KR20240054698A - 공간 및 에너지 효율적인 삼중수소 폐수의 처리 장치 및 이를 이용한 처리 방법 - Google Patents

공간 및 에너지 효율적인 삼중수소 폐수의 처리 장치 및 이를 이용한 처리 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 공간 및 에너지 효율적인 삼중수소를 포함하는 폐수의 처리 장치 및 이를 이용한 처리 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 삼중수소를 포함하는 폐수를 보관하는 용기; LED 광원을 포함하는 LED 케이블; 용기의 하부에 배치되는 가스 공급 케이블; 및 용기를 밀폐하는 투명한 덮개를 포함하며, 상기 가스 공급 케이블은, 공기 버블을 공급하는 버블 공급부를 포함하며 중앙부에 배치되는 제1 케이블, 및 미세 공기 버블을 공급하는 미세버블 공급부를 포함하며 외각부에 배치되는 제2 케이블을 포함하는 것인, 삼중수소를 포함하는 폐수의 처리 장치; 및 이를 이용한 삼중수소를 포함하는 폐수의 처리 방법에 관한 것이다.

Description

공간 및 에너지 효율적인 삼중수소 폐수의 처리 장치 및 이를 이용한 처리 방법{Space and energy efficient apparatus and method to remove tritium from wastewaters}
본 발명은 공간 및 에너지 효율적인 삼중수소 폐수의 처리 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수중 삼중수소 및 이를 포함하는 대용량의 폐수를 처리함에 있어 폐수 처리 운영 에너지 절감 및 부지 공간 활용을 극대화하여 정화할 수 있는 장치 및 이를 이용한 처리 방법에 관한 것이다.
일반적으로 중수로 원전에서는 원자로의 운전에 필요한 냉각재 및 감속재로 중수(D2O)를 사용한다. 원자로의 출력 운전 중 상기 중수의 일부가 중성자와 결합하여 삼중수소(Tritium;　3H 또는 T)로 바뀌어 방사능을 발생하게 되며, 그 발생 농도는 발전소의 가동연수에 따라 증가하게 된다. 삼중수소는 수소 동위 원소의 하나로서, 한 개의 양성자와 두 개의 중성자로 이루어진 질량수 3인 인공 방사성 원소이다. 이러한 삼중수소는 수소의 동위원소 중 가장 무거울 뿐만 아니라 베타 붕괴(β-decay)를 하며, 반감기가 12.3년인 방사성 원소로서 대량 사용 시 방사능 오염을 유발하게 된다.
삼중수소는 저에너지의 베타선을 방출하여 작업자의 호흡 또는 피부를 통해 체내로 유입되어 내부 피폭을 일으키게 된다. 삼중수소에 의한 피폭의 영향을 저감하기 위해 중수로원전에서는 삼중수소제거설비(TRF; Tritium Removal Facility)가 가동되고 있다. 그러나 삼중수소제거설비 또한 수증기 형태의 삼중수소를 완벽히 제거하지 못하고 바닷물로 희석하여 온배수로 방출하고 있는 실정이다. 따라서 바닷물을 식수원으로 이용할 때에는 해수 중의 삼중수소(HTO 혹은 T2O)가 큰 문제가 될 수 있다.
이에, 일본 후쿠시마 원전에서처럼 소규모 혹은 대규모 임시 보관 탱크에 삼중수소 폐수를 보관하는 경우가 종종 있으며, 상황이 여의치 않은 경우에는 삼중수소 폐수를 처리할 마땅한 방법이 없는 실정이다. 한편, 삼중수소를 제거하기 위한 장치에 관한 기술로 한국등록특허 제2005-0006382호는 삼중수소 처리 시스템을 개시하고 있으나, 상기 선행기술은 공기 중의 삼중수소를 제거하기 위한 장치로, 수중으로 배출되는 삼중수소는 제거할 수 없는 문제가 있다.
