KR20220160239A - 식물 및 바이오차를 이용한 필터 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 식물 및 바이오차를 이용한 필터 시스템에 대한 것으로, 장치의 외형을 이루며 내부공간을 제공하는 하우징과, 상기 하우징 내부로 외부공기를 유입시키기 위한 유입구와, 상기 유입구를 통해 유입된 공기 중 미세먼지 및 부유미생물을 1차적으로 제거하기 위해 하우징 내부에 식물이 식재되는 식물 식재부와, 상기 식물 식재부를 거친 공기 중의 미세먼지 및 부유미생물을 2차적으로 제거하기 위한 바이오차 필터부와, 상기 하우징의 상단부에 설치되어 장치 내부에서의 공기 흐름을 원활하게 유도하기 위한 팬과, 상기 바이오차 필터부를 통과하여 미세먼지 및 부유미생물이 제거된 공기가 유출되는 유출구를 포함함으로써, 식물에 의해 공기 중 오염물질을 1차적으로 제거하고나서 친환경적인 바이오차를 이용하여 2차적으로 걸러줌으로써, 공기 정화의 효율성을 증가시켜 실내 공기질을 크게 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
Description
본 발명은 식물 및 바이오차를 이용한 필터 시스템에 대한 것으로, 보다 상세하게는 식물에 의해 공기 중 오염물질을 1차적으로 제거하고나서 친환경적인 바이오차를 이용하여 2차적으로 걸러줌으로써, 공기 정화의 효율성을 증가시켜 실내 공기질을 크게 향상시킬 수 있는 미세먼지 및 부유미생물 필터 시스템에 관한 것이다.
바이오 차는 최근에 토양의 탄소 격리, 금속 고정화 및 비옥화와 관련된 다기능 물질로서 인식되고 있는 바이오매스 유래의 블랙 카본으로서, 바이오매스와 숯(charcoal)의 합성어이다.
바이오매스란 폐기된 목재나 동물의 배설물, 또는 나뭇잎이나 뼈처럼 버려지는 유기물을 일컬으며, 바이오차는 이와 같은 버려진 폐자원이 열분해되어 생성된 고탄소 물질로서, 형태는 숯과 비슷하지만 물리적 성질은 많이 다르다.
예컨대, 산소가 제한된 환경에서 바이오매스에 높은 온도로 열을 가하면 타기는 하지만 연소가 되지는 않는다. 이런 현상을 열분해(pyrolysis)라고 하는데, 바이오매스가 이런 열분해 과정을 거쳐 생성되는 것이 바로 바이오차인 것이다.
이러한 바이오차는 온실가스 저감, 토양 환경 정화 기능이 있으며, 친환경 에너지까지 생산할 수 있는 것으로 밝혀지고 있어 기후변화를 늦출 수 있는 최적의 소재로 각광받고 있다.
한편, 실내로 공급되는 외부공기에는 황사, 미세먼지, 각종 유해가스 등이 함유되어 있으며, 이러한 황사나 미세먼지와 같은 오염물질을 제거하어 실내공기를 정화시키는 것은 인체의 건강에 매우 중요하다.
이뿐 아니라, 공기 중에는 부유미생물(세균, 진균)이 포함되어 있는데, 실내에서의 공기 정화를 위해 세균이나 진균의 제거가 필요한 바, 본 출원인은 식물 및 바이오차를 이용하여 미세먼지 뿐 아니라 부유미생물을 제거하여 공기 정화의 효율성을 증가시킬 수 있는 필터 시스템을 개발하기에 이르렀다.
