KR101658529B1 - Device for cultivating, harvesting microalgae and capturing of carbon dioxide, purification of air or wastewater using the same - Google Patents

Abstract

본 발명은 미세조류 배양 및 수확장치와 이를 이용한 이산화탄소 고정장치, 공기 또는 수질 정화장치에 관한 것이다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 페트병을 이용하여 다수개의 미세조류 반응기를 프레임에 다단으로 설치함으로써, 폐자원을 재사용하여 비용을 절감하고 환경을 보호할 뿐만 아니라 조류의 배양과 수확이 간편하고 좁은 용적에서 다량의 미세조류를 배양할 수 있는 효과가 있다.
또한, 소수성 수지로 미세조류 반응기 내부를 코팅함으로써, 조류의 부착을 억제하여 바이오필름 형성으로 인한 수율의 감소를 예방하며, 석분을 첨가하고 진탕하여 미세조류를 수확함으로써, 조류의 수확량을 증가시키는 효과가 있다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to a microalgae culture and harvesting apparatus, a carbon dioxide anchor system using the same, and an air or water purification apparatus.
According to the present invention as described above, a plurality of microalgae reactors are installed in a frame in a multi-stage by using PET bottles, thereby reducing costs and protecting the environment by reusing waste resources. In addition to simplifying cultivation and harvesting of algae, It is possible to cultivate a large amount of microalgae.
In addition, by coating the inside of the microalgae reactor with a hydrophobic resin, it is possible to prevent the decrease of the yield due to the formation of the biofilm by inhibiting the attachment of the algae, to increase the yield of the algae by harvesting the microalgae by adding the stone, .

Description

미세조류 배양 및 수확장치와 이를 이용한 이산화탄소 고정장치, 공기 또는 수질 정화장치{DEVICE FOR CULTIVATING, HARVESTING MICROALGAE AND CAPTURING OF CARBON DIOXIDE, PURIFICATION OF AIR OR WASTEWATER USING THE SAME}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a micro-algae culture and harvesting apparatus, a CO2 fixation apparatus, and an air or water purification apparatus using the same. BACKGROUND ART [0002]

본 발명은 미세조류 배양 및 수확장치와 이를 이용한 이산화탄소 고정장치, 공기 또는 수질 정화장치에 관한 것이다.
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a microalgae culture and harvesting apparatus, a carbon dioxide anchor system using the same, and an air or water purification apparatus.

광합성 미생물인 미세조류는 이산화탄소를 흡수해서 광합성 작용에 의해 비타민류, 아미노산, 색소류, 단백질, 다당류, 지방산 등 다양한 유용성분을 제조하기 때문에 양식의 사료용 등으로 이용되고, 지구 온난화의 원인 중 하나가 되는 이산화탄소를 처리하는 수단으로 이용되어, 최근 미세조류를 대량으로 배양하는 배양장치가 연구되고 있다.Microalgae, a photosynthetic microorganism, absorbs carbon dioxide and produces various useful components such as vitamins, amino acids, colorants, proteins, polysaccharides, and fatty acids by photosynthesis. Therefore, it is used as food for diets and is one of the causes of global warming Recently, a culture apparatus for culturing microalgae in a large amount has been studied.

광합성 미생물을 이용한 고부가가치 물질의 생산이 가능하게 되고, 특히 생물학적 이산화탄소 고정화 공정에 광합성 미생물의 고농도 대량 배양기술이 필수적으로 요구됨에 따라 배양효율이 높은 광생물반응기에 대한 수요가 증대되고 있는 실정이다.It has become possible to produce high value-added materials using photosynthetic microorganisms, and in particular, a technology for mass-culture of photosynthetic microorganisms at a high concentration is indispensably required in the biological carbon dioxide immobilization process, and thus there is a growing demand for photobioreactors having high culture efficiency.

미세조류를 효과적으로 배양하기 위해서는, 수광량이 많고, 영양분과 이산화탄소를 균일하게 공급함과 아울러 미세조류의 벽면 부착에 의한 광투과의 저하나 콜로니의 형성에 의한 침전을 방지하는 것이 중요하다.In order to effectively cultivate microalgae, it is important to provide a large amount of received light, to uniformly supply nutrients and carbon dioxide, to prevent light transmission due to adhesion of microalgae to the wall surface, and to prevent sedimentation due to the formation of colonies.

종래 미세조류 배양장치로 대한민국 등록특허 제10-0679989호(접종물 배양조가 내부에 설치된 수로식 미세조류 옥외배양조), 대한민국 공개특허 제10-2012-0014387호(미세조류 대량배양을 위한 광생물 반응기 및 이를 이용한 미세조류 배양방법) 등이 있으나, 종래 수로형 연못(raceway pond) 배양시스템, 광생물 반응기(photobioreactor)는 넓은 용적과 고가의 초기 설치비용이 필요하고, 조류의 바이오필름 형성으로 인해 수율이 감소하고 조류의 수확이 어려운 문제가 있으며, 조류의 벽면 부착을 방지하기 위해 별도의 교반장치가 필수적으로 요구된다. 더욱이, 대한민국은 국토가 좁아 폐수처리 등에 이용되는 대규모의 조류 배양을 위한 부지확보가 어려운 실정이다.Korean Patent No. 10-0679989 (a submerged micro-algae outdoor culture set in which an inoculation culture tank is installed), Korean Patent Laid-Open No. 10-2012-0014387 (a photobioreactor for large-scale microalgae cultivation) And a method of culturing microalgae using the same). However, conventionally, a raceway pond culture system and a photobioreactor require a large installation cost and an initial installation cost, and because of the biofilm formation of algae, And there is a problem that it is difficult to harvest the algae. In order to prevent the algae from adhering to the wall surface, a separate stirring device is indispensably required. Moreover, Korea has difficulty in securing sites for culturing large-scale algae that are used for wastewater treatment due to its small land area.