즉, 현재까지 국내외적으로 액상에 존재하는 삼중수소를 포함하는 대용량의 폐수를 효과적으로 처리하는 기술에 대한 필요성이 증가하고 있는 실정이다. 한편, 미세조류를 이용하여 삼중수소를 제거하는 방법은 매우 친환경적으로, 주간에는 미세조류가 햇빛을 이용하여 광분해 및 농축으로 삼중수소를 제거하지만, 밤이 되면 인위적인 광을 필요로 하므로 장기 반응 과정에서는 상당히 많은 전력이 소모될 수 있는데, 이러한 에너지 비용을 저감할 수 있는 방안이 필요하다. 또한, 많은 양의 삼중수소 폐수가 배출되는 환경에서는 장기 반응을 위해 다량의 대용량 반응 용기가 필요하고 따라서 필요한 부지 면적도 증가되어 장기 에너지 소모 및 유지 관리에 어려움이 클 수밖에 없다. 따라서, 이와 같은 문제를 해결하기 위한 효과적인 대용량 폐수 처리 시스템이 필요하다.
본 발명의 한 측면은 폐수 처리 운영 에너지 절감 및 부지 공간 활용을 극대화시킬 수 있는 삼중수소를 포함하는 폐수의 처리 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 측면은 폐수 처리 운영 에너지 절감 및 부지 공간 활용을 극대화시킬 수 있는 삼중수소를 포함하는 폐수의 처리 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 견지에 의하면, 삼중수소를 포함하는 폐수를 보관하는 용기; LED 광원; 용기의 하부에 배치되는 가스 공급부; 및 용기를 밀폐하는 투명한 덮개를 포함하며, 상기 가스 공급 케이블은, 공기 버블을 공급하는 버블 공급부를 포함하며 중앙부에 배치되는 제1 가스 공급부, 및 미세 공기 버블을 공급하는 미세 버블 공급부를 포함하며 외각부에 배치되는 제2 가스 공급부를 포함하는 것인, 삼중수소를 포함하는 폐수의 처리 장치가 제공된다.
본 발명의 다른 견지에 의하면, 상기 본 발명의 삼중수소를 포함하는 폐수의 처리 장치의 용기에 삼중수소를 포함하는 폐수를 투입하는 단계; 상기 용기에 미세조류를 투입하는 단계; 및 가스 공급부에 의해 공급되는 일반 버블 및 미세 버블의 조합 하에서 LED 광원의 빛을 이용하여 광합성을 유도하는 단계를 포함하는, 삼중수소를 포함하는 폐수의 처리 방법이 제공된다.
본 발명에 의하면 태양광 반응기 시스템을 구축하여 사용되는 에너지를 절감할 수 있고, 물의 광분해로 인해 물의 부피가 점차 줄어든다는 점을 이용하여, 부피가 감소하는 다단계 반응기를 적용하는 경우 대용량 폐수를 효과적으로 처리할 수 있다. 그리고 미세 및 일반 혼합 에어버블에 의한 폐수 순환과 이에 따른 효과적인 세포 자극에 의해 광합성을 활성화함으로써 환경친화적인 공정 운영을 할 수 있다.
도 1은 삼중수소를 포함하는 폐수를 보관하며 용량이 점차 작아지는 3개의 용기를 순차적으로 포함하는, 삼중수소를 포함하는 폐수의 처리 장치를 나타낸 것이다.
도 2는 투명한 경사진 덮개를 포함하는 본 발명의 예시적인 삼중수소를 포함하는 폐수의 처리 장치의 용기를 도식적으로 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 예시적인 삼중수소를 포함하는 폐수의 처리 장치의 하부면(a)을 도시한 것으로 하부에 배치된 예시적인 가스 공급부를 나타낸 것이며, 또한 공기 버블을 상방으로 공급하는 버블 상방 공급부 및 하방으로 공급하는 버블 하방 공급부를 포함하는 예시적인 버블 공급부(b)의 형태를 도시한 것으로, 상방으로는 강한 버블이, 하방으로는 약한 버블이 공급될 수 있다.
