KR101795171B1 - 바이오플락 양식수조용 부상슬러지 제거장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 바이오플락 양식과정 중 사육수 표면에 부상하면서 두껍게 적체된 부상슬러지를 수집하고, 수집과정 중에 부상 슬러지와 함께 이동한 사육수를 에어 리프팅 시켜서 양식수조로 재유입시킴으로써 부상 슬러지만을 재처리할 수 있는 과정이 모두 자동적으로 이루어져 바이오플락 양식장 관리가 용이한 바이오플락 양식수조용 부상슬러지 제거장치를 제공한다.

Description

바이오플락 양식수조용 부상슬러지 제거장치{Apparatus for removing floated sludge of biofloc}

본 발명은 바이오플락 양식이 이루어지는 양식수조의 사육수 표면으로 부상하여 적체되는 부상물을 제거할 수 있는 장치로서 더욱 상세하게는, 바이오 플락 양식수조의 내측벽에 하나 이상 설치된 부상 슬러지 유도장치가 부상슬러지를 일정각도로 에어 분사하여 상기 양식수조 내측벽에 형성되어 있는 슬러지 배출구로 배출시켜, 부상슬러지 수집장치에 설치된 사육수 재유입장치를 통하여 고부가 가치를 지닌 바이오플락 부상슬러지를 재이용 할 수 있도록 한 제거장치에 관한 것이다.

바이오플락(BFT; Biofloc technology)기술이란, 종속 영양세균과 양식어종을 함께 양식하여 종속 영양세균이 수조 물속의 유기부산물을 조류(algae)보다 10~100배 빨리 분해하여 물을 정화시킴으로서 종속 영양세균에 분해된 유기부산물은 다시 양식 어종에 단백질 먹이가 되어 물 교환 및 수처리 등의 여과과정이 필요 없는 신개념 친환경 양식기술이다.

양식방법은 먼저, 질산염 유형이 많아진 사육수에 당밀, 밀가루, 타피오카 또는 기타 저가의 탄소기원물질을 첨가해준다. 사육수의 탄소비율이 높아지면 종속영양세균이 질소를 양분으로 하여 단백질을 생성하고, 양식생물은 이와 같은 단백질을 먹이원으로 이용한다.

사육기간이 경과함에 따라 생물성장이 이루어져 생체량(biomass)이 높아지고 상대적으로 유기물이 증가하면, 종속영양세균이 유기물을 분해시키는 질산화과정(nitrification)을 거치게 됨으로써 사육수 환수가 필요하지 않는 무환수체계(zero water exchange system)에서 안정된 수질을 유지할 수 있다.

따라서, 바이오플락 양식은 환경유용 미생물을 통한 자연수질 정화기능이 있으므로 사육수를 방류하지 않고 지속적으로 사용할 수 있는 친환경적인 양식이 가능하다는 점과, 미생물이 만드는 천연 단백질 및 아미노산을 먹이로 활용할 수 있기 때문에 자연면역(무항생제)나 바이러스등의 질병유입을 원천적으로 차단할 수 있는 장점이 있다.

또한, 고영양의 유기물질이 사육수에 분포되어 기존의 양식장보다 사육생물의 성장률이 빠르고 고밀도 사육이 가능하여 기존 생산성대비 20~50배의 효과가 있고, 육상의 사육시설에서 환경조건을 컨트롤하며 양식어류를 사육할 수 있으므로 계절에 상관없이 양식어류의 생산이 가능하다.

종속영양세균이 번성하여 정착되면 이들은 스스로 유지되어 추가의 조치가 필요 없기 때문에, 성공적인 바이오플락 양식을 위해서는 종속영양세균이 번성할 수 있는 호지 조성이 필수적이다. 종속영양세균이 번성하면서 미생물과 양식어류를 위한 산소 공급량 또한 증가하게 되고, 질산화과정을 통해 산이 생성되므로 사육수 내의 pH조절이 필요하다.

특히, 산소공급을 위해 지속적으로 사육수내에 기포를 발생시키게 되는데 기포 표면에 바이오플락의 유기부산물이 흡착되어 사육수 상부를 따라 올라가 축적된다. 수면에 축적된 바이오플락 슬러지는 시간이 지남에 따라 일부는 바이오플락 미생물에 의하여 분해되어 사육수로 환원되나, 일부는 사육수 상부에 쌓이면서 두껍게 적체된 케이크를 형성하게 된다.

