KR20020070025A - 육상수조식 어류양식 순환여과 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 육상수조식 양식어장에 순환되는 용수의 정화에 의해 재이용하는 방법에 있어, 그 목적이 전체사육용수로 사용되는 종전의 방대한 량의 보충수의 급수량을 감소시켜, 첫째로 대형펌프의 동력비가 채산성을 압박하는 일에서 벗어나게하고, 동시에 이 대량의 급수는 동절기의 극히 낮은 수온인 관계로 어류성장에 지장을 받으므로 이들을 적정한 수온을 유지하기위한 막대한 소비연료 또한 과부담이 되어있는 폐단을 감안, 순환여과정수 시스템의 본래의 목적인 폐쇠형(무환수 ·無換水)실시이니 만치 최소량의 보충수 급수를 실현시키기 위한 시스템개발로 양식어류생산의 코스트를 최대한으로 줄이려하는 수단에 관한것이다.

Description

육상수조식 어류양식 순환여과 시스템{omitted}

순환여과정수 시스템에 관한 검토와 개발은 해양수산부를 비롯 각 해양연구기관 양식업 종사자들에 의해 이미 10수년전부터 연구대상이 되고 있으며, 일본의 경우에서는 1986년부터 미생물에 의한 정화수단이 주로 채택되어 일부 실용에 적용되고 있으나, (기요노(淸野通康)씨 「양식」養殖.지 34.1977) 이 기술의 완성단계는 아직 이루지 못하고 계속 연구개발 도중에 있는 것으로 알고 있다.

이 순환정수 시스템의 관건은, 한마디로 밀집된 어류군(群)에서 생기는 배설물과 잔이(殘餌)분등인 오탁물을 어떻게 신속히 완전에 가깝게 제거해 정화하느냐의 기술로 집약되어 왔으나, 반드시 그런것만이 아닌 것을 발명자는 착안하게 되었다.

그것은 재사용이 거듭될수록 본래의 물이 갖고있는 자연의 활성도와 미네랄의 저하도가 점차로 높아져 끝내는 사용에 부적한 용수가 되는 우려성이 높아진다는 견해에서 이다.

근간 대기오염으로 환경문제가 거론되어 있듯이 어류의 환경은 물인 것이다. 물은 겉보기에 맑게 정수되었어도 물의 소위 기(氣)가 빠져 나가고, 미네랄의 부족상태란 어류성장에 지장을 주는 것은 자명하다. 본발명은 이 재사용되는 물을 다시 활성화 시켜 주는 방법을 주로하여 연구 개발 된 것이다.

순환 여과 정수시스템의 주역은 현재 미생물에 의한 방식이 주류가 되고 있음은 잘 알려져 있다. 일찍이 마스다(增田純雄씨등)가 「회전원판 부착 물막내의 세균에 관한연구」 (하수도 협회지24. 1987)에서, 회전원판에 호기성과 혐기성 세균이 함께 존재하며 각기 그세균의 분포와 존재량을 파악한 보고가 있는데, 현재 이 지견을 근거로 회전원판디스크가 대표적인 정화용 장치로 (실용실안특허 제18452호) 상품화되어 실수요자에게 적지아니 보급 되고 있음을 볼수 있다.

장영철씨는 이것을 이용하여 「반폐쇠식 순환여과시스템에서의 넙치양식」(한국수산학회지.28.1995)의 시험사육 발표문에 이 기기를 도시하고,「생물학적질화공정을 위한설비」라고 설명을 부하고 있음을 볼수 있는데, 이것을 마치 완전 해결된 설비인양 제조업자가 과대하게 평가하여, 실수요자에게 적지 아니 보급되는 계기가 되었으나, 그 성적은 여전히 종전과 다름없는 대량의 보충수가 소요되었고, 그런데도 양식수의 암모니아 농도나 냄새발생은 여전하여 기대하는 성과가 없어 그 보급율이 주춤한 상태에 있는 것으로 안다.

이 암모니아 질산화에는 다량의 산소(공기)가 요한다는 것은 잘 알려지고 있는 사실로, 선지견에 의하면 암모니아성 1mg의 질화에는 4.57mg의 산소가 소비된다고하며, 물의 용존 산소농도(D.O)가 4mg/ℓ이하 에서는 미생물 여과의 실효는 걷을수 없다고 하고 있다.

이러한 다량의 산소가 필요한 여건에, 이 회전원판디스크의 구조가 간홀적으로 회전원판을 대기에 노출시키는 소극적인 수단으로는 소요되는 산소(공기)와의 접촉량에 한계가 드러난 것이라 하겠다.

