KR20200060017A - 바이오플락 양식장용 에너지 절감형 수조 - Google Patents

Abstract

수조바닥을 수조본체의 상부 개구부보다 작은 직경으로 형성시키고, 수조본체의 하부프레임은 수조바닥을 향하여 경사가 형성되어 경사면을 따라 수조바닥으로 수집된 수조내의 유기질과 미생물을 수류생성장치 분사시킬 수 있는 바이오플락용 에너지 절감형 수조를 이용하여 유기질 및 미생물이 수조 하부에 형성된 경사면을 따라 가라앉아 수조바닥으로 수집되고, 수조바닥부만 교반 또는 분사하여도 수조 내 사육수 순환에너지 절감효과가 있다.

Description

바이오플락 양식장용 에너지 절감형 수조 {Energy saving aqua tank for biofloc}

본 발명은 바이오플락 양식장용 에너지 절감형 양식수조에 관한 것으로서 더욱 상세하게는, 양식수조의 바닥면적은 수조 개구부보다 작게 상광 하협으로 형성되어 수조 하부프레임이 바닥방향으로 경사가 형성되어 있어 수조내의 유기질 및 미생물이 수조 바닥으로 수집이 용이하고, 수조 바닥부분에서 분사 또는 교반이 이루어짐으로써 소비 에너지를 절감시킬 수 있는 바이오플락 양식장용 에너지 절감형 수조에 관한 것이다.

바이오플락(BFT·technology)기술이란, 종속 영양세균과 양식어종을 함께 양식하여 종속 영양세균이 수조 물속의 유기부산물을 조류(algae)보다 10~100배 빨리 분해하여 물을 정화시킴으로써 종속 영양세균에 분해된 유기부산물은 다시 양식 어종에 단백질 먹이가 되어 물 교환 및 수처리 등이 이루어지는 여과과정이 필요하지 않은 양식방법이다.

바이오플락 양식방법은 발효식품에 흔히 쓰이는 락토바실루스 (lactobacilus), 광합성세균, 효모등과 같은 미생물을 이용하는 것이 기술의 주 특징이다. 메커니즘은 질산염량이 증가한 수조의 물에 탄수화물(전분, 셀룰로오스)을 추가하고, 사육수 내의 탄소양이 증가가 되면 미생물이 질소를 양분으로 하여 단백질을 생성하고, 생성된 단백질은 다시 어류의 먹이가 되는 원리를 이용한 것이다.

바이오플락을 이용한 양식은 양식장 사육수를 방류하지 않고 지속적으로 사용하면서 환경유용 미생물의 자연수질 정화 기능을 활용하여 수질유지를 시킨다. 또한, 미생물이 만드는 천연 단백질 및 아미노산을 먹이로 활용할 수 있기 때문에 자연면역(무항생제)이나 바이러스등의 질병유입을 원천적으로 차단(무병원성)할 수 고, 고영양의 유기물질이 사육수에 분포되어 기존의 양식장보다 사육생물의 성장률이 빨라 기존 생산성대비 20~50배의 효과가 있다.

통상의 바이오플락을 이용한 양식수조는 일정면적을 갖는 바닥부를 수조외벽이 둘러싸며 수조본체가 형성되고, 수조내부에는 수온조절장치와 블로어 장지등이 설치되어 이루어진다.

바이오플락을 이용한 양식에서는 특히, 에어블로어 또는 순환펌프와 같은 장치의 역할이 중요하다. 이는 일정한 수류가 형성되지 않으면 사육수에 분포하는 유기질 및 미생물이 서로 엉겨붙으면서 수조바닥으로 가라앉기 때문이다.

유기질 및 미생물 덩어리가 가라앉으면, 수조 바닥부에만 분포하여 사육수 가 썩는 원인이되고 정화와 양식어류의 먹이와 같은 기능 또한 수조 바닥부에서만 부분적으로 이루어지기 때문에 원활한 작용을 기대하기가 어렵다. 따라서 순환펌프와 같은 교반장치를 설치하여 계속적으로 일정방향으로 수류를 형성하고, 적절하게 유기질과 미생물을 분산시켜 줘야한다. 이에 따라 사육수의 수류를 생성하는 순환펌프는 양식이 이루어지는 동안 24시간 내내 작동되어야 하기 때문에 순환펌프 에너지량은 전체 양식장을 위한 에너지공급량의 약 40-50%를 차지하게 된다.

