관(410)을 통한 처리수에 소정의 압력을 가하여 처리수의 흐름을 원활하게 유출하기 위한 유출펌프(420)를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 본 발명에 따른 본체(200)는,
상기 제1 유도관(120)과 체결되어 상기 유입펌프(110)에서 가압되어 유입되는 가압수를 상기 본체(200)로 공급하기 위한 연결부재(205)와, 소정크기를 갖는 통형상으로서 내부에 중공을 갖는 탱크형상을 갖고 내부중공에 상기 연결부재(205)를 통해 유입되는 가압수가 충진(저장)되며, 상기 공급된 중공내의 가압수를 소정압력으로 재차 가압하는 기능을 수행하는 저장부(210)와, 상기 저장부(210)에서 충만된 가압수가 유입될 때 상기 가압수에 포함된 이물질의 유입을 사전에 방지하기 위한 스트레이너(strainer)(220)와, 다수의 원주방향으로 동등하게 이격되고 수직으로 연장되며 상기 스트레이너(220) 벽면에 형성되어 상기 유입되는 가압수의 이물질의 유입을 차단하고 순수한 가압수만 통과시키는 슬릿(230)과, 내부에 토르말린 분말(10)이 충진되며, 상기 스트레이너(220)에서 이물질이 필터링된 가압수와 상기 토르말린 분말(10)을 접촉되도록 하여 상기 가압수의 전기분해를 수행토록 하고, 상기 전기분해를 통해 다량의 음이온 발생 및 정화된 처리수를 생성하는 토르말린 이온화 챔버(240)와, 상기 본체(200)의 하단부 소정위치에 고정 설치되며 상기 저장부(210)와 상기 이온화 챔버(240) 층을 분리하고, 복수의 상기 스트레이너(220)를 고정 안착시키는 지지판(250)과, 소정크기를 갖는 판으로서 내부의 다수의 관통공이 구비되며, 상기 본체(200) 내부의 유동층(20)의 소정위치에 수직되게 폭방향으로 고정 설치되어 상기 이온화 챔버(230)내에서 유동되는 토르말린 분말(10)이 가압수와 함께 유출되는 것을 방지하는 격리부재(260)와, 본체(200)의 상부에 안착되도록 체결되며, 중심부를 중심으로 다수의 관통공이 형성되는 커버(270)와, 상기 커버(270)의 상단부 중심으로 다수의 관통공이 원형으로 형성되며, 상기 토르말린 분말(10)과 접촉되어 정화된 처리수를 소정의 압력을 통해 외부로 유출하기 위한 분사노즐(280)과, 상기 본체(200)의 상단부 일측에 설치되어 상기 이온화 챔버(240)에서 정화되어 유동층(20)으로 이송된 처리수를 호소 또는 하천으로 다시 방류하도록 하는 방류웨어(290)를 포함하여 구성된다.
또한, 상기 본체(200) 내부 상단부는 상기 이온화 챔버(240)와 접하는 부분은 좁고 상기 이온화 챔버(240)로부터 멀어질 수록 넓어지는 'V'자 형태의 유동층(20)을 형성하는데, 이는 상기 이온화 챔버(240) 내에서 토르말린 분말(10)이 상기 공급되는 가압수와 심하게 접촉하고 유압에 의하여 유동층(20)으로 상승하게 되는데, 이때 상기 토르말린 분말(10)은 이온화 챔버(240)에서 벗어나 유동층(20)으로 진입하게 되면, 상부에서는 공간이 넓어짐으로 인해 유속이 급격히 감소하게 되며, 이로 인하여 토르말린 분말(10)은 하부로 침강하게 되고, 결국 상기 가압수만 외부로 분출되도록 하는 것이다.
따라서, 상기 유동층(20)에 의하여 유입되는 원수와 토르말린 분말(10)과의 접촉 효과는 우수하도록 하고, 토르말린 분말(10)의 외부로의 유출은 방지되는 것이다.