도 4는 용기 내부에서 공기 버블 및 미세 공기 버블에 의해 형성되는 폐수의 유동을 도식적으로 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 예시적인 삼중수소를 포함하는 폐수의 처리 장치와 용기의 측면(a) 및 수직 하방(b)을 도식적으로 나타낸 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 의하면 에너지 비용을 저감할 수 있으며, 효과적인 대용량의 삼중수소를 포함하는 폐수를 처리할 수 있는 장치 및 방법이 제공된다. 본 발명에 의하면, 투명한 덮개에 의해 주간에는 미세조류가 햇빛을 이용하여 광분해 및 농축으로 삼중수소를 제거하지만, 밤이 되면 LED 광원으로부터의 인위적인 광을 사용하여 반응할 수 있으며, 장기 반응에 따른 전력량 소모를 줄일 목적으로 도 2에 도시된 바와 같이 용기 외부의 적어도 일면의 표면에 태양광 패널을 설치할 수 있고, 태양광 패널을 태양광 축전지(ESS)와 연결될 수 있다. 그리고 용기 상부 약 1/3 정도를 아크릴 등과 같은 투명 재질로 제작하여 용기 안으로 햇빛의 투과가 훨씬 용이하도록 하였다. 또한, 도 1에 도시한 바와 같이 햇빛이 가리는 반응기 부분 및 반응기 하부 지면에 수직 반사 거울 및/또는 지면 반사 거울을 용기 주변에 배치하여, 주간에 에너지를 저장하여 야간에 이를 사용함으로써 에너지 사용량을 대폭 저감하도록 할 수 있다.
도 5는 본 발명의 예시적인 삼중수소를 포함하는 폐수의 처리 장치의 예를 도식적으로 나타낸 것이다.
보다 상세하게 본 발명의 삼중수소를 포함하는 폐수의 처리 장치는 삼중수소를 포함하는 폐수를 보관하는 용기; LED 광원; 용기의 하부에 배치되는 가스 공급부; 및 용기를 밀폐하는 투명한 덮개를 포함하며, 상기 가스 공급부는, 공기 버블을 공급하는 버블 공급부를 포함하며 중앙부에 배치되는 제1 가스 공급부, 및 미세 공기 버블을 공급하는 미세 버블 공급부를 포함하며 외각부에 배치되는 제2 가스 공급부를 포함하는 것이다.
도 5를 참고하면, 삼중수소를 포함하는 폐수를 보관하는 원통형 용기 내에 원통형으로 설치된 LED 광원 구조를 포함할 수 있으며, LED 광원은 도 5에 도시된 바에 제한되는 것은 아니며, 용기의 형태에 맞추어 배치될 수 있으며, 용기의 크기에 따라 높이를 따라 복수의 영역을 구성하도록 포함될 수 있다.
한편, 본 발명에 있어서 LED 광원을 제공하는 구조는 특히 제한되는 것은 아니며, 가스 공급부 역시 특히 제한되는 것은 아니나 예를 들어 관(호스) 형태일 수 있으며, 그 재질은 방수 재질이라면 특히 제한되지 않으며, 유연성이 있는 재질인 것이 보다 바람직하고, LED 광원을 제공하는 구조의 경우 빛이 투과할 수 있는 투명 재질인 것이 바람직하다. 예를 들어 연성이 있는 고분자 수지, 예를 들어 폴리에틸렌, PVPF(polyvinylidene fluoride), 테프론 등의 재료로 튜브 형태로 제조된 케이블일 수 있다.
상기 LED 광원은 태양광과 유사한 여러 파장의 빛을 제공할 목적으로 백색 광원, 적색 광원, 청색 광원 및 녹색 광원의 조합을 포함하는 것이 바람직하며, 이들 광원을 하나의 구조 내에 배치하거나, 또는 각 광원을 별개의 관 등의 구조에 배치하여 이들 조합을 용기 내에 배치하여 사용할 수도 있다.
