KR20190095152A - 양식장의 배출수 처리 및 순환여과 시스템 - Google Patents
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Abstract
본원 발명은 수산 양식에서 발생되는 양어 배출수를 배출함에 있어 방류수역 인근 생태계 영향을 최소화할 수 있는 수질 정화와 배출수 일부를 분리막을 이용한 여과처리로 양식 용수의 일부로서 순환, 재이용할 수 있는 양식장의 배출수 처리 및 재이용 시스템에 대한 것이다. 본원 발명에 따르면, 배출수 방류수역의 수생태계 보전, 양식 어류의 서식 환경 개선에 의한 양식 어민의 부가가치 증가 및 배출수의 분리막 여과에 의한 순환 재이용으로 양식 용수의 취수 비용 및 배출수 처리 비용 등을 동시에 줄이는 효과를 동반할 수 있다.
Description
본원 발명은 수산 양식에서 발생되는 양어 배출수를 배출함에 있어 방류수역 인근 생태계 영향을 최소화할 수 있는 수질 정화와 배출수 일부를 분리막을 이용한 여과처리로 양식 용수의 일부로서 순환, 재이용할 수 있는 양식장의 배출수 처리 및 재이용 시스템에 대한 것이다.
보다 구체적으로는 양어 배출수의 어류의 분변과 사료찌꺼기를 포함하는 조대 입자를 제거하는 여과 기능 위주의 양어 배출수 전처리 여과장치; 상기 양어 배출수 전처리 여과장치로부터 공급되는 오염수의 유기물 및 단백질을 제거하는 단백질 스키머; 상기 단백질 스키머로부터 공급되는 양어 배출수 전처리수의 수질을 연속 수질측정 데이터를 근거로 재이용되는 전처리수의 백분율인 X%을 결정하는 전처리수 수질 측정장비; 상기 수질 측정장비에서 결정되는 양어 용수로 재이용하기 위한 전처리수의 양인 X%는 양어 순환용수 유량제어밸브를 통하여 분리막 모듈로 이송하고, 남은 전처리수의 양인 (100-X)%는 살균장치에 의하여 살균되어 양어 배출수 처리수로서 방류하는 양어 배출수 처리시스템; 및 상기 양어 순환용수 유량제어밸브로부터 공급되는 전처리수를 분리막으로 여과하여 양어 순환용수를 생산하는 분리막 모듈을 포함하는 양어 배출수 순환여과 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 양식장의 배출수 처리 및 순환여과 시스템에 대한 것이다.
일반적으로 연안어장의 오염과 노화현상 등에 의하여 연안 수역에서의 양식은 그 생산성이 뚜렷하게 저하되고, 적조 등의 자연재해의 증가에 따른 양식적지를 확보하기 어려워짐에 따라, 육상에 양식시설을 갖춘 육상 수조식 양식장의 사용이 증가하고 있다.
그러나 육상 수조식 양식장은 연안오염의 증가에 따른 사육용수의 안정적인 확보가 어렵고, 오염된 다량의 배출수를 연안으로 방류하여 연안오염을 가중시키는 문제가 있으므로 육상 수조식 양식장에 있어서는 배출수를 효과적으로 처리하여 재순환하여 사용하는 방법의 개발이 매우 절실하다.
이와 같은 종래 양식장의 배출수 처리시설의 문제점을 해결하기 위하여 한국 공개특허공보 제10-1997-68831호에는 생물막여과 및 오존탈질법에 의한 육상 수조식 해산어류 양식시설의 순환여과시스템을 제안하고 있다.
그러나 종래 육상 수조식 양식장의 배출수를 처리하는 시설로는 침전지와 3단계 거름망 혼합시설, 침전지와 경사스크린 혼합시설, 침전지시설, 침전지와 드럼필터시설, 드럼필터시설, 경사스크린시설 등의 처리시설이 사용되고 있지만, 대부분 처리효율이 매우 낮고 유지관리상의 어려움이 있어, 비경제성 및 비효율성으로 인하여 사용이 기피되고 있는 실정이다.
종래 양식장의 배출수 처리시설의 낮은 효율과 유지관리상 어려움은 배출수의 고부하 오염물질 유입으로 인한 필터 및 스크린 시설의 여과재 폐색 문제로 발생하는 유지관리성 저하, 이에 따른 바이패스 량 증가에 의한 배출수 및 처리수 내 고형물, 탁질 유출 등 처리수질 악화로 요약할 수 있다.
상기 원인으로 인한 양식 인근 수계의 오염의 점차적인 증가와 각종 자연재해로 인해 양어 용수 수질의 불안정성이 증가하고 양식에 관련한 운영비가 증가되고 있기 때문에 양식수조 내 양식수의 탁도, 고형물질 농도를 청결하게 관리하는 것이 매우 어려운 것이 사실이다. 이에 따른 양어 배출수 설비의 처리 부하가 가중되어 정화처리 성능이 저하된 가운데 인근 수계로 오염물질이 배출되는 량이 증가하기 때문에 이러한 악순환은 점차 증가될 것이다.
