KR20110007500A - 생물학적 전기동력학을 이용한 토양의 염류제거 시스템 및 그 방법 - Google Patents

생물학적 전기동력학을 이용한 토양의 염류제거 시스템 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 미생물을 이용한 생물학적 질소 제거 기작과 전극을 이용한 전기동력학적 질소 제거 기작이 동시에 이루어지도록 하는 토양의 염류 제거 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 내부에 양극(anode) 및 양극액(anolyte)이 수용되는 제 1 전극모듈; 내부에 음극(cathode) 및 음극액(catholyte)이 수용되는 제 2 전극모듈; 및 오염토양 및 미생물이 수용되며, 상기 제 1 전극모듈 및 제 2 전극모듈 간 인가된 전기력과 미생물의 상호작용에 따라 토양 내 함유된 질소계 화합물이 산화환원을 통해 질소 기체로 방출되도록 하는 토양 셀을 포함하여 토양 내 함유된 질소의 제거 효율을 종전에 비해 크게 향상시킬 수 있도록 한다. 또한, 각 전극 주변에서 모두 질소 환원작용이 일어나므로 양극과 음극 사이에 존재하는 오염 토양 전체에 대해 종래보다 훨씬 균일하게 질소가 제거될 수 있으며 이에 따라 대면적에 대해서도 효과적으로 질소 제거 작업이 이루어질 수 있다.
Figure P1020090065049
토양, 질소, 질산성, 암모니아성, 탈질, 전기, 미생물

Description

생물학적 전기동력학을 이용한 토양의 염류제거 시스템 및 그 방법{ The system and method for bio-electrokinetic nitrate removal in the soil}
본 발명은 토양의 염류제거 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전기동력학적 원리와 미생물을 함께 활용하여 토양 내 과도하게 함유되어 있는 여러 질소화합물을 불활성인 질소 가스로 최종 변환시켜 대기중에 방출하는 생물학적 전기동력학을 이용한 토양의 염류제거 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로 "염류집적"은 토양에 용해성 무기염들의 양이 과도하게 많아진 상태를 말하는 것으로, 토양에 염류집적이 일어나면 토양용액의 삼투압이 높아져 충분한 물이 있어도 식물의 수분흡수가 곤란하게 된다. 농경지의 염류집적의 원인은 화학비료와 유기질 비료의 과다 사용에 있는데, 특히 시설하우스 내 토양의 경우 화학비료나 유기질 비료가 일년 내내 집약적으로 투입되며, 플라스틱 필름이나 유리 등으로 주변 환경과 차단된 상태에 있으므로 축적된 염류가 강의에 의해 시설 외부 또는 지하 깊은 곳으로 유출될 기회가 적어 더욱 심각하다.
이러한 염류 중 하나가 질소계 염류인데, 질소는 식물에게 있어 가장 중요한 원소 중 하나이며, 암모니아염 질소(NH4+)와 질산염 질소(NO3-)의 2가지 무기태 질소 형태로 흡수된다.
식물이 뿌리로부터 흡수하는 무기태 질소량은 흡수양분 총량의 80％를 차지할 정도로 많은 것으로 알려져 있으며 그만큼 식물 생육이 미치는 영향이 막대하다는 것을 의미한다. 과거에는 질소비료가 원활하게 공급되지 못하여 식물의 질소결핍이 문제가 되었으나, 오늘날에는 화학비료와 질소함량이 높은 유기질 비료의 과다 공급에 의하여 식물의 질소영양 과잉이 문제되고 있는 실정이다.
식물의 질소 흡수가 많아지면 지상부가 연약한 상태로 웃자라서 쓰러지기 쉽고, 병약하게 된다. 또한 영양생장에 비해 생식생장이 상대적으로 저조해지므로 곡실이나 과실과 같이 사람에게 필요한 부위의 수확량이 감소하게 된다.