전임기 박사등이「해수순환여과양식시설의 여과재료별 암모니아 제거능력」(「수산양식」16.1997)에서 "여과재 1㎥당 1일간의 암모니아 제거 능력에 관하여, 살수여과조가 더 많이 공기를 이용할수 있다" (즉 적극적 방법)또 적극적 공기접촉방법의 하나인 포기조(D.O 6-7로 조절)의 경우에 있어서도, 투입된 공기량의 산소분(공기량의 약1/4)의 약2%정도 만이 실제 소비산소로 적용된다.(일본 특허공보 소(昭) 60-3848호, 독일:베르너 부록스) 등의 선지견으로 미루어 보면, 암모니아분의 질산화작용에는 무어니해도 넓은 표면적과 투입된 과량의 공기일수록 그에 정비례 된다는 견해에 이 장치는 미흡된 것으로 보여진다. 따라서 넓은 표면적의 확보가 미생물(질화균)을 효과적으로 부착시키려는 견해에 입각하여 상술한 회전원판의 수를 증가 구성시키거나, 각종 기재(基材: 원석재, 세라믹제, 합성수지 단체섬유상여재등)을 이용한 처리방법이 제공 되어오고 있다. 이들은 모두 여재 1㎡당 150-300g/일의 암모니아태 질소를 질화시킴을 표준으로 하여 실시된 관계로, 그 시설규모가 자연 대형화 되지 않을수 없었다. 요컨대 덩치가 작으면서 표면적이 많고 저렴하고 확실한 성능이 요구되는 기재의 개발이 요망되고 있는 것이다.

최근 물에 관하여 '물의 활성화' 라는 용어가 쓰이게 되었다. 전문가의 지견에 의하면 물은 중성불변의 물질로 오랜동안 알려져 왔으나, 물에도 구조(構造)가 있으며 클르스터(cluster.분자집단) 라하여 n개의 H₂O가 수소결합에 의해 결합된 n(H₂O)를 형성하고 있다고 밝혀 진바있다.(참조 도3 ·4)

그리고 이 클르스터가 잘을(小) 수록 우리 입맛에 좋고 건강에 유익하다는 정평이 서게되자, 일본국내에서는 건강의료방면의 이용을 위시하여, 식품제조 환경개선, 농업.축산 등에 이용성과가 알려지게 되자. 각종 활수기 제조 메이커가 수십여사나 창립되, 판매에 경합하고 있는 것으로 보아 앞으로 이 분야의 적용을 점점 더 넓혀질 전망이다. (워터싸이언스 연구소편「최신물의 과학 강연집」1995) 반대로 이 클르스터가 큰 것은 근간에 수원의 수질악화로 나빠진 수돗물을 비롯. 빗물, 우물물, 하천수등을 최신의 측정기인 MRA(Magnetic Resonance Analyzer. 공명자장 분석기)에 의해 분명하게 밝혀지고 있다. 특히, 일단 사용이 끝난 산업폐수의 경우 오염도가 심할수록 그 크기가 커져 있다는 보고이고 보면 주목하지 않을 수 없다.

이것은 양식순환수의 조업에 있어 장기간 재사용으로 인해 응당 클르스터가 크게 변이된다는 것을 예측되기에 충분한 자료이다.

즉, 천연의 물이 갖는 활성도가 있는 보충수가 다량으로 필요해지는 근본 연유가 이것으로 지목되는 것이다. 이러한 클르스터에 관한(활성도) 측정을 거론한 지견은 찾아 볼수 없다. 본발명은 이에 관하여 예의 검토하게 된 것이다.

물의 활성화에는 여러 가지 방법이 제공되고 있다. 즉 본발명에서 실시코저 하는 자석에 의한 자장(磁場)이용, 이외에 전자장, 전기분해, 초음파진동. 또는 각종 천연광물질(맥반석.터르멀린 등)을 이용하는등을 들수 있는데, 이들은 모두 설치비가 고가이며, 또 유지관리비가 소요된다.

자장에너지에 의해 물분자의 해리(분해)가 촉진되어 클르스터가 극히 잘아(약1/10)진다는 보고가 있다. (에모도 江本勝「파동과 물과 생명」1995) 그리고 이 효과는 천연의 유명약수와 같은 클르스터상태이며, 맛있는 활성수가 되어 몸에 흡수되기 쉽고 신진대사를 활발하게 해주어 인간의 자연치유력을 향상시켜 준다고 한다.

