WO2022239947A1 - 미세조류를 이용한 실내 공기 정화 시스템 - Google Patents

미세조류를 이용한 실내 공기 정화 시스템 Download PDF

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WO2022239947A1
WO2022239947A1 PCT/KR2022/003371 KR2022003371W WO2022239947A1 WO 2022239947 A1 WO2022239947 A1 WO 2022239947A1 KR 2022003371 W KR2022003371 W KR 2022003371W WO 2022239947 A1 WO2022239947 A1 WO 2022239947A1
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WO
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microalgae
fine dust
indoor air
air
purification system
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PCT/KR2022/003371
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English (en)
French (fr)
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박재연
문승주
형준호
김은주
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재단법인차세대융합기술연구원
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Publication date
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M1/00—Apparatus for enzymology or microbiology
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M1/00—Apparatus for enzymology or microbiology
    • C12M1/12—Apparatus for enzymology or microbiology with sterilisation, filtration or dialysis means
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N1/00—Microorganisms, e.g. protozoa; Compositions thereof; Processes of propagating, maintaining or preserving microorganisms or compositions thereof; Processes of preparing or isolating a composition containing a microorganism; Culture media therefor
    • C12N1/12—Unicellular algae; Culture media therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F13/00—Details common to, or for air-conditioning, air-humidification, ventilation or use of air currents for screening
    • F24F13/20—Casings or covers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F8/00—Treatment, e.g. purification, of air supplied to human living or working spaces otherwise than by heating, cooling, humidifying or drying
    • F24F8/10—Treatment, e.g. purification, of air supplied to human living or working spaces otherwise than by heating, cooling, humidifying or drying by separation, e.g. by filtering
    • F24F8/175—Treatment, e.g. purification, of air supplied to human living or working spaces otherwise than by heating, cooling, humidifying or drying by separation, e.g. by filtering using biological materials, plants or microorganisms
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
    • Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters

Definitions

  • the present invention relates to an indoor air purification system using microalgae. More specifically, the present invention uses novel microalgae, but at the same time as the ability to remove water-soluble contaminants and carbon dioxide such as nitrogen oxides, sulfur oxides, and ammonium in fine dust of the microalgae, using microalgae that utilizes the ability to release oxygen It is about an indoor air purification system.
  • fine dust is generated when sulfur contained in coal and petroleum is combined with oxygen by combustion, and sulfur dioxide (SO 2 ), which is the biggest cause of air pollution, and nitrogen in the air when fuel is burned at high temperatures
  • SO 2 sulfur dioxide
  • SO 2 sulfur dioxide
  • such fine dust is less than 10 ⁇ m in diameter, which is about 1/10 the thickness of a human hair, and is not filtered by the bronchi such as the nose and mouth, but enters and accumulates in the body.
  • IARC International Agency for Research on Cancer
  • WHO World Health Organization
  • ultrafine dust with a diameter of 2.5 ⁇ m or less is extremely small, so it can penetrate into blood vessels through alveoli and cause inflammation. In this process, blood vessels are damaged, increasing the risk of angina or stroke. If it continuously accumulates in the body, it makes oxygen exchange difficult and causes related diseases to be aggravated.
  • Patent Document 1 Korean Patent Registration Publication No. 10-2115764 (registered on May 21, 2020)
  • the present invention selects microalgae having a high fine dust reduction effect through experiments, removes water-soluble contaminants such as nitrogen oxides, sulfur oxides, and ammonium in fine dust and carbon dioxide, and at the same time removes oxygen. It is intended to provide an indoor air purification system using microalgae of a new structure that can be discharged.
  • the present invention a water tank carrying a microalgae culture solution having fine dust removal ability; a top plate installed on top of the water tank; and a lower plate installed at the lower part of the water tank, wherein the water tank controls the amount of externally contaminated air containing fine dust particles dissolved into the culture medium carried in the water tank.
  • the upper plate includes an inlet for injecting the culture medium and microalgae into the tank and an outlet for discharging purified air
  • the lower plate includes a microalgae into the tank.
  • a purification unit having an air intake unit capable of introducing externally contaminated air containing dust particles, and the microalgae are selected from the group consisting of Tetraselmis jejuensis, Rhodomonas lens, Chlamydomonas bilatus, and Dangeardinia metastigma.
  • the culture medium has a salinity selected from the group consisting of 0.1%, 0.3%, 0.5%, 0.8% and 1.6% to 3.0%, an indoor air purification system using microalgae. to provide.
  • microalgae when the microalgae is a Rhodomonas lens, when the fine dust contained in the air introduced through the air intake is supplied, the red color is darkened, indoor air purification using microalgae provide the system.
  • the present invention when the microalgae is Chlamydomonas bilatus, when the fine dust contained in the air introduced through the air intake is supplied, the yellowish green color is darkened, indoor air purification using microalgae provide the system.
  • the present invention when the microalgae is Dangeardinia metastigma, when the fine dust contained in the air introduced through the air intake is supplied, the blue-green color becomes darker, an indoor air purification system using microalgae to provide.
  • the present invention the water tank, the first moving pipe installed to move the microalgae grown through the organic compounds contained in the fine dust dissolved in the culture medium inside the water tank to the purification unit so that they can be filtered and filtered.
  • an indoor air purification system using microalgae characterized in that it includes a second moving pipe installed to move the culture solution remaining after the microalgae grown in the purification unit is filtered back into the water tank.
  • the purification system a circulation pump for introducing the culture solution containing the grown microalgae moved inside the water tank; a filter for filtering the culture solution containing the grown microalgae moved by the circulation pump; And it provides an indoor air purification system using microalgae, characterized in that it further comprises an air injection pump capable of controlling externally polluted air containing fine dust particles flowing into the air intake unit.
  • the present invention provides an indoor air purification system using microalgae, characterized in that it additionally comprises an LED lamp installed to grow microalgae inside the water tank.
  • the present invention provides an indoor air purification system using microalgae, characterized in that it further comprises a discharge pipe installed to discharge the culture medium and microalgae contaminated in the water tank over a predetermined period of time. .
  • indoor air is circulated into the system by continuous aeration, and when the indoor air passes through the system, ultrafine dust, fine dust, VOC, and CO in the air are generated by microalgae. 2 can be reduced, and it has the advantage of creating indoor air that feels comfortable by generating oxygen beneficial to the human body and maintaining humidity.
  • the indoor air purification system using microalgae according to the present invention can change the color of indoor lighting according to the type of microalgae used, so it can be applied to various interior lighting.
  • FIG. 1 is a perspective view of the overall configuration of the present invention.
  • FIG. 2 is a view of the center of a purification unit, which is one component of the present invention.
  • FIG. 3 is a front sectional view of the present invention.
  • 5a and 5b are actual installation photos for confirming the effect of purifying indoor air using microalgae used in the present invention.
  • 6 is a photograph of an actual experiment, showing a color change for each operating time of an indoor air purification system using Tetraselmis jejuensis microalgae.
  • FIG. 7 is a photograph showing the colors of Dangeardinia metastigma, Rhodomonas lens, and Chlamydomonas bilatus used in an air purification system using microalgae.
  • FIG. 8 is a graph showing the fine dust removal effect and carbon dioxide concentration change as average values when the indoor air purification system using each of the four types of microalgae according to the present invention is installed and used.
