KR100861134B1 - 해양 심층수와 표층해수를 이용한 해조류의 양식방법 - Google Patents

해양 심층수와 표층해수를 이용한 해조류의 양식방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 해양 심층수와 표층해수를 이용하여 해조류의 양식에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수심 200m 이하의 저온의 해양 심층수와 표층해수를 이용하여 해조류를 양식하는 방법에 관한 것이다.
이를 위하여 본 발명은, 수심 200m 이하의 저온의 해양 심층수를 취수하여 표층해수를 해조류의 양식에 적합한 5∼10℃로 조정하는 단계, 수온이 조정된 해수로 미역, 다시마, 대황, 톳 또는 파래 등의 해조류를 양식하는 제1해조류 양식단계, 조개류 또는 어류의 생육에 적합한 온도(15∼20℃)로 수온을 조정하는 단계, 조개류 또는 어류의 생육에 적합한 온도로 조정된 해수로 해조류를 사료로 공급하면서 전복, 소라와 같은 조개류를 양식하는 단계, 어류를 양식하는 단계, 제2해조류 양식하는 단계로 이루어진 것에 특징이 있다.
해양 심층수, 표층해수, 어류, 조개류, 해조류, 양식, 수온

Description

해양 심층수와 표층해수를 이용한 해조류의 양식방법{A cultured method of the seaweed which used deep sea water and surface sea water}
도 1은 해양 심층수와 표층해수를 이용한 해조류, 조개류와 어류를 양식하는 공정도
도 2는 해양 심층수 및 표층해수 취수와 제1해조류양식공정의 공정도
도 3은 조개류 및 어류의 양식의 공정도
도 4 제2해조류양식 및 정화처리 공정도
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
1; 해양 심층수 집수조 2; 표층해수 집수조
3; 해양 심층수 취수배관 4; 표층해수 취수배관
5; 해양 심층수 취수펌프 6; 표층해수의 취수펌프
7; 온도 조정조 8; 제1해조류 양식조
9; 모래 10; 암석
11; 산기장치(Diffuser) 12; 해조
13; 송풍기(Air blower) 14; 풀브산철염염 저장조
15; 풀브산철염염 이송펌프 16; 자화기
17; 조개류 양식조 18; 조개류 부착 매트(Mat)
19; 멍게, 해삼 또는 성게 양식조 20; 어류 양식조
21; 수온 조정조 22; 제2해조류 양식조
23; 방류조
TI; 온도 지시계(Temperature indicator)
DOI; 용존산소 지시계(Dissolved oxygen indicator)
본 발명은 해양 심층수(海洋深層水)와 표층해수(表層海水)를 이용하여 해조류(海藻類)의 양식에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수심 200m 이하 저온의 해양 심층수와 표층해수를 이용하여 해조류 양식에 적절한 온도(5∼10℃)로 조정한 다음, 다시마(昆布), 미역(若布), 대황(大荒), 모자반(Gulfweed), 톳, 파래(石蓴), 청각(靑角), 청태(靑苔) 등의 해조류(海藻類)를 양식(養殖)하는 방법에 관한 것이다.
해양 심층수란 「햇빛이 닿지 않고, 또, 표층의 해수와 섞이지 않는 깊이에 있는 해수」를 말하며, 통상 수심 200미터 이하의 해수를 해양 심층수라고 부르고 있으며, 지구에 존재하는 해수의 약 95%를 차지하고 있으며, 해양 심층수 이용의 역사는 짧고, 지금까지 수산분야(水産分野)를 시작으로 식품(食品)이나 의료(醫療), 건강산업(健康産業), 음료수(飮料水), 화장품(化粧品) 등의 비 수산 분야에 있어도, 다양한 연구를 하고 있다.
표 1 해양 심층수와 표층해수의 성분 분석치
구 분 울릉도 현포 일본홋가이도구마이시(北海道熊石) 해양 심층수 일본 토야마현 뉴젠(富山縣入善) 해양 심층수 일본 고지현 무로도(高知縣室戶)
650m해양 심층수 표층해수 374m 해양 심층수 표층해수
일 반 항 목 수온(℃) 0.5 23 0.5 3.2 11.5 20.3
pH 7.5 7.98 8.15
DO 용존산소 (㎎/ℓ) 6 8 8.1 7.80 8.91
TOC 유기 탄소 (㎎/ℓ) - - 0.6 0.962 1.780
CODMn(㎎/ℓ) 0.2 0.6 - - -
용해성 증발잔류물(㎎/ℓ) 37,000 47,750 37,590
M-알칼리도 (㎎/ℓ) - 114.7 110.5
주 요 원 소 Cℓ 염화물이온(wt%) NaCl로 3.41 NaCl로 3.45 NaCl로 3.41 1.960 2.237 2.192
Na 나트륨 (wt%) 1.080 1.080 1.030
Mg 마그네슘(㎎/ℓ) 1,320 1,280 1,300 1,290 1,300 1,310
Ca 칼슘 (㎎/ℓ) 393 403 378 400 456 441
K 칼륨 (㎎/ℓ) 380 571 380 414 399
Br 취소 (㎎/ℓ) 60 65 68.8 68.1
Sr 스트론튬 (㎎/ℓ) 7.0 9.9 7.77 7.61
B 붕소 (㎎/ℓ) 4.7 4.44 4.48
Ba 바륨(㎎/ℓ) 0.1 이하 0.010 0.044 0.025
F 불소 (㎎/ℓ) 1.0 1.2 0.53 0.56
SO4 2-(㎎/ℓ) 2,630 2,833 2,627
영 양 염 류 NH4 +암모니아태질소 (㎎/ℓ) 0.05 0.05 0.03
NO3 -질산태질소 (㎎/ℓ) 0.28 0.04 0.227 0.3 1.158 0.081
PO4 3-인산태인 (㎎/ℓ) 0.06 0.012 0.175 0.176 0177 0.028
Si 규소 (㎎/ℓ) 2.8 0.44 4.53 2.6 1.89 0.32
미 량 원 소 Pb 납 (㎍/ℓ) 0.11 0.02 0.102 0.087
Cd 카드뮴 (㎍/ℓ) 0.05 0.03 0.028 0.008
Cu 구리 (㎍/ℓ) 0.26 0.10 0.153 0.272
Fe 철 (㎍/ℓ) 0.20 0.217 0.355
Mn 망간 (㎍/ℓ) 0.45 0.265 0.313
Ni 니켈 (㎍/ℓ) 0.36 0.31 0.387 0.496
Zn 아연 (㎍/ℓ) 0.45 1.40 0.624 0.452
As 비소 (㎍/ℓ) 0.04 1.80 1.051 0.440
Mo 몰리브덴(㎍/ℓ) 7.60 5.095 5.565
Cr 크롬(㎍/ℓ) 0.021 0.02
균 수 생균수(개/㎖) 0 520 0 540
대장균수(개/㎖) 음성 음성 음성 음성
수심 200m 이하의 해양 심층수와 표층해수는 표 1의 "해양 심층수와 표층해수의 성분 분석치"에서 보는 바와 같이 염분(NaCl)의 농도와 대부분의 미네랄 농도는 비슷하나, 영양염류(질산태질소, 인산, 규소), 생균수, 수온은 상당한 차이가 있다.