이와 같이 적체된 부상 슬러지는 대기와 접한 사육수의 표면적을 줄여 수조로 주입시키는 산소 투입량이 증가가 되고, 수조 내 서식하는 양식생물 및 미생물의 적절한 조도의 빛에 노출되는 것을 방해하게 된다. 기존에는 부상 슬러지를 제거하기 위해서 뜰망이나 또는 깔대기 및 막대기 등을 수면위로 띄움으로써, 슬러지를 걸러내는 작업을 실시해 왔으나, 이와 같은 방법은 수작업으로 이루어지기 때문에 관리비용의 상승과 불편함을 수반하는 있다.

국내 등록특허번호 제10-1508054호에는 상부가 개구되고 일정면적을 갖는 바닥부와 다각형의 수조외벽으로 이루어진 수조본체, 상기 수조본체 중앙 상부에는 수조본체를 횡단하는 길이를 갖는 공급용 파이프가 설치되고, 공급용 파이프에는 수조본체바닥으로 연장되는 복수개의 지지대가 형성되어 수조본체 외부로부터 공급받은 사육수를 복수개의 지지대 배관을 통해 수조본체로 공급하면서 사육수공급펌프와 연결된 흡입구에는 미생물, 시약, 사료 등을 투입할 수 있는 공급구가 형성된 사육수와 양분 공급이 가능한 천장 배관이 형성된 바이오플락용 수조에 관하여 개시되어 있다. 국내 등록특허번호 제10-1479846호에는 상부가 개구되고 일정면적을 갖는 바닥부와 다각형의 수조외벽으로 이루어진 수조본체, 상기 수조본체 중앙에는 수조본체의 길이보다 짧은 중앙 구획벽이 설치되고, 수조 본체의 외벽 상측과 구획벽 상부에는 가이드 레일이 형성되며, 외벽가이드 레일과 구획벽에 설치된 가이드레일을 따라 이동 가능한 바닥교반 수평바가 설치된 가이드레일을 갖는 바이오플락용 자동 양식 수조에 관하여 개시되어 있다. 국내 등록특허번호 제10-1508055호에는 상부가 개구되고 일정면적을 갖는 바닥부와 다각형의 수조외벽으로 이루어진 수조본체; 상기 수조본체 외부에는 상부가 개구되고 일정면적을 갖는 바닥부와 다각형의 수조외벽으로 이루어진 부수조와 집수정이 설치되고; 사육수 공급파이프는 집수정에서 출발하여 수조본체로 연결되고; 상기 수조본체로부터 배출되는 사육수는 부수조와 배수파이프로 연결되고; 부수조로부터 배출되는 사육수는 집수정과 복수개의 파이프로 연결되는 것을 특징으로 하는 생물학적 스키머를 이용한 바이오플락용 복합양식수조에 관하여 개시되어 있다. 국내 등록특허번호 제10-1363623호에는 제 1사육종의 배설물과 사육수를 공급받아 원형 궤적을 따라 유동시키는 유동발생부, 및 바닥 중앙 부위에 모인 배설물을 유동되는 사육수의 상측으로 순환 공급하는 피드백관으로 이루어져 사육수에 흐름을 발생시킴으로써 침전물의 발생을 방지할 수 있는 바이오플락을 이용한 순환 사육장에 관하여 개시되어 있다. 그러나 상기 선행문헌은 본 발명의 다각형의 수조바닥과 일정높이의 수조외벽으로 이루어져 내부공간에 바이오플락 양식이 이루어지는 양식수조; 상기 수조외벽의 내측면에 하나 이상 설치되는 부상 슬러지 유도장치; 상기 수조외벽의 수면높이에 형성되는 슬러지배출구; 상기 슬러지 배출구가 형성된 수조외벽의 외측면에 설치되는 부상슬러지 수집장치; 상기 부상슬러지 수집장치에 설치되어 사육수를 수조로 유입시키는 사육수 재유입장치로 이루어지는 구성과는 차이를 보인다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해서, 바이오플락 양식수조의 수조외벽 내측면에 하나 이상의 부상 슬러지 유도장치를 설치하여 에어분사를 통해 부상 슬러지를 슬러지 배출구로 이동시키고, 슬러지 배출구로 이동한 부상 슬러지 및 사육수가 수조 외벽 외측면에 설치된 부상 슬러지 수집장치로 수집이 되면, 사육수 재유입장치를 통해 부상 슬러지를 제외한 사육수를 양식수조로 재유입시켜 부상슬러지만 배출이 되도록 한 바이오플락 양식수조용 부상슬러지 제거장치를 제공하고자 한다.