이에 대한 가장 효과적인 개선책으로, 경제성이 동반된 조건 하에서 양식수조 내 양식수를 최대한 깨끗하게 유지시켜 배출되는 양어 배출수의 수질을 양호하게 관리하는 방법이 필요하나, 양식 배출수의 정밀여과급 이상 분획능을 가지는 분리막으로 여과하는 공법은 불용성 고형물을 완벽하게 여과할 수 있으며, 양식 어류의 건강에 악영향을 미칠 수 있는 질병 유발 유해세균을 4log(99.99%) 이상 유해 소독제 사용 없이 여과만으로 제거할 수 있다.
특히, 분리막을 이용한 여과를 이용하면 여과되어 탁도, 부유고형물질 등이 완벽하게 제거된 배출수를 양식용수로 일부(또는 전부)를 순환, 사용할 경우, 기존 양식용수만 사용하는 경우보다 오히려 양식수조 내 양식수의 고형물 및 유기물 등 오염이 개선될 수 있으며, 배출수 오염 부하 역시 감소시킬 수 있다. 이는, 본원 발명 및 종래 배출수 처리 시설에서 공통적으로 사용하고 있는 필터 설비의 오염을 줄이는 효과를 가져오기 때문에 본원 발명의 양식 배출수의 순환 여과에 적용되는 분리막 여과는 양식 배출수 처리 설비의 운영을 보다 용이하게 하는데 간접적인 효과가 있다.
반면에 양식장의 순환여과 기술과 관련한 종래 한국 공개특허공보 제10-1997-68831호를 포함한 대부분의 경우 생물막여과, 침전분리 방식 및 포말분리기 등을 적용하고 있어 이들을 거친 순환여과수는 양식 용수 수질에 비해 불용성 고형물 및 질병 유발 유해세균 등 항목에서 양호하지 못해 순환여과수 사용에 의한 양식수조 내 양식수 정화 효과를 기대할 수 없다.
반면에 본원 특허에서 제안하고자 하는 양어 배출수 일부를 탁질, 고형물질 및 유해세균 등 제거 측면에서 완벽한 제거 성능을 가지는 정밀여과급 분리막으로 여과한 분리막 처리수를 다시 양어 용수로 활용하는 순환여과 방식은 양식에 투입되는 생산비용 중 대부분을 차지하는 양어 용수 취수 비용을 크게 절감시킬 수 있다. 또한, 양식수조 내 양식수의 청결도를 향상시킬 수 있기 때문에 양식 상품의 수율과 부가가치를 상승시키는 효과로 기존 기술과 대비하여 양식 경제성 측면에서 악화되지 않는다.
한편, 분리막을 이용한 배출수 재이용 처리수를 순환함에 있어서 분리막은 용존물질을 여과/분리할 수 있는 기능이 없으므로 양식 어류의 생육에 영향을 미치는 용존 이산화탄소, 암모니아, 아질산이온 등을 제거할 수 없다. 따라서 분리막으로 여과돤 배출수를 양식 용수로 순환 사용할 경우 순환량 증가에 따라 양식 수조 내 상기 용존 이산화탄소, 암모니아, 아질산이온 등 농도가 증가되어 양식에 문제를 초래하게 되므로 순환량을 무조건 증가시킬 수는 없는 문제점도 존재한다.
상기 문제의 발생을 차단시키기 위해 배출수 분리막 처리수의 순환량을 면밀하게 관리/제어하는 기술이 필요하고, 특히 해당 지식의 비전문인도 운영이 쉽게 가능할 수 있도록 단순화하는 방법이 요구되고 있다.
본원 발명은 상기 문제점들을 해결하기 위해 개발된 것으로, 양어 배출수 처리를 위해 배출수 처리량 일부(또는 전부)를 양어원수 수질 이상으로 정화처리 가능한 재이용 시스템을 거쳐 생산된 재이용수가 기존 양어원수와 혼합되어 사용함으로써 양어원수만 양식용수로 사용하는 경우에 비해 순환률을 감소시킬 수 있는 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본원 발명은 양어배출수를 방류수역의 생태계 보호 목적으로 정화처리에 대부분 한정하는 기존 기술에 비해 경제성이 감안된 범위 내에서 양어배출수의 처리와 양어배출수 양식 어류의 건강한 생육 환경을 고려한, 배출수 전처리수의 수질 모니터링 자료의 해석으로 양식배출수 일부를 양어원수로 순환, 재이용하는 양식폐수 정화방법을 제공하고자 한다.
또한, 본원 발명에서는 취수비용 절감과 함께 배출 폐수량을 감소시킬 수 있어 시스템의 경제성을 향상시킬 수 있는 시스템을 제공하고자 한다.
