KR101316004B1 - 오염원 여과 필터 및 이를 포함하는 우수 처리 장치 - Google Patents

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김의수
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대원그린텍(주)
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이종선
허재혁
박정훈
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 우수 처리 장치는 우드파쇄물, 상기 우드파쇄물과 교반되어 발효되는 미생물을 구비하는 우드필터부 및 상기 우드필터부와 혼합되거나 이웃하게 배치되며, 상기 미생물이 증식되는 환경을 제공하는 폐각을 구비하는 폐각필터부를 포함하는 오염원 여과 필터; 상기 오염원 여과 필터가 배치되며, 유입구를 통해 유입된 우수가 상기 오염원 여과 필터에 의해 여과된 후 유출구를 통해 유출되도록 하는 본체부; 및 상기 본체부의 내부에 위치 가변적으로 배치되어 상기 유입구를 개폐 가능하도록 하는 개폐부;를 포함하며, 상기 개폐부는 상기 유입구를 통해 유입되는 상기 우수의 유량에 따른 상기 본체부에 저장되는 우수의 수위에 의해 상기 유입구의 개폐가 결정될 수 있다.

Description

오염원 여과 필터 및 이를 포함하는 우수 처리 장치{Pollutants purification filter and apparatus for treating rainwater including the same}
본 발명은 오염원 여과 필터 및 이를 포함하는 우수 처리 장치에 대한 것으로, 더욱 상세하게는 오염원 여과 특성을 향상시키는 오염원 여과 필터 및 이를 포함하는 우수 처리 장치에 관한 것이다.
일반적으로 오염원은 오염원의 성격에 따라 점오염원과 비점오염원으로 분류될 수 있다.
여기서, 점오염원은 생활하수, 산업폐수 및 축산폐수 등과 같이 배출지점을 명확히 확인할 수 있는 오염원을 의미하며, 비점오염원은 농경지, 목초지, 산림지, 건축현장, 광산, 벌채지, 폐기물처리장, 쓰레기 매립장, 도심지, 도로 및 산업현장 등과 같이 넓은 지역으로부터 우수 등에 의해 씻겨지면서 배출되어 정확히 어디가 배출원인지 알기 어려운 산재된 오염원을 의미한다.
즉, 점오염원은 오염경로나 오염물질의 양에 대한 측정이 가능하므로 비점오염원에 비하여 상대적으로 관리가 용이한 측면이 있으나, 비점오염원은 오염경로를 확인하기 어려울 뿐만 아니라 오염물질의 양 자체도 측정하기 곤란하여 관리하기가 매우 어렵다는 문제가 있다.
또한, 비점오염원은 강우 시 우수에 휩쓸려 하수관 등에 유입되는 등 기상의 영향을 크게 받게 되며, 강우 초기에 발생량이 집중되는 특성을 보이게 된다.
결국, 초기 우수에 포함된 비점오염원이 여과되지 않은 채 공공수역으로 유입될 경우 하천 및 호수의 오염을 유발시키며, 지하로 침투되어 지하수자원의 오염을 유발시키는 하나의 요인이 될 수 있다.
따라서, 초기 우수와 함께 유입되는 비점오염원은 일정한 제거과정을 거쳐 배출 수역으로 배출되어야 한다.
이러한 이유로 종래의 우수 처리 장치는 부직포, 위사 필터, 자갈 또는 모래 등의 여러가지 여과 필터를 이용하여 초기 우수를 처리하고 있으나, 비점오염원을 효과적으로 여과시키기에는 여전히 한계가 있다.
예를 들어, 비점오염원 중 하나인 제설제에 사용되는 염화칼슘의 염소이온은 눈과 함께 녹아 농촌의 시설물이나 가로수에 유입되어 수질오염을 유발할 수 있으나, 종래의 우수 처리 장치는 염소이온을 효과적으로 여과시키기에는 한계가 있다.
그러므로, 초기 우수에 포함된 염소이온을 비롯하여 다양한 비점오염원을 효과적으로 여과함으로써, 환경오염을 최소화시키는 여과 필터 및 그에 따른 우수 처리 장치에 대한 연구가 시급한 실정이다.
하기의 선행기술문헌에 기재된 특허문헌 1 및 2는 필터의 특성상 비점오염원인 염소이온을 효과적으로 여과시킬 수 없다는 문제가 여전히 존재한다.
