KR20090100990A - 전위차법에 의한 조류, 부유물질 및 영양염류를 수면위로고속으로 제거하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수중에 발생된 조류(algae) 및 폐수 중의 부유물질을 수면 위로 고속으로 제거하면서 부영양화 원인인 인산염을 연속적으로 동시에 제거하는 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 양전하를 제공하는 무기염과 고분자로 개질화된 자성분말체를 조류가 발생된 수역 또는 폐수 중에 주입하여 진탕(shaking)하면 음전하를 띠고 있는 녹조 및 부유물질은 전위차법에 의해 양전하를 띠고 있는 자성분말체 표면에 흡착되고, 수중에 이온상태로 존재하는 인산염은 무기염과 반응하여 부유물질인 불용성의 인산염이 형성되며, 이곳에 외부자력을 공급하여 수중에 발생된 녹조 및 부유물질은 물론 부영양화 원인인 인산염을 동시에 수면 위로 고속제거하는 방법에 관한 것이다.

전위차법, 조류(algae), 부유물질, 인산염

Description

전위차법에 의한 조류, 부유물질 및 영양염류를 수면위로 고속으로 제거하는 방법{Rapid removing method of algaes, suspended solid and nutrient salts by using potential difference method}

본 발명은 수중에 발생된 조류(algae) 및 폐수 중의 부유물질을 수면 위로 고속으로 제거하면서 부영양화 원인인 인산염을 연속적으로 동시에 제거하는 방법에 관한 것이다.

우리나라 담수호의 부영양화는 축산과 내수면 양식어업의 규모가 증가한 1980년대 후반에 급격히 진전되어 많은 호수가 부영양호로 바뀌었다. 그 결과 과거에는 남조류가 나타나지 않던 호수에서도 여름이면 남조류가 출현하여 호수를 녹색으로 물들이고 있으며 유기물 농도 증가, 수도물의 냄새발생, 독성 남조류의 증식 등의 피해를 유발하고 있어 호수수질 악화의 가장 주요한 원인이 되고 있다. 이에 따라 담수호의 부영양화를 막기 위해서는 하수처리뿐만 아니라 보다 축산분뇨와 비료 등의 비점오염원관리에 주력하여야 한다. 비점오염원으로부터의 영양염류의 유출은 연간 수차례의 폭우시에 집중되어 나타나며 갈수기에는 거의 유출되 지 않는다. 폭우시에는 호수유입수의 유량이 매우 크므로 일단 토지로부터 유출된 후에는 처리하기가 불가능하다. 따라서 부영양화를 막기 위해서는 하수처리장 건설만으로는 큰 효과를 기대할 수 없고, 동시에 유역 토양의 침식과 유출을 억제하는 종합적 토지 관리도 병행하여야 하며, 농경지에서는 포토의 침식을 막기 위하여 경사가 급한 밭의 경사를 가능한 한 줄이고, 무경운 경작이나 고랑을 등고선 방향으로 만드는 등의 환경보전형 농업기술개발을 위한 투자가 필요하다.

현재 담수호에 발생된 조류를 제거하기 위하여 황토를 살포한 다음 수저(水底)로 침강시키는 방법, 수저에 미세한 공기발생장치를 장착한 후 미세공기와 함께 조류를 부상시켜 제거하는 방법, 구리용액(Cu^{2 +})인 중금속 살포에 의한 사멸, 차염소산소다 (NaClO)와 같은 살균제에 의한 사멸, 기타 제올라이트(zeolite)와 같은 무기 산화물을 이용하여 제거하고 있지만 대부분의 방법은 수저로 침전시키는 방법을 이용하고 있으며, 그중 가장 많이 이용되고 있는 방법은 경제적인 이유로 인하여 황토분말을 살포하여 조류 흡착과 동시에 침강시키는 방법을 동원하고 있다. 그러나 수저(水底)에 가라앉은 조류는 유기물로 구성되어 있으며, 자연 환경의 자정능력이 떨어지기 때문에 수저의 혐기성 분위기에서 썩게 됨에 따라 수저에서 부패된 미생물은 BOD, COD의 증가 원인이 될 수 있으며, 이로 인한 제2차 수질오염의 가능성이 높아 수질생태계가 파괴될 우려가 있다.

또한 일부 미세공기방울을 이용하여 수면 위로 부상시킨 후 제거하는 방법이 있지만 단지 국부적인 수역에서만 조류제거가 가능하기 때문에 광범위한 수역에 발 생된 조류를 제거하기 위해서는 효과가 그다지 크지 않다. 따라서 지금까지 조류를 제거하기 위한 방법으로는 수질생태계를 위협할 확률이 높거나 대단히 제한적인 방법이 동원되고 있는 실정이다.

이와 같이 조류를 제거하는 과정 중에 수질악화를 방지하며, 보다 효율적으로 이를 제거시키기 위하여 한국공개특허 제2004-0002370호에서는 오존발생장치에 의해 효율적으로 오존을 발생시켜 이 오존을 수중펌프방식의 마이크로버블 발생장치로써 극미세의 마이크로버블로 하여 물에 투입 접촉시키는 것에 의해, 오존의 고효율의 용존율을 확보하고, 그 특성인 강산화작용이나 살균작용을 이용하여 수중의 유기물 등을 분해하여 COD, BOD를 저감시켜 수질정화를 꾀함과 동시에 녹조제거나 적조의 발생이 방지되는 마이크로버블 오존을 이용한 수질정화방법을 제안하고 있으며, 한국공개특허 제2005-0003314호에서는 미세기포를 분출시키는 노즐이 설치된 부력체를 바지선에 연결하고, 이 바지선을 녹조가 발생한 임의의 장소에 배치하여 녹조를 효율적으로 간단히 제거할 수 있도록 하는 이동식 녹조제거장치를 제안하고 있고, 한국공개특허 제2004-0110350호에서는 마그네타이트(Fe₃O₄) 분말 표면에 +전하를 띠게 표면개질화하여, 전자석 내지는 영구자석의 자력을 이용하여 물속의 조류를 고속으로 제거할 수 있는 녹조, 적조 제거 방제방법 및 제거 시스템에 관한 것으로, -전하를 띠고 있는 조류와 마그네타이트 표면에 +전하를 이용하여 조류를 흡착한 다음 영구자석 내지는 전자석이 부착된 콘베어 벨트를 이용하여 조류를 제거하는 방제방법 및 방제 시스템을 제안하고 있다.