본원 발명에서는 상기 과제를 해결하기 위하여 양어 배출수의 어류의 분변과 사료찌꺼기를 포함하는 조대 입자를 제거하는 여과 기능 위주의 양어 배출수 전처리 여과장치(5); 상기 양어 배출수 전처리 여과장치로부터 공급되는 오염수의 유기물 및 단백질을 제거하는 단백질 스키머(6); 상기 단백질 스키머로부터 공급되는 양어 배출수 전처리수의 수질을 연속 수질측정 데이터를 근거로 재이용되는 전처리수의 백분율인 X%을 결정하는 전처리수 수질 측정장비(9); 상기 수질 측정장비에서 결정되는 양어 용수로 재이용하기 위한 전처리수의 양인 X%는 양어 순환용수 유량제어밸브(12)를 통하여 분리막 모듈(13)로 이송하고, 남은 전처리수의 양인 (100-X)%는 살균장치에 의하여 살균되어 양어 배출수 처리수로서 방류하는 양어 배출수 처리시스템; 및 상기 양어 순환용수 유량제어밸브로부터 공급되는 전처리수를 분리막으로 여과하여 양어 순환용수를 생산하는 분리막 모듈을 포함하는 양어 배출수 순환여과 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 양식장의 배출수 처리 및 순환여과 시스템을 제공한다.
본원 발명에 따르면 배출수 방류수역의 수생태계 보전, 양식 어류의 서식 환경 개선에 의한 양식 어민의 부가가치 증가 및 배출수의 분리막 여과에 의한 순환 재이용으로 양식 용수의 취수 비용 및 배출수 처리 비용 등을 동시에 줄이는 효과를 동반할 수 있다.
본원 발명에 따르면 양어배출수 처리를 위해 배출수 처리량 일부(또는 전부)를 양어원수 수질 이상으로 정화처리 가능한 재이용 시스템을 거쳐 생산된 재이용수가 기존 양어원수와 혼합되어 사용될 경우 양어원수만 양식용수로 사용하는 경우에 비해 순환률을 감소시킬 수 있으며, 이에 따른 취수비용 절감과 함께 배출 폐수량을 감소시킬 수 있어 시스템의 경제성 향상 효과를 제공할 수 있다.
부가적으로 본원 특허의 제안에 따른 양어 배출수 처리 효율은 기존 기술 대비 양식 수조에서 배출되는 양어 배출수의 탁도, 고형물질 등 수질 양호에 따른 오염부하 감소로 배출수 처리에 일반적으로 적용되는 스크린, 필터 등의 여과설비 성능을 개선시킬 수 있고, 추가로 드럼필터와 UV를 결합하여 살균 능력을 증대시킬 수 있다.
도 1은 본원 발명의 일 구현예에 따른 양식장의 배출수 처리 및 순환여과 시스템을 도식적으로 나타낸 것이다.
이하, 본원 발명에 대해 상세하게 설명하기로 한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본원 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본원 발명에서는 상기 과제를 해결하기 위하여 양어 배출수의 어류의 분변과 사료찌꺼기를 포함하는 조대 입자를 제거하는 여과 기능 위주의 양어 배출수 전처리 여과장치(5); 상기 양어 배출수 전처리 여과장치로부터 공급되는 오염수의 유기물 및 단백질을 제거하는 단백질 스키머(6); 상기 단백질 스키머로부터 공급되는 양어 배출수 전처리수의 수질을 연속 수질측정 데이터를 근거로 재이용되는 전처리수의 백분율인 X%을 결정하는 전처리수 수질 측정장비(9); 상기 수질 측정장비에서 결정되는 양어 용수로 재이용하기 위한 전처리수의 양인 X%는 양어 순환용수 유량제어밸브(12)를 통하여 분리막 모듈(13)로 이송하고, 남은 전처리수의 양인 (100-X)%는 살균장치에 의하여 살균되어 양어 배출수 처리수로서 방류하는 양어 배출수 처리시스템; 및 상기 양어 순환용수 유량제어밸브로부터 공급되는 전처리수를 분리막으로 여과하여 양어 순환용수를 생산하는 분리막 모듈을 포함하는 양어 배출수 순환여과 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 양식장의 배출수 처리 및 순환여과 시스템을 제공한다.
본원 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 양어 배출수 전처리 여과장치는 20 ~ 100 μm 메쉬의 스크린, 모래여과 또는 스트레이너 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
본원 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 분리막 모듈은 이송펌프에 의하여 이송되는 원수가 유입되는 원수 유입배관, 처리수가 이송되는 처리수 배관, 및 농축수가 배출되는 농축배관을 포함하여 구성되는 가압형 중공사 막 모듈이 바람직하다.
본원 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 분리막 모듈은 정밀여과(microfiltration) 또는 한외여과(ultrafiltration) 규격의 중공사형 분리막을 포함할 수 있고, 상기 분리막 모듈에는 유지세정부가 추가로 구비되는 것이 바람직하고, 상기 유지세정부는 약품 원액탱크, 약품 혼화탱크, 약품 원액 이송펌프, 약품 순환펌프를 포함하여 구성되는 것이 더욱 바람직하다.
본원 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 배출수 처리 및 순환여과 시스템은 잔류 염소측정계 및 pH 미터의 연동에 의하여 독성물성 발생 시 양어 순환용수의 공급이 차단되는 안정장치가 더 구비될 수 있다.