  • FIG. 1 is a perspective view of the entire configuration of the present invention
  • FIG. 2 is a central view of a purification unit, which is one component of the present invention
  • FIG. 3 is a front cross-sectional view of the present invention
  • FIG. 4 is a side cross-sectional view of the present invention.
  • an indoor air purification system 100 using microalgae includes a water tank 20 and a top plate 10 installed on top of the water tank; It may include a lower plate 50 installed in the lower part of the water tank.
  • the water tank 20 may contain a culture medium of microalgae capable of removing fine dust.
  • culture medium in the present specification may mean “water” including seawater or fresh water, as long as microalgae can be cultured, and may be referred to as “water” in the present specification in some cases. .
  • the shape of the water tank 20 is not particularly limited, but may be variously changed depending on, for example, the environment of the place where it is installed, and the culture solution supported in the water tank 20 preferably has a salinity within a predetermined range.
  • the salinity of the culture solution may be one selected from the group consisting of 0.1%, 0.3%, 0.5%, 0.8% and 1.6% to 3.0%.
  • the salinity may be selected differently from the range of the above-described salinity according to the type of microalgae used or environmental conditions of use.
  • the upper plate 10 may include an injection part for injecting the culture medium and microalgae into the water tank 20 and a discharge part for discharging purified air.
  • the shape of the injection part and the discharge part are not particularly limited, and may have a structure or form in which the entire top plate is opened or closed in the form of a lid or a structure or form including a plurality of holes on the upper surface of the top plate.
  • the injection unit may be located on the upper surface of the upper plate 10, but is not necessarily limited to be located on the upper surface of the upper plate, and may supply microalgae and a culture solution of the microalgae into the water tank 20. If there is a structure, it can be installed at any position of the top plate 10, and it can be installed as a structure that is installed separately from the top plate and connected along a pipe.
  • the injection part or the discharge part may have a form in which a plurality of holes are formed so that microalgae or a culture solution for the microalgae may be injected into the water tank 20 or the air purified in the air may be discharged, or may be formed long in the longitudinal direction. It may be, but is not particularly limited thereto.
  • a microalgae or culture solution flow pipe that can be directly connected to the tank 20 is provided so that the microalgae or the culture solution for the microalgae can be more efficiently injected into the tank 20 It may be implemented so that the microalgae and the culture solution can be injected into the water tank 20 through the flow pipe of the microalgae or the culture solution.
  • the lower plate 50 may include a purification unit provided with an air intake unit 70 capable of introducing externally contaminated air containing fine dust particles into the water tank.
  • the air intake unit 70 is disclosed on the lower side of the lower plate 50, but is not necessarily limited to the lower side, and external air may flow into the water tank 20 according to the environment of the place where the system according to the present invention is installed. If the structure is possible, it may be provided on the upper side or middle portion of the lower plate 50.
  • the path through which the external air is introduced into the water tank 20 may be in various forms, and although not shown in the drawing, for example, air introduced from the outside directly flows into the water tank 20 through a separately installed air flow pipe.
  • a supply path or a tank in which air introduced from the outside can be first stored is installed, and air regulators 40 and 41, which will be described later, are connected to the tank to perform External air stored in the tank may be supplied to the water tank 20 through the air flow pipe by the pressure of the air regulators 40 and 41 .
  • the water tank may include air regulators 40 and 41 to adjust the amount of externally contaminated air containing fine dust particles dissolved into the culture medium supported in the water tank.
  • the amount of externally polluted air introduced into the water tank 20 through the air regulators 40 and 41 that is, the amount of externally polluted air containing fine dust particles melted into the culture medium supported in the water tank. can be adjusted, which can be performed by controlling the amount of bubbles generated.
  • the water tank includes a first moving pipe (30 or 31) and a second moving pipe 30 or 31 installed to move the culture solution left after the filtered microalgae moved to the purification system to the inside of the water tank.
  • the filtered culture solution may be injected back into the tank through the second moving pipe and circulated.
  • the filtered microalgae may be used as an extraction material for other useful substances.
  • the purification unit as can be seen in Figure 2, the circulation pump 61 to allow the culture solution containing the grown microalgae moved inside the water tank to flow; A filter 60 for filtering the culture solution containing the grown microalgae moved by the circulation pump; and an air injection pump 62 capable of controlling externally polluted air including fine dust particles flowing into the air intake unit.
  • the filter 60 may perform a filtering process by the filter or the like including filters composed of a plurality of meshes and spaced apart at predetermined intervals.
  • the filter may be a filter 610 made of a plurality of meshes as described above, or may be a filter paper type filter in consideration of the size of the microalgae.
  • the grown microalgae filtered by the filter consisting of a plurality of meshes or the filter paper filter can be used more efficiently as a material capable of extracting a separate useful substance as described above.
  • the indoor air purification system 100 using microalgae according to the present invention may additionally include an LED lamp 90 installed to grow microalgae inside the water tank.
  • the LED lamp 90 may be installed on the lower side of the water tank 20 in the drawing, it may be appropriately changed and applied depending on the environment of the installation place or various other conditions.
  • the microalgae injected into the water tank 20 through the light source by the LED lamp 90 and the organic compound contained in the fine dust contained in the outside air supplied to the water tank 20. can grow That is, microalgae grow by feeding on organic compounds contained in fine dust, and as a result, fine dust can be removed.
  • the indoor air purification system using microalgae may additionally include a controller 80 capable of controlling the operation of a purification system to be described later, and although not shown in the drawings, a predetermined time It may further include a discharge pipe installed so that the culture solution and microalgae supported in the water tank 20 contaminated with the passage can be discharged.
  • Contaminated air in the room where the indoor air purification system 100 using microalgae according to the present invention is installed is introduced into the water tank 20 through the air intake unit 70 included in the purification unit, in this case too much
  • the efficiency is a problem because it exceeds the ability to remove fine dust, and the inflow amount can be adjusted by controlling the separately installed air conditioners 40 and 41.
  • the fine dust particles included in the contaminated indoor air are dissolved in the culture solution so that they can come into contact with the microalgae present in the culture solution inside the water tank 20.
  • Microalgae included in the culture solution can grow through the LED lamp 90 installed around the water tank 20 and the organic compounds included in the fine dust, and the grown microalgae can grow through the first moving pipe 30 and/or purification. It moves along the circulation pump 61 included in the unit and can be filtered by the filter 60 in the purification unit.
  • insufficient culture medium or microalgae in the water tank 20 is replenished through the injection part of the top plate, and the purified air generated inside the water tank 20 is supplied through the discharge part included in the top plate or the contaminated air inside the water tank.
  • the overall working relationship of the present invention is achieved.
  • Microalgae applicable to the present invention may be one selected from the group consisting of Tetraselmis jejuensis, Rhodomonas lens, Chlamydomonas bilatus, and Dangeardinia metastigma.
  • each different color can be implemented.
  • the initial green color when the microalgae is Tetraselmis jejuensis, when the fine dust contained in the air introduced through the air suction unit is supplied, the initial green color may become darker.
  • the initial red color when the microalgae is a Rhodomonas lens, when fine dust included in the air introduced through the air suction unit is supplied, the initial red color may be darkened.
  • the initial yellowish green color when the microalgae is Chlamydomonas bilatus, when the fine dust contained in the air introduced through the air intake is supplied, the initial yellowish green color may be darkened.
