KR20230125472A

KR20230125472A - 기능성 양식수조를 포함하는 순환 여과식 고밀도 양식 모듈

Info

Publication number: KR20230125472A
Application number: KR1020220022115A
Authority: KR
Inventors: 박창일
Original assignee: 주식회사 맑은바다
Priority date: 2022-02-21
Filing date: 2022-02-21
Publication date: 2023-08-29

Abstract

본 발명은 육상에서 구현될 수 있는 기능성 양식수조를 포함하는 순환 여과식 고밀도 양식 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 다양한 대상 어류를 효율적으로 양식할 수 있는 기능성 양식 수조를 포함하여, 대상 어류를 고밀도로 양식할 수 있는 고밀도 기능성 양식수조와 수질 항상성을 위한 소형화한 고도처리 생물여과조, 수온 항상성을 위한 에너지 절감형 열교환기와 ISO 냉동컨테이너 하우징이 유기적으로 결합되어 육상의 컨테이너 공간 안에 구현될 수 있는 기능성 양식수조를 포함하는 순환 여과식 고밀도 양식 모듈에 관한 것이다.
본 발명은 기능성 양식수조를 통해 고밀도 방양을 위한 해비탯(HABITAT)이 가능하며, 냉동 컨테이너 하우징을 사용함으로서 단열 효과를 이루어 기성 저용량 열교환기만으로도 열 효율성을 도모할 수 있으며, 생물여과조(50)를 이용하여 효과적으로 양식 사육수를 재순환 재활용함으로서 친환경 양식 산업 육성의 디딤돌이 될 것이다.
본 발명에 따르면, 생물 촉매를 응용하여 기능성 양식수조별 독립 생태계가 구현된 기능성 양식수조를 포함하는 한국형 순환 여과 고밀도 양식 시설 모듈로서, 질산화 미생물 증식 부착을 위한 생물막이 장치된 기능성 양식수조에 간단한 송풍기로 산소 공급 후 산소 용해 속도를 빠르게 하기 위한 생물 촉매를 응용하여, 저전력 순환펌프로 연결된 저용량 열교환기를 통과한 급속 수류가 형성된 사육수를 파이프로 연결된 생물 여과조부로 이송시켜 물리 화학 생물 고도처리 공정을 수행하고 다시 기능성 양식수조로 배출되어 재사용되는 사육수 재순환 구조로 요소 장치가 유닛트화, 소형화, 규격화, 소형화하여 컨테이너 내부에 설치되도록 구성하여 독립식 생태계를 구현한 한국형 고도처리 순환여과 방식 양식 컨테이너 모듈이다.

Description

기능성 양식수조를 포함하는 순환 여과식 고밀도 양식 모듈{Circulation filtration type high-density aquaculture module including functional aquaculture tank}

본 발명은 육상에서 구현될 수 있는 기능성 양식수조를 포함하는 순환 여과식 고밀도 양식 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다양한 대상 어류를 효율적으로 양식할 수 있는 기능성 양식 수조를 포함하여, 대상 어류를 고밀도로 양식할 수 있는 고밀도 기능성 양식수조와 수질 항상성을 위한 소형화한 고도처리 생물여과조, 수온 항상성을 위한 에너지 절감형 열교환기와 ISO 냉동컨테이너 하우징이 유기적으로 결합되어 육상의 컨테이너 공간 안에 구현될 수 있는 기능성 양식수조를 포함하는 순환 여과식 고밀도 양식 모듈에 관한 것이다.

대상 어류를 양식함에 있어 종래의 육상 순환 양식에 시설들은 온도 제어를 위해 기능성 양식수조에 연결된 중앙 집중식 대형(30~50HP) 열교환기, 사육수에 포함된 잔존 유기물과 고형물을 여과하기 위한 중앙 집중식 침전조, 물리적 드럼스크린 여과기 생물 여과조, 수중 산소 공급을 위한 액화산소 공급장치나 사육조별 순 산소 제조기, 산소용해기 또는 마이크로 버블을 이용한 산소 공급장치 등 기계적 장치의 연결로 초기 투자비용이 과다하게 소요되었다.

또한, 설치 부지의 증가는 양식 사육조 설치 면적의 감소를 초래하고 운용 관리비 증가와 전문적인 기술 인력을 필요로 하여 대중 어류양식 생산비가 높아 친환경적인 생산방식과 생산 경제성이 양립된 모순이 발생하였다.

국내에는 자연해수를 취수하여 사육수를 환수하는 수류식 양식이 80%, 유럽 등 해외 도입 신기술(20%)을 이용하는 순환여과식(RAS)방식이나, 사육수에 질산화 미생물을 증식시켜 재순환하며 새우 등 국한된 어종 양식에 적용된 생물총 기술(BFT0이 있다.