1. 한국공개특허 제2009-0033680호 2. 한국공개특허 제2010-0024333호
본 발명의 목적은 초기 우수에 포함되어 있는 고형물, 유기물, 영양물질 및 염소이온 뿐만 아니라 생태계를 교란시킬 수 있는 중금속 및 다핵성 방향족 탄화수소(PAHs: polycyclic aromatic hydrocarbons)와 같은 오염원을 제거하는데 효과적인 오염원 여과 필터 및 이를 포함하는 우수 처리 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 우수 처리 장치는 우드파쇄물, 상기 우드파쇄물과 교반되어 발효되는 미생물을 구비하는 우드필터부 및 상기 우드필터부와 혼합되거나 이웃하게 배치되며, 상기 미생물이 증식되는 환경을 제공하는 폐각을 구비하는 폐각필터부를 포함하는 오염원 여과 필터; 상기 오염원 여과 필터가 배치되며, 유입구를 통해 유입된 우수가 상기 오염원 여과 필터에 의해 여과된 후 유출구를 통해 유출되도록 하는 본체부; 및 상기 본체부의 내부에 위치 가변적으로 배치되어 상기 유입구를 개폐 가능하도록 하는 개폐부;를 포함하며, 상기 개폐부는 상기 유입구를 통해 유입되는 상기 우수의 유량에 따른 상기 본체부에 저장되는 우수의 수위에 의해 상기 유입구의 개폐가 결정될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 우수 처리 장치의 상기 미생물은 수탁번호 KCTC 11780BP로 기탁된 패니바실러스 속(Paenibacillus sp.) LH-2010-01 균주 또는 이의 배양액을 유효성분으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 우수 처리 장치의 상기 미생물은 수탁번호 KCTC 11781BP로 기탁된 바실러스 속(Bacillus sp.) LH-2010-02 균주 또는 이의 배양액을 유효성분으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 우수 처리 장치의 상기 미생물은 수탁번호 KCTC 11768BP로 기탁된 바실러스 바타비엔시스(Bacillus bataviensis), 바실러스 포디아이(Bacillus fordii), 오세아노바실러스 카에니(Oceanobacillus caeni), 패니바실러스 파비스포루스(Paenibacillus favisporus) 및 브레비바실러스 센트로스포루스(Brevibacillus centrosporus)의 혼합 균주 또는 이의 배양액을 유효성분으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 우수 처리 장치의 상기 미생물은 수탁번호 KCTC 11780BP로 기탁된 패니바실러스 속(Paenibacillus sp.) LH-2010-01 균주와 수탁번호 KCTC 11781BP로 기탁된 바실러스 속(Bacillus sp.) LH-2010-02 균주를 모두 포함하거나 포함된 균주의 배양액을 유효성분으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 우수 처리 장치의 상기 미생물은 바실러스 바타비엔시스(Bacillus bataviensis), 바실러스 포디아이(Bacillus fordii), 오세아노바실러스 카에니(Oceanobacillus caeni), 패니바실러스 파비스포루스(Paenibacillus favisporus) 및 브레비바실러스 센트로스포루스(Brevibacillus centrosporus)의 혼합 균주 또는 이의 배양액을 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 우수 처리 장치의 상기 미생물은 상기 우드필터부 및 상기 폐각필터부을 통과하는 우수에 포함된 염소이온을 저감시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 우수 처리 장치의 상기 미생물은 상기 우드필터부 및 상기 폐각필터부을 통과하는 우수의 수소이온지수(pH)를 중성화할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 우수 처리 장치의 상기 미생물은 상기 우드파쇄물 간의 공극을 통해 공급되는 산소에 의해 증식되는 호기성인 오염원 여과 필터.
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삭제
본 발명의 일 실시예에 따른 우수 처리 장치의 상기 본체부는 상기 유입구를 통해 유입된 상기 우수를 저장하는 저장조 및 상기 저장조와 연통되고 상기 오염원 여과 필터가 배치되는 여과조를 구비하며, 상기 개폐부는 상기 저장조에 저장되는 상기 우수의 수위에 의해 상기 유입구의 개폐가 결정될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 우수 처리 장치의 상기 개폐부는 상기 본체부의 내측 상면으로부터 내측 하면을 향해 연장 형성되는 다수의 지지부 및 상기 지지부에 의해 형성되는 내부공간에 승강 가능하도록 배치되는 개폐볼을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 우수 처리 장치의 상기 지지부는 상기 개폐볼의 하강에 대한 한계를 제공하도록 돌출되어 형성되는 걸림턱을 구비할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 우수 처리 장치는 상기 우수가 상기 우수 여과 필터에 의해 여과된 후 상기 유출구를 통해 유출되기 전 모래 및 자갈 중 적어도 하나에 의해 추가로 여과될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 우수 처리 장치는 상기 유출구와 연통되어 형성되며, 상기 모래 및 상기 자갈 중 적어도 하나에 의해 여과된 상기 우수를 상기 유출구로 안내하는 적어도 하나의 유공관;을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 오염원 여과 필터 및 이를 포함하는 우수 처리 장치에 의하면, 오염원의 흡착성능을 향상시켜 초기 우수에 포함된 제설제 등에 사용되는 염화칼슘의 염소이온을 효과적으로 여과시킬 수 있다.
또한, 초기 우수의 수소이온지수(pH)를 중성화시킬 수 있다.
또한, 생태계를 교란시킬 수 있는 중금속 및 다핵성 방향족 탄화수소(PAHs: polycyclic aromatic hydrocarbons)와 같은 오염원을 효과적으로 제거할 수 있다.
나아가, 오염원에 의한 악취를 제거할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 우수 처리 장치를 도시한 개략 절개 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 우수 처리 장치를 도시한 개략 평면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 우수 처리 장치를 도시한 개략 단면도로, 도 1의 AA선에 따른 개략 단면도.
도 4는 도 1의 BB선에 따른 개략 단면도.
도 5는 도 1의 CC선에 따른 개략 단면도.
도 6은 100℃에서 10분간 끓인 후에 YM 한천 플레이트에 미생물을 배양한 사진이다.
도 7은 100℃에서 10분간 끓인 후에 TSA 한천 플레이트에 미생물을 배양한 사진이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 우수 처리 장치에 제공되는 오염원 여과 필터에 의해 염소이온의 수치 변화를 측정한 수질 측정기록부.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 우수 처리 장치에 제공되는 오염원 여과 필터의 제조 공정을 도시한 공정 흐름도.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 구성요소를 추가, 변경, 삭제 등을 통하여, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본원 발명 사상 범위 내에 포함된다고 할 것이다.
또한, 각 실시예의 도면에 나타나는 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 우수 처리 장치를 도시한 개략 절개 사시도이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 우수 처리 장치를 도시한 개략 평면도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 우수 처리 장치를 도시한 개략 단면도로, 도 1의 AA선에 따른 개략 단면도이다.
