KR102469898B1 - 자체 정화 어항 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 자체 정화 어항에 관한 것으로, 보다 상세하게는 여과기와 물갈이 없이 자체적으로 정화가 이루어지는 어항에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 담수어를 사육하기 위한 자체정화어항에 있어서, 상기 자체정화어항에 담기는 물과, 상기 자체정화어항 바닥에 설치되며, 유기배양토, 흑사, 화산자갈이 혼합된 바닥재 및 상기 어항 내부에 설치되며, 조류, 고성장수초 및 선택적으로 부상수초를 포함하는 수초군을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 담수어를 사육하기 위한 자체정화어항에 있어서, 상기 자체정화어항에 담기는 물과, 상기 자체정화어항 바닥에 설치되며, 유기배양토, 흑사, 화산자갈이 혼합된 바닥재 및 상기 어항 내부에 설치되며, 조류, 고성장수초 및 선택적으로 부상수초를 포함하는 수초군을 포함한다.
Description
본 발명은 자체 정화 어항에 관한 것으로, 보다 상세하게는 여과기와 물갈이 없이 자체적으로 정화가 이루어지는 어항에 관한 것이다.
본 명세서에서 달리 표시되지 않는 한, 이 섹션에 설명되는 내용은 이 출원의 청구항들에 대한 종래 기술이 아니며, 이 섹션에 포함된다고 하여 종래 기술이라고 인정되는 것은 아니다.
어항 또는 수족관은 실내에서 관상용 담수어나 해수어 등을 사육하기 위해, 또는 식용 활어를 사육하기 위해 사용되는 수단으로, 어항 또는 수족관의 내부에 담는 물은 일반적으로 일정한 기간이 지나면 수조 내 생물체의 배설물과 분비물, 이끼 및 각종 오염 물질 등이 축적되고 질산염이 누적되어 물이 변질된다.
어항 내 생태계에서 물이 변질되는 생화학적 원리는 물고기 배설물이나 물고기 사료로부터 불가피하게 생기는 그 질소 순환계(NITROGEN CIRCLE)와 연관이 있다.
어항 내 질소 순환계는 물고기의 배설물 등으로부터 나오는 NH3(암모니아), NH4 +(암모늄 이온)를 니트로소모나스 박테리아(NITROSOMONAS BACTERIA)로 NO2(아질산)으로 산화시키고, 아질산을 니트로백터 박테리아(NITROBACTER BACTERIA)로 NO3 -(질산염 이온)으로 산화시키는 단계를 포함한다.
독성이 있는 암모니아 축적을 해소하기 위해, 종래 물고기를 기르는 어항에서는 1)전기 여과기와 2)산소발생기를 설치하여 수류를 발생시키고 3)주기적인 환수(물갈이)를 통해 어항의 물이 변질되지 않도록 관리해주었다.
종래 전기여과기는 물고기의 배설물 등으로 인한 암모니아가 암모늄 이온 형태로 용해되어 있을 때 이를 아질산염-질산염으로 산화시키는 호기성 박테리아들의 서식처를 제공하므로 독성이 강한 암모니아의 형태를 변화시키기 위해 사용되었다.
종래 산소발생기는 어류와 미생물에게 필요한 용존산소량(DO)이 수표면을 통해 유입되는 것이 부족하기 때문에 동력장치를 활용하여 산소 함량을 인위적으로 높이기 위해 사용되었다.
암모니아가 여과기를 통해 아질산염을 거쳐 질산염으로 전환된 후 어항 물속에 축척되고, 이는 여전히 약한 독성을 가지고 있기 때문에 질산염을 희석시키기 위한 수단으로 주기적 환수(물갈이)를 필요로 하였으나, 사육자로서는 어항의 크기, 사육하는 물고기의 종류나 개체수, 사료의 종류나 투여량, 물의 온도, 적정 환수량 등을 감안하여 주기적으로 환수해야 하였기 때문에 많은 노력과 정성이 필요하였다. 따라서 어항의 물을 장기간 갈지 않고도 어항 내의 생태계를 자율적으로 지속가능하게 유지할 수 있기 위한 방안에 대한 논의가 활발하게 이루어지고 있으며, 종래 무환수 어항에 관련하여 다음과 같은 기술이 알려져 있었다.
왈스타드 메소드는 원예용 흙과 수초를 사용하여 전기 여과기 및 산소발생기 등을 대체하고 환수 주기를 늘리는 방법을 제안했는데, 셋팅초기 전기공급을 통한 에어레이션과 2회 정도의 환수를 권장하고 있으며, 이후에도 주기적인 환수를 필요로 하여 완전한 무환수라는 목적을 달성할 수 없었다. 또한, 수초 종류에 따라 변수가 크고 용존 산소량 등이 생물 생장을 위한 기준치 등에 미달하는 경우가 발생한다는 단점이 존재하였다.