한편, 상기한 구성을 통해 본 발명에 따른 호소정화장치의 동작을 간략하게 설명하면 다음과 같다.
먼저, 상기 이온화 챔버(240) 내에서 가압수와 접촉을 일으킨 토르말린 분말(10)은 전기분극의 성질을 갖고 있으므로 인해 순간적으로 방전을 일으키면서 음이온이 지속적으로 생성된다.
여기서, 상기 이온화 챔버(240) 내의 가압수와 접촉을 일으킨 토르말린 분말(10)은 전기분극의 성질을 내포하고 있음으로 인해 상기 이온화 챔버(240)내에 유입된 가압수의 전기분해 작용시 오염된 물질의 집합체를 제거한 처리수를 제조하게 되고, 상기 제조된 처리수와 상기 이온화 챔버(240) 내에 충진된 토르말린 분말(10)이 지속적으로 가해지는 유압에 의하여 상부로 이송된다.
이때, 상부로 이송되면 유동층(20)에서 급격한 유속(유압)의 감소로 인해 토르말린 분말(10)은 다시 하부로 침강하게 되고, 상기 처리된 가압수만이 분사노즐(280) 또는 방류웨어(290)를 통해 다시 호소내로 유입되도록 한다.
또한, 상기한 과정이 지속적으로 이루어짐으로 호소수의 오염된 원수를 순환회류시켜 호소를 정화할 수 있도록 한다.
한편, 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 호소정화장치를 적용한 실시예들을 첨부한 도면 도 2 및 도 3을 참조하여 살펴보면 다음과 같다.
도 2는 도 1에 따른 호소정화장치를 적용한 일 실시예를 나타낸 실시도이다.
이에 도시된 바와 같이, 본 발명 따른 호소정화장치를 호소 외부에 설치되는 경우의 실시예로서, 먼저 호소의 일측(B)에 호소수 유입을 위한 파이프를 설치하고 호소의 타측(A)에 본 발명에 따른 호소정화장치(200)를 설치한다. 또한 상기 호소정화장치(200)의 연결부재(205)에 유입펌프(110)를 체결하고, 다음으로 상기 파이프와 유입펌프(110)를 체결하여 구성한다.
다음으로, 상기 호소정화장치(200) 상부의 방류웨어(290)와, 호소의 타측(A)으로 제조된 처리수를 방출하기 위한 파이프를 연결하여 구성한다.
이때, 상기 호소정화장치(200)의 상부에 설치되는 커버(270)내 분사노즐(280)은 밀폐되어 상기 분사노즐(280)을 통한 처리수의 분출을 방지하도록 하고, 상기 처리수를 방류웨어(290)와 연결된 파이프를 통해 호소 타측(A)으로 방출되도록 한다.
따라서, 호소의 원수는 호소 일측(B)에서 유입되어 호소정화장치(200)에서 정화되고, 상기 정화된 처리수는 호수 타측(A)으로 방출되어 호소 일측(A)에서 호소 타측(B)으로 송류되며, 이러한 과정을 통해 호소내 호소수는 순환회류되어 정화된다.
한편, 상기한 본 발명에 따른 장치는 토르말린 접촉조를 유동층으로 형성하여 효과를 극대화하는 것으로서, 펌프의 적용성을 달리하여 호소내에 또는 별도 처리장소에 장착하여 운전할 수 있도록 한다.
즉, 이온화 챔버 내에서 토르말린은 물과 심하게 접촉하여 유동층으로 흔들리게 되며, 상부가 넓어지므로 상부에서는 유속이 급격히 감소하여 토르말린은 하부로 침강하게 된다. 결국 물과 토르말린의 접촉 효과는 우수하며, 토르말린의 밖으로의 유출은 방지되는 것이다.
