KR102448376B1 - 유익세균을 이용한 순환여과양식시스템 및 이의 운영 방법 - Google Patents

유익세균을 이용한 순환여과양식시스템 및 이의 운영 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예를 따르는 유익세균을 이용한 순환여과양식시스템(100)은 양식생물, 사육수 및 상기 양식생물의 배출물이 포함된 오염물을 분해시키는 유익세균이 공급된 제 1 사육수조(111); 상기 제 1 사육수조(111)로부터 상기 유익세균에 의해 오염물이 분해된 사육수를 받아 상기 사육수에 산소를 공급하는 폭기조(120); 상기 폭기조(120)로부터 상기 폭기조(120)에 의해 산소가 공급된 사육수를 받아 상기 사육수 내의 유기물과 이산화탄소가 포함된 제 1 오염물을 제거하는 스키머(130); 상기 스키머(130)로부터 상기 스키머(130)에 의해 제 1 오염물이 제거된 사육수를 받아 상기 사육수 내의 질소 화합물이 포함된 제 2 오염물을 제거하는 여과조(140); 및 상기 여과조(140)로부터 상기 여과조(140)에 의해 제 2 오염물이 제거된 사육수를 받아 상기 제 1 사육수조(111)에 공급하는 제 1 순환부재;를 포함한다.

Description

유익세균을 이용한 순환여과양식시스템 및 이의 운영 방법{RECIRCULATING AQUACULTURE SYSTEM USING PROBIOTICS AND MANAGEMENT METHOD THEREOF}
본 발명은 양식생물을 양식하기 위해 유기물 분해 및 면역력 증진 효과가 있는 유익세균을 이용하는 순환여과식 양식시스템 및 이의 운영 기술에 관한 것이다.
양식생물을 양식하는데 있어, 물리 또는 화학적 방법 보다는 친환경적이며 안정성이 확보된 바이오플락 기술(Bio-floc technology, BFT)이 주목을 받고 있다.
그러나 현재 개발된 바이오플락 시스템은 미생물을 이용하기 때문에 바이러스 및 세균이 침입하지 못하도록 사육수를 교환하지 않아 사육의 안정성이 미흡하다는 문제가 있다. 또한, 새로운 사육수의 온도 조절을 위한 에너지 공급 비용이 많이 소모되는 문제가 있다.
또한, 어류를 양식대상으로 하는 바이오플락의 경우에는 투입되는 사료의 양, 양식생물에 의해 배출되는 오염물의 양이 많아 바이오플락 시스템으로 처리가 불충분하지 않는 문제가 있다.
대한민국 등록특허공보 제 10-0030682호 대한민국 공개특허공보 제 10-1770176호
본 발명은 유익세균을 이용하여 친환경적으로 유기물이나 암모니아 등의 오염물을 정화시키면서, 정화된 사육수를 재사용하는 순환여과시스템을 이용하여 수질환경을 안정적으로 유지하고 운전비용을 절감할 수 있는 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 실시예를 따르는 유익세균을 이용한 순환여과양식시스템(100)은 양식생물, 사육수 및 상기 양식생물의 배출물이 포함된 오염물을 분해시키는 유익세균이 공급된 제 1 사육수조(111); 상기 제 1 사육수조(111)로부터 상기 유익세균에 의해 오염물이 분해된 사육수를 받아 상기 사육수에 산소를 공급하는 폭기조(120); 상기 폭기조(120)로부터 상기 폭기조(120)에 의해 산소가 공급된 사육수를 받아 상기 사육수 내의 유기물과 이산화탄소가 포함된 제 1 오염물을 제거하는 스키머(130); 상기 스키머(130)로부터 상기 스키머(130)에 의해 제 1 오염물이 제거된 사육수를 받아 상기 사육수 내의 질소 화합물이 포함된 제 2 오염물을 제거하는 여과조(140); 및 상기 여과조(140)로부터 상기 여과조(140)에 의해 제 2 오염물이 제거된 사육수를 받아 상기 제 1 사육수조(111)에 공급하는 제 1 순환부재; 를 포함한다.