상술한 문제점을 해결하기 위한 수단으로써 본 발명은, 다각형의 수조바닥과 일정높이의 수조외벽으로 이루어져 내부공간에 바이오플락 양식이 이루어지는 양식수조; 상기 수조외벽의 내측면에 하나 이상 설치되는 부상 슬러지 유도장치;

상기 수조외벽의 수면높이에 형성되는 슬러지배출구; 상기 슬러지 배출구가 형성된 수조외벽의 외측면에 설치되는 부상슬러지 수집장치; 상기 부상슬러지 수집장치에 설치되어 사육수를 수조로 유입시키는 사육수 재유입장치로 이루어진 바이오플락 양식수조용 부상 슬러지 제거장치를 제공하고자 한다.

상기 부상 슬러지 유도장치는 사육수 표면에서 산소분사가 이루어지는 인젝터와 인젝터의 분사각도를 조절하는 각도조절대로 이루어져 부상슬러지를 슬러지 배출구로 이동시킬 수 있고, 상기 부상슬러지 수집장치는 케이스 구조로 내부공간이 형성되고 측벽 어느 한 측면에 배수 파이프가 설치되며, 슬러지 배출구를 통해 이동한 사육수 및 부상 슬러지가 수집된다.

또한, 사육수 재유입장치는 부상슬러지 수집장치의 바닥부와 일정거리 이격되어 설치되는 유입관, 상기 유입관 내부에는 설치되는 에어리프트, 상기 유입관 상부와 연결되어 유입관으로 리프팅된 사육수를 양식수조로 유입시키는 토출관으로 이루어진다.

본 발명은 바이오플락 양식과정 중 사육수 표면에 부상하면서 수조외벽에 두껍게 적체되는 부상슬러지가 형성되는 것을 방지하고, 슬러지 수집과정 중에 부상 슬러지와 함께 이동한 사육수를 에어 리프팅하여 양식수조로 재유입시킴으로써 부상 슬러지만 처리하는 과정이 모두 자동적으로 이루어져 바이오플락 양식장 관리가 용이한 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 바이오플락 양식수조용 부상슬러지 제거장치의 사시도를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 바이오플락 양식수조용 부상슬러지 제거장치의 부상슬러지 유도장치를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 바이오플락 양식수조용 부상슬러지 제거장치의 사육수 재유입장치 및 부상슬러지 수집장치의 측단면도를 나타낸다.

이하, 본 발명의 바이오플락 양식수조용 부상슬러지 제거장치와 관련한 구체적인 구성과 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 바이오플락 양식수조용 부상슬러지 제거장치의 사시도를 나타낸다. 본 발명의 바이오플락 양식수조용 부상슬러지 제거장치는 원형 또는 다각형의 수조바닥과 일정높이의 수조외벽으로 이루어져 내부공간에 바이오플락 양식이 이루어지는 양식수조(10); 상기 수조외벽의 내측면에 하나 이상 설치되는 부상 슬러지 유도장치(20); 상기 수조외벽의 수면높이에 형성되는 슬러지배출구(11); 상기 슬러지 배출구가 형성된 수조외벽의 외측면에 설치되는 부상슬러지 수집장치(40); 상기 부상슬러지 수집장치에 설치되어 사육수를 수조로 재유입시키는 사육수 재유입장치(30)로 이루어질 수 있다.

바이오플락 양식에서는 산소공급 및 사육수 내에 포함되어 있는 미생물 및 영양성분이 뭉쳐서 바닥에 축적되지 않도록, 사육수조 내에 기포를 발생시켜 사육수를 지속적으로 교반시키는 것이 필수적이다. 그러나, 기포 표면에 바이오 플락의 유기부산물이 흡착되어 표면으로 함께 올라가 사육수 상부에 축적되면서, 건조되어 수조외벽에 두껍게 적체된 슬러지케이크를 형성하게 된다.

본 발명의 슬러지 배출구(11)는 상기와 같은 슬러지 케이크가 건조되어 수조외벽에 적체되기 전에 자동적으로 양식수조 외부에 배출시키기 위한 것으로, 수조외벽의 슬러지 케이크가 형성되는 양식수조의 수위 높이에 개구된 구조로 형성된다. 슬러지 배출구에는 수조 내 양식생물이 배출되지 않고 부상슬러지만 배출될 수 있도록, 양식생물의 전장보다 작은 직경의 망이나 프레임 등이 개구부에 설치되어 필터링 할 수 있도록 하는 것이 적절하다.

슬러지 배출구에는 수조 중심 내부 방향으로 슬러지 고정판(12)이 형성되어 부상 슬러지 유도장치에 의해 슬러지 배출구로 이동한 바이오플락 부상슬러지가 슬러지 배출구 이외의 방향으로 분산되지 않도록 고정시켜, 슬러지 배출이 원활하도록 한다.