웹사이트 등에서 논의되고 있는 주리안메소드의 경우 프리미엄 마이크로모스, 탈질물질, 미소생물군집체 등을 사용하여 무환수가 가능하다고 주장하나, 이는 정확한 구성을 확인할 수 없는 임의 명명한 물질로 정화의 화학적 원리를 명확히 밝히지 않고 있었다.
자베르 방식 또는 이준 해수어 방식은 기본적으로 해수를 기준으로 하기에 비교하기가 어려우며 해당 방식으로 담수실험결과 2개월 이후 질산염 누적을 해소하지 못하는 등의 문제가 발생하였다.
대한민국 등록특허 제10-1454792호에서는 담수어 및 해수어 어항용 여과재 조성, 특히 혐기성 박테리아를 비롯한 각종 박테리아의 서식 담체로서 사용하기에 적합하여 장기간 어항의 물을 갈지 않고도 어항의 질소순환사이클을 가능하게 할 수 있는 어항용 여과재 조성에 대해 공지하고 있으나, 무환수어항을 장기간 유지하기 위하여 핵심적인 요소인 용존산소량(DO) 유지 문제를 해결하지 못하며, 6개월이라는 상대적으로 짧은 기간 동안 무환수 어항을 유지하기 위한 구성이라는 한계점이 있었다.
따라서, 무환수로 어항 내 생태계가 유지되며, 담수에서 효과적으로 암모니아 및 질산염 누적을 해소하고, 어항 내 충분한 용존산소량(DO)를 확보하게 장기간 무환수 어항을 제공하는 기술이 요구되었다.
무환수로 어항 내 생태계가 유지되며, 담수에서 효과적으로 암모니아 및 질산염 누적을 해소하고, 어항 내 충분한 용존산소량(DO)를 유지하기 위한 장기간 무환수 어항을 제공하고자 한다.
또한, 상술한 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 이하의 설명으로부터 또 다른 기술적 과제가 도출될 수도 있음은 자명하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자체정화어항에 있어서, 상기 자체정화어항 바닥에 설치되며, 유기배양토, 흑사, 화산석 자갈이 혼합된 바닥재 및 상기 어항 내부에 설치되며, 조류, 고성장수초, 선택적으로 부상수초를 포함하는 수초군을 포함한다.
상기 바닥재는 유기배양토, 흑사, 화산석 자갈, 모래, 황토 등을 포함할 수 있고, 바람직하게는 유기배양토, 흑사, 화산석 자갈일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 유기배양토는 채소, 과채를 재배하기 위해 만든 혼합토를 의미하며, 상기 유기배양토는 코코피트, 질석, 펄라이트, 제올라이트, 마사토, 부엽토를 포함하는 것일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 흑사는 무겁고 광택이 나며 자성을 띤 입자가 가는 모래로 사금 퇴적물이나 용암의 작은 파편으로 이루어진 화산 주변의 해변에서 발견되며 블랙샌드라고도 한다.
상기 화산석자갈은 화산석에서 생성된 자갈을 의미하며, 미세한 공기구멍이 아주 많아 가벼우면서도 물을 지니는 성질과 공기의 드나듬이 탁월하여 보습력 및 보비력이 뛰어나다.
상기 수초군의 수초는 생물 수초 또는 인공수초일 수 있고, 생물 수초로는 예를 들어 조류, 수초군, 부상수초 등을 포함할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 조류는 남조류, 갈조류, 규조류, 녹조류 등을 포함한다.
상기 고성장수초는 어항 내에 묶어서 자랄 수 있는 수초를 의미하는 활착 수조의 일종으로, 성장속도가 일반적인 수초에 비해 1.5~2.3배 정도 빠른 수초를 의미한다. 상기 고성장수초는 발리스네리아, 정말, 붕어마름, 하이그로필라, 윌로모스, 아누비아스 나나 등을 포함하나 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 부상수초는 수면위에서 생활하는 식물을 의미하며, 상기 부상수초는 좀개구리밥과 쿠쿠라타, 실비니아, 아마존 프로그비트. 미니물배추, 부레옥잠, 개구리풀 등을 포함하나 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 바닥재는 물 100중량부에 대하여 유기배양토 1.7 내지 3.5 중량부, 흑사 4 내지 10 중량부, 화산석 자갈 0.1 내지 3 중량부로 이루어질 수 있다.
상기 유기배양토는 질소사이클을 원활히 수행할 다양한 미생물이 서식하고 있으며, 수초의 생장에 필요한 영양분을 포함하고 있어 수초의 성장을 촉진하여 수중 질산염을 빠르게 소모하게 한다. 또한 입자가 상대적으로 작아 저면에 저 산소공간을 형성하여 혐기성 미생물의 대사 과정이 활발해져 질산염을 효율적으로 제거한다.