본 발명의 실시예를 따르는 유익세균을 이용한 순환여과양식시스템(100)은 상기 제 1 사육수조(111)와 상기 폭기조(120) 사이에 연결되어, 상기 제 1 사육수조(111)으로부터 배출되고 상기 유익세균에 의해 오염물이 분해된 사육수를 상기 폭기조(120)에 공급하는 제 1-1 연결부재(151); 상기 폭기조(120)와 상기 스키머(130) 사이에 연결되어, 상기 폭기조(120)로부터 배출되고 상기 폭기조(120)에 의해 산소가 공급된 사육수를 상기 스키머(130)에 공급하는 제 2 연결부재(160); 및 상기 스키머(130)와 상기 여과조(140) 사이에 연결되어, 상기 스키머(130)로부터 배출되고 상기 스키머(130)에 의해 제 1 오염물이 제거된 사육수를 상기 여과조(140) 내에 공급하는 제 3 연결부재(170); 를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예를 따르는 유익세균을 이용한 순환여과양식시스템(100)은 양식생물, 사육수 및 상기 양식생물의 배출물이 포함된 오염물을 분해시키는 유익세균이 공급된 제 2 사육수조(112); 상기 제 2 사육수조(112)와 상기 폭기조(120) 사이에 연결되어, 상기 제 2 사육수조(112)로부터 배출되고 상기 유익세균에 의해 오염물이 분해된 사육수를 상기 폭기조(120)에 공급하는 제 1-2 연결부재(152); 및 상기 여과조(140)로부터 상기 여과조(140)에 의해 제 2 오염물이 제거된 사육수를 받아 상기 제 2 사육수조(112)에 공급하는 제 2 순환부재(182); 를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예를 따르는 유익세균을 이용한 순환여과양식시스템(100)은 상기 제 2 사육수조(112)와 상기 제 1 사육수조(111) 사이에 연결되어, 상기 제 2 사육수조(112)로부터 배출되고 상기 유익세균에 의해 오염물이 분해된 사육수를 상기 제 1 사육수조(111)에 공급하는 사육수조 연결부재(191)를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예를 따르는 유익세균을 이용한 순환여과양식시스템(100)은 상기 제 1 사육수조(111)에 새로운 사육수를 공급하는 제 1 공급부재(201); 또는 상기 제 2 사육수조(112)에 새로운 사육수를 공급하는 제 2 공급부재(202)를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예를 따르는 유익세균을 이용한 순환여과양식시스템(100)에서 상기 제 1 사육수조(111), 폭기조(120), 스키머(130) 및 여과조(140)는 일렬로 배치되어 연결될 수 있다.
본 발명의 실시예를 따르는 유익세균을 이용한 순환여과양식시스템(100)에서 상기 제 1 사육수조(111), 제 2 사육수조(112), 폭기조(120), 스키머(130) 및 여과조(140)는 일렬로 배치되어 연결될 수 있다.
본 발명의 실시예를 따르는 유익세균을 이용한 순환여과양식시스템(100)에서 상기 여과조(140)는 유동상 여과재(Moving bed biofilm reactor, MBBR) 필터를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예를 따르는 유익세균을 이용한 순환여과양식시스템(100)에서 상기 유동상 여과재의 부피는 상기 여과조(140)의 전체 부피 대비 20 내지 60 부피%로 포함될 수 있다.
본 발명의 실시예를 따르는 유익세균을 이용한 순환여과양식시스템(100)에서 상기 제 1 또는 제 2 공급부재를 통해 공급되는 새로운 사육수의 총량은 상기 제 1 또는 제 2 순환부재를 통해서 공급되는 사육수 부피 대비 1 내지 10% 이내일 수 있다.
본 발명의 실시예를 따르는 유익세균을 이용한 순환여과양식시스템(100)에서 상기 제 1 사육수조(111)의 양식생물의 출하 시 사육밀도는 25 내지 70 kg/ton일 수 있다.
본 발명의 실시예를 따르는 유익세균을 이용한 순환여과양식시스템(100)에서 상기 유익세균은 효모를 포함한 유용미생물군(Effective Microorganisms), 유산균, 고초균 중에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예를 따르는 유익세균을 이용한 순환여과양식시스템(100)은 순환여과시스템의 안정성을 유지하면서, 바이오플락의 장점을 쉽게 적용할 수 있다. 또한, 본 시스템의 사육 조건에서 최적 수질 환경을 조성할 수 있고, 최소한의 에너지를 이용하여 비용을 절감하는 경제적 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예를 따르는 유익세균을 이용한 순환여과 양식시스템(100)을 도시한 개략도이다.
도 2(a) 및 (b)는 각각 본 발명의 실시예 및 비교예를 따르는 시스템에 의한 부유물질 농도 및 플락 농도 변화를 비교한 그래프이다.
도 3(a) 내지 (d)는 각각 본 발명의 실시예 및 비교예를 따르는 시스템에 의한 질산염, 아질산염, 총암모니아 및 부유물질 농도 변화를 비교한 그래프이다.
도 4(a) 내지 (c)는 각각 본 발명의 실시예를 따르는 시스템에 의한 질산염, 비이온화 암모니아, 부유물질 농도 변화를 사육밀도에 따라 비교한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예를 따르는 시스템에 의한 사육 생물의 평균 몸무게를 순환율에 따라 비교한 그래프이다.
도 6(a) 내지 (c)는 본 발명의 실시예를 따르는 시스템에 의한 pH, 아질산염, 비이온화 암모니아 농도 변화를 순환율에 따라 비교한 그래프이다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 이들 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이므로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는다.
본 명세서에서 사용되는 "포함하는"과 같은 표현은, 해당 표현이 포함되는 문구 또는 문장에서 특별히 다르게 언급되지 않는 한, 다른 실시예를 포함할 가능성을 내포하는 개방형 용어(open-ended terms)로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 사용되는 "바람직한" 및 "바람직하게"는 소정 환경 하에서 소정의 이점을 제공할 수 있는 본 발명의 실시 형태를 지칭한다. 그러나, 동일한 환경 또는 다른 환경 하에서, 다른 실시 형태가 또한 바람직할 수 있다. 추가로, 하나 이상의 바람직한 실시 형태의 언급은 다른 실시 형태가 유용하지 않다는 것을 의미하지 않으며, 본 발명의 범주로부터 다른 실시 형태를 배제하고자 하는 것은 아니다.