특히, 질산염 질소의 경우, 인간의 보건과 환경에 큰 영향이 미치는데, 식물에 흡수되고 남은 질산염 질소는 물과 함께 이동하여 지하수를 오염시키게 된다. 질산염 질소 농도가 높은 야채류나 지하수를 다량 섭취하면 체내에서 발암물질인 니트로소아민(nitrosoamine)이 생성되어 암에 걸리기 쉽고, 신생아에게는 청색증(methemoglobinemia)라는 치명적인 병을 유발시키는 것으로 보고되고 있다.
또한, 암모니아염 질소의 경우, 질산염 질소에 비해 식물에 더 빨리 흡수되는 형태이기는 하나 일정 농도 이상이 되면 식물 생육에 치명적인 암모니아 독성 증상을 일으키는 것으로 알려져 있다.
이와 같은 문제점을 유발하는 질산염 질소 또는 암모니아염 질소를 제거하기 위한 방법으로서, 종래에는 이온 교환막을 사용하거나 미생물만을 투입하여 제거하는 등의 방법을 사용해 왔다. 그러나 이들 방법은 교환막 사용 면적이나 미생물 투입량에 비해 질소계 혼합물의 제거 효율이 매우 낮고 많은 비용이 소모되어 사용하기에 적합하지 않은 문제점이 있으며 결과적으로 지금까지는 화학 비료를 적당량 투입하여 과잉 축적되는 것을 미연에 방지하는 소극적인 방법 외에 효과적인 치유 방법이 알려져 있지 않은 실정이다.
본 발명은 상술한 종래 기술에 따른 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 미생물을 이용한 생물학적 질소 제거 기작과 전극을 이용한 전기동력학적 질소 제거 기작이 동시에 이루어지도록 하여 토양 내 함유된 질소의 제거 효율을 크게 향상시킬 수 있도록 하는 새로운 토양의 염류 제거 시스템 및 그 방법을 제안한다.
보다 구체적으로, 본 발명의 일실시예에 따른 토양의 염류 제거 시스템은, 내부에 양극(anode) 및 양극액(anolyte)이 수용되는 제 1 전극모듈; 내부에 음극(cathode) 및 음극액(catholyte)이 수용되는 제 2 전극모듈; 및 오염토양 및 미생물을 포함하여, 상기 제 1 전극모듈 및 제 2 전극모듈 간 인가된 전기력과 미생물의 상호작용에 따라 토양 내 함유된 질소계 화합물이 산화환원을 통해 질소 기체로 방출되도록 하는 토양 셀을 포함하여 종전에 비해 질소 제거 효율을 크게 높일 수 있도록 한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 토양의 염류 제거 방법은, 토양에 미생물을 투입하는 제 1 단계; 및 상기 토양에 양극 및 음극이 서로 대향하도록 배치하고 전원을 인가하여 상기 양극과 음극 주변 전체에서 상기 토양에 함유된 질소계 혼합물을 환원시켜 질소 기체로 방출하는 제 2 단계를 포함하여 각 전극 주변에서 모두 질소 환원작용이 일어나므로 양극과 음극 사이에 존재하는 오염 토양 전체에 대해 종래보다 훨씬 균일하게 질소가 제거될 수 있으며 이에 따라 대면적에 대해서도 효과적으로 질소 제거 작업이 이루어질 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명에 따른 실시예를 설명한다.
도 1 은 본 발명에 따른 생물학적 전기동력학을 이용한 토양의 염류 제거 시스템의 질소계 화합물 제거 동작의 개념이 간략하게 도시된 구성도이다.
자연상태에서의 질소 순환 과정은 다음과 같이 이루어질 수 있다.
NO3 - -> NO2 - -> NH4 + -> NH2OH -> NO, N2O -> N2
이에 따라 토양 내 존재할 수 있는 질소계 화합물은 암모니아성 질소와 질산성 질소, 및 아질산성 질소 등으로 분류할 수 있는데, 본 발명은 생물학적 전기동력학을 이용하여 상기 질소계 화합물 중 질소 이온을 질소 기체로 산화 또는 환원시켜 공기 중에 방출되도록 한다.