물 90L를 100중량부로 할 때, 유기배양토가 3.5중량부 초과일 경우 부영양화를 초래할 수 있고, 수면에 유막을 형성하여 산소공급을 차단할 가능성이 있다. 유기배양토가 1.7중량부 미만일 경우, 저 산소공간의 형성이 어려워 혐기대사를 기대하기 어렵고, 공급 영양분 부족으로 수초 생장이 제한된다.
상기 흑사는 물의 pH를 대부분 담수어류에게 적합한 중성으로 유지시켜주며, 수류가 없는 어항에서 호기성 박테리아들의 서식처가 되어준다. 또한 가벼운 유기배양토를 눌러 수중으로 떠오르는 것을 방지할 뿐만 아니라 수초들의 뿌리를 잡아주는 역할을 한다.
물 90L를 100중량부로 할 때, 흑사가 10중량부 초과일 경우 수초의 뿌리가 유기배양토까지 닿기 어려워 초반 활착이 어려워지고, 어항 저면에 무산소공간을 형성하여 어류의 생존에 치명적인 황을 발생시키는 절대혐기대사를 유도할 수 있다. 흑사가 4중량부 미만일 경우, 호기성박테리아의 서식처 감소로 질화 사이클이 원활하게 이루어지지 않으며, 유기배양토가 수중으로 떠올라 수중탁도를 높인다.
상기 흑사의 입도는 3-5mm가 적당하다. 흑사의 입도가 3mm 미만일 경우 어항 내에서 발생하는 유기물이나 배설물이 바닥재 하단까지 도달하기가 어렵고 흑사가 물에 뜨게 되어 포집이 어렵다. 5mm 초과일 경우 흑사층의 표면적이 줄어 박테리아의 서식처가 줄어든다.
상기 화산석 자갈은 수많은 기공을 내포하여, 흡착성이 높아 호기성 미생물인 니트로소모나스와 니트로박터의 최적의 번식처가 되어준다. 호기성 미생물의 번식도를 높이는 것은 독성이 강한 암모니아를 빠르게 질화시키는데 크게 기여하여 시중의 전기여과기의 사용을 대체할 수 있다. 화산석 자갈의 크기는 2mm ~10cm일 수 있다.
상기 화선석 자갈의 함량이 0.1중량부 미만일 경우 호기성 미생물의 증식속도를 높이는 역할을 할 수 없으며, 3중량부 초과일 경우 흑사에 전달되는 빛을 차단하여 무산소공간을 형성하여 절대혐기대사로 인한 황을 발생시킬 가능성이 있다.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 물 100중량부에 대하여 상기 수초군은 조류 1 내지 3중량부, 고성장수초 0.1 내지 5중량부를 포함할 수 있으며, 선택적으로 부상수초 0 초과 3중량부 이하를 더 포함할 수 있다.
상기 조류는 생태환경학에서 수질의 지표로 사용되는 것 중 하나로, 다양한 종류의 조류 중 녹조류는 독성물질인 질산염과 암모늄을 흡수한다는 연구결과가 있으며, 각종 중금속을 포함한 유기물질을 영양분으로 흡수하여 수질을 정화하여 물갈이 없이 어항을 유지하게 하는 중추적인 역할을 감당한다. 또한 광합성을 통한 산소발생량이 많아, 소음과 잠재적인 위험을 발생시키는 산소발생기를 대체할 수 있으며, 넓은 표면적을 제공함으로 호기성박테리아의 서식처가 되어 여과기를 대체할 수 있다.
물 90L를 100중량부로 할 때, 조류가 3중량부 초과인 경우, 다른 수초들에게 엉켜붙어 수초들의 성장을 저해하거나 과다 증식하여 어항 미관을 해친다. 또한 실형태의 조류는 작은 소형 어류가 조류에 걸려 빠져나오지 못하는 덫이 되기도 한다. 조류가 1중량부 미만일 경우, 어항에서 발생하는 암모니아의 총 발생량보다 흡수량이 적을 수 있다.
상기 고성장수초는 광합성을 통한 다량의 용존산소량 유입, 질산염과 암모늄 흡수로 수질을 정화하는 역할을 한다.
물 90L를 100중량부로 할 때, 고성장수초가 5중량부 초과일 경우 주야간의 일주변동폭이 커져, 물의 pH와 경도가 하루를 주기로 급격하게 변화하여 어류의 면역력을 떨어트릴 수 있고, 0.1 중량부 미만일 경우 용존산소 공급 및 질화물 흡수가 현저하게 감소한다.
