KR20090036471A - 인공먹이망을 이용한 영양염 제거 장치 - Google Patents

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Abstract

인공먹이망을 이용한 영양염 제거 장치가 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 인공먹이망을 이용한 영양염 제거 장치는 식물플랑크톤이 배양되며, 영양염류가 풍부한 물이 유입되는 유입구 및 배양된 식물플랑크톤이 유출되는 연결구가 형성된 제 1 배양조; 및 연결구로부터 제 1 배양조에서 배양된 식물플랑크톤을 공급받으며, 물벼룩(D.magna)이 배양되는 제 2 배양조를 포함하되, 제 2 배양조는 물벼룩이 식물플랑크톤의 섭식을 통해 영양염류가 제거된 처리수를 방류하기 위한 배출구를 포함하며, 제 2 배양조의 바닥은 경사면으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
물벼룩, 식물 플랑크톤, 동물플랑크톤, 배양조, 영양염

Description

인공먹이망을 이용한 영양염 제거 장치{Nutrient removal from sewage by an artificial food web system}
본 발명은 인공먹이망을 이용한 영양염 제거 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 배양조에 영양염류가 풍부한 하천수(또는 폐수)를 유입시켜 식물플랑크톤을 배양시키고, 이를 물벼룩(D.magna)이 존재하는 또 다른 배양조에 공급되도록 하여, 물벼룩(D.magna)의 식물플랑크톤 섭식을 통해 하천수의 영양염류를 제거하는 인공먹이망을 이용한 영양염 제거 장치에 관한 것이다.
일반적으로 하천이나 호수 등 수중생태계에 생활하수나 산업폐수, 가축의 배설물 등과 같은 유기물질이 물 속에 유입되면 영양물질(인, 질소)이 많아지게 된다. 이처럼 영양물질이 증가하게 되면, 영양소의 순환 속도가 빨라져 조류(algae)의 광합성량 또한 급격히 증가하게 되고, 이에 따라 성장과 번식은 매우 빠르게 진행되어 최종적으로는 대량 증식으로 이어지게 된다. 이것을 부영양화 현상이라고 한다.
이러한 부영양화 현상이 강, 바다, 호수 등에서 발생하게 되면, 미생물이 유기물을 분해함과 동시에 성장과 번식으로 미생물이 증가하여 적조현상 또는 녹조현상을 일으킬 수 있는데, 우리나라의 경우 1980년대부터 부영양화는 물 품질 열화의 주요원인 중 하나가 되었다.
부영양화에 따른 녹조현상은 정부와 지역 주민들의 수질오염을 줄이기 위한 노력으로 많이 감소되기는 하였으나, 여전히 많은 강과 호수들이 부영양화 상태로 남아있다.
이러한 영양염류에 의한 수질오염을 방지하기 위해서 많은 연구원들은 이러한 문제점을 해결하기 위해 환경공학기술을 연구해왔다. 가령, 그 유용함이 이미 입증된 인공습지대, 인공섬(arificial floating island), 플로팅 매트(floating mats) 및 생물관리법(biomanipulation) 등이 있다.
다양한 환경공학기술들에 있어서, 산소 공급, 세균 생장 및 영양소의 흡착 작용 등 중요한 역할을 수행하는 대형수생식물(macrophyte)을 적용한 인공습지대와 인공섬은 대형수생식물(macrophyte)이 냉한기(겨울철) 및 충격에 약할 뿐만 아니라, 수확한 후 처리가 곤란하다는 등의 문제점이 있다.
그리고 보통 2차 처리된 하수의 영양염류제거에 이용되는 조류를 이용한 영양염류 제거 시스템도 있다. 그러나 이 시스템은 영양염류를 동화한 액상 상태의 조류를 어떻게 분리하느냐의 문제가 가장 큰 걸림돌로 남아 있으며, 또한 조류분리과정 중 원심분리 또는 여과방법은 고액분리가 불완전하고 비용이 많이 요구된다는 단점이 있다.
따라서, 친환경적인 방법으로 대형수생식물 대신 적용될 수 있으며, 저비용으로 높은 효과를 얻을 수 있는 부영양화에 따른 수질오염을 방지하기 위한 새로운 방안이 요구되고 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 인공먹이망을 이용한 영양염 제거 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 배양조에 영양염류가 풍부한 하천수(또는 폐수)를 유입시켜 식물플랑크톤을 배양시키고, 이를 물벼룩(D.magna)이 존재하는 또 다른 배양조에 공급되도록 하여, 물벼룩(D.magna)의 식물플랑크톤 섭식을 통해 하천수의 영양염류를 제거하는 인공먹이망을 이용한 영양염 제거 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어질 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 인공먹이망을 이용한 영양염 제거 장치는 식물플랑크톤이 배양되며, 영양염류가 풍부한 물이 유입되는 유입구 및 배양된 식물플랑크톤이 유출되는 연결구가 형성된 제 1 배양조; 및 연결구로부터 제 1 배양조에서 배양된 식물플랑크톤을 공급받으며, 물벼룩(D.magna)이 배양되는 제 2 배양조를 포함하되, 제 2 배양조는 물벼룩이 식물플랑크톤의 섭식을 통해 영양염류가 제거된 처리수를 방류하기 위한 배출구를 포함하 며, 제 2 배양조의 바닥은 경사면으로 이루어진 것이 바람직하다.