이에 본 발명에서는 식물에 의해 공기 중 오염물질을 1차적으로 제거하고나서 친환경적인 바이오차를 이용하여 2차적으로 걸러줌으로써, 공기 정화의 효율성을 증가시켜 실내 공기질을 크게 향상시킬 수 있는 미세먼지 및 부유미생물 필터 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 장치의 외형을 이루며 내부공간을 제공하는 하우징과, 상기 하우징 내부로 외부공기를 유입시키기 위한 유입구와, 상기 유입구를 통해 유입된 공기 중 미세먼지 및 부유미생물을 1차적으로 제거하기 위해 하우징 내부에 식물이 식재되는 식물 식재부와, 상기 식물 식재부를 거친 공기 중의 미세먼지 및 부유미생물을 2차적으로 제거하기 위한 바이오차 필터부와, 상기 하우징의 상단부에 설치되어 장치 내부에서의 공기 흐름을 원활하게 유도하기 위한 팬과, 상기 바이오차 필터부를 통과하여 미세먼지 및 부유미생물이 제거된 공기가 유출되는 유출구를 포함하는 식물 및 바이오차를 이용한 필터 시스템이 제공된다.
본 발명에서, 상기 하우징은 상기 유입구, 식물 식재부, 바이오차 필터부 및 유출구가 수직방향으로 나란하게 형성되며, 내부공간이 다수개로 구분되어 구분된 내부공간은 서로 연통되도록 형성된다.
상기 유입구는 하우징의 하부에 다수개의 통공으로 구비되며, 상기 유입구에서 유입된 공기는 상기 식물 식재부 및 바이오차 필터부를 순서대로 통과한 후 위로 배출되도록 다수의 통공으로 구비된 상기 유출구는 하우징의 상부에 형성될 수 있다.
상기 바이오차 필터부는 공기 중 미세먼지 및 부유미생물을 효과적으로 제거하는 다공성의 바이오차와, 상기 바이오차가 내부에 수용되는 케이스로 이루어질 수 있다.
여기서, 상기 케이스는 통풍가능한 재질의 패브릭 커버로 이루어지는 것이 바람직하다.
한편, 상기 식물 식재부에 식재되는 식물은, 산호수(Ardisia pusilla) 또는 싱고니움(Syngonium podophyllum)을 포함하는 광합성 식물군에서 선택될 수 있다.
또한, 본 발명은 시스템 통과 전후의 미세먼지를 측정하기 위한 미세먼지 측정기와, 시스템 통과 전후의 부유미생물을 측정하기 위한 부유미생물 샘플러가 더 포함될 수 있다.
이 경우, 시스템 통과 후의 공기를 상기 미세먼지 측정기와 부유미생물 샘플러에 유입시키도록 상기 하우징의 상부에 덮개가 구비되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명에 의하면, 식물에 의해 공기 중 오염물질을 1차적으로 제거하고나서 친환경적인 바이오차를 이용하여 2차적으로 걸러줌으로써, 공기 정화의 효율성을 증가시켜 실내 공기질을 크게 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 출원인이 실험한 결과, 실제 작동 시 공기 중의 대다수의 세균이 제거됨을 확인하였고, 바이오차의 무독성도 확인하였다.
또한, 본 발명의 시스템에서 사용된 필터는 사용 후 추가적인 처리할 필요 없이 바로 폐기가 가능하고, 기존 활성탄 카본필터와 다르게 미활용 자원의 열분해를 통해 탄소저장과 온실가스 저감이 동시에 가능한 바이오차를 이용한다는 점에서 친환경적인 필터 제조가 가능한 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 식물 및 바이오차를 이용한 필터 시스템을 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 바이오차 필터부의 예를 나타낸 사진이다.
도 3은 본 발명에 따른 식물 및 바이오차를 이용한 필터 시스템을 이용한 미세먼지 제거 실험 모식도로서, 공기흐름을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 바이오차 필터부가 적용된 시스템에서 미세먼지 측정 결과를 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명에서 바이오차 필터부를 뺀 필터 틀을 나타내는 사진이다.
도 6은 본 발명에서 바이오차 필터부를 뺀 상태의 미세먼지 측정 결과를 나타내는 그래프이다.
