KR101934267B1 - 바이오플락시스템 유기고형물 제거장치 - Google Patents
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Abstract
바이오플락 사육수 및 유기고형물을 본체 내부로 수집하고, 공기 분사를 통한 에어레이션으로 사육수 및 유기고형물을 부유하여 배출시키는 배수장치; 상기 배수장치와 배출관을 매개로 연결되어 이동한 사육수 및 침전물을 정화하여 사육수조로 재공급시키는 정화장치로 이루어지는 바이오플락 시스템 유기고형물제거장치를 제공함으로써, 고가의 드럼필터나 여과조를 사용하지 않고도 사육수에 포함된 유기고형물을 제거할 수 있으므로, 추가적인 시설비용 및 에너지 절감을 구현하는 것이 가능하다.
Description
본 발명은 바이오플락양식이 이루어지는 사육수조 내 발생하는 유기고형물을 제거하기 위한 장치에 관한 것으로서 보다 상세하게는 바이오플락시스템이 설치된 양식장에서 발생하는 유기고형물(TSS)을 저비용으로 효율적으로 제거하는 것이 가능한 바이오플락시스템 유기고형물 제거장치에 관한 것이다.
양식(養殖)이란 인류의 식량과 기타 필요한 재료를 얻기 위하여 수계에서 유용한 수산생물을 인위적으로 생산하는 일을 지칭한다. 수산생물을 양식하는 방법으로는 주로 못 양식, 가두리 양식이 채택되고 있지만, 최근 환경오염 및 큰 면적을 필요로 하여 그 문제점이 많은 실정이며 이를 해결하기 위해 고밀도 순환양식이 가능한 종속영양세균 및 독립영양세균을 이용한 바이오플락양식시스템이 주목받고 있다.
바이오플락기술(BioFloc Technology;BFT)은 종속영양세균(heterotrophic bacteria, 타가영양균) 및 독립영양세균(autotrophic bacteria, 자가영양균)의 유용미생물과 양식어종을 함께 양식하면서 세균이 사육수 내의 암모니아 등의 양식어류에 유해한 유기부산물을 분해하여 양식어류가 섭취 가능한 먹이로 전환시키고 아울러 사육수를 정화시킬 수 있다. 미생물은 영양분을 만들어낼 뿐 아니라, 암모니아성 질소를 제거하고 수질정화 기능도 하므로 양식과정에서 환수나 여과과정이 필요가 없다.
바이오플락 기술을 이용하면 조류(algea)에 의한 분해보다 약10~100배 더 빠른 속도로 유기물질을 분해시킬 수 있어 양식에 적합한 수질의 사육수로 유지할 수 있다. 또한, 이 기술은 양식과정 중 환수 등에 의하여 바이러스, 병원균 및 기생충 등이 유입되는 것을 원천적으로 차단할 수 있는 폐쇄 사육시스템을 만들 수 있어, 바이러스 감염 등을 통제할 수 있으며, 이로 인한 항생제 등의 사용을 획기적으로 저감시킬 수 있다. 또한 육상의 사육시설에서 환경조건을 컨트롤하며 양식어류를 사육할 수 있으므로 계절에 상관없이 양식어류를 생산할 수 있다.
바이오플락양식시스템(BFT)의 중요한 수질 인자로는 수온, pH, DO, 암모니아, 아질산, 총부유고형물(TSS; Total Suspended Solids) 등이 있다. 수질 인자들 중 암모니아와 아질산은 어류에 치명적인 영향을 주는 독성이 있으며, 유기고형물의 농도가 높으면 어류의 호흡에 영향을 미치고 암모니와와 아질산의 독성을 더욱 강하게 만들어 이를 해결하기 위해 추가적인 물리적 및 생물학적 여과장치를 설치하여 수처리를 하여 재사용한다.
그러나, 양식장에서 물갈이 방법인 사육수 교환 양식시스템(CRS)은 많은 양의 환수량이 필요하고 BFT 사육수내에 가온을 하여 추가해야하기 때문에 난방비가 많이 들며, 수계로 배출된 배출수는 수계 및 주변 환경과 생태계의 오염을 야기한다. 이러한 난방비용 및 오염문제를 해결하기 위하여 여과조를 이용한 순환여과장치를 추가적으로 설치하는데, 여과조를 설치하기 위한 추가적인 공간이 필요하며, 여과를 위한 각종 여과제, 유기고형물을 제거하기 위해 고가의 드럼필터 혹은 드럼 스크린을 설치하여야 한다는 문제가 있다.