이 자장에너지에 의한 산업적 이용은 이미 약30여년전에 수처리, 또는 연료개질(연료절감, 매진감소)을 기도한 적지 않은 기술제공이 공개되어 일시 붐이 이룬적이 있으나 모두 이렇다할 실효없이 지금은 잊혀진 기술분야에 속해 있다. 기록을 보면 이런 것을 볼 수 있다.

WQA(수질분석기구. Water quality Association Canada)에서 발간된 뉴스지(1989.10)에 카아다(Dqn.D Carda)박사는「수처리장치에 대한 연구보고」에서 자석의 효과를 전적으로 부인하고 이것을 근거로 'WQA무역전시회에 출품금지'를 내린 일마저 있다.

요시무라(吉村克鄕) 씨는 각종연료에 대한 여러시험에서 자계(磁界)의 강도와 효과의 관계를 조사함에 있어 1000-3000Gs 범위내에서 실시하고, 여기에 적정자계와 부적정, 또는 무반응자계가 있음을 알아내고 높은자계가 될 수록 적정자계폭이 넓고, 무,효과폭이 좁아져 점차 소멸된다고 고찰을 발표하고 부언하기를 이런 현상을 몰랐던 것이 불신의 원인이었다고 추측하고 있다.

(「연료 및 연소」51.1984)

이것은 당시의 자석의 소재(素材)가 주로 페라이트(Fe₂O₃)소결(燒結)체로 자계력이 1000-3000Gs 내외였던것이 원인이였다는 것을 잘 말해주고 있다. 히라마(平間登)씨는 순간적인 자기처리를 이루기 위한 기술적배경으로 5000-7000Gs 이상의 고자속(高磁速)밀도에서 처리하는 장치를 제공(일본특허공보.헤이(平)6-49192)하고 있다. 그러나 이것은 자석의 소재가 사마리움코발트로 고작 10800Gs로 자화된 것을 사용하고, 그 내용 역시 매우 복잡하여 실용에 있어 고가에 치우칠 기기일 뿐만아니라 이 방법은 통과되는 물과 직접 접촉되므로 해수를 사용하는 양식장에는 부식관계로 사용될수 없다.

최근 개발된 네오디미움(Neodyminum.Nd 원자 No 60)를 소재로 한 최강의 파워를 갖는 자석은 이 약점을 보완 시켰다. 참고로 종전의 자석과의 비교를 표1에 들었다.

이 표에서 보듯이 네오디미움계의 자석은 일반수처리기에 쓰이고 있는 훼라이트 자석에 비교하여 자석밀도가 약 6배, 최대에너지 적(積)에서는 무려 37배라는 파워를 갖는 슈퍼 마그넥스로 알 수 있다

아울러 이 활성화된 수질은 순환여과 시스템의 중심을 이루고 있는 미생물 처리과정에서, 미생물 서식에 최적의 환경을 제공해 주는 성과를 꼽을수 있다. 남은 문제는 미생물 서식에 최적의 거처를 제공해주는 일로 집약된다.

그것은 미생물에 관한 지견을 살펴보면 알 수 있다. 이를 간략하게 설명하면 다음과 같다.

미생물이라 총칭되는 생물군(群)에는 세포를 만들지 않는 뷔일스로부터 세균, 사상(絲狀)균, 포자(胞子)류에 이르기까지 다양한 것들이며 생물활동등 변화가 무쌍한것이라 한다.

이들은 크게 나누어 호기성균과 혐기성균으로 취급하고 있으며, 이들은 모두「먹이」(영양소)「집」(서식처)「적」(길항拮抗)이라는 세가지 원칙에서 번식하고 있다고 알려져 있다. 이중「먹이」는 배설물 또는 잔이가 해당되며, 집」은 소위 표면적에 관한 공간 그곳에 있는 물, 공기, 물질, 이온등을 의미하고,「적」이란 유사한 생활방법을 갖는 조건에서「먹이」와「집」의 쟁탈로, 미생물의 경우 이 먹이의 쟁탈은 격렬하다 한다. 먹이중 분해되기 쉬운 물질일수록 많은 성장이 빠른 미생물의 번식이 쉽고(호기성), 분해되기 어려운 물질일수록 특수한 능력을 갖는것(혐기성)에 의해 번식된다고 한다.

