KR102536173B1 - 저환수 하이브리드형 유수식 양식 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 환수를 통해 수질환경을 재조성하는 유수식 양식과 양식에 사용한 해수를 일정한 정수 과정을 거쳐서 재이용하는 수류순환식 양식이 혼합된 하이브리드형 양식 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 보다 상세하게는 최소의 환수를 통해 최소의 비용으로 적정 수질을 확보할 수 있도록 한 저환수 하이브리드형 유수식 양식 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 저환수 하이브리드형 유수식 양식 시스템(100)은 적어도 하나 이상의 사육수조(10)와, 상기 사육수조로 해수를 공급하여 환수시키는 취수장치(110)와, 환수량 만큼 사육수조내 해수를 배출시키는 배수장치(120)와, 각 사육수조에 설치되어 사육수조내 해수에 포함된 이산화탄소의 용존양을 낮추어 주는 탈기장치(130)를 포함하며; 상기 취수장치가 어류 양성기간 중 입식 어류 성장속도에 따라 요구되는 사육수조 면적과 일일 총 최대 어체중과 사료 급이량과 일일 급이 횟수를 기반으로 일별 최소 환수량을 산출하여 환수를 진행한다.

Description

저환수 하이브리드형 유수식 양식 시스템{Hybrid flow-through aquaculture system using with small amount of change water}
본 발명은 환수를 통해 수질환경을 재조성하는 유수식 양식과 양식에 사용한 해수를 일정한 정수 과정을 거쳐서 재이용하는 수류순환식 양식이 혼합된 하이브리드형 양식 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 최소의 환수를 통해 최소의 비용으로 적정 수질을 확보할 수 있도록 한 저환수 하이브리드형 유수식 양식 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 생활수준이 높아가면서 건강한 단백질 공급원으로 수산물이 점점 선호되고 있으며 또한 소비자들은 유기농과 같은 친환경 수산양식을 요구하고 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 대표적인 양식방법 중 하나인 유수식 양식 시스템(1)은 사육수조(10)내 해수를 연속적으로 유동시키는 양식방법으로서 다량의 취수가 요구되는 자연환경 의존적 양식이다.
이러한 유수식 양식 시스템(1)은 단순하여 누구나 쉽게 운용이 가능하다는 장점이 있으나, 파도가 높거나 바다 오염이 심화되는 등 해상 환경이 악화될 경우에 많은 탁도 물질과 질병원이 사육수조(10) 내로 다량 유입되고 계절별 수온조절이 매우 어려워 어류의 폐사율이 높다는 단점이 있다.
이와 같은 문제들은 취수의 여과나 소독을 담당하는 전처리 시설(20)을 완비한다면 어느 정도 해결할 수는 있겠으나, 처리가 어려울 정도로 취수량이 많은 관계로 현실적으로 적용하기 힘들고, 설령 적용한다 하더라도 대용량의 전처리 시설(20)로 인한 높은 초기 투자비용이 발생하게 된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 종래의 대표적인 양식방법 중 하나인 순환 여과 양식 시스템(2; Recirculating Aquaculture System)은 양식에 사용한 해수를 살균장치(30), 필터(40), 여과기(50) 등과 같은 일련의 정수 과정을 거쳐서 어류에게 적합한 수질환경을 재조성하여 재이용하는 방식으로서, 종래의 유수식 양식 시스템에 비하여 자연환경에 크게 의존하지 않는다는 점에서 유리하나, 초기 투자비용이 매우 높고 환수량이 작아 높은 수준의 수처리에 의존하여 수질환경을 제어해야 하므로 수질관리가 매우 까다롭다는 문제가 있다.