본원 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 양어 배출수 전처리 여과장치, 단백질 스키머 및 분리막 모듈의 농축수가 배출되는 농축배관으로부터 배출되는 찌꺼기 함유수는 농축 및 탈수가 가능한 고액분리기로 배출되는 것이 바람직하다.
이하, 본원 발명의 바람직한 실시 예를 본원이 속하는 기술 분야에서 일반적인 지식을 가진 자가 쉽게 실시할 수 있도록 본원의 구현 예 및 실시 예를 상세히 설명한다. 특히 이것에 의해 본원 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한을 받지 않는다. 또한, 본원 발명의 내용은 여러 가지 다른 형태의 장비로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 구현 예 및 실시 예에 한정되지 않는다.
도 1은 본원 발명의 일 구현예에 따른 양식장의 배출수 처리 및 순환여과 시스템을 도식적으로 나타낸 것이다.
본원 발명은 양어 배출수의 어류의 분변과 사료찌꺼기를 포함하는 조대 입자를 제거하는 여과 기능 위주의 양어 배출수 전처리 여과장치(5)와 오염수의 유기물 및 단백질을 일부 제거할 수 있는 단백질 스키머(6)로 구성된 전처리 장치; 상기 전처리수의 기생충성 스쿠티카병, 세균성 에드워드 병, 연쇄구균, 백점충 등 질병 유발 유해세균을 살균하는 살균장치(8)로 구성될 수 있는 양어 배출수 처리 시스템(10)을 포함한다.
또한, 건전하고 건강한 어류 생육의 주요 지표로 사용될 수 있는 양어배출수 전처리수(7)의 연속 수질 측정데이터를 근거로 상기 양어 배출수 처리 시스템(10)의 전처리 장치로부터 배출되는 전처리수의 일부를 양어 용수로 재이용, 순환하기 위한 유량을 제어하는 양어 순환용수 유량제어밸브(12); 양어용수로의 재이용, 순환을 목적으로 상기 유량제어밸브의 개방으로 공급되는 상기 전처리수를 분리막으로 여과하여 처리수를 생산하는 분리막 모듈(13)이 포함하는 것을 특징으로 하는 양어 배출수 처리수를 이용한 양어 배출수 순환여과 시스템(14)을 포함한다.
본원 발명은 수산 양식에서 발생되는 양어 배출수(4)의 정화처리 및 재이용에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배출수 정화 처리는 크게 양어 과정에서 발생되는 어류의 분변과 사료찌꺼기 등 입자성 고형물의 제거로 처리수의 총고형물(TSS), 생물화학적 산소요구량(BOD), 화학적 산소요구량(COD)으로 표현되는 수질오염 물질의 제거와 함께 최종 살균장치로 소독하는 양어 배출수 정화 처리 방법과 배출수 정화처리 시스템에서 진행되는 수처리 과정의 물 일부 또는 전부를 취수, 정밀여과분리막 이상의 분획능을 가지는 막분리 시스템으로 여과, 처리하는 단계와, 용존산소 공급 및 CO2 탈기 장치 및 양식어류에 독성이 높은 용존 암모니아 및 아질산이온 등을 질산이온으로 미생물을 이용하여 전환(질산화)시키는 바이오필터 등 추가 설비 등이 선택적으로 추가될 수 있는 공정 구성을 포함하는 것을 특징으로 하는 양어 배출수 처리수(11)를 이용한 양어 배출수 순환여과 시스템(14)으로 구성된다.
본원 발명의 일 구현예에 따른 양식장의 배출수 처리 및 재이용 시스템에 있어서, 상기 양어 순환용수 유량제어밸브(12)는 양어배출수(4)를 이용한 배출수 처리 시스템 전처리수(7)의 연속 수질 측정데이터의 해석을 근거로 재이용되는 전처리수의 백분율인 X%를 제어하는 것일 수 있다. 이때, X%는 이론적으로 0 ~ 100%까지 광범위하게 해당될 수 있으나, 20 ~ 60% 정도가 일반적인 구현예로 선택될 수 있다.
또한, 상기 배출수의 재이용을 위해 배출수 처리수(11)의 일부인 X%를 분리막 모듈(13)과 기타 설비로 구성된 배출수 재이용 설비로 처리된 물이 반드시 양어용수(1)로 재이용 될 필요는 없다. 경우에 따라 양식용수로 재이용을 원하지 않을 경우 본원 발명의 일 구현예에 따른 양어 배출수 처리 시스템(10) 및 양어 배출수 순환여과 시스템(14)을 거친 처리수 모두는 배출수 처리수(11)로만 적용될 수도 있다.
본원 발명의 일 구현예에 따른 양어 배출수(4)를 이용한 양어 배출수 순환여과 시스템(14)에 있어서, 상기 분리막 모듈(13)은 이송펌프에 의하여 이송되는 원수가 유입되는 원수 유입배관, 처리수가 이송되는 처리수 배관, 및 농축수가 배출되는 농축배관을 포함하여 구성되는 가압형 중공사 막 모듈은 반드시 적용되어야 하며, 기타 설비인 용존산소 공급, CO2 탈기 장치 및 질산화 장치는 해당 양어 배출수 수질과 재이용수 공급량 등의 고려에 따라 선택적으로 조합될 수 있다.
