KR102074613B1

KR102074613B1 - 순환여과식 양식시스템

Info

Publication number: KR102074613B1
Application number: KR1020190077474A
Authority: KR
Inventors: 조희룡
Original assignee: 조희룡
Priority date: 2019-06-28
Filing date: 2019-06-28
Publication date: 2020-02-06

Abstract

순환여과식 양식시스템이 제공된다. 상기 순환여과식 양식시스템은, 생물이 사육되는 사육수를 저장하는 사육수조, 상기 사육수조와 배수관을 통해 연결되며, 상기 사육수조에서 배출된 사육수에 대해 고형물을 1차적으로 제거하는 드럼스크린, 상기 드럼스크린에서 1차 여과된 사육수를 이송시키는 동력을 제공하는 제1 펌프, 상기 제1 펌프에 의해 이송된 사육수를 천정부에 설치된 살수노즐을 통해 분사하고, 상기 살수노즐에서 분사된 사육수 입자와 충돌하여 수중 이산화탄소를 탈기하는 여과재를 포함하고, 상기 천정부에 설치된 가스배출구를 통해 탈기된 이산화탄소 가스를 외부로 방출하는 생물여과 탈기장치, 상기 생물여과 탈기장치 내의 저장공간에 저장된 이산화탄소가 탈기된 사육수를 이송시키는 동력을 제공하는 제2 펌프, 상기 제2 펌프에 의해 이송된 사육수를 제공받아 산소를 추가 공급하는 산소용해기, 및 상기 산소용해기를 통과한 사육수에 대해 오존 램프를 이용하여 살균작용을 수행하는 UV 살균기를 포함하고, 상기 UV 살균기를 통과한 사육수는 상기 사육수조로 다시 제공되고, 상기 여과재의 표면에는 생물막이 형성되어 사육수에 대해 질산화 공정을 수행하고, 상기 여과재는 원형의 구조로서 지름이 48~50㎜이고, 높이가 12~15㎜로 형성되고, 상기 여과재의 중심부에는 구멍이 있는 원기둥 형상의 지지대가 배치되고, 상기 지지대에는 환풍기 날개 구조를 갖는 다수의 플레이트가 비스듬하게 경사져서 형성된다.

Description

순환여과식 양식시스템{The recirculating aquaculture system}

본 발명은 순환여과식 양식시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 양식시스템에서 발생하는 각종 유기물, 고형물 등 오염물질을 제거하고 수중의 이산화탄소를 제거함으로써 순환방식으로 사육수를 재사용하고, 외부환경에 대해 오염원의 배출을 최소화할 수 있는 순환여과식 양식시스템에 관한 것이다.

어류의 양식 수요가 증가함에 따라, 입지 및 운송이 제한적인 해상양식뿐만 아니라 육상양식 방식이 관심을 받고 있다. 육상양식이 해상양식에 비해 상대적으로 해수 변화에 따른 영향이 적지만 해수의 영향에서 완전히 자유로울 수는 없고, 적조나 냉수대 발생 등의 수질 악화는 육상양식에도 적지 않게 영향을 준다.

또한 운영 측면에 있어서, 고밀도 집약적 양식에서 배출되는 암모니아, 아질산, 질산염 등의 질소 노폐물과 고형 오염물질의 제거, 양식수 여과, 가온 및 냉각 등에 소요되는 비용이 커 원가절감의 장애요인이 된다. 뿐만 아니라, 양식장에서 배출되는 배출수는 지선 어장과 연안 생태계를 오염시키는 주요 요인으로 인식되면서 지역 사회의 현안으로 끊임없이 문제시되는 경우가 많다.

이에 양식장 양식수의 관리와 관련해 다양한 기술 검토가 모색되어 왔으며 최근 논의되는 고밀도 집적 양식의 핵심적 기술방식으로 순환여과식 양식시스템이 꼽히고 있다.

순환여과식 양식시스템은 양식수를 정화해서 재사용하는 방식의 기술이며, 양식수에 함유되어 있는 고농도의 오염물질을 여과 처리하여 다시 사용하는 기술이다. 이는 환경문제를 고려한 수산양식 방법으로, 소량의 해수를 활용해 고밀도 사육을 구현할 수 있으며 안정적으로 내부 수온을 유지할 수 있고, 또한 다양한 수처리 시설을 이용하여 물을 지속적으로 재처리하여 사용함으로써 안정적인 수질 환경을 유지할 수 있으며, 물의 이용량을 감소시켜 에너지의 손실을 최소화하고 그 결과 배출수를 저감시킬 수 있는 등의 장점이 있어 친환경, 에너지절감 양식법이라 할 수 있다.