국내등록특허공보 제10-2134637호
본 발명은 상기한 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 최소한의 환수와 순환 탈기 과정을 거쳐 수질을 안정적으로 유지시킴으로써 계획적이고 경제적인 운용이 가능한 저환수 하이브리드형 유수식 양식 시스템을 제공함에 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 저환수 하이브리드형 유수식 양식 시스템은 적어도 하나 이상의 사육수조와, 상기 사육수조로 해수를 공급하여 환수시키는 취수장치와, 환수량 만큼 사육수조내 해수를 배출시키는 배수장치와, 각 사육수조에 설치되어 사육수조내 해수에 포함된 이산화탄소의 용존양을 낮추어 주는 탈기장치를 포함하며; 상기 취수장치가 어류 양성기간 중 입식 어류 성장속도에 따라 요구되는 사육수조 면적과 일일 총 최대 어체중과 사료 급이량과 일일 급이 횟수를 기반으로 일별 최소 환수량을 산출하여 환수를 진행한다.
또한, 상기 일별 최소환수량은 일일 총 최대 어체중 x 평균 어류의 크기에 따른 급이율 x 평균 사료 단백질 함량 x TAN 전환 지수 ÷수조내 허용 TAN 농도의 식으로 산출될 수 있다.
아울러, 상기 탈기장치는 어류 양성기간 중 요구되는 일일 총 최대 어체중과 사료 급이량을 기반으로 산출되는 탈기순환수량을 제어할 수 있다
이 경우, 상기 탈기 순환수량은 각 사육수조내 일일 총 최대 어체중값 x 어종별 평균어류의 크기에 따른 급이율 x 산소소비량 전환율 x 산소 소모량에 따른 이산화탄소 변환상수 x 탈기장치의 효율 ÷ 사육수조내 허용 이산화탄소 농도의 식으로 산출될 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 저환수 하이브리드형 유수식 양식 시스템은 사육수조내 해수중의 이산화탄소를 탈기하여 어류에게 적합한 수질환경을 재조성하여 재이용함과 동시에 어류 양성기간 중 입식 어류 성장속도에 따라 요구되는 사육수조 면적과 일일 총 최대 어체중과 사료 급이량 등을 기반으로 최소 환수량을 산출하여 최소한의 환수를 진행하도록 구성되므로, 수질관리가 용이할 뿐만 아니라 환수와 관계된 주변장치들의 운용 및 유지 관리 비용을 최소화 시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 유수식 양식 시스템을 나타내는 개략도.
도 2는 종래의 순환 여과 양식 시스템을 나타내는 개략도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 저환수 하이브리드형 유수식 양식 시스템을 나타내는 개략도.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 저환수 하이브리드형 유수식 양식 시스템을 나타내는 개략도.
도 5는 본 발명을 구성하는 사육수조에 배출박스가 설치된 상태를 나타내는 단면도.
도 6은 본 발명을 구성하는 탈기장치에 수온 경고장치가 설치된 상태를 나타내는 단면도.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 바람직한 실시예에 대한 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
아울러, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.
예컨대, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 아울러, "포함한다" 또는 "구비한다" 또는 "가진다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "아래에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
아울러, 본 명세서에서 사용한 "제1", "제2" 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않으며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
이하, 본 발명의 일 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명함에 있어, 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 사용하며, 명료성을 위하여 가능한 중복되지 않게 상이한 부분만을 주로 설명한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 저환수 하이브리드형 유수식 양식 시스템(100)은 어류를 사육하는 적어도 하나 이상의 사육수조(10)와, 전동 모터와 펌프 설비를 이용하여 연안 해수나 지하 해수를 직접 펌핑하여 상기 사육수조(10)로 해수를 공급하여 환수시키는 취수장치(110)와, 환수량 만큼 사육수조(10)내 해수를 배출시키는 배수장치(120)와, 양식에 사용한 사육수조(10)내 해수를 어류에게 적합한 수질환경으로 재조성하여 순환시키는 탈기장치(130)를 포함한다.
그리고, 본 발명의 저환수 하이브리드형 유수식 양식 시스템(100)은 환수시 사육수조(10)로 유입되는 취수에 포함된 부유물질을 침전 및 여과를 통해 제거하는 취수필터(140)와, 취수를 살균 및 소독하는 살균장치(150)를 더 구비할 수 있다.