일반적으로 암모니아성 질소, 질산성 질소 및 아질산성 질소는 모두 전자를 공급받는 환원 작용을 통해 질소 기체로 전환될 수 있는데, 전기에너지만을 환원력으로 사용하여 질소 기체로 전환하는 경우에는 음극 주변에서만 질소계 화합물이 제거될 수 있으며, 미생물만을 이용하는 경우에도 음극 또는 양극의 일측 전극 주위에서만 탈질 작용이 일어날 수 있어 그 효율이 떨어진다.
따라서, 본 발명에 따른 질소 제거 시스템은 미생물과 전기에너지를 모두 활용하여 비교적 간편하게 토양 내 질소를 제거할 수 있으며 대면적의 토양에 대해서도 높은 효율의 탈질 작용을 수행할 수 있다.
도 1을 참조하여 보다 상세하게 설명하면, 본 발명에 따른 토양의 염류 제거 시스템은, 도 1에 도시된 바와 같이 질소계 화합물을 제거하고자 하는 토양이 수용 된 토양 셀(10) 및 토양 셀(10) 양측에 배치된 양극(Anode)과 음극(Cathode)을 포함하여 구성된다.
상기 토양 셀(10) 내에는 미리 배양된 탈질 작용을 하는 미생물 박테리아(B)가 포함되는데, 상기 미생물(B)은 토양 입자와 비교적 균일하게 혼합되는 것이 바람직하다. 또한, 토양 셀(10)에 포함된 미생물(B)이 생물학적 환원 작용을 수행하려면 미생물(B) 내에서 물질대사가 이루어져야 하므로 미생물(B)의 물질대사를 위한 탄소원으로서 소정의 영양분 물질(O)이 더 첨가될 수 있다.
토양 셀(10)에 포함된 미생물(B)은 물질 대사를 통해 생성된 에너지로서 주변에 존재하는 여러 이온에 전자를 공급할 수 있다.
한편, 토양 셀(10) 양측에 배치된 양 전극에 전원이 인가되면 음이온인 질산 이온 및 아질산 이온은 양극 측으로 이동하고, 양이온인 암모늄 이온은 음극 측으로 이동하게 된다.
이때 양 전극은 양극액 및 음극액 내에 수용되어 있는데, 전원이 인가됨에 따라 물의 전기분해 현상이 발생하게 된다. 이에 따라 양극(Anode) 측에서는 수소 이온이 생성되어 토양 셀(10) 내에서 산전선을 이루며 음극 측으로 이동한다. 또한, 음극(Cathode) 측에서는 수산화 이온이 생성되어 토양 셀(10) 내에서 염기전선을 이루면서 양극 측으로 이동하게 된다.
따라서 토양 셀(10) 내에는 제거하고자 하는 질소계 화합물 뿐만 아니라, 수소 이온, 수산화 이온, 및 전자가 존재하게 되며 이때 각 질소계 화합물에서 이루어지는 반응식은 다음과 같다.
NO3 - + 2H+ + 2e- -> NO2 - + H2O
NO2 - + 2H+ + H2O -> NH4 + + 1.5O2
NH4 + + 0.75O2 + 2e- -> 0.5N2↑ + 1.5H2O + H+
반응식 1에 나타난 바와 같이, 질산 이온(NO3 -)은 수소 이온 및 미생물(B)로부터 방출된 전자와 반응하여 아질산 이온(NO2 -)으로 환원되며, 아질산 이온(NO2 -)은 다시 토양 내 함유된 물 분자 및 수소 이온과 반응하여 암모늄 이온(NH4 +)으로 환원된다. 따라서 질산 이온은 최종 수소 수용체로 작용할 수 있으며 최종적으로 질소 기체(N2)로 방출된다. 또한, 환원되거나 토양에 존재하고 있던 암모늄 이온은 산소분자 및 미생물로부터 방출된 전자와 반응하여 질소 기체를 생성하고, 생성된 질소 기체는 토양의 공극을 따라 공중으로 방출된다.
이때 상기 질산 이온, 아질산 이온, 수소 이온은 대부분이 양극 측에 존재할 수 있으므로 양극 측 주된 반응으로 일어날 수 있다.
한편, 질산 이온은 산소 분자가 없는 상태에서 탈질 미생물을 통해 직접 질소 기체로 전환될 수 있다.