상기 부상수초는 질산염 흡수 효과가 클 뿐만 아니라 질산화 사이클을 거치지 않고 암모늄을 직접 흡수한다는 연구결과가 있어 수질 정화에 큰 역할을 한다.
물 90L를 100중량부로 할 때, 부상수초가 3중량부 초과일 경우, 수면으로 투입되는 빛과 산소를 차단하여 저면에서 성장하는 호기성 박테리아와 수초군의 증식을 방해한다.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 본 발명의 자체정화어항의 수표면 면적은 60 cm²/L 내지 200 cm²/L일 수 있다. 수표면 면적이 60cm²/L 미만인 경우 어항의 구조상 대기 접촉면적이 부족하여 인위적 장치 없이 요구 용존산소량을 유지할 수 없으며, 수표면 면적이 200 cm²/L 초과인 경우 물의 높이가 5cm²이하로 낮아지므로, 어류의 생존에 적합하지 않다.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 외부로부터 상기 자체정화어항 내부로 광원이 조사되며, 상기 광원으로부터 조사되는 광량은 230 lm(lumen) 내지 900 lm 일 수 있다. 광량이 230 lm 미만인 경우 수초군의 생장에 필요한 충분한 양의 광량에 도달하지 못하며, 광량이 900lm 초과인 경우 수초의 잎이 타는 경우가 발생하고 조류의 증식이 너무 빨라 수초의 성장을 방해한다.
본 발명의 실시예에 의하면, 무환수로 어항 내 생태계가 유지되며, 어항 내 담수에서 효과적으로 암모니아 제거 및 질산염 누적을 해소하고, 어항 내 충분한 용존산소량(DO)를 확보할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 종래 여과기나 물갈이 없이도 자체적으로 정화가 이루어지도록 하여 산소발생기 및 여과기를 설치할 필요가 없어 안전상 및 비용상의 장점이 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 시간의 경과에 따른 실시예 C-1, 비교예 C-1 및 비교예 C-2의 질산염농도를 나타낸 그래프이다.
이하, 내용을 참조하여 바람직한 실시예에 따른 자체정화어항의 구성, 동작 및 작용효과에 대하여 살펴본다.
[실시예]
1. 본 발명의 바닥재 조성은 물 100중량부 대비 표 1과 같이 구성된다.
| 단위: 중량부 | 유기배양토 | 흑사 | 화산석자갈 |
| 비교예 A-1 | 0 | 5 | 2 |
| 비교예 A-2 | 1.3 | 5 | 2 |
| 실시예 A-1 | 1.7 | 5 | 2 |
| 실시예 A-2 | 2.5 | 5 | 2 |
| 비교예 A-3 | 3.6 | 5 | 2 |
| 비교예 A-4 | 4.5 | 5 | 2 |
| 비교예 A-5 | 2 | 2 | 1 |
| 실시예 A-3 | 2 | 4 | 1 |
| 실시예 A-4 | 2 | 7.5 | 1 |
| 실시예 A-5 | 2 | 10 | 1 |
| 비교예 A-6 | 2 | 15 | 1 |
| 비교예 A-7 | 2 | 7.5 | 0 |
| 실시예 A-6 | 2 | 7.5 | 2 |
| 비교예 A-8 | 2 | 7.5 | 5 |
2. 본 발명의 수초 조성은 물 100중량부 대비 표 2와 같이 구성된다.
| 단위: 중량부 | 조류 | 수초군 | 부상수초 |
| 비교예 B-1 | 0 | 3 | 0 |
| 실시예 B-1 | 2 | 3 | 0 |
| 비교예 B-2 | 4 | 3 | 0 |
| 비교예 B-3 | 2 | 0 | 0 |
| 실시예 B-2 | 2 | 4 | 0 |
| 비교예 B-4 | 2 | 7 | 0 |
| 실시예 B-3 | 2 | 4 | 2 |
| 비교예 B-5 | 2 | 4 | 5 |
3. 본 발명의 바닥재 및 수초 모두 포함하는 실시예 및 비교예는 물 100중량부 대비 표 3과 같이 구성된다.
| 단위: 중량부 | 실시예 C-1 | 비교예 C-1 | 비교예 C-2 |
| 유기배양토 | 2 | 1 | 4 |
| 흑사 | 7 | 2 | 5 |
| 화산석자갈 | 1 | 1 | 1 |
| 조류 | 2 | 1 | 4 |
| 수초군 | 3 | 1 | 5 |
| 부상수초 | 1 | 1 | 3 |
[실험예]
실험예1. 바닥재 조성에 따른 수질 및 물고기 생육상태
가로45cm 세로45cm 높이45cm의 어항에 물을 90리터 채운 후 하기 표 4의 실시예 및 비교예의 조성에 따라 바닥재를 구성하고, 수초(발리스네이라, 검정말, 나자스말)를 식재하고, 부상수초(쿠쿠라타, 좀개구리밥)와 녹조류를 띄운 후 구피류 성어급 20마리, 체리새우 10마리, 백운산 10마리를 투입하였다. 광량을 (600lm)로 하여 물을 전혀 갈지 않고 자연증발량만 보충하여 6개월 내지 1년 경과의 각 측정 시점에서 수질 지표와 물고기들의 생육상태 등을 확인하여 다음 표 4 내지 표 6으로 정리하였다.