상기 한국공개특허 제2004-0002370호는 오존의 강산화작용 및 살균작용에 의해 수중에 부유된 유기물이나 녹조, 병원균 등에 접촉하여 산화효과 및 살균효과 등을 발휘하여 수질정화에 효과를 발휘할 수 있으나 수중에 다량 발생된 녹조를 포함한 부유물질을 제거하는데 한정적인 효과가 발생할 뿐만 아니라 수면위에 이동하면서 담수호나 해수면에 광범위하게 발생된 조류를 제거하는데 매우 한정적으로 처리할 수 밖에 없다는 단점을 가지고 있으며, 상기 한국공개특허 제2005-0003314호는 수중에 미세한 기포를 발생시켜 수면 밖으로 부상됨과 동시에 수중에 오염된 조류를 함께 부상시키는 방법으로 종래의 녹조제거에 의한 2차오염을 방지할 수 있는 환경친화적인 방법이나 수저에 분출된 미세기포가 수면위로 부상하는데 대체적으로 긴시간 소요되기 때문에 정지시스템에서는 효과적일 수 있으나 이동상황에서는 효과적으로 조류의 제거효율이 낮다는 단점을 가지고 있고, 상기 한국공개특허 제2004-0110350호는 마그네타이트(Fe₃O₄)분말 표면위에 알루미늄 염을 이용하여 양전하를 띠도록 표면 개질화하여 전위차법에 의해 조류를 제거하는 것이나, 수중에 오염된 부영양화 물질을 함께 제거하는 방법을 제시하지 못하고 있으며, 또한 실제 전위차법에 의해 수중에 포함된 부유물질 내지는 조류를 제거하기 위해서는 물의 pH가 중성에 가까운 조건이 되어야 제거효율이 높으나, 부영양화에 의해 다량 발생된 조류들은 암모니아성 질소가 발생하면서 물이 알카리화되어 제거효율이 급격히 떨어지므로, 실제 조류 제거효율은 산업적으로 이용될 수 없을 정도로 낮다는 문제를 가진다.

이에 본 발명자들은 선출원(출원번호: 10-2007-0087061, 발명의 명칭: 전위차법에 의한 조류 및 영양염류의 연속 제거장치 및 방법)한 결과를 토대로 수질환경을 개선하고자 많은 노력을 기울인 결과 수중에 양전하를 띠게하는 무기염과 고분자로 개질화된 자성분말체를 조류가 발생된 수역 또는 폐수 중에 주입하여 진탕(shaking)하면 음전하를 띠고 있는 녹조, 부유물질 및 수중에 이온상태로 존재하는인산염은 전위차법에 의해 양전하를 띠고 있는 자성분말체 표면에 흡착되고, 외부자력을 이용하여 고속으로 제거될 수 있음을 확인하여 본 발명을 완성하게 이르렀다.

따라서 본 발명은 폐수 내에 포함된 부유물질을 신속히 제거하여 기업의 경제성 및 작업성을 확보함에 있으며, 담수호 내지는 해수면에 발생된 녹조 및 적조를 신속히 제거함은 물론 부영양화 원인물질인 인산염을 동시에 제거됨으로써 근본적인 수질환경 보호는 물론 수산업에 종사하는 어민의 경제적 피해를 최소화하며, 기업의 경제성 및 작업성을 확보하는 것이 가능하다.

본 발명은 조류 및 영양염류를 제거하는 반응조, 상기 반응조에 장착되거나 또는 반응조에 연결되어 반응조를 이동시키는 동력장치, 상기 반응조의 이동방향의 반대편에 연결된 조류 및 영양염류 침전물 저장장치를 구비한 조류 및 인산염의 연 속 제거장치에 있어서, 상기 반응조의 바닥은 수중에 존재하고, 상부는 수면 위에 부상되어 있으며, 상기 반응조가 이동하는 방향으로 조류 및 영양염류가 발생된 물이 유입되는 입구와 조류 및 그 반대방향의 말단에 영양염류가 제거된 물이 유출되는 출구를 구비하고, 상기 반응조에는 상기 반응조 입구로 유입되는 물의 영양염류 농도 측정장치 및 수소이온농도 측정장치를 구비하고, 상기 반응조 입구에 양전하로 표면 개질된 자성복합체 공급장치, 산 및 알카리 공급장치, 반응조 또는 동력장치에 상기 각각의 측정장치에서 측정된 조류, 영양염류 및 수소이온 농도에 따라 자성복합체, 산 또는 알카리의 공급량을 제어하는 제어장치를 포함하여 이루어지는 조류 및 인산염의 연속 제거장치에 특징이 있다.

또한 본 발명은 상기 조류 및 인산염의 연속 제거장치를 수면에서 이동시키면서, 상기 반응조 입구에서 반응조로 유입되는 물의 조류 농도, 영양염류 농도 및 수소이온 농도를 측정하는 단계; 상기 각각의 농도에 따라 양전하를 띄도록 표면 개질된 자성복합체, 산 또는 알카리를 각각 공급하는 단계; 상기 반응조 내에서 상기 자성복합체 분말에 부착된 조류 및 영양염류를 여과 또는 자력으로 분리하는 고액 분리하고, 물을 상기 반응조의 출구로 배출하는 단계; 를 포함하여 이루어지는 조류 및 인산염의 연속 제거방법에 또 다른 특징이 있다.

이하, 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 담수호 내지는 해수면에 조류가 오염된 수역을 따라 인위적으로 이동하면서 전위차법에 따라 조류를 연속적으로 제거하고, 동시에 조류발생의 원인인 인산염의 부영양화물질을 제거하고, 이를 여과 또는 외부의 자력에 의해 제거함 으로써 연속적인 시스템에 의해 조류나 인산염으로 인한 수질저하를 방지할 수 있다.

본 발명의 조류 및 인산염의 연속 제거장치는 조류 및 영양염류를 제거하는 반응조, 상기 반응조에 장착되거나 또는 반응조에 연결되어 반응조를 이동시키는 동력장치, 상기 반응조의 이동방향의 반대편에 연결된 조류 및 영양염류 침전물 저장장치를 구비하고 있다.

본 발명의 반응조는 물에서 이동할 때, 바닥은 수중에 존재하고, 상부는 수면 위에 부상되어 있으며, 이를 위해 일 구현예로서 도 1과 같이 반응조 상단은 수면위로 부상(10)을 시키고, 그밖의 다른 부분은 침적시켜야 하는 구조로 이루어지기 위해서 반응조 상단에 물에 뜰 수 있는 부표(11)가 장착되도록 구성될 수 있다.

또한 본 발명의 반응조는 반응조가 이동하는 방향으로 조류 및 영양염류가 발생된 물이 유입되는 입구와 그 반대방향의 말단에 조류 및 영양염류가 제거된 물이 유출되는 출구를 구비하고 있다.

상기 반응조의 이동방향에 수직으로 자른 단면의 형태는 U자 형으로 처리하는 것이 양전하를 제공하기 위해 표면개질화된 자성복합체 분말과 영양염류와의 반응 후 형성된 불용성의 부유물질이 수저로 가라앉지 못하게 하는 구조로서 바람직하다.

상기 반응조는 조류 및 영양염류가 발생한 물이 제거되기에 충분한 시간을 부여할 수 있도록 이동방향으로 길게 늘려져 있는 것이 바람직하고, 좁은 공간에서의 이동을 용이하게 하기 위하여 복수의 단위 반응조가 연결부를 사이에 두고 길게 연결된 것일 수 있다.