NO3 - + MOH -> N2↑
반응식 2는 탈질 미생물에서 일어나는 탈질 반응을 나타낸 것으로 수산화 이온이 존재하는 상태에서 질산 이온을 생물학적 환원작용에 의해 질소 기체로 전환시킨다. 탈질 반응을 수행하는 미생물 박테리아로는 Bacillus 종, psdomonas 종, achromobacter 종, micrococcus 종 등이 있으며 본 명세서에서는 bacillus 종이 적용된 것을 예로 하여 설명하나 이에 한정되는 것은 아니며 탈질 미생물로 분류할 수 있는 미생물이라면 모두 그 적용이 가능하다.
한편, 미생물 박테리아(B)는 생물로서 양 전극 사이에서 일어나는 이온의 이동에 의해 전기 삼투가 일어나 토양 내 함유되어 있는 물 또는 콜로이드 입자가 음극 측으로 이동하게 되면서 함께 음극 측으로 이동할 뿐 아니라 산성을 띤 토양 또는 액체에서는 활동하지 못하므로 주로 음극 측에 분포하게 되나 전기장 상태에서는 일시적으로 (-)전하의 성질을 가질 수 있어 양극 측에도 일부 분포하게 된다.
또한, 전기 삼투에 의한 물질 이동으로서 미생물 뿐만 아니라 양극 측의 수소이온과 산소 분자도 함께 음극 측으로 이동할 수 있으므로 반응식 1에서 암모늄 이온의 반응은 음극 측에서 주로 일어날 수 있다.
상술한 바와 같은 동작원리를 적용한 본 발명의 일실시예에 따른 토양의 염류 제거 시스템은 다음과 같이 구성될 수 있다.
도 2 는 본 발명의 일실시예에 따른 토양의 염류 제거 시스템의 구성이 도시 된 구성도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 토양의 염류 제거 시스템은 도 2에 도시된 바와 같이 제거하고자 하는 질소계 화합물이 포함된 토양이 수용되는 토양 셀(10), 상기 토양 셀(10)의 양측에 배치되는 두 개의 전극 모듈 및 각 전극 모듈에 전압이나 전류를 인가하여 전기역학적으로 토양 내 함유되어 있는 질소계 화합물이 환원되도록 하는 전원 공급장치(미도시)를 포함하여 구성될 수 있다.
두 개의 전극 모듈 중 제 1 전극모듈은 하우징, 상기 하우징 내에 수용되는 양극(A) 및 상기 양극(A)이 충분히 잠기도록 상기 하우징 내에 수용되는 양극액을 포함하며, 하우징 내에 양극액을 공급하기 위한 양극액 공급셀(20a)을 포함할 수 있다.
제 2 전극모듈은 제 1 전극모듈과 유사한 구성으로 하우징, 상기 하우징 내에 수용되는 음극(C) 및 상기 음극(C)이 충분히 잠기도록 상기 하우징 내에 수용되는 음극액을 포함하며, 하우징 내에 음극액을 공급하기 위한 음극액 공급셀(20c)을 포함할 수 있다. 이때 상기 양극액 및 음극액은 전기를 가했을 때 전자의 이동이 가능한 용액으로 순수한 물(예를 들어, 증류수)을 제외한 물이나 전해질이 사용될 수 있으며 각 전극모듈에 구비된 양극(A) 및 음극(C)에 (+), (-) 전원이 인가됨에 따라 질소 기체로의 환원동작이 이루어지게 된다.
제 1 전극모듈에 수용되는 양극(A)은 불용성 양극으로서, 전극이 전해질 용액 또는 물과 지속적으로 접촉함에 따라 발생하는 산화 현상을 억제하기 위해 산화가 잘 일어나지 않는 불용성 물질인 스테인레스 스틸 또는 금속산화물을 재질로 하 는 것이 바람직하다. 또한, 제 2 전극모듈에 수용되는 음극(C)은 철 등의 금속이나 탄소(carbon)를 재질로 하는 것이 바람직하다.
