KR20070036407A

KR20070036407A - 순환여과양식시스템 및 새우 사육수 순환여과방법

Info

Publication number: KR20070036407A
Application number: KR1020050091397A
Authority: KR
Inventors: 장인권; 임현정; 이진호; 정석균; 한현섭
Original assignee: 대한민국(관리부서:국립수산과학원); 정석균
Priority date: 2005-09-29
Filing date: 2005-09-29
Publication date: 2007-04-03
Also published as: KR100706273B1

Abstract

본 발명은 순환여과양식시스템에 관한 것으로써, 특히, 생물여과조 내부 하측에 배치되며, 공기공급장치에 연결되어 수중에 공기를 공급하는 폭기관을 포함하여, 시스템을 이루는 구성요소가 단순해져 여과시스템이 차지하게 되는 공간이 최소화되며, 생물여과효율을 높인 순환여과양식시스템에 관한 것이다.

사육조, 침전조, 포말분리장치, 생물여과조, 탈질조

Description

순환여과양식시스템 및 순환여과방법{recirculating culture system and filtering method of recirculating}

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 순한여과약식시스템 간략도.

도 2는 도 1의 침전조와 다단계 생물여과조 간략도.

도 3은 도 1의 침전조와 다단계 생물여과조 간략 평면도.

도 4는 도 1의 생물여과조 간략 측면도.

도 5는 도 1의 폭기관의 평면도.

도6은 도1의 탈질조의 간략 측면도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

110, 120 : 사육수조 111, 121 : 격막

210 : 침전조 211 : 순환모터

220 : 포말분리장치 230a, 230b, 230c : 생물여과조

231 : 여과재 232 : 에어블로와

233 : 여과망 234 : 폭기관

235 : 기공 236 : 에어관

237 : 지지대 238 : 여과수조

240 : 탈질조 310, 320, 330, 340 : 사육수배출관

351 : 포말분리입수관 352 : 포만분리배수관

353, 354 : 연결관 355 : 생물여과배출관

360 : 여과수배출관 410, 431,432,433,440 : 밸브

450 : 배수관

새우양식은 전국 500여개의 축제식 양식장에서 연간 3천톤을 생산하는 서해안의 주요 양식산업품종이지만 최근 바이러스질병 발생으로 해마다 50% 이상의 양식장이 대량폐사 피해를 입고 있으며 현재의 축제식 양식기술은 바이러스 감염의 근본적인 차단이 불가능하다.

기존의 축제식 새우양식은 계절관계상 연간 1회 양식(5월~10월 양성, 0.3kg/m2 생산)이 가능하며 생산성이 낮고 항상 바이러스에 의한 대량폐사 위험에 노출되어 있는 문제점이 있다.

현재까지 순환여과방식을 이용한 양식품종은 주로 어류에 집중되어 왔으며 새우류에서는 아직 성공적으로 상품생산이 이루어진 바 없다. 기존의 어류양식용 순환여과 시설은 대부분 trickling filter, fludized bed filter, submerged filter 등의 생물여과장치와 microscreen, centrifuge 방식의 기계적인 장치 등을 사용하는 방식으로 과다한 시설투자비가 요구되며 여과면적 대비 양식면적의 비율이 10~30% 점유하여 상대적으로 넓은 사육면적을 필요로 하는 새우양식에는 적절치 않다.

기존 생물여과방식 중 침지형의 유동상 여과방식의 경우, 여과재(biofilm)와 사육수와의 비효율적인 교반과 여과재가 한 곳으로 몰리는 현상으로 인하여 여과재 표면과 유기물 접촉효율이 떨어지며 사육조 내에서의 공기(산소)의 공급과 분산이 불균등하게 이루어지기 때문에 산소부족 현상과 질산화효율성이 저하되는 문제점이 있다.

또한 기존의 순환여과방식은 노폐물의 제거를 위하여 5% 내외의 사육수를 배출시키며 복잡한 기계장치와 사육수 이동을 위한 모터 등의 사용으로 운영과 관리가 어려운 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 생물여과조 내부 하측에 배치되며, 공기공급장치에 연결되어 수중에 공기를 공급하는 폭기관을 포함하여, 시스템을 이루는 구성요소가 단순해져 여과시스템이 차지하게 되는 공간이 최소화되며, 생물여과효율을 높인 순환여과양식시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 순환여과양식시스템은 사육수조와, 상기 사육수조의 사육수를 유입시켜 여과한 후 여과수를 상기 사육수조에 공급하는 생물여과조와, 공기공급장치와, 상기 생물여과조 내부 하측에 배치되며, 상기 공기공급장치에 연결되어 수중에 공기를 공급하는 폭기관을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이 구성에 의하면, 시스템을 이루는 구성요소가 단순해져 여과시스템이 차지하게 되는 공간이 최소화되며, 생물여과효율을 높일 수 있다.