상기 살균장치(150)는 오존처리나 전기분해 또는 자외선 조사 등의 다양한 방식의 적용이 가능하다. 자외선 소독 방식의 경우에는 취수량을 실시간으로 감시할 수 있는 전자유량계를 설치하여 취수량과 UVT의 조건에 따라서 실시간으로 자외선 출력을 제어함으로써 에너지 및 목표 선량을 언제나 일정하게 유지할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
그리고, 본 발명의 저환수 하이브리드형 유수식 양식 시스템(100)은 취수의 온도를 사육수조(10)의 수온으로 맞춰 주는 열교환기(160) 및 히트펌프(170)를 구비할 수 있다.
상기 열교환기(160)와 히트펌프(170)는 환수시 사용되는 취수의 온도를 사육수조(10)내 해수 온도와 동일한 수준으로 높이거나 낮추어 주는 온도 조절 장치로서, 사육수조(10)로부터 배출되는 배출수와 환수시 사용되는 취수를 열교환시킨다.
상기 취수는 열교환기(160)를 통해 배출수로부터 60~80% 이상의 열량을 회수하게 되며, 부족한 20~40%의 열량은 히트펌프(170)를 통해 보충하게 된다.
따라서, 상기 열교환기(160)와 히트펌프(170)를 통해 취수의 온도가 사육수조(10)내 해수 온도로 자동 조절되므로 사육수조(10)내 해수는 항시 일정한 온도를 유지할 수 있게 된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 저환수 하이브리드형 유수식 양식 시스템(100a)은 지역별 환경조건 및 계절조건을 고려하여 탄력적으로 운용이 가능하다.
즉, 지하수(15~17℃)를 이용할 수 있는 지역의 경우에는 지하수의 특성상 사육수조(10) 내 해수 온도 보다 낮으므로 하절기에 한하여, 히트펌프(170)를 사용하지 않고 열교환기(160)만 이용하여 취수 온도를 조절하도록 하는 것이다.
여기에, 제주도와 같이 하절기의 취수 온도(28~30℃)가 사육수조(10) 내 해수 온도 보다 높은 지역의 경우에는 지하수 전용 열교환기(180)를 추가로 더 설치하여, 열교환기(160)에서 배출수의 열원을 회수하여 취수 온도를 1차로 낮춘 후에 지하수 전용 열교환기(180)에서 지하수의 열원을 회수하여 취수 온도를 2차로 낮추는 방식으로 취수 온도를 조절할 수도 있다.
또한, 지하수가 아닌 지하해수를 취수로 이용할 수 있는 지역의 경우에는 상기한 열교환기(160)들을 사용하지 않고 지하해수의 수온에 따라 취수량을 조절하는 방식으로 사육수조(10)내 해수 온도를 조절할 수도 있다.
한편, 본 발명은 열교환기(160) 및 히트펌프(170) 내부에 어류의 대사물질 및 잉여사료가 침착되어 스케일이 형성되는 것을 방지하도록 사육수조(10)로부터 배출되는 배출수에 포함된 입자성 물질을 여과를 통해 제거하는 배수필터(190)를 구비할 수 있다.
상기 배수필터(190)는 50~60㎛ 이하의 여과능력 또는 8㎛ 이상 입자물질을 포획할 수 있는 여과능력을 가진 필터체가 적용되는 것이 바람직하다.
아울러, 상기 배수필터(190)는 각 사육수조(10)의 배출관 마다 설치될 수도 있으나, 초기 투자비를 최소화하고 유지관리 비용을 절감할 수 있도록 모든 사육수조(10)의 배수관을 통합 연결하는 통합연결관을 설치하고 상기 통합연결관에 단일로 설치하여 운용할 수도 있다.
아울러, 모든 배관과 기기류는 정치세척(CIP;Clean in place)이 가능하도록 구성하는 것이 좋다.
그리고, 본 발명은 취수 내에 어류에 필요한 용존산소를 일정하게 유지시킬 수 있도록 산소용해장치(200)를 구비할 수 있다.