따라서 순환펌프 가동에 소비되는 에너지량을 감소시키면 바이오플락 양식장 운영에 있어서 경제적인 부담도 크게 감소되어, 친환경적인 방법으로 효율적인 에너지를 생산하고 순환펌프 가동 에너지량을 감소시킬 수 있는 수조 및 시스템이 필요하다.

또한 본 발명의 선행문헌은 바이오플락 양식을 목적으로 형성된 것이거나 단순한 교반을 기술적 특징으로 형성된 수조들로서 본 발명의 수조바닥부를 향하여 일정각도 경사가 형성되어, 가라앉은 유기질과 미생물 덩어리가 경사면을 따라 수조바닥에 수집되고 유기질 및 미생물이 수집된 수조바닥부만 교반 또는 분사를 시켜서 에너지를 절감할 수 있는 구성과는 차이가 있다.

국내 등록특허번호 제10-1479840호에는 바닥부와 수조외벽으로 이루어진 원형수조로 이루어지고, 원형수조 바닥부에는 수류 분사용 파이프가 장착되며, 수조외벽에 형성되어 수조 중앙으로 공기를 분사하는 에어스톤과 상기 원형수조 내의 일측에 수중펌프를 형성하여 류분사용 파이프로 사육수를 공급할 수 있도록 하며, 수류분사용 파이프는 외부원형파이프 내측에 내부 원형파이프가 형성되고 내부원형파이프와 외부 원형파이프는 복수개의 직선파이프로 연결되며, 내부원형파이프에는 십자형으로 직선 파이프가 형성되는 바이오플락 시스템용 양식수조에 관하여 개시되어 있다. 국내 등록특허번호 제10-1363623호에는 제 1사육종의 배설물과 사육수를 공급받아 원형 궤적을 따라 유동시키는 유동발생부, 및 바닥 중앙 부위에 모인 배설물을 유동되는 사육수의 상측으로 순환 공급하는 피드백관을 포함하여 이루어지고 종래의 기술과 달리 어류를 사육하는 사육장에 있는 사육수에 흐름을 발생시킴으로써 침전물의 발생을 방지하고, 바이오플락(bio-floc) 방식으로 사육수를 교체함이 없이 정화시킬 수 있는 바이오플락을 이용한 순환 사육장에 관하여 개시되어 있다. 국내 공개특허공보 제10-2013-0136053호에는 MNH식 다단 양식장은 폭(W) 보다 긴 길이를 가지는 복수 개의 셀 수조가 병렬 배치되며, 높이방향으로 일정한 간격으로 적층 배치된 복수 개의 적층형 양식수조, 상기 복수 개의 셀 수조에 물을 공급하는 급수장치, 상기 복수 개의 셀 수조의 물을 배수하여 수위를 일정하게 유지하는 배수장치, 양식에 일정 깊이 이상의 수심을 필요로 하는 납작하지 않은 어종을 양식하는 바이오플락 양식수조, 상기 급수장치와 연결되어 흡입된 물을 복수 개의 적층형 양식수조의 각 셀 수조에 공급하는 펌프유닛 및 상기 바이오플락 양식수조에 저장된 물의 온도를 조절하는 수온 조절장치를 포함하는 MNH식 다단 양식장에 관하여 개시되어 있다. 국내 등록특허번호 제10-1294375호에는 유입부 및 유출부가 부설되어 있으며 내부에 유기물이 체류할 수 있는 저장 공간이 형성된 발효 수조 몸체, 상기 발효 수조 몸체의 내부에서 내벽과 일정 간격 이격하여 상하로 운동하되 평판 형태인 평판형 상하 운동 교반체를 포함하고, 상기 평판형 상하 운동 교반체의 상하 운동에 따라 상기 유기물이 상기 평판형 상하 운동 교반체와 상기 발효 수조 몸체 간의 이격된 틈과 상기 평판형 상하 운동 교반체의 중앙부를 통과할 수 있도록 상기 평판형 상하 운동 교반체의 중앙부에는 유기물 통공이 형성된 고효율 교반 혐기 소화조를 이용한 바이오 가스 생산 장치에 관하여 개시되어 있다.

본 발명은 바이오플락 양식에서 에너지 소비량의 큰 비중을 차지하는 순환펌프 가동 에너지로 인해 양식장 운영에 있어 에너지 소비가 과중되고 경제적 부담이 큰 상기의 문제점을 해결하기 위한 바이오플락 양식장용 에너지 절감형 수조를 제공하고자 한다.