본 발명에서는 미세조류의 광합성 반응 중 특히 명반응을 활성화시키고자, 특정 파장 빛의 비율을 높일 수 있다. 즉, 미세조류에서 광합성이 이뤄지는 장소는 엽록체인데, 보다 상세하게는 내부 틸라코이드 막 표면의 엽록소라는 곳에서 명반응이 이뤄지며, 가시광선 영역(380 ~ 800 nm) 중 적색광과 청색광을 주로 흡수하고 있다. 특히 틸라코이드 막에는 엽록소 a, b를 가진 두 개의 광계(광화학반응계)가 존재하여 물을 수소이온(H+), 전자(e-), 그리고 산소(O2)로 각각 광분해하는데, 광계 I은 700 nm 원적색광, 광계 II는 680 nm 적색광을 흡수한다. 결국, 미세조류의 광합성 반응 중 명반응을 활성화시키기 위해서는 적색광 비율을 높일 필요가 있다. 따라서, 백색 광원, 적색 광원, 청색 광원 및 녹색 광원의 비율은 특히 제한되는 것은 아니나, 예를 들어 적색 광원: 청색 광원: 녹색 광원을 50 내지 80: 20 내지 50의 비율로 포함할 수 있다. 또한, 미세조류 배양에서 이뤄지고 있는 일반적인 명암 주기(비율), 예를 들어, 하루 12시간:12시간을 따로 설정하지 않고, 하루 24시간 연속 LED 광을 조사하여 명반응을 더욱 강화시켜 미세조류에 의한 삼중수소 분해, 흡수 및 산소(O2) 발생 효과를 더욱 향상시킬 수 있다. 이처럼 LED 적색광 비율을 높이고 하루 24시간 연속적으로 LED 광을 조사하여 미세조류 세포 내, 자세하게는 엽록체 틸라코이드 막 내부에 삼중수소 이온들이 효과적으로 농축되도록 하였다.
LED 광원에 의해 방출되는 빛의 광도는 50 내지 200 μmol/m2·s인 것이 바람직하며, 광도가 그 미만인 경우 미세조류의 생장이 불충분할 수 있고, 광도가 이를 초과하는 경우 미세조류 괴사 등의 문제가 있을 수 있다.
한편, 본 발명에 있어서 가스 공급부는, 공기 버블을 공급하는 버블 공급부를 포함하며 중앙부에 배치되는 제1 가스 공급부, 및 미세 공기 버블을 공급하는 미세 버블 공급부를 포함하며 외각부에 배치되는 제2 가스 공급부를 포함하는 것으로, 이러한 가스 공급부의 배치에 의해 도 4에 도시한 바와 같이 중앙부에서 폐수의 상방으로의 흐름에 기초하여 용기 내 전체적인 흐름을 유도하여 미세조류의 광합성을 극대화할 수 있다.
한편, 상기 버블 공급부는 공기 버블을 상방으로 공급하는 버블 상방 공급부 및 하방으로 공급하는 버블 하방 공급부를 포함하는 것일 수 있으며, 이때 버블 상방 공급부의 상기 공기 버블은 100 내지 10,000 m3/hr, 예를 들어 200 내지 1,000 m3/hr의 양으로 공급되며, 상기 공기 미세 버블은 1 내지 100 m3/hr, 예를 들어 10 내지 50 m3/hr의 양으로 공급되어, 상방으로 공급되는 강한 버블을 폐수의 주요 흐름을 형성하고, 하방으로 공급되는 약한 버블은 침전된 조류의 재부유를 유도할 수 있다.
한편, 본 발명에 있어서 중앙부는 용기의 중앙에서 가장 단거리의 용기 측벽까지의 거리를 기준으로, 예를 들어 용기가 원통형인 경우 용기의 중심에서 반지름을 기준으로, 중앙에서 상기 거리 또는 반지름 길이 50% 이내, 예를 들어 30% 이내의 영역을 의미하는 것일 수 있다.
상기 미세버블 공급부는 미세 공기 버블을 상방으로 공급하는 미세 버블 상방 공급부를 포함할 수 있다.
본 발명의 가스 공급부에 의해 공급되는 가스는 공기 또는 공기와 이산화탄소의 혼합 가스일 수 있다. 예를 들어, 상기 가스 공급부는 공기 및 이산화탄소의 조합을 공급하는 것으로, 공기 및 이산화탄소의 비율은 필요에 따라 조절할 수 있으나, 예를 들어 이산화탄소는 전체 가스 중 0.0 내지 0.5 부피%의 함량으로 포함될 수 있다. 이산화탄소의 양이 이를 초과하는 경우 pH가 급격히 떨어질 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 미세 버블은 평균 입경이 10 nm 내지 100 μm, 예를 들어 10 nm 내지 1,000 nm 인 나노 사이즈의 버블을 포함하는 것으로, 이를 공급하는 가스 공급부의 형태는 미세 버블을 공급할 수 있는 것이라면 특히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어 관 말단에 미세 버블을 공급하기 위한 나노 다공성 구조를 구비할 수 있다. 나노 다공성 구조는 예를 들어 인조석, 금속 재료, 고강도 플라스틱 등의 재료로 제조된 다공성 구조로 수십 nm 크기 이상의 기공을 보유하는 것일 수 있다.