또한 반응조는 조류와 영양염류를 제거하기 위한 접촉시간 및 반응시간을 길게하기 위해서는 반응조 바닥에 미세공기가 발생될 수 있는 기포공급장치(bubbler)나 교반장치를 구비하는 것이 바람직하다. 상기 교반장치는 도 1의 스크류(screw) 또는 임펠러(Impeller)타입(9)으로 구성될 수 있다.

상기 반응조는 조류, 영양염류, 수소이온의 농도에 따라 본 발명의 양전하로 표면 개질된 자성복합체, 산 또는 알카리 공급장치, 영영염류의 농도 측정장치 및 수소이온농도 측정장치를 구비하는 것이 바람직하다. 또한 바람직하게는 반응조 출구로 배출되는 물의 조류, 영양염류, 수소이온의 농도를 측정하기 위한 장치를 구비한다.

상기 양전하로 표면 개질된 자성복합체, 산 또는 알카리는 물에 희석하여 용액상 또는 분산상으로 고압 노즐을 통해 공급하는 것이 바람직하다.

표면개질화된 자성복합체는 도 2와 같은 메카니즘에 의하여 수중에 포함된 조류 및 부유물질이 흡착되어진다. 이때 자성복합체 분말의 분무량은 조류 및 부유물질을 제거하기 위한 반응조의 크기와 반응조에 유입되는 유속에 따라 달라질 수 있으며, 조류 및 부유물질의 오염량에 따라 달라질 수 있다. 자성복합체의 분무 농도는 반응조 내의 물 100중량부로 기준으로 할 때 0.01 ~ 5.0 중량부가 포함될 수 있으며, 바람직하게는 0.1 ~ 2.5 중량부가 포함되며, 더욱 바람직하게는 0.25 ~ 2.5 중량부가 포함되는 것이 유리한 바, 자성복합체의 분무량이 0.01 중량부 이하로 포함될 경우 높은 양전하를 제공하도록 표면개질화되었다 할지라도 음전 하를 띠는 조류 및 부유물질을 전위차법에 의해 제거할 수 있는 능력이 부족하기 때문에 제거효율이 매우 낮거나 제거되지 않는 문제점이 일어날 수 있으며, 5.0 중량부를 초과할 경우 조류 및 부유물질과 함께 처리된 복합체를 재활용하는데 많은 시간 및 경비가 소요될 뿐만 아니라 많은 량의 자성복합체를 운반하는데 물류비가 과다하게 소요된다는 단점을 가지고 있기 때문에 상기 제안한 농도로 분무하는 것이 바람직하다.

반응조의 수소이온농도(pH)를 자동으로 조절할 수 있도록 산 또는 알칼리를 반응조로 공급할 수 있게 각각의 산 저장용기, 알카리 저장용기를 갖춘 산 및 알카리 공급장치가 반응조에 구비될 필요가 있다. 상기 수소이온농도의 조절은 반응조의 pH가 7 ~ 9.5의 범위가 오도록 하는 것이 바람직하며, 부영양화에 의한 다량의 조류발생에 의해 암모니아성 질소가 발생됨에 따라 수질은 알칼리로 변하고, 수질의 pH가 알칼리일 경우 본 발명의 전위차법에 의해 조류 및 부유물질의 제거율이 매우 저하될 수 있기 때문에 상기 pH 범위를 유지하도록 제어장치에 의해 자동으로 조절된다.

반응조에서 조류를 제거하는 경우, 양전하를 띠도록 표면개질화된 자성복합체는 음전하를 띠고 있는 조류와 접촉하면서 철이 자석에 붙듯이 전위차법에 의해 쉽게 부착된다. 수중의 부영양화 물질인 인산염을 제거하는 경우 자성분말체 표면의 개질화된 무기염에 의해 불용성의 금속인산화물(metal phosphate)이 형성되고, 과량의 무기염에 의해 자성복합체에 부착된다. 자성복합체에 부착된 조류와 금속인산화물은 반응조와 저장장치의 연결부위에 여과 또는 자석에 의한 고액분 리 장치, 예를 들어 도 1의 자력을 공급하는 콘베어벨트가 부착된 휠(12)에 의해 고액분리가 되고, 최종적으로 저장장치(2)에서 휠의 회전체에 스크레이퍼 또는 칼날(13)이 설치되어 바지선 위로 수중에 발생된 조류 내지는 물속에 부유하는 부유물질은 연속적으로 제거될 수 있다.

상기 자성복합체는 당 분야에서 일반적으로 사용되는 것으로 특별히 한정하지는 않으며, 자성을 갖는 것이라면 어느 것이든 사용 가능하다. 본 발명에서는 구체적으로 하드(hard) 또는 소프트(soft) 타입의 페라이트(ferrite), 마그네타이트(Fe₃O₄) 또는 철(Fe) 분말을 사용하나, 바람직하기로는 가격이 저렴하며, 미분으로의 제조가 용이하고, 내산성이 우수하며, 자성 복합체의 재활용이 편리한 마그네타이트 내지는 소프트타입의 페라이트를 이용하는 것이 바람직하다. 부착된 조류를 탈착시켜 자성복합체를 재활용하는 것이 바람직하며, 재활용 방법으로는 열분해에 의한 방법 내지는 발효에 의한 방법이 선택되어질 수 있다. 하드타입의 페라이트 분말인 경우 본 발명의 반응조에서 처리된 분말에 외부의 자력을 가하면 영구자석과 같이 자성을 잃지 않고, 보유하고 있기 때문에 하드타입의 페라이트 분말을 재활용하기 위해서는 자성을 상실하게 하여 재활용시 수중에 분산력을 우수하게 하면서 450 ~ 650 ^oC 의 온도로 가열하여 열분해에 의한 조류를 분해시키는 열분해방법을 이용하는 것이 유리하며, 소프트타입의 페라이트, 마그네타이트, 철 분말의 자성복합체를 재활용하기 위해서는 외부의 자력을 가하더라도 자성을 보유하지 않기 때문에 열손실이 큰 열분해방법 보다는 발효에 의한 방법을 이용하는 것이 유 리하다.

자성복합체의 입자는 수중의 조류 내지는 부유물질과의 접촉할 수 있는 비표면적을 넓게 하기 위하여 크기가 가능한 미분인 것이 바람직하며, 구체적으로 0.1 ㎛ ~ 1 ㎜ 범위, 바람직하기로는 0.1 ㎛ ~ 100 ㎛ 범위, 보다 바람직하기로는 0.1 ~ 5 ㎛ 범위를 유지하는 것이 좋은 바, 분말 입자의 크기가 0.1 ㎛ 미만이면 비표면적이 더욱 커져서 수중에 있는 부유물질들을 흡착될 가능성이 높아지나, 미립자에 의한 분진으로 작업에 불편을 줄 수 있으며, 물에 대한 저항성이 대체적으로 커짐에 따라 반응조 후미 쪽의 저장장치와 연결부위의 자석에 의해 고액분리가 어려워질 수 있다는 문제점을 가지고 있고, 자성복합체의 미립자를 제조하기 위한 제조비가 많이 소요되며, 1 mm를 초과하는 경우에는 비표면적이 적고, 침강속도가 빠르기 때문에 수중의 부유물질과 접촉하여 흡착될 확률이 상대적으로 저조한 문제가 있다.