해양 심층수는 표층수에 비해서 다음과 같은 특성이 있다.
1. 저온 안전성(低溫 安全性)
표층해수의 수온은 계절에 의해서 큰 폭으로 변동하는 데 대해, 해양 심층수는 계절에 따라서 수온의 변화가 없으면서 저온으로 안정되어 있다.
특히 한국 동해의 해양 심층수는 오호츠크해(Sea of Okhotsk)의 유빙(流氷)이 녹은 찬 해수가 밀도차로 침강(沈降)하여 사할린섬(Ostrov Sakhalin)과 홋카이도(北海道) 사이의 블라디보스토크(Vladivostok) 앞바다로 유입된 심층수로 일본열도가 가로 막혀 흐름이 느려 300m이하에서는 연간을 통해서 수온이 1∼2℃로 하와이나 일본 태평양 연안의 코우치현(高知縣)의 무로토(室戶) 앞바다의 해양 심층수 등에 비해서 8∼11℃ 정도 낮은 특성이 있다.
2. 청정성(淸淨性)
심층에 있으므로 육상의 하천수, 대기로부터의 오염을 받기 어렵고, 화학물질, 오염물질과 세균수가 적다.
① 물리적 청정성
물리적 청정성은 부유물, 현탁물이 적다고 하는 것으로 해양 심층수는 표층해수에 비해서 부유고형물질의 함량이 적다.
② 생물학적 청정성
해수의 취수에서 제일문제가 되는 것은 부착생물의 번식인데, 일반적으로, 표층해수의 취수장치에서는 취수 관내에 부착생물이 번식하는 것으로, 관의 저항이 늘어나 취수불능이 되는 것이 많은데, 해양 심층수는 플랑크톤, (병원성) 미생물, 클로렐라 등의 총생균수는 표층수의 10분의 1에서 100분의 1로 적은 특성이 있다.
③ 화학적 청정성
해양 심층수는 오염된 표층해수와 혼합이 일어나지 않기 때문에 다이옥신이나 PCB, 유기 염소화합물, 유기주석 등 이른바 환경오염물질에 오염되어 있지 않은 특성이 있다.
3. 부영양성(富榮養性)
해양 심층수는 표층해수에 비해서 바다생물의 근원이 되는 식물플랑크톤(주로, 엽록소를 가지는 미소의 단세포 식물인 규조)의 영양원이 되는 질소, 인, 규산 등이 표층해수의 약 5∼10배의 무기영양염류가 풍부하게 포함되어 있는 특성이 있다.
수심 150m 이하에서 광량은 1% 이하로, 더 이상의 깊이에서는 식물성 플랑크톤은 광합성을 할 수 없기 때문에, 영양소는 식물성 플랑크톤에 의해서 소비되지 않고 아래의 깊은 층으로 가라앉아 축적되어 무기영양염의 농도가 높다.
4. 미네랄의 특성
해수는 70종류를 넘는 원소를 포함하고 있으며, 해양 심층수도 이와 같이 다종다양의 원소를 포함하고 있는 특성이 있다.
동·식물의 생육에 필요한 주요원소가 많으면서 필요하기는 하지만 다량으로 섭취하면 해가 되는 필수 미량원소인 동, 아연과 같이 사람의 건강에 깊은 관계가 있는 것은 극히 소량 포함되어 있다고 하는 미네랄밸런스의 좋은 특성이 있다.
5. 숙성성(熟成性)
해양 심층수는 표층해수에 비해 pH가 낮으며(pH 7. 8 전후), 유기물 함량이 적으면서 해양 심층수는 표층해수로부터 분리되어 저온 고압 하에서 긴 세월동안 물 분자의 집단(Cluster)이 적은 소집단화(小集團化)된 소집단수(小集團水; Micro-clustered water)로 수질이 안정되어 있다.
물 분자의 집단(集團)의 수(數)는 핵자기공명(核磁氣共鳴; Nuclear magnetic resonance, NMR) 17O-NMR 반치폭(半値幅)의 값(㎐)을 측정하여 간접적으로 측정한다.
일반적으로 하천수나 수돗물의 경우 핵자기공명 17O-NMR 반치폭은 130∼150㎐인 반면에 해양 심층수의 경우는 핵자기공명 17O-NMR 반치폭이 70∼80㎐로 소집단화 되어 있다.
물의 핵자기공명 17O-NMR 반치폭의 값(㎐)의 1/10의 값이 물 분자의 집단수로 알려져 있으며, 하천수나 수돗물과 같이 핵자기공명 17O-NMR 반치폭은 130∼150㎐인 물은 13∼15개의 물 분자가 수소결합(水素結合)에 의해서 집단(集團; Cluster)으로 되어 있으며, 이와 같이 집단이 큰물을 결합수(Bound water)라 하며, 반면에 핵자기공명 17O-NMR 반치폭의 값이 적으면서 물 분자의 집단이 적은 물은 소집단수(Microclustered water)라 한다.