  • the initial bluish green color may be darkened.
  • the indoor air purification system using microalgae according to the present invention can change the color of indoor lighting according to the type of microalgae used in addition to the main function of purifying indoor air, thereby providing various interior lighting.
  • a fine dust seawater medium was made by collecting a large amount of fine dust in seawater using an air pump outdoors during a period of high fine dust concentration, and marine microalgae capable of growing on this medium were explored.
  • the average concentration of fine dust in the air was PM 10 : 126.63 ⁇ g/m3, PM 2.5 : 89.75 ⁇ g/m3, and the air quality ratings were “very bad” and “worst”.
  • PM 10 187 ⁇ g/m 3
  • PM 2.5 132 ⁇ g/m 3 (see [Table 1] below).
  • Tetraselmis jejuensis Tetraselmis jejuensis, Rhodomonas lens, Chlamydomonas bilatus, and Dangeardinia metastigma.
  • Each strain was collected from the seawater of Jeju Island and isolated from monocultures.
  • Tetraselmis jejuensis strain is a new microalgae found in the ancestral zone of Jeju Island.
  • the f/2 medium was equally put into seawater that collected fine dust as the experimental group (MD) and clean seawater as the control group (FSW). , 2d, 4d, 7d five times.
  • Biomass analysis was performed by mixing the bottle at the same time, taking 1 ml of each sample, and measuring the absorbance (optical density, OD) at a wavelength of 680 nm using an absorbance photometer.
  • the strain was cultured at high density.
  • an aeration tank (size: 310 mm in width x 1300 mm in height) was purchased and used. Specifically, a total of 4 tanks, 2 each for the experimental group and the control group, were used to measure the improved air quality according to the presence or absence of microalgae.
  • An air pump was installed as a suction device for injecting external air into the tank, and a fluorescent lamp was additionally installed for the growth of microalgae.
  • Microalgae (Tetraselmis jejuensis) cultured at high density were injected into an aeration tank containing seawater to an initial concentration of 10 6 cells/ml, and then experiments were conducted by adjusting the concentration of nutrients to the f/2 level.
  • the indoor temperature was maintained at 20 ° C to 23 ° C, and the experiment was conducted using the time when the air conditioner in the building was not operating in order to prevent additional inflow of fine dust by air conditioning.
  • the experiment was conducted on a day when the concentration of fine dust was "bad", and the concentration of the initial fine dust was set to 60 ⁇ g/m 3 through ventilation and then closed.
  • Figure 5a is a real-time picture of indoor air quality monitoring using microalgae used in the present invention and a graph for monitoring air quality.
  • indoor air quality monitoring indoor air quality was measured in real time using a fine dust meter (Airbee Winix, Korea) and the everyair app (for reference, the fine dust meter (Airbee Winix product) uses a laser method to measure PM1.0/PM2). Particle sizes of .5/PM1 can be measured in the range of 1 ⁇ g/m 3 to 999 ⁇ g/m 3 ).
  • the change in carbon dioxide in indoor air quality was observed using a carbon dioxide meter (TSI-7515, USA) (for reference, the carbon dioxide meter (TSI-7515) uses dual-wavelength NDIR (Non-dispersive infrared absorption analysis) to measure CO It is a method of obtaining the concentration of a specific component by using that gaseous substances such as CO 2 have a specific absorption spectrum for infrared light, and it is possible to measure the concentration range of 0ppm to 5,000ppm).
  • NDIR Non-dispersive infrared absorption analysis
  • Figure 5b is a photograph comparing the microalgae used in the present invention with the case of using other strains.
  • 6 and 7 are photographs of observing color changes according to the effect of removing fine dust by installing the indoor air purification system using microalgae according to the present invention using Tetraselmis jejuensis as the microalgae.
  • FIG. 8 is a graph showing the fine dust removal effect and carbon dioxide concentration change as average values when the indoor air purification system using each of the four types of microalgae according to the present invention is installed and used.

Abstract

본 발명은 미세조류를 이용한 실내 공기 정화 시스템에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 신규한 미세조류를 이용하되, 상기 미세조류의 미세먼지 내 질산화물, 황산화물, 암모늄 등 물에 녹는 오염물 및 이산화탄소 제거능과 동시에, 산소를 배출능을 활용한 미세조류를 이용한 실내 공기 정화 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 따른 미세조류를 이용한 실내 공기 정화 시스템은, 연속 폭기로 실내 공기를 본 시스템으로 순환시키고, 실내 공기가 이 시스템을 통과하면 미세조류에 의해 공기내 초미세먼지, 미세먼지, VOC, CO2와 같은 유해물질이 저감할 수 있고, 인체에 유익한 산소 발생 및 습도 유지로 쾌적감을 느끼는 실내 공기로 만들어주는 이점이 있다. 또한, 본 발명에 따른 미세조류를 이용한 실내 공기 정화 시스템은, 이용하는 미세조류의 종류에 따라 실내 조명 등의 색상을 변화시켜줄 수 있어 다양한 인테리어 조명 등으로 적용될 수 있다.

Description

미세조류를 이용한 실내 공기 정화 시스템
본 발명은 미세조류를 이용한 실내 공기 정화 시스템에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 신규한 미세조류를 이용하되, 상기 미세조류의 미세먼지 내 질산화물, 황산화물, 암모늄 등 물에 녹는 오염물 및 이산화탄소 제거능과 동시에, 산소를 배출능을 활용한 미세조류를 이용한 실내 공기 정화 시스템에 관한 것이다.
중국의 산업화가 가속화되면서 석탄 사용량이 급증하고 있고, 날이 추워지는 10~11월부터는 난방을 하기 위하여 화석연료인 석탄 사용량이 많아지면서 겨울철이 되면 대기중의 미세먼지 농도가 높아지게 되며, 이렇게 발생되는 중국발 미세먼지는 편서풍을 타고 한반도로 유입되는 것은 물론 국내에서도 미세먼지 발생량이 늘어나는데, 이렇게 발생된 미세먼지는 겨울철에 기온이 내려가면 공기가 가라앉기 때문에 대기중으로 확산되지 못하고 지표면에 쌓이게 되면서 장기적인 대기오염의 원인이 되고 있다.
일반적으로, 미세먼지는 석탄과 석유에 포함되어 있는 황성분이 연소에 의해 산소와 결합하여 발생되며, 대기오염의 최대 원인이 되는 아황산가스(SO2), 연료가 고온에서 연소될 때 대기중의 질소의 일부가 산소와 반응하여 생성되는 오염물질인 질소산화물(NOx), 납(Pb), 오존(O3), 일산화탄소(CO) 등과 함께 수많은 유해물질을 포함하는 대기오염 물질로서, 자동차, 공장, 난방용 화석연료 등에서 발생하여 대기중에서 장기간 떠다니는 입경 10㎛ 이하의 미세한 먼지를 일컫는다.
이 같은 미세먼지는 일반적인 먼지와는 달리 그 지름이 머리카락 굵기의 1/10 정도인 10㎛ 이하로 코, 구강 등의 기관지에서 걸러지지 않고 체내에 유입되어 축적되는데, 미세먼지가 기관지에 쌓이면 가래가 생기고 기침이 잦아지고, 기관지 점막이 건조해지면서 세균이 쉽게 침투되기 때문에 만성 폐질환이 있는 사람은 폐렴과 같은 감염성 질환에 취약 해짐에 따라 세계보건기구(WHO) 산하 국제암연구소(IARC)는 미세먼지를 1급 발암 물질로 지정하고 있다.