한국 공개특허 10-2011-0111126 (공개일자 2011년 10월 10일)

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 어류양식에 사용되는 사육수에 대해 각종 유기물과 고형물 등을 1차적으로 여과하고, 2차적으로 이산화탄소 등의 가스를 제거함으로써 사육수를 순환방식으로 재사용할 수 있는 순환여과식 양식시스템을 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 여과재의 다양한 형태를 제공하여 수중의 이산화탄소를 효과적으로 제거할 수 있는 순환여과식 양식시스템을 제공하는 것이다.

다만, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제들은 상기 과제들로 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 순환여과식 양식시스템은, 생물이 사육되는 사육수를 저장하는 사육수조, 상기 사육수조와 배수관을 통해 연결되며, 상기 사육수조에서 배출된 사육수에 대해 고형물을 1차적으로 제거하는 드럼스크린, 상기 드럼스크린에서 1차 여과된 사육수를 이송시키는 동력을 제공하는 제1 펌프, 상기 제1 펌프에 의해 이송된 사육수를 천정부에 설치된 살수노즐을 통해 분사하고, 상기 살수노즐에서 분사된 사육수 입자와 충돌하여 수중 이산화탄소를 탈기하는 여과재를 포함하고, 상기 천정부에 설치된 가스배출구를 통해 탈기된 이산화탄소 가스를 외부로 방출하는 생물여과 탈기장치, 상기 생물여과 탈기장치 내의 저장공간에 저장된 이산화탄소가 탈기된 사육수를 이송시키는 동력을 제공하는 제2 펌프, 상기 제2 펌프에 의해 이송된 사육수를 제공받아 산소를 추가 공급하는 산소용해기, 및 상기 산소용해기를 통과한 사육수에 대해 오존 램프를 이용하여 살균작용을 수행하는 UV 살균기를 포함하고, 상기 UV 살균기를 통과한 사육수는 상기 사육수조로 다시 제공되고, 상기 여과재의 표면에는 생물막이 형성되어 사육수에 대해 질산화 공정을 수행하고, 상기 여과재는 원형의 구조로서 지름이 48~50㎜이고, 높이가 12~15㎜로 형성되고, 상기 여과재의 중심부에는 구멍이 있는 원기둥 형상의 지지대가 배치되고, 상기 지지대에는 환풍기 날개 구조를 갖는 다수의 플레이트가 비스듬하게 경사져서 형성된다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 순환여과식 양식시스템은, 생물이 사육되는 사육수를 저장하는 사육수조, 상기 사육수조와 배수관을 통해 연결되며, 상기 사육수조에서 배출된 사육수에 대해 고형물을 1차적으로 제거하는 드럼스크린, 상기 드럼스크린에서 1차 여과된 사육수를 이송시키는 동력을 제공하는 제1 펌프, 상기 제1 펌프에 의해 이송된 사육수를 천정부에 설치된 살수노즐을 통해 분사하고, 상기 살수노즐에서 분사된 사육수 입자와 충돌하여 수중 이산화탄소를 탈기하는 여과재를 포함하고, 상기 천정부에 설치된 가스배출구를 통해 탈기된 이산화탄소 가스를 외부로 방출하는 생물여과 탈기장치, 상기 생물여과 탈기장치 내의 저장공간에 저장된 이산화탄소가 탈기된 사육수를 이송시키는 동력을 제공하는 제2 펌프, 상기 제2 펌프에 의해 이송된 사육수를 제공받아 산소를 추가 공급하는 산소용해기, 및 상기 산소용해기를 통과한 사육수에 대해 오존 램프를 이용하여 살균작용을 수행하는 UV 살균기를 포함하고, 상기 UV 살균기를 통과한 사육수는 상기 사육수조로 다시 제공되고, 상기 여과재의 표면에는 생물막이 형성되어 사육수에 대해 질산화 공정을 수행하고, 상기 여과재는 원형의 구조로서 지름이 48~50㎜이고, 높이가 12~15㎜로 형성되고, 상기 여과재는 최외곽의 제1 원형부와 상기 제1 원형부보다 안쪽에 배치된 제2 원형부를 포함하고, 상기 여과재의 중심부에는 구멍이 있는 원기둥 형상의 지지대가 배치되고, 상기 지지대와 상기 제1 원형부 사이에는 4개의 제1 수직 플레이트가 형성되고, 상기 4개의 제1 수직 플레이트는 상기 제1 원형부를 4분할하도록 대칭구조로 배치되고, 상기 지지대와 상기 제1 원형부 사이에 상기 제2 원형부가 형성되고, 상기 제2 원형부와 상기 제1 원형부 사이에는 상기 4개의 제1 수직 플레이트에 의해 4분할된 공간을 다시 8분할하는 대칭구조의 다른 4개의 제2 수직 플레이트가 형성된다.

