KR100354787B1 - 발전소 온배수를 이용한 양어 방법 및 그러한 양어 방법에이용되는 발전소 온배수의 수질 개선 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 온수를 이용한 양어 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 발전소 온배수를 이용한 양어 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 그러한 양어 방법에 이용되는 발전소 온배수의 수질 개선 장치에 관한 것이다.
Description
본 발명은 온수를 이용한 양어 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 발전소 온배수를 이용한 양어 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 그러한 양어 방법에 이용되는 발전소 온배수의 수질 개선 장치에 관한 것이다.
한국의 온수성 양어 대상 어종의 성장 한계 수온은 12℃~13℃인데, 동절기 한국 연안의 수온은 10℃ 이하로 하강한다. 따라서, 동절기 온수성 어종의 성장은 기대할 수 없게 되고, 따라서, 대부분의 어종은 동절기에 인위적 가온을 하지 않으면 폐사에 이르게 된다. 즉, 동절기의 양어에 있어서는 해수 수온의 상승이 필수적 요소인 것이다.
따라서, 종래의 양어 분야에서는 동절기 양어에 있어 별도의 가온 시설을 설치할 필요가 있었다. 이로 인하여 종래의 동절기 양어에서는 엄청난 연료비 부담을 안고 있어 경제성에 심각한 문제가 존재하여 왔다.
그러나, 종래 기술에서는 동절기 양어에 있어 인위적으로 별도의 가온 시설을 사용한 예는 있지만, 발전소의 폐열을 양어에 이용하는 방법은 시도된 바 없었다.
본 발명자는 그러한 종래 양어 방법의 문제점을 극복하고자 연구하던 중, 발전소에서 배출되는 냉각수의 수온이 자연 해수보다 8℃~12℃ 정도 높은 점에 착안하여 발전소 온배수를 이용한 양어 방법과 온배수의 수질 개선 장치인 본원 발명을 완성하기에 이르렀다.
도 1은 본 발명의 양어 방법에 이용되는 발전소 온배수의 생성 공정 및 이온배수의 취수 공정을 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명의 발전소 온배수의 수질 개선 장치의 개략도이다.
도 3은 발전소 온배수의 월동기 월별 수온 변화를 도시한 그래프이다.
도 4는 자연 해수를 이용한 양어 방법과 본 발명의 양어 방법에 의한 넙치의 성장 실험 결과를 도시한 그래프이다.
도 5는 자연 해수를 이용한 양어 방법과 본 발명의 양어 방법에 의한 조피볼락의 성장 실험 결과를 도시한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 양어 방법을 이용한 넙치의 성장 실험에서의 사료 효율을 자연 해수의 경우와 비교한 그래프이다.
<도면의 주요 부호에 대한 설명>
100 바다
101 양수기
103 복수기
105 보일러
107 터빈
108 발전기
110 취수 수단
111 양어장
200 저류조
202 분사 수단
203 폭기 수단
205 급수 수단
206 냉수 주수 라인
이하, 본원 발명의 구성을 설명한다.
발전소에서 배출되는 냉각수는 발전 과정에 필수적인 것이다. 발전소에서는 유연탄 및 핵연료를 이용하는 보일러에서 생산된 수증기를 이용하여 터빈을 작동하여 발전기를 회전시켜 전기를 생산한다. 이 때, 터빈을 회전시킨 수증기는 냉각에 의해 응축하여 다시 물로 만들고, 이 물을 다시 보일러로 순환시키게 된다. 이 과정에서 수증기를 응축시키기 위한 필수적 수단으로서 복수기가 구비되는데, 복수기는 수증기가 통과되는 티타늄관 다발로 이루어져 있고, 이 관다발 주위로 별개의 관을 통해 일시에 다량의 해수를 통과시켜 상기 수증기를 응축시킨다. 이와 같이 수증기의 응축에 사용하기 위해 복수기에 취수되는 해수를 냉각수라 하는데, 그러한 냉각 과정에 사용된 물은 터빈의 회전에 사용된 수증기로부터 열을 빼앗아 냉각과정 이전의 수온보다 8℃~12℃ 정도 수온이 상승된다. 이와 같이 발전소의 냉각수가 냉각 과정을 통해 온도가 상승된 물을 본 명세서에서는 온배수라 칭한다.