토양 셀(10)의 양측은 용액의 투과성이 용이한 다공성 셀룰로스막(15a, 15c)으로 연결될 수 있는데, 제 1 전극모듈과 토양 셀(10)은 제 1 셀룰로스막(15a)으로 연결될 수 있으며, 제 2 전극모듈과 토양 셀(10)은 제 2 셀룰로스막(15c)으로 연결될 수 있다.
이때, 상기 토양의 질소 제거 시스템은 양 전극에 인가되는 전압 또는 전류를 모니터링하기 위한 계측장치(미도시)를 더 포함할 수 있다.
도 3은 도 2와 같이 도시된 토양의 염류 제거 시스템을 적용한 경우, 종래와의 비교 결과가 도시된 그래프로서, 도 3a는 토양의 전기 전도도를 측정한 결과가 도시된 그래프이며, 도 3b는 토양에 함유된 질산 이온의 농도가 도시된 그래프이다.
전기전도도는 토양학에서 무기염들의 총량을 나타내는 상대적인 지표로서 사용되고 있는데, 도 3a에 도시된 바와 같이, 종래 기술 중 환원력으로서 전기에너지만을 사용하여 토양 내 오염물질을 제거하는 경우(B)에는 양극과 음극의 중간지점에서 가장 낮은 전기전도도를 나타내며 양 전극에 근접할수록 그 값이 증가한다. 특히, 양극에 가장 근접해서는 4ds/m 이상의 값을 기록하고 있는데, 일반적으로 전기전도도가 4ds/m 이상인 토양은 염류토양으로서 작물생육에 부적합한 토양으로 정의하고 있으므로 전기에너지만을 사용하는 경우에는 적절히 무기염들이 제거되지 못하는 문제점이 있다.
이에 반해, 본 발명의 일실시예에 따른 염류 제거 시스템의 경우(A), 비록 음극에 근접할수록 전기전도도 값이 증가하고는 있으나 양극에 근접하더라도 비교적 양호한 전기전도도 값을 나타내고 있으며, 전기전도도 값의 변화가 종래에 비해 적으므로 비교적 균일하게 무기염이 제거될 수 있다.
도 3b는 본 발명 및 종래 기술에 따른 염류 제거 시스템을 적용한 경우, 토양에 잔존하는 질산 이온의 농도를 측정한 그래프로, 전기에너지만을 사용하여 질산 이온을 제거하는 경우(B)와 본 발명에 따른 실시예(A)를 비교하면, 음극에 근접하면서 질산 이온 농도가 줄어드는 것은 유사하나 양극 측에서의 농도 값을 비교할 때 본 발명의 실시예(A)에서의 농도 값이 월등히 낮은 값을 나타내고 있어 많은 수의 질산 이온이 제거되었음을 알 수 있다.
또한, 미생물만을 이용한 경우(C)와 본 발명에 따른 실시예(A)를 비교하면, 전체적으로 유사한 형상을 이루고 있으나 본 발명에 따른 실시예(A)의 경우 토양에 잔존하는 질산이온의 농도 값 자체가 거의 0에 근접하고 있으므로 미생물만을 이용하는 경우에 비해서도 그 제거 효율이 크게 높은 것을 알 수 있다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따른 토양의 염류 제거 시스템이 구동됨에 따라 양극 측에서는 수소 이온이 발생하고 음극 측에서는 수산화 이온이 발생하게 되는데 이에 따라 양극 주변에서는 강산성, 음극 주변에서는 강염기성의 액성을 띠게 된다. 상술한 바와 같이 미생물은 산성 환경에서는 번식, 물질대사 등의 정상적인 활동을 수행하지 못하며 수산화 이온은 토양 내 포함된 금속 이온들과 결합하여 앙금을 생성하고 이에 따라 토양 내에서의 물질 이동을 방해하게 된다.
도 4 는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 토양의 염류 제거 시스템이 도시된 구성도이다.
본 발명의 또다른 실시예에 따른 토양의 염류 제거 시스템은 상술한 문제점을 보완하기 위한 것으로서, 양극액 공급셀(60a) 및 음극액 공급셀(60c)에 수용되는 각 수용액을 순환시키는 순환수단(70a, 70c)을 더 포함하여 구성된다.