본 발명은 양식생물을 양식하기 위해 유기물 분해 및 면역력 증진효과가 있는 유산균, 고초균 및 효모 등을 포함한 유익세균을 안정적인 사육이 가능한 순환여과식 양식시스템 내에서 이용한다.
바이오플락을 이용하여 사육수를 여과시키는 시스템은 사육수를 교환하지 않고 사용하여야 하는데, 이는 미생물 군집과 양식생물 사이에 형성된 건강한 생태계가 균형을 유지하고 있고, 상기 환경에 유익한 미생물 군집이 우점하도록 유지하는 것이 중요하기 때문이다.
그러나, 상기 바이오플락 시스템에 의해 생성된 유기물 등의 오염물질이 수조에 쌓이거나 외부 환경으로 배출될 수 있고, 새로운 사육수를 계속적으로 공급해야 하므로, 새로 유입된 사육수의 온도 조절을 위한 에너지 공급에 비용이 많이 소모되었다. 따라서, 상기 바이오플락을 이용하면서도, 이를 효율적으로 여과하여 사육수를 다시 환수하는 시스템을 저렴한 비용으로 구현하는 것이 요구된다.
본 발명의 실시예를 따르는 유익세균을 이용한 순환여과 양식시스템(100)은 순환여과시설에 사용되는 드럼필터 등 고가의 시설물을 배제하고, 스키머(130), 폭기조(120)와 같이 시설비가 저렴한 시설을 이용하여, 유기물 분해에 효과가 있는 유익세균을 정기적으로 공급할 수 있다.
또한, 바이오플락 시스템에서 나타나는 질산염 축적 문제를 MBBR 필터와 같은 바이오필터를 이용하여 스키머(130)를 통한 수질개선의 부족한 점을 보완시켜 일정 수온을 유지하면서, 수질 악화를 방지할 수 있다.
즉, 본 발명의 실시예를 따르는 유익세균을 이용한 순환여과 양식시스템(100)은 유익세균, 단백질 스키머(130), 바이오필터를 복합적으로 이용하여, 미생물 군집과 양식생물 사이에 형성된 생태계의 균형을 유지하면서 저비용으로 양식 수질 환경을 개선시킬 수 있다.
본 발명의 실시예를 따르는 유익세균을 이용한 순환여과 양식시스템(100)은 양식생물, 사육수 및 상기 양식생물의 배출물이 포함된 오염물을 분해시키는 유익세균이 공급된 제 1 사육수조(111)를 포함한다.
상기 양식생물은 수산생물로서, 양식수조에 양식할 수 있는 생물이라면 이에 특별한 제한이 없다. 상기 사육수는 수산생물을 양식하는 사육을 위해 사용하는 물 또는 수용액으로, 담수, 해수 기수 등을 포함하나, 이에 특별히 제한되는 것은 아니다. 이들은 양식생물에 따라 적의 선택될 수 있으며, 양식생물의 생장에 따라 적절히 변경될 수도 있다. 상기 사육수는 하기 후술할 제 1 공급부재(201) 또는 제 1 순환부재를 통하여 여과조(140)로부터 공급될 수 있다.
상기 양식생물의 배출물에는 질산염, 아질산염, 암모니아 및 유기물 등 수조환경에 유해한 오염물이 포함되어 있다. 또한 상기 오염물에는 양식생물의 배출물 이외에도 양식생물의 먹이로 공급된 사료 찌꺼기, 폐사체 등이 포함되어 있다. 이를 유산균, 고초균 및 효모 등의 유익세균이 분해시키고 이를 양식생물이 섭취 가능한 먹이로 전환시킴으로써 사육수를 정화시킬 수 있다. 상기 유익세균은 상기 오염물을 분해시킬 수 있는 세균이라면 이에 특별히 제한되지 않는다. 상기 유익세균의 투입 시기는 상기 사육수의 탁도를 육안으로 관찰하거나 부유물질을 측정하여 결정할 수 있다.
상기 제 1 사육수조(111)는 일정부피를 갖고 상부가 개구되어 있을 수 있고, 이 개구부를 통해 새로운 사육수 또는 여과조(140)로부터 배출된 정제된 사육수가 공급될 수 있다.
본 발명의 실시예를 따르는 유익세균을 이용한 순환여과 양식시스템(100)은 상기 제 1 사육수조(111)로부터 상기 유익세균에 의해 오염물이 분해된 사육수를 받아 상기 사육수에 산소를 공급하는 폭기조(120)를 포함한다. 상기 폭기조(120)는 제 1 사육수조(111)로부터 배출된 사육수에 산소를 공급하는데, 이때 산소를 공급하는 방법으로 압축 공기를 송입하는 산기식과 사육수를 대기와 직접 접촉하게 하는 기계 교반식이 있으나, 이에 특별히 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 실시예를 따르는 유익세균을 이용한 순환여과양식시스템(100)은 상기 폭기조(120)로부터 상기 폭기조(120)에 의해 산소가 공급된 사육수를 받아 상기 사육수 내의 유기물과 이산화탄소가 포함된 제 1 오염물을 제거하는 스키머(130)를 포함한다. 상기 스키머(130)는 상기 폭기조(120)로부터 배출된 사육수에 존재하는 유기물 및 이산화탄소등의 오염물을 제거한 후 이를 다시 여과조(140)로 배출한다. 상기 스키머(130)는 사육수에 거품을 발생시키고 이 거품에 유기물이 부착되도록 한 다음 거품을 제거함으로써 유기물을 제거할 수 있다. 상기 스키머(130)로서, 보다 바람직하게는 단백질 스키머(130)가 사용될 수 있는데, 상기 단백질 스키머(130)는 유기물의 분해 단계 전에 유기물질에서 질소 반응이 시작되기 전에 유기물질을 물리적으로 제거할 수 있다.