고비용 높은 폐사율 저생산성과 자연재해, 전염병 등으로 대부분의 자연의존형 양식방법은 이미 3D 산업으로 인식되고 있으며, 선진국의 신기술 적용 생산방식으로 생산 경제성을 높인 양식어와 인접국과 저개발국의 자연포획 또는 양식 수산물의 수입으로 존폐의 기로에 서 있다.

신기술인 해외 유입 RAS(순환여과 맑은 물 재순환) 방식은 정교하고 메카트로닉스 방식으로 수질을 관리함으로 중앙 집중식이며 설비 장치를 위한 넓은 부지와 고단위의 초기 투자 비용 뿐 아니라 운용 유지비를 감내해야 한다.

유럽 등 해외 신기술을 적용하여 효율적이고 생산 경제성에 있는 경영이 가능하나, 국내에서 운용 하기에는 기술 운용 및 초기투자비 부담이 큰 관계로 영세한 한국의 양식 어가가 일반적인 양식 규모에 적용하기는 어려운 현실이다(도 11 참고).

따라서 자연재해 대응, 환경요인 대응, 물리적 생물학적 대응 방법과 한국 현실에 맞는 저비용 기술집약형 단위 모듈을 개발함으로서 생산 경제성과 사업 확장성이 용이하도록 국내 현실에 맞는 모듈별로 독립 생태계를 구현한 저비용 고효율 운용이 간편한 한국형 컨테이너 양식 수조 모듈을 창안하게 되었다.

본 발명과 관련한 선행기술로는, 등록특허 10-0969829 '고밀도 어류양식 시스템'으로, 사육수의 수질을 사육수 여과장치로 순환시켜 수온과 수질을 순환시킬 수 있으나, 미생물을 이용하기 때문에 사육의 안정성이 미흡하며, 다수 개의 사육조와 여과시설 및 폭기조 등이 필요하여 사육 공간과 비용에 있어 비효율적인 문제점이 있었다.

등록특허 10-2092918 '나노 버블 및 마이크로 버블을 이용한 양식장 관리방법'은 양식장 내에 선택적으로 마이크로 버블과 나노 버블을 공급하여 고농도의 영양소를 공급함과 동시에 바닥면에 적층된 사료를 부양시켜 사료의 활용성을 증가시키고 오염물질 제거를 통하여 수질 개선이 가능한 나노 버블 및 마이크로 버블을 이용한 양식장 관리방법이 공개되어 있으나, 별도의 나노버블 생성 장치와 침강 물질을 별로도 부유시켜 오염물 제거하는 별도의 관리 단계가 필요하다는 점에서 비효율적인 문제점이 있다.

등록특허 10-0969829 등록특허 10-2092918

상기의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 기능성 양식수조를 포함하여 육상에서의 다양한 어종의 고밀도 방양을 위한 해비탯(HABITAT)이 가능하며, 저전력 순환펌프로 양식수조로의 원활한 순환을 통해 질산화 공정과 동시에 쾌적한 수질을 갖는 양식 환경과 열효율성이 개선된 기능성 양식수조를 포함하는 순환 여과식 고밀도 양식 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 기능성 양식수조를 포함하는 순환 여과식 고밀도 양식 모듈은 냉동 컨테이너 하우징(10)과; 상기 냉동 컨테이너 하우징에 설치되는 기능성 양식 수조(20)로, 미생물 고정 부착막으로 플라스틱 메쉬(22)가 설치되고, 그 내부에 판상의 PVA 담체 플레이트(24)를 포함하여 부분 질산화가 가능하며, 종류별 다종의 어패류의 서식이 가능한 기능성 양식수조(20); 상기 기능성 양식수조(20)로 유출입되는 사육수가 순환되기 위한 순환배관(30); 상기 순환배관의 사육수의 유출입을 펌핑하여 순환시키기 위한 순환펌프(32); 상기 냉동컨테이너 하우징의 후면에 설치되며, 수온 항성성을 위한 에너지 절감형 저용량 열교환기(40); 상기 순환배관과 연결되어 사육수를 여과하기 위한 것으로서, 순차적으로 부유물 찌꺼기를 물리적으로 여과하기 위한 물리여과조(52); 사육수를 질산화하기 위한 질산화여과조(54); 사육수에 탈질을 수행하여 질소성분을 제거하는 탈질여과를 위한 탈질여과조(56); 잔존 부유물과 유기물, 이산화탄소를 제거하기 위한 고도처리여과조(58)를 포함하는 생물여과조(50); 상기 기능성 양식수조(20)에 투입되는 액상 촉매를 저장하기 위한 액상촉매 저장통(60); 상기 액상촉매 저장통 측면에 설치되는 액상총매 유출을 정량하기 위한 정량펌프(62); 냉동컨테이너 하우징의 일측에 설치되어 내부 공기 순환을 위한 송풍기(70); 전기제어장치(80) 및 센서제어장치(90)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 기능성 양식수조(20)는 그 하단에 저면 트렌치커버(22)와 FRP 통로(24)를 기지며, 2개의 기능성 양식수조로 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 순환펌프(32)는 상기 생물여과조(50)와 열교환기 및 기능성 양식수조와 연결되어 기능성 양식수조의 사육수를 순환시키는 것을 특징으로 한다.