한 가지 측면에서, 본 발명은 그러한 발전소 온배수를 이용하는 양어 방법에 관한 것이다. 이러한 양어 방법은 발전소에서 배출된 온배수를 취수하는 단계, 이 온배수를 저류조에 분사시키고, 동시에 저류조 바닥에서 에어 폭기 장치를 가동하여 기포를 발생시켜 수중의 잔류 염소를 제거하고 용존 산소 농도를 증가시키는 수질 개선 단계 및 이렇게 수질을 개선한 온배수를 양어 수조에 급수하는 단계를 포함한다.
또 다른 측면에서, 본 발명은 그러한 양어 방법에 이용하는 발전소 온배수의 수질 개선 장치에 관한 것이다. 이 수질 개선 장치는 온배수를 수용하는 저류조, 온배수 주수 라인을 통해 들어온 온배수를 저류조 상부에서 분사시키는 수단, 저류조 바닥에서 압축 공기를 불어 넣어 기포를 발생시키는 폭기 수단 및 양어 수조에 급수하는 급수 수단을 구비하고 있다.
이하, 본원 발명을 구체적으로 설명한다.
본 발명의 양어 방법은 발전소 냉각수를 이용한다. 발전소 냉각수 온도는 유입구 온도(자연 해수 온도와 대략 동일함)와 배출구 온도(발전 과정에서 물의 재순환을 위한 냉각에 사용되어 온도가 상승된 물의 온도)에 있어 차이가 있는데, 하절기에는 그 온도차가 매우 적고(1~5℃), 동절기에는 그 온도차가 매우 크다 (8~12℃). 주요 양어 대상 어종의 성장 한계 수온이 12~13℃인데, 동절기나 초봄의 경우 자연 해수의 온도는 그러한 한계 수온보다 낮다. 그러나, 발전소의 냉각수로 사용되고 배출된 온배수는 그 온도가 동절기에도 대략 16~22℃ 정도로 자연 해수보다 8~12℃ 정도 더 높다(하기 표 1 참조).
상기 표 1은 대한민국 충청남도 보령시에 소재하는 보령 화력 발전소에서 1996년 12월부터 1997년 11월까지 발전소 냉각수의 온도를 측정한 결과를 요약한 것이다.
상기 표 1을 보면, 늦가을인 10월말경부터 늦봄인 5월 초순경까지는 자연해수의 온도와 동일한 유입구 온도와, 배출구 온도인 온배수 온도 사이의 차는 약 8~12℃ 정도로 온배수 온도가 더 높다는 것을 알 수 있다.
따라서, 본 발명은 그러한 온배수를 이용하여 동절기(늦가을 및 늦봄 포함)에도 하절기의 해수 온도와 유사한 온도로 양어하는 획기적인 방법이다.
또 다른 측면에서, 본 발명은 그러한 양어 방법에 이용하는 발전소 온배수의 수질 개선 장치에 관한 것이다.
발전소의 냉각수는 수증기를 냉각시킬 때 순간적으로 온도가 상승되므로 인입수와 배출수에서 그 수질이 차이가 있다. 즉, 냉각 과정을 거친 배출수는 그 용존 산소가 감소되고, 잔류 염소량이 증가한다. 일반적으로 해수 중에 용해되어 있는 산소의 양은 수온 20℃일 때, 10.4 mg/ℓ인데, 냉각수의 경우에는 7.0 mg/ℓ정도로 용존 산소가 다소 결핍될 수 있다. 한편, 발전 과정에서는 부착 생물을 방지하기 위한 수단으로 해수를 전기 분해하여 차아염소를 생산하고 이를 투입하게 되는데, 이렇게 생성된 잔류 염소가 과다하게 되면, 양식 대상 생물이 폐사하거나 또는 스트레스에 의한 성장 저해가 발생할 수 있다. 발전소 냉각수에는 다소 과다한 (0.1~0.4 ppm) 차아염소가 잔존되어 있다. 양식 어류에 안전한 차아염소의 양은 0.02 ppm 이하이다. 따라서, 그러한 잔류 염소를 제거할 필요성이 제기된다.
