KR20220075694A - 에너지 절감이 가능한 순환여과시스템의 수처리 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명의 양식생물이 입식되어 사육 가능한 사육수조가 하나 이상 설치되고; 사육수조의 사육수가 배수되어 저장되는 침전조; 상기 침전조 및 양식수조의 상층수는 순환펌프로 이동하며; 상기 순환펌프의 동력을 매개로 이동한 상층수는 포말분리기, 생물학적여과조, 탈기장치를 거쳐 사육수조로 재유입되어 이루어지는 에너지절감이 가능한 순환여과시스템을 제공함으로써, 에너지 절감이 가능하여 순환여과식 양식시스템의 수처리시스템 가동에 소요되는 비용을 절감할 수 있다.

Description

에너지 절감이 가능한 순환여과시스템의 수처리 시스템{Water treatment system of circulation filtration system that can save energy}

본 발명은 순환여과시스템의 수처리 시스템에 관한 것으로, 사육수조와 침전조, 거품분리장치와 살수식 생물학적여과조, 탈기장치의 여과순서와 운전수위(여과장치의 수위) 차이를 이용하여 별도의 동력없이 여과장치간에 사육수의 순환이 이루어져 에너지 절감이 가능한 순환여과시스템의 수처리 시스템에 관한 것이다.

세계적으로 인구증가와 더불어 식량자원의 증대는 매우 중요하며, 식량 자원 중 단백질 공급에 있어서 대부분 축산업을 통한 육상의 육류공급을 통해 이루어 졌으나, 축산의 경우, 낮은 생산성, 질병으로 인한 폐사, 분뇨로 인한 환경오염에 대해 대책이 필요하다.

이에 단백질 공급의 역할은 수산물을 통해 극복하려는 방법이 증가하고 있다. 그러나, 전세계적으로 해양 환경의 오염으로 인한 서식지의 파괴, 남획 등으로 어획량이 감소하여, 수산양식분야가 집중 조명받고 있다.

수산양식의 방법은 유수식, 지수식, 순환여과식, 가두리양식이 주로 행해지고 있으며, 우리나라의 양식 시스템은 유수식양식 혹은 연속적인 사육수 교환에 의한 양식 시스템(Continuous replacement system; CRS)을 이용하며, 많은 사육수가 필요하며, 사육에 이용된 많은 양의 사육수가 수계로 배출되어 환경오염 및 생태계 파괴의 주 오염원이 되며, 새로운 사육수의 가온을 위한 에너지의 소모량도 많이 증가하게 된다.

최근 양식장의 배출수 규제가 강해지고 있는 가운데, 양식장 내에서 발생하는 배출수를 줄이거나 정화하는 시스템에 대한 개발이 중요시 되고 있어, 오염을 막기 위해 순환여과양식 시스템(Recirculating aquaculture system; RAS)의 개발 및 이를 이용한 연구 또한 많이 진행되고 있다.

순환여과시스템은 고밀도 양식이 가능하여 생산성을 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라, 양식에 필요한 사육수를 재이용함으로써 적은 수량만으로도 운전이 가능하고 막대한 양수용 소비전력을 절감할 수 있다.

이에 통상적인 순환여과시스템은 사육수조, 침전조, 생물학적여과조, 포말분리조, 정화수저장조로 이루어질 수 있다. 사육수조에서 사용하고 배수된 사육수는 침전조로 유입되고, 드럼필터, 생물학적여과조 및 포말분리조를 거쳐 일련의 정화과정을 거친 후 정화수 저장조에 저장되었다가 사육수조로 재공급될 수 있다.

기존의 양식어장에서 사용되는 순환여과시스템은 상기 수처리 장비들이 각 동력원을 이용하여 사육수가 순환하도록 작동하여 에너지 소요량이 크다. 이에 본 발명은 여러 기능을 담당하는 수처리 장비들을 단일의 동력으로 각 여과 단계를 거칠 수 있도록 함으로써, 사육수의 운반을 위한 동력원(에너지)을 절감할 수 있는 에너지절감이 가능한 순환여과시스템의 수처리 시스템을 제공하고자 한다.