본 발명의 미세 버블은 미세 조류와 부딪히면서 다양한 각도로 세포에 회전을 줄 수 있기 때문에 LED 광원으로부터의 광 에너지를 다양한 각도에서 일정하게 받을 수 있도록 하는 반면, 일반 버블은 세포 운동에 변화를 크게 주기 어렵다. 즉, 강한 물살에 의한 물 순환은 각 세포의 운동에 변화를 주기 어려우며 오히려 강한 물살은 세포 반대 쪽에 강한 압력을 작용하도록 하여 세포의 형태가 일그러지거나 스트레스를 받을 수 있다. 따라서, 본 발명에 의하면 버블 공급부에 의해 폐수의 흐름을 형성하도록 중앙부 상방으로 상한 일반 버블이 공급되고, 하방으로 약한 일반 버블이 공급되어 폐수의 흐름을 형성하면서, 이와 함께 외각부에서 부력이 강하지 않고 미세조류들을 분산시키는데 유리한 미세 버블이 제공될 수 있도록 할 수 있다. 미세버블 표면은 표면적이 넓고 음전하로 하전되어 있어 양이온인 삼중수소 이온(3H+)을 수착하여 세포 내로 흡수되게 하는데 유리하다.
나아가, 용기 바닥을 기준으로 용기 높이(h) 1/10 내지 1/2 영역에 용기 내측으로 돌출된 돌출부를 형성하여 도 4와 같은 폐수의 흐름을 형성할 수 있다. 돌출부의 돌출 길이는 용기의 중앙에서 가장 단거리의 용기 측벽까지의 거리를 기준으로, 예를 들어 용기가 원통형인 경우 용기의 중심에서 반지름을 기준으로 약 5 내지 20%일 수 있다. 하강하는 폐수는 상기 돌출부 장애물을 만나 와류가 형성되고 세포들이 각기 흩어지도록 하며 이차적으로 미세 버블의 자극을 받을 수 있게 한다.
더욱이 미세버블은 미세조류 크기 보다 작아 미세조류의 세포 벽에 부딪혔을 때, 적당한 표면 자극 및 활성화를 유도하여 광합성 및 삼중수소 물 분자(T2O) 흡수에 도움을 줄 수 있으며, 특히 미세 버블은 물 속에 용존될 수 있는 이산화탄소의 함량을 높여주어 세포 성장 및 활성화에 도움을 줄 수 있다.
그 결과 본 발명에 의하면 하기와 같은 반응식 1에 의한 미세조류의 광합성이 극대화될 수 있으며, 이와 같은 광합성 반응을 통해 물속의 삼중수소가 포도당(C6H12O6)으로 고농축 및 고정화될 수 있다.
6CO2 + 12H2O + 빛(LED) → C6H12O6 + 6O2 + 6H2O [반응식 1]
이와 같이 본 발명에 의하면 일반 버블과 함께 풍부한 미세버블의 제공을 통해 삼중수소 이온(3H+)과 삼중수소 물분자(HTO 혹은 T2O)의 공급이 미세조류의 세포 내로 원활히 이루어져 미세조류의 세포 내 삼중수소 흡수를 도울 수 있다.
또한, 앞서 언급한 적색광의 비율 및 광도를 더욱 높이고, 폐수 반응 동안 24시간 연속 빛을 조사하면 반응식 2와 같이 명반응에 의한 물 분해, 수소이온 농축 및 산소 발생이 향상되어 폐수의 부피가 꾸준히 줄게 된다.
12H2O + 12NADP+ + 18ADP + 빛(LED) → 6O2 + 12NADPH + 18ATP [반응식 2]
명반응과 관련한 [반응식 2]에서는 ATP 및 NADPH 조효소가 부가적으로 생성된다. 위의 반응식에서 알 수 있는 것처럼, 1회 사이클 반응에서 12분자의 물이 분해되어 6분자의 산소가 생성되면서 물 부피가 점차 감소한다.
