KR100519412B1 - 양식장 및 양어장의 수질 정화 시스템 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 생태계에 영향을 주지 않고, 오염된 양식 및 양어장의 수질을 지속적으로 개선시킬 수 있는 자동 수질 정화 시스템 및 이를 이용한 수질 정화 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 수질 정화 시스템 및 방법은 다량의 미세 산소를 고농도의 미생물과 함께 상층부와 하층부에 골고루 공급되도록 함으로써 양식 및 양어장의 자정능력을 회복시키고, 수질의 개선 속도를 가속화할 수 있다.

Description

양식장 및 양어장의 수질 정화 시스템 및 그 방법{Apparatus and method for purifying water of farming and fish-farming ponds}
본 발명은 양식 및 양어장의 수질 정화 시스템 및 그 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게, 본 발명은 생태계에 영향을 주지 않고, 오염된 양식 및 양어장의 수질을 지속적으로 개선시킬 수 있는 자동 수질 정화 시스템 및 이를 이용한 수질 정화 방법에 관한 것이다.
양식(養殖) 및 양어(養魚)장의 수질은 잉여 먹이와 어류의 배설물이 양식 및 양어장 저부에 침전 및 퇴적되고 폐쇄적인 순환 과정을 통해 오염물질이 계속해서 축적되기 때문에 지속적인 수질관리가 이루어지지 않는다면 필연적으로 부영양화된 수질로 전락하게 된다.
양식 및 양어장은 거의 폐쇄된 하나의 공간으로서 소량의 유기, 무기성 오염물질의 유입에 의해서 그 생태계는 불균형을 초래하게 된다. 대부분의 양식 및 양어장이 일단 오염이 시작되면 오염원이 차단된다고 할지라도 계속 오염도가 증가하는 특성을 가지고 있다. 따라서, 각 양식 및 양어장에 알맞은 적절하고도 경제적인 수질 보존 또는 수질 개선이 시급한 과제이다.
보통 수질을 악화시키는 인자는 조류군의 식물성 플랑크톤의 개체수 증가, 수중의 현탁 물질 양의 증가, 이취미를 방출하는 유기물의 생성, 식물성 플랑크톤에 의한 물의 착색, 투명도 저하, pH의 상승, 저부 용존산소 농도의 저하, 특히 용존산소가 0에 가까워지면 저층 부근이 환원되어 메탄가스를 발생시키고, 인을 용출하며, 각종 미량의 금속이 용출하게 되며, 이로 인해 녹조와 부영양화가 일어나게 된다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 정화 용수를 도입하거나 물리, 화학 및 생물학적 대책 등 여러 가지 방법을 시도하고 있으나, 큰 효과를 얻지 못하고 있는 실정이다.
여기서, 물리적인 대책으로는 퇴적물의 제거, 블로워(Blower) 또는 수차에 의한 폭기 등이 있으며, 생물학적인 대책으로는 미생물 제제의 투입 등이 있다. 상기한 종래의 정화방법은 상층부 수질 일부만 일시적인 효과가 있을 뿐 지속적이고, 근본적인 해결책은 되지 못하고 있다.
본 발명은 양식 및 양어장에 계속 공급되는 먹이와 배설에 의한 오염 물질과 폐쇄적인 순환과정에 따른 부영양화 및 녹조현상의 발생을 방지하고, 소량의 유기, 무기성 오염물질의 유입에 따른 생태계의 불균형을 해소하고자 하는 것을 그 기술적인 과제로 하며, 이를 위하여 다량의 미세 산소를 고농도의 미생물과 함께 상층부와 하층부에 골고루 공급되도록 함으로써 양식 및 양어장의 자정능력을 회복시키고, 수질의 개선 속도를 가속화할 수 있는 양식 및 양어장의 수질 정화 시스템과 이를 이용한 수질 정화 방법을 제공하는데 그 목적이 있는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 양어장의 먹이와 어류의 배설물 등의 유기물이 분해되는 경우에 냄새 성분, 예를 들면 암모니아, 유화수소, 멜캅톤 또는 각종 유해성 세균 증식으로 수질이 악화되게 되는바, 암모니아의 경우 NH3는 아질산 균에 의해 NO2로 변하고, NO2는 질산균에 의해 NO3로 무기화된다. 이러한 미생물은 물속 유기물의 분해에는 없어서는 안 되는 식물 연쇄(탄소순환, 질소순환)의 핵심이다. 이때, 인위적인 산소공급과 탁월한 정화 미생물을 투입하여 영양 염류의 처리에 필요한 미생물 균형을 잡아줌으로써 자정능력을 회복시켜 수질의 개선속도를 가속화하고 어류의 좋은 주변환경을 조성할 수 있는 수질 정화 시스템과 그의 방법을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 환경법의 강화로 인한 수질 정화 비용을 절감할 수 있고, 무방류 시스템이 가능하게 되므로 침전물을 뺄 때 수반되는 물 보충이 필요 없고, 자연증발량만 보충하면 되므로 전력비나 겨울 난방비도 절약할 수 있는 수질 정화 시스템과 그의 방법을 제공하는데 있다.
