KR20210156173A - 나노기포 이용 자원순환 융복합영농시설 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 자원을 순환시켜 재이용 하는 융복합영농에 관한 것으로서, 화력발전설비를 포함하여 나노기포수생성기술, 액체비료합성기술, 어류양식기술, 식물재배기술, 품질을 보존시키는 보존가공기술을 융합시켜 융복합영농을 구성하여 자원을 순환시켜 재이용하는 나노기포 이용 자원순환 융복합영농 시설 및 방법을 제공하게 된다.
Description
본 발명은 융복합영농에 관한 것으로서, 나노기포기술을 응용하여 자원을 순환시켜 재이용하는 자원순환 융복합영농에 관한 것이다.
세계는 온실가스 과다배출에 의한 지구온난화에 대비하기 위해 대응책을 함께 논의하고 있다. 온실가스의 주체는 이산화탄소가 되고, 자연적인 발생과 인간을 포함한 동물에 의한 것으로 구분할 수 있으며, 특히 인간이 화석연료를 연소시키면서 굴뚝을 통한 배출과 운송관련장치에서 배출시키는 이산화탄소(CO₂)가 대기중의 이산화탄소(CO₂) 농도를 증가시키는데 주역을 하고 있다.
인간은 에너지의 대부분을 화석연료에서 확보하는 상황에서 이산화탄소의 배출을 당장 중지시킬 수도 없고, 방치하면 지구온난화는 진행되어 극지방의 빙하가 녹아내려 해수면이 상승하여 인간이 삶의 터전을 이루고 있는 해안지역이 물에 잠길 수도 있으며, 또, 기후의 급변사태로 인해 가뭄과 홍수가 반복되면서 생태계를 교란시켜 식량부족 현상이 발생하여 인간의 생존을 위협할 수 있다고 말한다.
그런데, 이산화탄소(CO₂)는 순환되면서 생물체의 생존에 필요한 에너지와 영양소 생성에 필수적인 탄소를 제공하는 물질이다. 따라서, 이산화탄소의 과다배출 억제와 함께 순환시켜 이용하는 기술개발에 노력을 경주해야 할 시점이라고 할 수 있다.
日本經濟産業省委託平成24年度國際標準化推進事業)/ナノ·マイクロバブル技術に關する國際標準化報告書
マイクロバブルおよびナノバブルに關する硏究 /日本經濟産業省 産業技術總合硏究所 環境管理技術硏究部門 / 高橋政好.
본 발명은 화력발전설비와 나노기포수생성기술 및 액체비료합성기술을 필두로하여 어류양식기술, 식물재배기술, 보존가공기술을 융합시켜 융복합영농시설을 구현하여 자원을 순환시켜 재이용하는 융복합영농시설 및 방법을 제공하는데 목적을 두고 있다.
본 발명은 전항의 과제해결을 위해, 이하와 같이 융복합영농시설을 구비한다.
배출배기를 순환시켜 재연소시키는 배기순환연소 화력발전설비(A), 나노기포수를 생성시키는 나노기포수생성시설(B), 나노기포수생성시설(B)로부터 나노기포수를 공급받아 어류를 양식하는 어류양식시설(C), 양식폐수와 식물재배폐수, 배출배기 및 온배수, 산소를 공급받아 액체비료를 합성하는 액체비료합성시설(D), 액체비료를 공급받아 식물을 재배하는 식물재배시설(E), 나노기포수를 공급받아 양식어류와 재배식물을 보존가공을 하는 보존가공시설(F)을 구비하여 소요의 이송관으로 연결시켜 나노기포 이용 자원순환 융복합영농시설을 구성시킨다.
배기순환연소 화력발전설비(A)는 통상의 화력발전설비 보일러장치에 연결된 연료공급계통을 분사장치를 포함하여 이산화탄소 순환 연소장치로 대체하여 배기순환연소 화력발전설비로 개선시킨다. 따라서, 이하에서 배기순환연소 화력발전설비(A)로 호칭한다.