또한 본 발명에 따른 토르말린 이온화 쳄버의 적용은 호소수를 순환 접촉시킴을 기본으로 하며, 접촉효율이 우수하도록 한 것이며, 아울러 장치의 설치 부지 마련이 어려운 점을 감안하여 호소내에 적용할 수 있도록 구성할 수 있으며, 이에 대한 실시예를 첨부한 도면 도 3을 참조하여 살펴보면 다음과 같다.
도 3은 본 발명에 따른 토르말린 이온화 챔버를 이용한 호소정화장치를 적용한 다른 실시예를 나타낸 실시도이다.
이에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 호소정화장치를 수심이 깊은 호소내에 설치하는 경우의 실시예로서, 먼저 호소정화장치(200)를 호소바닥에 고정설치하고, 이때 상기 호소정화장치(200)와 연결되는 펌프는 수중에서도 동작이 가능한 수중펌프(500)가 설치되는데, 이는 호소정화장치(200)의 하부 일측에 구성된 연결부재(130)와 체결하여 장착한다.
또한, 상기와 같이 호소바닥에 설치되는 경우, 첨부한 도면 도 2에서와는 달리 호소정화장치(200)에서 정화된 처리수를 상부에 설치되는 커버(270)의 분사노즐(280)을 통해 분사되도록 하고, 이때 상기 호소정화장치(200) 상부 일측에 설치되는 방류웨어(290)는 밀폐 차단된다.
상기한 구성을 통한 동작은, 먼저 수중펌프를 통해 호소의 원수를 유입하고, 상기 유입된 원소를 호소정화장치(200)에서 정화한 후, 상기 정화된 처리수를 호소정화장치(200)의 상부에 장착된 분사노즐(290)을 통해 외부로 분수형태로 분출하도록 한다.
따라서, 호소의 원수는 호소 바닥에서 유입되어 호소정화장치(200)에서 정화되고, 상기 정화된 처리수는 호소 수면으로 분출되는 순환 과정을 통해 호소수를 정화하도록 하는 것이다.
즉, 이와 같은 실시예는 수심이 다소 깊은 호소에 적용할 수 있도록 본 발명에 따른 호소정화장치의 형태를 상향류식 접촉조 형태로 제작된 것으로, 수중펌프에 의해 호소수를 투과하도록 한다. 또한 장치의 대부분은 호소 내부에 장착되며, 상부 유출구는 노즐을 장착하여 분수의 효과를 낼 수 있도록 함으로써, 이는 호소의 수직 교반을 유도하여 밀도층 형성을 억제하는 효과 또한 기대할 수 있도록 하는 것이다.
상기에서와 같이 본 발명에 따른 이온화 챔버의 적용은 호소수를 순환 접촉시킴을 기본으로 하며, 접촉효율이 우수하도록 한다. 아울러 장치의 설치 부지 마련이 어려운 점을 감안하여 첨부한 실시예에서와 같이 호소내에 적용할 수 있도록 한 것이다.
또한, 본 발명은 수심이 낮은 경우에 좀 더 편리하게 적용될 수 있도록 수중 교반기와 토르말린 접촉장치를 일체형으로 구비하여 호소 내부에 장착하고, 수중믹서를 이용하여 호소수를 순환회류 시키도록 하며, 상기 수중믹서의 앞부분에는 판형 토르말린 접촉 장치를 장착하여 구성함으로써, 수심이 낮은 경우에도 쉽게 적용할 수 있도록 구성할 수도 있다.
이상 본 발명의 바람직한 동작 방식을 예를 들어 상세히 기술하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 사람이라면, 상기 정의된 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명을 여러 가지로 변형 또는 변경하여 실시할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 앞의 실시예의 변경은 본 발명의 기술을 벗어날 수 없을 것이다.
이하에서는, 상기 상술한 바와 같은 본 발명에 따른 토르말린 이온화 챔버를 이용한 호소정화 장치를 통한 그 처리 과정을 살펴보면 다음과 같다.
도 4는 본 발명에 따른 토르말린 이온화 챔버를 이용한 호소정화과정을 나타낸 흐름도이다.