본 발명에 의하면 10일 이내에 삼중수소 폐수의 부피가 대략 1/3까지 줄어들기 때문에 폐수 부피 감량 및 사후 관리가 용이해진다. 따라서, 본 발명의 상기 장치는 용량이 상이한 2개 내지 5개의 용기를 포함하며, 상기 용기는 용량이 큰 용기부터 보다 작은 용량을 갖는 용기가 순차적으로 배치될 수 있으며, 예를 들어 도 1과 같이 제 1 용기의 용량을 기준으로, 제2 용기는 제1 용기의 50% 용량, 제3 용기는 제2 용기의 50% 용량을 가지며, 순차적으로 배치될 수 있다. 이와 같이 미세조류 광합성에 의한 폐수 부피 감소 현상을 효과적으로 이용하여 1차 반응이 끝난 폐수를 다른 소용량 2차, 나아가 3차 반응기로 보내 부지 공간을 효과적으로 줄여 활용할 수 있다. 이를 통해 폐수 처리 운영 에너지 절감 및 부지 공간 활용을 극대화할 수 있다.
이와 같이 미세 버블 및 일반 버들의 조합과 고비율 적색광 LED 조사를 통해, 미세조류에 의한 삼중수소 흡수 및 농축이 활성화되고 물의 생광분해에 의한 O2 발생을 촉진시켜 삼중수소 흡수와 폐수 부피 감량이 함께 이뤄질 수 있는 장점이 있다.
한편, 가스 공급부는 바람직하게는 폐수가 보관된 용기의 하단부에 배치되는 것이며, 다만 본 발명의 미세버블은 이동거리가 길지 않기 때문에 용기의 깊이가 깊은 경우 상기 비세 버블 공급부는 수직 방향으로 다층으로 배치될 수 있다. 본 발명에 있어서 '층'으로 지칭하는 것은 예를 들어 '가스 공급부 층'의 경우 가스 공급부가 존재하는 수직 영역을 의미한다.
폐수가 보관된 용기의 깊이(높이)가 깊지 않은 경우 폐수가 보관된 용기 바닥에 배치될 수 있고, 폐수가 보관된 용기의 깊이(높이)에 따라 가스 공급 케이블 층을 일정한 간격으로 배치할 수 있다.
상기 가스 공급부는 수평한 2차원의 네트워크를 형성하는 것일 수 있으며, 예를 들어 도 5와 같이 수평한 복수의 직선 형태, 또는 하나의 선으로 이어진 원형, 연속적인 S자 형태, 격자 형태 등 가스 공급 케이블의 배치 형태는 특히 제한되지 않는다.
한편, 상기 LED 광원은 폐수가 포함된 용기의 전 영역에 광이 도달하도록 어떠한 제한되지 않는 형태로 배치될 수 있으며, 예를 들어 도 5와 같이 용기의 안쪽면 또는 양면과 같이 적어도 한 측면에, 적어도 하나의 층을 형성하도록 배치될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
나아가, 본 발명의 상기 삼중수소를 포함하는 폐수의 처리 장치는 폐수가 담기는 용기에 냉각기, 히터 또는 이들의 조합을 추가로 포함하여 용기 및 폐수의 온도를 조절할 수 있는 것일 수 있으며, 상기 냉각기는 폐수가 보관된 용기의 상단부, 즉 폐수와 공기의 기액 계면을 기준으로 용기 내 상부의 기체가 존재하는 영역의 장치 측에 추가로 배치되어 수증기 형태의 삼중수소가 발생하는 경우 이를 냉각시켜 다시 폐수로 유입되도록 하여 외부로 달아나는 삼중수소에 의한 대기 오염을 방지할 수 있다. 이 경우 상기 폐수가 보관된 용기의 상단부에 배치되는 냉각기는 냉풍기 형태일 수 있다. 이때 상기 상단부에 배치되는 냉각기는 용기 내의 공기가 10℃ 내지 15℃의 온도로 냉각되어 수증기에서 폐수로 회수되도록 운전될 수 있다.
나아가, 본 발명의 상기 덮개는 예를 들어 투명한 재질, 예를 들어 유리, 투명한 고분자 수지 등의 재질로 형성될 수 있으며, 이 경우 덮개로부터 낮에 충분한 햇빛이 공급되도록 할 수 있다.