또한, 도 4는 도 1의 BB선에 따른 개략 단면도이며, 도 5는 도 1의 CC선에 따른 개략 단면도이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 우수 처리 장치(100)는 무동력 무인운전에 의한 여과방식을 채용한 일종의 여과 장치로, 미생물을 포함하여 구성되는 오염원 여과 필터(110), 상기 오염원 여과 필터(110)가 배치되고 외관을 구성하는 본체부(120) 및 상기 본체부(120)의 유입구(122)를 개폐 가능하도록 하는 개폐부(130)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 오염원 여과 필터(110)는 우수, 즉, 초기 우수에 포함된 오염원인 비점오염원을 여과시키는 필터로, 부양성과 불규칙한 형태를 구비하여 여과 성능을 향상시키고 다공성의 표면으로 인하여 오염원의 흡착성능이 향상된 필터일 수 있다.
다만, 상기 오염원 여과 필터(110)는 비점오염원을 여과시킬 수 있을 뿐만 아니라 점오염원 등 광범위한 오염원을 모두 여과시킬 수 있으며, 상기 오염원 여과 필터(110)에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 일 실시예에 따른 우수 처리 장치(100)의 전체적인 구성을 설명한 이후에 하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 우수 처리 장치(100)의 외관을 구성하는 본체부(120)는 소정의 내부공간을 구비할 수 있으며, 상기 내부공간은 저장조(124) 및 여과조(126)를 포함할 수 있다.
상기 저장조(124)는 우수 처리 장치(100)의 일측 상부에 형성되는 유입구(122)를 통해 유입되는 우수가 소정시간 동안 저장되는 공간일 수 있다.
한편, 상기 여과조(126)는 상기 저장조(124)와 연통되어 형성되는 공간으로, 상기 저장조(124)에 저장된 우수를 공급받은 후 오염원 여과 필터(110)에 의해 여과하여 유출구(128)를 통해 유출시키도록 하는 공간일 수 있다.
여기서, 상기 저장조(124) 및 상기 여과조(126)는 본체부(120)의 내측 상면으로부터 내측 하면을 향해 연장되어 형성되는 격벽(121)에 의해 구획될 수 있으며, 상기 격벽(121)은 상기 유입구(122)를 통해 우수가 다량으로 유입되는 경우 순식간에 여과조(126)로 유입되는 것을 차단하는 일종의 차단벽 기능을 수행할 수 있다.
즉, 상기 격벽(121)은 우수가 다량으로 유입되는 경우라도 저장조(124)로부터 여과조(126)로 유입되는 우수의 유량을 조절토록 하여 오염원 여과 필터(110)의 여과기능을 일정한 수준에서 유지시키도록 할 수 있다.
다만, 상기 격벽(121)의 연장되는 길이는 일정하게 정해지는 것은 아니며, 당업자의 의도에 맞게 저장조(124)로부터 여과조(126)로 유입되는 우수의 유량 및 오염원 여과 필터(110)의 여과 능력을 고려하여 다양하게 변경할 수 있음을 밝혀둔다.
한편, 유입구(122)를 통해 저장조(124)로 유입되는 우수는 본체부(120)의 내부에 위치 가변적으로 배치되어 상기 유입구(122)를 개폐 가능토록 하는 개폐부(130)에 의해 유입 여부가 결정될 수 있으며, 상기 개폐부(130)는 지지부(132) 및 개폐볼(134)을 포함할 수 있다.
상기 개폐부(130)에 의한 유입구(122)의 개폐 여부는 상기 유입구(122)를 통해 유입되는 우수의 유량 또는 저장조(124)에 저장되는 우수의 수위에 의해 결정될 수 있다.
다시 말하면, 상기 개폐부(130)는 본 발명의 일 실시예에 따른 우수 처리 장치(100)의 처리 능력 이하의 범위 내로 우수가 유입되는 경우 지지부(132) 상에서 하강하게 되어 유입구(122)를 열리게 하며, 일정한 조건이 만족되면 부력에 의해 자연적으로 상승하여 상기 유입구(122)를 밀폐시키게 된다.
즉, 게릴라성 폭우와 같이 예기치 않게 단시간에 많은 양의 우수가 유입구(122)를 통해 유입되는 경우 상기 유입구(122)를 통해 저장조(124)에 저장되는 우수는 상기 저장조(124)로부터 여과조(126)로 유입되는 우수보다 유량이 클 수 밖에 없다.
따라서, 저장조(124) 내에는 우수가 점점 채워질 수 밖에 없으며, 결국 상기 저장조(124) 내에 저장된 상기 우수에 의한 부력에 의해 개폐볼(134)은 점점 상승하게 된다.
이 경우, 유입구(122)는 상기 개폐볼(134)의 상승에 의해 밀폐되며, 이로 인해 상기 유입구(122)를 통해 상기 저장조(124)로 더 이상의 우수는 유입될 수 없게 된다.
결국, 상기 유입구(122)의 개폐는 저장조(124) 내에 채워지는 우수의 수위에 의해 결정되게 되며, 다시 말해, 유입구(122)를 통해 유입되는 우수의 유량에 의해 결정되게 되는 것이다.
즉, 게릴라성 폭우와 같이 예기치 않게 단시간에 많은 양의 우수가 유입구(122)를 통해 유입되어 본 발명의 일 실시예에 따른 우수 처리 장치(100)의 처리 능력을 초과하게 되는 경우 상기 우수 처리 장치(100) 내로의 우수의 유입을 차단시킴으로써 많은 양의 우수 유입에 따른 여과 기능 저하의 가능성을 미연에 방지하여 성능 및 수명을 향상시킬 수 있다.