바이오플락 사육수는 소비되지 않은 사료 찌꺼기, 광합성 박테리아, 부착조류, 타가영양박테리아, 식물성 플랑크톤, 동물성 플랑크톤, 요각류, 선충류 등과 이들의 사체 등이 한데 엉켜있는 80% 이상이 유기물 덩어리로 고부가 가치를 띄고 있다. 따라서 양식수조에서 배수된 바이오플락 사육수를 배출시키지 않고 미생물조 또는 저수조로 이동시키고 사육수에 포함되어 있는 양식 노폐물 및 사료찌꺼기 등만 분리하여 배출시켜야 한다.
국내 등록특허번호 제10-1754541호에는 바이오플락용 슬러지 연속분리제거장치를 제공함으로써 침전조를 별도로 운영하지 않으면서도 사료찌꺼기 및 노폐물과 같은 슬러지를 침전 정체시키지 않고 바이오플락 사육수와 분리시킬 수 있는 바이오플락용 슬러지 연속분리제거장치에 관하여 개시하고 있다.
그러나, 상기 장치는 슬러지의 무게에 의존하여 분리가 이루어지는 것이고,기존의 바이오플락 저수조에서 설치되는 여과장치를 설치하지 않고 보다 슬러지 분리 효율을 높일 수 있는 바이오플락 사육수로부터 슬러지를 제거할 수 있는 장치 개발이 필요하다.
본 발명은 상기와 같은 점에 조감하여 이루어진 것으로서, 바이오플락 양식시스템 내 유기고형물의 효과적인제거가 가능하며 수조 내부에 거치하여 이동이 편리하고 시설비와 에너지 절감을 가능하게 하는데 그 목적이 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명은 바이오플락 사육수 및 유기고형물을 본체 내부로 수집하고, 공기 분사를 통한 에어레이션으로 사육수 및 유기고형물을 부유하여 배출시키는 배수장치;상기 배수장치와 배출관을 매개로 연결되어 이동한 사육수 및 침전물을 정화하여 사육수조로 재공급시키는 정화장치로 이루어진 바이오플락 시스템 유기고형물 제거장치를 제공한다.
상기 배수장치는 하부가 개구되고 상부를 향하여 내부공간이 협소해지도록 형성되는 배수장치 본체와 상기 배수장치 본체 내부에는 수조바닥을 향하여 에어분사가 이루어지는 에어 리프트가 설치되며, 상기 배수장치 하부 개구부에는 배수판이 횡방향으로 설치되어 이루어진다.
상기 배수장치 본체의 상부에는 배출관이 설치되고, 일측에는 에어레이션 펌프와 연결되어 에어리프트에 공기를 공급할 수 있도록 에어공급관이 내설될 수 있도록 에어공급구가 형성된다.
상기 배수판은 배수장치 본체 하부 개구부를 대응하여 밀폐할 수 있는 크기로 형성되고 배수판 일측면에는 복수개의 배수공이 형성되며 수조바닥과 일정거리 이격되도록 간격 조절부가 설치된다.
본 발명은 에어레이션으로 바이오플락사육수와 유기고형물이 정화장치로 이동하고, 정화장치 내부에 충전된 여과재를 통과하면서 사육수에 포함되어 있는 유기 고형물이 걸러져 고가의 드럼필터나 여과조를 사용하지 않고도 사육수에 포함된 유기고형물을 제거할 수 있으므로, 추가적인 시설비용 및 에너지 절감을 구현하는 것이 가능하다.
또한 여과재의 세척이 용이하고 사육수의 손실이 적어 정화장치를 이용하는 방법에 비해 인건비가 절약되고 사육수 손실 절감으로 인한 환경오염 및 가온비용이 절감되며, 제거기를 설치를 위한 공간이 추가적으로 필요하지 않으며, 어디든지 이동이 가능하여 효율적인 바이오플락 양식이 가능하다.
도 1은 본 발명의 바이오플락 시스템 유기고형물 제거장치가 설치된 바이오플락 양식수조를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 배수장치 사시도를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 배수장치의 배수장치 본체 및 에어리프트를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 배수장치 측단면도를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 배수장치 측단면도를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 배수판의 상면도 및 하면도를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 정화장치를 사시도를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 정화장치 구성장치를 나타낸다.