여기서 제 1 배양조는 불투명재질의 원통형 구조로 이루어지는 것이 좋을 수 있다.
이 때, 제 2 배양조는 상부에 차양막이 구비되는 것이 가능하다.
또한, 식물플랑크톤을 포함하는 제 1 배양조의 물이 제 2 배양조로 공급되도록 하기 위한 펌프를 더 포함하는 것이 바람직할 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 인공먹이망을 이용한 영양염 제거 장치에 따르면, 초식성인 무척추동물인 물벼룩(D.magna)을 이용하여 식물성 플랑크톤을 제거하는 데에 있어 태양 에너지가 장치의 가동(operation)을 위한 대부분의 소스이기 때문에 실제 장소에 적용되는 데에 있어, 추가적인 복합 시설이 요구되지 않는다는 장점이 있다.
또한, 영양염류 제거에 사용된 물벼룩은 사용 후 분리 또는 수거되어 물고기의 먹이로도 활용될 수 있다는 등의 추가적인 장점도 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있을 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것으로, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공먹이망을 이용한 영양염 제거 장치를 나타낸 개략도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 인공먹이망을 이용한 영양염 제거 장치는 유입구(110), 제 1 배양조(120), 연결구(130), 제 2 배양조(140) 및 배출구(150) 등을 포함한다.
여기서 제 1 배양조(120)의 높이가 원지름보다 클 경우, 식물플랑크톤이 배양조의 벽면에 부착되어 내부로 빛이 들어오는 것을 방해할 수 있다. 그 결과 일정시간이 지난 후에는 식물플랑크톤의 증식이 이루어지지 않기 때문에, 제 1 배양조(120)는 식물플랑크톤이 벽면에 부착되더라도 태양광이 충분히 공급될 수 있도록 넓은 형태로 형성되는 것이 바람직할 수 있다.
하천수의 영양염의 제거 속도를 증가시키기 위해서는, 식물플랑크톤이 증식 하는 제 1 배양조(120)의 환경(광(光), 영양소, 수온 등)을 일년 내내 일정하게 유지시키는 것이 바람직하다.
이 때, 냉한기(겨울철) 동안 시스템을 유지하기 위한 수단으로는 온실이 구성되는 것이 좋으며, 또한 일정량의 광(光)과 수온의 조절을 통해 광합성을 증진시키기 위하여 인공태양광 장치 및 온도 조절기 등이 구비되는 것이 바람직할 수 있다.
식물성 플랑크톤 성장을 위한 물리적인 조건 중에서, 교반법(stirring method)은 다른 어떠한 방법보다 더 좋을 수 있다. 실제 작업장에서 진동법(shaking method)을 적용하는 것은 어렵기 때문에, 식물성 플랑크톤의 성장을 증진시키기 위한 방법으로 교반법(stirring method)이 매우 권장된다.
또한, 교반법(stirring method)은 높은 pH 조건 아래에서 활동적인 광합성으로 인해 발생하는 암모니아(NH3) 제거에도 유익할 수 있다. 실제로, 식물성 플랑크톤 챔버의 pH가 약 11 이었을 때, 암모니아 제거(stripping)가 매우 활성화 되었다.
이하, 식물 플랑크톤 성장 실험에 관한 일 실시예를 나타낸 것으로써, 본 발명이 반드시 이에 한정되지 않는 것은 당연하다.
창 옆에 위치된 투명한 식물성 플랑크톤 챔버에는 초기농도 0.3 mg/m3 Chl에서 1000 mg/m3 Chl(클로로필 ; chlorophy) 이상 성장하는 것이 가능했으며, 이 때, 식물 플랑크톤 성장 실험에 있어서 조도의 범위(range)는 낮 시간 동안 4,140 내지 66,000 lx 였고, 수온은 17.4에서 28.0.C 였다.
이러한 결과는 높은 농도의 영양염은 시스템이 실내에 설치되었다 할지라도, 인공 조명 또는 열(가열) 없이도 식물플랑크톤 성장에 필요한 연료를 공급할 수 있다는 것을 의미한다.
제 2 배양조(120)가 대형으로 제작될 시, 바닥침전물 처리에 있어서 많은 불편함과 어려움이 따를 수 있기 때문에, 이 때, 제 2 배양조(120)는 중력에 의해 가라앉은 물질을 쉽게 제거할 수 있도록 바닥에 경사면을 형성시켜 동물 플랑크톤(D.magna)의 배설물을 비롯한 식물성 플랑크톤 또는 하천수에서 발생되는 찌꺼기 등의 제거가 용이한 구성을 갖는 것이 바람직할 수 있다.