이 경우, 상기 산소용해장치(200)는 각 사육수조(10) 마다 설치될 수도 있고, 각 사육수조(10)가 필요로 하는 용존 산소를 분배 공급할 수 있도록 중앙 집중식으로 단일 구성될 수도 있다.
상기 산소용해장치(200)를 중앙 집중식으로 구성할 경우에는 헨리의 법칙(Henry's law)에 따라서 산소용해장치(200) 내에 높은 압력을 실현하여 포화도를 최소 800% 이상으로 유지시키고 빠른 시간내에 용존 산소를 조절할 수 있는데 최적화된 고-포화도 산소용해장치를 적용하는 것이 바람직하다.
도시되지는 않았으나, 원활한 배출수의 처리를 위하여 상기 배수필터(190)와 열교환기(160) 사이에는 여과처리된 배출수를 저장하는 펌핑조와 상기 펌핑조에 저장된 배출수를 열교환기(160)와 히트펌프(170)로 순차적으로 공급하는 열교환기용 펌프가 설치되는 것이 바람직하다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 사육수조(10) 내 부유성 물질과 바닥에 침전된 고형물을 동시에 효과적으로 제거할 수 있도록, 상기 사육수조(10)의 바닥에는 고형물 제거관(210)이 설치되고, 상기 사육수조(10)의 외벽에는 상기 고형물 제거관(210)과 연통되는 배출박스(220)가 부착되며, 상기 사육수조(10)의 외벽 상부에는 사육수조(10) 내 부유성 물질을 배출박스(220) 측으로 배출시키는 부유물질 배출관(230)이 설치되고, 상기 배출박스(220)에는 고형물 제거관(210)과 부유물질 배출관(230)을 통해 배출박스(220) 내부로 유입되는 배출수를 상기 배수필터(190)로 이송시키는 배출수 이동관(240)이 연결될 수 있다.
이 경우, 환수시 사육수조(10)로부터 배출되는 전체 배출수 중, 70 내지 90%는 상기 부유물질 배출관(230)을 통해 배출되고 나머지 10 내지 30%는 상기 고형물제거관(210)을 통해서 배출되도록 하는 것이 바람직하다.
이와 같이 배출 비율에 차등을 두는 이유는 해수의 비중 때문에 대부분을 차지하는 입자성 물질들은 쉽게 부유되고 상대적으로 적은 양을 차지하는 무거운 고형물은 침전되기 때문이다.
상기 탈기장치(130)는 각 사육수조(10) 마다 설치되어 사육수조(10) 내 해수를 지속적으로 순환시키면서 해수에 포함된 이산화탄소 용존량을 어류의 양성에 최적화된 농도까지 낮추고 이를 안정적으로 유지시켜 준다.
또한, 상기 탈기장치(130)는 사육수조(10) 내 해수를 순환시키는 과정에서 빠른 수질의 균질화와 사육수조(10)내 오염물질을 효과적으로 배출하기 위해 필요한 수류를 형성시켜 준다. 따라서, 사육수조(10) 내에 별도의 수류펌프를 설치하지 않아도 된다.
이와 같이 구성된 본 발명의 저환수 하이브리드형 유수식 양식 시스템(100,100a)은 사육수조(10)에서 배출되는 배출수의 열량을 열교환기(160)를 이용하여 적극적으로 회수함으로써 에너지 사용을 최소화시키고 부족한 열량은 히트펌프(170)를 통해 보충시킴으로서 양식 어류에 대한 최적 수온을 확보하고 이에 따라 생산성을 극대화 할 수 있게 된다.
아울러, 본 발명은 취수필터(140)와 살균장치(150)를 통해 환수시 사육수조(10)로 유입되는 취수에 대한 철저한 수질관리가 이루어지므로 질병원을 차단할 수 있게 되어 폐사율을 적극적으로 낮추어 생산성을 높일 수 있게 된다.