본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명에 따르면, 어류양식에 사용된 사육수에 포함된 각종 유기물, 무기물 및 이산화탄소를 제거하여 순환여과식으로 재사용할 수 있어, 경제적 비용의 절감 및 친환경적 양식방법을 달성할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 여과재의 생물막을 이용하여 질산화 박테리아에 의한 질산화 공정을 수행할 수 있고, 재사용을 위한 사육수의 pH를 다시 상승시킬 수 있다. 특히, 다른 별도의 화학약품(예를 들어, 중탄산염)을 사용하지 않고도 사육수의 산성화를 방지할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 살균작용을 위해 오존 램프를 사용하므로 염소보다 강력한 살균효과를 달성할 수 있고, 드럼필터를 통과한 미세한 유기/무기화합물을 산화분해하여 사육수의 탁도 개선, 황화수소의 제거, 원충류나 유해세균의 제거, 불필요한 부유미생물의 제거를 달성할 수 있다. 이에 따라, 사육수 내의 미생물에 의한 산소의 소비, 이산화탄소의 생성을 차단하거나 감소시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 여과재의 상하로 간극을 두어 사육수 입자의 낙하에 의한 대류를 형성하여 공기중으로 용출된 이산화탄소 가스를 하층부와 상층부의 기온차이를 이용하여 상부로 이동가능하게 구성하고, 자연통기 방법을 이용하여 가스배출구를 통해 이산화탄소 가스를 방출할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 여과재를 수중이 아닌 공기 중에 설치하여 여과재에 사육수를 낙하시켜 흘러내리는 구조이므로, 미생물이 수중이 아닌 얇은 생물막에 서식하여 호흡하게 되고, 이산화탄소와 공기의 가스교환을 용이하게 할 수 있다.

다만, 본 발명의 효과는 상기 효과들로 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 순환여과식 양식시스템의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 순환여과식 양식시스템의 구성을 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 여과재의 형상을 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 여과재의 형상을 도시한 사시도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면 상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.

본 발명은 순환여과식 양식시스템에 관한 것으로서, 어류양식에 사용된 사육수에 포함된 각종 유기물과 이산화탄소 등을 제거하기 위한 생물여과 탈기장치(130)가 구비되며, 이러한 생물여과 탈기장치(130) 내에 배치된 여과재(131)에 구조적 특징이 있어 사육수 내의 이산화탄소를 효과적으로 제거할 수 있다.

사육수 내에 이산화탄소가 다량 포함되어 있는 경우에는 순환여과식 양식시스템의 pH 감소를 초래하며, 양식생물이 질식사 하는 등 생산 효율이 감소될 수 있다. 그리고, 본 발명에 따르면 중탄산염과 같은 화학약품을 사용하지 않으므로 친환경적이면서도 경제적인 양식시스템을 운영할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 순환여과식 양식시스템의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 순환여과식 양식시스템의 구성을 개략적으로 도시한 평면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 순환여과식 양식시스템(10)은 사육수조(100), 드럼스크린(110), 제1 펌프(120), 생물여과 탈기장치(130), 제2 펌프(140), 산소용해기(150), UV 살균기(160)를 포함하도록 구성된다.

사육수조(100)는 실제 생물이 사육되는 공간이며, 일반적으로 부식에 강하고 내구성이 우수한 고분자 화합물과 같은 재질로 형성되고, 다각형의 수조바닥을 수조외벽이 둘러싸는 구조로, 수조의 상부는 개구되고 내부에는 양식생물과 사육수가 입식될 수 있는 공간이 형성된다.

일반적으로 사육수조(100)는 사육수의 수류의 형성이 이루어지기 쉬운 원형 또는 사각형의 구조로 이루어지고, 수조 바닥은 수조의 크기에 따라서 경사가 없는 구조 또는 완만한 경사를 형성하는 구조로 시설하며, 사육수조(100) 내에서 형성된 수류에 의해 어류의 배설물이나 찌꺼기가 가운데로 모이게 하고, 파이프를 통해서 크리너에 연결한다.