2010년도 PET협회지를 보면 '09년 페트병 연간 생산량은 14만 3772톤(41억 6100만개) 정도로 추산하고 있다. 이 중 회수되는 페트병 양은 12만 2983톤 정도로 회수율이 약 86% 정도로 높은 편이나, 재활용하는 방법은 한정적으로 주로 분쇄 후 재가공하여 사용하는 경우가 많고, 병의 종류나 재질에 따라 어려움이 많은 실정이다. 또한, 현재 새로운 재활용법 및 폐자원 절감을 위해 국가적으로 노력하고 있는 추세이다.
According to the PET Association's 2010 report, the annual production of PET bottles in 2009 is estimated at 143,772 tons (4,161 million). Among them, the amount of recovered PET bottles is about 122,983 tons, and the recovery rate is about 86%. However, the recycling method is mainly used after repacking mainly after grinding, and there are many difficulties depending on the type and material of bottles . Also, there is a tendency in national efforts to reduce new recycling laws and waste resources.

본 발명의 목적은 좁은 용적에서 다량의 미세조류를 효과적으로 배양하고 수확할 수 있는 미세조류 배양장치와 이를 이용한 공기 및 수질 정화장치를 제공함에 있다.
An object of the present invention is to provide a microalgae culture apparatus capable of efficiently culturing and harvesting a large amount of microalgae in a narrow volume, and an air and water purification apparatus using the same.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 마개를 관통하여 일단부가 미세조류 반응기 내에 배치되는 기체 또는 액체의 주입구와 배출구가 구비된 탈부착 가능한 마개; 상기 마개가 상부에 체결되며 내부가 소수성 수지로 코팅되고 광투과성 소재로 이루어진 다수개의 미세조류 반응기; 및 상기 다수개의 미세조류 반응기가 설치되는 프레임;을 포함하는 미세조류 배양장치를 제공한다.In order to accomplish the above object, the present invention provides a detachable cap comprising: a detachable cap having an inlet and an outlet for a gas or a liquid passing through a cap and having one end disposed in the microalgae reactor; A plurality of micro-algae reactors, the plugs being fastened to the upper part, the inside of which is coated with a hydrophobic resin and made of a light-transmitting material; And a frame on which the plurality of microalgae reactors are installed.

상기 미세조류는 클로렐라(Chlorella sp.), 클로로코쿰(chlorococcum sp.), 스피루리나(Spirulina sp.), 헤마토코쿠스(Haematococcus sp.), 네오스폰지오코쿰(Neospongiococcum sp.), 세네데스무스(Scenedesmus sp.) 또는 두날리엘라(Dunaliella sp.)인 것을 특징으로 한다.The microalgae may be selected from the group consisting of Chlorella sp., Chlorococcum sp., Spirulina sp., Haematococcus sp., Neospongiococcum sp., Senethesmus sp. Scenedesmus sp.) Or Dunaliella sp.

상기 기체 또는 액체의 주입구는 연결관을 통해 하나로 연결된 것을 특징으로 한다.And the gas or liquid injection ports are connected together through a connection pipe.

상기 소수성 수지는 불소 수지인 것을 특징으로 한다.The hydrophobic resin is a fluororesin.

이때, 불소 수지는 테트라플루오로에틸렌과 헥사플루오로프로필렌의 공중합체 또는 폴리테트라플루오로에틸렌인 것을 특징으로 한다.At this time, the fluororesin is a copolymer of tetrafluoroethylene and hexafluoropropylene or polytetrafluoroethylene.

상기 미세조류 반응기는 폴리에틸렌 재질인 것을 특징으로 한다.The microalgae reactor is made of polyethylene.

이때, 미세조류 반응기는 페트병인 것을 특징으로 한다.At this time, the microalgae reactor is characterized by being a PET bottle.

상기 미세조류 반응기는 프레임에 형성된 걸림구에 의해 프레임에 안착되거나, 걸이구를 이용하여 프레임에 걸어 설치되는 것을 특징으로 한다.The micro-algae reactor may be mounted on a frame by means of a latch formed on the frame, or may be installed on the frame by using a hook.

상기 프레임은 "A" 형상을 갖는 것을 특징으로 한다.And the frame has an "A" shape.

상기 프레임은 "⊥" 형상을 갖는 것을 특징으로 한다.Characterized in that the frame has a "?" Shape.

상기 미세조류 반응기에 석분을 첨가하여 배양한 후, 진탕하여 미세조류를 수확하는 것을 특징으로 한다.The microalgae reactor is further characterized in that the microalgae are harvested by adding and culturing the microalgae to the reactor.

상기 석분을 첨가하고 진탕하여 미세조류를 수확하는 것을 특징으로 한다.And the micro-algae are harvested by adding the above-mentioned algae and shaking.

이때, 석분은 크기가 0.6 내지 1 mm인 것을 특징으로 한다.At this time, the size of the abrasive is 0.6 to 1 mm.

또한, 본 발명은 상기와 같은 미세조류 배양장치를 갖는 공기 정화장치를 제공한다.The present invention also provides an air purification apparatus having such a microalgae culture apparatus.