한편, 환수시 과다 환수를 하게 되면 취수장치(110), 취수필터(140)와 소독장치(150)를 비롯한 열교환기(160)와 히트펌프(170)와, 지하수 전용 열교환기(180)와, 배출필터(190)에 대한 운용 및 유지 관리비용이 크게 증가하게 되므로, 다양한 사육환경 변화에 따라 달라지는 정확한 환수량을 파악하는 것은 대단히 중요하다.
따라서, 본 발명의 취수장치(110)는 어류 양성기간 중 입식 어류의 성장속도에 따라 요구되는 각 사육수조의 일별 최소 환수량을 산출하여 환수를 진행하도록 구성된다.
각 사육수조의 일별 최소 환수량은 다음과 같이 방식으로 산출된다.
먼저, 입식 어류의 년간 목표 생산규모에 따른 년간 입식계획(입식회수), 출하계획, 입식 어류 성장에 따른 입식밀도(필요면적 또는 볼륨), 및 성장속도에 따른 선별 및 분조에 필요한 사육수조의 수량 등이 기재된 연간 어류생산계획표를 작성한다.
아래의 표 1 내지 표 3은 생산계획 200톤/년, 수면적 4,370㎡, 입식 어류크기 : 5g, 입식회수 : 4회, 입식수량 : 39,733마리/회, 출하어류 크기 : 1.57kg의 조건으로 작성된 어류생산계획표의 일예이다.
Figure 112022128865154-pat00001
Figure 112022128865154-pat00002
Figure 112022128865154-pat00003
Figure 112022128865154-pat00004
상기 표1 내지 표 4에서와 같이, 양성기간 중 13개월째에 수조면적이 4,608㎡으로 가장 크게 필요하며 12개월 1,310g부터 출하를 시작하여 13개월에 1,573g 이상으로 출하되는 모델로 예시되어 있다.
이하에서는, 최대의 환수량이 요구되는 13개월째를 기준으로 일별 최소환수량을 산출하는 방법을 살펴본다. 13개월째를 기준으로 하는 이유는 무리없는 시스템의 운용을 위하여 환수와 관련된 주변 장치들에 요구되는 최대 출력치를 정확하게 파악하기 위함이다.
그러므로 이와 같은 계산을 통하여 입식일정과 어류의 입식수량, 어체중에 따른 각 각의 사료량에 따라서 환수량을 정확하게 파악할 수 있게 된다
상기 일별 최소환수량은 일일 총 최대 어체중 x 평균 어류의 크기에 따른 급이율 x 평균 사료 단백질 함량 x TAN 전환 지수 ÷수조내 허용 TAN 농도의 식으로 정밀하게 산출할 수 있다.
이를 구체적으로 설명한다.
먼저, 일일 총 최대 어체중값에 평균 어류의 크기에 따른 급이율을 곱하여 일별 최대사료 급이량을 산출한다.)
13개월에서의 일일 총 최대 어체중값은 (50,007kg x 1.04%; 1573g 기준) + (27,178 x 1.22%; 822g 기준) + (12,386 x 1.51%; 358g 기준) + (4,147 x 2.01%; 113.5g 기준) ≒ 1,122.02kg/day로 산출된다.
본 실시예에서는 넙치를 기준으로 국립수산과학원에서 제시하는 평균 어류의 크기에 따른 급이율을 적용하였다.
그리고, 일별 최대사료 급이량에 따른 일별 TAN(Total ammonia nitrogen : NH4 + NH3) 생산량을 산출한다.
일별 TAN 생산량은 일별 최대사료 급이량에 평균 사료 단백질 함량과 TAN 전환 지수를 곱하여 산출한다. 본 실시예에서의 평균 사료 단백질 함량은 53%를 적용하고, TAN 생산 지수는 0.092를 적용한다.
따라서, 일별 TAN 생산량은 1,122.02kg/day x 53% x 0.092)≒ 54.71kg/day 로 산출되며, 사육수조별 TAN생산량도 동일하게 일일 사육수조별 급이량에 따라서 TAN생산량을 산출할 수 있게 된다.