| 비교예 A-1 | 비교예 A-2 | 실시예 A-1 | 실시예 A-2 | 비교예 A-3 | 비교예 A-4 | |
| 백탁여부 | X | X | X | X | X | O |
| 미세조류발생 | X | X | X | X | O | O |
| 수초활착률 | 10% 이하 | 11~25% | 95%이하 | 95%이하 | 80~90% | 80~90% |
| 수초성장속도 (발리스네리아 러닝기준) |
- | 월 1촉 이하 (크기 매우 작게자람) |
월2~3촉 (정상크기) |
월2~3촉 (정상크기) |
월 2~3촉 (정상크기) |
월 2~3촉 (정상크기) |
| 미소생물 증식 (물벼룩, 미즈지렁이등) |
X | X | X | X | X | O |
| 물색 | 투명 | 투명 | 투명 | 투명 | 연한 노란색 | 연두색 |
| 질소가스 육안확인 | X | X | O | O | O | O |
| 유막발생량 | X | X | X | X | 15~20% | 100% |
| 냄새여부 | X | X | X | X | X | 악취 조금 |
| 생물폐사여부 | X | X | X | X | X | 30%폐사 |
| 잔류 질산염 (6개월 기준) |
57mg/l | 20~30mg/l | 5mg/l이하 | 5mg/l이하 | 5mg/l이하 | 20~30mg/l |
상기 표 4에서 나타나듯이, 유기배양토가 1.7중량부 미만(비교예 A-1 및 A-2)일 경우 수초의 활착률과 성장속도가 현저히 저하되며, 저산소공간의 형성도 미비하여 잔류 질산염이 기준치(40mg/l) 이상 검출된다. 또한 3.5중량부 초과(비교예 A-3 및 A-4)일 경우 부영양화로 인한 미세조류의 과한 증식과 함께 물색의 변화와 유막 형성으로 수표면의 산소 유입이 차단되고 질화(Nitrification) 정도가 낮아져 암모니아 등의 축적으로 악취가 나며 면역력이 약한 생물들의 폐사가 일어나는 것을 확인할 수 있다.
| 비교예 A-5 | 실시예 A-3 | 실시예 A-4 | 실시예 A-5 | 비교예 A-6 | |
| 수초활착률 | 40~50% | 90%이상 | 98%이상 | 95%이상 | 15~20% |
| 수초 성장속도 | 수초 식재 불가 | 월 2~3촉 | 월 2~3촉 | 월 2~3촉 | 월 1촉이하 (크기 매우 작게자람) |
| 수면부유물질 | 25%이상 (유기배양토 부유) |
0% | 0% | 0% | 0% |
| 잔류 암모니아 (셋팅 일주일 이내) |
2~3mg/l | 1mg/l이하 | 1mg/l이하 | 1mg/l이하 | 1mg/l이하 |
| 생물 초기 폐사율 | 10~15% | X | X | X | X |
| 잔류 질산염 (6개월 기준) |
65mg/l | 7mg/l이하 | 5mg/l이하 | 5mg/l이하 | 20mg/l |
상기 표 5에서 나타나듯이, 흑사를 4중량부 미만(비교예 A-5)로 셋팅했을 때는 유기배양토가 수면으로 떠올라 수초 식재가 어려웠다. 또한 호기성 박테리아의 서식처를 충분히 제공하지 못하여 수초 성장 전 초기 단계에서 질화과정이 원활하게 이루어지지 않아 일부 생물의 폐사가 일어났다. 흑사를 10중량부 초과(비교예 A-6)으로 셋팅했을 시에는 수초 활착률이 감소하고, 뿌리가 유기배양토까지 닿는 것을 제한하여 성장도가 매우 저하되었다. 이로 인해 수초의 질산염 흡수가 낮아져 잔류 질산염이 오히려 증가한 것을 확인할 수 있었다.
| 비교예 A-7 | 실시예 A-6 | 비교예 A-8 | |
| 잔류암모니아 (셋팅 일주일내) |
3~4mg/l | 1mg/l이하 | 1mg/l이하 |
| 황 발생여부 | X | X | O |
상기 표 6에서 나타나듯이, 화산석자갈을 배치하였을 때 니트로소모나스와 니트로박터의 번식이 활발해져 초기 암모니아 소모가 빨라졌으나, 3 중량부 초과로 셋팅 시 무산소 공간을 형성하여 혐기성 박테리아의 번식을 지나치게 활성화하여 1년 이내에 바닥재 최하단에서 수중 생물에게 치명적인 황(s)이 발생하였다.