또한, 본 발명은 상기와 같은 미세조류 배양장치를 갖는 수질 정화장치를 제공한다.
In addition, the present invention provides a water purification apparatus having such a microalgae culture apparatus.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 페트병을 이용하여 다수개의 미세조류 반응기를 프레임에 다단으로 설치함으로써, 폐자원을 재사용하여 비용을 절감하고 환경을 보호할 뿐만 아니라 조류의 배양과 수확이 간편하고 좁은 용적에서 다량의 미세조류를 배양할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention as described above, a plurality of microalgae reactors are installed in a frame in a multi-stage by using PET bottles, thereby reducing costs and protecting the environment by reusing waste resources. In addition to simplifying cultivation and harvesting of algae, It is possible to cultivate a large amount of microalgae.

또한, 소수성 수지로 미세조류 반응기 내부를 코팅함으로써, 조류의 부착을 억제하여 바이오필름 형성으로 인한 수율의 감소를 예방하며, 석분을 첨가하고 진탕하여 미세조류를 수확함으로써, 조류의 수확량을 증가시키는 효과가 있다.In addition, by coating the inside of the microalgae reactor with a hydrophobic resin, it is possible to prevent the decrease of the yield due to the formation of the biofilm by inhibiting the attachment of the algae, to increase the yield of the algae by harvesting the microalgae by adding the stone, .

또한, 미세조류의 배양에 의해 이산화탄소를 고정하고 산소를 배출하며 수질 내 인과 질소 화합물을 제거함으로써, 공기 및 수질을 정화하는 효과가 있다.
In addition, there is an effect of purifying air and water quality by fixing carbon dioxide by culturing microalgae, discharging oxygen, and removing phosphorus and nitrogen compounds in the water quality.

도 1은 본 발명에 따른 미세조류 배양장치의 실시예.
도 2는 본 발명에 따른 피라미드 구조의 미세조류 배양장치의 모식도.
도 3은 본 발명에 따른 나무형 구조의 미세조류 배양장치의 모식도.
도 4는 걸이구와 미세조류 반응기의 결합 모식도.
도 5는 미세조류 반응기에 공급되는 기체 또는 액체의 주입구와 배출구의 모식도.
도 6은 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 수지로 코팅한 미세조류 반응기와 코팅하지 않은 미세조류 반응기의 배양 시간에 따른 광학밀도(optical density) 변화 그래프.
도 7은 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 수지로 코팅한 미세조류 반응기와 코팅하지 않은 미세조류 반응기의 배양 시간에 따른 엽록소-a(chlorophyll-a) 농도 변화 그래프.
도 8은 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 수지 코팅 여부에 따른 배지내 부유하는 조류와 벽면에 부착된 조류의 건조균체량와 바이오필름(biofilm)의 측정 결과.
도 9는 석분을 이용한 조류의 수확 전과 후의 사진. 좌부터 증류수, 2 내지 8 mm 석분, 0.6 내지 1 mm 석분, 0.2 내지 0.6 mm 석분으로 처리한 사진.
도 10은 석분의 크기에 따른 부착 조류의 제거율을 나타내는 그래프.
도 11은 미세조류 반응기의 주입구 및 배출구에서의 이산화탄소와 산소의 농도 변화 그래프(D: day, N: night, 서울 남향 일사량: 2 ~ 3.2 MJ/m²).Fig. 1 shows an embodiment of a microalgae culture apparatus according to the present invention. Fig.
2 is a schematic diagram of a microalgae culture apparatus having a pyramidal structure according to the present invention.
3 is a schematic diagram of a microalgae culture apparatus having a tree-like structure according to the present invention.
Fig. 4 is a schematic view showing the connection between a hanger and a microalgae reactor. Fig.
5 is a schematic view of an inlet and an outlet of a gas or liquid supplied to the microalgae reactor;
FIG. 6 is a graph showing the optical density change with time of a microalgae reactor coated with polytetrafluoroethylene (PTFE) resin and a microalgae reactor without coating.
FIG. 7 is a graph showing the chlorophyll-a concentration change with time in micro-algae reactor coated with polytetrafluoroethylene (PTFE) resin and micro-algae reactor not coated.
FIG. 8 is a graph showing the results of measurement of dry bacterial mass and biofilm of floating algae and algae attached to a wall in a medium depending on whether polytetrafluoroethylene (PTFE) resin is coated or not.
FIG. 9 is a photograph of a bird before and after harvesting using a stone. FIG. Photographs of treated with distilled water, 2 to 8 mm, 0.6 to 1 mm, and 0.2 to 0.6 mm stones from the left.
10 is a graph showing the removal rate of attached algae according to the size of the alum.
FIG. 11 is a graph showing a change in the concentration of carbon dioxide and oxygen at the inlet and outlet of the microalgae reactor (D: day, N: night, Seoul South irradiance: 2 to 3.2 MJ / m ² ).

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

미세조류(microalgae)는 광합성 색소를 가지고 광합성을 하는 생물들에 대한 통칭으로서, 마이크로 단위의 크기를 갖는 수중 생물로 태양광 등 빛을 에너지원으로 이산화탄소를 고정화시키고 광합성을 하여 성장한다.Microalgae is a group of organisms that have photosynthesis with photosynthetic pigments. It is an aquatic creature with a micro-scale size. It grows by immobilizing carbon dioxide as a source of energy such as sunlight and photosynthesis.

본 발명은 마개를 관통하여 일단부가 미세조류 반응기 내에 배치되는 기체 또는 액체의 주입구와 배출구가 구비된 탈부착 가능한 마개와; 상기 마개가 상부에 체결되며 내부가 소수성 수지로 코팅되고 광투과성 소재로 이루어진 다수개의 미세조류 반응기와; 및 상기 다수개의 미세조류 반응기가 설치되는 프레임;을 포함하는 미세조류 배양장치를 제공한다.The present invention relates to a micro-algae reactor, comprising: a detachable cap having an inlet and an outlet for a gas or liquid through which a cap is disposed, A plurality of micro-algae reactors, the plugs being fastened to the upper part, the inside of which is coated with a hydrophobic resin and made of a light-transmitting material; And a frame on which the plurality of microalgae reactors are installed.