위에서, 이산화탄소 순환 연소 장치는 본 발명자가 한국특허청 등록특허 이산화탄소 순환 연소장치(10-2061411)를 이용하며, 장치는 혼합연료를 산소로 연소시키고, 배출배기를 순환시키면서 배기중의 이산화탄소(CO₂)를 분해하는 장치가 복합되어 이루어지며, 배기의 순환과정에서 이산화탄소(CO₂)와 물분자(H₂O)를 분해하여 재연소되게 한다.
이 장치는 동일한 작용을 하는 타종류의 시설로 대체시킬 수도 있다.
어류양식시설(C)은 지역환경에 따라서 축산시설로 대체, 또는 추가시켜 구성할 수 있다.
액체비료합성시설(D)은 어류양식시설(C)로부터 양식폐수, 식물재배시설(E)로부터 식물재배폐수, 보존가공시설(F)부터 오폐수와, 배기순환연소 화력발전시설(A)로부터 배출배기와 온배수를 공급받고, 외부로부터 산소를 공급받아 액체비료를 합성한다.
위에서, 합성된 액체비료는 식물재배시설(E)로 순환되어 식물재배에 사용되고, 사용된 식물재배폐수는 다시 액체비료합성시설(D)로 순환되어 액체비료 합성에 재이용된다.
본 발명에서 생산된 생산품은 보존가공시설(F)에서 신선도 연장 및 살균소독처리를 행하여 위생적인 안전성을 확보한다.
영농에 필요한 전기 및 열에너지, 이산화탄소 등을 화력발전설비로부터 공급받게 되어 영농비용이 절감된다. 한편, 지구온난화의 원인 물질이 되는 이산화탄소의 배출을 억제하게 되어 지구온난화 예방에 기여한다.
나노기포기술을 이용하여 무농약, 무화학비료, 자원순환 영농이 되어 농업분야산업의 발전에 기여하게 될 것이다.
도 1은 본 발명의 구성도 이다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 구성도로서, A는 배기순환연소 화력발전설비, B는 나노기포수생성시설, C는 어류양식시설, D는 액체비료합성시설, E는 식물재배시설, F는 보존가공시설 이며, 각 시설은 이송관(2 ~ 11)을 통해 서로 연결되어 일체화된 형태로 도시되어 있다. 그러나, 각 시설은 거리를 두고 구축하고, 소요의 이송관을 통해 연결시켜 구성될 수 있다.
현대 농업은 에너지가 많이 소요되고 있지만, 본 발명의 시설도 전기와 온배수가 다량 소요됨으로 비용절감을 위해서 발전설비를 구비한다.
배기순환연소 화력발전설비(A)는 통상의 화력발전설비 보일러장치에 연결된 분사장치를 포함한 연료공급계통을 분리제거시키고, 이 위치에 이산화탄소 순환 연소장치로 대체시켜 배기순환연소 화력발전설비(A)로 개선되며, 장치는 초미세산소기포 혼합연료를 산소로 연소시키는 장치와 배기의 순환 과정에서 배기를 분해하는 장치가 복합된 장치이다.
위에서, 장치의 작동은 초미세산소기포 혼합연료를 산소로 연소시키고, 이산화탄소와 수증기로 이루어진 배출배기가 순환되며, 순환과정에서 이산화탄소(CO₂)와 수증기(H₂O)는 원자 단위로 분해되고, 초미세산소기포 혼합연료와 함께 분사되어 보일러 연소실에서 연소된다.
위에서, 이산화탄소를 순환하여 연소시키는 장치는 본 발명자의 한국특허청 등록특허 이산화탄소 순환 연소장치(10-2061411)가 이용되며, 동종의 다른 장치로 대체시켜 이용할 수 있다.
배기순환연소 화력발전설비(A)는 다량의 용수가 소요되며, 용수는 하수종말처리수, 공업용수, 강, 저수지, 하천수를 사용할 수 있으므로 선택하여 유입관(1-4)을 통해서 공급받게 된다.