상기 자성분말체 표면에 양전하를 제공하기 위한 자성복합체의 표면개질화는 무기염 및 고분자가 단독 또는 혼합하여 이용될 수 있다.

상기 자성분말체 표면에 개질화된 무기염은 황산제2철, 황산알루미늄, 폴리알루미늄클로라이드(PAC), 염화알루미늄 중 1종 이상이 선택된다. 상기 무기염이 선택되어진 1종 이상이 자성복합체 100 중량부에 대해 0.15 ~ 18 중량부, 바람직하게는 0.25 ~ 15 중량부, 보다 바람직하게는 0.5 ~ 12 중량부의 범위로 사용하는 바,

상기 사용량이 0.15 중량부 미만이면 자성입자 표면에 양전하의 량이 적어 수중의 음전하를 띠고 있는 부유물질, 조류의 제거가 쉽지 않을 뿐만 아니라 수중에 용해된 인산염의 제거가 어려우며, 18 중량부를 초과하는 경우에는 상기 무기염들이 산성을 띠고 있음에 따라 개질화 과정 중에 자성분말을 용해시킬 우려가 있으며 가격 경쟁력을 잃을 수 있기 때문에 상기 농도를 유지하는 것이 바람직하다.

상기 자성분말체 표면에 개질화된 고분자는 천연고분자인 키토산 또는 고분자응집제가 이용될 수 있다. 키토산의 경우 게나 가재, 새우 껍데기에 들어 있는 키틴을 60 % 이상, 바람직하기로는 80 ~ 98% 범위로 탈아세틸화하여 얻어낸 물질을 사용할 수 있다. 이때, 상기 키토산의 분자량은 10,000 ~ 250,000 범위, 바람직하기로는 10,000 ~ 100,000 범위, 보다 바람직하기로는 30,000 ~ 70,000 범위를 유지하는 것이 좋다. 상기 분자량이 10,000 미만이면 자성복합체 표면에 개질화할 때 양전하의 전위가 낮아지기 때문에 음전하를 띠고 있는 조류 내지는 부유물질를 전위차법에 의해 낮은 부착율을 제공할 수 있으며, 250,000의 분자량을 초과하는 경우에는 용매로 용해하는 과정 중에 점도증가(swelling)가 되어 작업성의 효율이 떨어진다는 문제가 발생하므로 상기 범위를 유지하는 것이 유리하다. 본 발명에 따른 자성복합체 분말 표면위에 양전하를 띠게 하는 키토산 코팅은 상기 키토산을 용매에 용해시킨 후, 자성복합체 분말을 침적시켜 표면을 코팅한 다음 믹싱(mixing)을 하면서 용매의 건조과정을 통하여 자성복합체 표면에 양전하의 성질을 갖는 자성복합체 분말을 제조한다.

상기 키토산의 용매는 유기산 또는 무기산 등의 산(acid)을 사용하는 바, 구체적으로 젖산, 구연산, 초산, 황산, 염산, 인산 및 질산 등이 사용될 수 있다. 이때, 양전하를 띠게 하기 위한 자성복합체 분말을 침적할 때 냄새에 의한 불쾌감 내지는 호흡기 질환을 방지를 위해서는 황산, 젖산 및 구연산을 사용하는 것이 유리하며, 코팅 후의 부산물에 의한 환경오염 방지를 위해서는 초산을 사용하는 것이 보다 바람직하다. 상기 키토산은 자성복합체 100 중량부에 대하여 0.25 ～ 12 중량부, 바람직하기로는 0.5 ～ 10 중량부, 보다 바람직하기로는 1.0 ～ 5.0 중량부의 범위로 사용하는 바, 상기 사용량이 0.25 중량부 미만이면 자성입자 표면에 양전하의 량이 적어 수중의 음전하를 띠고 있는 부유물질을 쉽게 제거하기 어려우며, 12 중량부를 초과하는 경우에는 양전하를 더 이상 제공하기 어렵고 표면개질화 공정이 더 필요하여 경쟁력을 잃을 수 있는 문제가 발생한다.

또한 본 발명에 따른 자성복합체 분말 표면위에 양전하를 띠게 하는 고분자응집제는 폴리아크릴아마이드(Polyacrylamide) 계열 또는 폴리아마이드(Polyamide) 계열 중 1종 이상을 선택하여 사용할 수 있으며, 양이온계, 비이온계, 음이온계 중 음이온계를 제외하고 사용할 수 있다. 상기 고분자응집제로는 폴리아크릴아마이드, 폴리아마이드, 폴리아민, 폴리디아릴디메틸암모늄클로라이드(polydiallyldimethylammonium chloride (polyDADMAC)), 폴리에틸렌이민아세테이트, 폴리에틸렌이민 등이 이용될 수 있고, 바람직하게는 폐수처리장에서 가장 많이 사용하고 있는 폴리아크릴아마이드 내지는 폴리아마이드의 고분자응집제를 사용하는 것이 유리하다.

본 발명에 양전하를 제공하기 위하여 자성복합체의 표면개질화에 사용되는 고분자응집제는 자성복합체 분말을 100 중량부로 기준으로 할 때 0.05 ~ 5.5 중량 부를 개질화할 수 있으며, 바람직하게는 0.2 ~ 3.5 중량부를, 보다 바람직하게는 0.5 ~ 2.0 중량부로 사용하는 바, 상기 사용량이 0.05 중량부 미만이면 자성복합체 표면에 양전하의 량이 적어 음전하를 띠고 있는 조류 내지는 부유물질을 쉽게 부착하기 어려우며, 5.5 중량부를 초과하는 경우에는 양전하를 더 이상 제공하기 어렵고, 용매에 용해할 때 점성이 매우 높아져 균일한 분포를 갖는 표면개질화된 자성복합체를 얻기가 어려울 뿐만 아니라 작업성이 매우 떨어진다는 단점을 가지고 있기 때문에 경쟁력을 잃을 수 있는 문제가 발생한다.

자력에 의해 자성복합체를 분리할 경우, 이에 필요한 자석은 특별한 제한이 없으며, 표면개질화된 자성복합체가 녹조 내지는 부유물질과 부영양화물질을 전위차방법에 의해 부착시킨 후 자석에 의해 고액분리가 우수하면 가능하다 할 수 있다. 자석은 1,000 내지는 3,500 가우스를 갖는 영구자석이 사용되거나 2,500 내지는 15,000 가우스를 갖는 전자석이 사용될 수 있다.