일별 TAN 생산량이 산출되면, 산출된 TAN 생산량을 사육수조의 수질조건 기준에 따라 적용되는 사육수조내 허용 TAN 농도로 나누어서 일별 최소 환수량을 산출한다.
이에 따라, 일별 최소 환수량은 사육수조내 허용 TAN 농도를 2mg/L로 적용할 경우에 일별 최대사료량 급이량 기준으로 (54.71)kg/day)/2(g/㎥)) = 54.71 x 1000 ÷ 24h ÷ 2 ≒ 1139.79㎥/h로 산출된다.
이와 같은 방법으로 각 사육수조별 일별 최소 환수량도 산출해 낼 수 있게 된다. 그러므로 상기 공급하는 사료급이량을 일일 2회 이상 나누어 급이할 경우에 보다 작은 최소환수량을 산출할 수도 있게 된다.
즉, 일반 유수식은 1시간 마다 환수를 하는 조건인 경우, 96㎡ x 48개 수조 = 4608㎡이며 양식 수조의 수심을 0.7m로 할 경우에 일별 환수량(사육수조의 전체볼륨)이 3225.6㎥/h로 산출된다. 이에 반해, 본 발명에서는 일별 최소환수량 1139.79㎥/h이며, 이는 일반 유수식의 일별 환수량 3225.6㎥/h을 기준으로 할 때 약 35% 정도에 해당하는 낮은 수치임을 알 수 있다.
한편, 환수의 진행은 취수장치를 구성하는 전동 모터의 출력을 제어하여 이루어지게 되며, 이러한 출력제어 기술은 본 발명의 요지가 아니며 당업자에게는 널리 알려진 용이한 기술이므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
이와 같이 사육수조의 크기, 어류 개체수, 어류의 성장속도(어체중), 사료 급이량, 일일 급이횟수와 같은 다양한 사육환경 변화에 맞추어 최소환수량을 정밀하게 산출하고, 산출된 최소 환수량에 따라서 수조별 수량을 적극적으로 제어하여 환수량을 최소화할 수 있게 되므로 관리자는 이와 같은 디지털 제어 기술을 기반으로 하여 취수장치를 비롯한 환수와 관계된 주변장치들의 운용 및 유지 관리 비용을 최소화시킴으로써 경제적인 어장운영을 도모할 수 있게 된다.
아울러, 본 발명은 사료를 다수회에 걸쳐 분산 급여하고 사료 급이시 마다 최소 환수량을 계산하여 환수를 진행함으로써 더욱 안정적인 수준으로 사육수조내 수질 수준을 상승시킬 수도 있게 된다.
한편, 상기 탈기장치는 각 사육수조별로 어류 양성기간 중 요구되는 일일 총 최대 어체중과 사료 급이량을 기반으로 산출되는 일별 탈기 순환수량에 따라 이산화탄소의 탈기를 수행하도록 하는 것이 바람직하다.
이하에서는, 무리없는 시스템의 운용을 위하여 탈기장치의 출력이 최대가 되는 13개월째(사료 급이량이 최대)를 기준으로 일별 탈기 순환수량을 산출하는 방법을 살펴본다.
상기 일별 탈기 순환수량은 일일 총 최대 어체중값 x 어종별 평균어류의 크기에 따른 급이율 ÷ 사육수소의 개수 x 산소소비량 전환율 x 산소 소모량에 따른 이산화탄소 변환상수 x 탈기장치의 효율 ÷ 사육수조내 허용 이산화탄소 농도의 식으로 정밀하게 산출할 수 있다.
이를 구체적으로 설명한다.