도 9는 본 발명의 상부고정판 상면도를 나타낸다.
도 10은 본 발명의 하부고정판을 나타낸다.
도 11은 본 발명의 정화장치 실시예를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 배수장치 사시도를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 배수장치의 배수장치 본체 및 에어리프트를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 배수장치 측단면도를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 배수장치 측단면도를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 배수판의 상면도 및 하면도를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 정화장치를 사시도를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 정화장치 구성장치를 나타낸다.
도 9는 본 발명의 상부고정판 상면도를 나타낸다.
도 10은 본 발명의 하부고정판을 나타낸다.
도 11은 본 발명의 정화장치 실시예를 나타낸다.
이하, 본 발명의 바이오플락시스템 유기고형물 제거장치와 관련한 구체적인 구성과 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 바이오플락 시스템 유기고형물 제거장치가 설치된 바이오플락 양식수조를 나타낸다. 본 발명의 바이오플락 시스템 유기고형물 제거장치는 일정 면적의 수조바닥과 외벽을 갖고 바이오플락 사육수와 양식생물이 입식되는 사육수조(10); 상기 수조바닥에 설치되어 바이오플락 사육수 및 침전물을 본체 내부로 수집하고, 공기 분사를 통한 에어레이션으로 사육수 및 침전물을 부유하여 배출시키는 배수장치(50); 상기 사육수조 상부 일측에 설치되고 배수장치에서 배수된 바이오플락 사육수를 여과 및 정화하여 사육수조로 재공급하는 정화장치(60)로 이루어질 수 있다.
본 발명의 사육수조에 입식되는 바이오플락 사육수는 종속영양세균(heterotrophic bacteria, 타가영양균) 및 독립영양세균(autotrophic bacteria, 자가영양균)의 유용미생물이 포함되어 있는 사육수를 지칭한다.
통상적인 바이오플락 부산물은 미생물에 의해 분해되어 사육수로 환원되나, 적절한 농도 수준으로 제거하여 주지 않으면 수조바닥으로 가라앉으면서 축적될 수 있다. 본 발명의 유기고형물은 통상적인 수조바닥에 축적되는 바이오플락 슬러지를 지칭하는 것으로, 이는 소비되지 않은 사료 찌꺼기, 광합성 박테리아, 부착조류, 타가영양박테리아, 식물성 플랑크톤, 동물성 플랑크톤, 요각류, 선충류, 원생동물류 등과 이들의 사체 등이 한데 엉켜있는 보통 80% 이상이 유기물인 덩어리이다.
상기 유기고형물은 보통 미생물에 의해 분해되어 사육수로 환원되지만 적절한 농도 수준으로 제거하여 주지 않으면 슬러지 분해를 위해서 미생물이 과부하가 될 수 있기 때문에 본 발명은 수조 바닥에 침전되어 있는 바이오플락 슬러지를 효율적으로 배출할 수 있는 바이오플락시스템 유기고형물 제거장치를 제공한다.
도 2 내지 4는 본 발명의 바이오플락시스템 유기고형물 제거장치의 배수장치를 나타낸다. 본 발명의 배수장치(50)는 하부가 개구되고 상부를 향하여 내부공간이 협소해지도록 형성되는 배수장치 본체(50s)와, 상기 배수장치 본체 내부에는 수조 바닥을 향하여 에어 분사가 이루어지는 에어 리프트(53)가 설치되며, 상기 배수장치 하부 개구부에는 배수판(54)이 횡방향으로 설치되어 이루어질 수 있다.
배수장치 본체는 내부가 비어 있는 구조로 형성된다. 배수장치 본체 상부에는 후술할 정화장치(60)와 연결되어 배수장치 본체 내부로 수집된 사육수와 유기고형물을 배출 및 이동시킬 수 있는 배출관(200)이 설치될 수 있도록 배출관 수용부(51)가 형성될 수 있다.
배수장치 본체는 상부를 향하여 내부 공간이 협소해지는 상협하광의 구조로 형성된다. 이는 공기가 주입되어 에어레이션(Aeration)으로 부유한 유기고형물이 분산되지 않고, 높은 유속으로 배출될 수 있도록 하기 위함이다.