미세조류가 배양용기의 벽면에 부착되거나 응집하여 침전하게 되면, 미세조류의 수광이 방해되어 고밀도의 배양이 원활하게 이루어지지 않고 수율이 감소하는 문제가 있다. 따라서, 미세조류 반응기 내부를 소수성 수지로 코팅하여 미세조류의 부착 현상을 막는 것이 중요하다.When microscopic algae adhere to the wall surface of the culture container or coagulate and precipitate, light reception of the microalgae is disturbed, resulting in a problem that the yield of the culture is not smoothly achieved at a high density. Therefore, it is important to coat the inside of the microalgae reactor with a hydrophobic resin to prevent adhesion of microalgae.

상기 주입구의 일단부는 미세조류 반응기 내부와 연통되도록 미세조류 반응기 하부까지 길게 형성되어 미세조류 반응기 내에 배치되는 것이 바람직하며, 배출구의 일단부는 미세조류 배양에 의해 발생된 산소가 배출될 수 있도록 미세조류 반응기 상부에 배치되는 것이 바람직하다. 주입구를 통해 공급된 이산화탄소는 미세조류 반응기 내의 하부에서 상부로 이동하게 되고 미세조류의 배양에 의해 발생된 산소는 배출구를 통해 배출된다.The one end of the injection port is preferably formed in the micro-algae reactor so as to extend to the lower portion of the micro-algae reactor so as to communicate with the inside of the micro-algae reactor. In one end of the outlet, It is preferable that it is disposed on the upper side. The carbon dioxide supplied through the injection port is moved from the lower part to the upper part in the microalgae reactor, and the oxygen generated by the cultivation of the microalgae is discharged through the discharge port.

상기 미세조류로 클로렐라(Chlorella sp.), 클로로코쿰(chlorococcum sp.), 스피루리나(Spirulina sp.), 헤마토코쿠스(Haematococcus sp.), 네오스폰지오코쿰(Neospongiococcum sp.), 세네데스무스(Scenedesmus sp.) 또는 두날리엘라(Dunaliella sp.) 등이 있으나, 본 발명의 미세조류 배양장치로 배양 가능한 미세조류의 종류가 이에 한정되는 것은 아니며, 일반적인 산소를 발생시키는 광합성 조류는 모두 이용이 가능하다.The microalgae may be selected from the group consisting of Chlorella sp., Chlorococcum sp., Spirulina sp., Haematococcus sp., Neospongiococcum sp., Senethesmus sp. Scenedesmus sp.) Or Dunaliella sp., But the kind of microalgae that can be cultivated by the microalgae culture apparatus of the present invention is not limited thereto, and all of the photosynthetic birds that generate general oxygen can be used Do.

상기 기체 또는 액체의 주입구는 연결관을 통해 하나로 연결된 것이 바람직하며, 경우에 따라 10 내지 20 개 단위로 묶어 하나로 연결될 수 있다. 또한, 도 5에서 보는 바와 같이 주입구를 실리콘 튜브와 같은 연결관을 통해 하나로 연결하고 배출구도 실리콘 튜브와 같은 연결관을 통해 하나로 연결할 수 있다. 이와 같이 연결된 연결관을 통해 펌핑 장치와 같은 기 공지된 순환 장치를 이용하여 하나로 연결된 주입구에 기체 또는 액체를 주입하고 배출구를 통해 기체 또는 액체를 배출시킨다.The gas or liquid injection ports are preferably connected to each other through a connection pipe. In some cases, the gas or liquid injection ports may be bundled and connected together in units of 10 to 20. In addition, as shown in FIG. 5, the injection ports may be connected to each other through a connection tube such as a silicon tube, and the discharge ports may be connected to each other through a connection tube such as a silicone tube. Through such connected connection pipes, a known circulation device such as a pumping device is used to inject a gas or liquid into the inlet port connected in unison and discharge the gas or liquid through the outlet port.

상기 소수성 수지는 불소 수지인 것이 바람직하며, 불소 수지로 테트라플루오로에틸렌과 헥사플루오로프로필렌의 공중합체 또는 폴리테트라플루오로에틸렌이 있다.The hydrophobic resin is preferably a fluororesin, and the fluororesin is a copolymer of tetrafluoroethylene and hexafluoropropylene or polytetrafluoroethylene.

상기 미세조류 반응기는 폴리에틸렌 재질인 것이 바람직하며, 페트병을 미세조류 반응기로 활용할 경우 재사용이 가능하고 자원절약 및 환경보호 효과가 있다.The micro-algae reactor is preferably made of polyethylene, and can be reused when a PET bottle is used as a micro-algae reactor, and has resource saving and environmental protection effects.

상기 미세조류 반응기는 프레임에 형성된 걸림구에 의해 프레임에 안착되어 고정되거나, 걸이구를 이용하여 프레임에 걸어 설치되는 것이 바람직하다. 상기 걸림구는 프레임에 돌출 형성되어 미세조류 반응기를 받쳐 고정하거나 반응기가 안착될 수 있도록 오목하게 형성될 수 있고, 상기 걸이구는 도 4에서 보는 바와 같이 2 개의 미세조류 반응기를 프레임에 걸 수 있도록 형성될 수 있다.Preferably, the microalgae reactor is mounted on a frame by means of a hook formed in the frame, and is mounted on the frame by using a hook. The hooks may protrude from the frame and may be formed to be supported by the microalgae reactor or may be recessed to allow the reactor to be seated. The hooks may be formed to be able to hang two micro- .