본원 발명의 일 구현예에 따른 양식장의 배출수 처리 및 순환여과 시스템에 있어서, 상기 분리막 모듈(13)은 정밀여과(microfiltration) 또는 한외여과(ultrafiltration) 규격의 중공사형 분리막을 포함할 수 있고, 보다 바람직하게는 정밀여과막일 수 있다.
본원 발명의 일 구현예에 따른 양식장의 배출수 처리 및 순환여과 시스템에 있어서, 상기 분리막 모듈(13)에는 유지세정부가 추가로 구성되고, 상기 유지세정부는 약품 원액탱크, 약품 혼화탱크, 약품 원액 이송펌프, 약품 순환펌프를 포함하여 구성될 수 있다.
본원 발명의 일 구현예에 따른 양식장의 배출수 처리 및 순환여과 시스템에 있어서, 분리막의 세정 시 사용된 세정 약액이 세정 과정에서 청수에 의해 완벽히 세정되지 못할 경우 양식용수의 재이용수로 활용되는 분리막 처리수에 함유되어 양식 어류에 독성이 될 수 있으므로, 이를 위해 상기 양어 배출수 순환여과 시스템(14)은 잔류 염소측정계 및 pH 미터의 연동에 의하여 처리수의 공급이 차단될 수 있는 안정장치가 더 구비되는 것이 바람직하다.
본원 발명의 일 구현예에 따른 본원 발명의 일 구현예에 따른 양식장의 배출수 처리 및 순환여과 시스템에 있어서, 상기 배출수 배출 포트로 배출되는 오염물질을 함유하는 배출수는 농축 및 탈수가 가능한 찌꺼기 함유수 고액분리기(16)로 배출되는 것이 바람직하다.
<실시예 1> 국내 양식 시설에 설치된 배출수 처리 및 재이용 설비 운용
국내 양식 시설에 설치된 배출수 처리 및 재이용 설비의 운영 자료를 바탕으로 구체적인 내용을 설명한다.
양식수조(2)에서 발생한 양어 배출수(4)와 50um 메쉬의 스크린을 거친 양어 배출수 전처리수(7), 배출수 전처리수를 양어 재이용수 사용 목적으로 공칭공경 0.1um의 정밀여과막 분리막 모듈(13)로 여과한 양어 순환용수(15)의 각각 COD, TSS 정화 처리 결과이며, 분석 회수는 1회/일, 총 18회 분석하였다. 또한, 상기 양어 순환용수(15)의 수질 비교를 위해 해수를 모래여과 처리한 양어용수(1)의 COD, TSS를 1회 분석하여 함께 나타내었다.
| 양어배출수 원수 |
배출수 전처리수 [50um 스크린] |
양어재이용수 [분리막] |
양어용수* [모래여과처리수] |
||
| COD | 농도(mg/l) | 3.2～7.3(5.3) | 1.3～2.8(2.2) | 0.9～1.5(1.2) | 1.85 |
| 제거율(%) | - | 56.6～72.3(62.2) | 68.8～82.1(76.8) | ||
| TSS | 농도(mg/l) | 4.4～9.6(6.8) | 0.3～1.1(0.6) | 0～0.2(0.1) | 2.0 |
| 제거율(%) | - | 28.8～87.2(60.4) | 86.7～100(95.6) | ||
*: 1회 분석 결과, ( ) : 산술평균
COD의 경우 데이터가 수집된 기간 동안 양어 배출수(4)는 3.2~7.3mg/l, 평균 5.3mg/l로 유입되어 50um 메쉬의 스크린으로 여과된 양어 배출수 전처리수(7)는 1.3~2.8mg/l, 평균 2.2mg/l의 제거 성능을 보였다. 또한, 양어재이용수 처리 설비인 50um 메쉬 스크린 - 정밀여과 분리막 처리수인 양어 순환용수(15)의 COD는 0.9~1.5mg/l, 평균 1.2mg/l의 수질을 나타내었다. 양어 배출수(4) 농도 대비 COD 제거 효율은 양어 배출수 전처리수(7)는 56.6~72.3%, 평균 62.2%, 양어 순환용수(15)는 68.8~82.1%, 평균 76.8%의 공정 별 COD 제거 성능을 보였다.
TSS의 경우 양어 배출수(4)는 4.4~9.6mg/l, 평균 6.8mg/l로 유입되어 50um 메쉬의 스크린으로 여과된 양어 배출수 전처리수(7)는 0.3~1.1mg/l, 평균 0.6mg/l의 제거 성능을 보였다. 또한, 양어재이용수 처리 설비인 50um 메쉬 스크린 - 정밀여과 분리막 처리수인 양어 순환용수(15)의 TSS는 0~0.2mg/l, 평균 0.1mg/로 분석되었다. 양어배출수(4) 농도 대비 TSS 제거 효율은 양어 배출수 전처리수(7)는 28.8~87.2%, 평균 60.4%, 양어 순환용수(15)는 86.7~100%, 평균 95.6%의 공정 별 TSS 제거 성능을 보였다.