특히, 지름이 2.5㎛ 이하의 초미세먼지는 그 크기가 극히 작기 때문에 폐포를 통해 혈관에 침투해 염증을 일으킬 수 있고, 이 과정에서 혈관이 손상되면서 협심증이나 뇌졸중의 위험을 높이며, 미세먼지가 체내에 계속적으로 축적되면 산소 교환을 어렵게 만들어 관련 질환을 보다 악화시키는 원인이 된다.
또한, 사람의 얼굴 등 피부가 미세먼지에 노출되는 경우, 미세먼지가 모공을 막아 여드름이나 뾰루지를 유발하고, 피부를 자극하면서 피부 트러블 증상을 유발하는 등 아토피성 피부염을 악화시키는 원인이 되며, 알러지성 비염(鼻炎) 환자의 경우 미세먼지가 코 점막을 자극해 증상을 악화시키는 한편, 두피(頭皮)가 미세먼지에 노출되면 모낭세포의 활동력을 떨어져 모발이 가늘어지거나 쉽게 부러지고 작은 자극에도 쉽게 탈모가 진행된다는 심각한 문제가 있다.
이에 따라, 최근에는 미세먼지가 입이나 코를 통하여 체내로 유입되는 것을 방지하기 위하여 마스크를 착용하는 것이 일반화되고 있는 바, 마스크를 착용하거나 세안(洗顔) 또는 세수(洗手)를 하는 것만으로는 피부의 모공에 침투한 미세먼지를 완전히 제거할 수 없다는 문제가 있다.
한편, 최근에는 미생물을 이용하여 실내공기에 있는 미세먼지를 제거하고자 하는 실험이 수행되고 있고, 해당 기술과 관련된 선행특허(등록특허 10-2115764)가 존재하나, 이 역시 일반적인 효모, 누룩균, 광합성 세균, 방선균 등에 한정되고, 실질적인 미세조류를 이용한 실험예는 전무한 실정이다.
더욱이, 현재 연구 진행 중인 수많은 미세조류 중 어떠한 미세조류를 사용 시 그 효율성이 높고, 어떤 장치 혹은 시스템으로 구현해야 보다 효율적인 미세먼지가 제거될 수 있는지에 대해서는 아직까지 정확한 기술이 제공되지 못하고 있는 실정이다.
[선행기술문헌]
[특허문헌]
특허문헌 1: 한국 특허등록공보 제10-2115764호(2020.05.21 등록)
본 발명은 상기와 같은 종래 문제점을 해결하기 위해 실험을 통해 미세먼지 저감 효과가 높은 미세조류를 선정하고, 미세먼지 내 질산화물, 황산화물, 암모늄 등 물에 녹는 오염물과 이산화탄소를 제거함과 동시에, 산소를 배출할 수 있는 새로운 구조의 미세조류를 이용한 실내 공기 정화 시스템을 제공하고자 한다.
상기 언급한 과제를 해결하기 위하여,
본 발명은, 미세먼지 제거능을 갖는 미세조류 배양액이 담지된 수조; 상기 수조의 상부에 설치된 상판; 및 상기 수조의 하부에 설치된 하판을 포함하는, 미세조류를 이용한 실내 공기 정화 시스템에 있어서, 상기 수조는, 미세먼지 입자를 포함하는 외부 오염된 공기가 상기 수조에 담지된 배양액으로 녹아드는 양을 조절할 수 있도록 하는 에어조절기를 포함하고, 상기 상판은, 상기 수조 내부로 배양액 및 미세조류를 주입할 수 있도록 하는 주입부 및 정화된 공기가 배출되도록 하는 배출부를 포함하며, 상기 하판은, 상기 수조로 미세먼지 입자를 포함하는 외부 오염된 공기를 유입할 수 있는 공기흡입부가 구비된 정화부를 포함하고, 상기 미세조류는, Tetraselmis jejuensis, Rhodomonas lens, Chlamydomonas bilatus 및 Dangeardinia metastigma로 이루어진 군으로부터 선택된 1종인 것을 특징으로 하는, 미세조류를 이용한 실내 공기 정화 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기 배양액은 0.1％, 0.3％, 0.5％, 0.8％ 및 1.6％ 내지 3.0％로 이루어진 군으로부터 선택된 하나의 염도를 갖는 것을 특징으로 하는, 미세조류를 이용한 실내 공기 정화 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기 미세조류가 Tetraselmis jejuensis인 경우, 상기 공기흡입부를 통해 유입된 공기에 포함된 미세먼지가 공급될 경우, 초록색이 진해지는 것을 특징으로 하는, 미세조류를 이용한 실내 공기 정화 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기 미세조류가 Rhodomonas lens인 경우, 상기 공기흡입부를 통해 유입된 공기에 포함된 미세먼지가 공급될 경우, 붉은색이 진해지는 것을 특징으로 하는, 미세조류를 이용한 실내 공기 정화 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기 미세조류가 Chlamydomonas bilatus인 경우, 상기 공기흡입부를 통해 유입된 공기에 포함된 미세먼지가 공급될 경우, 황녹색이 진해지는 것을 특징으로 하는, 미세조류를 이용한 실내 공기 정화 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기 미세조류가 Dangeardinia metastigma인 경우, 상기 공기흡입부를 통해 유입된 공기에 포함된 미세먼지가 공급될 경우, 청록색이 진해지는 것을 특징으로 하는, 미세조류를 이용한 실내 공기 정화 시스템를 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기 수조는, 상기 수조 내부의 배양액에 녹아있는 미세먼지에 포함된 유기 화합물을 통해 성장된 미세조류가 필터링되어 걸러질 수 있도록 상기 정화부로 이동시키기 위해 설치된 제 1 이동관 및 상기 정화부로 이동된 성장된 미세조류가 필터링되어 남은 배양액을 다시 상기 수조 내부로 이동시키기 위해 설치된 제 2 이동관을 포함하는 것을 특징으로 하는, 미세조류를 이용한 실내 공기 정화 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기 정화 시스템은, 상기 수조 내부에서 이동된 성장된 미세조류를 포함하는 배양액이 유입되도록 하는 순환 펌프; 상기 순환 펌프로 이동된 성장된 미세조류를 포함하는 배양액를 여과하는 여과기; 및 상기 공기흡입부로 유입되는 미세먼지 입자를 포함하는 외부 오염된 공기를 조절할 수 있는 공기 주입 펌프를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는, 미세조류를 이용한 실내 공기 정화 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기 수조 내부의 미세조류를 성장시키기 위해 설치된 LED 램프를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는, 미세조류를 이용한 실내 공기 정화 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명은, 소정의 시간 경과로 오염된 상기 수조에 담지된 배양액 및 미세조류가 배출될 수 있도록 설치된 배출관을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 미세조류를 이용한 실내 공기 정화 시스템을 제공한다.