국내 등록특허번호 제10-0706273호에는 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 관하여 개시하고 있다. 국내 공개특허번호 특1985-0000912호에는 원형으로 된 양식조의 중심부에 다수의 배수공이 뚫린 1차배수관을 설치한 것에 있어서, 양식조의 내측에 중심부를 향으로 45ㅀ정도 경사지게 세공이 뚫린 망판을 설치하며 망판위에 일정한 간격으로 저지판을 설치하고 그 위에 모래바닥을 형성하며 양식조의 바닥에 연설된 2차배수관으로 배수된 물이 순환여과기와 가열장치를 통과하여 순환유입관으로 순환될 수 있게 한 보리새우의 고밀도 양식장치에 관하여 개시하고 있다. 국내 등록특허번호 제10-0969829호에는 어란부화기에서 수질과 수온을 최적으로 조성하여 어란을 부화시킨 후, 다단식양식수조에서 부화된 자어(子魚)의 성장에 따라 단계적으로 양식되어 친어로 성장하는 한편 사료급이기에서 양식수조에 사료를 자동으로 정량 투입하고, 양식수조에서 배수되는 배출수를 순환수여과장치에서 양식에 필요한 수온 및 수질로 여과 처리하여 순환시켜 재사용함으로써, 어류의 양식에 필요한 원수와 배출수량을 대폭 줄일 뿐만 아니라 지속적으로 순환시키면서 수온과 수질을 유지시켜 최상의 양식환경을 조성하므로 어류의 성장을 촉진시키는 한편 양식장 설비의 운전상태와 수온 및 수질을 모니터링 하여 제어함에 따라 인력을 절감하고 양식장의 운용과 관리를 종합적으로 수행하는 밀도 어류 양식 시스템에 관하여 개시하고 있다. 국내 등록특허번호 제10-1831962호에는 외부 프레임과 상기 외부 프레임 내에 설치되고 내부에 복수의 센서가 설치된 수조를 포함하고, 상기 수조 내에 물고기나 어패류를 포함하는 해양생물을 사육하는 상하 적층형의 복수의 양식장; 바닥면과 상기 바닥면 상에 설치된 하나 이상의 필터를 구비하고 물유출구를 가지는 수조를 포함하는 블록형 조립식 양식장의 순환여과시스템 및 순환여과방법에 관하여 개시하고 있다.

본 발명은 기존의 순환여과시스템의 수처리시스템에서 처리수 및 순환수의 순환에 소요되는 에너지가 큰 상기 문제점을 해결하기 위해서 단일의 동력원에 의해 사육수조와 침전조, 거품분리장치와 살수식 생물학적여과조, 탈기장치의 여과가 이루어지고 상기 여과장치의 사육수 간의 이동은 수위차를 통해 이루어져 사육수 순환에 소요되는 에너지가 절감될 수 있는 순환여과시스템의 수처리 시스템을 제공하고자 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지절감이 가능한 순환여과시스템은 양식생물이 입식되어 사육 가능한 사육수조가 하나 이상 설치되고; 상기 사육수조의 사육수가 배수되어 저장되는 침전조; 상기 침전조 및 양식수조의 상층수는 순환펌프로 이동하며; 상기 순환펌프의 동력을 매개로 이동한 상층수는 포말분리기, 생물학적여과조, 탈기장치를 거쳐 사육수조로 재유입되어 이루어지는 것일 수 있다.

상기 사육수조의 사육수는 사육수조 배수관을 매개로 침전조로 이동하고; 침전조의 침전 고형물은 고형물 배출관을 매개로 사육수와 분리 및 외부로 배출이 가능하며; 상기 사육수조 및 침전조의 상층수는 상층수 배수관을 매개로 순환펌프로 이동가능하며; 상기 순환펌프를 매개로 포말분리기, 생물학적 여과조, 탈기장치를 거쳐 정화가 완료된 사육수를 사육수조로 재유입시키는 재유입관이 설치되어 이루어지는 것일 수 있다.