이에 도시된 바와 같이, 호소의 원수를 펌프를 통해 가압하여 유입하는 과정(S10)과, 상기 유입된 원수를 저장부에 임시 저장하고, 상기 펌프로부터 공급된 저장부내의 가압수를 소정압력으로 재차 가압한 후 공급하는 과정(S20)과, 상기 공급되는 가압수를 스트레이너를 통해 원수에 포함된 이물질을 필터링하는 과정(S30)과, 상기 이물질이 필터링된 원수와 토르말린을 순환 접촉시켜 접촉효율을 높이는 과정(S40)과, 상기 토르말린 순환 접촉을 통해 정화된 처리수를 호소로 유출하는 과정(S50)으로 동작된다.
한편, 상기에서와 같이 본 발명의 원리는 자연 물질인 특수광석 "토르말린"을 오염된 호소와 효과적으로 접촉시킴으로써 호소내 조류증식을 억제하고자 하는 것이다.
통상적으로, 일반적인 위락용 인공호소는 사람이 음용하기 위한 시설은 아니며, 정서적 안정감을 주거나, 레크레이션 요수로 사용하게 된다. 따라서, COD, T-N, T-P 등의 수질분석학적 측면보다는 색도, 탁도, 조류, 냄새 등의 심미적 요소가 더욱 중요하다 하겠다. 결과적으로 조류의 증식을 효과적으로 유지한다면, 호소의 심미적 상태는 잘 유지할 수 있는 것이다.
한편, 토르말린은 6각 주상형의 결정을 갖는 붕규산염으로 육방정계에 속하는 광물질로서, 원적외선 방사율이 높고, 외부로부터 전기장이 가해지지 않더라도 처음부터 전기분극을 갖고 있는 결정이며, 자연의 영구적인 플러스 전극과, 마이너스 전극을 보존하는 특성에 의하여 결정체의 양극간에 영구적인 직류의 전류(0.06mA)를 지속적으로 방출하며, 또한 항균작용이 우수하여 조류의 성장을 억제하고 사멸시키는 기능을 한다.
또한, 토르말린은 전기를 띄는 자연 광물로서 토르말린이 물과 접촉하면 물(H2O)을 수소이온(H+)과 수산화이온(OH-)으로 분리함으로써, 물을 알칼리 이온화가 되게 한다. 또한 연속 반응으로서 하이드로늄 이온(H3O+)과 하이드록실 이온(H3O2 -)이 다량 생성되는데, 이는 강력한 살균, 세정 효과를 지닌다.
상기한 바와 같은 본 발명에서 화학반응으로 살펴보면, 토르말린 분말 표면에서는,
H2O → H+ + OH-
여기서, 상기 분리된 수소이온(H+)은 음전극으로 끌려가 음전극으로부터 방출되는 전자와 결합되고 중화되어 수소가스(H2)가 되어 증발된다.
OH- + H2O → H3O2(hydroxyl ion)
즉, 수산이온(OH-)은 주변의 물분자와 결합하여 하이드록실 음이온이라는 계면활성물질이 된다.
또한, 토르말린은 열(熱), 마찰(摩擦), 충격(衝擊), 압력(壓力) 등이 가해지면 더 많은 음이온을 발생한다. 온도가 10℃ 정도 상승하면 음이온 발생은 2배가 되며, 토르말린을 곱게 분쇄하더라도 그 성질을 잃지 않는다. 그러므로 같은 양의 토르말린을 미세하게 분쇄한 쪽이 음이온 발생량이 많아지고 전위도 높아진다.
그리고, 토르말린은 주변의 수분이나 물과 접촉하면 순간적으로 음이온화 함과 동시에 약 알카리로 변화시키는 힘이 있다.