본 발명은 양식 및 양어장에서 순환 배관을 통해 순환시키면서 사용하는 자동 수질 정화 시스템에 있어서, 어류를 양식할 수 있도록 된 양식 및 양어장, 상기 양식 및 양어장 내의 수질 상태를 측정하고 측정된 결과를 송출하는 복합 센서부, 상기 복합 센서부로부터 수집된 수질 데이터를 처리하고 시스템을 전반적으로 제어하는 제어부, 미세한 산소 기포를 발생시켜 상기 양식 및 양어장으로 공급하기 위한 미세 기포 발생부, 상기 양식 및 양어장에 미생물을 투입하기 위한 미생물 저장조, 상기 미세 기포 발생부와 미생물 저장조로부터의 산소 및 미생물을 상기 양식 및 양어장 내의 하층부와 상층부에 골고루 확산시키기 위한 수류 발생기 및 상기 양식 및 양어장 내의 오염물을 배출하기 위한 다층 여과기로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 양식 및 양어장의 수질 정화 방법은 오염수를 끌어드리는 정화 초기 단계; 상기 오염수를 약 3 내지 6 kg/㎡로 가압된 상태로 배관을 통과시키는 유동화 단계; 압력 차에 의해 유입되는 공기를 물에 연행시켜 마이크로 버블 형태로 하여 양식 및 양어장의 하층부로 공급하는 미세 산소 공급 단계; 상기 미세 산소에 미생물을 함께 투입하는 단계; 필요에 따라서, 상기 미세 산소 공급 단계 및 미생물 투입 단계 직후에 미생물의 활동을 증강시킬 수 있는 생분해 활성제를 공급하는 단계; 상기 양식 및 양어장의 하층부로 공급되는 마이크로 버블 형태의 미세 산소를 수류 발생 수단에 의해서 내부 전역으로 순환되도록 하여 수질을 정화하는 단계; 및 양식 및 양어장의 하층부에 침전되는 침전물은 여과 및 분쇄하여 재정화시키거나 외부로 배출하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명을 첨부한 도면에 의거하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 의하면, 양식 및 양어장에서 먹이와 배설물 등의 유기물을 생분해하여 자정 미생물과 균형을 이루게 하며, 하부층의 부패성 수질에 다량의 산소를 마이크로 버블 형태로 공급하여 부패한 저부 슬러리를 산화시켜 질소를 대기 중으로 방출하고, 양식 및 양어장 전역에 수류 발생기를 설치하여 상층부와 하층부에 골고루 충분한 산소를 공급하여 폐쇄성의 수면으로부터 벗어날 수 있도록 하고, 고농도 미생물을 투여하여 어장 전역에 확산시켜 기존의 자정 미생물과 함께 오염 물질 및 녹조의 영양소를 제거할 수 있는 특징이 있다.
첨부 도면 중 도 1은 본 발명에 따른 수질 정화 시스템의 블록도를 나타낸 것으로서, 이 시스템은 양식 및 양어장(11), 복합 센서부(12), 제어부(13), 미세 기포 발생부(14), 미생물 저장조(15), 수류 발생기(16) 및 다층 여과기(17)로 구성되어 있다.
상기 양식 및 양어장(11)의 수면에는 도 1에 나타낸 바와 같이, 수질 상태를 측정하고 측정된 결과를 전송하기 위한 복합 센서부(12)가 설치되어 있다. 이 복합 센서부(12)는 양식 및 양어장(11)에 저장되어 있는 오염수의 온도를 측정하기 위한 온도 센서(121), 용존 산소(DO: Dissolved Oxygen)의 양을 측정하기 위한 용존 산소 센서(122), pH를 측정하기 위한 pH 센서(123), 그 외에 수위 또는 탁도 등을 측정하기 위한 센서(124)로 구성되어 있으며, 필요에 따라, 암모니아성 질소 또는 질산염 등의 농도를 측정할 수 있는 센서도 설치할 수 있다.