여기서, 우수에 포함되는 비점오염원은 일반적으로 강우 초기, 즉, 초기 우수에 집중되는 특성을 보이게 되며, 상기 개폐볼(134)에 의해 유입구(122)가 밀폐되더라도 비점오염원을 집중적으로 함유하고 있는 초기 우수는 본 발명에 따른 우수 처리 장치(100)에 의해 여과된 상태이므로, 그 이후 여과되지 않은 채 유출되는 우수의 경우는 그다지 문제가 되지 않는다.
한편, 개폐볼(134)에 의해 유입구(122)가 밀폐되는 경우 본체부(120) 내의 오염원 여과 필터(110)에 의한 여과 과정은 계속적으로 진행될 수 있으며, 어느 정도 처리가 진행된 이후에는 개폐볼(134)의 하강에 의해 유입구(122)가 다시 열리게 되어 상기 유입구(122)를 통해 상기 저장조(124)로 우수가 다시 유입될 수 있다.
여기서, 상기 개폐볼(134)의 승강시 상기 개폐볼(134)의 지지는 상기 개폐볼(134)를 둘러싸는 다수의 지지부(132)에 의해 구현될 수 있으며, 상기 지지부(132)는 상기 본체부(120)의 내측 상면으로부터 내측 하면으로 연장되어 형성될 수 있다.
상기 지지부(132)는 일종의 봉 형상으로 상기 개폐볼(134)이 배치되도록 소정의 내부공간을 제공할 수 있으며, 상기 개폐볼(134)의 이탈을 방지할 수 있다.
한편, 상기 개폐볼(134)의 하강 범위는 상기 지지부(132)로부터 돌출 형성된 걸림턱(131)에 의해 결정될 수 있으며, 상기 걸림턱(131)은 상기 개폐볼(134)이 하강하는 경우 상기 개폐볼(134)의 하측부분과 접촉되어 더 이상의 하강을 방지할 수 있다.
따라서, 상기 걸림턱(131)에 의해 상기 개폐볼(134)이 본체부(120)의 내측 하면까지 하강되는 것을 방지함으로써 저장조(124)에 저장되는 우수의 수위에 따른 상기 개폐볼(134)의 승강을 보다 정확하게 구현시킬 수 있다.
오염원 여과 필터(110)는 유입구(122)를 통해 저장조(124)에 유입된 우수가 유출구(128)를 통해 유출되기 전 상기 우수에 포함된 비점오염원 및 점오염원을 여과시키는 필터로, 우드필터부(111) 및 폐각필터부(112)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 오염원 여과 필터(110)는 우수가 1차적으로 여과되는 필터일 수 있으며, 유출구(128)를 통해 유출되는 우수는 상기 오염원 여과 필터(110)에 여과된 후 자갈(113) 및 모래(114)에 의해 2차적으로 여과될 수 있다.
구체적으로 상기 오염원 여과 필터(110)는 우드파쇄물 및 상기 우드파쇄물과 교반되어 발효되는 미생물을 구비하는 우드필터부(111) 및 상기 우드필터부(111)와 혼합되거나 이웃하게 배치되는 폐각필터부(112)를 포함할 수 있으며, 상기 폐각필터부(112)는 상기 미생물이 증식되는 환경을 제공하는 폐각을 구비할 수 있다.
여기서, 상기 미생물은 여러가지의 균주 또는 이의 배양액일 수 있으며, 다음과 같은 미생물이 적용될 수 있다.
첫째로, 상기 미생물은 수탁번호 KCTC 11780BP로 기탁된 패니바실러스 속(Paenibacillus sp.) LH-2010-01 균주 또는 이의 배양액을 유효성분으로 할 수 있다.
둘째로, 상기 미생물은 수탁번호 KCTC 11781BP로 기탁된 바실러스 속(Bacillus sp.) LH-2010-02 균주 또는 이의 배양액을 유효성분으로 할 수 있다.
셋째로, 상기 미생물은 수탁번호 KCTC 11768BP로 기탁된 바실러스 바타비엔시스(Bacillus bataviensis), 바실러스 포디아이(Bacillus fordii), 오세아노바실러스 카에니(Oceanobacillus caeni), 패니바실러스 파비스포루스(Paenibacillus favisporus) 및 브레비바실러스 센트로스포루스(Brevibacillus centrosporus)의 혼합 균주 또는 이의 배양액을 유효성분으로 할 수 있다.
넷째로, 상기 미생물은 수탁번호 KCTC 11780BP로 기탁된 패니바실러스 속(Paenibacillus sp.) LH-2010-01 균주와 수탁번호 KCTC 11781BP로 기탁된 바실러스 속(Bacillus sp.) LH-2010-02 균주를 모두 포함하거나 포함된 균주의 배양액을 유효성분으로 할 수 있다.
다섯번째로, 상기 미생물은 수탁번호 KCTC 11780BP로 기탁된 패니바실러스 속(Paenibacillus sp.) LH-2010-01 균주와 수탁번호 KCTC 11781BP로 기탁된 바실러스 속(Bacillus sp.) LH-2010-02 균주를 모두 포함하거나 포함된 균주의 배양액을 유효성분으로 하는 동시에 바실러스 바타비엔시스(Bacillus bataviensis), 바실러스 포디아이(Bacillus fordii), 오세아노바실러스 카에니(Oceanobacillus caeni), 패니바실러스 파비스포루스(Paenibacillus favisporus) 및 브레비바실러스 센트로스포루스(Brevibacillus centrosporus)의 혼합 균주 또는 이의 배양액을 추가로 포함할 수 있다.
이하에서는 상기와 같은 신규한 미생물의 분리 과정을 구체적으로 살펴보기로 한다.
우선, 상기와 같은 신규한 미생물은 버드나무 열수추출물로부터 분리될 수 있으며, 상기 열수추출물은 다음과 같은 과정에 의해 추출할 수 있다.