배수장치 본체 어느 한 측면에는 에어공급관(100)이 배수장치 본체 내부로 내설될 수 있도록 에어공급구(52)가 형성된다. 에어공급구는 에어공급관을 본체 내부로 내설 시 설치부를 고무패킹을 하여 밀폐될 수 있도록 하는 것이 적절하다.
에어공급관(100)은 호스 또는 파이프 형태로 형성되고, 일측 말단부는 에어레이션 펌프(미도시)와 연결되고 타측 말단부는 에어리프트에 연결되어 에어를 공급이 가능하다. 또한 밸브를 설치하여 에어 분사량의 조절이 가능하다.
도 5는 본 발명의 에어리프트의 작용 원리를 나타낸다. 에어리프트(53)는 에어공급관에서 공급된 공기를 수조바닥을 향하여 분사하도록 설치된다. 에어리프트가 공기를 분사하면 배수장치 본체 내부공간에서 공기방울이 상부로 올라올 때 수류(물의 방향성)를 형성한다. 이때 공기방울과 함께 바닥의 슬러지가 상부로 부상되고 공기방울이 물을 앞으로 밀어 내부에 물의 흐름과 수압이 형성되면서 배출관을 통해 배출 및 이동이 가능하다.
배수판을 통해 수조바닥의 유기고형물과 사육수는 배수장치 본체 내부로 배수된다. 내부로 유입된 사육수와 유기 고형물은 상기 에어레이션으로 사육수 내의 용존산소량이 증가함과 동시에 사육수에 함유되어 있는 각종 유기고형물의 응집이 가능하며, 공기 공급에너지로 생성되는 수압을 통해 정화장치로 이동이 가능하여 에너지 소비량이 감소될 수 있다.
도 6은 본 발명의 배수판의 상면도 및 하면도를 나타낸다. 배수판(54)은 배수장치 본체 하부 개구부를 대응하여 밀폐할 수 있는 크기로 형성된다. 배수판의 일측면에는 복수개의 배수공(54b)이 형성되고, 간격조절부(54b)가 설치되어 배수장치가 수조바닥에 설치될 시에 장치를 지지함과 동시에, 수조바닥과 일정거리 이격될 수 있도록 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 간격 조절부는 너트와 볼트구조로 형성되어 일방향으로 너트를 돌려 수조 바닥과의 간격거리를 조절하고 위치 고정이 가능하다. 상기 배수장치와 수조바닥의 이격 거리에 따라 사육수의 배수 속도는 조절이 가능하다. 일 실시예로서 배수판과 수조바닥과의 간격이 좁아질수록 배수압력이 낮아지면서 배수 속도는 증가하나, 간격이 넓어질수록 배수압력이 높아지면서 배수 속도는 감소가 가능하여 별도의 장치의 설치가 요구되지 않는다.
도 7 내지 도 8은 본 발명의 정화장치를 나타낸다. 배출관(200)의 일측은 배수장치 본체의 배출관 수용부와 연결되고 타측은 정화장치와 연결되어 상기 에어레이션으로 부유된 유기고형물과 사육수는 배출관을 통해 하향에서 상향로 역행하여 정화장치로 이동이 가능하다.
일 실시예로서 배출관은 수직 파이프와 수평파이프가 체결구를 매개로 연결되어 길이 조절이 용이하다. 이에 따라 배수장치의 설치 위치가 달라져도 연결방향도 용이하게 변경이 가능하다.
본 발명의 정화장치는 상, 하부가 개구되고 내부에 후술 할 여과필터를 수용할 수 있는 정화장치본체(60s)와, 상기 정화장치 본체에 하나 이상의 여과필터가 충진되며, 상기 정화장치 본체 상,하부 개구부에는 상부고정판과 하부고정판이 설치되어 이루어질 수 있다.
정화장치본체 상부 일측면에는 사육수조 내측에 고정이 가능하도록 고정부가 형성될 수 있고, 손잡이를 형성하여 정화장치 본체의 설치 위치를 용이하게 변경하거나 이동시킬 수 있다.
도 9는 본 발명의 상부고정판(61)을 나타내고 도 10은 하부고정판(62)을 나타낸다. 상부 고정판 및 하부 고정판은 정화장치 본체 상,하부 개구부를 기밀(氣密)가능한 크기로 형성된고 상,하부 고정판 일측면에는 복수개의 통공이 형성된다.