본 발명에서는 상술한 해양 심층수와 표층해수의 특성을 이용하여 냉수성의 다시마, 미역, 대황, 검둥감태, 모자반, 톳, 청태, 파래, 청각 등의 해조류를 양식하는 방법과 이들 해조류를 먹이로 하는 전복, 소라와 같은 조개류를 양식한 후, 해삼, 게를 양식한 넙치(광어), 가자미와 같은 어류를 양식하는 방법을 제시한다.
전복, 소라와 같은 조개류는 전형적인 초식성 복족류로 어릴 때는 바닥의 해조류나 바위 등에 붙어 있는 부착성 규조류를 갉아먹으며 살다가 성체가 되면 주요 먹이로는 미역(若布), 다시마(昆布), 대황(荒布), 감태(甘苔), 모자반, 톳(鹿尾菜)과 같은 갈조류와 갈파래(靑苔), 구멍 갈파래와 같은 녹조류 및 홍조류와 같은 해조류를 먹고 살며, 생육 적온은 18℃ 전후이다.
해조류의 생육조건은 종류에 따라서 다소의 차이는 있으나 전복과 소라가 주 먹이로 하는 다시마의 경우는 원산지에서는 12∼3월에 어린잎(幼葉)이 나와서 7월까지 성장하면서 수온 12~13℃을 넘으면 시들었다가, 초가을이 되어 수온이 10℃ 이하로 떨어지면 활발하게 생육하는 한해성(寒海性) 식물로서 한국에는 동해안 북부, 원산 이북의 함경남도·함경북도 일대에서 잘 자라는 것으로 알려져 있으며, 이밖에 일본 홋카이도(北海道)와 도호쿠(東北) 지방 이북연안, 캄차카반도(Kamchatka Pen), 사할린섬(Ostrov Sakhalin) 등의 태평양 연안에 주로 분포하며, 다시마의 인공양식의 경우는 수온을 5∼10℃로 조정하여 다시마양식 수조에 유 입도록 하여야 한다.
그리고 미역, 대황, 감태, 모자반, 톳과 같은 대부분의 갈조류는 다시마와 같이 초가을에서 봄까지 성장하는 한해성 해조류로 수온을 10℃ 이하에서 성장하기 때문에 양식 수조의 수온을 가능한 10℃ 이하로 유지해야 한다.
극피동물 해삼강에 속하는 해삼류(海蔘類)는 바다 밑이나 모래 진흙에 묻혀 살며, 수온 17℃ 이하에서는 식욕이 왕성하고 운동이 활발하며, 17℃ 이상이 되면 먹는 것을 중지하고, 25℃ 이상이 되면 여름잠을 잔다.
해삼의 식성은 잡식성이면서 초식성으로 먹이는 촉수로 바다 밑에 깔린 모래 진흙을 입에 넣어 모래 진흙 속에 들어 있는 작은 생물을 잡아먹기도 하고, 해조류를 섭취하기도 하며, 해삼과 홍삼은 같은 종이지만 홍삼은 주로 바위에 부착된 홍조류 등을 먹는다.
성게의 식성은 종류에 따라 차이는 있으나 주로 해조(海藻)나 바위에 붙어 사는 수생동물을 잡아먹는 잡식성으로 뭐든지 먹는다고 하고 있지만, 주식은 다시마, 모자반 등 해초류를 먹으면서 자란다.
해삼과 성게는 전복과 천적관계는 아니면서 먹이 경쟁관계에 있기 때문에 해조류를 먹이로 공급하면서 동시에 사육할 수 있다.
노랑가자미(Barfin flounder)는 가자미 목(目)의 붕넙치과의 바닷물고기로 전체 길이 50∼60㎝이며, 유안측(有眼側)은 암회색, 무안측(無眼側) 수컷은 등황색, 암컷은 백색으로, 등지느러미·엉덩이·꼬리지느러미에 흑색의 줄무늬가 있으며, 눈이 있는 쪽의 몸의 겉면(體表面)이 어두운 갈색에 노란색을 띠고 있으면서 소나무 껍질처럼 거칠어 일본에서는 송피(松皮; まつかわ)라 하며, 맛이 좋아 도다리 중에서 가슴에 호랑이 무늬가 있는 범 가자미와 함께 가자미 중에서 최고급어종으로 취급되고 있다.
노랑가자미의 생육 적온은 14℃ 전후로, 한국 동해·일본 홋카이도(北海道)·쿠릴열도(Kuril Is)·사할린섬(Ostrov Sakhalin)·오호츠크해(Sea of Okhotsk) 등지의 수심 100m 이하 한류(寒流)의 모래나 진흙 바닥에 서식하면서 갯지렁이류, 조개류, 새우류와 동물성 플랑크톤을 먹는 냉수성 어류로 주로 겨울철에 어획된다.
2가·3가 철 이온은 식물이 광합성을 할 때에 필요 불가결한 물질로써 장기간 뿌리에 안정공급 하는 것으로서, 식물이 스스로 생장하려고 하는 힘을 보조하는 물질로, 마그네슘 이온·칼슘 이온 등을 첨가하는 것으로서 생장촉진, 수확량의 증가, 당도 및 맛의 향상 등의 효과를 더욱더 증대토록 한다.
2가·3가 철 이온에는 자장·자기(자성유체)를 지니고 있기 때문에 전자유도의 법칙에 따라, 자장으로부터 힘을 얻은 마이너스(-) 전자가 물에 접하면 마이너스이온이 되어 물의 산화를 방지하며, 물의 산화방지는 동식물의 생육에 큰 영향을 준다.
나고야 대학 농학부(名古屋大學 農學部)의 야마시타 쇼우지(山下 昭治) 교수의 생명과학의 원점과 미래(生命科學の原点と未來, 綠書房)에서 2가·3가 철 이온을 함유한 물은 물 분자의 수소결합(水素結合)이 부분적으로 절단(切斷)되어 소집단(小集團)의 물로 처리된 물(이를 "π-water”라 함)로, 식물이 영양소의 흡수를 향상토록 하는데 촉매역할을 하는 것으로 밝혀졌다.