본 발명은 일정 직경의 수조바닥과 일정높이의 수조외벽으로 이루어지고 상부에는 개구부가 형성되는 수조본체; 상기 양식수조 하부를 고정시키는 상부틀과 지면에 설치되는 하부틀로 이루어지고, 이격된 사이 공간에 하나 이상의 수직부재가 연결되는 지지대로 이루어지는 바이오플락용 에너지 절감형 수조를 제공한다.

또한, 수조바닥을 수조본체의 상부 개구부의 1/2보다 작은 직경으로 형성시키고, 수조본체의 하부프레임은 수조바닥을 향하여 경사가 형성되어 경사면을 따라 수조바닥으로 수집된 수조내의 유기질과 미생물을 수류생성장치 분사시킬 수 있는 바이오플락용 에너지 절감형 수조를 제공하고자 한다.

본 발명의 바이오플락용 에너지 절감형 수조의 수조바닥을 향하여 경사가 형성되어 수조본체의 하부프레임 부분은 지면과 이격되어 형성되어 지면과의 온도차이에 의한 열손실을 방지하거나, 또는 지면 하부에 매립되어 지면에 의한 보온효과를 가지도록 형성될 수 있다.

본 발명은 양식장의 에너지절감을 위하여 지지대를 통해서 지면과 수조본체가 이격 설치되어 겨울철에 상대적으로 온도가 낮은 지반이 수조의 열을 빼앗는 것을 방지할 수 있어 가온 에너지가 절감이 된다. 또한, 수조 바닥부는 수조개구부 면적보다 작은 크기로 형성되고, 수조 하부프레임은 하부방향으로 경사가 형성된 구조로 유기질 및 미생물이 경사면을 따라 가라앉아 수조바닥으로 수집될 수 있어 수조바닥부만 교반 또는 분사하여도 수조 전체로 분산될 수 있어 수조 내 사육수 순환에너지 절감효과가 있다.

도 1은 본 발명의 바이오플락용 에너지 절감형 수조 사시도를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 바이오플락용 에너지 절감형 수조의 수류형성 원리를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 바이오플락용 에너지 절감형 수조의 실시예를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 바이오플락용 에너지 절감형 수조의 실시예 확대도를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 바이오플락용 에너지 절감형 수조의 수류생성 원리를 나타낸다.

이하, 본 발명의 바이오플락용 에너지 절감형 수조와 관련한 구체적인 구성과 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 바이오플락용 에너지 절감형 수조 사시도를 나타낸다. 본 발명의 바이오 플락용 에너지 절감형 수조는 일정직경의 수조바닥과 일정높이의 수조외벽으로 이루어지고 상부 개구부가 형성되는 수조본체(10); 상기 수조본체 하부와 고정되는 상부틀과 지면에 설치되는 하부틀이 이격되어 설치되고, 이격된 사이공간에 하나 이상의 수직부재로 상, 하부틀이 연결되는 지지대(11); 상기 수조바닥의 상부면에는 수류형성장치(30)가, 하부면에는 구동프레임(21)이 설치되어 이루어질 수 있다.

수조 본체는 지표면 상에 형성하는 경우 수온관리의 효율성을 고려하여 수조바닥 부분이 지면과 일정간격으로 이격되도록 수조바닥부를 지면과 일정간격으로 이격된 고정판 위에 형성하였다. 수조 본체의 지지대부분을 지표면 하에 매립하여 형성하는 경우 역시 수조 바닥부가 지면과 일정간격으로 이격된 고정판(40) 위에 형성되어 지면과의 접촉에 따른 온도손실을 방지할 수 있다.

본 발명의 수조본체(10)는 일반적으로 수조내의 사육수가 장기간 보관될 수 있도록 해수 및 담수의 부식에 강하고, 내구성이 강한 재질인 스테인리스 강으로 형성되는 것이 적절하다.

수조본체 프레임은 일정 직경으로 형성된 수조바닥을 일정높이의 수조외벽이 둘러싸는 형태로 상부가 개구되어 이루어진다. 수조바닥은 수조본체의 상부 개구부의 1/2 내지 1/4보다 작은 직경으로 이루어지고, 수조본체의 하부프레임은 수조바닥 방향으로 경사가 형성되어 역원뿔 구조로 이루어진다. 경사각도는 수조본체와 수조바닥이 이루는 거리에 따라 정해질 수 있으며, 바닥부의 수류형성장치의 회전에 의한 바이오 플락의 부유효과를 얻기 위해서는 30도 내지 60도의 경사각을 갖는 것이 적절하다.