사육수조(100)에는 배수공이 형성된 크리너를 설치하여 양식생물이 성장하면서 발생하는 양식노폐물 및 사료찌꺼기 등을 크리너에 형성된 수압차이로 수조 밖으로 배출시킨다. 이때, 양식생물이 수조 밖으로 배출되지 않도록 크리너에 거름망을 설치한다.

사육수조(100)는 배수관이나 수로을 통해 드럼스크린(110)과 연결된다. 사육수조(100)에서 배출된 사육수는 생물의 사육과정에서 발생하는 각종 노폐물, 유기물, 이산화탄소 등이 포함되어 있으며, 이는 드럼스크린(110) 내의 드럼필터를 통해 사육수의 고형물, 슬러지 등이 1차적으로 제거된다. 이때, 드럼필터는 메쉬(mesh) 구조로 이루어져 있으며, 예를 들어 212㎛ 크기 이상의 고형물, 슬러지 등을 제거할 수 있다.

드럼스크린(110)은 예를 들어, 입자가 큰 부유물질을 1차적으로 걸러주는 고탁도필터, 5미크론 이상의 찌꺼기, 녹, 침전물등을 제거하는 침전필터, 고열로 처리된 카본으로 구성되어 염소성분, 유기화학 물질 등을 흡착 및 제거하는 선카본필터 등을 더 포함할 수 있다.

드럼스크린(110)의 드럼필터를 통과한 사육수는 1차 여과되어 제1 펌프(120)에 의해 생물여과 탈기장치(130)의 천정부로 이송된다.

본 발명의 생물여과 탈기장치(130)의 천정부에는 아래 방향으로 살수노즐(132)이 구비되어 있으며, 제1 펌프(120)에 의해 천정부로 이송된 사육수는 살수노즐(132)을 통해 아래 방향으로 분사된다. 이때, 사육수가 살수노즐(132)을 통해 분사되는 높이는 약 3m일 수 있다.

탈기(stripping)은 액체 속에 용해되어 있던 가스가 물리, 화학적 조건이 변함에 따라 대기 중으로 방출되는 과정이다. 따라서, 탈기과정을 통해 사육수에 포함되어 있는 이산화탄소 가스를 수중에서 분리하여 배출시킬 수 있다. 탈기는 기체이전을 용이하게 하기 위해 공기를 공급하는 air stripping 또는 감압 stripping 등의 방법이 알려져 있으나 이와 같은 방법은 고비용의 원료 및 부대시설 설치가 요구되므로, 본 발명에서의 탈기과정은 살수노즐(132)에서 사육수를 분사하여 여과재(131)에 충돌시킴으로써 사육수의 액체와 기체의 분리를 유도하는 방법으로 이루어진다.

살수노즐(132)에서 분사된 사육수는 낙하하면서 생물여과 탈기장치(130) 내의 여과재(131)와 부딪히게 되며, 여과재(131)와 부딪히는 충격으로 인해 사육수 입자가 잘게 부수어 지면서 사육수 내에 용해되어 있는 가스(특히, 이산화탄소)를 공기와의 교환으로 외부로 배출시킨다. 이에 따라, 사육수 내의 이산화탄소가 제거되는 원리이며, 본 발명에서 이용되는 여과재(131)의 구조에 대해서는 후술하여 상세히 설명하기로 한다.

살수노즐(132)은 일반적으로 노즐과 같은 이젝터로 형성될 수 있고, 사육수의 분사는 제1 펌프(120)의 동력에 의해 일정 이상의 압력을 공급받아 사육수를 응축시켜 미세한 입자로 분사시킬 수 있다. 생물여과 탈기장치(130) 내부에는 살수노즐(132)에 의해 미세입자로 분사된 사육수가 자유낙하 하면서 충돌할 수 있도록 유체의 분사방향과 직각으로 다수의 여과재(131)가 설치된다.

살수노즐(132)로부터 분사된 사육수는 살수노즐(132) 내외에서 압력차와 토출되는 속도에 의해서 살수노즐(132) 주위의 기체류가 흡입되며, 이때 분사되는 사육수의 주위는 기체항력, 살수노즐(132) 내외부의 압력차 등에 의해서 단열팽창 및 액주분열이 발생하게 되고, 여과재(131)와 충돌한다. 이와 같은 상태로 사육수가 연속적으로 분사 및 충돌하여 사육수는 분사되는 입자크기보다 더 작은 크기로 미립화가 가속화된다. 이때, 충돌 에너지에 의해 사육수의 온도가 증가하게 되므로 분무화된 사육수는 증발하면서 사육수에 포함되어 있는 용존가스가 분리될 수 있다.