보다 상세하게 설명하면, 본 발명의 또다른 실시예에 따른 토양의 염류 제거 시스템은 도 4에 도시된 바와 같이, 제 1 전극모듈, 제 2 전극모듈 및 토양 셀(50)을 포함한다. 제 1 전극모듈 및 제 2 전극모듈은 도 2를 참조하여 상술한 바와 같이 하우징, 양극(A) 또는 음극(C) 및 공급 셀(60a, 60c)을 포함하여 구성되는데, 하우징 내에 수용되는 양극액 또는 음극액의 액성이 비교적 중성을 유지할 수 있도록 각각에 순환수단(70a, 70c)을 포함한다.
따라서 순환수단(70a, 70c)은 각 하우징과 공급셀(60a, 60c)을 연결하는 연결수단 및 상기 연결수단을 통해 액체가 이동할 수 있도록 하는 펌프를 포함할 수 있으며, 상기 펌프는 모터(motor), 압축기(compressor) 중 적어도 하나 이상의 수단으로 이루어져 펌핑(pumping) 동작을 수행할 수 있다.
이때 순환수단(70a, 70c)은 양 전극에 전원이 인가된 시점부터 지속적으로 동작하거나 일정 주기에 따라 동작될 수 있으며, 각 공급셀(60a, 60c)의 pH가 일정 값 이하 또는 이상인 경우 또는 수소 이온이나 수산화 이온의 생성속도 또는 몰농 도 등에 맞추어 동작될 수도 있다.
음극액 공급셀(60c)에 수용되는 음극액이 약산의 액성을 갖는 상태에서 순환수단(70c)이 동작하면, 제 2 전극모듈로 약산의 음극액이 유입된다. 제 2 전극모듈에서는 OH- 이온이 생성되고 있으므로 유입된 음극액에 포함된 H+ 이온과 함께 반응하여 H2O 분자가 생성될 수 있다. 따라서, 도 2에 도시된 본 발명의 일실시예에 비해 제 2 전극모듈 내에서 토양 셀(50)로 전달되는 OH- 이온의 수가 줄어들게 되며 이에 따라 토양 셀(50) 내에 포함된 중금속 이온과 OH- 이온이 반응하여 염을 생성하는 정도도 줄어들게 되어 물질 이동이 원활하게 진행될 수 있으며, 따라서 질소계 화합물의 제거 효율이 크게 향상될 수 있다.
또한, 양극액 공급셀(60a)에 수용되는 양극액이 약염기성의 액성을 갖는 상태에서 순환수단(70a)이 동작하면, 제 1 전극모듈로 약염기의 양극액이 유입되며, 양극(A) 주변에서 생성되는 H+ 이 함께 유입되는 OH- 이온과 함께 반응하여 H2O 분자를 생성할 수 있다. 따라서, 제 1 전극모듈 내에서 토양 셀(50)로 전달되는 H+ 이온의 수가 줄어들게 되며, 이에 따라 토양 셀(50) 내에도 적은 수의 H+ 이온이 유입되어 양극 가까이에서도 보다 많은 미생물이 탈질 작용을 수행할 수 있게 된다.
도 5 는 도 4에 도시된 본 발명의 또다른 실시예에 따른 토양의 염류 제거 시스템이 실제 구현된 예시도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또다른 실시예에 따른 토양의 염류제거 시스템은 양극액과 양극이 수용되는 제 1 전극모듈, 음극액과 음극이 수용되는 제 2 전극모듈 및 토양 셀을 포함하며, 양극액 및 음극액은 각각의 공급 셀과 고무호스 등을 통해 연결된다. 상기 고무호스는 순환수단 중 연결수단에 해당하는 구성으로서, 모터를 통해 양극액 공급셀과 연결되어 제 1 전극모듈의 하우징 내에 수용되어 있는 양극액을 유출시키고 양극액 공급셀 내의 양극액이 상기 제 1 전극모듈의 하우징 내에 유입되도록 한다.