배기순환연소 화력발전설비(A)는 이송관(2,4)을 통해서 나노기포수생성시설(B)과 액체비료합성시설(D)에 연결되어 나노기포수생성시설(B)과 액체비료합성시설(D)에서 배출배기가 필요할 때, 배출배기의 일부를 공급하게 된다.
배기순환연소 화력발전설비(A)에서 생산된 전기는 융복합영농시설에 연결되어 있는 각 시설에 공급되고, 전기생산 과정에서 다량의 온배수가 발생하며, 발생한 온배수는 각 시설에 공급하여 이용하게 되며, 이로 인해, 별도의 보일러설비가 불필요하게 된다.
본 발명에서, 배기순환연소 화력발전설비(A)는 전기 및 온배수 수요량을 고려하여 규모를 조정할 수 있고, 소규모일 때는 일반적으로 이용되고 있는 내연기관의 발전기와 독립된 보일러로 대체시킬 수 있다.
나노기포수생성시설(B)은 외부로 연결되는 원수 유입관(1)과 유입관(1-1)으로부터 원수와 기체, 이송관(2)을 통해 배기순환연소 화력발전설비(A)로부터 배출배기와 온배수를 공급받아서 나노기포수를 생성시켜 이송관(6,7)을 통해서 어류양식시설(C) 및 보존가공시설(F)에 공급된다.
나노기포는 물을 기반으로 하여 생성되고, 이용목적에 따라서 다양한 기체를 사용하여 다양한 나노기포수를 생성할 수 있으며, 본 발명에서는 주로 산소와 탄소를 사용하여 나노산소기포수와 나노탄소기포수를 생성시키게 되며, 나노산소기포수는 생물체의 생리활성에 이용되고, 나노탄소기포수는 탄화수소 생성에 이용된다.
위에서, 나노기포수 생성에 사용되는 용수는 강, 하천수, 저수지, 생활하수처리수 등이 이용되며, 나노기포수의 이용 목적에 따라 수중에 이온물질이 함유된 생활하수 처리수 이용이 유익할 수도 있으므로 선택적으로 이용하게 된다.
위에서, 이용 기술은 본 발명자의 한국특허청 등록특허 극미세기포발생장치(10-1022612) 및 전해질 농축융합 나노산소기포수 생성장치 및 방법(10-1483842)의 기술이 이용된다, 본 장치는 동일한 타의 장치로 대체시켜 이용할 수 있다.
이하, 나노기포의 존재형태 및 특성에 대하여 설명한다.
나노기포는 국제규격표준에서 규격은 1미크론(1㎛)이하 크기의 기포로 정하고, Ultrafine bubble로 호칭하도록 결정하였으나, 본 발명에서는 편의상 종전대로 나노기포로 호칭한다.
나노기포는 특성으로서, 기포의 외측면은 음전하(-)를 가지게 되고, 또, 강력한 침투력을 가지며, 이러한 침투력으로 생물체내로 침투하게 되고, 한편 나노기포는 수중에서 물의 장력에 의해서 수축되면서 축소되어 한계에 도달하면 파열하게 되며, 파열시에는 나노기포와 물의 경계면 영역에 수천의 초고압 및 수천의 초고온 극한반응장(Hotspots)이 형성되면서 경계면 영역의 물분자(H₂O)는 수소(H)와 산소(O)로 분해시키고, 이산화탄소(CO₂)는 탄소(C)와 산소( O)로 분해된다.
또, 다른 특성은 수중에 이온물질이 충분히 함유되어 있으면 음전하의 나노기포의 외측면을 감싸면서 농축되는 즉, 킬레이트(Chelate)화 되어 나노기포는 파열되지 않고 안정화되어 장기간 생존하게 된다.
이와 같은 나노기포의 특성을 농어업에 이용하면, 특히 킬레이트(Chelate)화 나노기포는 생물체내로 침투하면서 나노기포에 킬레이트(Chelate)된 이온물질도 함께 생물체내로 이동하여 신진대사에 이용되어 성장이 상당히 단축되게 된다.