도 7은 외부공기(Control)(a), 식물 식재부(b), 식물 식재부와 바이오차 필터부(c)가 적용된 장치 각각을 나타내는 도면이다.
도 8은 도 7에서의 부유 세균 샘플링 결과를 나타내는 사진이다.
도 9는 도 7에서의 부유 진균 샘플링 결과를 나타내는 사진이다.
도 10은 본 발명을 통해 부유미생물(세균, 진균) 제거 결과를 나타내는 그래프이다.
도 11은 본 발명에서 바이오차를 뺀 필터부를 나타내는 사진이다.
도 12는 도 11에서 바이오차 필터부의 바이오차를 제거한 후 필터 틀만을 이 용하여 실험을 진행한 부유세균 샘플링 결과를 나타내는 사진이다.
도 13은 도 11에서의 부유진균 샘플링 결과를 나타내는 사진이다.
도 14는 도 11에서의 부유미생물(세균, 진균) 제거 결과를 나타내는 그래프이다.
도 15는 필터에 들어가는 바이오차 용출액 독성 평가를 위한 바이오차 용출액 밀 종자 발아시험을 나타내는 그래프이다.
도 16은 바이오차 용출액 disk diffusion test(control) 결과이다.
도 17은 바이오차 용출액 disk diffusion test 결과이다.
도 2는 본 발명에 따른 바이오차 필터부의 예를 나타낸 사진이다.
도 3은 본 발명에 따른 식물 및 바이오차를 이용한 필터 시스템을 이용한 미세먼지 제거 실험 모식도로서, 공기흐름을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 바이오차 필터부가 적용된 시스템에서 미세먼지 측정 결과를 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명에서 바이오차 필터부를 뺀 필터 틀을 나타내는 사진이다.
도 6은 본 발명에서 바이오차 필터부를 뺀 상태의 미세먼지 측정 결과를 나타내는 그래프이다.
도 7은 외부공기(Control)(a), 식물 식재부(b), 식물 식재부와 바이오차 필터부(c)가 적용된 장치 각각을 나타내는 도면이다.
도 8은 도 7에서의 부유 세균 샘플링 결과를 나타내는 사진이다.
도 9는 도 7에서의 부유 진균 샘플링 결과를 나타내는 사진이다.
도 10은 본 발명을 통해 부유미생물(세균, 진균) 제거 결과를 나타내는 그래프이다.
도 11은 본 발명에서 바이오차를 뺀 필터부를 나타내는 사진이다.
도 12는 도 11에서 바이오차 필터부의 바이오차를 제거한 후 필터 틀만을 이 용하여 실험을 진행한 부유세균 샘플링 결과를 나타내는 사진이다.
도 13은 도 11에서의 부유진균 샘플링 결과를 나타내는 사진이다.
도 14는 도 11에서의 부유미생물(세균, 진균) 제거 결과를 나타내는 그래프이다.
도 15는 필터에 들어가는 바이오차 용출액 독성 평가를 위한 바이오차 용출액 밀 종자 발아시험을 나타내는 그래프이다.
도 16은 바이오차 용출액 disk diffusion test(control) 결과이다.
도 17은 바이오차 용출액 disk diffusion test 결과이다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 식물 및 바이오차를 이용한 필터 시스템을 도시한 단면도이다.
본 발명의 필터 시스템은 크게, 하우징(10), 유입구(20), 식물 식재부(30), 바이오차 필터부(40), 팬(50) 및 유출구(60)를 포함한다.
상기 하우징(10)은 장치의 외형을 이루는 것으로, 복수개의 내부공간을 제공하는 원통형 형상으로 이루어질 수 있으며, 내부에 식재된 식물을 볼 수 있도록 투명한 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 상기 하우징은(10) 상기 유입구(20), 식물 식재부(30), 바이오차 필터부(40) 및 유출구(60)가 수직방향으로 나란하게 형성되며, 내부공간이 다수개로 구분되어 구분된 내부공간은 서로 연통되도록 형성된다.