본 발명에 따른 미세조류를 이용한 실내 공기 정화 시스템은, 연속 폭기로 실내 공기를 본 시스템으로 순환시키고, 실내 공기가 이 시스템을 통과하면 미세조류에 의해 공기내 초미세먼지, 미세먼지, VOC, CO2와 같은 유해물질이 저감할 수 있고, 인체에 유익한 산소 발생 및 습도 유지로 쾌적감을 느끼는 실내 공기로 만들어주는 이점이 있다. 또한, 본 발명에 따른 미세조류를 이용한 실내 공기 정화 시스템은, 이용하는 미세조류의 종류에 따라 실내 조명 등의 색상을 변화시켜줄 수 있어 다양한 인테리어 조명 등으로 적용될 수 있다.
도 1은, 본 발명의 전체 구성 사시도이다.
도 2는, 본 발명의 일 구성요소인 정화부 중심의 도면이다.
도 3은, 본 발명의 정면 단면도이다.
도 4는, 본 발명의 측면 단면도이다.
도 5a 및 5b는, 실제 본 발명에 사용되는 미세조류를 이용하여 실내 공기 정화 효과를 확인하기 위한 실제 설치 사진이다.
도 6은, 실제 실험한 사진으로서, Tetraselmis jejuensis 미세조류를 활용한 실내 공기 정화 시스템의 가동 시간별 색변화를 나타낸 사진이다.
도 7은, 미세조류를 활용한 공기정화 시스템에 사용하는 Dangeardinia metastigma, Rhodomonas lens 및 Chlamydomonas bilatus의 색상을 나타낸 사진이다.
도 8은, 본 발명에 따른 4종의 미세조류를 각각 이용한 실내 공기 정화 시스템을 설치 및 사용할 경우, 미세먼지 제거 효과 및 이산화탄소 농도 변화를 평균값으로 그래프화하여 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 미세조류를 이용한 실내 공기 정화 시스템에 관하여 상세히 설명하나, 상기 미세조류를 이용한 실내 공기 정화 시스템의 범위가 하기 설명에 의해 제한되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 전체 구성 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 구성요소인 정화부 중심의 도면이며, 도 3은 본 발명의 정면 단면도이고, 도 4는 본 발명의 측면 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 미세조류를 이용한 실내 공기 정화 시스템(100)은, 크게 수조(20), 상기 수조의 상부에 설치된 상판(10); 상기 수조의 하부에 설치된 하판(50)을 포함할 수 있다.
상기 수조(20)는, 미세먼지 제거능을 갖는 미세조류 배양액이 담지될 수 있다.
본 명세서상의 용어 "배양액"이라 함은, 미세조류가 배양될 수 있는 한, 해수 또는 담수 등의 포함하는 "물"을 의미할 수 있으며, 본 명세서에는 경우에 따라 "물"로 지칭될 수 있다.
상기 수조(20)의 형상은 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를 들어 설치된 장소의 환경에 따라 다양하게 변경될 수 있으며, 상기 수조(20)에 담지된 배양액은 소정 범위의 염도를 가지는 것이 바람직하다. 상기 배양액의 염도는, 0.1％, 0.3％, 0.5％, 0.8％ 및 1.6％ 내지 3.0％로 이루어진 군으로부터 선택된 하나의 염도일 수 있다.
상기 염도는 사용되는 미세조류의 종류나 사용 환경 조건에 따라 전술한 염도의 범위가 다르게 선택될 수 있다.
상기 상판(10)은, 상기 수조(20) 내부로 배양액 및 미세조류를 주입할 수 있도록 하는 주입부 및 정화된 공기가 배출되도록 하는 배출부를 포함할 수 있다.
상기 주입부 및 배출부의 형태는 특별히 제한되지 않고, 상판 전체를 뚜껑 형태로 열거나 닫는 구조나 형태나 상기 상판의 윗면에 다수개의 구멍을 포함하는 구조나 형태를 가질 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 주입부는 상판(10)의 윗면에 위치할 수 있으나, 반드시 상판의 윗면에 위치되도록 제한되는 것은 아니고, 상기 수조(20) 내부로 미세조류와 상기 미세조류의 배양액을 공급할 수 있는 구조라면 상기 상판(10)의 어떠한 위치에도 설치가 가능하며, 상판과 별도로 설치되어 관을 따라 연결된 구조로서 설치가 가능하다.
상기 주입부나 배출부는, 수조(20) 내부로 미세조류나 상기 미세조류에 대한 배양액를 주입하거나 유입된 공기가 정화된 공기가 배출될 수 있도록 다수개의 홀이 형성된 형태, 또는 길이 방향으로 길게 형성된 형태일 수 있으나, 특별히 이에 제한되는 것은 아니다.
하나의 예시에서, 상기 미세조류나 상기 미세조류에 대한 배양액을 보다 효율적으로 수조(20) 내부로 주입할 수 있도록, 상기 수조(20)에 직접 연결될 수 있는 미세조류 또는 배양액의 흐름관이 구비되어 이 미세조류 또는 배양액의 흐름관을 통해 상기 수조(20) 내부로 미세조류와 배양액이 주입될 수 있도록 구현될 수 있다.
상기 하판(50)은, 상기 수조로 미세먼지 입자를 포함하는 외부 오염된 공기를 유입할 수 있는 공기흡입부(70)가 구비된 정화부를 포함할 수 있다.
도면상으로는 상기 하판(50)의 하측에 공기흡입부(70)가 개시되나, 반드시 하측에 한정되지 않으며, 본 발명에 따른 시스템이 설치된 장소의 환경에 따라 외부 공기가 수조(20) 내부로 유입될 수 있는 구조라면 상기 하판(50)의 상측 또는 중간 부분 등에 구비될 수 있다.
상기 외부 공기가 상기 수조(20) 내부로 유입되는 경로는 다양한 형태일 수 있으며, 도면상에는 도시되어 있지는 않지만, 예를 들어 외부에서 유입된 공기가 별도로 설치된 공기흐름관을 통해 직접 수조(20)로 공급되는 경로이거나, 외부에서 유입된 공기가 먼저 저장될 수 있는 탱크가 설치되고, 이 탱크에 이하 설명할 에어조절기(40, 41)가 연결되어 상기 에어조절기(40, 41)의 작용을 통해 상기 탱크에 저장된 외부 공기가 상기 에어조절기(40, 41)의 압력에 의해 공기흐름관을 통해 수조(20)로 공급되는 경로일 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 수조는, 미세먼지 입자를 포함하는 외부 오염된 공기가 상기 수조에 담지된 배양액으로 녹아드는 양을 조절할 수 있도록 하는 에어조절기(40, 41)를 포함할 수 있다.
상기 에어조절기(40, 41)를 통하여, 외부 오염된 공기가 상기 수조(20) 내부로 유입되는 양, 다시 말해 미세먼지 입자를 포함하는 외부 오염된 공기가 상기 수조에 담지된 배양액으로 녹아드는 양을 조절할 수 있으며, 이는 버블의 발생하는 양을 조절함으로써 수행될 수 있다.