제어부(13)는 복합 센서부(12)로부터 전송되는 수질 데이터를 이미 설정되어 있는 기준값과 비교하고, 그 비교값을 미세 기포 발생부(14)와 미생물 저장조(15)로 신호를 송출하여 이들을 제어하도록 되어 있다. 즉, 전송된 수질 데이터가 어류가 양식될 수 있는 최적의 수질을 유지할 수 있는 기준값 이하로 떨어질 경우에는 제어 신호에 의해 미세 기포 발생부(14)로부터의 미세 기포의 발생량을 증가시키고, 정량 펌프(151,152)를 통제하여 미생물 저장조(15)로부터의 미생물 방출량을 증가시킨다. 이와 반대로 기준값을 초과할 경우에는 미세 기포 발생부(14)로부터의 미세 기포 발생량을 줄이고, 정량 펌프(151,152)를 통제 또는 폐쇄하여 미생물 저장조(15)로부터의 미생물 투입량을 줄이게 된다.
상기 제어부(13)는 양식 또는 양어장에서 양식되는 어류의 종류에 따라 임의로 설정할 수 있다.
미세 기포 발생부(14)는 모터(141), 고양정 펌프(142), 압력계(143), 에어 벤트(144), 산소 용해조(145)로 구성되어 있다. 모터(141)는 양식 및 양어장(11)에 저장되어 있는 오염수를 유입 순환 배관(18)을 통해서 기포 발생부(14)로 끌어들이는 작용을 하며, 고양정 펌프(142)는 모터(141)의 작동에 의해 유입된 물을 약 3 내지 6 kg/㎡의 높은 압력으로 가압관(19)으로 보내는 작용을 한다. 여기서, 상기 가압관(19)에 연결 설치되어 있는 부호 143은 압력계이다.
한편, 산소 용해조(145)는 가압관(19)과 연통되어 있으며, 그의 상부에는 용해조를 통과하는 물의 압력에 따라 공기가 유입될 수 있도록 된 에어 벤트(144)가 형성되어 있다. 따라서, 가압관(19)으로부터 높은 압력으로 지나가는 물에 대기압과의 압력차에 의해 에어 벤트(144)로부터 공기가 유입되면서 마이크로 버블을 형성하게 된다.
이러한 과정으로 산소가 용존된 순환수는 유출 순환 배관(20)을 통해서 마이크로 버블 형태로 양식 및 양어장(11)의 하층부로 유출되어 부패한 저부 슬러리를 산화시켜 질소를 대기 중으로 방출하게 된다.
상기 유출 순환 배관(20)은 도 1에 나타낸 바와 같이 양식 및 양어장(11)의 하층부에 연결 설치되어 있으며, 순환 배관(20)의 유출부 선단의 전방에는 수류 발생기(16)가 배치되어 있는바, 이 수류 발생기(16)는 상기 순환 배관(20)을 통해서 유출되는 마이크로 버블을 도 1에서 화살표 방향으로 나타낸 바와 같이 양식 및 양어장(11)의 하층부는 물론 상층부까지 골고루 확산 및 순환시켜 충분한 산소가 공급되도록 하고, 그로 인해 수질의 안정화를 도모하게 되는바, 즉 양식 및 양어장(11) 내부에 용존 산소가 균일하게 유지될 수 있도록 해 준다. 상기 수류 발생기(16)는 양식 및 양어장(11)의 저부의 전역에 적어도 하나 이상을 설치하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 산소 용해조(145)의 출구 부근의 유출 순환 배관(20)에는 미생물 저장조(15)로부터 미생물을 공급하기 위한 미생물 투입관(153)이 연결되어 있으므로 마이크로 버블이 유출 순환 배관(20)을 통해서 양식 및 양어장(11) 내부로 유출될 때 고농도의 미생물도 함께 투입할 수 있다. 이미 오염된 어장에 미생물을 투입할 경우에는 미생물에 영양분이 혼합되어 있으므로 일시적으로 혼탁해지는 현상이 일어날 수 있다. 필요에 따라 상기 미생물과 함께 미생물의 활동을 증강시켜줄 수 있는 생분해 활성제도 함께 공급할 수 있다.