상기 생물여과조는 적어도 두개이상 구비되되, 각각의 생물여과조를 연결하는 연결관의 높이는 상류에 배치된 생물여과조의 수면높이보다 낮게 형성되어, 사육수가 자연적으로 하류로 흐를 수 있도록 하여 수중모터 등이 불필요하게 되므로 그 구조가 단순해지는 이점이 있다.

상기 사육수조와 상기 생물여과조 상류 사이에는 침전조가 배치되고, 상기 침전조와 상기 생물여과조 사이에는 포말분리기가 배치되며, 상기 생물여과조 하류와 상기 사육수조 사이에는 탈질조가 배치되어, 다기능 고효율 생물여과장치를 집적함으로써 생물사육면적 대비 생물여과장치가 차지하는 면적의 비율을 낮춰 공간활용률을 높일 수 있으며 시설비도 저렴해지는 이점이 있다.

본 발명의 순환여과방법은 사육수조의 사육수를 침전조를 통과시키는 침전단계와, 침전여과된 사육수를 포말분리장치를 통과시키는 포말분리단계와, 포말분리된 사육수를 폭기된 생물여과조를 통과시키는 생물여과단계와, 생물여과된 사육수를 탈질조를 통과시키는 탈질단계와, 탈질된 사육수를 상기 사육수조로 보내는 단 계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 일실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

참고적으로, 이하에서 설명될 본 발명의 구성들 중 종래기술과 동일한 구성에 대해서는 전술한 종래기술을 참조하기로 하고 별도의 상세한 설명은 생략한다.

후술할 본 발명의 실시예에서는 순환여과양식시스템에 새우를 양식한 것을 예로들어 설명할 것이나, 본 발명은 이에 국한되지 않고 다양한 어류 및 갑각류를 포함한 생물이 양식될 수 있음을 미리 밝혀둔다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 순환여과양식시스템 간략도이며, 도 2는 도 1의 침전조와 다단계 생물여과조 간략도이고, 도 3은 도 1의 침전조와 다단계 생물여과조 간략 평면도이다. 또한, 도 4는 도 1의 생물여과조 간략 측면도이며, 도 5는 도 1의 폭기관의 평면도이고, 도6은 도1의 탈질조의 간략 측면도이다.

도 1 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 순환여과양식시스템은, 사육수조(110, 120)와, 상기 사육수조(110, 120)의 사육수를 유입시켜 여과한 후 여과수를 상기 사육수조(110, 120)에 공급하는 생물여과조(230a, 230b, 230c)와, 공기공급장치인 에어블로와(232)와, 생물여과조(230a, 230b, 230c) 내부 하측에 배치되며, 상기 에어블로와(232)에 연결되어 상기 생물여과조(230a, 230b, 230c) 수중에 공기를 공급하는 폭기관(234)을 포함하여 이루어진다.

사육수조(110,120)는 사육수조(110,120) 전체길이의 4/5정도의 길이를 갖는 격막(111,121)이 중앙에 설치되어 있다.

또한, 사육수조(110,120)는 크기가 다른 사육수조를 두개 구비하여, 두개의 사육수조를 나란히 놓고 그 길이차이로 인해 형성된 공간에(즉, 작은 사육수조(120)의 옆) 여과장치를 배치함으로써, 공간효율을 극대화 시킬 수 있다.

특히, 사육수조(110,120)에 새우를 양식할 경우, 새우의 회유습성을 고려하여 사육수의 회전이 가능한 레이스웨이(raceway)형 구조로 하는 것이 바람직하다.

이러한 레이스웨이형 구조는 한국특허공개공보 제2002-0092895호에 제시되어 있으므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.

사육수조(110, 120)의 재질은 콘크리트나 HDPE(high density polyethylene)가 적합하며 새우가 성장함에 따라 수조의 상부 가장자리를 따라 그물망을 설치하여 새우의 탈출을 방지하는 것이 바람직하다.

사육수조(110,120)의 바닥에는 격막(111, 121)의 양측에 오도록 직경 15cm의 배수구가 있으며, 상기 배수구에는 사육수배출관(310,320,330,340)에 연결되고, 사육수배출관(310,320,330,340)은 침전조(210)로 연결된다.