실험예2. 수표면에 따른 용존산소량(DO)
수초나 물고기가 없는 빈 어항에 무염소 생수를 8L 담아 수온은 25℃에서 용존산소측정기를 사용하여 용존산소량(DO)를 측정하였다. 환경부 고시에 따르면 25℃ 수온에서 포화산소량은 8.11mg/l이다.
| 물 8L당 수표면 면적 | DO | DO/포화산소량 (%) |
| 690cm²(수반형) | 7.9mg/l | 97.4 |
| 400cm²(정방큐브형) | 5.1mg/l | 62.9 |
| 220cm²(높은원통형) | 4.5mg/l | 55.5 |
용존산소량은 물고기들의 호흡에 직접 필요할 뿐만 아니라 암모니아의 산화 과정에 요구되므로, 높은 용존산소량을 확보하는 것이 무환수 어항에서 중요한 기술에 해당된다. 어항의 형태에 따라 셋팅초기 호기성 미생물의 대사와 증식 속도를 좌우한다. 낮은 어항을 사용하면 종래 사용하던 정방큐브형의 어항에 비해 수표면 면적이 60cm²/L이상이 되면 용존산소량이 매우 상승하므로 별도의 산소발생기 없이도 안정적인 물고기 생장이 가능하다.
실험예 3. 수초 함량에 따른 수질 및 생물 생육
가로45cm 세로45cm 높이45cm의 어항에 물을 90리터 채운 후 하기 표 8의 실시예 및 비교예의 조성에 따라 바닥재를 구성하고, 수초군을 실시예 또는 비교예와 같이 설치한 후 구피류 성어급 20마리, 체리새우 10마리, 백운산 10마리를 투입하였다. 광량을 600 lm로 하여 물을 전혀 갈지 않고 자연증발량만 보충하여 1년 후 수질 지표와 물고기들의 생육상태 등을 확인하여 다음 표 8 내지 표 10으로 정리하였다.
| 비교예 B-1 | 실시예 B-1 | 비교예 B-2 | |
| 수초생존률 | 98%이상 | 98%이상 | 20%이하 |
| DO(수온 25℃) | 6.3mg/l | 8.0mg/l | 8.0mg/l |
| 잔류질산염 | 35mg/l | 5mg/l이하 | 5mg/l이하 |
| 주간pH(15:00) | 7.5 | 8 | 8.5 |
| 야간pH(2:00) | 7 | 7 | 6 |
| 생물폐사율 | X | X | 20% |
표 8에 나타나는 바와 같이, 조류는 빠른 광합성으로 어항속에 DO를 공급하며, 질산염을 소모한다. 하지만 조류가 3중량부 초과일 경우, 수초들에게 엉켜 자라며 수초의 생존률을 낮추었고, 지나친 광합성량으로 주야간 pH 변동폭을 크게하여, 일부 새우류 생물들이 폐사하였다.
| 비교예 B-3 | 실시예 B-2 | 비교예 B-4 | |
| DO(수온 25℃) | 6.3mg/l | 7.9mg/l | 8.0mg/l |
| 잔류질산염 (혐기대사 시작전) |
65mg/l | 5mg/l이하 | 5mg/l이하 |
| 주간 pH(15:00) | 7.5 | 8 | 8 |
| 야간 pH(2:00) | 7 | 7 | 6.5 |
| 생물발병여부 | O | X | O |
| 생물폐사율 | X | X | 20% |
| 경도(mg/l) | 120 | 90 | 25 |
표 9에 나타나는 바와 같이, 고성장 수초가 0.1 중량부 이상일 경우 질산염을 효과적으로 소모하나, 5 중량부 초과일 경우 물의 경도가 낮아져 지나친 연수가 되어 주야간 pH의 변동폭이 커져 생물 생육에 적당하지 않다는 것을 확인할 수 있다.
| 실시예 B-3 | 비교예 B-5 | |
| 초기 암모늄 | 5mg/l이하 | 5mg/l이하 |
| 수초성장률 | 월 2~3촉 | 월 1촉이하 |
표 10에 나타나는 바와 같이, 부상수초가 3중량부 초과인 경우, 수면 아래로 전달되는 광량을 감소시켜 식재된 수초의 성장률을 현저히 감소시킨다.