미생물의 번식은 이 세가지 조건이 합당할수록 장기간 안정을 기할 수 있다는 지견이고 보면 여재의 표면적의 확대나 과분의 공기주입이 크게 크로즈업된다하겠다.

스기우라(衫浦銀治)씨는 숯(木炭)의 표면적은 200-400㎥/g로, 석탄이나 코오크스 또는 광물질(맥반석등)의 평균 20㎡/g와는 비교가 안되는 넓은 표면적을 갖고 있다고 발표하고 있다.(炭革命 1999)씨는 실재로 폭 2m 정도의 개울에 약 950인분의 생활폐수가 흐르는 물에 120kg드리 숯망태 12개를 매몰해준것뿐으로, 1개월후에는 미생물의 활동으로 악취가 머지고, 3개월부터는 물고기가 살게 되었다고 보고하고 있다. 그리고 그 수명은 2개년이 경과되었는데 숯의 감량이 좀 있었을 뿐 건재(健在)하였다는 실험성과도 간략하게 요점만을 적고 있음을 볼 수 있다.

이를 보면 숯이 정화능력이 뛰어나다는 실증으로, 서울시 수도당국이 일간지(조선일보 2000.09.26.자 11페이지)에 숯으로 정화한 물로 안심하고 먹을 수 있는 내용의 광고를 국민에게 알리고 있다. 발명자는 순환여과 정수시스템의 여과조에 이를 충진하여 예상대로 그 능력이 뛰어남을 확인 할수 있었다. 물론 이 실시에 있어서는 발명자가 선출원한 실용신안특허 (제 0166750호) 선출원한 제(10-2000-0068646) 및 제(10-2000-0087663)와 공기취입기의 병용 및 전기 네오디미움 초강력 자석장을 통과시킨 활성수를 사용한 결과인 것이다.

제 1 도 순환여과시스템 후로우

제 2 도 미생물여과조 상세 개요도

제 3 도 수분자 구조도(이메이지도)

제 4 도 수분자의 수소결합도

제 5 도 클르스터 개념도

[부호]

1. 사육조

2. 오탁물 1차 분리장치

3. 펌프장

4. 포말분리기

5. 미생물 여과수조(1.2.3.) 복수

6. 세라믹 미네랄 하우징

7. 자외선(u.v) 소독조

8. 가온조

9. 공기(직주입)

10. 최종 배수 침전조

11. 방해판

12. 참숯충진상(하부)

13. 참숯충진상(상부)

14. 오버 후로우관

15. 오버 후로우 분배관

16. 모-터

17. 펌프

18. 슈퍼 마그네스

19. 공기흡입공

20. 공기취입기

21. 펌프색숀

이하 본 발명의 요지를 그림을 참조하여 실시예를 들어 설명하겠다.

도1은 도시된바와 같이 순환여과 시스템의 전체의 후로우드로써 다수의 양식수조(1. 도면에는 2개)에서 오탁물질을 분리제거하는 기기(2)(4)는 공지된 방법으로 이행되고 본 발명의 미생물 여과정수조(복수5-1, 5-2, 5-3.)에서 처리된 후 공지의 방법인 세라믹스, 또는 맥반석, 조개껍질등의 미네랄 하우징을 반드시 거치게해 순환수의 미네랄분을 보충케하고, 주로(A)에서 들어오는 보충수의 소독을 위해 자외선소독조(7) 및 가온조(8) 공정을 거처 사육조(1)에 순환되게 한 경로로 구성하여 실시하였다. 도2는 본 발명을 실시하기 위한 미생물여과정수조(5)로 먼저 사육조 규모 20t (직경8m. 19평형)1기의 순환수를 대상으로 하였다. 이에 관한 순환수전체량은 현행1일 5회 정도로 약 100㎥이고, 보충수는 1/10인 2㎥ 주입실시 하고, 있음을 기준으로 하였다. 미생물여과 정수조(5)의 규모는 길이 3.3m, 폭 3.5m, 깊이3.5m(수심 3.2m) 약 40㎥의 용적을 3개 병열시켜 대충 100㎥의 사육수 24시간 체류처리 되도록 하였다.

내부에 충진된 참숯(반드시 참나무의 백탄)의 량은, 혐기성세균을 대상으로 한 하층상(12)에는 500mm두께로 약 4kg을 충진(표면적300X4000=120만㎡)하고, 호기성세균을 대상으로한 상충상(13)에는 300mm 두께로 약 2.5kg을 충진(표면적 300 X 2500=75만㎡)하여, 이러한 표면적을 갖는 3개조내의 충진으로 미생물 서식에 충분한 공간을 제공해 주게 했다.