한편, 상기한 바와 같은 토르말린은 높은 원적외선 방사율을 보이며, 탈취효과, 항균 효과가 뛰어나다. 본 발명에 사용된 토르말린 시료를 "한국 원적외선 응용 연구 평가원"에 제공하여 실험한 결과는 다음과 같다.
원적외선 방사율(5∼20㎛) : 92.6%
방사에너지 : 3.57×102(W/m2.㎛, 37℃)
음이온 : 386(ion/cc)
탈취율 : 90%(암모니아를 이용한 탈취 Test)
대장균에 의한 항균 시험 : 정균감소율 85.0% (24hr 경과후)
녹농균에 의한 항균 시험 : 정균감소율 87.8% (24hr 경과후)
이러한 토르말린을 가지고 수차례 조류의 증식에 실험한 결과 우수한 조류 성장 억제 및 사멸 효과를 얻었는데, 실험 결과의 일부를 게재하면 다음과 같다.
[실험 사례1]조류 성장 억제
실험방법 : 조류 성장에 적합한 시험배지를 만들어 녹조류를 식종한 후 토르말린 500ppm 투여하여 대조군과 비교, 클로로필-a 농도 측정
경과시간(day) 조류농도(Ch-a, mg/m3)
대조군 토르말린 투입군
0 0 0
3 327 11
5 1,021 127
7 1,656 213
조류 성장 억제에 탁월한 효과가 있다.
[실험 사례2]조류 사멸
실험방법 :인큐베이터 내에서 조류 농도를 5,000mg/m3 이상으로 배양한 후 토르말린 5000ppm을 투여하여 대조군과 비교, 7일 경과후 조류 농도 측정
조류농도(Ch-a, mg/m3) 대조군 토르말린 투입군
초기농도 5,386 5,386
7일 경과후 농도 4,672 658
토르말린 투입군에서 87.8%의 조류 제거 성능을 보인다.
[실험 사례3]실증 테스트
어느 특정 지역의 호소에 10m3 규모의 인공 수조를 만들어 설치하고, 호소수를 원수로 하여 토르말린 테스트를 실기한 것으로, 토르말린 투입군은 2개로 나누어 하나는 토르말린을 그대로 1000ppm 투입하였고, 하나는 같은 양의 토르말린으로 접촉장치를 만들어 순환 접촉하였다.
경과일수(day) 조류농도(Ch-a, mg/m3)
대조군 토르말린 투입군 토르말린 접촉군
0 69.4 54.7 52.2
1 30.5 11.1 11.1
3 42.8 9.5 9.1
5 65.7 9.1 5.6
7 92.3 7.5 3.6
이상에서 상술한 바와 같이 본 발명의 상세한 설명에서는 토르말린 이온화 챔버를 이용한 호소정화장치 및 그 방법에 대한 구체적인 실시예에 대하여 설명하도록 하지만, 본 발명은 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능하다.
그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술되는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허 청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
이상에서 상술한 본 발명 "토르말린 이온화 챔버를 이용한 호소정화장치 및 그 방법"에 따르면,
자연 물질인 특수광석 토르말린을 오염된 호소수와 함께 효과적으로 접촉시켜 처리함으로써 오염된 호소수를 전기 분해하여 다량의 음이온의 생성 및 토르말린의 물리적 특성을 이용할 수 있는 유용한 처리수를 제조함으로써, 호소내의 조류 성장을 효과적, 경제적으로 제어할 수 있으며, 이를 통해 맑고 청정한 호소를 유지하도록 하는 이점을 가진다.
또한, 토르말린에 의한 조류의 사멸, 성정 억제가 동시에 진행되므로 인해 녹조 현상을 근원적으로 방지할 수 있는 이점을 가진다.
또한, 본 발명에 따른 호소정화장치는 별도의 소요 부지를 필요로 하지 않으므로 인해 매우 경제적이며, 이로 인하여 호소정화시설의 보급을 확대할 수 있는 이점을 가진다.