상기 하우징(10)의 내부로 외부공기를 유입시키기 위한 유입구(20)는 도 1에서 보는 바와 같이, 하우징(10)의 하부에 다수개의 통공으로 구비될 수 있다.
상기 유입구(20)는 실내 공기를 균일하게 유입시킬 수 있도록 하우징(10)을 둘러가며 골고루 형성되는 것이 바람직하며, 상기 유입구(20)에서 유입된 공기는 상기 식물 식재부 및 바이오차 필터부를 순서대로 통과한 후 위로 배출되도록 상기 유출구(60)는 하우징(10)의 상부에 형성될 수 있다.
상기 유입구(20)를 통해 유입된 공기 중 미세먼지 및 부유미생물을 1차적으로 제거하기 위해 하우징 내부에 식물이 식재되는 식물 식재부(30)가 구비된다.
상기 식물 식재부(30)에 식재되는 식물은, 산호수(Ardisia pusilla) 또는 싱고니움(Syngonium podophyllum)을 포함하는 광합성 식물군에서 선택될 수 있다.
상기 식물 식재부(30)를 거친 공기는 미세먼지 및 부유미생물을 2차적으로 제거하기 위한 바이오차 필터부(40)를 통과하게 된다.
상기 바이오차 필터부(40)는 공기 중 미세먼지 및 부유미생물을 효과적으로 제거하는 다공성의 바이오차와, 상기 바이오차가 내부에 수용되는 케이스로 이루어질 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 바이오차 필터부의 예를 나타낸 사진으로서, 왼쪽 사진의 바이오차가 케이스에 수용되어 오른쪽 사진의 필터부를 형성한다.
여기서, 상기 케이스는 통풍가능한 재질의 패브릭 커버로 이루어지는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 바이오차가 케이스에 수용되는 양이나 비율에 대해서, 본 발명에서는 이를 한정하지는 않으나 통상 2/3 정도의 내부공간에 바이오차가 수용되는 것이 필터부의 여과기능을 고려할 때 바람직한 것으로 여겨진다.
한편, 본 발명의 시스템에서는 상기 하우징(10)의 상단부에 설치되어 장치 내부에서의 공기 흐름을 원활하게 유도하기 위한 팬(50)이 구비된다.
상기 팬(50)은 상기 유입구(20)에서 공기를 유입시켜 상기 식물 식재부(30) 및 바이오차 필터부(40)를 순서대로 통과하도록 공기의 흐름을 유도하며, 상기 바이오차 필터부(40)를 통과한 후 상기 유출구(60)를 통해 미세먼지 및 부유미생물이 제거된 공기가 배출되도록 한다.
이와 같이 구성된 본 발명의 필터 시스템에서, 식물 식재부와 바이오차 필터부를 통과한 공기의 미세먼지 및 부유미생물의 제거를 살펴보기 위해 아래와 같이 실험을 구성하였다.
도 3은 본 발명에 따른 식물 및 바이오차를 이용한 필터 시스템을 이용한 미세먼지 제거 실험 모식도로서, 공기흐름을 나타내는 도면이다.
실험을 위해, 본 발명의 필터 시스템 통과 전후의 미세먼지를 측정하기 위한 미세먼지 측정기(70)와, 시스템 통과 전후의 부유미생물을 측정하기 위한 부유미생물 샘플러(70)를 설치하며, 시스템 통과 후의 공기를 상기 미세먼지 측정기와 부유미생물 샘플러에 유입시키도록 상기 하우징(10)의 상부에 덮개(80)를 구비할 수 있다.
상기 미세먼지 측정기와 부유미생물 샘플러(70)는 상기 식물 식재부(30) 및 바이오차 필터부(40)를 순서대로 통과한 후 상기 유출구(60)를 통해 배출되는 공기를 측정하도록상기 유출구(60) 상부에 설치됨이 바람직하다.