본 발명은 발전소 냉각수의 그러한 맹점을 보완하기 위해, 냉각수의 수질을 개선하는 방법 및 장치를 도출하기에 이르렀다. 본 발명의 발전소 냉각수 수질 개선 장치는 냉각수를 취수하여 저류조에 수용할 때 분사시키는 수단과 저류조 바닥에서 기포를 형성하여 수중의 잔류 염소를 제거하고 용존 산소를 증가시키는 폭기수단을 구비한다.
잔류 염소를 제거하기 위해서는 약품을 사용할 수도 있으나, 그것은 그에 따른 비용 부담이나 또 다른 수질 오염 문제를 야기할 수 있다. 따라서, 상기 본 발명의 수질 개선 장치는 압축 공기를 주입하여 그 접촉에 의해 잔류 염소를 배기시키는 방법을 안출하였다. 주입 공기의 압력은 예컨대, 수심이 7.5 m인 경우, 2.5~3kg/㎠가 되어야 폭기가 원활하다.
양어 수조는 철근 콘크리트 수조가 바람직하나, P.E. 수조 설비도 양호하며, 이에 국한되는 것은 아니다. 원형의 수조가 유리하다. 배수 구조는 잔류물 배출에 중대한 영향을 끼치므로 배수 구조에 주의를 기울여야 한다.
첨부 도면을 참조하여 본 발명의 양어 방법 및 발전소 온배수의 수질 개선 장치를 설명하고자 한다.
도 1에는 본 발명의 양어 방법에 이용되는 발전소 온배수가 생성되는 과정과 이를 양어에 이용하기 위해 취수하는 과정을 포함하여 본 발명의 양어 방법이 개략적으로 도시되어 있다. 발전소에서는 민물을 보일러(105)를 통해 가열하여 수증기 (106)를 발생시키고, 이 수증기가 터빈(107)을 회전시켜 발전기(108)를 가동시킨다. 이 과정에 사용된 수증기는 복수기(103)에서 물로 전환되어 다시 발전 과정으로 순환된다. 수증기가 복수기에서 다시 물로 전환되는 공정은 냉각수로서 해수를 사용한 냉각 과정에 의해 이루어진다. 이 과정을 도 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 바다(100)로부터 양수기(101)에 의해 취수 라인(102)을 거쳐 취수된 해수를 복수기(103)의 티타늄 관다발(도 1에는 도시되어 있지 않음) 주위로 통과시킨다. 이렇게 복수기를 통과하는 해수에 의해 발전 과정에 사용된 증기가 냉각되어 다시 물로 전환된다. 한편, 복수기를 통과한 해수인 냉각수는 수온이 증가한 채로 배수구를 통하여 다시 바다로 방류된다. 이렇게 방류되는 온배수는 동절기에도 수온이대략 16~22℃ 정도이며, 이 온배수를 취수 수단(110)을 통해 본 발명의 양어장 (111)으로 취수한다. 양어장에는 도 2에 도시되는 온배수 수질 개선 장치가 설치된다.