상기 생물여과조(50)는 각각 사육수가 입수되는 입수구(50a); 사육수가 배출되는 출수구(50b); 상기 생물여과조의 내막을 둘러싸고 형성되는 PVA 생물고정막(50c); 그 상단과 하단에 거름망 역할을 하는 그레이팅(50d); 여과조 연결구(50e); 그 상단에 거품을 배출하기 위한 거품배출구(50f)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 생물 촉매를 응용하여 기능성 양식수조별 독립 생태계가 구현된 기능성 양식수조를 포함하는 한국형 순환 여과 고밀도 양식 시설 모듈로서, 질산화 미생물 증식 부착을 위한 생물막이 장치된 기능성 양식수조에 간단한 송풍기로 산소 공급 후 산소 용해 속도를 빠르게 하기 위한 생물 촉매를 응용하여, 저전력 순환펌프로 연결된 저용량 열교환기를 통과한 급속 수류가 형성된 사육수를 파이프로 연결된 생물 여과조부로 이송시켜 물리 화학 생물 고도처리 공정을 수행하고 다시 기능성 양식수조로 배출되어 재사용되는 사육수 재순환 구조로 요소 장치가 유닛트화, 소형화, 규격화, 소형화하여 컨테이너 내부에 설치되도록 구성하여 독립식 생태계를 구현한 한국형 고도처리 순환여과 방식 양식 컨테이너 모듈이다.

본 발명은 기능성 양식수조를 통해 고밀도 방양을 위한 해비탯(HABITAT)이 가능하며, 냉동 컨테이너 하우징을 사용함으로서 단열 효과를 이루어 기성 저용량 열교환기만으로도 열 효율성을 도모할 수 있으며, 생물여과조(50)를 이용하여 효과적으로 양식 사육수를 재순환 재활용함으로서 친환경 양식 산업 육성의 디딤돌이 될 것이다.

본 발명의 고밀도 양식 모듈을 통해 양식 산업 현대화를 이룰 수 있고, 국제 경쟁력 있는 수산물의 생산 가공 유통 고밀도 양식으로 수입수산물의 양식 대체할 수 있으며, 고부가 어종의 양식산업화 가능하다. 어선 어업으로부터 기르는 어업으로의 생산 계획 달성의 기폭제가 될 것이며, 양식 사육수를 효율적으로 재사용함으로서 방류수 배출에 의한 연안 오염 방지가 가능하다.

본 발명에 따르면, 수온 항상성, 수질 항상성 유지로 어체의 성장률 증가시킬 수 있으며, 폐사 억제 효과가 있고, 태풍 해일, 적조 등 자연재해에 대응할 수 있고, 순환여과에 의한 독립생태식 수질 관리로 전염병 차단할 수 있으며, 사육량에 따른 선택적 모듈 사용이 가능하다. 중앙 집중식 시설에 비해 월등히 저렴한 운영 조건 모듈로서, 경제적이고 효율적이 고밀도 양식이 가능하다.

모듈을 다양하게 구성하여 사업확장성이 용이하고 이동설치가 용이하여 양식적지의 선택이 넓어지며, 도심 육상 빌딩 양식에 적용할 수 있는 기초 기술로의 활용이 가능하다. 양식 후방 산업으로 상업 도심 유통용 저장 축양 시설의 확충으로 해수방류로 인한 2차 오염 방지가 가능하며, 폐사 리스크에 의한 상업적 손해 방지 단위 모듈 보급으로 전국 어촌계의 활 수산물 저장 축양 효과로 경제원 획득이 증가하여 어촌 정주 여건 개선에 기여할 수 있다.

도 1은 본 발명의 기능성 양식수조를 포함하는 순환 여과식 고밀도 양식 모듈의 일 실시예를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 생물여과조, 액상촉매 저장통, 정량펌프 및 기능성 양식수조의 트렌치커버와 FRP 통로를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 기능성 양식수조의 구조를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 기능성 양식수조의 내부 구조를 나타낸 것으로 미생물이 부착될 수 있는 플라스틱 메쉬 및 저면 트렌치를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 순환 여과식 고밀도 양식 모듈의 평면도 및 측면도를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 순환 여과식 고밀도 양식 모듈의 측면의 열교환기, 제어장치들과 송풍기 등의 설치 위치를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 순환 여과식 고밀도 양식 모듈의 순환 구조를 나타낸 것으로서, 생물여과조와 순환배관 및 순환펌프의 연결 구조를 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 송풍기와 생물여과조의 연결구조를 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명의 양식 모듈의 생물여과조의 상세구조를 나타낸 것이다.
도 10은 본 발명의 양식 모듈의 생물여과조의 상세 구성요소와 여과를 위한 여과 메디아의 다양한 종류를 나타낸 것이다.
도 11은 종래의 양식 시스템들을 나타낸 것이다.