상부 고정판의 통공에는 배출관 일단이 끼움고정되어 사육수와 유기고형물이 정화장치 내부로 이동하고, 동시에 여과재를 통과하면서 정화가 이루어진다. 정화가 완료된 사육수는 최하단에 설치된 하부 고정판의 통공을 통해 사육수조로 재유입된다.
여과필터는 상부 고정판의 하부에 충전된다. 상기 여과필터는 통상적인 수조에 충전되는 여과필터로서 물리적 필터 및 생물적 필터 등이 포함될 수 있다. 물리적 필터는 사육수 개별 성분의 물리적 특성에 의거하여 사육수와 여과재를 접촉시켜 유착, 분리, 및 여과 기술 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 지칭하는 접촉이란 사육수를 여과재가 패킹되어 있는 층(bed)을 통과시킴으로써 발생할 수 있다. 생물적 필터는 생물학적 반응공정의 원리를 이용한 것으로 여과공정과 미생물막을 이용하는 기술일 수 있다.
상기 여과재는 여과재를 함유하는 용기 내 액체의 여과, 유착, 분리, 체류시간 증가, 및 흡착제 또는 흡수제로서의 기능을 포함하는 다양한 처리 기술 및 적용에 유용할 수 있는 것으로 물리적 여과재는 모래, 스폰지, 솜, 활성탄, 산호사 등을 포함할 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시예를 나타낸다. 도 10에 도시된 실시예는 정화장치본체를 연결고정부(200)를 매개로 상,하 다단으로 하나 이상 설치하여 이루어진다. 상기 실시예에 따른 정화장치 본체에는 충전되는 여과재의 종류를 분류하여 설치하는 경우, 사육수의 생물량 및 수질에 따른 정화수준을 심화시키는 경우에 부착 또는 분리하여 조절할 수 있다.
바이오플락 양식의 경영비 중 많은 양을 차지하는 양식장 운용 에너지의 감소가 가능하여 어업인의 경제적인 부담을 줄일 수 있으므로 어업인의 생산제고 및 바이오플락 산업 발전에 기여 가능함으로 산업상 이용가능성이 있다.
10 : 사육수조
50 : 배수장치 50S : 배수장치 본체
51 : 배출관 수용부 52 : 에어 공급구
53 : 에어리프트 54 : 배수판
54a : 간격조절부 54b : 배수공
60 : 정화장치 60s : 정화장치본체
61 : 상부고정판 62 : 하부고정판
50 : 배수장치 50S : 배수장치 본체
51 : 배출관 수용부 52 : 에어 공급구
53 : 에어리프트 54 : 배수판
54a : 간격조절부 54b : 배수공
60 : 정화장치 60s : 정화장치본체
61 : 상부고정판 62 : 하부고정판
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- 일정 면적의 수조바닥과 외벽을 갖고 바이오플락 사육수와 양식생물이 입식되는 양식수조; 상기 양식수조 상부 일측에 설치되고 배출관을 매개로 배수장치에서 배출된 사육수 및 침전물이 이동되어 유기고형물 제거 및 사육수가 정화되어 양식수조로 재공급시키는 정화장치로 이루어지며
정화장치 본체는 연결고정부(200)를 매개로 상, 하 다단으로 설치하여 이루어지고, 정화장치 본체 상, 하부 개구부에는 상부고정판과 하부고정판이 설치되어 물리적 필터와 생물적 필터 여과재가 충진되며,
상기 양식수조 바닥에 설치되어 바이오플락 사육수 및 유기고형물을 본체 내부로 수집하고, 공기 분사를 통한 에어레이션으로 사육수 및 유기고형물을 부유하여 배출시키는 배수장치; 배수장치는 하부가 개구되고 상부를 향하여 내부공간이 협소해지도록 형성되는 배수장치 본체; 배수장치 본체 내부에는 수조 바닥을 향하여 에어분사가 이루어지는 에어리프트가 설치되며
배수장치 본체의 상부에는 배출관이 설치되고 일측에는 에어레이션 펌프와 연결되어 에어리프트에 공기를 공급할 수 있는 에어공급관이 내설될 수 있도록 에어 공급구가 형성되고, 배수장치 하부 개구부에 대응하여 밀폐할 수 있는 크기로 형성되고 일측면에는 복수개의 배수공이 형성되며 수조바닥과 일정거리 이격되도록 간격 조절부가 설치된 배수판이 횡방향으로 설치되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 바이오플락 시스템 유기 고형물 제거장치 - 삭제
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