즉, 버드나무의 뿌리, 줄기 또는 몸통을 100℃의 물에 10분~30분간 끓여 추출물을 얻은 후, 상기 추출물을 버드나무 몸통에 접촉시켜 40℃의 버드나무 표면 온도 및 습도가 대략적으로 동일한 동시에 산소 공급이 원활한 찜질방 형태의 공간에서 7일간 처리를 한다.
이후에는 추출물 처리된 버드나무 몸통을 110℃ 이상의 끓는 물에서 30분~1시간 추출한 후, 상온에서 3일간 숙성시키고, 1톤 자연수에 상기 숙성시킨 추출물을 20L 비율로 투입하여 지속적으로 기폭시켜 최종적으로 열수추출물을 추출할 수 있다.
상기와 같은 과정에 의해 버드나무 열수추출물을 추출하면, 상기 버드나무 열수추출물 내에 포함되어 있는, 즉, 본 발명에 따른 오염원 여과 필터(110)에 사용될 수 있는 미생물을 분리하기 위하여 추출물 시료를 100℃에서 10분간 열처리한 후 그 중 1ml를 0.85 % NaCl 용액 9ml에 현탁하고 그 중 1 ml 을 분리용 배지로 사용된 TSA 고체배지(Difco사)에 평판 도말하고 50℃에서 배양을 시작한다.
약 7일 후 고체 배지 상에서 나타내는 미생물 집락들 중 집락 모양이 다른 2개를 선별하여 순수 분리할 수 있으며, 이를 LH-2010-01과 LH-2010-02 로 명명하였다.
상기 분리된 LH-2010-01 과 LH-2010-02 균주를 TSA 고체배지(Difco사)에서 50℃에서 2-3일 동안 배양한 다음 16S rRNA 유전자 염기서열을 통해서 동정을 수행한다. 16S rRNA 유전자의 염기 서열 결정 및 분석은 윤 등(Yoon et al. Int . J. Syst. Bacteriol ., 47, 933, 1997)의 방법을 사용한다.
16S rRNA 유전자 염기서열에 기초한 분자계통분류학적 분석에서 LH-2010-01은 패니바실러스 속(Genus Paenibacillus)에 속하는 균주로서 이 속의 패니바실러스 리구이(Paenibacillus rigui)의 표준 균주와 비교했을 때 98.6%의 가장 높은 서열 상동성을 보여주었다. LH-2010-01의 16S rRNA 유전자 염기서열은 서열번호 1로 나타내었다. 그리고, LH-2010-01 균주를 한국생명공학연구원에 2010년 10월 8일자로 기탁하였다 (기탁번호: KCTC 11780BP).
16S rRNA 유전자 염기서열에 기초한 분자계통분류학적 분석에서 LH-2010-02는 바실러스 속(Genus Bacillus)에 속하는 균주로서 이 속의 바실러스 서큘란스(Bacillus circulans)의 표준 균주와 비교했을 때 98.7%의 가장 높은 서열 상동성을 보여주었다. LH-2010-02의 16S rRNA 유전자 염기서열은 서열번호 2로 나타내었다. 그리고, LH-2010-02 균주를 한국생명공학연구원에 2010년 10월 8일자로 기탁하였다 (기탁번호: KCTC 11781BP).
또한, 버드나무 열수추출물로부터 앞서 설명한 미생물 이외에 본 발명에 따른 오염원 여과 필터(110)에 사용될 수 있는 또 다른 미생물을 분리할 수 있으며, 이는 다음과 같은 과정에 의해 진행될 수 있다.
버드나무 열수추출물 시료 1ml을 채취하여 100℃에서 10분간 가열한 후, 실온에서 완전히 식힌 다음, 십진희석법에 의하여 희석하고 YM 및 TSA 배지(Difco사)에 접종하여 30℃에서 3일간 배양한다.
배양 후 나타난 콜로니를 계수하여 미생물의 총균수를 측정하고, 3회 반복하여 계대배양을 실시하여 순수 분리한다. 순수 분리된 미생물은 genomic DNA를 추출하고 16S rRNA 유전자 서열 분석을 통해 미생물의 분포를 분석한다. 16S rRNA 유전자의 염기 서열 결정 및 분석은 윤 등(Yoon et al. Int . J. Syst . Bacteriol ., 47, 933, 1997)의 방법을 사용하였다.
미생물 분석실험에서 검출된 균주들은 모두 내생포자(endospore)를 생성하는 Bacillaceae와 Paenibacillaceae에 속하는 균주들로 학계에 보고되었던 기존의 균주들로 보인다. 이들은 Bacillaceae과에 속하는 바실러스 바타비엔시스(Bacillus bataviensis), 바실러스 포디아이(Bacillus fordii), 오세아노바실러스 카에니(Oceanobacillus caeni)와 Paenibacillaceae과에 속하는 패니바실러스 파비스포루스(Paenibacillus favisporus), 브레비바실러스 센트로스포루스(Brevibacillus centrosporus) 들이다.
일반적으로 내생포자를 생성하는 세균들은 고온의 환경에서 살아남는 내열성이 강한 미생물들로 알려져 있다. 이번 실험에서 검출된 균주들은 모두 바실러스에 속하는 그람양성의 간균으로 바실라이강에 동일한 분류학적 위치를 차지하고 있는 균주들로 보인다. 이들 5가지의 혼합 균주를 한국생명공학연구원에 2010년 9월 29일자로 기탁하였다 (기탁번호: KCTC 11768BP).
이들 5가지의 혼합 균주를 100℃에서 10분간 끓인 후에 YM 한천 플레이트 및 TSA 한천 플레이트에 도말하여 콜로니를 관찰한 결과, 콜로니가 상당수 존재함을 알 수 있었으며(도 6 및 도 7), 이들 총 세균수를 표 1에 나타내었다.