본 발명에 따른 순환여과식 양식시스템(10)은 생물여과 탈기장치(130)를 통해 사육수 내의 이산화탄소를 제거 또는 감소시킬 목적으로 이용되며, 보다 구체적으로 생물여과 탈기장치(130)는 사육수조(100)로부터 배출된 사육수의 이산화탄소를 제거한 뒤, 이산화탄소가 제거된 사육수를 다시 사육수조(100)로 보내는 순환구조이다.

또한, 본 발명에 따른 생물여과 탈기장치(130)는 여과재(131) 표면에 생물막이 형성되어 있으며, 생물막에는 질산화 박테리아가 서식하여 낙하하는 사육수에 대해 질산화 공정을 수행하게 된다. 이에 따라, 사육수 내에는 이산화탄소가 제거되면서 질산화 공정이 수행되어 pH는 다시 상승하게 되며, 다른 별도의 화학약품(예를 들어, 중탄산염)을 사용하지 않아도 된다.

생물여과 탈기장치(130)의 여과재(131)를 통과한 사육수는 제2 펌프(140)를 통해 산소용해기(150)로 이송되며, 산소용해기(150)를 통과하면서 사육수 내에는 산소가 추가 공급된다. 여과재(131)를 통과한 사육수는 여과와 가스제거를 통해 이물질은 제거되었으나, 용존산소는 충분하지 않기에 양식생물의 폐사가 발생할 수 있다. 따라서, 순환되는 사육수에 산소를 주입하고 용해시킴으로써, 사육수조(100)에 공급하기에 적절한 용존산소를 포함하는 사육수를 생성해야 한다. 또한, 산소용해기(150)는 관을 통해 UV 살균기(160)와 연결되며, 산소용해기(150)를 통과한 사육수는 UV 살균기(160)에 도달한다.

UV 살균기(160)에서는 오존 램프를 사용하여 순환되는 사육수에 대해 살균작용을 수행한다. 즉, 오존 램프를 통해 살균작용을 함으로써 염소를 이용한 살균보다 더 강력한 살균작용을 수행할 수 있고, 드럼스크린(110)의 1차 여과 과정에서 여과되지 못한 미세한 유기/무기화합물을 산화분해하여 사육수의 탁도 개선, 황화수소의 제거, 원충류나 유해세균의 제거, 및 불필요한 부유미생물을 제거할 수 있다. 이에 따라, 사육수 내의 미생물에 의한 산소의 소비, 이산화탄소의 생성을 차단하거나 감소시킬 수 있다.

즉, 본 발명에 따른 순환여과식 양식시스템(10)은 화학약품을 사용하지 않고 사육수를 여과, 멸균 작용을 수행할 수 있으며 친환경적인 양식시스템을 제공할 수 있다.

다시, 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 생물여과 탈기장치(130)는 천정부의 외부로 가스배출구(133)가 형성되며, 가스배출구(133)는 생물여과 탈기장치(130)의 면적에 비례하여 형성된다. 즉, 생물여과 탈기장치(130)의 면적이 넓어지면 가스배출구(133)가 형성된 개수도 증가한다.

본 발명에서는 생물여과 탈기장치(130) 내에 다수의 여과재(131)가 포함되며, 여과재(131) 사이에 다수의 간극이 형성되어 사육수의 낙하에 의한 대류를 형성하고, 공기중으로 용출된 이산화탄소를 하층부와 상층부의 기온차이를 이용하여 상부로 이동가능하게 구성된다. 즉, 생물여과 탈기장치(130) 내에서 이산화탄소를 공기중으로 용출시켜 외부로 배출하기 위한 배기방법은 온도차에 의한 대류를 이용한 자연통기 방법이고, 상부로 이동된 이산화탄소 가스는 가스배출구(133)를 통해 외부로 배출된다.

기존에 탈기장치에서 유동상 여과재를 이용하는 경우에 여과재를 수중에 침전시켜 가동하므로 미생물이 수중에서 질화과정을 수행하면서 산소를 소비하고 배출하는 이산화탄소가 수중에 용해되므로 사육수 내에서 이산화탄소 증가를 초래하며, 유동상 여과재를 운용하기 위해서는 넓은 설치면적이 필요하고 많은 전력소비가 필요한 단점이 있다.