본 발명의 반응조에 장착되거나 또는 반응조에 연결되어 반응조를 이동시키는 동력장치로는 반응조와 그에 연결된 저장장치를 조류발생 지역으로 이동시킬 수 있는 충분한 동력과 연속적인 방법에 의해 전위차법에 의한 조류 및 부유물질의 흡착 및 탈착에 필요로 하는 충분한 전기를 공급할 수 있는 것이면 특별히 제한되지 않고, 바람직한 일 구현예로는 도 1의 일반적인 선박(5)이 이용될 수 있다.

본 발명의 반응조의 이동방향의 반대편에 연결된 조류 및 영양염류 침전물 저장장치는 반응조에서 처리된 조류 등의 부유물질 및 영양염류의 침전물과 같은 부영양화물질을 육상으로 옮기기 전까지 보관하기 위한 것으로, 구현예로는 도 1의 바지선(2) 형태일 수 있다.

위에서 살펴본 바와 같이, 종래의 방법으로 조류를 제거할 경우 수저로 침강시키거나, 협소한 수역에 제한적으로 처리하여 경제성이 크게 떨어질 뿐만 아니라 수저에 가라앉은 혐기성 분위기에서 조류가 또다시 부패하여 수질을 더욱 악화시키는 문제점이 있으며, 폐수에서 부유물질을 제거할 경우 고액분리 시간이 장시간 소요되어 수처리를 위한 기업의 경쟁력을 잃는 반면, 본 발명에 따라 전위차법에 의한 자동화시스템에 의해 수중에 발생된 조류(algae)를 수면위로 제거하면서 부영양화 원인인 인산염을 동시에 연속적으로 제거하는 방법을 제공하면 담수호 내지는 해수면에 발생된 녹조 및 적조를 신속히 제거하여 수질환경 보호는 물론 수산업에 종사하는 어민의 경제적 피해를 최소화하고, 폐수 내에 포함된 부유물질을 신속히 제거하여 기업의 경제성 및 작업성을 확보하는데 매우 큰 이점이 있다.

이하, 본 발명을 다음의 실시예에 의하여 더욱 상세하게 설명하겠는 바, 본 발명이 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

폐수 중에 오염된 부유물질 들은 동일한 업소에도 불구하고, 배출되는 시간 및 제조환경에 따라 부유물질의 함량이 다르기 때문에 실험에 대한 결과가 다를 수 있다. 따라서 본 발명에서는 정확한 결과의 재현성을 확인하기 위하여 수돗물에 황토 3g/L를 인위적으로 첨가한 후 진탕하여 균일한 0.3%의 황토((주)고창황토) 부유물질을 제조하여 본 연구의 실시예의 시료로 사용하였다.

자성분말체는 (주)보광화학에서 제공된 흑색안료인 마그네타이트(Fe₃O₄)를 이용하였으며, (주)Toda ferrite Korea의 hard type의 등방성페라이트를 이용하였다. 자성복합체 100중량부에 대해, 자성분말체 표면에 무기염으로 시약용 황산알루미늄(Al₂(SO₄)₃14~18H₂O; 동양제철화학)을 1.45 중량부로 표면개질화하고, 고분자로서 아크릴아마드의 고분자를 0.20 중량부로 표면개질화하였다.

임의로 제조된 0.3 %의 황토 부유물질 시료에 유무기고분자로 표면개질화된 자성복합체를 첨가한 후 본 발명에 의한 최적합한 부유물질 제거 조건을 확인하였다.

먼저 1 L 메스실린더에 수돗물을 채우고 3g의 황토를 정확히 첨가한 후 진탕하여 인공적으로 황토로 오염된 시료를 준비하였다. 그리고 상기 제조된 표면개질화된 자성복합체를 각각 5g 씩 첨가하고, 진탕한 후 pH에 따른 부유물질의 제거효과를 확인하기 위하여 pH를 5.0, 6.0, 6.5, 7.0, 7.5, 8.0, 9.0, 10으로 정확히 조절한 다음 네오듐 자석을 가하여 황토의 부유물질을 고속으로 분리하였으며, 이에 대한 분석결과를 표 1에 나타냈다.

시료명		침강소요시간 (sec)	탁도 (NTU)	중금속 기타 (ppm 이하)
Magnetite	Blank	1800 이상	76.3	0.1
	pH 10	1200 이상	17.7	0.1
	pH 9.0	364	5.94	0.1
	pH 8.0	228	4.90	0.1
	pH 7.5	211	4.48	0.1
	pH 7.0	201	3.98	0.1
	pH 6.5	218	4.21	0.1
	pH 6.0	432	4.88	0.1
	pH 5.0	1200 이상	21.8	0.1
Ferrite	Blank	1800 이상	74.2	0.1
	pH 10	1200 이상	15.4	0.1
	pH 9.0	342	5.04	0.1
	pH 8.0	202	4.52	0.1
	pH 7.5	179	4.18	0.1
	pH 7.0	170	3.68	0.1
	pH 6.5	204	3.92	0.1
	pH 6.0	364	4.25	0.1
	pH 5.0	1200 이상	20.4	0.1

실시예 1에서 pH 6.5 ~ 8 사이의 광범위한 범위에서 자성분말체(Magnetite 및 Ferrite) 와 황토의 부유물질이 전위차법에 의해 우수한 흡착에 의해 비교적 빠른 속도로 침강을 하였으며, 침강 후 탁도(Turbidity)도 비교적 낮은 수치의 결과를 확인할 수 있었다. 특히 pH에 따른 침강속도 및 탁도는 pH 7 ~ 7.5에서 가장 좋은 결과가 나타난 반면, pH 6 이하 또는 pH 9이상에서는 전위차법에 의해 흡착이 잘 이루어지지 않았으며, 흡착이 형성되었다 할지라도, 흡착상태가 저조하여 침강속도가 매우 약함을 확인할 수 있었다.

pH 6.5 ~ pH 8 사이에서의 전위차법에 의한 흡착형성 및 침강의 과정을 관찰해 본 결과 대부분 형성된 플록(floc)은 침강하기에 충분한 비중을 갖추고 있어 비교적 빠르게 침강할 수 있었지만, 미세하게 형성된 소량의 흡착물들이 침강하기에 충분치 못한 비중을 갖추고 있어 물속에 오래토록 부유하고 있었으며, 수중에 포함된 중금속의 측정결과 모두 0.1ppm이하로 pH에 따른 중금속의 영향은 받지 않았음을 확인하였다.

실시예 2

인위적으로 만든 3%의 황토수의 pH를 7.5로 고정하고, 표면개질화된 자성복합체의 량을 0.5g(0.05wt%), 1g(0.1wt%), 2g(0.2wt%), 5g(0.5wt%), 10g(1wt%), 20g(0.2wt%), 50g(0.5wt%)를 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 수행하였으며, 표면개질화된 자성복합체의 량에 따른 황토수의 부유물질 분석결과를 표 2에 나타냈다.