본 발명에 있어서 기능성 양식수조를 포함하는 순환 여과식 고밀도 양식 모듈을 실시예를 들어 설명을 하면 다음과 같다. 본 발명은 하기의 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명이 속한 기술분야의 당업자에 의한 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 이하, 본 발명에 따른 기능성 양식수조를 포함하는 순환 여과식 고밀도 양식 모듈을 바람직한 실시예 및 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.

본 발명의 기능성 양식수조를 포함하는 순환 여과식 고밀도 양식 모듈은 질산화 미생물 증식 부착을 위한 생물막이 장치된 기능성 양식수조(20)에 간단한 송풍기로 산소 공급 후 산소 용해 속도를 빠르게 하기 위한 생물 촉매를 응용하여, 저전력 순환펌프(32)로 연결된 저용량 열교환기(70)를 통과한 급속 수류가 순환배관(30)로 연결된 생물 여과조(50)로 이동되어 다시 기능성 양식수조로 배출되는 사육수 재순환 구조로 요소 장치가 유닛트화, 소형화, 규격화되어 컨테이너 내부에 설치되는 단위 모듈로 구성된다(도 1 참고).

사육수의 연결은 기능성 양식수조(20)→ 순환배관(30)→ 열교환기(40)→ 생물 여과조(50)로 순환 펌프(32)에 의해 직렬 연결되었으며, 본 발명은 저비용 고효율 간편한 운용 모듈로 단위 모듈마다 독립형 생태계를 구현할 수 있는 한국형 고도처리 순환여과 방식의 컨테이너 모듈을 형성한다.

먼저, 본 발명은 기능성 양식수조를 설치할 수 있는 국제규격의 ISO 냉동 컨테이너 하우징(10)이 뼈대를 이룬다(도 1, 도 2 참조).

사육수 수온 항상성 또한 상업적 산업적 저장 축양 양식 대상어의 질병과 생육, 폐사 관리의 핵심이다. 국내는 4계절의 영향으로 수온 변화가 심해 양식 산업에있어 국제적으로 불리 할뿐 아니라 일반적으로 양식 대상어가 5개월~2년인 점을 감안하면 생육에 필요한 수온유지를 위해 하절기와 동절기의 수온 극복이 산업의 성패를 가르는 핵심이다. 종래의 수류식 양식 어가는 천혜의 여건에서 자연 의존적 양식으로 산업을 지탱해왔으나 자연 재해와 환경요인의 물리적 해결은 불가능하였다.

이에 따라 인위적인 수온 통제 장치의 필요에 따라 저전력 사용 자연적 환경 인자를 극복할 건축물을 대신하고 단열 성능이 우수한 국제규격의 ISO 냉동 컨테이너 하우징(10)을 응용 재활용함에 있어 결과적으로 단열에 의한 열에너지 보호로 저용량의 열교환기(40) 사용이 가능할 수 있다.

수중 산소 소모가 많은 질산화 미생물의 증식을 통해 빠른 질산화 공정을 이루게 하기 위해, 질산화 미생물의 증식 최적 온도와 사육어 성장 최적 온도를 유지하게 위한 열교환기는 기성 저용량 열교환기를 사용할 수 있기 위해서 단열이 최우선이므로 이를 구현하기 위해 기성ISO 냉동 컨테이너 하우징을 사용함으로서 공간 개방형 종래의 시설들의 공간에 비해, 열 냥비를 없앨 수 있다.

냉동 컨테이너 하우징 내부의 작업자 이동 동선과 여과조의 거치대는 FRP 그레이팅으로 하중지지와 통수성 있도록 구성하고 탈부착이 가능하도록 파티션으로 구성하고 지지프레임도 FRP 4각봉으로 구조물을 제작 사용한다.

상기 기능성 양식수조(20)는 냉동 컨테이너 하우징에 설치되며, 미생물 고정 부착막으로 플라스틱 메쉬(22)가 설치되고, 그 내부에 판상의 PVA 담체 플레이트(24)를 포함하여 부분 질산화가 가능하며, 종류별 다종의 어패류의 서식이 가능하여 고밀도 방양을 위한 해비탯(HABITAT)을 구성한다.

본 발명의 기능성 양식수조는 수조 본체의 저면 하단부에는 고형물의 침강시 빠른 배출을 위해 트렌치(26)가 수조 중앙 그리고 하단부 벽면에 면해서 일측에 다수 개가 설치되고, FRP 그레이팅을 이용해 대상 어패류별 적정 크기의 망목을 가지는 FRP 그레이팅 트렌치 덮개(28)가 장착되며, 단위 FRP 그레이팅이 복수 개 결합하여 가로로 어패류별 망목을 형성하고, 상기 FRP 그레이팅에 수직으로 PVC 파이프 프레임이 결합되어 어패류별 서식지를 형성하며, 수조의 4벽면에는 미생물 고정 부착막으로 플라스틱 메쉬(22)가 설치되고, 그 내부에 판상의 PVA 담체 플레이트(24)가 설치되어 미생물이 부착하여 서식함으로써, 미생물에 의한 부분 질산화 및 FRP 그레이팅에 의한 서식과 고형물 배출이 동시에 가능한 것을 특징으로 한다.