100℃에서 10분간 끓인 후의 총 세균수.
YM 배지 TSA 배지
1.3 x 101 cfu/ml 2.1 x 101 cfu/ml
상기 표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 100℃에서 10분간 끓인 후에도 상당한 수의 세균이 살아 있음을 알 수 있다.
한편, 상기와 같은 과정에 의해 분리된 미생물은 우드파쇄물과 교반되어 발효됨으로써 본 발명에 따른 오염원 여과 필터(110)의 우드필터부(111)를 구성할 수 있으며, 여기에 폐각을 포함하는 폐각필터부(112)가 혼합되거나 이웃하게 배치됨으로서 비로소 비점오염원을 여과시키는 오염원 여과 필터(110)를 구현할 수 있다.
구체적인 오염원 여과 필터(110)의 제조 방법에 대해서는 도 10을 참조로 후술하기로 한다.
여기서, 상기 오염원 여과 필터(110)에 사용되는 상기와 같은 미생물은 우수에 포함된 다양한 오염원을 여과시킬 수 있는 기능을 할 수 있으며, 특히, 상기 우드필터부(111) 및 상기 폐각필터부(112)을 통과하는 우수에 포함된 염소이온을 효과적으로 저감시킬 수 있다.
즉, 겨울에 제설제로 주로 사용되는 염화칼슘은 눈과 함께 녹아 농촌의 시설물이나 가로수 등으로 유입되어 피해를 주게 되는데, 이때 피해의 원인은 염화칼슘의 염소이온일 수 있다.
따라서, 우수 처리 장치(100)에 사용되는 오염원 여과 필터(110)는 염소이온의 여과 능력이 필터의 성능을 좌우하는 중요한 인자가 될 수 있으며, 본 발명에서는 다양한 미생물에 의해 이를 해결할 수 있는 것이다.
여기서, 본 발명에 따른 미생물에 의한 염소이온의 여과 기능을 실험하기 위해 염소이온 적정법(Chloride-Titrimetric Method)을 사용하였으며, 상기 염소이온 적정법은 물속에 존재하는 염소이온을 분석하기 위해 염소이온을 질산은과 정량적으로 반응시킨 다음 과잉의 질산은이 크롬산과 반응하여 크롬산의 침전으로 나타나는 점을 적정의 종말점으로 하여 염소이온의 농도를 측정하는 방법이다.
한편, 시약은 0.1N과 0.01N의 질산은 용액(0.1N) 및 크롬산칼륨용액이 사용될 수 있으며, 0.1N의 질산은 용액은 질산은(Silver nitrate, AgNO3, 분자량: 169.87) 17g에 정제수를 넣어 녹여 1L로 하고 표정한다.
그리고, 표정하는 방법은 염화나트륨(Sodium chloride, NaCl, 분자량: 58.44)을 500~650℃에서 40~50분간 건조한 다음 건조용기(실리카겔)에서 식힌 후 약 0.15g을 정밀히 달아 정제수 50mL를 넣어 녹여 크롬산칼륨용약(10%) 1mL를 넣어 흔들면서 조제된 질산은용액으로 지속적인 붉은색을 나타낼 때까지 적정하여 농도 계수를 계산한다.
한편, 0.01N의 질산은 용액은 앞서 설명한 과정에 의해 제조된 0.1N의 질산은 용액 100mL를 정확히 취하여 정제수를 넣어 정확히 1L로 하여 제조될 수 있다.
그리고, 크롬산칼륨용액(Potassium chromate, K2CrO4, 분자량: 194.19) 50g을 정제수 약 200mL에 녹이고, 붉은색침전이 생길 때까지 질산은(Silver nitrate, AgNO3, 분자량: 169.87)용액을 넣어 여과한 후 여과액에 정제수를 넣어 1L로 하여 제조될 수 있다.
한편, 분석절차는 시료인 본 발명에 따른 미생물을 50mL를 정확히 취하여 삼각플라스크에 취하고, 상기 시료를 중화하여 pH를 약 7.0으로 조절한다.
이후에는 크롬산칼륨용액 1mL를 넣어 질산은 용액(0.1N)으로 적정한다.
그리고, 적정의 종말점은 엷은 적황색 침전이 나타날 때로 하며, 따로 정제수 50mL를 취하여 바탕시험액으로 하고 시료의 시험방법에 따라 시험하여 보정한다.
여기서, 분석결과은 다음의 식 1에 의해 산출될 수 있으며, 도 8 및 도 9는 앞서 설명한 분석방법으로 수질평가를 전문으로 하는 (주)한국이엠씨에 의해 본 발명에 따른 오염원 여과 필터(110)에 사용되는 미생물에 의한 염소이온의 수치 변화를 측정한 수질 측정기록부이다.
[식 1]
Figure 112012070194671-pat00001
여기서, a는 시료의 적정에 소비된 질산은 용액(0.01N)의 량(mL)이고, b는 바탕시험액의 적정에 소비되 질산은 용액(0.01N)의 량(mL)이며, f는 질산은 용액(0.01N)의 농도 계수이고, V는 시료량(mL)이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 본 발명에 따른 오염원 여과 필터(110)에 사용되는 미생물에 의한 염소이온의 수치 변화는 16661.5mg/L에서 13825.5mg/L로 변화된 것을 알 수 있으며, 이로 인해 상기 미생물에 의해 염소이온의 함량이 저감된다는 것을 알 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 우수 처리 장치(100)의 오염원 여과 필터(110)에 사용되는 미생물은 우드필터부(111) 및 상기 폐각필터부(112)을 통과하는 우수의 수소이온지수(pH)를 중성화할 수 있다.