침전조(210)는 사육수조(110)에 연결되어 고형물의 1차적인 제거 기능을 할 수 있도록 저면에 중앙으로 경사가 있으며 바닥으로 침전된 노폐물은 하부의 배수관(450)을 통해 배출된다.

침전조(210)의 유출구는 상부에 형성되어 있으며, 이는 포말분리장치(220)로 연결된다.

한편, 침전조(210)의 재질은 콘크리트 혹은 PVC로 이루어질 수 있다.

포말분리장치(220)는 침전조(210)와 생물여과조(230a, 230b, 230c)의 중간에 설치되며 미세 유기물을 제거하는 기능을 한다.

이러한 포말분리장치는 한국특허공개공보 제2003-0023794호에 제시되어 있으므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.

침전조(210)와 포말분리장치(220)를 연결하는 포말분리입수관(351)에는 1HP의 순환모터(211)와 벤츄리(미도시)를 설치하였으며 포말분리배수관(352)은 1번 생물여과조(230a)의 하부로 연결된다.

생물여과조(230a, 230b, 230c)는 여과수조(238), 여과수조(238)의 내부에 배치된 폭기관(234), 폭기관(234) 상부에 배치된 여과재(231)를 포함하여 이루어진다.

나아가, 폭기관(232) 하부에는 여과망(233)을 배치하여, 사육수에 포함된 고형물이 빠져 내려갈 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

이와 같이 여과망(233)을 빠져나온 고형물은 여과수조(238) 바닥에 침전되고, 배수관(450)을 통하여 주기적으로 배출된다.

공기공급장치는 에어블로와(232)로 구비될 수 있으며, 외부의 공기를 폭기관(234)으로 공급하는 역할을 한다.

폭기관(234)은 에어블로와(232)와 에어관(236)을 통해 연결되며, 각각의 생물여과조(230a, 230b, 230c) 내측 하부에 배치되어 기공(235)을 통해 고압공기를 분출시켜 여과재(231)를 교반시킨다.

또한, 폭기관(234)은 고리형상의 원형으로 형성되어 동심원상에 다수개 배치 되며, 다수개의 폭기관(234)을 지지하는 지지대(237)가 +자 형상으로 연결되어 있다.

폭기관(234) 하면에는 여과망(233)을 부착하여 폭기관(234) 상부에 배치되는 여과재(231)가 빠지지 않도록 하는 것이 바람직하다.

생물여과조(230a, 230b, 230c)는 다수개 구비될 수 있으며, 여기서 각각의 생물여과조를 연결하는 연결관(353,354,355)의 높이는 상류에 배치된 생물여과조의 수면높이보다 낮게 형성된다.

이와 같이, 하류로 향할수록 높이가 점점 낮아지게 각각의 여과수조(238)에 형성된 연결관(353,354,355)으로 인해, 각각의 생물여과조(230a, 230b, 230c)는 단계적인 수위차를 갖게되어 균일하게 사육수가 흐르게 된다.

여과재(biofilter media)(231)는 표면적이 넓은 주름형의 PE 재질로 형성될 수 있으며, 여과수조(238)의 용적비 70% 정도로 채운다.

탈질조(240)는 3번 생물여과조(230c)와 사육수조(110)의 사이에 배치되며, 그 형상과 크기는 생물여과조(230a, 230b, 230c)와 동일하며 상부에 덮개가 설치될 수 있다.

탈질조(240)는 중앙에 관이 설치된 형식으로 구비될 수 있으며, 탈질세균을 통해 사육수에 함유된 질산염을 탈질산화시켜 질소가스를 발생/배출되게 한다.

이러한 탈질조에 대한 설명은 한국등록실용신안 제378576호에 제시되어 있으므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.

탈질조(240)를 통과한 여과수는 여과수배출관(360)을 통해 사육수조(110, 120)로 유입된다.

각각의 여과장치에는 배수구가 형성되어 있으며 상기 배수구는 하나의 배수관(450)으로 연결되며, 각각의 배수구에는 유로를 개폐하는 밸브(410, 431, 432, 433, 440)가 설치될 수 있다.

이로써, 본발명의 사육수는 사육수조(110,120)를 빠져나와, 침전조(210)를 통과하여 고형물을 제거하는 침전단계와, 침전여과된 후 포말분리장치(220)를 통과하여 미세유기물을 제거하는 포말분리단계와, 포말분리된 후 폭기관(234)에 의해 폭기된 생물여과조(230a, 230b, 230c)를 통과하여 생물여과하는 생물여과단계와, 생물여과된 후 탈질조(240)를 통과하여 질소가스를 배출하는 탈질단계와, 탈질된 후 사육수조(110,120)로 다시 유입되어 여과과정을 마치게 된다.