미세조류 반응기는 상하 방향으로 세워져 프레임에 나란히 배열(도 1)되거나, 프레임의 하부에서 상부까지 다단으로 배열(도 2 및 3)될 수 있다. 본 발명의 미세조류 배양장치와 같이 상하 방향으로 다단 배열 가능한 프레임을 이용하여 미세조류 반응기를 설치할 경우, 단위면적당 많은 수의 미세조류 반응기를 설치하여 단위면적당 배양 용량을 증가시켜 수확량이 증진되는 효과가 있다.The microalgae reactors can be vertically arranged and arranged side by side on the frame (Fig. 1) or multi-tiered from the bottom to the top of the frame (Figs. 2 and 3). When a microalgae reactor is installed using a frame capable of multi-stage arrangement in the vertical direction as in the microalgae culture apparatus of the present invention, a large number of microalgae reactors per unit area are installed to increase the cultivation capacity per unit area, have.

도 2는 걸이구(1)를 통해 미세조류 반응기(3)를 프레임의 철골봉(2)에 걸어 설치하는 모식도를 나타내고, 도 3은 폐타이어 휠(5)을 받침대로 활용하고 분리가 가능한 프레임(4)으로 미세조류 반응기를 나무형상으로 설치하는 모식도를 나타낸다.FIG. 2 is a schematic view of a micro-algae reactor 3 mounted on a steel bar 2 of a frame through a hanger 1. FIG. 3 is a perspective view of a frame (4) shows a schematic diagram of installing a microalgae reactor in a tree form.

상기 프레임은 "A" 형상 또는 "⊥" 형상을 갖는 것이 바람직하다. "A" 형상 프레임의 경우, 도 2와 같이 프레임의 사면 모두 "A" 형상을 갖는 피라미드 구조 또는 도 1과 같이 사면이 아닌 일부 면에서 "A" 형상을 갖는 구조가 있고, "⊥" 형상 프레임의 경우, 도 3과 같은 나무형 구조가 있다. 프레임의 구조는 다수개의 미세조류 반응기가 설치될 수 있도록 형성된 것으로 상기 형상에 제한되는 것은 아니다.The frame preferably has an "A" shape or a "⊥" shape. In the case of the "A" shaped frame, there is a pyramid structure having an "A" shape on all slopes of the frame or a structure having an "A" There is a tree-like structure as shown in Fig. The structure of the frame is formed so that a plurality of microalgae reactors can be installed, and is not limited to this shape.

본 발명에 따른 미세조류 배양장치는 미세조류 반응기에 석분을 첨가하여 배양한 후, 진탕하여 미세조류를 수확하는 것이 바람직하다.In the microalgae culture apparatus according to the present invention, it is preferable to add microalgae to the microalgae reactor, cultivate the microalgae, and then shake to harvest the microalgae.

본 발명에 따른 미세조류 배양장치는 석분을 첨가하고 진탕하여 미세조류를 수확하는 것이 바람직하다. 이때, 석분은 배양을 마치거나 배양 시 첨가할 수 있다.In the apparatus for culturing microalgae according to the present invention, it is preferable to add micro-algae and harvest the microalgae by shaking. At this time, the stones can be added at the completion of cultivation or at the time of culturing.

이때, 석분은 크기가 0.6 내지 1 mm인 것이 바람직하다.At this time, the size of the abrasive is preferably 0.6 to 1 mm.

석분(石粉, stone flour)이란 통상적으로 석산에서 채석시 발생되는 돌가루를 의미한다. 수확된 고형분은 석분과 조류가 혼합되어 있으며, 유기용매, 산, 염기 용액 등으로 조류를 용해시켜 석분과 조류를 분리할 수 있다.Stone flour (stone flour) usually refers to the stone powder produced during quarrying in the mountain. The harvested solids are a mixture of algae and algae, and the algae can be dissolved by organic solvents, acids, and base solutions to separate the algae from the algae.

고형분을 수확한 후, 석분의 직경보다 좁은 0.6 mm 이하의 mesh를 이용하여 분리한 후 여액에 Hexane, Chloroform, methanol 등의 유기용매를 첨가하면 미세조류 세포가 용해된다(유기용매 : 시료 = 7 : 3). 이때, 유기용매를 사용할 경우 지질은 유기용매 층으로 이동하여 유기용매를 분액깔때기 등으로 분리하여 증발시키면 원하는 조류 유래 지방이 조정제된다. 이온성액체(Ionic liquid)의 경우 친수성 물질이 유기용매로 이동하고 지질은 별도의 층으로 생성되어 이때 생성된 지질층을 분리할 수 있다. 산이나 알칼리 용액은 모래에 부착된 조류의 세척을 진행할 때 사용한다. 0.5 N HCl 용액을 조류가 부착된 모래에 5 : 5(v/w)의 비율로 첨가하고 24 내지 48 시간 동안 상온에서 방치하면 대부분의 부착 조류가 분리되며, 분리된 조류는 10 배 이상 희석하여 상기 유기용매 추출법으로 조류의 지방을 분리할 수 있다. After solids are harvested, they are separated by using a mesh of 0.6 mm or less, which is narrower than the diameter of the quartz, and the organic alcohols such as hexane, chloroform and methanol are added to the filtrate to dissolve the microalgae cells (organic solvent: 3). When an organic solvent is used, the lipids migrate to the organic solvent layer, and the organic solvent is separated and evaporated using a separating funnel or the like to adjust the desired algae-derived fat. In the case of an ionic liquid, the hydrophilic material migrates to the organic solvent and the lipid is generated as a separate layer so that the resulting lipid layer can be separated. An acid or alkali solution is used to wash the algae attached to the sand. A 0.5 N HCl solution was added at 5: 5 (v / w) ratio in the sand with algae and allowed to stand at room temperature for 24 to 48 hours. Most of the algae were separated and the algae were diluted 10 times or more The organic solvent extraction method can separate the fat from the algae.