그리고 제 2 배양조(140)에서 배양되는 동물플랑크톤(D.magna)은, 실외에서 자외선을 포함하는 직사광선을 받았을 때 사멸할 수 있으므로, 제 2 배양조(140)는 태양광의 자외선에 의해 동물플랑크톤(D.magna)이 치사되는 것을 방지하기 위한 수단으로 차양막(160)이 설치되는 것이 좋을 수 있다. 이 때, 차양막(160)은 제 2 배양조에서 위로 0.6 내지 1m 사이에 설치되는 것이 바람직하다.
도 2는 도 1에 도시된 인공먹이망을 이용한 영양염 제거 장치를 나타낸 평면도이다.
도 2를 참고하면, 하나의 제 1 배양조(120)에는 다수개의 탱크 형태로 이루 어진 제 2 배양조(140)가 연결되어 적용될 수 있다. 이 때, 제 1 배양조(120)와 제 2 배양조(140)를 연결해주는 연결구(130) 및 처리수를 방류하는 배출구(150)는 제 2 배양조(140)의 개수와 일치하도록 구성되는 것이 바람직하다.
이 때, 제 1 배양조(120) 및 제 2 배양조(140)는 잘 녹슬지 않고, 약품 처리 등에 강한 스테인레스 재질로 이루어지는 것이 바람직할 수 있으나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 도면에는 도시되지 않았지만, 제 1 배양조(120)에서 제 2 배양조(140)로 식물플랑크톤을 포함하는 하천수가 보다 수월하게 이동될 수 있도록 하기 위한 수단으로 펌프가 구비되는 것이 가능하다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 인공먹이망을 이용한 영양염 제거 장치의 작동원리를 설명하기로 한다.
식물 플랑크톤이 배양되는 제 1 배양조(120)에는 유입구(110)를 통해서 영양염(인, 질소)의 함유율이 높은 하천수가 공급되고, 이는 곧 식물 플랑크톤의 성장으로 연결된다. 이렇게 성장된 식물 플랑크톤은 연결구(130)를 통해 제 2 배양조(140)로 이동하게 되고, 여기에 존재하는 동물플랑크톤(D.magna)의 섭식에 의해서 하천수의 영양염이 용이하게 제거될 수 있다.
여기에 증식률이 높은 동물플랑크톤(D.magna)이 물고기의 먹이로 활용될 수 있도록 적용되는 것이 좋을 수 있음은 당업자에 있어 자명할 것이다.
상술된 과정을 통해 영양염이 제거된 하천수, 즉 처리수는 제 2 배양조(140) 의 일측에 형성된 배출구(150)를 통해서 외부로 방류될 수 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해되어야만 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공먹이망을 이용한 영양염 제거 장치를 나타낸 개략도이다.
도 2는 도 1에 도시된 인공먹이망을 이용한 영양염 제거 장치를 나타낸 평면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110 : 유입구 120 : 제 1 배양조
130 : 연결구 140 : 제 2 배양조
150 : 배출구 160 : 차양막

Claims (4)

  1. 식물플랑크톤이 배양되며, 영양염류가 풍부한 물이 유입되는 유입구 및 배양된 식물플랑크톤이 유출되는 연결구가 형성된 제 1 배양조; 및
    상기 연결구로부터 제 1 배양조에서 배양된 식물플랑크톤을 공급받으며, 물벼룩(D.magna)이 배양되는 제 2 배양조를 포함하되,
    상기 제 2 배양조는 물벼룩이 식물플랑크톤의 섭식을 통해 영양염류가 제거된 처리수를 방류하기 위한 배출구를 포함하며,
    상기 제 2 배양조의 바닥은 경사면으로 이루어진 것을 특징으로 하는 인공먹이망을 이용한 영양염 제거 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 배양조는 불투명재질의 원통형 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 인공먹이망을 이용한 영양염 제거 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 배양조는 상부에 차양막을 구비하는 것을 특징으로 하는 인공먹이망을 이용한 영양염 제거 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 식물플랑크톤을 포함하는 제 1 배양조의 물이 제 2 배양조로 공급되도록 하기 위한 펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인공먹이망을 이용한 영양염 제거 장치.
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