먼저, 일일 총 최대 어체중값에 어종별 평균어류의 크기에 따른 급이율을 곱하여 사육수조별 최대 급이량을 산출한다. 본 실시예에서의 어종별 평균어류의 크기에 따른 급이율은 넙치를 기준으로 각어체중 1573g일 때 1.04%, 822g일 때 1.22%, 358g일 때 1.51%, 113.5g일 때 2.01%를 적용한다.(국립수산과학원에서 제시된 값)
이에 따라, 사육수조별 일별 최대 급이량은 50,007kg x 1.04% ÷ 17개 ≒ 30.59kg/day로 산출된다.
그리고 어종별 일별 이산화탄소 생성량을 산출한다.
이산화탄소 생성량은 1g 산소 소모량에 따라 이산화탄소는 1.375g 이 생성되으로 이를 이산화탄소 변환상수로 하여 산출한다.
이에 따라, 넙치의 경우 산소 소모량은 총 사료급이량의 약 40%이므로, 30.59kg/day x 0.4 = 12.236kg/day로 산출되며, 이산화탄소 생산량은 12.236kg/day x 1.375 = 16.82kg/day(0.7kg/h)가 산출된다.
그리고, 이산화탄소 생성량에 탈기장치의 효율(40%)을 곱하면 16.82kg/day x (1 - 0.4) = 10.09kg/day ÷ 24h = 0.42kg/h이 산출되고, 여기에 사육수조의 수질조건 기준에 따라 적용되는 사육수조내 허용 이산화탄소 농도를 나누게 되면 각 사육수조의 일별 탈기 순환수량이 산출된다.
이에 따라, 사육수조(10)에 사육수조내 허용 이산화탄소 농도 7mg/L를 기준으로 할 때, 사육수조의 일별 탈기 순환수량은 0.42kg/h ÷ 7(mg/L) = 60㎥/h으로 산출된다.
또한, 상기와 동일한 방법으로 각 사육수조에는 자동급이장치에 따라 급이량을 알 수 있기 때문에 수조별 사료급이량에 따라서 각각의 사육수조별 탈기 순환수량을 산출 할 수 있다.
한편, 사료를 일일 2회 이상 분할하여 급이할 경우, 상기 일별 탈기 순환수량은 급이 횟수로 나눈값 만큼 줄어 들고, 상기 일별 최소 환수량 또한 급이 횟수로 나눈값 만큼 줄어들게 된다.
이와 같이, 탈기 순환수량이 사육수조의 크기, 어류 개체수, 어류의 성장속도(어체중), 사료 급이량, 급이 횟수(일일 분배 공급 횟수)와 같은 다양한 사육환경 변화에 맞추어 정밀하게 산출할 수 있게 되므로 관리자는 이를 기반으로 상기 탈기장치의 운용 및 유지 관리 비용을 최소화시킴으로써 경제적인 어장운영을 도모할 수 있게 된다.
이러한 탈기 순환수량은 인버터를 사용하여 중앙제어반에서 제어할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명을 구성하는 탈기장치(130)에는 수온 경고장치(250)가 설치될 수 있다.
이 경우, 상기 수온 경고장치(250)는 탈기장치(130)로 사육수조(10)내 해수를 공급하는 해수유입관(131)에 형성된 우회유로(251)와, 상기 우회유로(251)를 경유하는 사육수조(10)내 해수의 온도를 측정하는 온도센서(252)와, 상기 우회유로(251) 내부에 위치하는 방수히터(253)와, 상기 우회유로(251)의 외측에 설치되어 상기 온도센서(252)로부터 실시간으로 입력받아 설정온도 구간에 해당하는 경우에 일정 시간동안 상기 방수히터(253)에 전원을 공급하여 발열시키는 제어부(254)와, 상기 방수히터(253)에 부착되어 상기 방수히터(253)가 발열할 경우 표피가 녹으면서 내부에 수용된 컬러 지시액을 우회유로(251) 내부로 방출시키는 튜브(255)를 구비할 수 있다.
사용한 튜브(255)의 교체 사용이 가능하도록 상기 우회유로(251)는 개폐가 가능한 구조로 이루어진다.