도 2에는 본 발명의 양어 방법에 이용되는 발전소 온배수의 수질 개선 장치가 도시되어 있다. 발전소에서 배출되는 온배수는 온수 주수 라인(201)을 통해 취수되어 분사 수단(202)을 통해 저류조(200)로 분사된다. 한편 저류조 바닥에는 압축 공기의 주입 수단(207)과 기포가 발생되도록 천공된 폭기 수단(203)이 구비되어 있다. 전체적인 저류조 용량의 평형을 위해 배수라인(204)과 냉수 주수 라인(206)도 구비되어 있다. 분사 수단(202)과 폭기 수단(207)에 의해 과다한 잔류 차아염소가 제거되고, 수중의 용존 산소 농도가 증가한다. 이렇게 수질이 개선된 온배수는 급수 라인(205)을 통해 양어장으로 급수된다. 여기서, 냉수 주수 라인(206)은 발전소 온배수의 온도를 계절에 따라 조절하는 역할을 한다. 즉, 하절기에는 자연 해수의 온도가 어류의 성장에 적합하므로, 온배수의 온도를 낮추는 역할을 한다. 또한 양어 대상 어종에 따라 성장에 최적인 온도는 상이할 수 있는데, 이 온도 조절 수단인 냉수 주수 라인을 통해 저류조에 수용된 온배수의 온도를 양어 대상 어종의 성장에 최적인 온도로 조절할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 양어 방법을 이용하여 양어를 실시한 예를 설명하고자 한다. 이들 실시예는 본 발명의 이해를 돕고자 제시하는 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 기재된 사항으로만 제한되는 것으로 해석되어서는 아니된다.
실시예
본 발명자는 발전소 냉각 온배수를 이용한 어류 양식의 효과를 확인하기 위해, 넙치와 조피볼락을 대상으로 1998년 10월 26일부터 1999년 3월 20일에 걸쳐 양어를 실시하였다. 공시어는 1998년 4월에 부화한 개체로 넙치는 600 마리, 조피볼락은 460 마리를 선별하여 2개 군으로 나누어 15톤 PE 수조에 수용시켜, 온수 시험구는 온수와 자연수를 적절히 혼합하여 16℃에서 1일 0.2~0.3℃씩 수온을 증가시켜 20일 후에 완전 온수로만 양식하였는데, 이 때의 수온은 21℃였다. 한편, 자연 해수구는 계속 자연 해수만 사용하였으므로, 점차 수온이 하강하여 11월 중에는 15℃, 12월에는 10℃ 내외였다(도 3 참조). 실험중 사료는 배합 사료와 생사료를 1:1로 혼합 제조한 MP 사료로 섭이 활동을 관찰하면서 1일 2회 공급하였다. 계측은 1개월마다 하였으며, 체장과 체중의 증가를 관찰하였다.
실시예 1. 넙치의 성장 설험
넙치의 경우, 온수 사육구에서 최초 1개월간 평균 체중 증가는 94.7%였고, 자연 해수 사육구 증가율은 55%로 온수구의 효과가 훨씬 더 우수하였다. 그 다음 1개월 동안의 발전 온수 사육구의 체중 증가율은 67%, 자연 해수구의 체중 증가율은 11.3%이었고, 수온이 낮았던 2~3월의 자연 해수구에서는 체중 감소 현상이 나타났으나, 온수 사육구에서는 꾸준한 성장이 관찰되었다(도 4 참조).
발전 온수 사육구에서 생산된 넙치의 총중량은 183.2 kg이었고, 자연 해수 사육구의 경우는 47.7 kg이었다(하기 표 2 참조).
전체적으로 볼 때, 5개월간 사육 결과 온수구의 체중 증가율은 734%에 달한 반면, 자연 해수구의 경우는 177%에 불과하였다. 이 결과로부터, 발전 온수 사육구가 자연 해수 사육구보다 그 성장 효과가 월등함을 알 수 있으며, 발전 온수를 사용하여 1년을 사육할 경우에, 당해 년도에 체중 1 kg 이상의 넙치를 생산할 수 있는 것으로 판단된다.
실시예 2. 조피볼락의 성장 실험
조피볼락의 경우는 넙치에 비해 성장이 약간 저조하였으나, 이는 종간의 차이에 의한 결과인데, 발전 온수 사육구의 최초 1개월 평균 체중 증가율은 36.2%이었고, 자연 해수 사육구의 경우는 55%로 발전 온수 사육구보다 성장이 빨랐다. 이는 조피볼락이 비교적 낮은 수온에서 더 잘 적응하며, 16℃ 내외가 성장에 적합하다는 것을 의미한다. 이러한 사실은 그 다음 1개월간, 즉 자연 해수 온도가 12~18℃ 범위를 기록하였을 때, 발전 온수 사육구보다 자연 해수 사육구에서 성장률이 낮았던 사실로부터 설명된다. 또한 수온이 낮았던 2~3월 중에 자연 해수 사육구에서 육중량이 감소한 것을 볼 때, 비교적 저온에 강한 조피볼락이라도 발전 온수로 월동시키는 것이 월동 뿐만 아니라, 성장도 기대할 수 있어 바람직한 것으로 생각된다(도 5 참조).