「숲은 바다의 연인」이란 말이 있는데, 이를 요약해 이야기하면, 하천의 상류에 삼림지대가 있으면, 지표 층에는 낙엽, 그 외 동물의 배설물이나 시체 등이 축적되어, 그것들이 토양과 섞여, 미생물에 의해서 부식물질(腐植物質)이 생성되며, 이 부식물질에는 질소나 인, 철분과 금속 이온 등을 풍부하게 포함하고 있다.
본래 철은 흙이나 암석 안에 포함되어 있고, 비에 의해서 옮겨지며, 물속에서는 입자 철의 상태로 수중에 있지만, 그대로는 입자의 크기가 너무 커서 식물의 세포막을 통과하지 못하고 흡수되지 않으며, 그러나 이 부식물질에 함유된 풀브산(Fuvic acid)과 철 이온이 결합하였을 때, "풀브산철염(Iron fulvate)"이라고 한다.
풀브산철염의 형태가 되면 입자의 크기가 작아져 식물이 직접 흡수할 수 있게 되며, 이 풀브산철염이 바다에 유입되면 연안의 식물성 플랑크톤이나 해초의 생육에 중요한 기능을 한다.
이 부식물질이 내는 "풀브산철염"의 덕분으로, 연안의 다시마나 어패류와 같은 생물의 번식이나 성장에 효과를 나타낸다.
그리고 자화된 자철광(磁鐵鑛) 지역의 부식토가 더욱더 효과가 있는 것으로 밝혀져 있는데, 이는 자화된 자철광지역의 암반수의 경우는 전자기유체역학(電磁氣流體力學; Magnetohydrodynamics, MHD)의 원리에 의해서 2가·3가 철 이온을 함유한 물(자성유체)이 자화된 자철광의 자계(磁界)를 통과하면서 물 분자와 철 이온이 자화처리되어 집단(Cluster)이 소집단화되었기 때문이다.
그래서 본 발명에서는 자화된 자철광을 농 염산수용액에 용해한 용액과 부식물질(초탄 또는 이탄이라고도 함)을 pH 14 이상으로 알칼리처리 후, 염산용액으로 pH 2 이하로 산 처리를 하여 침전되는 부식산(Humic acid) 부분을 제거한 풀브산(Fulvic acid) 추출액에 반응하여 생성된 풀브산철염 용액을 자속밀도(磁束密度)가 12,000가우스(Gauss) 이상 착자(着磁)된 영구자석이나 전자석의 자계를 2∼10m/초의 유속으로 통과하여 자화처리된 풀브산철염 용액을 해조류 양식조에 공급하여 해조류의 양식을 향상토록 한다.
종래의 일본 공개특허공보 2004-135562호의 경우는 해양 심층수를 이용하여 전복, 성게 또는 소라의 양식을 다시마를 양식하여 먹이로 공급하는 양식방법 및 장치에 관한 것으로, 1단계에서는 저온의 해양 심층수를 지하수로 열 교환하여 전복, 성게 또는 소라의 생육에 적합한 15∼20℃로 가온 처리를 하여 전복, 성게 또는 소라를 양식한 다음, 배출수에 저온의 해양 심층수를 혼합하여 온도를 다시마의 생육에 적합한 5∼10℃로 조정하여 다시마를 사육하여 전복, 성게 또는 소라의 먹이로 공급하는 방법이 제시되어 있으나, 저온의 해양 심층수로 15∼20℃로 가온 처리를 할 수 있는 저렴한 에너지를 공급될 수 없는 경우에는 가열비용이 높기 때문에 경제적인 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 저온의 해양 심층수와 표층해수를 이용하여 최소의 에너지로 해조류를 양식하는 방법을 제공하는데 본 발명의 목적이 있는 것이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 다시마, 미역, 모자반, 대황, 파래 등의 해조류를 양식하여 이를 전복, 소라, 해삼과 성게에 먹이로 양식하면서 넙치와 가자미류의 양식에서, 해양 심층수와 표층해수를 취수하는 단계, 표층해수에 저온의 해양 심층수를 혼합하여 수온을 5∼10℃로 조정한 해수로 1차 다시마, 미역, 모자반, 대황, 감태, 톳, 파래 등의 해조류를 양식하는 단계, 제1해조류 양식조의 배출수에 표층해수를 혼합하거나 가열하여 수온을 15∼20℃로 조정하여 조개류와 어류를 양식하는 단계, 조개류와 어류의 양식조에서 배출되는 배출수에 해양 심층수를 혼합하여 수온을 5∼10℃로 조정한 해수로 2차 다시마, 미역, 모자반, 대황, 감태, 톳, 파래 등의 해조류를 양식하는 단계로 이루어진 것에 특징이 있다.
본 발명은 해양 심층수의 저온성, 영양염류, 미네랄, 숙성성, 청정성 등의 특성을 이용하여 해조류의 양식하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수심 200m 이하 저온의 해양 심층수와 표층해수를 이용하여 해조류 양식에 적절한 온도(5∼10℃)로 조정한 다음, 1차 다시마(昆布), 미역(若布), 대황(大荒), 모자반(Gulfweed), 톳, 파래(石蓴), 청각(靑角), 청태(靑苔) 등의 해조류(海藻類)를 양식(養殖)하는 방법에 관한 것으로, 이하 첨부된 도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.
Ⅰ. 해양 심층수와 표층해수를 취수하는 단계
1) 해양 심층수의 취수과정
해양 심층수의 취수는 해양 심층수 집수조(1)의 상부수위가 해수면 이하가 되게 설치를 하고, 해양 심층수 취수배관(3)은 수심 200m이하의 해저까지 설치를 하여 사이펀(siphon)원리에 의해서 해양 심층수를 해양 심층수 집수조(1)로 취수를 하여 해양 심층수 취수펌프(5)에 의해서 온도 조정조(7)로 이송한다.