또한, 저면의 트렌치는 잔여 사료 침강에 의한 기능성 양식수조 저면부에서의 혐기화를 방지할 수 있으며, FRP 재질의 그레이팅 커버를 장착함으로서 순환 펌프의 흡입에 의한 빠른 토출을 유도할 수 있고 침강물의 빠른 제거로 별도의 공간이 필요한 침전조나 드럼 스크린의 사용은 생략될 수 있다.

저서 생물과 부어류의 종류에 따라 설치 개수를 달리하며 적정 망목의 그레이팅을 수조 하부에 2단으로 FRP 그레이팅 해비탯을 설치하고 수조 내부 종방향 중앙부에 균등 분할된 지점에 분할 지지대를 FRP그레이팅을 이용 설치하고 중앙 지대대 상부에 다시 적정 망목의 FRP그레이팅 해비탯을 설치한다.

또한 기능성 수조의 역할은 수조 내 지속적인 포화 산소 유지로 사육에서 증식 부착된 호기성 미생물에 의해 빠른 질산화 공정을 이루게 함으로서 생물여과 후처리 공정을 부하를 줄일 수 있어 여과조의 규모를 줄일 수 있다.

방양 밀도 증가를 위한 기능성 양식수조 내의 해비탯은 설치 탈거가 가능하도록 FRP재질의 그레이팅으로 망목 크기에 따라 먹이 투입시에도 하부층으로 통과되는 구조로 되어 있고 PVC 파이프를 이용해 다리(받침대)를 구성함으로서 구성품의 교환 및 높이 조절이 원활하게 고안되었다.

또한 사료 투입 후 잔여 찌꺼기와 사육어의 대사 산물과 어체에서 배출하는 삼출수는 암모니아성 질소를 사육수 중에 발생시키게 되어 독성화되며 이를 미생물에 의해 질산화 과정이 진행될 때 질산화 과정 중 호기성 미생물에 의한 아질산성 질소의 농도 축적은 또한 독성 유발로 사육어의 생존과 성장에 지대한 영향을 주므로 이에 기능성 양식수조 내로 개발되어 응용되고 있는 생물 유기 촉매를 응용하여 수조내 먹이 투입 후 경시적 수질 변화에 대응하기 위해 액상 촉매를 투입함으로서 촉매의 기질 특성이 가지는 산소 전달 확산 효과를 극대화할 수 있도록 적정 규정 소량을 투입하여 응용하였다.

또 기능성 양식수조의 수질 관리는 미생물의 증식과 밀접한 관련성이 있으므로 수층 상층부에 존재하는 부유성 호기 미생물보다, 미생물의 부착 성장을 유도할 미생물 부착망을 수조 내의 4면 측벽에 부착함으로서, 호기성 비생물의 부착 성장을 유도하여 호기성 질산화 속도를 증가시킨다.

순환배관(30)은 상기 기능성 양식수조(20)로 유출입되는 사육수가 순환되기 위한 것이며, 순환배관의 사육수의 유출입을 펌핑하여 순환시키기 위한 순환펌프(32)에 의해 순환이 이루어진다.

이때 사용되는 순환 펌프는 소음이 없는 저전력 사용 순환펌프로 일실시예에 따라 펌프 4대로 구성될 수 있다. 2조의 생물여과조에 각2대의 순환펌프로 연결되고 작업자 동선 그레이팅 하단부에 설치 구성하고 1대의 펌프는 배관을 통해 제1열교환기로 향하는 펌프이고, 열교환기를 통과한 급속 수류의 사육수는 물리여과조(52)를 통과하여 물리 여과를 수행하고, 질산화여과조(54)로 이송되어 질산화 여과를 수행하고 기능성 양식수조 내로 배출된다. 이때 질산화를 위한 순환 여과량은 20m³으로 저수량 대비 2배수의 환수량을 유지한다.

제2 순환펌프는 배관을 통해 탈질여과조(56)로 향하는 펌프로 급속 수류는 를 탈질여과조(56)를 통과하며 탈질 공정을 수행하고 연결 파이프를 통해 고도처리 여과조(58)로 이송되어 탈기 및 수소 이온 농도 조절을 하며, 기능성 양식수조 내로 배출된다. 이때 탈질을 위한 순환 여과량은 20m³으로 저수량 대비 2배수의 환수량을 유지한다.

재3, 제4의 순환펌프도 독립된 제2 기능성 양식수조와 연결된 열교환기와 여과조를 동일한 과정으로 공정을 수행한다.