이와 같이 유기용매 혹은 이온성액체를 이용하여 미세조류를 분리하는 경우, 미세조류로부터 지질, 단백질 등의 유용물질을 직접 얻을 수 있어, 공정 축소를 통한 개선, 비용 감소 등의 효과도 얻을 수 있다. When the microalgae are separated using an organic solvent or an ionic liquid as described above, beneficial substances such as lipids and proteins can be directly obtained from the microalgae, and it is possible to obtain effects such as improvement through process reduction and cost reduction.

또한, 본 발명은 상기와 같은 미세조류 배양장치를 갖는 공기 정화장치를 제공한다. The present invention also provides an air purification apparatus having such a microalgae culture apparatus.

또한, 본 발명은 상기와 같은 미세조류 배양장치를 갖는 수질 정화장치를 제공한다. In addition, the present invention provides a water purification apparatus having such a microalgae culture apparatus.

본 발명에 따른 미세조류 배양장치를 이용한 미세조류의 배양에 의해 공기 중의 부유물이나 먼지를 제거하여 공기를 정화하거나 액체 내 함유된 인과 질소 화합물을 제거하여 수질을 정화할 수 있다. 더욱 구체적으로, 페트병에 오염수를 투입하고 미세조류 등을 접종한 후 공기를 투여하여 미세조류 및 미생물의 배양을 유도하여 오염수를 정화하거나, 오염수를 연속적으로 투여하면서 페트병 내부에 존재하는 미세조류 및 미생물에 의해 오염수를 정화할 수 있다.The microalgae using the apparatus for culturing microalgae according to the present invention can purify the air by removing suspended matters or dust in the air or remove the phosphorus and nitrogen compounds contained in the liquid by purifying microalgae. More specifically, by injecting polluted water into PET bottles and inoculating microalgae, air is introduced to induce culture of microalgae and microorganisms to purify the polluted water, or by continuously administering polluted water, fine The polluted water can be purified by algae and microorganisms.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. It is to be understood by those skilled in the art that these embodiments are merely illustrative of the present invention and that the scope of the present invention is not construed as being limited by these embodiments.

실시예.Examples.

도 1에서 보는 바와 같이, 페트병을 이용한 미세조류 반응기를 철골 구조물로 된 프레임에 설치하여 미세조류를 배양하였다. As shown in FIG. 1, a microalgae reactor using a PET bottle was installed in a frame made of a steel structure to cultivate microalgae.

도 1의 미세조류 배양장치로 1회 동시 처리 가능한 양은 0.1t 규모이며, 각각의 페트병에 구비된 기체 또는 액체가 주입되는 주입구는 연결관 실리콘 튜브를 이용하여 순환될 수 있도록 연결하였다. 배출구도 또 다른 연결관 실리콘 튜브를 이용하여 순환될 수 있도록 연결하였다.The amount of the solution capable of being simultaneously treated at once with the microalgae culture apparatus of FIG. 1 was 0.1 t, and the injection port into which the gas or liquid contained in each PET bottle was injected was connected so as to be circulated using the connection tube silicon tube. The outlet was also connected so that it could be circulated using another connector tube.

또한, 페트병 내부는 소수성 수지로 폴리테트라플루오로에틸렌 수지를 주재료로 하는 테프론 스프레이(Nabakem Co.)를 사용하여 페트병 내부에 1 회 5 초간 분사한 후, 2 일 동안 건조시키고 흐르는 수도수로 1 분간 세척하여 코팅하였다. The inside of the PET bottle was sprayed with a hydrophobic resin Teflon spray (Nabakem Co.) using a polytetrafluoroethylene resin as a main material for 5 seconds once inside the PET bottle, followed by drying for 2 days, Washed and coated.

각 페트병에 조류 배양용 배지(BG-11, 표 1, R. Rippka, Photoheterotrophy and chemoheterotrophy among unicellular blue-green algae, Archiv for Mikrobiologie, 1972, Volume 87, pp 93-98)를 1 L씩 첨가한 후, 15 일간 실험실에서 BG-11 배지를 사용하여 전배양한 Chlorella vulgaris 배양액 0.1 L를 접종하여 배양을 개시하였다. 배양은 일광 하에서 분당 100 ml의 공기를 페트병에 직렬로 공급하여 진행하였으며, 이때의 외기 온도는 25 ~ 34 ℃(2013년 8월, 서울)였다. 배양 3 일 후부터 조류의 활발한 증식이 관찰되었으며, 배양 10 일 후 각 페트병에서의 균체 농도는 2.1 g/L(건조무게)였다. 상기 장치에 공급되는 공기와 배출되는 공기의 분석은 휴대용 기체분석기(Model 98516, MIC Co., Taiwan)를 사용하여 분석하였다(도 11). 1 L each of alginate culture medium (BG-11, R. Rippka, Photoheterotrophy and chemoheterotrophy among unicellular blue-green algae, Archiv for Microbiologie, 1972, Volume 87, pp 93-98) , And the culture was started by inoculating 0.1 L of Chlorella vulgaris culture medium pre-cultured with BG-11 medium in a laboratory for 15 days. The culture was carried out by supplying 100 ml of air per minute under a daylight in a series of PET bottles. The ambient temperature was 25 to 34 ° C (August 2013, Seoul). After 3 days of incubation, algae were actively proliferated. After 10 days of incubation, the cell concentration was 2.1 g / L (dry weight) in each PET bottle. The analysis of the air to be supplied to the apparatus and the air to be discharged was analyzed using a portable gas analyzer (Model 98516, MIC Co., Taiwan) (FIG. 11).