이와 같이 투입된 고농도의 미생물은 수류 발생기에 의해 어장 전역으로 확산되고, 기존의 자정 미생물과 함께 오염 물질 및 녹조의 영양소를 제거하게 된다.
상기 양식 및 양어장(11)의 저부에는 어류에 대한 잉여 먹이 또는 배설물 등의 오염 물질 중 침전 입자 등을 외부로 배출하기 위한 배출관(21)이 연결 설치되어 있으며, 이 배출관(21)을 통해서 배출되는 침전 물질은 다층 여과기(17)에서 최종 처리된 후 배출구(24)를 통해서 외부로 배출되거나 일부는 재순환 배관(22)을 경유해서 다시 양식 및 양어장(11)으로 보내지고, 찌꺼기 등과 같은 케익 배출은 부호 25를 통해 이루어지게 된다. 도 1에서 부호 23은 수질 정화 공정에서 자연적으로 증발된 물을 추가로 보충하기 위한 보충수 저장조이다.
이와 같은 본 발명에 따른 양식 및 양어장의 수질 정화 시스템을 이용한 수질 정화 방법은 첨부 도면 중 도 2의 수질 정화 시스템의 플로우 차트에 나타낸 바와 같이, 미세 기포 발생부(14)의 모터(141)를 작동시켜 유입 순환 배관(18)을 통해서 양식 및 양어장(11)의 오염수를 끌어드리고[정화 초기 단계(30)], 고양정 펌프(142)에 의해서 약 3 내지 6 kg/㎡로 가압된 상태로 가압관(19)을 통과시킨다[물의 유동화 단계: 31].
상기 가압관(19)으로부터 직경이 확장된 산소 용해조(145)에서 확산되는 물에 에어 벤트(144)로부터 압력차에 의해 유입되는 공기를 마이크로 버블 형태로 연행시키고, 이들을 미생물 저장조(15)로부터 공급되는 미생물과 함께 유출 순환 배관(20)을 통해서 양식 및 양어장(11)의 하층부로 공급한다[미세 산소 공급 단계(32) 및 미생물 투입 단계(33)]. 이때, 오염된 어장에 미생물을 투입하면 미생물에 영양분이 혼합되어 일시적으로 더 혼탁해질 수 있다.
필요에 따라서, 상기 미세 산소 공급 단계(32) 및 미생물 투입 단계(33) 직후에 미생물의 활동을 증강시킬 수 있는 생분해 활성제를 공급할 수 있다[생분해 활성제 공급 단계(34)].
상기한 바와 같이 양식 및 양어장(11)의 하층부로 공급된 마이크로 버블 형태의 미세 산소는 수류 발생기(16)에 의해서 양식 및 양어장(11)의 내부 전역을 순환하면서 용존 산소를 균일하게 유지하여 수질을 정화하고 안정화시키게 된다[수질 정화 단계(35)]. 이와 같이 인위적으로 산소 공급과 정화 미생물을 투입하게 되면 영양염류의 처리에 필요한 미생물 밸런스를 잡아 줄 수 있고, 자정능력이 회복되어 수질의 개선속도를 가속화하고, 어류의 좋은 주변환경을 조성할 수 있게 된다.
다음에, 양식 및 양어장(11)의 하층부에 침전되는 침전물은 배출관(21)을 통해서 다층 여과기(17)로 보내지고, 여기서, 여과 및 분쇄된 후 재순환 배관(22)을 통해서 양식 및 양어장(11) 내부로 다시 보내진다[여과 및 분쇄 단계(36)]. 그리고, 불필요한 침전물들은 최종적으로 외부로 배출하게 된다[정화 완료 단계(37)].
이와 같은 본 발명은 어류의 먹이와 배설물에 의해 오염된 수질을 미세 산소에 미생물을 실어 보내고, 수류 발생기에 의해 수역 전체에 골고루 용존 산소량이 평균화되게 하고, 자정 능력을 회복시켜 수질의 개선 속도를 가속화하여 깨끗한 수질을 충족시킬 수 있음과 동시에 계속적으로 강화되는 환경법에 따른 수질정화비용도 절감할 수 있고, 무방류 시스템도 가능한 효과가 있다.