시료명		탁도 (NTU)	중금속 (ppm 이하)
Magnetite(wt%)	Blank	76.3	0.1
	0.05	6.27	0.1
	0.1	4.41	0.1
	0.2	3.43	0.1
	0.5	4.21	0.1
	1.0	5.07	0.1
	2.0	5.02	0.1
	5.0	6.65	0.1
Ferrite(wt%)	Blank	74.2	0.1
	0.05	6.96	0.1
	0.1	4.51	0.1
	0.2	4.02	0.1
	0.5	4.18	0.1
	1.0	4.98	0.1
	2.0	5.23	0.1
	5.0	5.96	0.1

실시예 2에서 탁도 분석을 통하여 자성 복합체의 첨가량이 너무 많거나 너무 적게 첨가시 탁도가 상대적으로 높게 나왔으며, 0.2 wt% 첨가하였을 때 탁도가 가장 낮게 나타남을 확인할 수 있었다. 자성복합체의 첨가량이 많을 경우 다량의 자성체분말이 완전히 전위차법에 의한 흡착형성이 이루어지지 못하고, 일부가 물속에 부유하고 있어 탁도를 높이는 원인이 되며, 자성복합체의 첨가량이 너무 적을 경우 황토 모두가 자성복합체와 흡착형성을 이루어지지 못하고, 황토 일부가 물속에 부유하고 있어 탁도를 높이는 원인이 된 것이라 판단된다. 본 발명의 실험 결과 0.2 중량% 첨가시 가장 좋은 결과가 나타났으나, 본 연구의 자성복합체 첨가의 목적이 되는 부유물질의 효율적 회수를 비추어 볼 때, 최소량의 자성복합체를 첨가하는 것이 유리함을 알 수 있었다. 본 발명의 실험결과 탁도 분석 및 관능법으로 본 고액분리등을 감안해 보았을 때, 0.3 %의 황토 수용액의 부유물질을 고액분리하기 위한 자성복합체의 첨가량은 0.2 ~ 0.05 중량% 의 범위로 사용가능하며, 부유물질의 농도에 따라 자성복합체의 첨가량을 달리 할 수 있음을 확인하였다.

실시예 3

수중에 발생된 조류를 본 발명에 의한 제거율을 확인하기 위하여 녹조 배지(Allenmedia, 1968)를 제조하여 마이크로시스티스(Microcystis)의 녹조를 햇빛이 조사되는 비닐하우스에서 배양하여 사용하였다. 이 때 녹조의 pH는 평균 9.3을 나타냈다.

자성분말체는 실시예1과 동일한 것을 사용하였으며, 자성복합체 100중량부에 대해, 무기염으로 황산제2철을 0.85 중량부로 표면개질화했으며, 고분자로서 아크릴아마드의 고분자를 0.10 중량부로 표면개질화하였다.

배양된 녹조의 수용액 시료에 유무기고분자로 표면개질화된 자성복합체를 첨가한 후 본 발명에 의한 최적합한 녹조제거 조건을 확인하였다.

먼저 1 L 메스실린더에 배양된 녹조를 채우고 상기 제조된 표면개질화된 자성복합체를 각각 5 g 씩 첨가하고, 진탕한 후 pH에 따른 부유물질의 제거효과를 확인하기 위하여 pH를 7.0, 7.5, 8.0, 8.5, 9.0, 9.5, 10, 10.5로 정확히 조절한 다음 네오듐 자석을 가하여 수중에 발생된 녹조를 고속으로 분리하였으며, 이에 대한 분석 결과를 표 3에 나타냈다.

자성복합체 종류	pH	분석항목
		Turbidity (NTU)	클로로필 a (ppb)	TN (ppm)	TP (ppm)	COD (ppm)	중금속 as Pb	SS (ppm)	회수율 (%)	pH
Magnetite	Blank(1) pH 9.34	17.9	232	202.5	4.35	9.47	N.D.	46.8	-	8.35
	7.0	7.23	8.20	182.4	0.01 이하	8.97	N.D.	7.8	99.87% 이상	5.84
	7.5	6.17	-2.51	188.6	0.01 이하	10.0	N.D.	7.0	99.88% 이상	5.77
	8.0	6.26	1.90	177.6	0.01 이하	9.38	N.D.	6.8	99.89% 이상	5.47
	8.5	7.04	1.15	177.6	0.01 이하	9.41	N.D.	10	99.83% 이상	5.99
	9.0	4.61	0.74	184.3	0.01 이하	9.09	N.D.	7.2	99.88% 이상	5.71
	9.5	4.53	5.78	179.7	0.01 이하	9.55	N.D.	9.4	99.84% 이상	6.75
	10	12.3	169	167.5	0.25	9.71	N.D.	29.4	99.51% 이상	7.65
	10.5	17.6	272	189.7	1.9	10.0	N.D.	42	99.30% 이상	9.81
Ferrite	Blank(2) pH 9.25	16.7	328	204.3	5	10.3	N.D.	51.2	-	8.86
	7.0	13.0	93.7	176.7	0.05	8.54	N.D.	31.2	99.48% 이상	6.31
	7.5	14.2	91.3	181.2	0.01	8.77	N.D.	36.4	99.39% 이상	6.93
	8.0	13.9	100	178.5	0.08	8.95	N.D.	36.4	99.39% 이상	6.58
	8.5	12.9	68.7	173.7	0.04	7.92	N.D.	35.6	99.41% 이상	6.29
	9.0	14.1	121	197.6	0.2	8.94	N.D.	44.8	99.25% 이상	6.59
	9.5	18.0	196	182.2	0.5	8.99	N.D.	58	99.03% 이상	6.97
	10	25.2	316	179.7	0.85	9.07	N.D.	92.8	98.45% 이상	8.45
	10.5	29.5	324	183.2	2	9.51	N.D.	116	98.07% 이상	9.88
주; N.D.는 non-detectable을 의미하며, 상기 검출한계는 0.1 ppm임.

실시예 3에서 배양된 녹조수의 pH 변화에 따른 녹조의 제거율은 Ferrite보다 Magnetite가 훨씬 우수하였으며, 이는 관능적 방법 뿐 아니라 탁도, 클로로필 a, 부유물질 및 자성 복합체의 회수율에서 확인할 수 있었다. 특히 관능적 방법으로 확인한 결과 Magnetite의 경우 메스실린더에 첨가한 후 물속에서의 분산력이 좋은 반면 녹조와 결합하여 침강이 잘 이루어지지 않은 단점을 보였으나 자석으로 회수할 때 녹조와 표면개질화된 자성 복합체와의 결합이 강해 웬만한 충격에도 녹조와 자성 복합체가 분리되지 않았다. 반면에 Ferrite의 경우 Magnetite보다 분산력이 약한 반면 녹조와 결합하여 침강하는 능력은 Magnetite보다 탁월했으나, 녹조와 결합하는 결합력이 약해 조그마한 충격에도 녹조와 쉽게 분리되는 것을 확인 할 수 있었다. 이는 본 실험에서 확인할 수 있는 Magnetite가 Ferrite보다 녹조 제거율이 더 우수하다는 결과를 뒷받침해 줄 수 있음을 의미한다. 녹조 제거를 위한 녹조수의 pH의 범위를 살펴보면 Magnetite의 경우 pH 범위 7 ~ 9.5 사이에서 우수한 결과가 나타났으며, Ferrite의 경우 pH 범위 7 ~ 9.0 사이에서 우수한 결과를 나타냈다.