실험예4. 바닥재와 수초 함량에 따른 수질과 생물 생육
| 실시예 C-1 | 비교예 C-1 | 비교예 C-2 | |
| 백탁여부 | X | 6개월간 5회 발생 | 초기 2회 발생 |
| 미세조류발생 | X | X | O |
| 수초활착률 | 98%이상 | 20~30% | 60% |
| 수초성장속도 (발리스네리아 러닝기준) |
월 2~3촉 | 월 1촉이하 | 월 1촉이하 |
| 미소생물 증식 (물벼룩, 미즈지렁이등) |
X | X | 미즈지렁이 다수 |
| 물색 | 투명 | 불투명 흰색 | 진한 노랑색 |
| 질소가스 육안확인 | O | X | O |
| 유막발생량 | X | X | 80%이상 |
| 냄새여부 | X | X | O |
| 생물폐사율 | X | 20% | 60% |
| 초기 암모니아량 (셋팅 일주일이내) |
1mg/l이하 | 3mg/l | 셋팅초기 1mg/l이하 셋팅3주후 4mg/l |
| 잔류 질산염 (6개월 기준) |
5mg/l이하 | 60~70mg/l | 40~80mg/l (수초의 생존에 따라 변수) |
| 어항경관 | 양호 | 전반적으로 불투명 | 모든 구성물에 붓이끼 등 증식 |
| 주간 pH | 7.5 | 7.5 | 8.5 |
| 야간 pH | 7 | 7 | 6 |
| 평균 경도(mg/l) | 70~80 | 120 | 20~30 |
| 평균 DO(mg/l) | 7.9 | 6.8 | 5.7 |
| 결론 | 모든 수치 정상 수질 지속 자체정화 |
저 영양, 자체 수질관리능력 없음 (환수요구됨) |
과 영양, 수질관리능력 초과 생물 폐사율 높음 |
유기 배양토 및 흑사를 본 발명의 함량 범위 미만으로 할 경우, 수초활착률이 감소하고, 저 영양으로 인해 수초성장속도가 감소하여, 질산염을 효과적으로 처리하지 못해 물색이 불투명해지고, 평균 DO가 감소하여 생물 폐사가 일부 일어났다.
유기 배양토 및 조류를 함량 범위 초과로 할 경우, 과영양으로 인한 조류의 생장이 지나치게 증가하며 미소생물과 붓이끼 등이 증식한다. 수면 아래 도달하는 광량 부족으로 수초성장속도가 감소하고, 평균 DO가 감소하여 생물 폐사율이 높아진다. 어항의 물 또한 유막이 발생하고, 진한 노란색으로 변질하며, 냄새가 나는 등 물이 변질되었다.
도 1에 실시예 C-1, 비교예 C-1 및 비교예 C-2에서의 바닥재 및 수초군으로 구성한 어항에서 시간 경과에 따른 질산염(NO3 -)의 농도 변화를 그래프로 나타내었다. 농도는 2주 단위로 측정하였다. 실시예 C-1의 경우 시간이 경과하더라도 낮은 질산염농도를 유지하였으나, 비교예 C-1의 경우 박테리아 및 수초군의 개체수 부족으로 질산염을 효과적으로 제거하지 못하여 질산염이 연속하여 축적되었다. 비교예 C-2의 경우 유기배양토의 과영양과 이에 힘입은 조류의 성장으로 3달째까지는 질산염을 제거하였으나, 3개월 이후 조류를 포함한 수초군이 시들어 사멸하는 등 오히려 개체수가 감소하여 거의 질산염을 제거하지 못하여 질산염의 축적 정도가 가파르게 증가하는 것을 알 수 있다.
실험예5. 시간경과에 따른 수질 지표와 물고기들의 생육상태
가로45cm 세로45cm 높이45cm의 어항에 물을 90리터 채우고, 실시예 C-1과 같이 바닥 여과재와 수초군을 구성한 후 구피류 성어급 20마리, 체리새우 10마리, 백운산 10마리를 투입하여 2년간 물을 전혀 갈지 않고 자연증발량만 보충하며 시간 경과에 따라 물속 수치의 지표와 물고기들의 생육상태를 확인하여 다음 표로 정리하였다.