본 발명의 실시예를 따르는 유익세균을 이용한 순환여과 양식시스템(100)은 상기 스키머(130)로부터 상기 스키머(130)에 의해 제 1 오염물이 제거된 사육수를 받아 상기 사육수 내의 질소 화합물이 포함된 제 2 오염물을 제거하는 여과조(140)를 포함한다. 상기 여과조(140)는 상기 스키머(130)로부터 배출된 사육수에 존재하는 질산염, 아질산염, 암모니아 등의 질소 화합물을 제거할 수 있다.
또한, 상기 여과조(140)는 유동성 여과재로서 바이오필터를 포함할 수 있고, 보다 바람직하게는 유동상 여과재 (Moving bed biofilm reactor, MBBR) 필터를 포함할 수 있다. 후술하는 바와 같이 상기 MBBR 필터를 유익세균을 이용한 순환여과 양식시스템(100)에 사용함으로써 아질산염, 총암모니아, 부유물질 총량이 현저히 감소된 효과를 얻을 수 있다.
상기 유동상 여과재 (MBBR) 필터의 부피는 상기 여과조(140)의 전체 부피 대비 20 내지 60 부피%, 보다 바람직하게는 30 내지 50 부피 %, 보다 바람직하게는 35 내지 45 부피%로 포함될 수 있다. 상기 범위 내의 부피 %로 포함될 때, 제 2 오염물을 효과적으로 제거할 수 있다.
본 발명의 실시 예를 따르는 유익세균을 이용한 순환여과 양식시스템(100)은 상기 여과조(140)로부터 상기 여과조(140)에 의해 제 2 오염물이 제거된 사육수를 받아 상기 제 1 사육수조(111)에 공급하는 제 1 순환부재를 포함한다. 상기 제 1 순환부재는 상기 여과조(140) 및 제 1 사육수조(111)에 다양한 방식으로 연결될 수 있다. 상기 제 1 순환부재는 원통 형태일 수 있으나, 사육수가 순환될 수 있다면 크기 및 형태에 특별한 제한은 없다.
본 발명의 실시 예를 따르는 유익세균을 이용한 순환여과 양식시스템(100)은 상기 제 1 사육수조(111)와 상기 폭기조(120) 사이에 연결되어, 상기 제 1 사육수조(111)으로부터 배출되고 상기 유익세균에 의해 오염물이 분해된 사육수를 상기 폭기조(120)에 공급하는 제 1-1 연결부재(151)를 더 포함할 수 있다. 상기 제 1-1 연결부재(151)는 상기 제 1 사육수조(111) 및 상기 폭기조(120)에 다양한 방식으로 연결될 수 있다. 상기 제 1-1 연결부재(151)는 원통 형태일 수 있으나, 사육수가 이동할 수 있다면 크기 및 형태에 특별한 제한은 없다.
본 발명의 실시예를 따르는 유익세균을 이용한 순환여과 양식시스템(100)은 상기 폭기조(120)와 상기 스키머(130) 사이에 연결되어, 상기 폭기조(120)로부터 배출되고 상기 폭기조(120)에 의해 산소가 공급된 사육수를 상기 스키머(130)에 공급하는 제 2 연결부재(160)를 더 포함할 수 있다. 상기 제 2 연결부재(160)는 상기 폭기조(120) 및 상기 스키머(130)에 다양한 방식으로 연결될 수 있다. 상기 제 2 연결부재(160)는 원통 형태일 수 있으나, 사육수가 순환될 수 있다면 크기 및 형태에 특별한 제한은 없다.
본 발명의 실시예를 따르는 유익세균을 이용한 순환여과 양식시스템(100)은 상기 스키머(130)와 상기 여과조(140) 사이에 연결되어, 상기 스키머(130)로부터 배출되고 상기 스키머(130)에 의해 제 1 오염물이 제거된 사육수를 상기 여과조(140) 내에 공급하는 제 3 연결부재(170)를 더 포함할 수 있다. 상기 제 3 연결부재(170)는 상기 스키머(130) 및 상기 여과조(140)에 다양한 방식으로 연결될 수 있다. 상기 제 3 연결부재(170)는 원통 형태일 수 있으나, 사육수가 순환될 수 있다면 크기 및 형태에 특별한 제한은 없다.
본 발명의 실시예를 따르는 유익세균을 이용한 순환여과 양식시스템(100)은 양식생물, 사육수 및 상기 양식생물의 배출물이 포함된 오염물을 분해시키는 유익세균이 공급된 제 2 사육수조(112), 제 3 사육수조(113), 또는 제 4 사육수조 등 사육수조의 개수에 상관없이 필요한 개수만큼 포함될 수 있다. 상기 사육수조들은 일정하게 이격되어 배치될 수 있는데, 그 이격 간격은 특별한 제한은 없으나, 사육수에 가해지는 압력에 따르는 이동속도를 고려하여 정해질 수 있다.