한편, 상기 덮개의 하면은 하나 이상의 경사 돌출부를 포함하는 것일 수 있으며, 예를 들어 도 2와 같이 증발되는 삼중수소를 포함하는 수증기가 용기 안 상부에서 응축되고 중력에 의해 반응기로 다시 낙하하도록 유도할 수 있다. 다만, 이와 같은 경사 돌출부의 형태는 특히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어 10°이상의 경사도를 갖는 구조일 수 있다.
추가적으로 필요에 따라 덮개 측에 에어/가스 출구(70)를 설치하여, 삼중수소 물 분자 포획 및 포획 응축수의 반응조 유입을 유도하여 발생 가스, 예를 들어 산소(O2), 공기(air) 등만 외부로 발산할 수 있도록 할 수 있다.
또한, 도 1과 같이 미세조류 배양/공급조(50)와 사용 후 미세조류 슬러지 저장조(60)를 따로 만들고, 미세조류 공급 및 회수를 위해 반응기 하부를 파이프 라인으로 연결할 수 있다. 필요에 따라 적절한 위치에 펌프 및/또는 여과장치를 추가로 설치할 수 있다.
본 발명의 다른 견지에 의하면, 상기 본 발명의 삼중수소를 포함하는 폐수의 처리 장치를 이용하여 삼중수소를 포함하는 폐수를 처리하는 방법이 제공된다.
본 발명의 삼중수소를 포함하는 폐수를 처리하는 방법에 적용되는 장치와 관련하여서는 상기 장치와 관련하여 기술한 내용이 모두 적용될 수 있다.
보다 상세하게 본 발명의 삼중수소를 포함하는 폐수의 처리 방법은 상기 본 삼중수소를 포함하는 폐수의 처리 장치의 용기에 삼중수소를 포함하는 폐수를 투입하는 단계; 상기 용기에 미세조류를 투입하는 단계; 및 가스 공급부에 의해 공급되는 일반 버블 및 미세 버블의 조합 하에서 LED 광원의 빛을 이용하여 광합성을 유도하는 단계를 포함하는 것이다.
본 발명에 있어서, 상기 공기 버블은 100 내지 10,000 m3/hr, 예를 들어 200 내지 1,000 m3/hr의 양으로 공급되며, 상기 공기 미세 버블은 1 내지 100 m3/hr, 예를 들어 10 내지 50 m3/hr의 양으로 공급되는 것일 수 있으며, 상기 미세버블의 공급이 그 미만인 경우에는 광합성 극대화가 원활하게 이루지지 않을 수 있으며, 미세버블의 공급이 과도하게 이루어지는 경우 수면 위 거품 발생이 많아져 빛을 차단하거나 물의 증발산량이 과다해질 수 있고, 한편 일반 공기 버블이 그 미만인 경우에는 폐수의 흐름이 원활하게 형성되지 않을 수 있으며, 이를 초과하는 경우 압력에 의해 미세 조류의 생장에 불리할 수 있다.
본 발명에 적용될 수 있는 상기 미세조류는 테트라셀미스(Tetraselmis), 듀날리엘라(Dunaliella), 클로렐라(Chlorella), 난노클로롭시스(Nannochloropsis), 이소크리시스(Isochrysis), 클라미도모나스(Chlamydomonas), 골렌키니아(Golenkinia), 헤마토코쿠스(Haematococcus), 스피룰리나(Spirulina), 세네데스머스(Scenedesmus) 및 채토세로스(Chaetoceros) 중 선택되는 적어도 하나인 것일 수 있다. 이때, 상기 미세조류는 폐수 1ml 당 10,000 내지 200,000 세포(cell) 양으로 추가될 수 있으며, 그 미만인 경우 삼중수소 제거 효율이 저하될 수 있으며, 이를 초과하는 경우 미세조류 슬러지 및 분비물이 많아져 세포 활성도가 떨어지고 광합성 효율이 저하될 수 있다.
한편, 상기 용기의 폐수는 pH 6 내지 8 및 15 내지 25℃의 온도로 유지되는 것이 바람직하며, 이과 같은 조건에서 미세조류의 광합성이 극대화될 수 있다. 상기 pH가 중성 내지 약알칼리 범위를 유지하도록 HCl, NaOH 등의 산 및/또는 알칼리를 투입하여 pH를 조절할 수 있다.