지지대(11)는 수조본체의 하부와 대응할 수 있는 직경의 상부틀과 지면에 설치되는 하부틀로 이루어지고 상부틀과 하부틀이 이격된 사이에 수직부재가 하나 이상 연결되어 상, 하부틀을 지지할 수 있다. 지지대와 지지대 사이의 공간은 수조의 온도를 대기 온도보다 낮은 상태로 유지하는 사육환경의 경우, 별도의 칸막이를 형성하지 않고 지지대만으로 형성하여 공기대류가 일어날 수 있도록 하방 지지대 부분이 개구된 형태로 구성할 수 있다.

지지대 부분이 지면 하부로 매립되는 겨울형 사육환경인 경우, 지지대와 지지대 사이의 공간을 차폐판으로 막아 지지대 내부측에 수조본체의 경사된 하부프레임과 차폐판 사이에 공기층이 확보됨으로서 수조본체 하부프레임에서 발생되는 열을 지면 외부로 방출되지 않도록 보존하게 한다.

수조본체 하부는 상부틀 내부로 관통 고정이 되어 수조본체는 지면과 일정거리 이격되어 설치될 수 있고 이와 같은 구조는 겨울철 양식장에서 기존의 수조본체가 바닥에 설치되었을 시에 바닥면으로 열을 뺏겨 수온이 내려가는 것을 방지하여 가온에너지를 절감할 수 있다.

수조 바닥 상부면에는 사육수의 수조 내 순환이 이루어질 수 있도록 수류를 형성할 수 있는 수류형성장치(30)가 설치되고 하부면에는 구동프레임(21)이 연결 설치될 수 있다. 구동프레임은 수류형성장치의 구동이 가능하도록 전력공급장치, 인버터, 컨트롤박스등이 설치될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.

도 2는 본 발명의 바이오플락용 에너지 절감형 수조의 수류형성 원리를 나타낸다. 도 2에는 수류형성장치의 실시예로서 공기분사장치가 도시되어 있다. 수조바닥은 수조본체의 개구부 직경의 1/2 내지 1/4보다 작은 직경으로 형성되어 수조외벽은 수조바닥을 향하여 경사를 형성한다.

바이오플락 양식에서는 수조에 일정방향으로 수류가 형성되지 않으면, 유기질 및 미생물이 서로 엉겨붙어 수조바닥으로 가라앉아 자정적 수질정화와 양식생물먹이 공급등과 같은 바이오플락 메커니즘의 작용이 원활하지 않게 된다.

본 발명의 수류형성장치 실시예인 공기분사장치는 유기질 및 미생물이 엉겨붙어 형성된 덩어리가 가라앉으면서 경사면을 따라 수조바닥으로 수집이 되고, 공기분사장치가 수조바닥부만 공기를 분사시킴으로써 유기질 및 미생물 덩어리들이 수조상부로 쏘아 올려지며 수조전체로 분산 및 순환시킬 수 있다.

따라서 본 발명의 수류형성 장치는 수조바닥 전체에 수류를 형성하던 기존의 수류 및 공기분사 장치와는 달리, 유기질 및 미생물 덩어리가 수집된 수조 바닥부만 교반함으로써 사육수 순환에너지를 감소시키는 효과가 있다. 뿐만 아니라 본 발명의 수류형성장치 실시예로 이용된 공기분사장치는 사육수에 산소를 추가적으로 공급할 수 있어 수조내에 용존산소량을 증가시키는 역할도 동시에 수행할 수 있다.

도 3은 본 발명의 바이오플락용 에너지 절감형 수조의 수류형성장치 실시예를 나타낸다. 도 2에서 수류형성장치의 실시예로 이용된 공기분사장치는 직선방향으로만 수류를 형성하여 수조 내에 수류의 영향을 받을 수 없는 사각지대가 형성될 수 있다. 또한, 수조직경을 증가시킬수록 사각지대의 면적도 함께 증가하게 되고, 수조 내부에 골고루 분사하기가 용이하지 않아 여러각도로 수류가 형성되는 나선형의 와류보다 교반효율이 떨어질 수 있다. 따라서 교반효율을 증대시키기 위해 또 다른 수류형성장치의 실시예로서 사육수의 와류가 형성될 수 있는 자석교반장치로 이루어질 수 있다.