또 다른 예시에서, 상기 수조는, 상기 수조 내부의 배양액에 녹아있는 미세먼지에 포함된 유기 화합물을 통해 성장된 미세조류가 필터링되어 걸러질 수 있도록 상기 정화부로 이동시키기 위해 설치된 제 1 이동관(30 또는 31) 및 상기 정화 시스템으로 이동된 성장된 미세조류가 필터링되어 남은 배양액을 다시 상기 수조 내부로 이동시키기 위해 설치된 제 2 이동관(30 또는 31)을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 미세조류를 이용한 실내 공기 정화 시스템은, 후술하는 바와 같이, 수조 내의 미세조류가 후술하는 LED 램프 및/또는 미세먼지에 포함된 유기 화합물을 통해 성장할 경우, 성장된 미세조류가 상기 제 1 이동관을 통해 하판(50) 내의 정화부로 이동하며 상기 정화부에 포함된 여과기를 통해 걸러진 후, 여과된 배양액은 제 2 이동관을 통해 본 수조로 다시 주입되어 순환될 수 있는 구조일 수 있다. 이 경우, 걸러진 미세조류는 유용한 다른 물질의 추출 재료 등으로 활용이 가능할 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 정화부는, 도 2에서 확인할 수 있는 바와 같이, 상기 수조 내부에서 이동된 성장된 미세조류를 포함하는 배양액이 유입되도록 하는 순환 펌프(61); 상기 순환 펌프로 이동된 성장된 미세조류를 포함하는 배양액를 여과하는 여과기(60); 및 상기 공기 흡입부로 유입되는 미세먼지 입자를 포함하는 외부 오염된 공기를 조절할 수 있는 공기 주입 펌프(62)를 추가적으로 포함할 수 있다.
상기 여과기(60)는, 다수 개의 메쉬(mesh)로 구성되고 소정 간격으로 이격 위치한 필터를 포함하여 상기 필터 등에 의해 필터링되는 과정을 수행할 수 있다. 상기 필터는 전술한 바와 같이 다수 개의 메쉬(mesh)로 이루어진 필터(610)일 수도 있고, 상기 미세조류의 크기를 고려하여 거름종이 형태의 필터일 수도 있다. 이 경우, 상기 다수 개의 메쉬(mesh)로 이루어진 필터 또는 거름종이 필터에 의해 걸러진 성장한 미세조류는 전술한 바와 같이 별도의 유용 물질을 추출할 수 있는 재료로서의 활용을 보다 효율적으로 할 수 있다.
본 발명에 따른 미세조류를 이용한 실내 공기 정화 시스템(100)은, 상기 수조 내부의 미세조류를 성장시키기 위해 설치된 LED 램프(90)를 추가적으로 포함할 수 있다.
도면상 상기 LED 램프(90)는 수조(20)의 하측에 설치될 수 있으나, 이는 설치 장소의 환경이나 기타 다양한 조건들에 의하여 적절하게 변경하여 적용될 수 있다.
전술한 바와 같이, 상기 수조(20) 내부로 주입된 미세조류는 이 LED 램프(90)에 의한 광원과, 상기 수조(20)에 공급된 외부 공기에 포함된 미세먼지가 함유한 유기 화합물을 통해 성장할 수 있다. 즉, 미세먼지가 함유한 유기 화합물을 먹이로 미세조류가 성장하게 되고, 그 결과 미세먼지가 제거될 수 있다.
하나의 예시에서, 본 발명에 따른 미세조류를 이용한 실내 공기 정화 시스템은, 후술하는 정화 시스템의 작동을 제어할 수 있는 컨트롤러(80)를 추가적으로 포함할 수 있고, 도면에서는 도시되지 않았으나, 소정의 시간 경과로 오염된 수조(20)에 담지된 배양액 및 미세조류가 배출될 수 있도록 설치된 배출관을 추가로 포함할 수도 있다.
이하, 본 발명에 따른 미세조류를 이용한 실내 공기 정화 시스템의 작동 관계를 설명한다.
본 발명에 따른 미세조류를 이용한 실내 공기 정화 시스템(100)이 설치된 장소의 실내의 오염된 공기는 정화부에 포함된 공기흡입부(70)를 통해 수조(20) 내부로 유입되고, 이 경우 너무 많은 양의 공기가 들어가면 미세먼지 제거능을 초과하여 효율성이 문제되는 바, 별도로 설치된 에어조절기(40, 41)의 제어에 의해 그 유입되는 양이 조절될 수 있다.
상기 유입된 실내의 오염된 공기에 포함된 미세먼지 입자는, 수조(20) 내부의 배양액에 존재하는 미세조류와 접촉될 수 있도록 상기 배양액에 녹아 들게 된다.
배양액에 포함된 미세조류는 수조(20)의 주변에 설치된 LED 램프(90)와 미세먼지에 포함된 유기 화합물을 통해 성장할 수 있고, 상기 성장된 미세조류는 제 1 이동관(30) 및/또는 정화부에 포함된 순환 펌프(61)를 따라 이동하고 정화부의 여과기(60)에 의해 필터링될 수 있다.
또한, 상기 수조(20) 내부에 부족한 배양액 또는 미세조류는 상판의 주입부를 통해 보충되게 되고, 상기 수조(20) 내부에 발생된 정화된 공기는 상기 상판에 포함된 배출부나 상기 수조 내부의 오염된 물과 미세조류는 별도의 배출관을 통해 배출되면서 본 발명의 전체적인 작동 관계가 이루어진다.
본 발명에 적용될 수 있는 미세조류는, Tetraselmis jejuensis, Rhodomonas lens, Chlamydomonas bilatus 및 Dangeardinia metastigma로 이루어진 군으로부터 선택된 1종일 수 있다.
특히, 상기 미세조류는 모두 미세먼지가 유입되면서 상기 미세먼지에 포함된 유기 화합물을 통해 성장할 경우, 각각 다른 색상을 구현할 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 미세조류가 Tetraselmis jejuensis 인 경우, 상기 공기흡입부를 통해 유입된 공기에 포함된 미세먼지가 공급될 경우, 초기의 초록색이 보다 진해질 수 있다.
또 다른 예시에서, 상기 미세조류가 Rhodomonas lens인 경우, 상기 공기흡입부를 통해 유입된 공기에 포함된 미세먼지가 공급될 경우, 초기의 붉은색이 진해질 수 있다.
또 다른 예시에서, 상기 미세조류가 Chlamydomonas bilatus인 경우, 상기 공기흡입부를 통해 유입된 공기에 포함된 미세먼지가 공급될 경우, 초기의 황녹색이 진해질 수 있다.
또 다른 예시에서, 상기 미세조류가 Dangeardinia metastigma인 경우, 상기 공기흡입부를 통해 유입된 공기에 포함된 미세먼지가 공급될 경우, 초기의 청록색이 진해질 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 미세조류를 이용한 실내 공기 정화 시스템은, 실내 공기를 정화할 수 있는 주요 기능 이외에도, 이용하는 미세조류의 종류에 따라 실내 조명 등의 색상을 변화시켜줄 수 있어 다양한 인테리어 조명 등으로 적용하여 활용할 수 있는 이점이 있다.
도 5a 및 5b에 도시된 바와 같이, 미세먼지 농도가 높은 기간에 실외에서 에어펌프를 이용하여 미세먼지를 해수에 다량으로 포집하여 미세먼지 해수 배지를 만들었고, 이 배지에 성장 가능한 해양 미세조류를 탐색하기 위해 우리가 확보하고 있는 미세조류 4종 Tetraselmis jejuensis, Rhodomonas lens, Chlamydomonas bilatus 및 Dangeardinia metastigma으로 배양 실험을 실시하여 가능성 유무를 확인하였다.