유사한 방식으로, 음극액 공급셀과 연결되어 있는 고무 호스를 통해 제 2 전극모듈의 하우징 내에 수용되어 있는 음극액을 유출시키고, 모터의 동력을 사용하여 음극액 공급셀 내의 음극액이 상기 제 2 전극모듈의 하우징 내에 유입될 수 있도록 한다.
이상과 같이 본 발명에 따른 생물학적 전기동력학을 이용한 토양의 염류 제거 시스템 및 그 방법을 예시된 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 발명은 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 한정되지 않으며 미생물에 의한 생물학적 환원작용과 전기력에 의한 환원작용이 동시에 이루어짐에 따라 보다 효율적으로 토양 내 함유된 질소계 혼합물을 제거할 수 있도록 하는 본 발명의 기술사상은 보호되는 범위 이내에서 당업자에 의해 용이하게 응용될 수 있음은 자명하다.
도 1 은 본 발명에 따른 생물학적 전기동력학을 이용한 토양의 염류 제거 시스템의 동작 개념이 간략하게 도시된 구성도,
도 2 는 본 발명의 일실시예에 따른 토양의 염류 제거 시스템의 구성이 도시된 구성도,
도 3 은 도 2와 같이 도시된 토양의 염류 제거 시스템을 적용한 경우, 종래와의 비교 결과가 도시된 그래프,
도 4 는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 토양의 염류 제거 시스템이 도시된 구성도, 및
도 5 는 도 4에 도시된 염류 제거 시스템의 구현 예가 도시된 예시도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
B: 미생물 O: 영양분
10, 50: 토양 셀 60a:양극액 공급셀
60c: 음극액 공급셀 70: 순환수단

Claims (8)

  1. 내부에 양극(anode) 및 양극액(anolyte)이 수용되는 제 1 전극모듈;
    내부에 음극(cathode) 및 음극액(catholyte)이 수용되는 제 2 전극모듈; 및
    오염토양 및 미생물이 수용되며, 상기 제 1 전극모듈 및 제 2 전극모듈 간 인가된 전기력과 미생물의 상호작용에 따라 토양 내 함유된 질소계 화합물이 산화환원을 통해 질소 기체로 방출되도록 하는 토양 셀
    을 포함하는 토양의 염류제거 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전극모듈은 상기 미생물의 배양을 위한 영양물질을 포함하는 토양의 염류제거 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 미생물 박테리아는 탈질 미생물 중 적어도 한 종 이상인 것을 특징으로 하는 토양의 염류제거 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전극모듈 및 제 2 전극모듈은,
    상기 양극액 및 음극액이 별도로 수용된 공급셀, 및 상기 공급셀과 전극모듈 의 수용액이 서로 순환되도록 하는 순환수단을 각각 포함하는 토양의 염류제거 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 순환수단은 모터(motor), 압축기(compressor) 중 적어도 하나 이상의 수단으로 이루어져 펌핑(pumping) 동작을 수행하는 토양의 염류제거 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 순환수단은 일정 주기를 갖고 동작하거나 계속적으로 동작하는 토양의 염류제거 시스템.
  7. 토양에 미생물을 투입하는 제 1 단계; 및
    상기 토양에 양극 및 음극이 서로 대향하도록 배치하고 전원을 인가하여 상기 양극과 음극 주변 전체에서 상기 토양에 함유된 질소계 화합물을 환원시켜 질소 기체로 방출하는 제 2 단계
    를 포함하는 토양의 염류 제거방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 2 단계는, 상기 양극 및 음극이 각각 수용된 공간에 존재하는 액체가 중성을 유지하도록 상기 액체를 순환시키는 제 3 단계를 더 포함하는 토양의 염 류 제거방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101275911B1 (ko) * 2012-10-25 2013-06-17 전북대학교산학협력단 토양의 염류 제거 장치 및 이를 이용한 액상비료 제조방법
CN105396871A (zh) * 2015-12-21 2016-03-16 中国科学院沈阳应用生态研究所 一种高效协同修复烃类污染土壤的方法
CN116060430A (zh) * 2022-12-28 2023-05-05 山东大学 一种同时原位修复及降解高氮积累温室土壤的装置及方法

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