도 2는 본 발명의 바이오플락 양식수조용 부상슬러지 제거장치의 부상슬러지 유도장치를 나타낸다. 본 발명의 부상슬러지 유도장치(20)는 공기분사가 이루어지는 인젝터(21)와 인젝터의 분사각도를 조절하는 각도조절대(22)로 이루어질 수 있다. 인젝터는 일반적으로 공기분사장치로 구성될 수 있고, 사육수 수면의 적체되어 부유하는 부상슬러지에 공기를 분사하여 슬러지 배출구 방향으로 이동시킴으로써, 부상 슬러지를 한 곳으로 수집하고 효율적으로 배출이 이루어지도록 하는 역할을 한다. 인젝터의 분사는 지속적으로 이루어질 수 있기 때문에 기존의 부상 슬러지 케이크가 시간이 지남에 따라 수조 외벽의 내측면에 달라붙는 것을 방지하여 청결한 수조를 유지할 수 있는 효과가 있다.

인젝터의 공기가 분사되는 방향은 슬러지 배출구로 유도시킬 수 있도록 형성되어야 한다. 그러나, 양식장의 규모와 양식 수조의 크기가 증가할 경우에 인젝터가 분사하는 공기압의 세기 또한 증가되어 인젝터의 몸체가 흔들려서 분사각도가 변경될 수 있다.

따라서, 각도조절대(22)에 인젝터를 고정시킴으로써 인젝터의 분사 각도가 지속적으로 유지될 수 있도록 해야 한다. 도 2에 도시된 일실시예로서 각도 조절대는 인젝터가 고정되는 인젝터 연결부, 인젝터 연결부가 관통 설치되어 분사 회전축, 회전축 하부를 수용하고 수조외벽에 설치되는 고정부로 이루어진다.

인젝터는 회전축을 중심축으로 하여 회전하면서 분사각 설정이 가능하고, 분사각 고정은 회전축 하부를 저널 내부로 관통 고정시키면서 용이하게 고정이 가능하다. 또한 공기압의 분사는 상방향으로 분사되는 확산을 방지하기 위하여 인젝터 상부에 돌출된 상판(23)을 형성함으로써 상부로 확산되는 공기가 상판에 의해 반사되어 수면으로 확산될 수 있도록 한다.

수조 표면에서 공기압 분사에 의해 슬러지가 수조 표면에서 회전운동을 하면서 수표면을 이동하게 되며 송풍에 의해 이동된 슬러지는 결국 슬러지 고정판에 의해 슬러지 배출구로 유도되어 처리된다. 슬러지 고정판은 수조 외벽을 기준으로 90도 방향의 중심으로 향하도록 설계가능하나, 송풍되는 힘과 슬러지의 이동방향의 벡터합이 최대가 되어 슬러지를 슬러지 배출구로 나갈 수 있도록 하기 위해서는 슬러지 고정판의 각도는 60도 전후가 적절하다.

도 3은 본 발명의 바이오플락 양식수조용 부상슬러지 제거장치의 사육수 재유입장치 및 부상슬러지 수집장치의 측단면도를 나타낸다. 부상슬러지 수집장치(40)는 슬러지 배출구를 통해 이동한 슬러지 케이크 및 바이오플락 사육수가 수집될 수 있도록, 일정크기의 수용공간이 형성되어 있는 케이스 구조로 형성되고 부상슬러지 수집장치의 어느 한 측벽은 배수파이프가 설치될 수 있다.

부상슬러지와 함께 부상슬러지 수집장치로 이동한 바이오플락 사육수는 고부가 가치를 지닌 것으로, 그대로 부상슬러지와 함께 배출되면 사육수의 생물량을 측정을 한 후, 물만들기가 형성된 바이오플락 사육수를 양식수조 내로 유입시켜야하는 과정이 추가되므로 양식장 운영에 있어 부담이 커질 수 있다. 따라서, 부상슬러지 수집장치로 수집된 부유슬러지만을 분리한 사육수는 다시 양식수조 내로 재유입시켜야 한다.

부유슬러지 수집장치의 내부공간 중간부에는 사육수 재유입장치(30)가 설치되어 부상슬러지 수집장치로 이동한 두꺼운 케이크층인 부상슬러지를 제외한 바이오플락 사육수만을 리프팅하여 양식수조내로 재유입시켜 사용할 수 있도록 한다.