<실험예>
실험 구성은 식물을 포함하는 식물 식재부(30), 바이오차를 넣어 만든 바이오차 필터부(40), 실내 공기질 및 필터를 지나기 전과 후의 미세먼지 측정기(70), 부유미생물을 샘플링할 수 있는 부유미생물 샘플러(70)로 구성하였다.
1. 상기 하우징(10)으로 높이 1,000mm, 지름 380mm의 PLA 원통을 준비한다.
2. 식물로는 산호수(Ardisia pusilla)와 싱고니움(Syngonium podophyllum)을 각각 3 pot, 총 6pot을 PLA원통 안에 식재한다.
3. 상단부에 223.6ft3/min의 FAN을 설치하여 시스템 내부에서의 공기 흐름을 원활하게 유도한다.
4. 시스템 통과 전 후의 미세먼지 측정은 미세먼지 측정기를 사용한다.
5. 시스템 통과 전 후의 부유미생물 측정은 부유미생물 샘플러를 사용하여 CFU 확인한다.
6. 미세먼지 측정은 6초에 1번씩, 1주일간 진행한다.
특징:
- 1차적으로 식물에 의해서 미세먼지 및 부유미생물 제거 확인하였다.
- 사용 후 추가적인 처리할 필요 없이 바로 폐기 가능하다.
(기존 활성탄 카본필터와 다르게, 미활용 자원의 열분해를 통해 탄소저장과 온실가스 저감이 동시에 가능한 바이오차를 이용한다는 점에서 친환경적인 필터 제조 가능)
- Fan의 유속은 223.6ft3/min으로 동일하게 진행하였다.
- Biochar의 양은 30g으로 진행하였다.
- [도 2]에서 나타낸 것과 같이 시중 마스크와 하드보드지를 이용하여 160 x 160 x 20mm의 필터 틀을 만든 후 바이오차를 30g 넣어서 바이오차 필터를 제작하였다.
- 바이오차 필터를 통과한 공기는 미세먼지 측정기와 부유미생물 샘플러를 통해 미세먼지 농도와 부유미생물 농도를 각각 측정하였다.
● 미세먼지 측정기를 사용한 식물 및 바이오차 필터부의 미세먼지 제거 실험
[도 3]에 나타난 바와 같이, 미세먼지 제거 실험은 바이오차 필터의 존재 하에 식물 식재부 및 바이오차 필터부를 통과하기 전과 후의 미세먼지의 측정을 통해 진행하였다.
- 식물 식재부 및 바이오차 필터를 통과한 공기의 정확한 측정을 위해 식물 식재부 상단부를 마분지로 둘러싼 후 그 속에서 측정하였다.
- Biochar는 필터 속에서 자유롭게 흩날리게 설계하여 공기중 미세먼지를 효율적으로 포획하도록 하였다.
- 미세먼지 측정은 1주일간 진행하였다.
- [도 4]에 나타난 것과 같이 Inlet(실내공기)와 Outlet(식물 식재부 및 바이오차 필터를 통과한 공기)를 비교했을 때, 미세먼지의 농도가 Outlet에서 현저히 줄어들었음을 확인할 수 있다.
- 미세먼지 제거율을 수치상으로 계산하였을 때 75.08%의 결과를 확인하였다.
- 이는 본 발명 바이오차 필터에 의한 부유미생물 제거 효과라고 볼 수 있다.
- 제거 효과가 바이오차 자체에 의한 것인지, 사용된 마스크 자체의 성능인 지를 확인하기 위해 바이오차를 제거한 후 필터 틀만을 이용한 Control 실험도 진행하였다.
● 미세먼지 측정기를 사용한 식물 및 필터 틀의 미세먼지 제거 실험
- [도 5]에 나타난 바와 같이 Control 실험은 바이오차를 제거한 필터 틀만을 이용하여 미세먼지 측정을 진행하였다.