| 0일 | 1개월 | 2개월 | 3개월 | 4개월 | 5개월 | 6개월 | 1년 | 2년 | |
| 암모니아 농도(mg/l) | 1 | 0.2이하 | 0.2이하 | 0.2이하 | 0.2이하 | 0.2이하 | 0.2이하 | 0.2이하 | 0.2이하 |
| 아질산염 농도(mg/l) | 0 | 5 | 1이하 | 1이하 | 1이하 | 1이하 | 1이하 | 1이하 | 1이하 |
| 질산염 농도(mg/l) | 0 | 10 | 5이하 | 5이하 | 5이하 | 5이하 | 3이하 | 1이하 | 1이하 |
| 유막발생여부 | 0 | 5%이하 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 주간 pH | 7 | 7.5 | 8 | 7.5 | 7.5 | 7.5 | 7.5 | 7.5 | 7.5 |
| 야간 pH | 7 | 7 | 7.5 | 7 | 7 | 7 | 7 | 7 | 7 |
| 경도(mg/l) | 30 | 50 | 80 | 60 | 60 | 60 | 60 | 60 | 60 |
| 용존산소량(mg/l) | 8 | 8 | 8 | 8 | 8 | 8 | 8 | 8 | 8 |
| 탁도 | 0.1이하 | 0.1이하 | 0.1이하 | 0.1이하 | 0.1이하 | 0.1이하 | 0.1이하 | 0.1이하 | 0.1이하 |
| 생물폐사 | X | X | X | X | X | X | X | X | X |
| 생물번식(구피류, 마리) | 0 | 0 | 20 | 20 | 50 | 50 | 40 | 암수분리 | 암수분리 |
매주 테트라사의 수질측정킷을 사용하여 지표들을 확인한 결과, 어류에게 치명적인 암모늄, 아질산염은 모두 2mg/l이하로 거의 검출되지 않았고, 질산염 또한 5mg/l이하로 어류에게 거의 영향을 미치지 못하는 수준을 유지했다. 물의 경도와 산성도 또한 중간 정도로 유지되었다.
이 어항은 2년간의 생육 기간 동안 백점병, 내부기생충, 솔방울병과 같은 질병이 생기지 않았으며 한 마리의 물고기도 폐사하지 않았다. 여과기를 사용하는 어항에서 나는 비릿한 냄새도 전혀나지 않고 투명도 또한 수돗물과 같이 맑았다. 백운산은 최초 투입시 1.5cm정도의 크기에서 현재 2.5cm의 크기로 성장하였고, 구피류는 활달한 생식활동으로 지속 번식하여 매달 치어들을 분리하여 냈다.
6개월차부터는 조류와 수초의 성장이 더디어지다가 8개월차 정도에 증식을 거의 멈춘 것을 미루어 바닥재에서 6개월부터 효과적인 혐기대사가 일어나 질산염을 소모하기 시작했다고 추측할 수 있었고, 해당 시점부터 3~6cm깊이의 바닥재에서 미생물에 의한 혐기대사가 일어나고 있다는 증거인 질소가스 공기층을 3~6cm깊이의 바닥재에서 확인할 수 있었다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
Claims (7)
- 자체정화어항 바닥에 설치되며, 유기배양토, 흑사, 화산석자갈을 포함하는 바닥재; 및
자체정화어항 내부에 설치되며, 조류, 고성장 수초, 및 부상수초를 포함하는 수초군;을 포함하는 자체정화어항으로서,
상기 바닥재는 유기배양토 1.7 내지 3.5 중량부, 흑사 4 내지 10 중량부 및 화산석 자갈 0.1 내지 3 중량부를 포함하고,
상기 수초군은 조류 1 내지 3 중량부 및 고성장수초 0.1 내지 5 중량부를 포함하며,
상기 고성장수초는 발리스네리아, 정말, 하이그로필라, 윌로모스 및 아누비아스 나나로 이루어지는 군에서 하나 이상 선택되고, 상기 고성장수초는 0.1 내지 5 중량부를 포함하며,
상기 부상수초는 0 초과 3 중량부 이하로 포함되는 자체정화어항. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 자체정화어항의 수표면 면적은 60 cm²/L 내지 200 cm²/L인 것을 특징으로 하는 자체정화어항. - 제1항에 있어서,
외부로부터 상기 자체정화어항 내부로 광원이 조사되며,
상기 광원으로부터 조사되는 광량은 230lm 내지 900lm인 것을 특징으로 하는 자체정화어항.
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|---|---|---|---|
| KR1020200103747A KR102469898B1 (ko) | 2020-08-19 | 2020-08-19 | 자체 정화 어항 |
Applications Claiming Priority (1)
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| KR1020200103747A KR102469898B1 (ko) | 2020-08-19 | 2020-08-19 | 자체 정화 어항 |
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| KR20220022598A KR20220022598A (ko) | 2022-02-28 |
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Family Applications (1)
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| KR1020200103747A KR102469898B1 (ko) | 2020-08-19 | 2020-08-19 | 자체 정화 어항 |
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Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001187395A (ja) * | 1999-12-29 | 2001-07-10 | Konichi Komatsu | 生植物床材 |
| JP2003225035A (ja) | 2002-02-05 | 2003-08-12 | Yoshimitsu Hamashima | 蛍の育成方法並びに蛍育成用土壌及び装置 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
2020
- 2020-08-19 KR KR1020200103747A patent/KR102469898B1/ko active IP Right Grant
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