최적의 pH 범위 내에서 탁도 및 클로로필 a, TP(총인), SS(수중부유물질)의 분석결과를 살펴보면 자성 복합체를 첨가하기 전과 후의 변화가 확연히 나타나며, Magnetite가 Ferrite보다 그 변화가 크게 나타남을 확인할 수 있었다. 특히 클로로필 a 및 총인의 경우 제거율이 거의 99% 이상으로 나타남을 볼 때, 녹조를 발생시키는 부영양화물질이 본 발명에 의한 녹조 제거시 동시에 함께 제거되므로 근본적인 조류발생을 억제 또는 방지할 수 있음을 확인하였다.

Ferrite의 경우 pH 10 이상부터는 탁도 및 SS가 무처리한 공시료(Blank)보다 더 높은 수치를 나타냈다. 이는 회수하지 못한 Ferrite의 미세한 입자들과 수중의 녹조 및 다른 부유물질과의 응집 및 다른 반응에 의한 물속 입자가 큼에 따라 반응에 따른 비표면적이 상대적으로 작아지기 때문이라 예측되며 화학적 산소요구량과 총질소의 경우 본 발명의 방법에 의해 처리한 후에도 제거율이 매우 미흡하게 나타났다.

수중에 포함된 NH₄ ⁺ 나 NO₃ ^- 등은 표면 개질화에 이용된 무기염 또는 고분자와 반응하여 불용성의 물질을 생성하기 어렵기 때문에 총질소량이 감소하지 않은 것으로 보여진다. 수중의 질소성분을 제거하기 위해서는 주로 폐수처리장에서 활성오니법이 이용된다.

실시예 4

배양된 녹조수의 pH를 7.5로 고정하고, 표면개질화된 자성복합체의 량을 1g(0.1wt%), 2g(0.2wt%), 3g(0.3wt%), 4g(0.4wt%), 5g(0.5wt%), 6g(0.6wt%), 8g(0.8wt%), 10g(1wt%)을 첨가한 것을 제외하고는 실시예 3과 동일하게 수행하였고 표면개질화된 자성복합체의 량에 따른 결과를 표 4에 나타냈다. 다만 녹조의 배양상태에 따라 시료의 녹조 농도가 실시예 3과는 차이가 있음을 볼 수 있다.

자성 복합체 종류	자성 복합체 첨가량 (g)	분석항목
		Turbidity (NTU)	클로로필 a (ppb)	TN (ppm)	TP (ppm)	COD (ppm)	중금속 as Pb	SS (ppm)	회수율 (%)	pH
Magnetite	Blank(1)	27.5	539.3	201.6	2.25	9.35	N.D.	68		9.80
	1	12.1	30.0	151.3	0.01 이하	8.99	N.D.	41.2	95.88 이상	7.09
	2	8.17	28.7	150.1	0.01 이하	9.96	N.D.	26	98.70 이상	7.23
	3	7.08	20.1	197.65	0.01 이하	9.37	N.D.	22.4	99.25 이상	7.15
	4	6.11	22.3	151.9	0.01 이하	8.15	N.D.	20	99.50 이상	7.09
	5	6.51	23.3	199.7	0.01 이하	8.66	N.D.	21.2	99.58 이상	7.25
	6	6.85	23.7	149.1	0.01 이하	9.15	N.D.	23.6	99.61 이상	7.22
	8	6.18	25.9	197.45	0.01 이하	9.58	N.D.	19.6	99.76 이상	7.35
	10	6.48	20.6	211.55	0.01 이하	9.82	N.D.	19.2	99.81 이상	7.12
Ferrite	Blank(2)	14.5	376.2	190.7	4.85	8.15	N.D.	50.4		9.20
	1	18.2	153.4	194.5	0.19	9.91	N.D.	77.2	92.28 이상	7.35
	2	17.6	144.9	192.7	0.20	7.46	N.D.	74.4	96.28 이상	7.41
	3	17.0	141.1	176.1	0.19	7.5	N.D.	67.6	97.75 이상	7.40
	4	15.9	134.9	193.05	0.20	8.11	N.D.	64.4	98.39 이상	7.46
	5	15.9	127.9	199.9	0.18	7.79	N.D.	62.4	98.75 이상	7.44
	6	13.8	104.0	154.25	0.18	7.73	N.D.	55.6	99.07 이상	7.47
	8	14.2	104.0	202.35	0.18	8.66	N.D.	49.2	99.38 이상	7.47
	10	13.9	107.9	196.9	0.18	7.93	N.D.	47.6	99.52 이상	7.50
주; N.D.는 non-detectable을 의미하며, 상기 검출한계는 0.1 ppm임.

실시예 4에서 본 발명에 의한 실험 결과 전체적으로 Magnetite가 Ferrite보다 우수한 효과를 나타내었다.

탁도, 클로로필 a, 총인, 부유물질의 경우 대체적으로 제거율이 우수하게 나타냈으나 자성복합체의 첨가량에 따른 총질소 및 화학적산소요구량의 제거 경향성은 찾아볼 수 없었으며, Ferrite의 경우 부유물질 및 탁도값이 표면개질화된 자성복합체를 첨가하지 않은 공시료(blank)보다 증가하는 경향도 나타났다. 녹조 또는 부유물질의 농도에 따라 사용되는 자성복합체의 첨가량을 달리 할 수 있으며, 수중에 포함된 녹조 또는 부유물질의 제거율을 높이기 위해서는 자성복합체의 표면개질화 량을 높이거나 수중의 복잡한 매질에 대한 영향을 선행 조사한 후 수중에 포함된 녹조 및 부유물질을 제거해야 할 것으로 판단된다.

실시예 5

연속시스템에 의한 녹조 및 인산염 제거 실험을 위하여 130 cm× 23 cm× 20 cm의 투명한 아크릴 반응조를 제작하였다. 반응조 유입부에 녹조로 오염된 녹조수의 유입량을 조절할 수 있도록 유량계를 설치하고, 상기 실시예 1에서 제조된 표면개질화된 자성복합체 분말을 이용하여, pH를 조절할 수 있는 자동화시스템을 구성시켜 실험을 하였으며, 반응조에서 전위차법에 의해 자성복합체에 부착된 녹조를 외부자력으로부터 분리하기 위하여 반응조 끝 부분에 자석을 장착시켰다. 자석에 의해 고액분리가 된 이후의 처리된 물을 채취하고, 연속시스템에 의한 처리효율을 확인하였다. 이때의 반응조에 유입되는 유입량은 2리터/분 이었으며, 표면개질화된 자성복합체의 첨가량은 녹조수에 대해 0.5 중량부의 농도가 되게 분말자동유입장치에 의해 유입되게 하고, 녹조수의 pH를 산을 첨가하여 7.0으로 조절하였다. 녹조와 자성복합체의 접촉시간을 높이기 위해 반응조 하단부위에 공기를 불어주기 위한 버블러를 제공하였으며, 버블러는 연속시스템 하단부에 전체적으로 버블링이 되도록 튜브타입으로 2리터/분의 공기를 유입시켰다.