그 결과, 이산화탄소의 경우 측정상태에서의 평균 농도 0.84 %가 배양기를 통과하여 0.63 %로 감소하는 것으로 나타났고, 산소의 경우 대기 중의 20.2 %에서 22.1 %로 증가하는 것으로 나타났다. 이는 일사량의 변화(주간의 변화)에 따라 변동하였으며, 본 발명에 따른 미세조류 배양기가 장기적인 운용이 가능함을 나타낸다.
As a result, in the case of carbon dioxide, the average concentration of 0.84% in the measured state decreased to 0.63% through the incubator, and the oxygen increased from 20.2% to 22.1% in the atmosphere. This change was accompanied by a change in the amount of irradiation (daytime change), indicating that the microalgae incubator according to the present invention can be operated for a long period of time.

실험예 1.Experimental Example 1

페트병 내부를 테프론으로 코팅하였을 때와 코팅하지 않았을 때 미세조류 배양액의 흡광도와 엽록소-a 농도 변화를 관찰하였다(도 6 및 7). 미세조류 배양 후 흡광도는 658 nm에서 측정하였고, 엽록소-a(Chlorophyll-a)는 DMSO를 이용하여 추출한 후 흡광도를 측정하여 다음의 식을 이용하여 측정하였다. Changes in the absorbance and chlorophyll-a concentration of the microalgae cultures were observed when the inside of the PET bottle was coated with Teflon or not (Figs. 6 and 7). After microalgae incubation, the absorbance was measured at 658 nm. Chlorophyll-a (Chlorophyll-a) was extracted using DMSO and the absorbance was measured using the following equation.

그 결과, 코팅을 하였을 경우 배양액의 흡광도가 증가한 것으로 보아 배양액 내 조류의 농도가 코팅하지 않았을 경우 배양액 내 조류의 농도보다 높은 것을 알 수 있었다.As a result, it was found that the concentration of algae in the culture solution was higher than the concentration of algae in the culture solution when the coating was not coated because the absorbance of the culture solution was increased when the coating was applied.

이와 유사하게 테프론으로 코팅하였을 경우 배양액의 chlorophyll-a의 농도가 높은 것으로 나타났고, 이를 통해 배양액 내 조류의 농도가 높음을 유추할 수 있었다.
Similarly, when coated with Teflon, the concentration of chlorophyll-a in the culture medium was high, suggesting that the concentration of algae in the culture medium was high.

실험예 2.Experimental Example 2

테프론 코팅 여부에 따른 조류의 수확량을 비교하였다(도 8). 건체 중량을 이용하여 부착 조류와 부유 조류의 양을 나타내었다.The yield of algae according to the presence of Teflon coating was compared (Fig. 8). The dry weight was used to show the amount of attached and suspended algae.

건조 중량은 배양액 20 mL를 필터지에 통과시킨 후 건조시켜 초기 필터지의 무게와 조류 여과 건조 후 무게의 차를 이용하여 결과를 얻었다. 또한, 부착 조류의 무게는 초기 페트병의 무게와 배양액 수확 후 건조시킨 페트병 사이의 무게 차이를 이용하여 결과를 얻었다. The dry weight was obtained by passing 20 mL of the culture solution through a filter paper, drying it, and using the difference between the weight of the initial filter paper and the weight after the algae filtration and drying. In addition, the weight of the attached algae was obtained by using the weight difference between the initial PET bottle and the dried PET bottle after harvesting the culture.

그 결과, 테프론으로 코팅한 반응기에서 부착 조류는 감소하고 부유 조류는 증가하는 것을 확인하였다.
As a result, it was confirmed that the adhesion algae decreased and the suspended algae increased in the Teflon coated reactor.

실험예 3.Experimental Example 3.

증류수와 다양한 크기의 석분(2 내지 8 mm, 0.6 내지 1 mm, 0.2 내지 0.6 mm)을 이용하여 페트병 표면에 부착된 조류를 제거하기 전과 후를 관찰하였다(도 9).Before and after removing the algae attached to the surface of the PET bottle, distilled water and various sizes of alum (2 to 8 mm, 0.6 to 1 mm, 0.2 to 0.6 mm) were observed (FIG. 9).

조류의 회수 및 제거는 석분이 함유된 페트병을 3 분간 vortexing하여 시행하였으며, 0.6 내지 1 mm 크기의 석분을 이용하였을 때 수확이 가장 용이하였다.
Recovery and removal of the algae were carried out by vortexing the pet bottle containing the stones for 3 minutes and harvesting was easiest when using 0.6-1 mm sized stone.

실험예 4.Experimental Example 4.

테프론 코팅을 하지 않은 페트병에 다양한 크기의 석분을 반응기에 배양 초기부터 첨가하여 13 일간의 배양이 끝난 후, 3 분간 vortexing하여 석분의 타격에 의한 벽면 부착 조류의 회수율을 관찰하였다(도 10). 각각의 실험에서 증류수 150 mL를 첨가하여 실험하였고, 석분은 각각 20 g으로 조절하여 실험하였다. In the non-Teflon-coated PET bottles, various sizes of stones were added to the reactor from the beginning of the culture, and after 13 days of culture, vortexing was performed for 3 minutes to observe the recovery rate of the wall-attached algae by striking the stones (Fig. 10). In each experiment, 150 mL of distilled water was added to the test.