또한, 상기한 호소정화시설의 확대 보급은 중, 소규모의 호소 정화를 손쉽게 시행할 수 있도록 함으로써, 맑고, 깨끗한 자연환경 조성에 일익을 기여할 수 있는 이점을 가진다.
도 1은 본 발명에 따른 토르말린 이온화 챔버를 이용한 호소정화장치의 일 실시예를 나타낸 단면도이고,
도 2는 도 1에 따른 호소정화장치를 적용한 일 실시예를 나타낸 실시도이고,
도 3은 본 발명에 따른 토르말린 이온화 챔버를 이용한 호소정화장치를 적용한 다른 실시예를 나타낸 실시도이고,
도 4는 본 발명에 따른 토르말린 이온화 챔버를 이용한 호소정화과정을 나타낸 흐름도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110 -- 유입펌프 120 -- 제1 유도관
200 -- 본체
205 -- 연결부재 210 -- 저장부
220 -- 지지판 230 -- 스트레이너(strainer)
240 -- 슬릿 250 -- 토르말린 이온화 챔버
260 -- 격리부재 270 -- 커버
280 -- 분사노즐 290 -- 방류웨어
300 -- 지지대
410 -- 제2 유도관 420 -- 유출펌프
500 -- 수중펌프

Claims (6)

  1. 호소정화장치에 있어서,
    호소 또는 하천의 원수를 흡입하여 소정압력으로 가압하여 출력하는 유입펌프(110)와;
    상기 유입펌프(110)를 통해 유입되는 원수를 전달하기 위한 제1 유도관(120)과;
    내부 수용공간에 토르말린 분말(10)이 내포되며, 상기 펌프(110)로부터의 가압수를 분사하여 상기 토르말린 분말(10)과 원수를 혼합하고, 상기 혼합을 통해 희석되는 처리수를 외부로 분사하는 본체(200)와;
    상기 본체(200)의 하단부 외측에 설치되어 상기 본체(200)를 호소바닥 또는 육지바닥에 고정 안착되도록 지지하는 지지대(300)와;
    상기 본체(200)에서 분사되는 처리수를 흡입하여 외부로 뿜어내기 위한 제2 유도관(410)과;
    상기 제2 유도관(410)을 통한 처리수에 소정의 압력을 가하여 처리수의 흐름을 원활하게 유출하기 위한 유출펌프(420)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 토르말린 이온화 챔버를 이용한 호소정화장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 본체(200)는,
    상기 제1 유도관(120)과 체결되어 상기 유입펌프(110)에서 가압되어 유입되는 가압수를 상기 본체(200)로 공급하기 위한 연결부재(205)와;
    소정크기를 갖는 통형상으로서 내부에 중공을 갖는 탱크형상을 갖고 내부중공에 상기 연결부재(205)를 통해 유입되는 가압수가 충진(저장)되며, 상기 공급된 중공내의 가압수를 소정압력으로 재차 가압하는 기능을 수행하는 저장부(210)와;
    상기 저장부(210)에서 충만된 가압수가 유입될 때 상기 가압수에 포함된 이물질의 유입을 사전에 방지하기 위한 스트레이너(strainer)(220)와;
    다수의 원주방향으로 동등하게 이격되고 수직으로 연장되며 상기 스트레이너(220) 벽면에 형성되어 상기 유입되는 가압수의 이물질의 유입을 차단하고 순수한 가압수만 통과시키는 슬릿(230)과;
    내부에 토르말린 분말(10)이 충진되며, 상기 스트레이너(220)에서 이물질이 필터링된 가압수와 상기 토르말린 분말(10)을 접촉되도록 하여 상기 가압수의 전기분해를 수행토록 하고, 상기 전기분해를 통해 다량의 음이온 발생 및 정화된 처리수를 생성하는 토르말린 이온화 챔버(240)와;
    상기 본체(200)의 하단부 소정위치에 고정 설치되며 상기 저장부(210)와 상기 이온화 챔버(240) 층을 분리하고, 복수의 상기 스트레이너(220)를 고정 안착시키는 지지판(250)과;