원수 성상에 따라 상이할 수 있으나, 양어 배출수(4)를 50um 메쉬의 스크린으로 여과할 경우, 처리수 TSS는 최대 3mg/l 이하가 가능하고, 정밀여과 분리막 모듈(13)로 여과할 경우 최대 1mg/l 이하가 가능할 것으로 분석 결과를 통해 확인하였다. 또한, COD 제거의 경우 TSS 1mg 제거 당 약 0.3~0.8mg/l 범위의 COD 제거를 주로 고형물 분리, 여과에 의해 예상할 수 있다.
상기 운영 결과에 따르면, 표 1의 양어 배출수 전처리수(7)를 정밀여과 분리막(13)을 거친 양어 순환용수(15)와 해수를 모래여과한 양어용수(1)의 수질 비교 결과 COD, TSS 항목으로만 볼 때, 양어 순환용수(15) 수질이 양호하였고, 특히 TSS는 분리막 여과 효과에 의해 양어용수(1)보다 양어 순환용수(15) 수질이 월등히 양호함을 확인하였다.
<실시예 2> 양어 용수로 재이용하기 위한 전처리수의 양 X%의 제어방법
양어 순환용수(15)량 X%의 결정에 있어 가장 중요한 요소는 양식 어류의 건강한 생육 환경을 위한 양식 수조 내 양식수의 각종 수질 지표 및 관리 농도 범위 설정이다. 이에 대해 많은 국, 내외 관련 문헌에서 보고하고 있으나, 본원 발명에서는 “A Guide to Recirculation Aquaculture(FAO and Eurofish, 2015)”에서 제시한 『순환 시스템에서 적정한 물리/화학적 수질 항목』을 인용하고자 한다.
표 2는 순환 시스템에서 적정한 물리/화학적 수질 항목을 정리한 것이다.
| 항목 | 정상범위 | 위험범위 |
| 용존산소(%) | 70～100 | <40, >250 |
| CO2(mg/l) | 10～15 | >15 |
| NH4 +(mg/l) | 0～2.5 | >2.5 |
| NH3(mg/l) | <0.01 | >0.025 |
| NO2 -(mg/l) | 0～0.5 | >0.5 |
| NO3 -(mg/l) | 100～200 | >300 |
| pH | 6.5～7.5 | <6.2, >8.0 |
| 알칼리도(mmol/l) | 1～5 | <1 |
| P(mg/l) | 1～20 | |
| TSS(mg/l) | 25 | >100 |
| COD(mg/l) | 25～100 | |
| BOD(mg/l) | 5～20 | >20 |
상기 표 2에 제시된 양식 수질 조건에서는 크게 TSS, BOD, COD로 분류되는 고형물 및 유기물 항목과 용존산소, CO2, NH3 등 용존 가스 성분 항목, 그리고 NH4 +, NO2 -, NO3 - 등 용해성 이온 항목으로 구분될 수 있다.
먼저, TSS, BOD, COD 등 고형물 및 유기물 항목의 경우 제시된 생육 조건에 비해 환경부에서 제시된 수산물 양식 시설 배출수 수질기준 내 항목에 비해 대체적으로 낮기 때문에 대부분 양어 배출수(4)를 여과처리만 할 경우 양어용수(1)로의 재이용에 큰 문제가 되지 않을 것으로 보인다. 특히, TSS의 경우 본원 발명의 양어 배출수 처리 시스템10) 운영 자료 중, 양어 배출수 처리 시스템(10) 및 양어 배출수 순환여과 시스템(14)의 공정 별 COD, TSS 처리 결과에서 모래여과 처리된 해수의 양식 용수(1)의 TSS에 비해 정밀여과 분리막 모듈(13)으로 여과된 양어 순환용수(15)의 TSS가 매우 낮은 것이 확인되었고, 이러한 설비로 구성된 재이용수 설비에 의해 생산된 양어 순환용수(15)이 증가될수록 적어도 양식 수조(2) 내 양식수(3)의 TSS 농도는 저하(수질 개선)될 것으로 예측된다.
NH3, NH4 +, NO2 -, NO3 - 등 용존/용해성 질소 함유 물질은 국내 수산물 양식 시설 배출수 수질 기준에 제외되어 있어 양 배출수 처리 시스템 구성에 고려되지는 않는다. 그러나 양식 배출수 처리 시설과 함께 처리수 일부를 양어 원수로 재이용 할 경우, 표 2의 양식 수질 조건 가운데 NH3는 매우 낮은 농도이기 때문에 집중 관리해야 할 필요가 있다. NH3는 NH4 + 와 함께 총 암모니아성 질소(TAN; Total Ammonia Nitrate) 내에 해당되며, 어류 사육 시 부산물로 발생되는 것으로 양식밀도가 높거나, 재이용 순환률이 높으면 비례적으로 높아지기 때문에 암모니아성 질소보다 독성이 낮은 NO3 -(질산이온)로 질산화시키는 설비가 배출수 재이용수 설비에 경우에 따라 사용될 수 있다. 이 질산화 설비는 표 2의 양식 수질 조건 자료로 볼 때, 총 암모니아성 질소 농도가 2.5mg/l 이상일 경우 본원 발명의 양어 배출수 처리 및 재이용 시스템 중 양어 재이용 시스템의 분리막 여과 설비 이전에 적용되는 것이 바람직하며, 배출수 재이용수량 X%를 증가시킬 수 있는 방법일 수 있다.