- 식물 식재부 및 바이오차 필터를 통과한 공기의 정확한 측정을 위해 식물 식재부 상단부를 마분지로 둘러싼 후 그 속에서 측정하였다.
- 미세먼지 측정은 9일간 진행하였다.
- [도 6]에 나타난 것과 같이 Inlet(실내공기)와 Outlet(식물 식재부 및 필터 틀을 통과한 공기)를 비교했을 때, 이전 [도 4]의 결과와 달리 크게 차이가 나지 않음을 확인할 수 있다.
- 미세먼지 제거율을 수치상으로 계산하였을 때 58.8904%의 제거율을 확인하였다.
- 이는 본 발명 바이오차 필터에 의한 미세먼지 제거 효과는 바이오차 자체의 성능에 기인한 것으로 볼 수 있다.
- 본 발명을 통한 바이오차 필터 장치는 미세먼지의 제거 효과에 탁월하다는 것을 입증한 결과라고 볼 수 있다.
● 부유미생물 샘플러를 사용한 식물 및 바이오차 필터부의 부유미생물 제거 실험
- [도 7]에서 나타난 바와 같이 실험은 외부공기(Control), 식물 식재부, 식물 식재부 + 바이오차 필터 세 조건에서 진행하였다.
- 식물 식재부 및 바이오차 필터를 통과한 공기의 정확한 측정을 위해 식물 식재부 상단부를 마분지로 둘러싼 후 그 속에서 측정하였다.
- Biochar는 필터 속에서 자유롭게 흩날리게 설계하여 공기중 미생물을 효율적으로 포획하도록 하였다.
- 예비실험을 통하여 유량의 경우 부유세균의 경우 25l/min, 10분, 총 유량 250L, 부유진균의 경우 25l/min, 15분, 총 유량 375L로 결정하였다.
- 부유세균의 경우 세균배양용 배지인 Tryptic soy agar (TSA)를 사용하였고, 부유진균의 경우 진균배양용 배지인 Malt extract agar (MEA)를 사용하였다.
- 부유세균의 경우 샘플링 후 배양기에서 35℃, 48시간 배양하였고, 부유진균의 경우 25℃, 72시간 배양한 후 각각의 집락수 (CFU)를 확인한 후 부유미생물의 농도 (CFU/m3)를 확인하였다.
- [도 8], [도 9]에 나타난 것과 같이 부유세균과 부유진균의 집락수 (CFU) 모두 Control(상부) > 식물 식재부(중간) > 식물 식재부 + 바이오차 필터(하부) 순으로 나타난 것을 확인하였다.
- [도 8], [도 9]에서 확인한 집락수 (CFU)를 실험방법에서 적용한 유량 (250L, 375L)를 이용하여 농도로 변환한 후 그래프 [도 10]을 그려본 결과, 식물 식재부 + 바이오차의 Control 대비 제거율이 부유세균의 경우 86.44%, 부유진균의 경우 84.73%로 나타났다.
- 이는 본 발명 바이오차 필터에 의한 부유미생물 제거 효과라고 볼 수 있다.
- 제거 효과가 바이오차 자체에 의한 것인지, 사용된 마스크 자체의 성능인 지를 확인하기 위해 바이오차를 제거한 후 필터 틀만을 이용한 Control 실험도 진행하였다.
● 부유미생물 샘플러를 사용한 식물 및 필터 틀의 부유미생물 제거 실험
- [도 11]에서 나타난 바와 같이 바이오차 필터부의 바이오차를 제거한 후 필터 틀만을 이용하여 실험을 진행하였다.
- 실험은 외부공기(Control), 식물 식재부, 식물 식재부 + 필터 틀 세 조건에서 진행하였다.
- 식물 식재부 및 필터 틀을 통과한 공기의 정확한 측정을 위해 식물 식재부 상단부를 마분지로 둘러싼 후 그 속에서 측정하였다.