반면, 본 발명에 따른 생물여과 탈기장치(130)에 의하면, 여과재(131)를 수중이 아닌 공기 중에 설치하여 여과재(131)에 사육수를 낙하시켜 흘러내리는 구조이므로, 미생물이 수중이 아닌 얇은 생물막에 서식하여 호흡하게 되고, 이산화탄소와 공기의 가스교환을 용이하게 할 수 있다.

본 발명에 따른 순환여과식 양식시스템(10)은 재순환 양식시스템으로서 사육수를 재사용함으로써 수자원과 동절기의 난방비를 절약할 수 있고, 전체적으로 시설면적을 최소화하면서 사육수 내의 각종 노폐물, 유기물, 이산화탄소 등을 효율적으로 제거할 수 있다. 또한, 사육수 내로의 산소공급, 살균작용 등을 수행할 수 있고, 생물을 사육하기 위한 최적의 환경을 조성할 수 있다.

그리고, 도 2를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 순환여과식 양식시스템에서는 제3 펌프(145)를 더 포함할 수 있다. 제3 펌프(145)는 제2 펌프(140)와 마찬가지로 생물여과 탈기장치(130)의 여과재(131)를 통과한 사육수를 사육수조(100)로 이송시키는 역할을 하지만, 차이점은 산소용해기(150)와 UV 살균기(160)를 거치지 않고 사육수를 사육수조(100)로 이송시키는 점이다.

제2 펌프(140)가 사육수를 산소용해기(150)로 이송시키며, 제3 펌프(145)는 사육수를 각각의 사육수조(100)로 이송시킨다. 필요에 따라, 생물여과 탈기장치(130)의 여과재(131)를 통과한 사육수가 산소용해기(150)와 UV 살균기(160)를 거쳐 사육수조(100)로 이송되도록 할 수도 있고, 생물여과 탈기장치(130)의 여과재(131)를 통과한 사육수가 바로 사육수조(100)로 이송되도록 할 수도 있다.

본 발명의 실시예에 따른 순환여과식 양식시스템은 제2 펌프(140)만 채용하거나, 또는 제2 펌프(140)와 제3 펌프(145)를 함께 채용하여 구성될 수 있다.

이하에서는, 본 발명에서 적용되는 생물여과 탈기장치의 여과재에 대해 상세히 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 여과재의 형상을 도시한 사시도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 여과재(131a)는 원형의 구조로서 지름이 약 48~50㎜이고, 높이가 약 12~15㎜로 형성되고, 여과재(131a)의 중심부에는 구멍이 있는 원기둥 형상의 지지대(P1)가 배치되고, 지지대(P1)에는 환풍기 날개 구조를 갖는 다수의 플레이트(P11)가 비스듬하게 경사져서 형성된다. 이때, 다수의 플레이트(P11)는 약 60°의 각도를 갖도록 비스듬하게 경사져서 형성될 수 있다. 도 2에는 플레이트(P11)가 5개 형성되어 있는 것으로 도시되어 있으나, 본 발명은 이에 제한되지 않으며, 필요에 따라 적정한 개수로 플레이트(P11)를 형성할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 여과재(131a)에서 플레이트(P11)가 비스듬하게 경사져서 형성되는 이유는 상부에서 낙하하는 사육수가 플레이트(P11)의 표면에 맺혀 유지되는 현상을 방지하기 위한 것으로, 사육수가 플레이트(P11) 표면에 낙하하면 경사진 구조에 의해서 하부로 흘러내리게 된다. 즉, 플레이트(P11) 표면에서의 물맺힘 현상을 제거 또는 감소시킬 수 있으며, 사육수가 상부에서 하부로 통과하는 면적을 고려하면 공극율을 향상시킬 수 있다.

도 3에 도시된 여과재(131a) 구조에서는 공극율이 약 90% 이상이며, 이물질에 의한 막힘 현상과 사육수의 물맺힘 현상을 제거 또는 감소시킬 수 있다. 이물질에 의한 막힘이 발생하면 이물질의 부패로 황화수소가 발생하고, 물맺힘이 생기면 플레이트(P11)의 표면에 서식하고 있는 미생물의 호흡으로 발생되는 이산화탄소의 수중용해가 증가하게 된다.

살수노즐(132)을 통해 살수되는 사육수가 낙하하면서 플레이트(P11)의 표면에 부딪히는 면적은 약 65%로서 사육수 내에 용해되어 있는 가스(특히, 이산화탄소)를 제거하는데 용이하고, 생물막으로서의 기능도 수행할 수 있도록 m³=116.53m²의 충분한 표면적을 갖는다.