양어 배출수 처리수(방류)(11) 일부를 양어용수(1)로 재이용하는 전서리수의 양인 X%를 결정하는 유량제어밸브(12)의 개/폐는 양어 배출수 전처리수(7)의 NH3, NH4 +, NO2 - 및 CO2 농도를 측정하여 제어하는 방법이 필요하다. 이들 가운데 본원 특허에 해당되는 사항으로 일반적인 순환여과 양식에서 적용되고 있는 순환여과수량보다 배출수 일부를 재이용하는 순환여과수량이 비교적 적은 경우에 한정하여 제어 방법을 기술하고자 한다.
상기 양어 배출수 전처리수(7)의 수질 항목 가운데 CO2는 순환에 의해 양식수로 재유입되는 량이 적기 때문에 간헐적인 측정 방법으로 관리할 수 있다.
양어 배출수 전처리수(7)의 NO2 - 역시 상기 CO2 항목과 유사한 성격이 있으며, 특히 양어 배출수 순환여과 시스템에서 별도의 질산화 설비를 운영하지 않을 경우 질산화 단계의 중간 산물인 NO2 - 생성이 발생할 가능성이 크지 않기 때문에 간헐적인 측정 방법으로 관리할 수 있다.
그러나, TAN에 해당하는 NH3, NH4 + 은 양식수(3) 내 어류의 분변 등 대사산물로 발생하고 특히 NH3는 매우 낮은 농도에서 독성을 나타내기 때문에 매우 정밀한 연속 측정 장비를 사용하여 짧은 주기의 분석 데이터를 생성해야 한다. NH4 +는 수중 pH와 온도 데이터로 NH3 농도 데이터로 계산 가능하기 때문에 별도의 분석 설비는 요구하지 않는다.
요약하자면, 양어 배출수 처리수(방류)(11) 일부를 양어원수(1)로 재이용하는 량인 X%를 결정하는 양어 순환용수 유량제어밸브(12)의 개/폐에 관계하는 양어 배출수 전처리수(7)의 NH3, NH4 +, NO2 - 및 CO2 중 NO2 -, CO2는 양어 배출수 처리수(방류)(11)의 간헐적인 측정 결과로 양어 순환용수 유량제어밸브(12)를 수동 제어하는 것이 바람직하다.
그러나 NH3는 분해능 0.01mg/l 수준의 연속 자동 측정 장비를 사용하여 양어 배출수 전처리수(7)를 실시간 지속적으로 분석하고, 그 결과로 양어 순환용수 유량제어밸브(12) 개/폐를 자동으로 제어해야 한다.
전술된 양어 순환용수 유량제어밸브(12) 개/폐를 자동 제어에 대해 기술하면 다음과 같다. 양어 순환용수 유량제어밸브(12) 개/폐의 자동 제어는 전적으로 NH3 연속 자동 측정 장비의 데이터 결과에 의해 결정된다. 양어 배출수 전처리수(7)의 NH3 농도 최대 허용치를 상기 표 2의 양식 수질 조건 자료를 고려한 항목 별 위험 농도 범위인 0.025mg/l의 80%를 감안한 0.02mg/l로 설정하고, 만약 양어 배출수 전처리수(7)의 NH3 실시간 연속 측정기 분석 결과가 상기 설정치인 0.02mg/l를 연속 2회 초과할 경우 양어 배출수 전처리수(7)를 재이용수로 취수하기 위한 양어 순환용수 유량제어밸브(12)를 닫아, 양어 순환용수(15)의 NH3 농도를 상시 0.02mg/l 이하로 제어하게 한다.
상기 밸브 차단 설정치 도달에 의해 차단된 양어 순환용수 유량제어밸브(12)는 양어 순환용수(15)의 양어용수(1)로의 공급 일시 중단을 유지시키고, 이 결과로 밸브 차단 설정치에 도달된 항목의 농도가 감소될 것이다.
차단된 밸브를 다시 개도하는 방법은 상기 밸브 차단 설정치인 양어 배출수 재이용수 수질 중 NH3 농도 0.02mg/l 보다 일정 수준 낮게 하여 밸브 개도 설정치를 추가 설정한다. 상기 밸브 차단 설정치 도달에 의해 차단된 양어 순환용수 유량제어밸브(12)에 의해 양어 재이용수 공급이 중단되면, 양식 원수만이 공급되어 양식 수조 내 NH3 농도가 감소될 것이며, NH3 농도가 상기 밸브 개도를 위한 설정치에 도달될 경우 양어 순환용수 유량제어밸브(12)를 개도하여 양어 순환용수(15)의 공급을 재개시킨다.