그리고 취수장의 여건이 해양 심층수 집수조(1)를 해수면 이하가 되게 설치를 하기 어려운 경우에는 해양 심층수 집수조(1)를 생략하고, 해양 심층수 취수배관(3)에 해양 심층수 취수펌프(5)를 직접 연결하여 해양 심층수를 취수하여 온도 조정조(7)로 보낸다.
2) 표층해수의 취수과정
표층해수는 부유고형물질과 기타오염물질로 오염되어 있지 않은 장소의 표층해수를 해양 심층수의 취수에서와 동일하게 표층해수 집수조(2)의 상부수위가 해수면 이하가 되게 설치를 하고, 표층해수 취수배관(4)을 통해서 사이펀원리에 의해서 표층해수를 표층해수 집수조(2)로 취수를 하여 표층해수 취수펌프(5)에 의해서 여과공정으로 보내어 수중의 부유고형물질을 제거한 다음에 온도 조정조(7)로 이송한다.
그리고 취수장의 여건이 표층해수 집수조(2)를 해수면 이하가 되게 설치를 하기 어려운 경우에는 표층해수 집수조(2)를 생략하고, 표층해수 취수배관(4)에 표층해수 취수펌프(6)를 직접 연결하여 표층해수를 취수하여 표층해수 취수펌프(5)에 의해서 여과공정으로 보내어 수중의 부유고형물질을 제거한 다음에 온도 조정조(7) 로 이송한다.
여과공정에서 여과방법은 모래여과기(Sand filter)로 여과를 한다.
이때 여과압력은 운전조건에 따른 여과기의 압력손실과 배관의 압력손실을 고려하여 결정하며, 여과속도는 6∼10m/시간으로 하고, 여과사(濾過砂)의 유효경(有效徑)은 0.3∼0.45㎜, 균등계수(均等係數)는 2.0 이하로 하며, 여층(濾層)의 두께는 0.5∼1.0m로 한다.
이때 취수된 해양 심층수의 부유고형물질 농도가 50㎎/ℓ이하인 경우는 여과공정을 생략하여도 된다.
Ⅱ. 1차 해조류를 양식하는 단계
1차 해조류 양식공정에서는 다시마와 미역을 주로 양식하며, 1차 해조류 양식조(8)에서 양식된 해조류는 색상이 진하며, 두께가 두꺼우면서 품질이 우수하기 때문에 해조류 자체를 가공 후 상품화하는 것이 주된 목적이나 전복, 소라, 해삼과 성게 등의 사료로도 사용할 수 있다.
온도 조정조(7)에 해양 심층수와 표층해수의 공급비율을 온도지시계(Temperature indicator; TI)의 온도가 다시마와 미역의 생육에 적합한 5∼10℃로 조정하여 제1해조류 양식조(8)에 공급하면서, 용존산소의 농도는 용존산소 지시계(Dissolved oxygen indicator; DOI)의 농도가 5∼9㎎/ℓ범위로 유지되게 송풍기(13)로부터 대기 중의 공기를 산기장치(11)를 통해서 간헐적(間歇的)으로 공급하고, 해조류의 양식효율을 더욱 향상하기 위해서 자화처리된 풀브산철염(Iron fulvate) 용액을 제1해조류 양식조(8)에 총 철 함량이 0.05∼0.3㎎/ℓ범위로 공급하고, 배출수는 조개류 및 어류 양식용 가온 공정으로 보내면서 미역 또는 다시마와 같은 해조류를 양식한다.
여기서 유입되는 유량을 크게 하여 제1해조류 양식조(8)의 용존산소의 농도가 5∼9㎎/ℓ범위로 유지되는 경우에는 송풍기(13)로부터 공기를 공급하여 폭기를 할 필요가 없다.
여기서 양식된 미역 또는 다시마는 가공 후 제품화하거나 전복, 소라, 해삼과 성게 양식의 먹이로 사용한다.
자화처리된 풀브산철염은, 부식물질(이탄)에 알칼리(Alkali) 수용액(3∼10wt%의 NaOH)을 주입하여 pH를 14 이상으로 조정하면서 용해하여 고형물질을 제거한 용액에 3∼10wt%의 염산(HCl) 수용액을 pH를 1∼2의 범위로 가하여 침전되는 물질을 제거한 용액상태의 풀브산(Fulvic acid) 용액에 자속밀도(磁束密度)가 50∼500가우스(Guass) 범위로 자화(磁化)된 자철광(磁鐵鑛)이나 4, 3 산화철(Fe3O4)을 3∼10wt%의 염산수용액에 용해한 것을 무기물/유기물의 중량비율이 0.4∼1.0 범위로 공급하여 풀브산철염(Iron fulvate)을 풀브산철염 저장조(14)에 공급하고, 풀브산철염 이송펌프(15)로 자속밀도(磁束密度)가 12,000∼15,000가우스(Gauss) 범위로 착자(着磁)된 영구자석 또는 전자석은 합성수지(PVC, PE, 스티렌 수지 등), 에보나이트 (Ebonite), FRP, 베이클라이트(Bakelite)와 같은 절연성 재료의 원통관에 감은 코일(Coil)에 0.5∼5볼트(Volt)의 교류 또는 직류 저전압을 인가하면, 코일의 내부에서는 자기장(磁氣場)이 형성된 자화기(16)의 자계로 2∼10m/초의 유속으로 통과하여 자화처리된 풀브산철염 용액을 풀브산철염 저장조(14)로 10∼60분간 반송하면서 자화처리를 하여 자화처리된 풀브산철염을 제조한다.
제1해조류 양식조(8)의 구조는 수심이 5∼10m의 콘크리트(Concrete) 구조물로 하면 무난하지만 수심은 특별히 제한하지 않으며, 하부바닥부분에는 모래(9)를 20∼30㎝로 충전(充塡)한 다음, 이의 상부에 자연의 암석(10)을 30∼40㎝ 두께로 충전한다.
Ⅲ. 조개류와 어류를 양식하는 단계
1) 가온 공정
제1해조류 양식조(8)에서 배출되는 5∼10℃의 배출수를 가온 공정으로 보내어 전복과 소라의 생육에 적합한 온도인 15∼20℃로 조정한다.