본 발명의 일 실시예에 따른 여과재(131a)는 생물여과 탈기장치(130) 내에 다수 배치되며, 각각의 여과재(131a)는 지지대(P1)의 구멍을 통해 금속성 환봉이나 줄을 끼워서 약 3m 이상의 높이에 세우거나 매달아 설치한다. 하나의 금속성 환봉 또는 줄에는 다수의 여과재(131a)가 간극을 갖도록 배치되어 설치되며, 수평 방향으로도 다수의 금속성 환봉이나 줄이 배치되어 각각에 다수의 여과재(131a)가 설치된다.

다수의 여과재(131a) 사이에 간극이 존재하므로, 살수노즐(132)에서 사육수가 살수되었을 때 하부로 낙하하면서 여과재(131a)를 통과함에 따라 기류가 발생하고, 여과재(131a)에 부딪히면서 용출되어 나오는 가스를 생물여과 탈기장치(130)의 하층부와 상층부의 온도차에 의한 상승기류를 통해서 가스를 외부로 배출한다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 여과재의 형상을 도시한 사시도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 여과재(131b)는 원형의 구조로서 지름이 약 48~50㎜이고, 높이가 약 12~15㎜로 형성된다. 그리고, 여과재(131b)는 최외곽의 제1 원형부(C1)와 제1 원형부(C1)보다 안쪽에 배치된 제2 원형부(C2)를 포함하며, 여과재(131b)의 중심부에는 구멍이 있는 원기둥 형상의 지지대(P2)가 배치된다.

지지대(P2)와 제1 원형부(C1) 사이에는 4개의 수직 플레이트(P21)가 형성되며, 4개의 수직 플레이트(P21)는 제1 원형부(C1)를 4분할하도록 대칭구조로 배치된다. 그리고, 지지대(P2)와 제1 원형부(C1) 사이에 제2 원형부(C2)가 형성되며, 제2 원형부(C2)와 제1 원형부(C1) 사이에는 4개의 수직 플레이트(P21)에 의해 4분할된 공간을 다시 8분할하는 대칭구조의 또 다른 4개의 수직 플레이트(P22)가 형성된다.

도 4에는 수직 플레이트(P21, P22)가 각각 4개씩 형성되어 있는 것으로 도시되어 있으나, 본 발명은 이에 제한되지 않으며, 필요에 따라 적정한 개수로 플레이트(P21, P22)를 형성할 수 있다.

도 4에 도시된 여과재(131b) 구조에서는 공극율이 약 90% 이상이며, 이물질에 의한 막힘 현상을 줄일 수 있고, 사육수의 충돌에 의한 이산화탄소의 제거를 달성할 수 있다. 살수노즐(132)을 통해 살수되는 사육수가 낙하하면서 여과재(131b)의 표면에 부딪히는 면적은 약 10%로서 사육수 내에 용해되어 있는 가스(특히, 이산화탄소)는 사육수와 여과재(131b)의 충돌에 의해 제거될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 여과재(131b)는 생물여과 탈기장치(130) 내에 다수 배치되며, 각각의 여과재(131b)는 지지대(P2)의 구멍을 통해 금속성 환봉이나 줄을 끼워서 약 3m 이상의 높이에 세우거나 매달아 설치한다. 하나의 금속성 환봉 또는 줄에는 다수의 여과재(131b)가 간극을 갖도록 배치되어 설치되며, 수평 방향으로도 다수의 금속성 환봉이나 줄이 배치되어 각각에 다수의 여과재(131b)가 설치된다.

다수의 여과재(131b) 사이에 간극이 존재하므로, 살수노즐(132)에서 사육수가 살수되었을 때 하부로 낙하하면서 여과재(131b)를 통과함에 따라 기류가 발생하고, 여과재(131b)에 부딪히면서 용출되어 나오는 가스를 생물여과 탈기장치(130)의 하층부와 상층부의 온도차에 의한 상승기류를 통해서 가스를 외부로 배출한다.