본 발명은 수중펌프의 동력원으로 사육수조와 침전조, 거품분리장치와 살수식 생물학적여과조, 탈기장치로 사육수의 순환이 가능하고 상기 정화장치들의 사육수 이동은 수위차를 통해 일련으로 이동함으로써 에너지 절감이 가능하여 순환여과식 양식시스템의 수처리시스템 가동에 소요되는 비용을 절감할 수 있다.

도 1은 본 발명의 에너지절감이 가능한 순환여과시스템 개략도를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 에너지절감이 가능한 순환여과시스템 구성부를 나타낸다.

이하, 본 발명의 에너지절감이 가능한 순환여과시스템의 수처리 시스템과 관련한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1 내지 도 2는 본 발명의 에너지절감이 가능한 순환여과시스템 개략도를 나타낸다. 본 발명의 에너지절감이 가능한 순환여과시스템은 양식생물이 입식되어 사육 가능한 사육수조(100)가 하나 이상 설치되고; 상기 사육수조의 사육수가 배수되어 저장되는 침전조(200); 상기 침전조 및 양식수조의 상층수는 순환펌프(300)로 이동하며; 상기 순환펌프의 동력을 매개로 이동한 상층수는 포말분리기(400), 생물학적여과조(500), 탈기장치(600)를 거쳐 사육수조로 재유입되어 이루어진다.

상기 사육수조의 사육수는 사육수조 배수관(110)을 매개로 침전조로 이동하고; 침전조의 침전 고형물은 고형물 배출관(120)을 매개로 사육수와 분리 및 외부로 배출이 가능하며; 상기 사육수조 및 침전조의 상층수는 상층수 배수관(130)을 매개로 순환펌프로 이동가능하며; 상기 순환펌프를 매개로 포말분리기, 생물학적 여과조, 탈기장치를 거쳐 정화가 완료된 사육수를 사육수조로 재유입시키는 재유입관(140)이 설치되어 이루어질 수 있다.

본 발명의 사육수조(100)는 다각형의 수조바닥을 수조외벽이 둘러싸고 상부는 개구되어 내부에 저장공간이 형성되는 육상 양식장에 일반적으로 설치되는 수조 구조로 이루어진다. 사육수조 바닥에는 사육수에 포함되어 있는 고형물 형상의 슬러지가 사육수와 함께 침전되어 배출될 수 있도록 사육수조 배수관(110)이 설치된다.

침전조 바닥부에는 상기 사육수조 배수관 타단이 연결되어 사육수조에서 배수된 고형물이 포함된 사육수가 이동한다. 또한, 침전조 바닥에는 침전조에 저장되어 침전이 완료된 고형물을 외부로 배출할 수 있도록 고형물 배출관이 설치된다. 침전조 및 사육수조에는 수중펌프와 연결되는 상층액 배수관이 설치될 수 있다.

상층액 배수관의 일단에는 수위조절파이프 형태로 설치되어 사육수조 및 침전조의 일정 수위의 상층수만을 수중펌프로 이동이 가능하다. 본 발명의 실시예에 따른 수위조절파이프는 파이프 구조로 측면에는 상,하 방향으로 배출공이 하나 이상 형성되어 상기 배출공을 폐쇄 및 개방함으로써 양식수조로부터 배수되는 사육수의 양과 상층수만을 수중펌프로 이동시킬 수 있는 것이다. 이에 수중펌프로 이동하는 사육수는 침전된 고형물이 제거된 것이라 할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 포말분리기는 하부에 공기분산기가 설치되어 기포가 작고 균일하게 발생하여 포말에 의한 분리능이 최대가 될 수 있다. 상기 공기공급은 공기펌프를 이용하여 공급이 가능하다. 또한 포말분리기 하부에는 수중펌프의 수중유압으로부터 사육수가 유입될 수 있는 유입관이 하부에 설치되어 하부에서 유출 및 포말분리가 이루어질 수 있다. 이에 포말분리기에서는 사육수 내 단백질이 제거될 수 있고, 상기 하부에서 유입과 함께 단백질이 제거된 사육수는 상부로 이동하여 수위차에 의해 생물학적 여과조로 이동할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 생물학적 여과조는 살수식 생물학적 여과조로 미생물 여과매질에 의해 정화처리를 수행될 수 있다. 또한, 상기 생물학적 여과조에는 사육수의 유입압력을 미생물 여과매질의 부상 및 혼합작업에 적용시킬 수 있기 때문에 기포분사기를 통한 에어공급을 중지시킨 상태에서도 사육수의 유입압력에 의한 미생물 여과매질의 부상 및 혼합이 가능하게 되므로 미생물에 의한 호기성 처리를 혐기성 처리로 전환시킴에 따라 활성화된 호기성 미생물에 의한 사육수의 고효율 탈질처리가 가능한 효과가 있다.