본 발명의 실시예를 따르는 유익세균을 이용한 순환여과 양식시스템(100)은 상기 제 2 사육수조(112)와 상기 제 1 사육수조(111) 사이에 연결되어, 상기 제 2 사육수조(112)로부터 배출되고 상기 유익세균에 의해 오염물이 분해된 사육수를 상기 제 1 사육수조(111)에 공급하는 사육수조 연결부재(191)를 더 포함할 수 있다. 또는 제 3 사육수조(113)와 상기 제 2 사육수조(112) 사이에 연결되어, 상기 제 3 사육수조(113)로부터 배출되고 상기 유익세균에 의해 오염물이 분해된 사육수를 제 2 사육수조(112)에 공급하는 또 다른 사육수조 연결부재(191)를 더 포함할 수 있다. 상기 사육수조 연결부재(191)는 사육수조의 개수에 따라 사육수조끼리 연결시키는 개수만큼 포함될 수 있다. 상기 사육수조 연결부재(191)들은 사육수조에 다양한 방식으로 연결될 수 있다. 상기 사육수조 연결부재(191)들은 원통 형태일 수 있으나, 사육수가 이동할 수 있다면 크기 및 형태에 특별한 제한은 없다.
본 발명의 실시예를 따르는 유익세균을 이용한 순환여과 양식시스템(100)은 상기 제 2 사육수조(112)와 상기 폭기조(120) 사이에 연결되어, 상기 제 2 사육수조(112)로부터 배출되고 상기 유익세균에 의해 오염물이 분해된 사육수를 상기 폭기조(120)에 공급하는 제 1-2 연결부재(152)를 더 포함할 수 있다. 또한, 제 3 사육수조(113)와 상기 폭기조(120) 사이에 연결되어, 상기 제 3 사육수조(113)로부터 배출되고 상기 유익세균에 의해 오염물이 분해된 사육수를 상기 폭기조(120)에 공급하는 제 1-3 연결부재(153)를 더 포함할 수 있다. 상기 연결부재는 사육수조의 개수에 따라 사육수조와 폭기조(120)를 연결시키는 개수만큼 포함될 수 있다. 상기 연결부재들은 사육수조 및 폭기조(120)에 다양한 방식으로 연결될 수 있다. 상기 연결부재들은 원통 형태일 수 있으나, 사육수가 이동할 수 있다면 크기 및 형태에 특별한 제한은 없다.
본 발명의 실시예를 따르는 유익세균을 이용한 순환여과 양식시스템(100)은 상기 여과조(140)로부터 상기 여과조(140)에 의해 제 2 오염물이 제거된 사육수를 받아 상기 제 2 사육수조(112)에 공급하는 제 2 순환부재(182)를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 여과조(140)로부터 상기 여과조(140)에 의해 제 2 오염물이 제거된 사육수를 받아 상기 제 3 사육수조(113)에 공급하는 제 3 순환부재(183)를 더 포함할 수 있다. 상기 순환부재는 사육수조의 개수에 따라 여과조(140)와 사육수조를 연결시키는 개수만큼 포함될 수 있다. 상기 순환부재들은 여과조(140) 및 사육수조에 다양한 방식으로 연결될 수 있다. 상기 순환부재들은 원통 형태일 수 있으나, 사육수가 순환할 수 있다면 크기 및 형태에 특별한 제한은 없다.
본 발명의 실시예를 따르는 유익세균을 이용한 순환여과 양식시스템(100)은 상기 제 1 사육수조(111)에 새로운 사육수를 공급하는 제 1 공급부재(201) 또는 상기 제 2 사육수조(112)에 새로운 사육수를 공급하는 제 2 공급부재(202)를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 제 3 사육수조(113)에 새로운 사육수를 공급하는 제 3 공급부재를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예를 따르는 유익세균을 이용한 순환여과 양식시스템(100)에서 상기 제 1 사육수조(111), 폭기조(120), 스키머(130) 및 여과조(140)는 일렬로 배치되어 연결될 수 있지만, 그 배치 방식은 이에 특별히 제한되는 것은 아니다. 또한, 제 2 사육수조(112), 또는 제 3 사육수조(113)를 더 포함하는 경우에는 제 1 사육수조(111), 제 2 사육수조(112), 제 3 사육수조(113), 폭기조(120), 스키머(130) 및 여과조(140)는 일렬로 배치되어 연결될 수 있다. 또한, 상기 부재들은 일렬로 일정한 간격 또는 각각 상이한 간격으로 이격 배치되어 연결될 수 있다.
상기 부재들이 일렬로 배치되어 연결되는 경우에는, 본 발명의 순환여과시스템에 의해 여과조(140)에서 정화되어 배출된 사육수가 다시 사육수조로 공급되므로, 공급되면서 발생하는 압력에 의해 사육수가 같은 높이를 유지하면서 이동할 수 있다. 다만, 사육수의 순환 이동 속도를 증감시키기 위해 사육수에 압력을 가하거나 제하기 위한 압력부재가 더 포함될 수 있다.