가온 공정에서 조개류 양식조(17)에 공급하는 해수의 온도는, 전복과 소라의 생육에 적합한 온도인 15∼20℃로 조정하는데, 온도의 조정방법은 표층해수의 온도에 따라서 다음과 같이 온도를 조정한다.
① 표층해수의 수온이 20℃ 이상인 경우
제1해조류 양식조(8)에서 배출되는 5∼10℃의 배출수에 표층해수를 15∼20℃ 범위의 온도가 되도록 혼합하여 조개류 양식조(17)로 공급하며, 이때 제1해조류 양식조(8)에서 배출되는 잉여분의 배출수는 제2해조류 양식조(22) 전단의 수온 조정조(21)로 보낸다.
② 표층해수의 수온이 15∼20℃인 경우
표층해수의 온도가 15∼20℃인 경우는 표층해수만을 가온하지 않고 조개류 양식조(17)로 공급하며, 제1해조류 양식조(8)에서 배출되는 5∼10℃의 배출수는 전량을 제2해조류 양식조(22) 전단의 수온 조정조(21)로 보낸다.
③ 표층해수의 수온이 10∼15℃인 경우
표층해수만을 에너지 절감을 위해서 15℃로 가온하여 조개류 양식조(17)로 공급하며, 이때도, 제1해조류 양식조(8)에서 배출되는 5∼10℃의 배출수는 전량 제2해조류 양식조(22) 전단의 수온 조정조(21)로 보낸다.
이때 가온 방법은 열교환기를 사용하여 온수나 스팀(Steam)으로 가온하거나, 전기 가열코일(Heating coil)에 의해서 가열한다.
④ 표층해수의 수온이 10℃이하인 경우
표층해수의 수온이 10℃ 이하인 경우는 가온 공정에 표층해수의 공급을 중단하고, 제2해조류 양식조(22)에서 배출되는 배출수를 정화처리공정에서 부유고형물질을 제거한 방류수를 조개류 양식조(17)에 유입되는 총 유량의 30∼50% 범위로 반송하면서 조개류 양식조(17)에 유입되는 해수의 수온이 15℃로 가온한다.
이때 가온 방법도 전술한 ③항의 가온 방법과 동일하게 한다.
2) 조개류의 양식공정
수온이 15∼20℃로 조정된 해수가 조개류 양식조(17)에 유입되면 송풍기(13)로부터 대기 중의 공기를 용존산소 지시계(DOI; Dissolved oxygen indicator)의 용존산소의 농도가 5∼9㎎/ℓ범위로 유지되게 산기장치(11)로 공급하여 폭기를 하면서 제1, 2 해조류 양식조(8&22)에서 양식된 다시마(昆布), 미역(若布), 대황(大荒), 모자반(Gulfweed), 톳, 파래(石蓴), 청각(靑角) 또는 청태(靑苔) 중의 해조류(海藻類)를 한 종류 이상 먹이로 공급하고, 배출되는 배출수는 멍게, 해삼 또는 성게 양식조(19)로 보내면서 전복과 소라를 양식한다.
여기서도 유입되는 유량을 크게 하여 조개류 양식조(17)의 용존산소의 농도가 5∼9㎎/ℓ범위로 유지되는 경우에는 송풍기(13)로부터 공기를 공급하여 폭기를 할 필요가 없다.
조개류 양식조(17)의 구조는 수심이 1∼10m의 콘크리트구조물로 하면 무난하지만 수심은 특별히 제한하지 않으며, 하부 바닥부분에는 제1해조류 양식조(8)에서와 같이 모래(9)를 20∼30㎝로 충전하고, 자연석의 암석(10)을 30∼40㎝ 두께로 충전한다.
3) 해삼 또는 성게 양식공정
해삼은 촉수로 바다 밑에 깔린 모래 진흙을 입에 넣어 모래 진흙 속에 들어 있는 작은 생물을 잡아먹거나 해조류를 섭취하는 잡식성으로 전복과 소라의 배설물이 먹이가 될 수 있으며, 전복과 소라와 같이 해조류를 먹기 때문에 사료는 전복과 소라의 먹이인 다시마, 미역, 대황, 모자반, 톳, 파래, 청각, 청태와 같은 해조류를 공급한다.
그리고 해삼은 수온 17℃ 이하에서 식욕이 왕성하고 운동이 활발하며, 17℃ 이상이 되면 먹는 것을 중지하고, 여름철에 수온이 25℃ 이상이 되면 여름잠을 자면서 먹이 활동을 중단하기 때문에 수온을 12∼16℃로 조정하는 것이 바람직하다.
성게의 먹이는 종류에 따라서 약간의 차이가 있으나, 주로 해조류나 바위에 붙어 사는 수생동물을 잡아먹는 잡식성으로 해삼과 식성이 유사하며, 생육온도도 해삼과 유사한 12∼16℃에서 활발한 활동을 한다.
따라서 멍게와 성게는 먹이의 종류와 생육온도가 유사하면서 천적관계가 아니면서 먹이 경쟁관계에 있기 때문에 동일한 양식조에서 양식이 가능하다.
조개류 양식조(17)에서 15∼20℃의 배출수가 멍게, 해삼 또는 성게 양식조 (19)에 유입되면 저온의 해양 심층수를 공급하여 수온을 12∼16℃로 조정하면서 해삼과 멍게 양식조(19)의 용존산소 지시계(DOI)의 용존산소의 농도가 5∼9㎎/ℓ범위로 유지되게 송풍기(13)로부터 대기 중의 공기를 산기장치(11)로 공급하여 폭기를 하면서 제1, 2 해조류 양식조(8&22)에서 양식된 다시마, 미역, 대황, 모자반, 톳, 파래, 청각 또는 청태 중의 해조류를 한 종류이상을 먹이로 공급하고, 배출되는 배출수는 어류 양식조(20)로 보내면서 해삼, 멍게 또는 성게를 양식한다.