따라서, 상기 미생물을 포함하는 오염원 저감 필터(110)는 염소이온 저감 효과 및 수소이온지수(pH)를 중성화하여 효과적으로 우수에 포함된 비점오염원을 여과시킬 수 있다.
그리고, 상기 오염원 저감 필터(110)는 폐각을 구비하는 폐각필터부(112)를 포함하므로, 폐각에 의한 기능이 추가될 수 있다.
즉, 상기 폐각은 폐각 자체만으로 오염원의 여과 정화 기능이 있으므로, 상기 미생물과 함께 본 발명에 따른 오염원 여과 필터(110)의 여과 기능을 더욱더 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 폐각을 포함하는 폐각필터부(112)는 미생물이 증식될 수 있는 환경을 제공할 수 있으며, 구체적으로 상기 패각은 다공성의 형태를 지니게 되어 상기 미생물 서식을 위한 최적의 장소를 제공할 수 있다.
또한, 상기 폐각의 알칼리 성분은 상기 미생물의 먹이가 될 수 있다.
그러므로, 상기 폐각에 의해 상기 미생물은 기하급수적으로 증식될 수 있으며, 이로 인해 우수에 함유된 비점오염원을 효과적으로 여과시킬 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 오염원 저감 필터(110)는 폐각에 의해 폐각이 가지고 있는 순수한 여과 기능 이외에 미생물에 의한 여과 기능을 더욱더 향상시킬 수 있으므로, 결국, 비점오염원의 여과 기능은 극대화될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 오염원 여과 필터(110)는 부양성과 불규칙한 형태를 갖고 있어 여과성능이 뛰어나고 표면에 다공성을 가지고 있어 비표면적이 넓어 오염원의 흡착성능이 뛰어나므로, 도로면 유출수 중에 포함되어 있는 고형물, 유기물, 영양물질 및 염소 뿐만 아니라 생태계를 교란시킬 수 있는 중금속 및 다핵성 방향족 탄화수소(PAHs: polycyclic aromatic hydrocarbons)와 같은 오염원 제거와 오수의 악취를 제거할 수 있다.
여기서, 본 발명에 따른 우수 처리 장치(100)는 여과 구조물로 상기 오염원 여과 필터(110) 이외에 자갈(113) 및 모래(114) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 결과적으로 유입구(122)를 통해 유입된 우수는 상기 오염원 여과 필터(110), 자갈(113) 및 모래(114) 중 적어도 하나에 의해 순차적으로 여과될 수 있다.
그리고, 본 발명에 따른 우수 처리 장치(100)는 모래(114)의 하측에 배치되고 유출구(128)과 연통되어 여과 과정이 모두 완료된 우수를 상기 유출구(128)로 안내하는 적어도 하나의 유공관(140)을 구비할 수 있다.
상기 유공관(140)은 여과 과정이 완료된 우수가 통과되도록 다공질일 수 있으며, 유입구(122)를 통과하여 유입된 우수가 모든 여과 과정을 거친 후의 우수가 통과되는 유동 통로일 수 있다.
따라서, 상기 유공관(140)을 통과한 후 유출구(128)를 통해 우수가 유출되면 우수 처리 장치(100)의 처리 과정은 완료하게 된다.
한편, 본 발명에 따른 우수 처리 장치(100)는 본체부(120)의 내부 및 오염원 여과 필터(110)를 청소하기 위해 외부로부터 사람이 들어갈 수 있도록 하는 유지보수 관리맨홀(150)을 구비할 수 있으며, 상기 유지보수 관리맨홀(150)을 통하여 인위적인 방법으로 필요에 따라 내부를 청소할 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 우수 처리 장치에 제공되는 오염원 여과 필터의 제조 공정을 도시한 공정 흐름도이다.
도 10을 참조하면, 오염원 여과 필터(110)의 제조는 우선, 우드파쇄기 등을 이용하여 벌목된 우드 및 우드폐기물을 파쇄한다(S1).
이때, 파쇄된 우드파쇄물은 약 50 내지 100mm 정도의 크기인 것이 바람직하며, 이는 미생물 발효를 위한 산소 공급 시 산소의 공급을 위한 공극을 제공하기 위함이다.
이후에는 마그네틱 선별기 등을 이용하여 상기 우드파쇄물에 포함된 철 등의 이물질을 제거하는 과정을 거치게 된다(S2).
상기 마그네틱 선별기 등에 의해 이물질이 제거된 우드파쇄물에 도 1 내지 도 9를 참조로 설명한 미생물을 투입하고 혼합 및 교반하는 과정을 거친다(S3).
여기서, 함수율은 55% 미만을 유지하는 것이 바람직하며, 교반하는 과정에서 계속적으로 미생물 발효를 위한 산소를 공급한다.
즉, 본 발명의 오염원 여과 필터(110)에 사용되는 미생물은 호기성일 수 있으므로, 효과적인 발효를 위해 계속적으로 산소를 공급하게 되는 것이며, 상기 산소는 우드파쇄물의 공극을 통해 미생물의 발효를 도와주게 된다.
한편, 미생물의 발효시 교반실의 온도는 발효열로 인하여 70℃ 이상으로 상승하게 되며, 이로 이해 병원성균과 부패균이 사멸된 우드필터부(111)를 제조할 수 있다.
또한, 상기 우드필터부(111)가 제조되면, 상기 우드필터부(111)에 폐각을 혼합하고 재차 발효하는 단계를 거치게 된다(S4).
이후에는 숙성 단계(S5)를 거쳐 최종적으로 우드필터부(111) 및 폐각필터부(112)를 포함하는 오염원 여과 필터(110)를 제조할 수 있다.