상기 밸브 개도를 위한 NH3 농도 설정치는 본원 특허가 적용된 양식장 조건에 따라 상이할 수 있으나, 일반적인 경우 상기 밸브 차단 설정치인 NH3 농도 0.02mg/l의 50 ~ 75%인 0.01 ~ 0.015mg/l 범위에서 적용되는 것이 바람직하다.
요약하자면, 양어 순환용수(15)의 NH3 농도에 대해 밸브 차단을 위한 상한치, 밸브 개도를 위한 하한치를 두어 측정 결과가 이 조건에 부합될 경우, 밸브를 개/폐하는 방법으로 양어 순환용수(15)량 X%를 자동 제어할 수 있다.
1: 양어용수
2: 양식수조
3: 양식수
4: 양어 배출수
5: 양어 배출수 전처리 여과장치
6: 단백질 스키머
7: 양어 배출수 전처리수
8: 살균장치
9: 전처리수 수질 측정장비
10: 양어 배출수 처리 시스템
11: 양어 배출수 처리수(방류)
12: 양어 순환용수 유량제어밸브
13: 분리막 모듈
14: 양어 배출수 순환여과 시스템
15: 양어 순환용수
16: 찌꺼기 함유수 고액분리기
2: 양식수조
3: 양식수
4: 양어 배출수
5: 양어 배출수 전처리 여과장치
6: 단백질 스키머
7: 양어 배출수 전처리수
8: 살균장치
9: 전처리수 수질 측정장비
10: 양어 배출수 처리 시스템
11: 양어 배출수 처리수(방류)
12: 양어 순환용수 유량제어밸브
13: 분리막 모듈
14: 양어 배출수 순환여과 시스템
15: 양어 순환용수
16: 찌꺼기 함유수 고액분리기
Claims (8)
- 양어 배출수의 어류의 분변과 사료찌꺼기를 포함하는 조대 입자를 제거하는 여과 기능 위주의 양어 배출수 전처리 여과장치;
상기 양어 배출수 전처리 여과장치로부터 공급되는 오염수의 유기물 및 단백질을 제거하는 단백질 스키머;
상기 단백질 스키머로부터 공급되는 양어 배출수 전처리수의 수질을 연속 수질측정 데이터를 근거로 재이용되는 전처리수의 백분율인 X%을 결정하는 전처리수 수질 측정장비;
상기 수질 측정장비에서 결정되는 양어 용수로 재이용하기 위한 전처리수의 양인 X%는 양어 순환용수 유량제어밸브를 통하여 분리막 모듈로 이송하고, 남은 전처리수의 양인 (100-X)%는 살균장치에 의하여 살균되어 양어 배출수 처리수로서 방류하는 양어 배출수 처리시스템; 및
상기 양어 순환용수 유량제어밸브로부터 공급되는 전처리수를 분리막으로 여과하여 양어 순환용수를 생산하는 분리막 모듈을 포함하는 양어 배출수 순환여과 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 양식장의 배출수 처리 및 순환여과 시스템. - 청구항 1에 있어서,
상기 양어 배출수 전처리 여과장치는 20 ~ 100 μm 메쉬의 스크린, 모래여과 또는 스트레이너 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 양식장의 배출수 처리 및 순환여과 시스템. - 청구항 1에 있어서,
상기 분리막 모듈은 이송펌프에 의하여 이송되는 원수가 유입되는 원수 유입배관, 처리수가 이송되는 처리수 배관, 및 농축수가 배출되는 농축배관을 포함하여 구성되는 가압형 중공사 막 모듈인 것을 특징으로 하는 양식장의 배출수 처리 및 순환여과 시스템. - 청구항 1에 있어서,
상기 분리막 모듈은 정밀여과(microfiltration) 또는 한외여과(ultrafiltration) 규격의 중공사형 분리막을 포함하는 것을 특징으로 하는 양식장의 배출수 처리 및 순환여과 시스템. - 청구항 1에 있어서,
상기 분리막 모듈에는 유지세정부가 추가로 구비되는 것을 특징으로 하는 양식장의 배출수 처리 및 순환여과 시스템. - 청구항 5에 있어서,
상기 유지세정부는 약품 원액탱크, 약품 혼화탱크, 약품 원액 이송펌프, 약품 순환펌프를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 양식장의 배출수 처리 및 순환여과 시스템. - 청구항 1에 있어서,
상기 배출수 처리 및 순환여과 시스템은 잔류 염소측정계 및 pH 미터의 연동에 의하여 독성물성 발생 시 양어 순환용수의 공급이 차단되는 안정장치가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 양식장의 배출수 처리 및 순환여과 시스템. - 청구항 1에 있어서,
상기 양어 배출수 전처리 여과장치, 단백질 스키머 및 분리막 모듈의 농축수가 배출되는 농축배관으로부터 배출되는 찌꺼기 함유수는 농축 및 탈수가 가능한 고액분리기로 배출되는 것을 특징으로 하는 양식장의 배출수 처리 및 순환여과 시스템.
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