10: 가스 공급부
11: 버블 공급부 (버블 발생점)
12: 미세 버블 공급부 (미세 버블 발생점)
13: 가스 공급부 지지대
20: LED 광원
21, 21': LED 광원 지지대
30: 돌출부
40: 태양광 판넬
50: 미세조류 배양조
60: 사용 후 미세조류 저장조
70: 에어/가스 출구
80: 덮개
90: 거울
100: 용기(반응조)

Claims (14)

  1. 삼중수소를 포함하는 폐수를 보관하는 용기;
    LED 광원;
    용기의 하부에 배치되는 가스 공급부; 및
    용기를 밀폐하는 투명한 덮개를 포함하며,
    상기 가스 공급 케이블은, 공기 버블을 공급하는 버블 공급부를 포함하며 중앙부에 배치되는 제1 케이블, 및 미세 공기 버블을 공급하는 미세 버블 공급부를 포함하며 외각부에 배치되는 제2 케이블을 포함하는 것인,
    삼중수소를 포함하는 폐수의 처리 장치.
  2. 제1항이 있어서, 상기 버블 공급부는 공기 버블을 상방으로 공급하는 버블 상방 공급부 및 하방으로 공급하는 버블 하방 공급부를 포함하는, 삼중수소를 포함하는 폐수의 처리 장치.
  3. 제1항이 있어서, 상기 버블 공급부는 미세 공기 버블을 상방으로 공급하는 미세 버블 상방 공급부를 포함하는, 삼중수소를 포함하는 폐수의 처리 장치.
  4. 제1항이 있어서, 용기 바닥을 기준으로 용기 높이(h) 1/10 내지 1/2 영역에 용기 내측으로 돌출된 돌출부를 포함하는, 삼중수소를 포함하는 폐수의 처리 장치.
  5. 제1항이 있어서, 상기 장치는 용량이 상이한 2개 내지 5개의 용기를 포함하며, 상기 용기는 용량이 큰 용기부터 보다 작은 용량을 갖는 용기가 순차적으로 배치되는, 삼중수소를 포함하는 폐수의 처리 장치.
  6. 제1항이 있어서, 용기 외부의 적어도 일면에 배치된 태양광 패널을 포함하는, 삼중수소를 포함하는 폐수의 처리 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 LED 광원은 백색 광원, 적색 광원, 청색 광원 및 녹색 광원 중 적어도 하나를 포함하는, 삼중수소를 포함하는 폐수의 처리 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 LED 광원은 적색 광원과 청색 광원을 60:40 내지 100:0의 비율로 포함하는, 삼중수소를 포함하는 폐수의 처리 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 미세 버블은 평균 입경이 10 nm 내지 100 μm인 버블을 포함하는, 삼중수소를 포함하는 폐수의 처리 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 덮개의 하면은 하나 이상의 경사 돌출부를 포함하는, 삼중수소를 포함하는 폐수의 처리 장치.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항의 삼중수소를 포함하는 폐수의 처리 장치의 용기에 삼중수소를 포함하는 폐수를 투입하는 단계;
    상기 용기에 미세조류를 투입하는 단계; 및
    가스 공급 케이블에 의해 공급되는 미세 버블 하에서 LED 케이블의 빛을 이용하여 광합성을 유도하는 단계
    를 포함하는, 삼중수소를 포함하는 폐수의 처리 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 공기 버블은 100 내지 10,000 m3/hr의 양으로 공급되며, 상기 공기 미세 버블은 1 내지 100 m3/hr의 양으로 공급되는, 삼중수소를 포함하는 폐수의 처리 방법.
  13. 제11항에 있어서, 상기 미세조류는 테트라셀미스(Tetraselmis), 듀날리엘라(Dunaliella), 클로렐라(Chlorella), 난노클로롭시스(Nannochloropsis), 이소크리시스(Isochrysis), 클라미도모나스(Chlamydomonas), 골렌키니아(Golenkinia), 헤마토코쿠스(Haematococcus), 스피룰리나(Spirulina), 세네데스머스(Scenedesmus) 및 채토세로스(Chaetoceros) 중 선택되는 적어도 하나인, 삼중수소를 포함하는 폐수의 처리 방법.
  14. 제11항에 있어서, 상기 용기의 폐수는 pH 6 내지 8 및 15 내지 25℃의 온도로 유지되는, 삼중수소를 포함하는 폐수의 처리 방법.
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