본 발명의 실시예에 따른 탈기장치는 일반적인 순환여과식 양식시스템에 구비되어 이산화탄소를 제거 또는 감소시키는 것으로 보다 상세하게는 상기 생물학적 여과조로를 거쳐 생물학적 여과가 완료된 사육수의 이산화탄소를 제거시킨 뒤 재유입관을 매개로 사육수조로 재유입될 수 있는 것이다.

이때 탈기장치로 유입되는 사육수는 탈기장치의 상부에서 사육수가 공급되어 위에서 아래로 흐르도록 하며 사육수가 탈기장치 내에 설치된 매질이 형성하는 유로를 통과하여 흐를 때 사육수의 이산화탄소가 분리되고 분리된 이산화탄소는 외부로 배출될 수 있다.

본 발명은 거품분리장치, 생물학적여과, 탈기공정이 수중펌프에서 발생한 단일의 동력으로 사육수를 이동시키는 특징을 가지고 있으며, 이러한 한번의 이동으로 각 단계별 여과과정을 모두 거치게 되어 순환여과시스템에서 발생하는 SS, 암모니아, 아질산, 이산화탄소 등의 오염물질을 one-pass 로 제거할 수 있는 장점이 있다. 또한 각 구성부간의 이동은 수위차를 통해 이루어져 에너지절감이 가능한 효과가 있다.

본 발명은 근래에 들어 각광 받고있는 순환여과 양식기술에 폭 넓게 적용이 가능하며, 기존의 여과장치들의 비효율적인 에너지 소비를 보완 할 수 있는 일원화된 여과시스템으로 시장을 선도 할 수 있으므로 산업상 이용가능성이 있다.

100: 사육수조 200: 침전조
300: 순환펌프 400: 포말분리기
500: 생물학적 여과조 600: 탈기장치
110: 사육수조 배수관 120: 고형물 배출관
130: 상층수 배수관 140: 재유입관

Claims (2)

1. 양식생물이 입식되어 사육 가능한 사육수조가 하나 이상 설치되고; 상기 사육수조의 사육수가 배수되어 저장되는 침전조;
   상기 침전조 및 양식수조의 상층수는 순환펌프로 이동하며;
   상기 순환펌프의 동력을 매개로 이동한 상층수는 포말분리기, 생물학적여과조, 탈기장치를 거쳐 사육수조로 재유입되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 에너지절감이 가능한 순환여과시스템
   
2. 제1항에 있어서, 상기 사육수조의 사육수는 사육수조 배수관을 매개로 침전조로 이동하고; 침전조의 침전 고형물은 고형물 배출관을 매개로 사육수와 분리 및 외부로 배출이 가능하며;
   상기 사육수조 및 침전조의 상층수는 상층수 배수관을 매개로 순환펌프로 이동가능하며;
   상기 순환펌프를 매개로 포말분리기, 생물학적 여과조, 탈기장치를 거쳐 정화가 완료된 사육수를 사육수조로 재유입시키는 재유입관이 설치되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 에너지절감이 가능한 순환여과시스템

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