여기서도 유입되는 유량을 크게 하여 멍게, 해삼 또는 성게 양식조 (19)의 용존산소의 농도가 5∼9㎎/ℓ범위로 유지되는 경우에는 송풍기(13)로부터 공기를 공급하여 폭기를 할 필요가 없다.
멍게, 해삼 또는 성게 양식조 (19)의 구조는 수심이 1∼10m의 콘크리트구조물로 하면 무난하지만 수심은 특별히 제한하지 않으며, 하부 바닥부분에는 모래(9)를 30∼60㎝로 충전한다.
4) 어류 양식공정
어류 양식공정에서는 어류의 종류에 따라서 사료의 종류와 사육조건이 다르지만 본 발명에서는 저온의 해양 심층수를 이용하여 경제적으로 양식할 수 있으면서 고급어종(고부가가치의 어종)인 넙치류(광어)와 가자미류(노랑가자미; 松皮)를 양식한다.
범가자미와 함께 가자미 중에서 가장 맛이 좋다는 노랑가자미는 한국 동해, ·쿠릴열도(Kuril Is), 사할린섬(Ostrov Sakhalin), 오호츠크해(Sea of Okhotsk) 등지의 수심 100m 이하의 14℃ 이하의 저수온의 모래나 진흙 바닥에서 생활한다.
넙치와 가자미류는 보통 깊이가 200m를 넘지 않는 바다 밑 모래 바닥에서 생활하면서 어린 시기에는 작은 새우류나 다른 물고기의 치어를 먹으며 살다가 몸집이 불어나면 갑각류나 연체 동물류 또는 작은 어류를 잡아먹고 산다.
본 발명에서 어류의 양식은 멍게, 해삼 또는 성게 양식조 (19)의 12∼16℃의 배출수가 어류 양식조(20)에 유입되면 해양 심층수를 주입하여 10∼14℃로 조정하면서 용존산소 지시계(DOI)의 용존산소의 농도가 5∼9㎎/ℓ범위로 유지되게 송풍기(13)로부터 대기 중의 공기를 산기장치(11)로 공급하여 폭기를 하면서 시중에서 판매하는 넙치나 가자미류의 배합사료를 공급하고, 배출되는 배출수는 제2해조류 양식조(22) 전단의 수온 조정조(21)로 보내면서 넙치와 가자미류의 어류를 양식한다.
여기서도 유입되는 유량을 크게 하여 어류 양식조(20)의 용존산소의 농도가 5∼9㎎/ℓ범위로 유지되는 경우에는 송풍기(13)로부터 공기를 공급하여 폭기를 할 필요가 없다.
어류 양식조(20)의 구조는 수심이 1∼10m의 콘크리트구조물로 하면 무난하지만 수심은 특별히 제한하지 않으며, 하부 바닥부분에는 제1해조류 양식조(8)에서와 같이 모래(9)를 20∼30㎝로 충전하고, 자연석의 암석(10)을 30∼40㎝ 두께로 충전한다.
Ⅳ. 2차 해조류를 양식하는 단계
제2해조류 양식공정에서 양식된 해조류는 제1해조류 양식공정에서 양식된 해조류에 비해서는 영양염류의 농도가 낮아 색상과 품질이 다소 떨어지면서 생장이 다소 떨어지지만 전복, 소라, 해삼, 성게의 사료로는 충분히 사용할 수 있다.
제2해조류 양식공정에서 해조류의 양식은 다시마와 미역 이외에 전복, 소라, 해삼, 성게의 사료로 사용할 수 있는 대황, 모자반, 톳, 파래, 청각 또는 청태 중에서 한 종류 이상의 해조류를 혼합양식을 한다.
전복, 소라, 해삼, 성게에 단일 해조류를 공급하여 양식한 경우에 비해서 다시마와 미역, 대황, 모자반, 톳, 파래, 청각 또는 청태 중에서 2종류 이상을 혼합한 해조류를 급여하여 양식한 경우가 품질이 우수하기 때문에 단일 해조류보다는 다양한 해조류를 혼합된 것을 급여하여 사육하는 것이 바람직하다.
어류 양식조(20)에서 수온이 10∼14℃인 배출수와 제1해조류 양식조(8) 배출수 및 정화처리공정에서 부유고형물질(浮游固形物質; Suspended solids, SS)이 제거된 반송수가 유입되면, 해양 심층수를 온도 지시계(TI; Temperature indicator)의 온도를 해조류 생육에 적합한 5∼10℃로 공급하여 제2해조류 양식조(22)에 공급하면서, 용존산소의 농도는 용존산소 지시계(DOI)의 농도가 5∼9㎎/ℓ범위로 유지되게 송풍기(13)로부터 대기 중의 공기를 산기장치(11)를 통해서 간헐적으로 공급하고, 해조류의 양식효율을 더욱 향상하기 위해서 자화처리된 풀브산철염 용액을 풀브산철염 용액을 총 철 함량이 0.05∼0.3㎎/ℓ범위로 유지되게 공급하고, 배출되는 배출수는 정화처리공정으로 보내면서 전복, 소라, 해삼 또는 성게의 먹이가 될 수 있는 미역, 다시마, 대황, 모자반, 톳, 파래, 청각 또는 청태 중에서 한 종류 이상의 해조류를 양식한다.
여기서 양식된 다시마, 미역, 대황, 모자반, 톳, 파래, 청각 또는 청태의 해조류는 전복, 소라, 해삼 또는 성게 양식의 먹이로 사용한다.
제2해조류 양식조(22)의 구조도 제1해조류 양식조(8)와 동일하게 수심이 1∼10m의 콘크리트구조물로 하면 무난하지만 수심은 특별히 제한하지 않으며, 하부 바닥부분에는 제1해조류 양식조(8)에서와 같이 모래(9)를 20∼30㎝로 충전하고, 자연석의 암석(10)을 30∼40㎝ 두께로 충전한다.
정화처리공정은 하·폐수처리에서 부유고형물질(Suspended solids)을 제거하는 가압부상조(加壓浮上槽)나 활성슬러지(Activated sludge)를 침전제거하는 침전조(沈澱槽)를 사용하여 부유고형물질의 농도를 20∼50㎎/ℓ로 처리한 다음, 방류조(23)로 보내었다가 바다로 방류하고, 일부는 어류양식공정 전단계의 가온 공정과 제2해조류양식공정 전단계의 수온 조정조(21)로 반송한다.