본 발명의 실시예를 따르는 유익세균을 이용한 순환여과양식시스템(100)에서 상기 제 1 또는 제 2 공급부재를 통해 공급되는 새로운 사육수의 총량은 상기 제 1 또는 제 2 순환부재를 통해서 공급되는 사육수 대비 1 내지 10부피%, 1 내지 8 부피%, 1 내지 7 부피%, 1 내지 6부피%, 1 내지 5부피%, 1 내지 4 부피%, 1 내지 3 부피%, 1 내지 2 부피%, 2 내지 10부피%, 2 내지 8부피%, 3 내지 10부피%, 3 내지 8부피%, 4 내지 10부피%, 4 내지 8부피%, 또는 5 내지 8부피% 이내일 수 있다. 전술한 바와 같이 유익세균을 이용하면서도, 단백질 스키머(130) 및 바이오필터를 복합적으로 이용한 순환여과시스템에 의해 새로운 사육수를 소량만 투입하여도 최적의 사육 환경을 유지할 수 있다.
본 발명의 실시예를 따르는 유익세균을 이용한 순환여과 양식시스템(100)에서 상기 제 1 사육수조(111)의 양식생물의 출하 시 사육밀도는 10 내지 80, 보다 바람직하게는 20 내지 70, 보다 바람직하게는 30 내지 70, 보다 바람직하게는 40 내지 70, 보다 바람직하게는 40 내지 60kg/ton일 수 있다. 본 발명의 유익세균을 이용한 순환여과식 양식시스템에서 사육밀도는 생산성과 밀접한 관련이 있었다. 따라서 양식생물의 공급부터 출하시까지의 3-4개월의 기간 동안 생산가능하도록 하는 사육밀도는 중요하다. 후술하는 실험 결과에 따르면 출하시 사육밀도가 상기 범위 내일 때 생산성이 향상되었다.
<적용예 1> 바이오플락 시스템과 본 순환여과양식시스템의 부유물질 비교.
350 L의 사육수조에 대왕범바리 치어(체중 23.0 ± 1.0 g) 100마리, 사료, 및 유익세균으로서 유산균, 고초균 및 효모를 2주 간격으로 투입하였다. 단백질 스키머(130), 폭기조(120) 및 여과조(140)의 40% 부피비에 해당하는 MBBR 필터가 포함된 여과조(140)가 구비된 본 발명의 순환여과 양식시스템에 적용한 것을 실시예로 하고, 사육수가 순환하지 않는 바이오플락 시스템에 적용한 것을 비교예로 하여, 30일 동안 실험한 결과를 도 1에 나타내었다. 바이오플락 시스템은 살균수를 사육수로 활용하여 프리바이오틱스와 프로바이오틱스(유산균, 고초균, 효모)를 투입하고 실험하였다.
도 1에 따르면, 총부유물질(TSS) 농도는 실시예에서 2 ppm에서 36 ppm까지 완만하게 증가하였으나, 비교예에서는 141 ppm에서 291 ppm까지 급격하게 증가하였다.
플락농도(FV)는 실시예에서 0.7 ml/L 이하였으나, 비교예에서는 17 ml/L의 농도까지 증가하였다.
따라서 본 발명의 실시예에 의한 유익세균을 이용한 순환여과식 시스템은 사육수가 순환하지 않는 바이오플락 시스템과 비교하였을 때, 부유물질 총량 및 플락농도가 현저히 감소된 것을 확인할 수 있고, 이로서 본 시스템은 수질관리에 있어 매우 효과적인 방법임을 확인할 수 있다.
<적용예 2> MBBR (Moving bed biofilm reactor) filter 사용 유무에 따른 수질 변화 비교.
350 L 사육수조 3개, 60 L 침전조, 80 L 스키머(130), 및 350 L 용량의 여과조(140)가 설치된 본 발명의 유익세균을 이용한 순환여과양식시스템(100)을 이용하였다. 상기 여과조(140)에 100 L의 MBBR을 사용한 경우를 실시 예, MBBR을 사용하지 않은 경우를 비교 예로 하여, 55일동안 사육하였다. 각 사육수조에는 대왕범바리 치어(체중 23.0 ± 1.0 g)를 100마리씩 공급하였고, 유익세균으로서 유산균, 고초균 및 효모를 투입하였다.
도 3(a)에 따르면, 질산염(Nitrate) 농도는 비교예에서는 최대 21.5 ppm까지 상승하였다가 이후 9 ppm 이하로 감소된 것에 반해, 실시예에서는 9 ppm까지 상승하였다가 이후 2 ppm의 낮은 수준으로 감소된 것을 확인할 수 있다.
도 3(b)에 따르면, 아질산염(Nitrite) 농도는 비교예에서는 10일째 1.5 ppm까지 증가하였다가 0.65 ppm 수준으로 감소된 것에 반해, 실시예에서는 7일째 1.2 ppm까지 증가하였다가 이후 0.1 ppm 수준으로 감소된 것을 확인할 수 있다.
도 3(c)에 따르면, 총암모니아(TAN) 농도 역시 같은 경향을 나타내어, 비교예에서는 16일째 23ppm까지 증가한 것에 반해, 실시예에서는 0.1 ppm의 낮은 수준을 유지하는 것을 확인할 수 있다.
도 3(d)에 따르면, 부유물질 총량(TSS)에 있어서도 비교예에서는 50 ppm을 초과하였으나, 실시예에서는 30 ppm 이하로 안정적인 수질을 유지하는 것을 확인할 수 있다.