- 유량의 경우 부유세균의 경우 25l/min, 10분, 총 유량 250L, 부유진균의 경우 25l/min, 15분, 총 유량 375L로 결정하였다.
- 부유세균의 경우 세균배양용 배지인 Tryptic soy agar (TSA)를 사용하였고, 부유진균의 경우 진균배양용 배지인 Malt extract agar (MEA)를 사용하였다.
- 부유세균의 경우 샘플링 후 배양기에서 35℃, 48시간 배양하였고, 부유진균의 경우 25℃, 72시간 배양한 후 각각의 집락수 (CFU)를 확인한 후 부유미생물의 농도 (CFU/m3)를 확인하였다.
- [도 12], [도 13]에 나타난 것과 같이 부유세균과 부유진균의 집락수 (CFU) 모두 Control > 식물 식재부 > 식물 식재부 + 필터 틀 순으로 나타난 것을 확인하였다. 86.44 84.73
- [도 12], [도 13]에서 확인한 집락수 (CFU)를 실험방법에서 적용한 유량 (250L, 375L)를 이용하여 농도로 변환한 후 그래프 [도 14]를 그려본 결과, 식물 식재부 + 필터 틀의 Control대비 제거율이 부유세균의 경우 58.97%, 부유진균의 경우 19.04%로 나타났다.
- 이는 본 발명 바이오차 필터에 의한 부유세균 및 부유진균의 제거 효과 (86.44%, 84.73)에 비해 현저히 낮은 값이라 볼 수 있다.
- 이는 본 발명 바이오차 필터에 의한 부유미생물 제거 효과는 바이오차 자체의 성능에 기인한 것으로 볼 수 있다.
- 본 발명을 통한 바이오차 필터 장치는 부유미생물의 제거 효과에 탁월하다는 것을 입증 한 결과라고 볼 수 있다.
- 또한, 바이오차의 독성의 유무를 확인하기 위해 용출액의 독성 평가 실험도 진행하였다.
● 필터에 들어가는 바이오차 용출액 독성 평가
■ 밀 종자 발아 시험
1) 씨앗 길이 측정
<실험방법>
1. Biochar를 grinding하여 체(104μm)로 거름
2. Biochar 각각 0g, 0.2g, 2g, 4g, 10g과 Deionized water (Autoclave 121℃, 15min로 멸균) 40ml를 혼합
3. Shaking incubator에 상온 (25℃)에서 4시간 동안 교반
4. Centrifuge한 후 PVDF (0.2μm) syringe filter로 filtering
5. Biochar 각 g별 용출액에서 10ml씩 petri dish에 분주하여 밀 발아 관찰
2) Disk diffusion test
<실험방법>
1. Biochar을 grinding 하여 채(104μm)로 거름
2. 각각 0.2g, 2g, 4g, 10g 과 Deionized water (Autoclave 121℃, 15 min로 멸균) 40 ml을 혼합
3. Shaking incubator에 상온(25℃)에서 4시간 동안 교반
4. Centrifuge 한 후, PVDF (0.2μm) syringe filter로 filtering
5. 배지는 Muller Hinton Agar 사용
6. S. aureus, B. Subtilis, E. coli, p. aeruginosa 를 MHA 배지에 각각 100μl씩 도말
7. Biochar에서 용출된 용액을 각각 20 μl씩 disc에 분주
8. Control로 DW, DMSO (Dimethyl Sulfoxide) (10-2 로 희석), positive control로 DMSO(10-2로 희석)에 streptomycin sulfate (20μg/ml) 20μl씩 disc에 분주
9. 각 Disc (diameter 6mm)는 S. aureus, B. Subtilis, E. coli, p. aeruginosa 가 도말된 MHA 플 레이트에 올림
10. 37℃에서 배양 24시간 후 clear zone 형성이 되었는지 확인
<실험결과>
- Biochar 양에 따른 용출액에서의 씨앗 길이는 control과 비교시 2일, 3일에서 각각 0.2-1mm 차이로 비슷하게 자라났다.