1) 미세먼지 배양액 제조
2019년 3월 1일부터 동년 동원 8일까지 대기 중 미세먼지가 높은 기간에 에어펌프를 사용하여 해수(16.5LХ3)에 미세먼지를 5일 내지 8일 동안 연속적으로 포집하였다.
이 때 대기(수원시 광교동) 중 미세먼지 평균 농도는 PM10: 126.63㎍/㎥, PM2.5: 89.75㎍/㎥으로 대기 질 등급이 "매우 나쁨"과 "최악"의 등급이었다. 이 기간 중 최고 높은 농도를 기록한 3월 4일은 PM10: 187㎍/㎥, PM2.5: 132㎍/㎥ 이였다(하기 [표 1] 참조).
날짜 PM10(㎍/m3) PM2.5(㎍/m3)
2019-03-01 131 97
2019-03-02 133 93
2019-03-03 117 85
2019-03-04 187 132
2019-03-05 184 130
2019-03-06 140 99
2019-03-07 70 50
2019-03-08 51 32
미세먼지를 포집한 해수의 질산염 농도를 질산염 체크 스트립으로 체크한 후 포집을 중단하였다. 수온은 7℃ 내지 13℃정도를 유지하였으며, pH는 7.5 내지 7.9를 나타냈다. 배지로 사용한 해수는 GF/F filter에 여과한 후, 121℃에서 30분간 멸균하였다.
2) 종주
실험에 사용한 미세조류 모두 4종으로서, Tetraselmis jejuensis, Rhodomonas lens, Chlamydomonas bilatus 및 Dangeardinia metastigma 각각은 제주도 해수에서 채집하여 단종분리 한 종주를 사용하였다. 특히, 미세조류 중 Tetraselmis jejuensis 종주는 제주도 조상대에서 발견한 신규 미세조류로 Tetraselmis suecicca보다 더 염분이 낮은 환경에서 성장이 가능하고 분자생물학적으로 다른 특성을 나타내는 신규 종주로 학계에 보고 예정이다.
3) 미세먼지를 포집한 해수에서 해양 미세조류 4종 배양
미세먼지를 포집한 해수에서 성장 가능한 해양 미세조류를 탐색하기 위해 광도(4000Lux continuous light), 온도 (21±2℃가 일정하게 유지되는 배양실에서 8일간 실험 배양하였다.
실험구(MD)인 미세먼지를 포집한 해수와 대조구(FSW)인 깨끗한 해수에 f/2 medium을 동일하게 넣어 진행하였으며, 각각의 실험 볼륨은 650㎖ Х 2개, 서브 샘플링은 실험 0d, 1d, 2d, 4d, 7d로 5번하였다.
생물량 분석은 동일한 시간에 bottle을 혼합하고, 시료 1㎖씩을 취한 후 흡광 광도계를 이용하여 680㎚의 파장 조건에서 흡광도(optical density, O.D)를 측정하였다.
이하, 상기의 실험으로 미세조류의 미세먼지 제거 가능성 및 제거 효과 확인을 설명하면 다음과 같다.
1) Tetraselmis jejuensis의 미세먼지 저감 효과 실험
Tetraselmis jejuensis에 의한 미세먼지 제거 가능성 및 제거 효과를 구체적으로 확인하기 위하여, 상기 종주를 고밀도로 배양하였다. 실내 미세먼지 저감 실험을 위해 폭기 수조(크기 가로 310㎜ × 높이 1300㎜)를 구입하여 사용하였다. 구체적으로, 미세조류의 유무에 따라 개선된 공기질의 측정을 위해 실험군과 대조군으로 구분된 수조를 각각 2개씩 총 4개를 사용하였다. 상기 수조에 외부 공기를 주입하기 위한 흡입장치로 공기 펌프를 장착하였고, 미세조류의 성장을 위해 형광등을 추가로 장착하였다. 고밀도로 배양한 미세조류(Tetraselmis jejuensis)를 해수가 들어있는 폭기 수조에 초기 농도가 106cells/㎖이 되도록 주입한 후, 영양염의 농도를 f/2 수준으로 맞추어 실험을 실시하였다. 실내 온도는 20℃ 내지 23℃로 유지되었고, 공조에 의한 미세먼지의 추가 유입을 막기 위하여 건물내 공조장치가 가동되지 않는 시간을 이용하여 실험하였다. 실험은 미세먼지 농도가 "나쁨" 단계인 날에 시행하였으며, 환기를 통해 초기 미세먼지의 농도가 60㎍/㎥가 되도록 한 후 폐쇄하였다.
2) 실내 공기질 실시간 모니터링
도 5a는, 본 발명에 사용되는 미세조류를 이용하여 실내 공기질을 실시간으로 모니터링 하는 실제 사진과 대기질을 모니터링 하는 그래프이다.
실내 공기질의 실시간 모니터링을 위해 두 곳(실험군, 대조군)의 밀폐된 공간(크기 약 90㎥)에 수조를 각각 2개씩 배치하였다. 실험군은 미세조류가 포함된 해수 수조를 배치하였고, 대조군은 미세조류가 포함되지 않은 해수 수조를 배치하였다.
실내 공기질의 모니터링은 미세먼지 측정기(Airbee 위닉스, 한국)와 everyair 앱을 이용하여 실시간으로 실내 공기질을 측정하였다(참고로, 상기 미세먼지 측정기(Airbee 위닉스 제품)는, 레이저 방식으로 PM1.0/PM2.5/PM1의 입자 사이즈를 1㎍/m3 내지 999㎍/m3 범위로 측정이 가능함). 또한, 이산화탄소 측정기(TSI-7515, 미국)를 이용하여 실내 공기질의 이산화탄소 변화를 관찰하였다(참고로, 상기 이산화탄소 측정기(TSI-7515)는 이중파장 NDIR(Non-dispersive infrared absorption 분석)을 이용하여 CO나 CO2 등 가스상 물질들이 적외선(Infrared light)에 대해 특정한 흡수 스펙트럼을 갖는 것을 이용해서 특정성분의 농도를 구하는 방법으로 0ppm 내지 5,000ppm 농도 범위의 측정이 가능함).
한편, 대기 중 미세먼지로 만든 배지의 성분 변화를 설명하면 다음과 같다.
미세먼지 저감조치 발령이 3일 이상 이어졌던 기간에 총 3회에 걸쳐 외기 폭기 실험을 수행하여 배양액의 성분 변화를 확인하였다. 그 결과, pH가 8.5에서 7.5로 1 정도 떨어지고, 배양액 내 고형물(suspendid solid)의 양이 평균 4.6㎍/L 증가하였다. 또한 대기 중 질산화물의 영향으로 영양염 중 Nitrate의 농도가 10㎍/L 정도 증가하였음을 확인하였다.
아울러, 상기와 같은 실험결과로 아래와 같이 미세조류의 미세먼지 제거 가능성 및 제거효과 확인이 가능하다.