일반적으로 사육수 재유입장치는 부상슬러지 수집장치의 바닥부와 일정거리로 이격되어 설치되는 유입관(31), 유입관 내부에는 에어리프트(32)가 설치되고, 유입관 상부에는 리프팅된 사육수를 양식수조로 재유입시키는 통로인 토출관(33)이 관통설치되어 이루어질 수 있다.

유입관은 부유슬러지 수집장치의 바닥부와 일정간격 이격하여 플로팅 또는 부상슬러지 수집장치의 내측벽에 고정되어 설치될 수 있다. 일반적인 유입관 구조는 하부가 개구되어 있는 파이프구조로 하부 개구부를 통해 사육수 및 슬러지 등이 유입될 수 있다. 유입관 내부에 설치되는 에어리프트의 하부에는 하나 이상의 에어공급기가 형성된 에어제공 유닛이 설치되고, 상부에는 에어 공급관이 연결설치된 구조로 이루어저 에어공급기로 산소공급이 가능하다.

에어공급관을 통해 에어제공 유닛으로 이동한 공기는 에어공급기를 통해 미세한 버블을 발생시키고, 유입관 내부에서는 적체되어 상대적으로 무거운 슬러지를 제외한 바이오플락 사육수만이 버블이 수면을 향해 상승함에 따라, 사육수 또한 버블과 함께 유입관 상부로 상승하는 사육수 리프팅이 이루어진다.

유입관 상부로 상승한 사육수는 토출관을 통해 양식수조로 유입되어 슬러지를 제외한 바이오플락 사육수만을 다시 재활용할 수 있고, 또한 버블발생기로 생성된 산소도 함께 양식수조에 유입되는 효과가 있다.

에어리프트를 통해 유입관 내부의 사육수가 상부로 리프팅되면 부상 슬러지 수집장치에는 부유슬러지만 존재하게 되고, 부유슬러지 수집장치 측벽 어느 한 변에 설치된 배수파이프(41)를 통해 부상 슬러지만을 처리할 수 있다.

본 발명은 바이오플락 양식과정 중 발생하는 슬러지를 용이하게 수집하는 제거하는 장치로 바이오플락 사육수조 내의 슬러지 생성을 억제하여 바이오플락 사육을 용이하게 할 뿐만 아니라, 종래에는 수작업으로 제거했던 바이오플락 부상 슬러지를 자동적으로 제거할 수 있는 장치를 제공함으로써 바이오플락 양식의 효율을 높이고 자원을 재활용하여 양식어업인의 소득증대에 기여할 수 있으므로 산업상 이용가능성이 있다.

10: 양식수조 11: 슬러지배출구 12: 슬러지 고정판
20: 부상슬러지 유도장치 21: 인젝터 22: 각도조절대
23: 상판 30: 사육수 재유입장치 31: 유입관
32: 에어리프트 33: 토출관
40: 부상슬러지 수집장치 41: 배수파이프

Claims (4)

1. 다각형의 수조바닥과 일정높이의 수조외벽으로 이루어져 내부공간에 바이오플락 양식이 이루어지는 양식수조; 상기 수조외벽의 수면높이에 형성되는 슬러지배출구; 사육수 표면에서 산소분사가 이루어지는 인젝터와 인젝터의 분사각도를 조절하는 각도 조절대로 이루어져 부상슬러지를 송풍에 의해 상기 슬러지 배출구로 이동시키는 부상 슬러지 유도장치가 수조외벽의 내측면에 하나 이상 설치되고;
   상기 슬러지 배출구가 형성된 수조외벽의 외측면에 설치되는 부상슬러지 수집장치; 상기 부상슬러지 수집장치에 설치되어 사육수를 수조로 유입시키는 사육수 재유입장치로 이루어지는 것을 특징으로 하는 바이오플락 양식수조용 부상 슬러지 제거장치
   
2. 제1항에 있어서, 상기 부상슬러지 수집장치는 케이스 구조로 내부공간이 형성되고 측벽 어느 한 측면에 배수 파이프가 설치되며, 슬러지 배출구를 통해 이동한 사육수와 부상 슬러지가 수집되는 것을 특징으로 하는 바이오플락 양식수조용 부상 슬러지 제거장치
   
3. 제2항에 있어서, 사육수 재유입장치는 부상슬러지 수집장치의 바닥부와 일정거리 이격되어 설치되는 유입관과 유입관 내부에 설치되는 에어리프트, 상기 유입관 상부와 연결되어 유입관으로 리프팅된 사육수를 양식수조로 유입시키는 토출관으로 이루어진 것을 특징으로 하는 바이오플락 양식수조용 부상 슬러지 제거장치
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