또, 침전물을 빼낸다고 할지라도 별도의 물 보충이 필요 없고, 자연 증발 부분에 대해서만 보충하면 되며, 이로 인해 전력 및 겨울 난방비를 절감할 수 있다.
더욱이, 양식 및 양식장에서의 어분 분해작용, 질병예방, 성장촉진, 고밀도 생산, 육질 개선 등을 기대할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 수질 정화 시스템의 블록도 이다.
도 2는 본 발명에 따른 수질 정화 시스템의 플로우 차트 이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
11 ---- 양어 및 양식장 12 --- 복합 센서부
13 --- 제어부 14 --- 미세 기포 발생부
15 --- 미생물 저장조 16 --- 수류 발생기
17 --- 다층 여과기 18 --- 유입 순환 배관
19 --- 가압관 20 --- 유출 순환 배관
22 --- 재순환 배관 23 --- 보충수 저장조
24 ---- 배출구 25 ---- 케익 배출
121 --- 온도 센서 122 --- 용존 산소 센서
123 --- pH 센서 124 --- 수위 및 탁도 센서
141 --- 모터 142 --- 고양정 펌프
143 --- 압력계 144 --- 에어 벤트
145 --- 산소 용해조 151,152 --- 정량펌프

Claims (5)

  1. 어류를 양식할 수 있도록 된 양식 및 양어장, 상기 양식 및 양어장 내의 수질 상태를 측정하고 측정된 결과를 송출하는 복합 센서부, 상기 복합 센서부로부터 수집된 수질 데이터를 처리하고 시스템을 전반적으로 제어하는 제어부, 미세한 산소 기포를 발생시켜 상기 양식 및 양어장으로 공급하기 위한 미세 기포 발생부, 상기 양식 및 양어장에 미생물을 투입하기 위한 미생물 저장조, 상기 미세 기포 발생부와 미생물 저장조로부터의 산소 및 미생물을 상기 양식 및 양어장 내의 하층부와 상층부에 골고루 확산시키기 위한 수류 발생기 및 상기 양식 및 양어장내의 오염물을 배출하기 위한 다층 여과기로 구성되어 있는 양식 및 양어장에서 순환 배관을 통해 순환시키면서 사용하는 자동 수질 정화 시스템에 있어서,
    상기 미세 기포 발생부는 모터의 작동에 의해 양식 및 양어장으로부터 끌어들인 물을 가압하게 되는 고양정 펌프, 해당 펌프와 연결되어 있으면서 약 3 내지 6 kg/㎡으로 가압된 물을 통과시키는 가압관, 대기압과의 차이에 의해 가압된 물에 공기를 공급하게 되는 에어 벤트 및 상기 에어 벤트가 상부방향에 형성되어 있고 이로부터 유입된 공기중의 산소를 물에 용존시켜서 순환 배관을 통해서 양식 및 양어장의 하층부로 투입할 수 있도록 된 산소 용해조로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 양식 및 양어장의 수질 정화 시스템.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서, 상기 미생물 저장조는 미생물 투입관을 경유해서 상기 산소 용해조의 출구 부근에서 순환 배관과 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 양식 및 양어장의 수질 정화 시스템.
  4. 삭제
  5. 양식 및 양어장의 오염수를 끌어들이는 정화 초기 단계;
    상기 오염수를 약 3 내지 6 kg/㎡로 가압된 상태로 배관을 통과시키는 유동화 단계;
    압력차에 의해 유입되는 공기를 상기 물에 연행시켜 마이크로 버블 형태로 하여 양식 및 양어장의 하층부로 공급하는 미세 산소 공급 단계;
    상기 양식 및 양어장으로 공급되는 미세 산소에 미생물을 함께 투입하는 단계; 필요에 따라서, 상기 미세 산소 공급 단계 및 미생물 투입 단계 직후에 미생물의 활동을 증강시킬 수 있는 생분해 활성제를 공급하는 단계;
    상기 양식 및 양어장의 하층부로 공급되는 마이크로 버블 형태의 미세 산소를 수류 발생 수단에 의해서 내부 전역으로 순환되도록 하여 수질을 정화하는 단계; 및
    양식 및 양어장의 하층부에 침전되는 침전물은 여과 및 분쇄하여 재정화시키거나 외부로 배출하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 양식 및 양어장의 수질 정화 방법.
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