발전 온수 사육구에서 생산된 조피볼락의 총중량은 56 kg이었고, 자연 해수 사육구에서는 26.5 kg이었다(하기 표 3 참조).
5개월 간의 사육 결과, 온수 사육구가 243%의 육중량 증가율을 기록한 반면에, 자연 해수 사육구의 경우는 167%의 증가율에 그쳐 발전 온수의 효율성이 입증되었으며, 이러한 결과를 토대로 발전 온수를 이용하여 조피볼락을 양식할 경우, 2년 이내에 1 kg까지 성장시킬 수 있을 것으로 판단된다.
이하에서는 본 발명의 양어 방법을 이용한 돌돔 양식의 실시예를 설명하고자 한다.
실시예 3. 돌돔의 성장 실험
돌돔은 아열대성 어종으로 수온이 높은 제주 해역에서 주로 월동 서식하고, 여름철 고 수온기에 온도에 따라 북상하는 어류로 우리나라 연안에서는 월동이 되지 않는 관계로 월동 양어에 따른 막대한 연료비 때문에 제대로 생산할 수 없었던 어종이다. 그러나, 돌돔은 그 맛이나 영양 면에서 어떤 어종보다도 월등하며, 그로 인한 가격 또한 일반의 다른 돔 종류보다도 3배 정도 이상 고가이다. 이에 본 발명자는 본 발명의 발전 온수를 이용한 양어 방법을 시도하였는데, 월동은 물론이며, 그 성장에 있어서도 당해 년도에 500g 이상의 식용어로 성장하여 경제성이 매우 뛰어났다.
본 발명자는 1997년 3월 1일에 돌돔의 어란을 수용하여 부화시켰는데, 부화직후의 치어는 그 전장이 약 1.8~2.2 mm이고, 부화 후 난황 흡수기를 거쳐 부화 2일째부터 로티페라를 공급하였으며, 부화 20일부터 알테미어를 공급하였고, 소량의 배합 사료를 병행 공급하였으며, 부화 25일째에는 완전히 배합 사료에 순치시켰다.
부화 30일째에 치어의 전장은 15 mm에 달하였고, 부화 37일째에는 22.7 mm로 완전한 치어로 성장하였으며, 체고가 높고 흑색 소포가 명확하게 나타났다.
치어 중 대소를 선별하여 우량한 치어 550 마리를 15톤 콘크리트 수조에 수용하여 발전소 온수 만을 이용하여 양성시켰는데, 사료는 시판되는 배합 사료를 이용하였다.
실험 결과, 돌돔은 한 여름 수온 32.5℃에서도 잘 성장하였으며, 실험이 끝나는 2월 말경에는 체장 28.6 cm에 500g까지 성장하였고, 총 237 kg의 수확량을 얻었다.
일반적으로 돌돔을 가두리 양식으로 양성할 경우, 180~250g으로 성장하나, 본 실험에서는 만 1년에 500g 이상 성장하는 것을 확인하였으며, 생사료와 병행 투이할 경우, 실험 결과보다도 더 높은 성장 수치를 얻을 것으로 예상되는데, 가두리 양식한 180~250g의 돌돔의 경우에 비해 500g 이상의 돌돔은 그 경제성에 있어서 획기적인 효과를 얻을 수 있는 것으로 판단된다.
발전소 냉각수로 사용되고 방류되는 온배수의 열은 폐열로서 버려져 왔는데, 본 발명은 그러한 폐열을 양어 방법에 이용하는 것으로서 폐열 재활용면에서 그 가치가 매우 크다.