열교환기(40)는 상기 냉동컨테이너 하우징의 측면에 설치되며, 수온 항성성을 위한 에너지 절감형 저용량 열교환기인 것이 바람직하다. 본 발명의 저비용 수온 항상성을 위한 열교환기의 기본 구성은 종래에 사용하는 중앙 집중식 고용량(30-50HP) 열교환기의 사용을 배제하고 기성제품의 3HP 히터펌프로 대체하였다.

4계절이 있는 국내의 환경 요인은 양식 조건에 있어 불리한 여건이며 양식 대상종의 대다수가 성장률 측면에서 20-25℃가 최대 성장 효율 온도임에도 낙후한 기존 시설에서는 동절기의 저성장과 하절기 고수온 폐사로 환경 인자 극복이 절실함에도 정부 주도로 보급한 중앙 집중식 대형 열교환기를 사용함으로서 운용 유지비가 증가하여 생산비 증가로 이어져 어가 경제에 부정적인 영향을 미치고 있다.

또한 신규 양식 시설에도 단열 공간 시공에 따른 투자비 부담과 건축비의 부담으로 열 에너지 사용 효율을 고려하지 않은 채 물리적 기계장치의 규모에만 연연한 결과로 대형 열교환기의 선정 사용은 초기 장치비 및 에너지 사용비 증가로 생산 경제성 면에서 막대한 부담으로 귀결되고 있고, 결국 이런 설비를 갖추지 못한 양식 어가는 양식 가능 기간의 단축으로 저성장 또는 계절 환경요인에 의해 대량 폐사를 맞이하고 생산 경제성이 떨어지게 된다.

따라서 환경요인의 극복을 위해 저동력 열교환기를 사용하기 위한 전제로 열에너지 낭비를 줄인 단열 공간의 필요에 따라 건축물의 구조 개선과 새로운 단열시설의 설치보다 훨씬 효율적이고 경제적인 기성 ISO 냉동 컨테이너 하우징을 이용함으로 저용량의 열교환기로도 목포 수온을 달성할 수 있고 동시에 건축 구조물로서의 역할이 되므로, 초기 투자비와 열교환기 사용에 의한 에너지 절감 운용 비용 절감 효과를 기대할 수 있다.

종래에 중앙 집중식의 고용량(30~50HP) 열교환기는 불필요한 에너지 낭비 요인으로 가동 운용비 또한 생산 경제성에 큰 영향을 주고 있다. 본 발명에서의 열교환기는 바람직한 일 실시예에 따라, 냉열과 온열을 필요에 따라 조절할 수 있는 기성 제품으로 3HP 2대를 사용하여 일반적인 생육 조건인 4~25 ℃의 생육 수온을 통제 가능하게 조절할 수 있고 모듈의 전체 전기 용량은 7KW에 불과하다.

바람직하게, 냉동 컨테이너 후면부에 열교환기 2대를 설치하여 컨테이너 내부에 구성한 독립된 2개의 기능성 양식수조의 사육수가 순환펌프로 연결된 배관을 통해 각 2대의 펌프중 하나로 열교환기와 연결되어 냉각 또는 가온된 사육수는 토출되어 여과조로 연결되는 것을 특징으로 컨테이너 내부로는 열교환기의 공기 흡입면이 위치되고, 팬 송풍구는 컨테이너 외부에 위치하도록 고정한다.

생물여과조(50)는 물리여과조(52), 질산화 여과조(54), 탈질 여과조(56) 및 고도처리여과조(58)의 4개의 여과조로 각기 독립적을 구성된 소형화한 여과조를 설치하여 사육수 재순환 사용 공정을 수행한다(도 8 내지 도 10 참조).

생물여과조(50)는 일 실시예에 따라 독립된 4개의 원통형 장치로 구성하여 2개의 독립 기능성 양식수조에 2조를 각각 설치할 수 있다.

생물여과조의 재질은 FRP 또는 PVC일 수 있다. 수류 이동 방향은 상향류식으로 하고, 원통 내부에 미생물 부착 증식을 위한 PVA 생물막을 원통 내부 외측벽에 장착하고, 하단부에 입수관과 출수관을 설치하여 청소 및 세척시 상부에서 물을 주입함으로서 하부로 드레인(출수)하는 간단한 조작으로 종래의 역세과정의 난도를 줄일 수 있다.

여과 메디아는 2가지를 사용 하는 2상 유동상, 질산화 미생물 고정막이 설치된 하이브리드 생물여과조를 구성하였다.

또한 여재 및 장치가 수류 저항에 따른 수두손실과 부착 비생물이 증식 부착되는 PVA담체 유실을 방지할 목적으로 얇은 그레이팅으로 메디아간 층 간격을 유지하도록 여과통에 층간 분리막이 설치되어 2상 메디아의 혼입을 방지하고 유동성을 유지하여 메디아 혐기화를 방지하여 청소 및 사용 기간을 증가시킬 수 있게 하였다.