이로서, 유동상 여과재인 MBBR filter를 사용하는 경우가 사용하지 않는 경우보다 현저히 향상된 수질환경을 유지할 수 있는 것을 확인할 수 있다.
<적용예 3> 사육밀도에 따른 성장 및 수질변화.
1톤 용량의 사육수조 3개, 350 L 침전조, 300 L 스키머(130), 및 1톤 용량의 여과조(140)에 300 L의 MBBR filter를 채운 유익세균을 이용한 순환여과양식시스템(100)을 적용하였다. 상기 유익세균으로서 유산균, 고초균 및 효모를 투입하였다. 상기 사육수조에서 체중 503 g의 대왕범바리를 최초 공급시 10, 20 및 30 kg/ton의 사육밀도로 4개월간 사육하였다. 사육수는 자외선 살균을 통해 공급하였다. 사육수는 일간 10회전 순환시키고, 일간 5% 환수하였다. 블로워를 통해 에어스톤을 수조당 2개씩 설치하여 공기를 공급하였다. 상기 실험결과를 하기 표 1 및 도 4에 나타내었다.
하기 표 1 에 따르면 최초 공급시 사육밀도(Stocking density)가 10 kg/ton, 20 kg/ton 인 경우에는 각각 최종 출하시 사육밀도(Final density)가 25 kg/ton, 50 kg/ton이고, 증중률(Weight gain, WG) 및 사료계수(Feed conversion ratio, FCR)에서 유의차가 없었다. 반면, 최초 공급시 사육밀도가 30 kg/ton인 경우에는 최종 출하 시 사육밀도가 70 kg/ton이고, 증중률이 다른 실시예보다 낮았고, 사료계수는 1.46으로 높게 나타났다. 최종 양식생물 출하 시까지 사육밀도는 50 kg/ton이 적당하나 수조당 생산량, 시설관리 등 제반 요건을 고려한다면 70 kg/ton도 산업적으로 충분히 이용 가능할 것으로 판단된다.
Figure 112019135280496-pat00001
도 4를 참조하면, 본 발명의 시스템에서 사육밀도에 따라 각 농도값의 변화를 확인할 수 있다.
<적용예 4> 사육수 순환율에 따르는 성장변화.
상기 적용에 3과 동일 시스템 및 사육 조건으로, 사육기간을 8 주로 하고, 사육수를 일간 5회전, 10회전, 20회전을 순환한 후 각각의 사육 실험 결과를 하기 표 2 및 도 5에 나타내었다.
Figure 112019135280496-pat00002
상기 표 2및 도 5에 따르면, 일간 5회전인 경우와 달리, 일간 10회전, 일간 20회전인 경우에는 증중률 및 사료계수에서 유의한 차이가 없었다. 또한, 일간 10회전시 대왕범바리 한마리당 최종몸무게(Final mean body weight)가 1,731g, 일간 20회전시 1,746g이므로, 상업적 운용을 위한 일간 10회전 이상 회전하는 경우에도, 사육생물의 성장에 문제가 없을 것으로 판단된다. 다만, 사육밀도, 어체크기, 수온, 사료공급율 등을 고려하여 순환율을 결정하여야 할 것이다.
<적용예 5> 사육수 순환율에 따르는 수질변화.
상기 적용예 3과 동일 시스템 및 사육 조건으로, 사육기간을 55일로 하고, 사육수를 일간 5회전, 10회전, 20회전을 순환한 후 각각의 수질변화를 하기 도 6에 나타내었다.
도 6(a)에 따르면, pH는 모든 실시예에서 지속적으로 낮아져 6.3에서 안정되었다.
도 6(b)에 따르면, 아질산염 농도는 0.1에서 0.6 범위내로 안정되었으나 순환율이 높을수록 농도가 낮아지는 경향이 나타났으며, 2 ppm 이하의 낮은 값을 유지하였다.
도 6(c)에 따르면, 비이온화 암모니아 농도는 모든 실험군에서 0.2 ppm 이하로 안정적인 수질환경을 나타내었고, 순환율이 높을수록 그 농도는 낮아짐을 확인할 수 있다.
<적용예 6> 사육수 환수율에 따르는 성장변화 및 사료효율.
상기 적용예 3과 동일 시스템 및 사육 조건으로, 사육기간을 8주로 하고, 사육수 환수율에 따르는 성장변화 및 사료효율을 하기 표 3에 나타내고, 사육수 환수율에 따르는 수질환경을 하기 표 4에 나타내었다.
Figure 112019135280496-pat00003
Figure 112019135280496-pat00004
표 3에 따르면 성장률은 10% 환수실험군이 대조군(유수식)보다 빠른 성장을 보였으나 통계적으로 유의한 차이가 없었으며, 사료효율의 경우 10% 실험군이 가장 높았다. 그러나 동계의 난방비 등을 고려할 때 5%~10% 환수율로 사육하는 것이 경영상 유리할 것으로 보인다.
표 4에 따르면 pH의 경우 1%, 5%, 10% 환수율의 결과는 거의 차이를 보이지 않지만, 200% (유수식시스템)실험군에서 더 높게 나타났으며, DO의 경우 실험군 모두 유사한 결과를 나타내었고, 아질산염의 경우 5%, 10% 실험군은 현저한 차이를 보이지 않았다.