넓이가 90㎥인 공간에 연속 폭기식 수조(100) 2개에 각각 25L의 미세조류와 해수를 넣은 것으로 미세먼지 저감효과를 실험한 결과, 초기 2시간 이내에 감소폭이 컸는데, 미세조류는 약 70％의 미세먼지 저감효과를 보였고, 여과 해수는 33％의 저감효과를 보였다. 2시간 이후에 꾸준히 감소되어 총 10시간 동안 전체의 약 95％의 미세먼지가 미세조류에 의해 제거되었다. 여과 해수도 계속적인 저감 효과를 보였는데, 약 65％의 미세먼지를 제거하였다. 참고로 같은 공간에 공기청정기(위닉스 제로 n)로만 미세먼지를 제거하였을 경우에는 초기 2시간 제거율이 78％ 정도로 나타났으며 이후 연속 가동시 90％까지 감소한 결과를 보였다(하기 표 2 참조).
구분 초기 2시간 제거율(％) 시간당 제거량(㎍/L/h) 10시간 후 제거율(％)
미세조류
(Tetraselmis jejuensis)		 70 19.8 99
여과해수 33 14.4 72
공기청정기 78 - 100
도 5b는, 본 발명에 사용되는 미세조류를 다른 종주를 사용할 경우와 비교한 사진이다.
도 6 및 도 7은 미세조류를 Tetraselmis jejuensis로 하여 본 발명에 따른 미세조류를 이용한 실내 공기 정화 시스템을 설치하여 미세먼지 제거 효과에 따른 색변화를 관찰한 사진이다.
사용되는 미세조류를 각각 Rhodomonas lens, Chlamydomonas bilatus 및 Dangeardinia metastigma로 달리 사용한 것을 제외하고 전술한 실험 방법 등을 동일하게 하여 미세먼지 제거 가능성 및 제거효과 확인 후, 하기 표 3 내지 표 5에 나타내었다.
구분 초기 2시간 제거율(％) 시간당 제거량(㎍/L/h) 10시간 후 제거율(％)
미세조류
(Rhodomonas lens)		 68 19 95
여과해수 33 14.4 72
공기청정기 78 - 100
구분 초기 2시간 제거율(％) 시간당 제거량(㎍/L/h) 10시간 후 제거율(％)
미세조류
(Chlamydomonas bilatus)		 65 19.6 98
여과해수 33 14.4 72
공기청정기 78 - 100
구분 초기 2시간 제거율(％) 시간당 제거량(㎍/L/h) 10시간 후 제거율(％)
미세조류
(Dangeordinia spp.)		 67 19.6 98
여과해수 33 14.4 72
공기청정기 78 - 100
또한, 전술한 4종의 미세조류를 활용한 실내 공기 정화 시스템 작동 후 변화하는 실내 이산화탄소(CO2)의 농도 변화를 측정하였다.
도 8은, 본 발명에 따른 4종의 미세조류를 각각 이용한 실내 공기 정화 시스템을 설치 및 사용할 경우, 미세먼지 제거 효과 및 이산화탄소 농도 변화를 평균값으로 그래프화하여 나타낸 도면이다.
도 8에서 살펴보면, 본 발명에 따른 4종의 미세조류를 각각 이용한 실내 공기 정화 시스템을 활용할 경우, 대조군에 비하여 시간에 따라 미세먼지에 대한 제거능이 높아지고, 이산화탄소의 농도가 감소하는 것을 확인할 수 있었다.
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
[부호의 설명]
100: 미세조류를 이용한 실내 공기 정화 시스템
10: 상판
20: 수조
30: 제 1 이동관 또는 제 2 이동관
31: 제 1 이동관 또는 제 2 이동관
40, 41: 에어조절기
50: 하판
60: 여과기
61: 순환 펌프
62: 공기 주입 펌프
70: 공기흡입부
80: 컨트롤러
90: LED 램프

Claims (10)

  1. 미세먼지 제거능을 갖는 미세조류 배양액이 담지된 수조;
    상기 수조의 상부에 설치된 상판; 및
    상기 수조의 하부에 설치된 하판을 포함하는, 미세조류를 이용한 실내 공기 정화 시스템에 있어서,
    상기 수조는, 미세먼지 입자를 포함하는 외부 오염된 공기가 상기 수조에 담지된 배양액으로 녹아드는 양을 조절할 수 있도록 하는 에어조절기를 포함하고,
    상기 상판은, 상기 수조 내부로 배양액 및 미세조류를 주입할 수 있도록 하는 주입부 및 정화된 공기가 배출되도록 하는 배출부를 포함하며,
    상기 하판은, 상기 수조로 미세먼지 입자를 포함하는 외부 오염된 공기를 유입할 수 있는 공기흡입부가 구비된 정화부를 포함하고,
    상기 미세조류는, Tetraselmis jejuensis, Rhodomonas lens, Chlamydomonas bilatus 및 Dangeardinia metastigma로 이루어진 군으로부터 선택된 1종인 것을 특징으로 하는, 미세조류를 이용한 실내 공기 정화 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 배양액은 0.1％, 0.3％, 0.5％, 0.8％ 및 1.6％ 내지 3.0％로 이루어진 군으로부터 선택된 하나의 염도를 갖는 것을 특징으로 하는, 미세조류를 이용한 실내 공기 정화 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 미세조류가 Tetraselmis jejuensis인 경우, 상기 공기흡입부를 통해 유입된 공기에 포함된 미세먼지가 공급될 경우, 초록색이 진해지는 것을 특징으로 하는, 미세조류를 이용한 실내 공기 정화 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 미세조류가 Rhodomonas lens인 경우, 상기 공기흡입부를 통해 유입된 공기에 포함된 미세먼지가 공급될 경우, 붉은색이 진해지는 것을 특징으로 하는, 미세조류를 이용한 실내 공기 정화 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 미세조류가 Chlamydomonas bilatus인 경우, 상기 공기흡입부를 통해 유입된 공기에 포함된 미세먼지가 공급될 경우, 황녹색이 진해지는 것을 특징으로 하는, 미세조류를 이용한 실내 공기 정화 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 미세조류가 Dangeardinia metastigma인 경우, 상기 공기흡입부를 통해 유입된 공기에 포함된 미세먼지가 공급될 경우, 청록색이 진해지는 것을 특징으로 하는, 미세조류를 이용한 실내 공기 정화 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 수조는, 상기 수조 내부의 배양액에 녹아있는 미세먼지에 포함된 유기 화합물을 통해 성장된 미세조류가 필터링되어 걸러질 수 있도록 상기 정화부로 이동시키기 위해 설치된 제 1 이동관 및 상기 정화부로 이동된 성장된 미세조류가 필터링되어 남은 배양액을 다시 상기 수조 내부로 이동시키기 위해 설치된 제 2 이동관을 포함하는 것을 특징으로 하는, 미세조류를 이용한 실내 공기 정화 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 정화부는, 상기 수조 내부에서 이동된 성장된 미세조류를 포함하는 배양액이 유입되도록 하는 순환 펌프;
    상기 순환 펌프로 이동된 성장된 미세조류를 포함하는 배양액를 여과하는 여과기; 및
    상기 공기흡입부로 유입되는 미세먼지 입자를 포함하는 외부 오염된 공기를 조절할 수 있는 공기 주입 펌프를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는, 미세조류를 이용한 실내 공기 정화 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 수조 내부의 미세조류를 성장시키기 위해 설치된 LED 램프를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는, 미세조류를 이용한 실내 공기 정화 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    소정의 시간 경과로 오염된 상기 수조에 담지된 배양액 및 미세조류가 배출될 수 있도록 설치된 배출관을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 미세조류를 이용한 실내 공기 정화 시스템.
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