따라서, 순환여과양식시스템은 스크린필터 등의 물리적 여과장치 없이 저층고압공기분사식의 다단계 유동상 생물여과조(230a, 230b, 230c)에서 물리적, 생물적 여과기능을 효율적으로 수행할 수 있다.

또한, 사육수 가온을 위한 기름보일러와 에어블로와 등이 모두 단열 비닐하우스 내에 시설되는 것이 바람직하다.

이하, 전술한 구성을 갖는 본 실시예의 실험과 실험결과를 설명한다.

본 실험은 순환여과시스템을 이용한 새우양식 시험으로써, 강원도 고성군 간성읍 동호리(신흥수산영어조합법인, 대표 정승균)에서, 설계와 시설을 하여 6개월에 걸쳐 1차 시험을 실시하였으며 문제점을 보완하여 5개월에 본 시험을 실시하였다.

모든 시설은 단열처리된 비닐하우스 내에 설치되었으며 사육수 가온을 위해 보일러가 설치되었고, 사육수 여과순서는 사육수조(110,120)→침전조(210)→포말분리장치(220)→다단계 생물여과조(230a, 230b, 230c)→탈질조(240)→사육수조(110,120)의 순으로 배열하였다.

사육수조(110,120)는 2개(총 344㎡)를 연결하였으며 새우의 회유습성을 고려하여 수조 당 4개의 에어리프트를 설치하였다.

- Raceway tank 1 : L29 × W6.5 × H1m (188㎡)

- Raceway tank 2 : L24 × W6.5 × H1m (156㎡)

침전조(210)는 L4m x W4m x H1.2m (16m2) 크기로 사육수조(110,120)와 포말분리장치(220) 사이에 설치하였다.

포말분리장치(220)는 50cm x H200cm. 1HP의 순환모터(211)와 벤츄리를 부착하였으며, 포말분리배수관(352)을 1번 생물여과조(230a)의 내측 하부까지 오도록 배치하여 사육수가 생물여과조(230a)의 하측에서 상측으로 유동되도록 하였다.

다단계 생물여과조(230a, 230b, 230c)는 크기 2.0m x H 2.5m. 여과수조(238), 에어블로와(3HP)(232), 여과망(233), 폭기관(234)으로 구성되는 3개의 세트로 구성하였고, 생물여과재(biofilter media, 1cm, Aquatic Eco-System Inc., Florida, U.S.A.)(231)는 용적비 70%로 채웠다.

탈질조(240)는 생물여과조(230a, 230b, 230c)와 크기가 동일하며 3번 생물여과조(230c)와 사육수조(110,120)의 사이에 설치하였다.

사육수는 염소 소독(염소유효농도 20ppm) 멸균 후 사용하였으며 수심 70cm를 유지하고, 사육수 일일 순환율은 약 500%/day, 사육수 교환율은 증발량과 노폐물 배출수만을 보충, 염분농도는 멸균 해수에 지하수를 첨가하여 28ppt에서 30일간에 걸쳐 단계적으로 8ppt로 저하시켰다.

실험 첫날 체중 0.14g의 대하 바이러스비감염 무병종묘 100,000만 마리를 밀도 407마리/m3(285마리/m2)로 입식하였고, 사료는 대하용 일반사료를 FCR(사료전환효율)을 고려하여 3회/일 공급하였다.

일반수질(수온, DO, pH, 염분)은 일일 조사하고 영양염(암모니아, 아질산)과 알칼리도는 주간 혹은 필요시 조사하였고, 성장률은 주간 1회 10~20마리를 수집하여 체장, 체중 측정하였다.

본 실험은 육상순환여과방식을 이용하여 상품크기의 대하를 생산하였으며 실험 결과는 <표 1>,<표 2>과 같다.

대하 종묘는 입식 한 후 5개월 후에 수확되었다. 수확시 체중은 18.5g, 주간 성장률은 0.9g으로 성장률은 축제식양식장에서와 큰 차이가 없었으며 최종 생존율은 60.5%로 축제식에 비해 20% 높았다.

총수확량은 1,120kg이며 단위생산량은 3.17kg/m2(4.53kg/m3)로서 축제식 양식장의 0.3kg/m2에 비해 10~15배 이상 높게 생산되었으며 연간 2회 생산시 생산량은 20~30배 가능하다.