한편, 수중에 이온물질 함량이 적은 순수, 또는 연수로서 나노기포수를 생성시켜 파열되도록 하고, 파열시에 물분자(H₂O)의 분해(H+ + OH-)에 의해 생성되는 수산기(OH-)에 의해 세균, 바이러스 등을 사멸되게 하여 항생제 등의 약품을 일체 사용하지 않게 되어 생산품의 잔류약품에 의한 문제점 발생을 차단하여 위생적인 안전성을 확실히 확보하게 된다.
어류양식시설(C)은 나노기포수생성시설(B)로부터 이송관(6)을 통해 나노산소기포수와 나노탄소기포수를 공급받아 어류를 양식하며, 양식에 사용된 폐양식수는 이송관(8)을 통해서 액체비료합성시설(D)로 이송시키고, 성어로 양식된 어류는 보존가공시설(F)로 이송되게 된다.
이용 기술은 본 발명자의 한국특허청 등록특허 극미세기포 이용 어류양식장치 및 방법(10-2102048)의 장치가 이용되며, 본 장치는 동일한 기능을 가진 타의 장치로 대체시킬 수 있다.
위에서, 어류양식장치는 어류 양식에 필요한 나노산소기포수와 나노탄소기포수를 생성시켜 양식장에 주기적으로 공급하며, 나노산소기포수는 양식수중 및 어류를 감염시키는 세균류를 사멸시키고, 나노탄소기포수는 수중의 영양소원이 되는 이온물질에 감싸이는 즉, 킬레이트(Chelate)화 되어 어류의 체내로 이동하여 어류의 대사에 이용되어 성장촉진으로 양식기간이 수개월 이상 단축되게 된다.
위에서, 나노산소기포수는 앞에서 설명된 바와 같이 수축되어 파열되면서 나노산소기포의 외측면 둘레에서 초고압, 초고온의 극한반응장(Hotspot)이 형성되어 이 영역에 존재하는 물분자(H₂O)를 분해(H+ + OH-)하게 되고, 이 과정에서 생성되는 수산기(OH-)에 의해 세균류 등이 사멸되며, 이로 인해, 질병에 의한 어류의 폐사를 방지하게 되어 폐사에 의한 손실을 방지하게 된다.
위에서, 나노산소기포수중의 나노산소기포 농도는 양식되는 어류의 종류 상태에 따라 조정되고, 어류의 통상적인 호흡용과는 구별되어 이용되는 것이 특징이다.
액체비료합성시설(D)은 이송관(8,10,11)을 통해 계속 순환되는 어류 폐양식수와 식물재배폐수(폐액체비료수), 보존가공시설(F)의 오폐수에 배기순환연소 화력발전설비(A)로부터 이송관(4,5)을 통해 배출배기와, 온배수를 필요량으로 공급받고, 외부로 연결되는 유입관(1-2)을 통해 산소를 공급받아 혼합하여 나노산소액체비료, 나노탄소액체비료를 합성하여 이송관(9)을 통해 식물재배시설(E)로 순환시킨다.
위에서, 액체비료는 재배되는 식물에 따라 유무기 영양소원의 종류 및 함량이 조정되고, 한편, 수중에 액체비료의 농도를 조정하여 순환시킨다.
이용 기술은 본 발명자의 한국특허청 등록특허 연소배기 용해 나노산소액체비료 합성장치 및 방법(10-1978088)의 기술이 된다. 이 기술은 동일 수준의 시설 및 기술로 대체하여 이용할 수 있다.