- Biochar 양에 따른 용출액에서의 씨앗 길이는 control과 비교시 4일째 되는날 표준편차 범위 (최대 7mm)내에서 비슷하게 자라났다.
- Disc diffusion test 결과 Positive control에서만 clear zone이 최대 35.1mm로 나타났다.
- Disc diffusion test 결과 바이오차 용출액에서는 gram positive, negative 모두 clear zone 나타나지 않았다.
- 본 발명을 통한 바이오차 용출액 독성 확인 결과 독성 물질이 포함되지 않아 무해하다는 것을 입증한 결과라고 볼 수 있다.
본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.
10: 하우징
20: 유입구
30: 식물 식재부 40: 바이오차 필터부
50: 팬 60: 유출구
30: 식물 식재부 40: 바이오차 필터부
50: 팬 60: 유출구
Claims (8)
- 장치의 외형을 이루며 내부공간을 제공하는 하우징;
상기 하우징 내부로 외부공기를 유입시키기 위한 유입구;
상기 유입구를 통해 유입된 공기 중 미세먼지 및 부유미생물을 1차적으로 제거하기 위해 하우징 내부에 식물이 식재되는 식물 식재부;
상기 식물 식재부를 거친 공기 중의 미세먼지 및 부유미생물을 2차적으로 제거하기 위한 바이오차 필터부;
상기 하우징의 상단부에 설치되어 장치 내부에서의 공기 흐름을 원활하게 유도하기 위한 팬; 및
상기 바이오차 필터부를 통과하여 미세먼지 및 부유미생물이 제거된 공기가 유출되는 유출구;
를 포함하는 식물 및 바이오차를 이용한 필터 시스템. - 청구항 1에 있어서,
상기 하우징은 상기 유입구, 식물 식재부, 바이오차 필터부 및 유출구가 수직방향으로 나란하게 형성되며,
내부공간이 다수개로 구분되어 구분된 내부공간은 서로 연통되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 식물 및 바이오차를 이용한 필터 시스템. - 청구항 1에 있어서,
상기 유입구는 하우징의 하부에 다수개의 통공으로 구비되며, 상기 유입구에서 유입된 공기는 상기 식물 식재부 및 바이오차 필터부를 순서대로 통과한 후 상기 유출구로 배출되도록 상기 유출구는 하우징의 상부에 형성되는 것을 특징으로 하는 식물 및 바이오차를 이용한 필터 시스템. - 청구항 1에 있어서,
상기 바이오차 필터부는 공기 중 미세먼지 및 부유미생물을 효과적으로 제거하는 다공성의 바이오차와, 상기 바이오차가 내부에 수용되는 케이스로 이루어지는 것을 특징으로 하는 식물 및 바이오차를 이용한 필터 시스템. - 청구항 4에 있어서,
상기 케이스는 통풍가능한 재질의 패브릭 커버로 이루어지는 것을 특징으로 하는 식물 및 바이오차를 이용한 필터 시스템. - 청구항 1에 있어서,
상기 식물 식재부에 식재되는 식물은,
산호수(Ardisia pusilla) 또는 싱고니움(Syngonium podophyllum)을 포함하는 광합성 식물군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 식물 및 바이오차를 이용한 필터 시스템. - 청구항 1에 있어서,
시스템 통과 전후의 미세먼지를 측정하기 위한 미세먼지 측정기; 및
시스템 통과 전후의 부유미생물을 측정하기 위한 부유미생물 샘플러;
가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 식물 및 바이오차를 이용한 필터 시스템. - 청구항 7에 있어서,
시스템 통과 후의 공기를 상기 미세먼지 측정기와 부유미생물 샘플러에 유입시키도록 상기 하우징의 상부에 덮개가 구비되는 것을 특징으로 하는 식물 및 바이오차를 이용한 필터 시스템.
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