클로로필 a (ppm)		TP (ppm)
처리 전	처리 후	처리 전	처리 후
29	0.35	0.82	0.01 이하

실시예 5에서와 같이 본 발명의 실험을 토대로 연속시스템을 동원하여 실험한 결과, 양전하를 제공할 수 있도록 자성분말체에 표면개질화한 후 적절한 pH 영역에서 녹조와 인산염이 흡착되면, 이를 외부자력을 이용하여 분리시켜 제거함으로써 종래의 수저로 침강시키는 방법의 문제점을 충분히 극복할 수 있음을 확인하였다.

비교예 1 ~ 4

자성분말체 표면에 무기물 및 고분자 물질로 개질화하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1 ~ 4와 동일하게 수행하였다.

비교예 1 ~ 4에서와 같이 자성분말체 표면에 양전하를 띠도록 표면개질화되지 않은 것은 황토수의 부유물질은 물론 녹조 제거에도 거의 영향을 미치지 않았다.

도 1은 본 발명의 전위차법에 의한 조류 및 인산염의 연속 제거장치의 일 구현예를 나타낸 입체도이다.

도 2는 본 발명의 전위차법에 의해 조류 내지는 인산염을 제거하기 위한 메카니즘을 도식화한 것이다.

도 3는 실시예 2의 폐수중의 부유물질을 제거하기 위한 정지실험에서 표면개질화된 Magnetite를 2g(0.2wt%) 첨가하는 처리 전후의 사진이다.

도 4는 실시예 3의 pH에 따라 전위차법을 이용하여 배양된 녹조를 제거하기 위한 정지실험에서 처리 전후의 사진이다.

도 5는 본 발명의 전위차법에 의해 조류 내지는 인산염을 제거하기 위한 실험에 가동된 연속시스템의 사진이다.

[도면의 주요부분에 대한 부호의 설명]

1: U자형 반응조 2: 바지선(저장장치)

3: 연결부 4: 제어장치

5: 배(동력장치) 6: 노즐(nozzle)

7: pH 메타(pH meter) 8: 버블러(bubbler)

9: 스크류(screw) 또는 임펠러(impeller)

10: U자형 반응조의 수면위 부상 11: 부표

12: 자력을 공급하는 콘베어벨트가 부착된 휠(wheel)

13: 칼날

Claims (11)

1. 조류 및 영양염류를 제거하는 반응조, 상기 반응조에 장착되거나 또는 반응조에 연결되어 반응조를 이동시키는 동력장치, 상기 반응조의 이동방향의 반대편에 연결된 조류 및 영양염류 침전물 저장장치를 구비한 조류 및 인산염의 연속 제거장치에 있어서,

   상기 반응조의 바닥은 수중에 존재하고, 상부는 수면 위에 부상되어 있으며, 상기 반응조가 이동하는 방향으로 조류 및 영양염류가 발생된 물이 유입되는 입구와 그 반대방향의 말단에 조류 및 영양염류가 제거된 물이 유출되는 출구를 구비하고,

   상기 반응조에는 상기 반응조 입구로 유입되는 물의 조류 농도 측정장치, 영양염류 농도 측정장치 및 수소이온농도 측정장치를 구비하고,

   상기 반응조 입구에 양전하로 표면 개질된 자성복합체 공급장치, 산 및 알카리 공급장치가 연결되고,

   상기 반응조 또는 동력장치에 상기 각각의 측정장치에서 측정된 조류, 영양염류 및 수소이온 농도에 따라 자성복합체, 산 또는 알카리의 공급량을 제어하는 제어장치를 포함하여 이루어지는 조류 및 인산염의 연속 제거장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 반응조 내부의 바닥에 기포공급장치(bubbler) 및 교반장치 중에서 어느 하나 이상이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 조류 및 인산염의 연속 제거장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 반응조와 저장장치의 연결부위에 여과 또는 자석에 의한 고액 분리장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 조류 및 인산염의 연속 제거장치.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 자석은 1,000 ~ 3,500 가우스인 영구자석 또는 2,500 ~ 15,000 가우스인 전자석인 것을 특징으로 하는 조류 및 인산염의 연속 제거장치.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 반응조 내의 pH가 7 ~ 9.5가 유지되는 것을 특징으로 하는 조류 및 인산염의 연속 제거장치.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중에서 어느 한 항의 조류 및 인산염의 연속 제거장치 를 수면에서 이동시키면서,

   상기 반응조 입구에서 반응조로 유입되는 물의 조류 농도, 영양염류 농도 및 수소이온 농도를 측정하는 단계;

   상기 각각의 농도에 따라 양전하를 띄도록 표면 개질된 자성복합체, 산 또는 알카리를 각각 공급하는 단계;

   상기 반응조 내에서 상기 자성복합체 분말에 부착된 조류 및 영양염류를 여과 또는 자력으로 고액분리하고, 물을 상기 반응조의 출구로 배출하는 단계;

   를 포함하여 이루어지는 조류 및 인산염의 연속 제거방법.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 자성복합체는 하드 또는 소프트 타입의 페라이트, 마그네타이트(Fe₃O₄) 및 철(Fe)분말 중에서 선택되는 한 종류 이상의 것이고,

   상기 자성복합체의 입자크기는 0.1 ㎛ ~ 1 ㎜인 것을 특징으로 하는 조류 및 인산염의 연속 제거방법.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 자성복합체 100 중량부에, 폴리아크릴아미드 또는 폴리아미드 계열의 양이온성 또는 비이온성 고분자응집제 또는 키토산 0.05 ~ 5.5 중량부가 표면 개질된 것을 특징으로 하는 조류 및 인산염의 연속 제거방법.
9. 제 7 항에 있어서,

   상기 자성복합체 100 중량부에, 황산제2철, 황산알루미늄, 폴리알루미늄클로라이드(PAC), 염화알루미늄, 염화제2철의 무기염이 0.15 ~ 18 중량부가 표면 개질된 것을 특징으로 하는 조류 및 인산염의 연속 제거방법.
10. 제 8 항에 있어서,

    상기 키토산은 중량평균 분자량이 30,000 ~ 70,000 이고, 키틴의 탈아세틸화가 80 ~ 98%인 것을 특징으로 하는 조류 및 인산염의 연속 제거방법.
11. 제 6 항의 자력으로 분리된 자성복합체에 부착된 조류 및 인산염을 450 ~ 650 ℃로 가열하여 열분해시키거나, 또는 미생물에 의해 발효시키는 것을 특징으로 하는 자성복합체의 재생방법.

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