전술된 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 전술된 상세한 설명보다는 후술될 청구범위에 의해 나타내어질 것이다. 그리고 이 청구범위의 의미 및 범위는 물론, 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 및 변형 가능한 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 사육수조
110: 드럼스크린
120: 제1 펌프
130: 생물여과 탈기장치
131: 여과재
132: 살수노즐
133: 가스배출구
140: 제2 펌프
145: 제3 펌프
150: 산소용해기
160: UV 살균기

Claims

생물이 사육되는 사육수를 저장하는 사육수조;
상기 사육수조와 배수관을 통해 연결되며, 상기 사육수조에서 배출된 사육수에 대해 고형물을 1차적으로 제거하는 드럼스크린;
상기 드럼스크린에서 1차 여과된 사육수를 이송시키는 동력을 제공하는 제1 펌프;
상기 제1 펌프에 의해 이송된 사육수를 천정부에 설치된 살수노즐을 통해 분사하고, 상기 살수노즐에서 분사된 사육수 입자와 충돌하여 수중 이산화탄소를 탈기하는 여과재를 포함하고, 상기 천정부에 설치된 가스배출구를 통해 탈기된 이산화탄소 가스를 외부로 방출하는 생물여과 탈기장치;
상기 생물여과 탈기장치 내의 저장공간에 저장된 이산화탄소가 탈기된 사육수를 이송시키는 동력을 제공하는 제2 펌프;
상기 제2 펌프에 의해 이송된 사육수를 제공받아 산소를 추가 공급하는 산소용해기; 및
상기 산소용해기를 통과한 사육수에 대해 오존 램프를 이용하여 살균작용을 수행하는 UV 살균기;를 포함하고,
상기 UV 살균기를 통과한 사육수는 상기 사육수조로 다시 제공되고,
상기 여과재의 표면에는 생물막이 형성되어 사육수에 대해 질산화 공정을 수행하고,
상기 여과재는 원형의 구조로서 지름이 48~50㎜이고, 높이가 12~15㎜로 형성되고, 상기 여과재의 중심부에는 구멍이 있는 원기둥 형상의 지지대가 배치되고, 상기 지지대에는 환풍기 날개 구조를 갖는 복수 개의 플레이트가 등간격으로 배치되되, 상기 복수 개의 플레이트 각각은 지면에 대해 60°의 각도를 갖도록 비스듬하게 경사져서 형성되고,
상기 살수노즐을 통해 분사되는 사육수가 낙하하면서 상기 복수 개의 플레이트의 표면에 부딪히는 면적은 65％인, 순환여과식 양식시스템.
생물이 사육되는 사육수를 저장하는 사육수조;
상기 사육수조와 배수관을 통해 연결되며, 상기 사육수조에서 배출된 사육수에 대해 고형물을 1차적으로 제거하는 드럼스크린;
상기 드럼스크린에서 1차 여과된 사육수를 이송시키는 동력을 제공하는 제1 펌프;
상기 제1 펌프에 의해 이송된 사육수를 천정부에 설치된 살수노즐을 통해 분사하고, 상기 살수노즐에서 분사된 사육수 입자와 충돌하여 수중 이산화탄소를 탈기하는 여과재를 포함하고, 상기 천정부에 설치된 가스배출구를 통해 탈기된 이산화탄소 가스를 외부로 방출하는 생물여과 탈기장치;
상기 생물여과 탈기장치 내의 저장공간에 저장된 이산화탄소가 탈기된 사육수를 이송시키는 동력을 제공하는 제2 펌프;
상기 제2 펌프에 의해 이송된 사육수를 제공받아 산소를 추가 공급하는 산소용해기; 및
상기 산소용해기를 통과한 사육수에 대해 오존 램프를 이용하여 살균작용을 수행하는 UV 살균기;를 포함하고,
상기 UV 살균기를 통과한 사육수는 상기 사육수조로 다시 제공되고,
상기 여과재의 표면에는 생물막이 형성되어 사육수에 대해 질산화 공정을 수행하고,
상기 여과재는 원형의 구조로서 지름이 48~50㎜이고, 높이가 12~15㎜로 형성되고,
상기 여과재는 최외곽의 제1 원형부와 상기 제1 원형부보다 안쪽에 배치된 제2 원형부를 포함하고,
상기 여과재의 중심부에는 구멍이 있는 원기둥 형상의 지지대가 배치되고, 상기 지지대와 상기 제1 원형부 사이에는 4개의 제1 수직 플레이트가 형성되고, 상기 4개의 제1 수직 플레이트는 상기 제1 원형부를 4분할하도록 대칭구조로 배치되고,
상기 지지대와 상기 제1 원형부 사이에 상기 제2 원형부가 형성되고, 상기 제2 원형부와 상기 제1 원형부 사이에는 상기 4개의 제1 수직 플레이트에 의해 4분할된 공간을 다시 8분할하는 대칭구조의 다른 4개의 제2 수직 플레이트가 형성된, 순환여과식 양식시스템.