식물재배시설(E)은 통상의 수경재배시설, 수경재배와 어류양식융합시설, 토양재배시설 등으로 구분되고, 액체비료합성시설(D)로부터 이송관(9)을 통해서 액체비료를 공급받아 식물을 재배하며, 다양한 종류의 식물을 재배하게 되고, 따라서, 순환되는 액체비료의 성분 및 함량도 조정되며, 수경재배에서 사용한 액체비료의 식물재배폐수는 이송관(10)을 통해서 액체비료합성시설(D)로 순환시켜 액체비료 합성에 재이용되게 한다.
위에서, 식물은 통상의 밭농사 및 논농사 작물, 특용작물, 화훼작물 등, 통상적으로 재배되는 각종 농작물을 포함하여 본 발명에서는 편의상 식물이라 호칭된다.
위에서, 수경재배는 일반적으로 이용되는 수경재배시설이 되며, 본 발명은 재배되는 식물의 성장에 따라서 나노산소액체비료, 또는 나노탄소액체비료를 주기적으로 교체하여 공급하게 된다.
위에서, 어류양식융합시설은 시설의 내부는 철망으로 상하로 구획되고, 하부에는 어류양식, 상부수면에서는 식물을 재배하게 되며, 식물은 어류가 배출하는 질소를 쉽게 이용할 수 있게 된다.
이용 기술은 본 발명자의 한국특허청 등록특허 식물재배와 어류양식 융합농어업장치 및 방법(10-1446865)의 시설 및 기술이 이용된다. 본 시설과 기술은 동일한 타의 시설 및 기술로 대체시켜 이용할 수 있다.
토양재배시설은 토양에서 구축되는 비닐하우스, 유리온실 등 시설을 구축한 재배시설과 토양에서 수경으로 벼를 재배하는 논농사, 밭농사 등이 포함된다.
식물재배시설(E)에서 재배되는 식물은 물분자(H₂O)의 분해(H+ + OH-)에서 생성되는 수산기(OH-)를 이용하여 세균 및 해충류를 사멸시키게 되어 생산품의 유통과정에서 잔류농약 등에 대한 문제점을 해소 시키게 된다.
본 식물재배시설(E)은 나노산소액체비료를 사용하게 됨으로써 식물은 대사가 활성화되어 성장이 촉진되어 생산량이 증가되고, 무농약, 무화학비료 영농이 가능하게 된다. 특히, 인삼 등 특용 작물을 단기간에 성장시키게 되어 소득을 증대시키게 된다.
식물재배시설(E)에서, 재배된 식물은 보존가공시설(F)로 이송되어 신선도 연장 및 살균소독처리가 이루어진다.
보존가공시설(F)은 양식된 어류와 생산된 재배식물의 품질보존을 위한 가공시설이 되며, 선도연장, 살균소독, 포장, 냉동냉장 등의 설비가 구비되어 선도연장과 살균 소독처리를 행하여 위생적인 안전성을 확보하고, 장기간 저장을 위한 선도연장과 품질보존을 위한 가공시설이 된다.
위에서, 어류의 선도연장시설은 본 발명자의 한국특허청 등록특허 마이크로-나노산소기포 어류 실신 마취장치 및 방법(10-1064785)의 기술이 이용되고, 식물재배 생산품은 이송관(7)을 통해 나노산소기포수를 공급받아 살균 소독처리를 행하며, 포장, 냉동냉장 등의 설비는 일반적으로 이용되는 설비를 이용한다.
위에서, 마이크로-나노산소기포 어류실신 마취장치는 유입관(1-3)을 통해 용수를 공급받으며, 산소를 사용하여 마이크로 나노산소기포수를 생성시켜 어류에 나노산소를 농축 마취시켜 선도연장처리를 행하게 되고, 품질가공 공정에서 발생되는 폐나노기포수 및 오폐수는 이송관(11)을 통해서 액체비료합성시설(D)로 이송된다.
위에서, 살균소독은 마이크로-나노산소기포 어류실신 마취장치의 어류에 산소농축과정에서 나노산소기포의 파열에 의해 물분자(H₂O)의 분해(H+ + OH-) 과정에서 생성된 수산기(OH-)가 세균, 바이러스 등을 사멸하게 되어 살균소독이 행하여지게 된다.