질산염의 경우 환수율이 높을수록 낮아졌지만, 총질산염 농도의 경우 5%, 10% 실험군에서 큰 차이를 나타내지 않았다. 독성효과를 나타내는 비이온화 암모니아는 모든 실험군이 유사한 결과를 보여 유수식 시스템(200%)에 비교하여 5-10% 환수율 운영은 경제적이면서 안정된 결과를 나타내었다.
100 : 양식시스템 111 : 제 1 사육수조
112 : 제 2 사육수조 113 : 제 3 사육수조
120 : 폭기조 130 : 스키머
140 : 여과조 151 : 제 1-1 연결부재
152 : 제 1-2 연결부재 153 : 제 1-3 연결부재
160 : 제 2 연결부재 170 : 제 3 연결부재
181 : 제 1 순환부재 182 : 제 2 순환부재
183 : 제 3 순환부재 191 : 사육수조연결부재
192 : 제 2 사육수조연결부재
201 : 제 1 공급부재 202 : 제 2 공급부재

Claims (12)

  1. 양식생물, 사육수 및 상기 양식생물의 배출물이 포함된 오염물을 분해시키는 유익세균이 공급된 제 1 사육수조(111);
    상기 제 1 사육수조(111)로부터 상기 유익세균에 의해 오염물이 분해된 사육수를 받아 상기 사육수에 산소를 공급하는 폭기조(120);
    양식생물, 사육수 및 상기 양식생물의 배출물이 포함된 오염물을 분해시키는 유익세균이 공급된 제 2 사육수조(112);
    상기 폭기조(120)로부터 상기 폭기조(120)에 의해 산소가 공급된 사육수를 받아 상기 사육수 내의 유기물과 이산화탄소가 포함된 제 1 오염물을 제거하는 스키머(130);
    상기 스키머(130)로부터 상기 스키머(130)에 의해 제 1 오염물이 제거된 사육수를 받아 상기 사육수 내의 질소 화합물이 포함된 제 2 오염물을 제거하는 여과조(140);
    상기 제 2 사육수조(112)와 상기 폭기조(120) 사이에 연결되어, 상기 제 2 사육수조(112)로부터 배출되고 상기 유익세균에 의해 오염물이 분해된 사육수를 상기 폭기조(120)에 공급하는 제 1-2 연결부재(152);
    상기 여과조(140)로부터 상기 여과조(140)에 의해 제 2 오염물이 제거된 사육수를 받아 상기 제 2 사육수조(112)에 공급하는 제 2 순환부재(182); 및
    상기 여과조(140)로부터 상기 여과조(140)에 의해 제 2 오염물이 제거된 사육수를 받아 상기 제 1 사육수조(111)에 공급하는 제 1 순환부재;를 포함하고,
    상기 여과조(140)는 이동층 생물막 반응기(Moving bed biofilm reactor, MBBR) 필터를 포함하고,
    상기 이동층 생물막 반응기 필터의 부피는 상기 여과조(140)의 전체 부피 대비 20 내지 45부피%로 포함되고,
    상기 제 1 사육수조(111)에 새로운 사육수를 공급하는 제 1 공급부재(201); 또는
    상기 제 2 사육수조(112)에 새로운 사육수를 공급하는 제 2 공급부재(202)를 포함하고,
    상기 제 1 사육수조(111)의 양식생물의 출하시 사육밀도는 40 내지 70 kg/ton이며,
    상기 제 1 또는 제 2 공급부재를 통해 공급되는 새로운 사육수의 총량은 상기 제 1 또는 제 2 순환부재를 통해서 공급되는 사육수 부피 대비 1 내지 10% 이내인,
    유익세균을 이용한 순환여과양식시스템(100).

  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 사육수조(111)와 상기 폭기조(120) 사이에 연결되어, 상기 제 1 사육수조(111)으로부터 배출되고 상기 유익세균에 의해 오염물이 분해된 사육수를 상기 폭기조(120)에 공급하는 제 1-1 연결부재(151);
    상기 폭기조(120)와 상기 스키머(130) 사이에 연결되어, 상기 폭기조(120)로부터 배출되고 상기 폭기조(120)에 의해 산소가 공급된 사육수를 상기 스키머(130)에 공급하는 제 2 연결부재(160); 및
    상기 스키머(130)와 상기 여과조(140) 사이에 연결되어, 상기 스키머(130)로부터 배출되고 상기 스키머(130)에 의해 제 1 오염물이 제거된 사육수를 상기 여과조(140) 내에 공급하는 제 3 연결부재(170);를 더 포함하는,
    유익세균을 이용한 순환여과양식시스템(100).
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 사육수조(112)와 상기 제 1 사육수조(111) 사이에 연결되어, 상기 제 2 사육수조(112)로부터 배출되고 상기 유익세균에 의해 오염물이 분해된 사육수를 상기 제 1 사육수조(111)에 공급하는 사육수조 연결부재(191)를 더 포함하는,
    유익세균을 이용한 순환여과양식시스템(100).
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 사육수조(111), 폭기조(120), 스키머(130) 및 여과조(140)는 일렬로 배치되어 연결되는,
    유익세균을 이용한 순환여과양식시스템(100).
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 유익세균은 효모를 포함한 유용미생물군(Effective Microorganisms), 유산균, 고초균 중에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상을 포함하는,
    유익세균을 이용한 순환여과양식시스템(100).

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