사육수 수질 항상성 유지는 상업적 산업적 양식 대상어의 질병과 생육, 폐사 관리의 핵심이다. 수질 항상성 유지를 위한 본 발명에서는 4개의 생물여과조로 구성된 고도처리 순환여과 장치로 기능성 양식수조에서 순환펌프에 의해 열교환기를 통과 하고 순환배관을 통해 사육수가 여과 장치로 이송되어 사육수 여과 공정이 수행된다.

본 발명의 생물여과조(50)를 상세히 설명하면 다음과 같다.

물리여과조(52)는 순환배관과 연결되어 사육수를 여과하기 위해 수질 항성성을 위한 것으로서, 순차적으로 부유물 및 사료 잔여물을 여과 하는 호기성 물리 여과조이다. 이는 물리 여과뿐 아니라 호기조로서 여과 메디아에 의해 질산화도 효과도 기대할 수 있다.

여과조 상부가 공기 유입이 가능하도록 일정 개방구가 구비되게 하고 원통 내부 외측벽에 미생물 부착을 위한 PVA 10mm 생물막을 설치하고, 저단부에 입수구와 출수구를 구비하여 청소 및 세척수와 사육수가 원활히 유동하도록 하는 것을 특징으로 한다.

원통내 저단부에 사육수 흐름 방해를 방지할 목적으로 일정 높이의 받침대를 장착한 그레이팅으로 메디아 적층 받침대를 구성하고 그레이팅 하단부면에는 통수성이 좋은 PVA 플레이트를 부착하여 찌꺼기등 잔존 유기물을 1차적으로 걸러 낼수 있도록 하고,최 하단부 바닥에는 공기 주입을 위한 고압 공기돌을 위치시킨다.

하단부에 장착한 그레이팅 윗면에 입경이 굵은모래나, 중간크기의 모래를 적층하며, 일정 공간을 두고 여과통 중층부에 그레이팅을 설치하여 그레뉼 카본을 적층하여 미세 부유물과 냄새를 제거하여 탁도유지 및 병원성 미생물을 흡착 제거한다. 상부 수류 이동구에 면해 아랫면에 그레이팅을 설치하여 유동 메디아의 유실을 방지한다.

질산화 여과조(54)는 사육수를 질산화하기 위한 것으로서, 물리여과조(52) 상부에서 수류 이동구 파이프를 통해 질산화 여과조(54) 하단부의 입수관으로 수류가 이동해 질산화 여과조(54)에 상향류로 다시 이동되는 수류 이동 과정으로 호기성 질산화조이다.

여과조의 구성 원리는 전술한 물리여과조(52)와 동일하나, 단 여과 메디아 구성 재료의 차이로 하단부에 안트라사이트를 여과공간의 60%를 적층하고, 상단부에 질산화 미생물 증식 부착을 위한 PVA담체를 1cm³ 크기로 망목에 담아 60% 적층한다.

탈질 여과조(56)는 질산화 여과조에서 질산화된 사육수에 탈질을 수행하여 질소성분을 제거하는 과정을 위한 여과조이다. 탈질조로 무산소조로 구성하되 상부 공기유입을 차단 하기 위해 폐쇄형 원통으로 구성하고 나머지는 전술한 물리여과조(52) 내부 구성과 동일하나 탈질을 위한 여과 메디아의 구성 재료를 달리하고 여과조 최하단부 바닥에 무산소조 유지를 위해 공기 주입용 산소돌 설치는 생략된다.

탈질 미생물은 호기성 조건에서는 산소를 이용한 탈질을 하므로 산소 유입을 막고 무산소 상태(D0 2이하)운전을 기본으로 하여 하단부에 입경이 작은 천연 제올라이트를 적층하고 상단에는 입경이 굵은 천연 제올라이트를 적층한다.

메디아의 기질 특성인 양이온 교환을 통해 Clinoptilolite 암모늄을 제거하는 방법인 이온교환법을 이용하고 이온교환 칼럼에 양식 사육수를 통과 시켜 제올라이트가 지닌 이온 즉 Na+ 등이 NH₄ + 이온과 교환되어 암모늄이 제거되는 화학적 원리와 생물학적 질소제거로 질산화와 탈질 기작을 이용하는 것으로 암모니아성 질소를 탈질 여과조(56)의 질산화 반응을 통해 무독성인 질산성 질소로 전환시킨 후 탈질 반응을 통해 질산성 질소를 N2 가스 상태로 대기상으로 환원시켜 제거하는 방법이다. 본 발명에서는 가장 경제적인 방법으로, 두 기작을 이용한 공정을 적용하였다.