한편, 오염원 여과 필터(110)에 포함되는 우드필터부(111) 및 폐각필터부(112)는 미생물이 발효된 상태로 서로 혼합된 상태일 수 있으나, 추후의 별도 과정에 의해 서로 분리를 시킬 수 있다.
따라서, 상기 오염원 여과 필터(110)를 우수 처리 장치(100)의 본체부(120)에 배치시키는 경우 혼합된 하나의 층으로 구현되거나, 서로 별개의 층으로 구분될 수 있다.
또한, 상기 오염원 여과 필터(110)는 하나의 칩 형상으로 제조될 수 있으며, 다수개의 상기 칩을 적층 및 배열함으로써 간편하면서도 안정적으로 우수 처리 장치(100)의 본체부(120) 내에 고정시킬 수 있다.
상기에서는 본 발명에 따른 실시예를 기준으로 본 발명의 구성과 특징을 설명하였으나 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상과 범위내에서 다양하게 변경 또는 변형할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에게 명백한 것이며, 따라서 이와 같은 변경 또는 변형은 첨부된 특허청구범위에 속함을 밝혀둔다.
100: 우수 처리 장치
110: 오염원 여과 필터
120: 본체부
130: 개폐부
140: 유공관
한국생명공학연구원 KCTC11780 20101008 한국생명공학연구원 KCTC11781 20101008 한국생명공학연구원 KCTC11768 20100929

Claims (16)

  1. 우드파쇄물, 상기 우드파쇄물과 교반되어 발효되는 미생물을 구비하는 우드필터부 및 상기 우드필터부와 혼합되거나 이웃하게 배치되며, 상기 미생물이 증식되는 환경을 제공하는 폐각을 구비하는 폐각필터부를 포함하는 오염원 여과 필터;
    상기 오염원 여과 필터가 배치되며, 유입구를 통해 유입된 우수가 상기 오염원 여과 필터에 의해 여과된 후 유출구를 통해 유출되도록 하는 본체부; 및
    상기 본체부의 내부에 위치 가변적으로 배치되어 상기 유입구를 개폐 가능하도록 하는 개폐부;를 포함하며,
    상기 개폐부는 상기 유입구를 통해 유입되는 상기 우수의 유량에 따른 상기 본체부에 저장되는 우수의 수위에 의해 상기 유입구의 개폐가 결정되는 우수 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 미생물은 수탁번호 KCTC 11780BP로 기탁된 패니바실러스 속(Paenibacillus sp.) LH-2010-01 균주 또는 이의 배양액을 유효성분으로 하는 우수 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 미생물은 수탁번호 KCTC 11781BP로 기탁된 바실러스 속(Bacillus sp.) LH-2010-02 균주 또는 이의 배양액을 유효성분으로 하는 우수 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 미생물은 수탁번호 KCTC 11768BP로 기탁된 바실러스 바타비엔시스(Bacillus bataviensis), 바실러스 포디아이(Bacillus fordii), 오세아노바실러스 카에니(Oceanobacillus caeni), 패니바실러스 파비스포루스(Paenibacillus favisporus) 및 브레비바실러스 센트로스포루스(Brevibacillus centrosporus)의 혼합 균주 또는 이의 배양액을 유효성분으로 하는 우수 처리 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 미생물은 수탁번호 KCTC 11780BP로 기탁된 패니바실러스 속(Paenibacillus sp.) LH-2010-01 균주와 수탁번호 KCTC 11781BP로 기탁된 바실러스 속(Bacillus sp.) LH-2010-02 균주를 모두 포함하거나 포함된 균주의 배양액을 유효성분으로 하는 우수 처리 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 미생물은 바실러스 바타비엔시스(Bacillus bataviensis), 바실러스 포디아이(Bacillus fordii), 오세아노바실러스 카에니(Oceanobacillus caeni), 패니바실러스 파비스포루스(Paenibacillus favisporus) 및 브레비바실러스 센트로스포루스(Brevibacillus centrosporus)의 혼합 균주 또는 이의 배양액을 추가로 포함하는 우수 처리 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 미생물은 상기 우드필터부 및 상기 폐각필터부을 통과하는 우수에 포함된 염소이온을 저감시키는 우수 처리 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 미생물은 상기 우드필터부 및 상기 폐각필터부을 통과하는 우수의 수소이온지수(pH)를 중성화하는 우수 처리 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 미생물은 상기 우드파쇄물 간의 공극을 통해 공급되는 산소에 의해 증식되는 호기성인 우수 처리 장치.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제1항에 있어서,
    상기 본체부는 상기 유입구를 통해 유입된 상기 우수를 저장하는 저장조 및 상기 저장조와 연통되고 상기 오염원 여과 필터가 배치되는 여과조를 구비하며,
    상기 개폐부는 상기 저장조에 저장되는 상기 우수의 수위에 의해 상기 유입구의 개폐가 결정되는 우수 처리 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 개폐부는 상기 본체부의 내측 상면으로부터 내측 하면을 향해 연장 형성되는 다수의 지지부 및 상기 지지부에 의해 형성되는 내부공간에 승강 가능하도록 배치되는 개폐볼을 포함하는 우수 처리 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 지지부는 상기 개폐볼의 하강에 대한 한계를 제공하도록 돌출되어 형성되는 걸림턱을 구비하는 우수 처리 장치.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 우수가 상기 우수 여과 필터에 의해 여과된 후 상기 유출구를 통해 유출되기 전 모래 및 자갈 중 적어도 하나에 의해 추가로 여과되는 우수 처리 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 유출구와 연통되어 형성되며, 상기 모래 및 상기 자갈 중 적어도 하나에 의해 여과된 상기 우수를 상기 유출구로 안내하는 적어도 하나의 유공관;을 더 포함하는 우수 처리 장치.


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