하층상(12)의 수심을 대략1.1m로 보면 12.7㎥의 용적으로, 이에 25mm 구경 펌프(3)으로 분당 0.07ℓ로 주입조정하면 181분(약3시간)의 체류 유속이 유지되게 되 혐기성균의 번식에 적합한 환경이 된다.

이와 동일한 유속으로 상부층(13)을 순환수가 통과되는데, 이곳에는 50mm구경을 갖는 공기취입기(20)의 에너지원인 펌프(17)의 성능이 시간당 20㎥ 공기를 수중에 확산시키므로, 체류시간을 약 5시간으로 예상하면, 이 시간동안 주입되는 공기량은 무려 100㎥라는 막대한향이 된다. 이것은 미생물 서식은 물론, 수중의 용존된 탄소, 암모니아분 질화 과정에서 나오는 질소가스의 배출작용에도 충분한 량이 된다. 또한 본 발명의 특이점의 하나인 슈퍼마그넥스(18)를 펌프(17)의 흡입관에 부설하여 통과되는 사육수는 순간적으로 클로스터가 작아져 각종 미네랄체에 침투력이 강해 풍부한 미네랄수를 얻게 하고, 단지 미생물 서식에 유효할뿐 아니라, 3개의 미생물 여과정수조(5)에서의 반복되는 활성수 생산 작용은 결과적으로 사육조(1) 전체의 수질향상이 되는 관계로 사육성장에 크게 공헌되게 하였다

이상과 같은 구성으로 한 본 발명의 핵심이 되는 자석 그 자체의 작용은 극히 단순하다. 물이 자장을 통과할뿐 아무것도 없으며 단지 물리적 변화가 일어나는 작용뿐이다. 이 이론을 전문적인 선지견에서 간략하게 설명하면 다음과 같다.

물 분자는 104.5 °각도로 수소분자와 산소분자가 결합되고 있다.(도 3. 4참조) 이 물이 강력한 자장을 통과할 때 104.5 °에서 95 ° 또는 190 °로 격열한 스핑운동이 일어나고 원래각도인 104.5 °로 되돌아 오려는 순간에 여러형태의 각도 변화작용이 반복되 물의 클르스터가 잘게 세분되 물의 활성화가 촉진된다고 되어 있다.

이상과 같은 조건하에 20㎥수조 1기를 대상으로 실시함에 앞서, 먼저 충진된 참숯에 각종 미생물균의 정착을 위해 약100일간의 예비가동을 실시한후, 250g의 넙치 4000마리의 양식에 보충수를 종전의 절반인 1일 1톤으로 실시한바, 2개월만에 320g체중(3972)마리 3개월만에 420g체중(3957)마리를 종전에 보지 못한 폐사율로사육에 성공하였다.

그런데 최근에 개발된 네오디미움 초강력 자석은 이 작용이 종전의 자석인식을 쇄신한 효과에 새로운 이용분야가 전개되고 있는 것이다. 또 이방법은 이송되는 순환용수 파이프외벽에 부착만하면 실현시킬 수 있는 극히 간편한 조작이 큰 장점이라 하겠다. 그리고 이 자석의 수명은 종전자석에 비교될수 없는 반영구적인 강력한 파워를 발휘 하는데 특징이 있다. 이렇게 활성화된 물은 공기취입기(11)의 장점인 소비전력에 비해 엄청난 공기량의 수중취입이 가능한 관계로 활성화된 포말로 인해 미생물 정수여과 효과만 상승시킬뿐만 아니라. 전체용수의 활성도가 상승되어 장기 사용에는 수질악화를 방지할뿐더러 여과수조에 장입된 참숯이 갖는 정화능력도 병행되어 상승된 효과를 발휘하게 되는 것이다.

Claims (1)

1. 육상수조식 어류양식 용수를 정화하여 순환사용함에 있어, 먼저 오탁물질을 분리 제거한 용수를 미생물 여과과정에 있어 순화수파이프 외벽에 네오디미움을 소재로한 초강력 자석을 사용하여 물의 클르스터를 확실하게 미세화 활성수로 만듬과 동시 본문에 열거한 공기취입기 이용 다량의 공기로 미생물증식과 해수중의 용존 탄산가스 및 질화가스를 대기중에 방산시키고, 활성화된 용수를 양식수조에 연속적으로 순환케하므로 보충수를 극소화시킨 일련의 순환여과정화 시스템.