그 결과, 어떤 크기의 석분을 첨가하여도 수확시 증류수만을 사용한 결과에 비해 수확률이 증가하는 것을 알 수 있었다. 특히, 0.6 내지 1 mm의 크기를 가지는 석분을 이용할 경우 제거율이 97.94 % 정도로 거의 전량 수확이 가능하여 증류수만 이용할 경우의 수확률인 43.37 %에 비해 2 배 이상 효율이 좋은 것으로 나타났다. 0.6 내지 1 mm의 석분이 주위에서 볼 수 있는 가장 일반적인 크기로 경제적인 면에서도 효율성이 높을 것으로 판단된다.
As a result, it was found that the probability of water addition was increased compared with the result of using only distilled water at the time of harvesting with the addition of any size of starch. Particularly, when using a stone having a size of 0.6 to 1 mm, the removal rate is about 97.94%, which means that almost all the product can be harvested and it is more than twice as efficient as the yield of 43.37% when using only distilled water. It is estimated that 0.6 to 1 mm of stone is the most common size that can be found in the surrounding area, which is also economically effective.

이상, 본 발명내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 실시태양일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의해 정의된다고 할 것이다.
Having described specific portions of the present invention in detail, it will be apparent to those skilled in the art that this specific description is only a preferred embodiment and that the scope of the present invention is not limited thereby. It will be obvious. Accordingly, the actual scope of the present invention will be defined by the appended claims and their equivalents.

Claims (15)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 마개를 관통하여 일단부가 미세조류 반응기 내에 배치되는 기체 또는 액체의 주입구와 배출구가 구비된 탈부착 가능한 마개와;
상기 마개가 상부에 체결되며 내부가 불소수지로 코팅되고, 광투과성 소재로 이루어진 다수개의 미세조류 반응기와;
상기 다수개의 미세조류 반응기 상부에 체결된 마개를 관통하는 각각의 주입구 간을 연결하는 연결관과;
상기 다수개의 미세조류 반응기가 설치되는 프레임과; 및
상기 다수개의 미세조류 반응기를 안착시키기 위한 걸림장치;를 포함하고,
상기 연결관을 통해 순환 장치를 이용하여 하나로 연결된 주입구에 기체 또는 액체를 주입하고 배출구를 통해 기체 또는 액체를 배출시키며, 상기 걸림장치는 프레임에 형성된 걸림구이거나, 프레임과 분리 가능한 걸이구이며, 상기 다수개의 미세조류 반응기는 상기 프레임에 나란히 배열되거나 프레임의 하부에서 상부까지 다단으로 배열되는 것을 특징으로 하는 미세조류 배양장치를 이용하여 배양된 미세조류를 수확하는 방법에 있어서,
(1) 미세조류가 포함된 미세조류 반응기에 0.6 내지 1 mm 직경의 석분을 첨가하고 진탕하는 단계;
(2) 상기 미세조류와 석분이 혼합된 고형분을 수확하는 단계;
(3) 상기 수확한 고형분을 석분의 직경보다 좁은 거름망으로 여과하여 석분을 분리하는 단계; 및
(4) 상기 여과 후 여액에 용매를 첨가하여 미세조류 세포를 용해시켜 미세조류를 분리하는 단계;를 포함하며,
상기 (1)단계에서 진탕하는 단계는 볼텍싱(vortexing) 하여 미세조류 반응기 벽면에 부착된 미세조류를 타격하는 것을 특징으로 하는 미세조류 수확방법.
A detachable cap having an inlet and an outlet for a gas or a liquid through which the cap is inserted and one end portion is disposed in the microalgae reactor;
A plurality of micro-algae reactors, the plugs being fastened to the upper part, the inside of which is coated with a fluororesin, and made of a light-transmitting material;
A connection pipe connecting the respective injection ports passing through the plugs fastened to the upper portions of the plurality of microalgae reactors;
A frame in which the plurality of microalgae reactors are installed; And
And a latching device for seating the plurality of microalgae reactors,
Wherein the gas or liquid is injected into the injection port connected to the injection port through the connection pipe through the connection pipe and the gas or liquid is discharged through the discharge port and the hooking device is a hook formed in the frame or a hook releasable from the frame, Wherein the plurality of microalgae reactors are arranged side by side in the frame or in multiple stages from the lower part to the upper part of the frame, the method comprising the steps of:
(1) adding to the microalgae reactor containing the microalgae a 0.6-1 mm diameter stone powder and shaking;
(2) harvesting the solid matter mixed with the fine algae and the fine algae;
(3) filtering the harvested solid fraction with a filter having a diameter narrower than the diameter of the seaweed to separate the seaweed; And
(4) separating the microalgae by dissolving the microalgae cells by adding a solvent to the filtrate after the filtration,
Wherein the step of shaking in the step (1) is performed by vortexing to strike the microalgae attached to the wall of the microalgae reactor.
삭제delete 제 7항에 있어서,
상기 (1)단계에서 석분의 첨가는 미세조류의 배양을 마치거나 배양시 첨가하는 것을 특징으로 하는 미세조류 수확방법.
8. The method of claim 7,
The method for harvesting microalgae according to claim 1, wherein in step (1), the addition of the abalone is completed when the microalgae are cultured or cultured.
제 7항에 있어서,
상기 (4)단계에서 용매는 유기용매 또는 이온성 액체인 것을 특징으로 하는 미세조류 수확방법. 8. The method of claim 7,
Wherein the solvent in step (4) is an organic solvent or an ionic liquid. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete

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