도 4는 본 발명의 바이오플락용 에너지 절감형 수조의 실시예 확대도를 나타낸다. 도 4에 도시된 수류형성장치는 수조바닥을 중심축으로 회전운동이 가능한 자석 스핀바(31)가 수조바닥에 설치된다.

본 발명의 자석 스핀바 설치 시에 수조 바닥부는 자석 스핀바가 회전운동을 하면서 이탈하지 않고, 일정위치에서만 회전할 수 있도록 홈구조의 내부공간이 형성된다. 내부공간은 자석 스핀바가 수조바닥을 중심축으로 회전운동이 용이한 직경과 깊이로 형성되는 것이 적절하다.

수조바닥의 하부면과 맞닿은 구동프레임 내부에는 자석교반장치(32)가 설치되고, 지지축(33)을 매개로 구동모터(34)와 연결이 된다. 자석교반장치에는 자석이 삽입되어 구동모터를 작동시키면 모터의 회전과 자석교반장치의 자석이 함께 회전을 한다. 수조바닥에 설치된 자석 스핀바는 자석교반장치의 회전에 반응하여 회전 하면서 와류를 형성할 수 있다.

도 5에는 자석 교반장치를 수류형성장치 실시예로 이용하여 수류를 생성하는 원리를 나타낸다. 수조바닥부는 수조본체의 상부 개구부보다 작은 직경으로 형성되어 수조바닥을 향하여 경사면이 형성되는 구조로 이루어지는데, 앞서 언급한 바와같이 유기물 및 미생물이 경사면을 따라 수조바닥으로 수집이 되고 자석스핀바로 일정면적만 교반시킴으로써 수류가 생성이 되어 수조 전체로 유기물 및 미생물이 분산되어 에너지 절감이 가능한 효과가 있다.

또한, 지지대 부분이 지면 하부로 매립되는 겨울형 사육환경인 경우, 지지대와 지지대 사이의 공간이 차폐판으로 막혀 지지대 내부측에 공기층이 확보됨으로서 자석스핀바가 회전하면서 발생하는 온도를 지면 외부로 방출하지 않고 보온하여 하부에서 상부로 뎁혀주는 밥솥효과를 가질수 있어 수온을 가온하기 위한 가온에너지를 절감할 수 있다.

에너지절감이 가능한 바이오플락용 양식수조를 제공함으로써, 경사 구조를 이용하여 바이오플락 미생물 및 유기물을 수집하고, 미생물 및 유기물이 수집된 면적만큼만 교반하므로 바이오플락 양식장 운영에서 가장 큰 부담을 차지하는 사육수 순환 에너지 소비량과 동시에 양식장 운영 경비도 상당히 감소할 수 있어 양식기술의 국제 경쟁력 제고 뿐만 아니라 어업인 소득증대에 기여 가능하므로 산업상 이용가능성이 있다.

10: 수조본체 20: 지지대
21: 인버터 30: 수류 형성장치
31: 자석스핀바 32: 자석교반장치
33: 지지축 34: 구동모터
40: 고정판

Claims (3)

1. 일정직경의 수조바닥과 일정높이의 수조외벽으로 이루어지고 상부에는 개구부가 형성되는 수조본체와 수조바닥 방향으로 일정각도 경사가 형성되는 하부 프레임으로 구분되어 형성하고,
   상기 수조바닥은 상부개구부보다 작은 직경의 크기로 형성되는 것을 특징으로 하는 바이오플락용 에너지 절감형 수조
   
2. 제1항에 있어서 상기 하부 프레임부를 고정시키는 지지대를 형성하며 상기 지지대는 수조본체의 하부에 형성되는 상부틀과 지면에 설치되는 하부틀로 이루어지고 이격된 사이 공간에는 하나 이상의 수직부재가 상하부틀로 연결되는 것을 특징으로 하는 바이오플락용 에너지 절감형 수조
   
3. 제2항에 있어서, 상기 수조바닥의 상부면에는 수류형성장치가 설치되고, 하부면에는 구동프레임이 설치되는 것을 특징으로 하는 바이오플락용 에너지 절감형 수조

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