    소정크기를 갖는 판으로서 내부의 다수의 관통공이 구비되며, 상기 본체(200) 내부의 유동층(20)의 소정위치에 수직되게 폭방향으로 고정 설치되어 상기 이온화 챔버(230)내에서 유동되는 토르말린 분말(10)이 가압수와 함께 유출되는 것을 방지하는 격리부재(260)와;
    상기 본체(200)의 상부에 안착되도록 체결되며, 중심부를 중심으로 다수의 관통공이 형성되는 커버(270)와;
    상기 커버(270)의 상단부 중심에서 원형으로 형성되며, 상기 토르말린 분말(10)과 접촉되어 정화된 처리수를 소정의 압력을 통해 외부로 유출하기 위한 분사노즐(280)과;
    상기 본체(200)의 상단부 일측에 설치되어 상기 이온화 챔버(240)에서 정화되어 유동층(20)으로 이송된 처리수를 호소 또는 하천으로 다시 방류하도록 하는 방류웨어(290)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 토르말린 이온화 챔버를 이용한 호소정화장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 유동층(20)은,
    상기 이온화 챔버(240)와 접하는 부분은 좁고 상기 이온화 챔버(240)로부터 멀어질 수록 넓어지는 'V'자 형태로 형성되어, 상기 토르말린 분말(10)이 이온화 챔버(240)에서 벗어나 유동층(20)으로 진입하면, 유속을 급격히 감소시켜 토르말린 분말(10)을 하부로 침강시키고 상기 가압수만 외부로 분출하는 것을 특징으로 하는 토르말린 이온화 챔버를 이용한 호소정화장치.
  4. 호소정화장치에 있어서,
    호소 외부 장착시, 상기 호소정화장치(200) 상부의 방류웨어(290)와 처리수를 방출하기 위한 파이프를 연결하여 구성하고, 상기 호소정화장치(200)의 상부에 설치되는 커버(270)내 분사노즐(280)은 밀폐되어 상기 분사노즐(280)을 통한 처리수의 분출을 방지하고, 상기 처리수를 방류웨어(290)와 연결된 파이프를 통해 호소로 방출하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 토르말린 이온화 챔버를 이용한 호소정화장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 호소정화장치는,
    호소 내부 장착시, 호소정화장치(200)를 호소바닥에 고정설치하고, 상기 호소정화장치(200)와 연결되는 펌프는 수중에서 동작이 가능한 수중펌프(500)를 호소정화장치(200)의 하부 일측에 구성된 연결부재(130)와 체결하여 장착하고, 호소정화장치(200)에서 정화된 처리수를 상부에 설치되는 커버(270)의 분사노즐(280)을 통해 분사되도록 하고, 상기 호소정화장치(200) 상부 일측에 설치되는 방류웨어(290)는 밀폐 차단되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 토르말린 이온화 챔버를 이용한 호소정화장치.
  6. 호소정화과정에 있어서,
    호소의 원수를 펌프를 통해 가압하여 유입하는 과정(S10)과;
    상기 유입된 원수를 저장부에 임시 저장하고, 상기 펌프로부터 공급된 저장부내의 가압수를 소정압력으로 재차 가압한 후 공급하는 과정(S20)과;
    상기 공급되는 가압수를 스트레이너를 통해 원수에 포함된 이물질을 필터링하는 과정(S30)과;
    상기 이물질이 필터링된 원수와 토르말린을 순환 접촉시켜 접촉효율을 높이는 과정(S40)과;
    상기 토르말린 순환 접촉을 통해 정화된 처리수를 호소로 유출하는 과정(S50)을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 토르말린 이온화 챔버를 이용한 호소정화방법.
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CN108002512A (zh) * 2018-01-04 2018-05-08 清华大学 一种以包覆型压电材料cpm为主要填料的除氨装置及方法

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