위에서, 마이크로-나노산소기포 어류 실신 마취장치 및 방법(10-1064785)의 기술은 동일한 기능을 행하는 타의 시설 및 기술로 대체시켜 이용할 수 있다.
위에서, 선도연장 및 살균 소독처리를 행한 생산품은 미처리 생산품에 비해서 2배 이상 선도가 연장되어 장기간 냉장보관하면서 선도를 유지시킬 수 있고, 한편, 위생적인 안전성이 확보된 생산품을 일반 유통망을 통해 일반 소비자에게 직송판매를 행할 수 있는 것이 특징이다.
본 발명의 자원순환 이용은 양식폐수, 식물재배폐수, 오폐수가 액체비료합성시설(D)로 순환되는 순환수에 배기순환연소 화력발전설비(A)로부터 필요한 양의 배출배기와 온배수 및 유입관(1-2)을 통해 공급되는 산소를 사용하여 액체비료를 합성하여 식물재배시설(E)로 순환시키는 작용이 연속되어 자원의 순환이 이루어진다. 본 발명에서, 어류양식시설(C)은 지역환경에 따라서 양돈, 양계시설 등의 축산 시설로 대체될 수 있고, 또는 추가시킬 수 있으며, 양돈에서는 자돈의 증산, 양계에서는 산란양을 증가시키게 된다.
본 발명은 농어촌을 녹색농촌으로 발전시키는데 이용할 수 있고, 한편, 농촌 관광자원으로 활용할 수 있다.
A: 배기순환연소 화력발전설비 B: 나노기포수생성시설
C: 어류양식시설 D: 액체비료합성시설
E: 식물재배시설 F: 보존가공시설
1: 원수 유입관, 1-1, 1-2, 1-3, 1-4: 유입관
2 ~ 11 : 이송관
C: 어류양식시설 D: 액체비료합성시설
E: 식물재배시설 F: 보존가공시설
1: 원수 유입관, 1-1, 1-2, 1-3, 1-4: 유입관
2 ~ 11 : 이송관
Claims (3)
- 배출배기를 순환시켜 재연소시키는 배기순환연소 화력발전설비;
나노기포수를 생성시키는 나노기포수생성시설;
나노기포수생성시설로부터 나노기포수를 공급받아 어류를 양식하는 어류양식시설;
양식폐수와 식물재배폐수, 배출배기 및 온배수, 산소를 공급받아 액체비료를 합성하는 액체비료합성시설;
액체비료를 공급받아 식물을 재배하는 식물재배시설;
나노기포수를 공급받아 양식어류와 재배식물을 보존가공을 하는 보존가공시설;이
소요의 이송관으로 연결되어 구성되는 것을 특징으로 하는 나노기포 이용 자원순환 융복합영농시설 - 제 1항에 있어서, 배기순환연소 화력발전설비는 통상의 화력발전설비 보일러장치에 연결된 분사장치를 포함한 연료공급계통을 이산화탄소 순환 연소장치로 대체 연결시켜 배기순환연소 화력발전설비로 개선시키는 것을 특징으로 하는 나노기포 이용 자원순환 융복합영농시설
- 배기순환연소 화력발전설비, 나노기포수생성시설, 어류양식시설, 액체비료합성시설, 식물재배시설, 보존가공시설로 구성되는 융복합영농시설에서,
양식폐수, 식물재배폐수, 오폐수, 배출배기와 온배수를 공급받고, 외부로부터 산소를 공급받아 나노산소액체비료를 합성하여 식물재배시설로 공급하고, 사용된 식물재배폐수는 다시 액체비료합성시설로 순환되어 액체비료를 합성되는 작용이 연속되는 것을 특징으로 하는 나노기포 이용 자원순환 융복합영농방법
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|---|
| マイクロバブルおよびナノバブルに關する硏究 /日本經濟産業省 産業技術總合硏究所 環境管理技術硏究部門 / 高橋政好. |
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