일반적으로 해수 1톤을 1℃ 상승시키는 데 필요한 열량은 970 kcal(비열 0.97)이다. 1 시간에 150톤의 양수 시설을 갖춘 양어장에서는 1일 3600톤의 사육수를 사용하게 되는데, 이러한 양어장에서 하루에 1℃ 가온하는 데 필요한 열량은 3,492,000 kcal(3600톤×970 kcal)이다. 한편, 유연탄(역청탄) 1톤의 열량은 6,800~7,200 kcal이다. 결국, 상기 양어장에서 동절기에 자연 해수보다 10℃ 더 높은 온도까지 인위적으로 가온하는데 있어서 하루에 필요한 열량은 유연탄 약 5000톤(3,492,000 kcal÷7,000 kcal×10℃)의 열량에 상당하는 열량이다. 즉, 동절기에 있어서 상기 규모의 양어장에서 인위적 가온을 위해서는 엄청난 연료비가 소요됨을 알 수 있다. 이와 같은 경제성 측면은 상기한 바와 같은 어종의 폐사 문제와 함께 동절기의 양어를 포기할 수 밖에 없게 만들어 왔다.
본 발명은 상기한 바와 같이 폐열을 재활용함으로써, 인위적 가온에 소요되는 엄청난 연료비 부담을 피할 수 있게 한다. 따라서, 본 발명은 국가 전체적으로 그러한 폐열을 활용할 경우에 국가 경제적으로 큰 가치를 얻을 수 있는 획기적인 발명인 것이다.
또한 추가 비용 부담 없이 양어에 적합한 수온을 유지할 수 있다는 장점 이외에도 본 발명의 양어 방법은 해수를 그대로 사용할 경우와 비교할 때 사료 효율면에서도 약 2배 이상의 증가 효과가 있다(도 6 참조). 따라서, 단기간에 목적하는 크기로 성장시킬 수 있으므로, 생산 비용은 물론이고 사료의 대폭적인 절감을 가져오므로, 일반 해수 양어에 비해 2배 이상의 경제적 가치가 있다.
Claims (7)
- 발전소에서 배출된 온배수를 취수하는 단계, 이 온배수를 저류조에 분사시키고, 동시에 저류조 바닥에서 에어 폭기 장치를 가동하여 기포를 발생시켜 수중의 잔류 염소를 제거하고 용존 산소 농도를 증가시키는 수질 개선 단계 및 이렇게 수질을 개선한 온배수를 양어 수조에 급수하는 단계를 포함하는 발전소 온배수를 이용한 양어 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 온배수가 동절기에 자연 해수보다 약 8℃~약 12℃ 더 높은 것이 특징인 발전소 온배수를 이용한 양어 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 수질 개선 단계가 잔류 염소의 농도를 0.02 ppm 이하로 만드는 것이 특징인 발전소 온배수를 이용한 양어 방법.
- 제1항에 있어서, 양어 대상 어종이 온수성 어종인 것이 특징인 발전소 온배수를 이용한 양어 방법.
- 제4항에 있어서, 온수성 어종이 넙치, 조피볼락, 돌돔으로 구성된 군에서 선택되는 것이 특징인 발전소 온배수를 이용한 양어 방법.
- 온배수를 수용하는 저류조(200), 온배수 주수 라인(201)을 통해 들어온 온배수를 저류조 상부에서 분사시키는 수단(202), 저류조 바닥에서 압축 공기(207)를 불어 넣어 기포를 발생시키는 폭기 수단(203) 및 양어 수조에 급수하는 급수 수단 (205)을 구비한 발전소 온배수의 수질 개선 장치.
- 제6항에 있어서, 냉수 주수 라인(206)을 통해 해수를 취수하여 계절 및 어종에 따라 온배수의 온도를 조절하는 것이 특징인 발전소 온배수의 수질 개선 장치.
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|---|---|---|---|---|
| KR101329378B1 (ko) * | 2011-12-22 | 2013-11-14 | 합자회사 에스에이치해양수산개발 | 해삼 양식 장치 |
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