상기 설정온도 구간은 어류 사육에 적합한 정상 온도구간을 벗어난 비정상 온도구간을 의미하며, 상기 컬러 지시액은 어류에 해를 끼치지 않도록 무독성이어야 한다.
따라서, 사육수조(10)내 해수의 온도가 다양한 이유로 비정상적으로 상승하거나 하강하여 설정온도 구간으로 진입하게 되면, 온도센서(252)를 통해 이를 감지한 상기 제어부(254)가 방수히터(253)를 일정시간 동안 발열시키게 되며, 발열하는 방수히터(253)에 의하여 튜브(255)의 표피나 녹아 손상되면서 내부에 수용된 컬러 지시액이 우회유로(251) 내부로 방출되게 된다.
그리고, 튜브(255)로부터 방출된 컬러 지시액은 해수유입관(131)을 통해 탈기장치를 거쳐 사육수조(10) 내부로 유입되어 사육수조(10)내 해수의 색깔을 변화시킨다.
이와 같이, 상기 수온 경고장치(250)는 사육수조(10)의 해수 색깔을 변화시키는 방식으로 사육수조(10)의 수온이 비정상임을 경고하게 되므로 관리자가 사육수조(10)내 해수 색깔이 변화된 것을 원거리에서도 쉽게 파악할 수 있게 되며, 이를 통해 신속한 후속조치를 취할 수 있게 된다.
상기 튜브(255)는 착탈 가능하게 설치될 수 있으며, 복수 개가 상기 방수히터에 의하여 용융되도록 설치되도록 하되 각각의 튜브 내부에 서로 다른 컬러 지시액이 수용되도록 하여 온도에 따라 해당 튜브(255)가 녹으면서 각각 다른 지시액이 배출되도록 할 수도 있다.
이상, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 설명하였지만, 이하의 청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양하게 개조 및 변화될 수 있으며, 이 또한 본 발명의 범위에 포함되어야 한다.
100,100a...저환수 하이브리드형 유수식 양식 시스템
110...취수장치 120...배수장치
130...탈기장치 140...취수필터
150...살균장치 160...열교환기
170...히트펌프 180...지하수 전용 열교환기
190...배수필터 200...산소용해장치
210...고형물 제거관 220...배출박스
230...부유물질 배출관 240...배출수 이동관

Claims (5)

  1. 적어도 하나 이상의 사육수조와, 상기 사육수조로 해수를 공급하여 환수시키는 취수장치와, 환수량 만큼 사육수조내 해수를 배출시키는 배수장치와, 각 사육수조에 설치되어 사육수조내 해수에 포함된 이산화탄소의 용존양을 낮추어 주는 탈기장치를 포함하며;
    상기 취수장치는 어류 양성기간 중 입식 어류 성장속도에 따라 요구되는 사육수조 면적과 일일 총 최대 어체중과 사료 급이량과 일일 급이 횟수를 기반으로 일별 최소 환수량을 산출하여 환수를 진행하며,
    상기 탈기장치는 어류 양성기간 중 요구되는 일일 총 최대 어체중과 사료 급이량을 기반으로 산출되는 탈기 순환수량을 제어하며,
    상기 탈기 순환수량은 각 사육수조내 일일 총 최대 어체중값 x 어종별 평균어류의 크기에 따른 급이율 x 산소소비량 전환율 x 산소 소모량에 따른 이산화탄소 변환상수 x 탈기장치의 효율 ÷ 사육수조내 허용 이산화탄소 농도의 식으로 산출되는 저환수 하이브리드형 유수식 양식 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 일별 최소환수량은
    일일 총 최대 어체중 x 평균 어류의 크기에 따른 급이율 x 평균 사료 단백질 함량 x TAN 전환 지수 ÷ 수조내 허용 TAN 농도의 식으로 산출되는 저환수 하이브리드형 유수식 양식 시스템.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 사육수조로 유입되는 취수에 포함된 부유물질을 침전 및 여과를 통해 제거하는 취수필터를 더 포함하는,
    저환수 하이브리드형 유수식 양식 시스템.
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