본 발명의 제1해조류 양식조(8), 조개류 양식조(17), 멍게, 해삼 또는 성게 양식조 (19), 어류 양식조(20)에 충전하는 모래(9)는 유효경(有效徑)이 0.3∼0.5㎜, 균등계수(均等係數)는 2.0 이하인 것을 사용하고, 암석(10)은 자연상태에서 채굴되는 200∼1,000㎜Φ의 크기를 사용하는 것이 무난하나, 크기에는 제한하지 않는다.
제1해조류 양식조(8), 조개류 양식조(17), 멍게, 해삼 또는 성게 양식조 (19), 어류 양식조(20)에 용존산소의 농도를 조정하기 위해서 사용하는 송풍기(Air Blower; 13)의 압력은 각 조의 수심에 따른 정압두(Static head)와 손실두(Friction head)을 고려하여 결정하며, 송풍기의 종류(Type of blower)는 용적형 루츠 송풍기(Roots blower)를 사용하는 것이 무난하지만 유량과 공급압력에 따라서 터보형 송풍기(Turbo blower), 레이디얼 팬 송풍기(Radial fan blower), 다익 팬 송풍기(Multibalde fan blower), 한정부하 팬 송풍기(Limit loaded fan blower), 익형 팬 송풍기(Airfoil fan blower) 등의 원심 송풍기(Centrifugal blower)를 사용할 수도 있다.
[실시 예1]
수온이 3.2℃인 해양 심층수와 수온이 16∼18℃인 표층해수를 혼합하여 7∼8℃로 조정한 해수를 40cm×40cm의 기반(基盤) 150본(本)에 다시마를 부착시키고, 이를 3m×1m×1m(수심)의 10개 수조에 배치하고, 송풍기로 수조의 용존산소의 농도를 6∼7㎎/ℓ공기를 주입하여 간헐적으로 폭기를 하면서 다시마를 양식한 결과 1 수조 당 매월 30 Kg의 다시마를 안정적으로 생산할 수 있었다.
[실시 예2]
실시 예1에서 양식된 다시마로 1m×1m×1m(수심)에 유효경 0.45㎜, 균등계수는 1.65인 모래를 40㎝를 충전한 수조에 각장(殼長)이 평균 40㎜인 전복 치패(稚 貝)를 1개 조에 200개를 10개 조에 주입하고, 수온이 16∼18℃인 표층해수를 용존산소의 농도가 6∼8㎎/ℓ유지되는 유량으로 주입하면서 1개월간 양식한 결과 각장이 평균 70㎜까지 양식되었다.
[비교 예1]
실시 예2에서와 동일한 1m×1m×1m(수심)에 유효경 0.45㎜, 균등계수는 1.65인 모래를 40㎝를 충전한 수조에 각장이 평균 40㎜인 전복 치패를 1개 조에 200개를 10개 조에 주입하고, 수온이 16∼18℃인 표층해수를 용존산소의 농도가 6∼8㎎/ℓ유지되는 유량으로 주입하면서 먹이로 겨울철에 채취하여 염장한 다시마를 먹이로 급여하면서 1개월간 양식한 결과 각장이 평균 64mm까지 양식되었다.
상술한 실시 예1에서 보는 바와 같이 표층해수의 수온이 16∼18℃인 초여름에도 다시마를 안정적으로 양식할 수 있었으며, 이를 먹이(사료)로 급여하여 전복을 사육한 실시 예2와 겨울철에 채취하여 염장한 다시마를 급여하여 양식한 비교 예1과 비교하였을 때 전복의 생육속도가 20% 정도 향상되는 효과가 있었다.
이와 같은 생육속도의 향상은 신선한 먹이를 급여하여 사육한 효과로 추정된다.
이상에서 상술한 바와 같이 본 발명은, 특히 고가의 조개류인 전복의 양식을 여름철에 먹이가 되는 다시마 또는 미역 등의 해조류가 없어 겨울철에 채취된 것을 염장하였다가 여름철에 사료로 공급하여 양식하는 방법에 비해서 성장효율이 향상되는 효과가 있으면서, 여기서 배출되는 배출수를 이용하여 해삼, 성게, 넙치 또는 가자미와 같은 고급어류를 양식할 수 있기 때문에 수산양식산업에 널리 공급되는 효과가 있을 것으로 기대된다.

Claims (5)

  1. 수심 200m 이하의 해양 심층수와 표층해수를 온도가 5∼10℃가 되게 온도 조정조(7)에 공급한 것을 제1해조류 양식조(8)에 공급하고, 용존산소의 농도를 5∼9㎎/ℓ범위가 되게 공기를 주입하여 폭기를 하면서 자화처리된 풀브산철염염(Iron fulvate) 용액을 총 철 함량이 0.05∼0.3㎎/ℓ범위로 공급하고, 배출되는 배출수는 어류 양식공정과 제2해조류 양식조(22)로 보내는 것을 특징으로 하는 미역 또는 다시마의 해조류를 양식하는 방법.
  2. 제1항의 제1해조류 양식조(8)에서 배출되는 배출수, 어류 양식공정에서 배출되는 배출수 또는 정화처리공정에서 부유고형물질을 제거한 반송 수에 수심 200m 이하의 해양 심층수를 5∼10℃ 범위가 되게 공급한 것을 제2해조류 양식조(22)에 공급하고, 용존산소의 농도를 5∼9㎎/ℓ범위가 되게 공기를 주입하여 폭기를 하면서 자화처리된 풀브산철염염(Iron fulvate) 용액을 총 철 함량이 0.05∼0.3㎎/ℓ범위로 공급하고, 배출되는 배출수는 정화처리공정으로 보내는 것을 특징으로 하는 미역, 다시마, 대황, 모자반, 톳, 파래, 청각 또는 청태 중에서 한 종류 이상의 해조류를 양식하는 방법.
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