사육기간 중의 사육수 환수율은 하루 0.4%로서 증발량 및 배수량만을 보충하였다. 전 사육기간 동안 총 암모니아 농도는 0.74ppm(0.1~2.0ppm), 아질산염 농도는 1.22ppm(0~2.2ppm)을 유지하여 새우양식 수질기준을 초과하지 않았다<표 2>. 수온은 평균 27.3℃, DO 5.86ppm, pH는 7.01을 유지하였다. 염분농도는 초기 28ppt에서 30일간에 걸쳐 8ppt까지 점차 저하시켰으며 이후 8～9ppt를 유지하였다.

동일한 순환여과 시험사육시설에서 사육수의 교환 없이 144일간 대하를 사육한 결과, 질소화합물 농도의 심각한 증가 없이 사육수 수질은 매우 양호하게 유지되어 동 시스템의 노폐물 처리와 생물여과능력은 매우 효율적인 것으로 나타났다. 동 시설에서 대하는 축제식 양식의 10배 이상의 밀도로 입식하여 m3당 4.53kg의 상품크기 새우(체중 18.5g)가 생산되어 상업적 새우양식이 가능할 것으로 기대된다. 또한 8ppt의 저염분에서도 정상 성장이 가능하여 내륙지방과 동해안 등 지역에 관계없이 새우의 육상 고밀도양식이 가능하다.

한편, 본 실험은 동해안에서 수행한 것으로서 동해안에서 새우가 양식생산된 최초의 사례이며 남서해안에 제한된 새우양식의 전국 확대 가능성을 확인하였다.

나아가, 이러한 순환식양식시스템은 바이러스에 비감염된 고부가 무병새우의 양식생산이 가능하고, 바이러스 비감염 무병어미새우의 육종과 종보존에 응용할 수 있으며, 어류 등 다른 양식품종의 고밀도 육상양식의 응용 할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당기술분야의 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 순환여과양식시스템에 따르면, 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 공기공급장치에 연결되어 생물여과조 하부에 공기를 공급하는 폭기관 을 포함하여, 저층고압공기분사방식을 적용함으로써 산소부족문제를 해결하고 질산화 효율성을 향상시킬 수 있다. 따라서, 사육수의 유기물 여과효율이 획기적으로 향상되어 사육수의 교환없이 약 5개월간의 양성 후에도 매우 양호한 수질을 유지할 수 있다.

또한, 공기공급장치에서 공급되는 고압공기에 의해 사육수가 자연적으로 순환되게 된다.

둘째, 상기 생물여과조는 적어도 두개이상 구비되되, 각각의 생물여과조를 연결하는 연결관의 높이는 상류에 배치된 생물여과조의 수면높이보다 낮게 형성되어, 사육수가 자연적으로 하류로 흐를 수 있도록 하여 수중모터 등이 불필요하게 되므로 그 구조가 단순해지는 이점이 있다.

셋째, 상기 사육수조와 상기 생물여과조 상류 사이에는 침전조 및 포말분리기가 배치되며, 상기 상기 생물여과조 하류와 상기 사육수조 사이에는 탈질조가 배치되어, 다기능 고효율 생물여과장치를 집적함으로써 생물사육면적 대비 생물여과장치가 차지하는 면적의 비율을 낮춰 공간활용률을 높일 수 있으며 시설비도 저렴해지는 이점이 있다.

Claims

사육수조;

상기 사육수조의 사육수를 유입시켜 여과한 후 여과수를 상기 사육수조에 공급하는 생물여과조;

공기공급장치;

상기 생물여과조 내부 하측에 배치되며, 상기 공기공급장치에 연결되어 수중에 공기를 공급하는 폭기관을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 순환여과양식시스템.
제 1항에 있어서,

상기 생물여과조는 적어도 두개이상 구비되되,

각각의 생물여과조를 연결하는 연결관의 높이는 상류에 배치된 생물여과조의 수면높이보다 낮게 형성된 것을 특징으로 하는 순환여과양식시스템.
제 1항 또는 제2항에 있어서,

상기 사육수조와 상기 생물여과조 상류 사이에는 침전조가 배치되고, 상기 침전조와 상기 생물여과조 사이에는 포말분리기가 배치되며, 상기 생물여과조 하류와 상기 사육수조 사이에는 탈질조가 배치되고, 상기 탈질조와 상기 사육수조는 여과수배출관으로 연결된 것을 특징으로 하는 순환여과양식시스템.
사육수조의 사육수를 침전조를 통과시키는 침전단계;

침전여과된 사육수를 포말분리장치를 통과시키는 포말분리단계;

포말분리된 사육수를 폭기된 생물여과조를 통과시키는 생물여과단계;

생물여과된 사육수를 탈질조를 통과시키는 탈질단계;

탈질된 사육수를 상기 사육수조로 보내는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 순환여과방법.