고도처리여과조(58)는 잔존 부유물과 단백질 등 유기물, 이산화탄소를 제거(탈기)하기 위한 것이다. 고도처리여과조(58)는 호기성 고도 처리부로, 대사 산물인 이산화탄소와 탈질 여과조(56)로 부터 유입된 N₂ 등을 외부 송풍기로 유입된 고압 송풍에 의한 미세 공기압으로 대기로 방출시키고 또한 수중의 수소이온 농도 조절을 목적으로 구성하되, 여과 매디아를 산호석으로 하단부에 60% 적층하고 호기조건과 수중 가스의 방출을 유도하기 위해 여과통의 상부가 가스 배출이 가능하도록 일정 크기의 개방구를 가지는 구조로 전술한 물리여과조(52)와 내측이 동일한 구조를 가지나 사육수 여과의 최종 공정으로 여과통 상부 일측에 기능성 양식수조내로 여과 사육수가 유도될 수 있도록 토출구를 구비한 장치로 고안되었다.

도 9는 본 발명의 양식 모듈의 생물여과조의 상세구조를 나타낸 것으로 이를 참고하면, 상기 생물여과조(50)는 각각 사육수가 입수되는 입수구(50a); 사육수가 배출되는 출수구(50b); 상기 생물여과조의 내막을 둘러싸고 형성되는 PVA 생물고정막(50c); 그 상단과 하단에 거름망 역할을 하는 그레이팅(50d); 여과조 연결구(50e); 그 상단에 거품을 배출하기 위한 거품배출구(50f)를 포함한다.

액상촉매 저장통(60)는 상기 기능성 양식수조(20)에 투입되는 액상 촉매를 저장하기 위한 것이며, 기능성 양식수조(20)의 상단에서 투입될 수 있도록 냉동 컨테이너 하우징(10)의 상단 일측에 설치된다.

정량펌프(62)는 상기 액상촉매 저장통 측면에 설치되어 액상총매 유출을 정량하여 기능성 수조로 투입시키는 역할을 한다.

송풍기(70)는 하우징의 일측에 설치되어 내부 공기 순환을 위한 것이다.

고밀도 방양으로 사료 투입 후의 수질의 경시적 변화에 대응하여 수중의 암모니아성 질소 성분의 빠른 질산화를 유도하기 위한 관건은 질산화 미생물의 증가이므로 미생물 증식의 필수 요건인 수중 용존 산소량 유지를 위해 미생물의 빠른 산소 소모에 대비한 종래의 메카트로닉스 방식의 산소 공급 방식을 생물학적 방식으로 개선하여 용해 속도 증가를 위해 고압 송풍기(70)와 액상촉매 저장통(60)과 액상촉매투입을 위한 정량펌프(62)를 모듈 내에 설치 운용하여 사료투입 후나 고밀도 양식시의 대사물에 의한 암모니아성 질소나 질산화 과정 중의 아질산성 질소에 의한 독성 물질 농도 변화에 대응하여 종래의 기계 장치에 의한 과중한 초기 투자비와 여과 장치 설치면적의 증가와 유지, 보수의 기술적 난이도 조절과 운용이 가능하며, 고단위 기술 인럭을 대체하고 기술 적정성을 이룰 수 있다.

또한, 본 발명의 고밀도 양식시설모듈의 유기적 장치 연결성을 위해 전기제어를 위한 전기제어장치(80: 컨트롤 패널)와 온도 등 센서제어장치(90) 및 조명장치를 포함한다.

전기제어장치(80: 컨트롤 패널)와 온도 등 센서제어장치(90)는 컨테이너 내측 또는 컨테이너 후면부에 장치 공간의 여건에 따라 규격화 유니트화하여 설치하는 것으로 컨테이너 내부에는 LED 등으로 구성된 조명 장치와 전원 개폐장치로 구성된다.

본 발명은 규격화된 구조물의 사용으로 순환여과 양식 시설들의 규격화 유니트화가 가능하여 양식 기자제 산업의 발전을 기대할 수 있다.

상기에 제시된 실시예는 예시적인 것으로 이 분야에서 통상의 지식을 가지는 자는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 제시된 실시예에 대한 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 이러한 변형 및 수정 발명에 의하여 본 발명의 범위는 제한되지 않는다.

10 : 냉동 컨테이너 하우징
20 : 기능성 양식수조
22 : 플라스틱 메쉬 24 : PVA 담체 플레이트
26 : 저면 트렌치
30 : 순환배관 32 : 순환펌프
40 : 열교환기
50 : 생물여과조
52 : 물리여과조 54 : 질산화여과조
56 : 탈질여과조 58 : 고도처리여과조
60 : 액상촉매 저장통 62 : 정량펌프
70 : 송풍기
80 : 전기제어장치 90 : 센서제어장치

Claims

냉동 컨테이너 하우징(10)과;
상기 냉동 컨테이너 하우징에 설치되는 기능성 양식 수조(20)로, 미생물 고정 부착막으로 플라스틱 메쉬(22)가 설치되고, 그 내부에 판상의 PVA 담체 플레이트(24)를 포함하여 부분 질산화가 가능하며, 종류별 다종의 어패류의 서식이 가능한 기능성 양식수조(20);
상기 기능성 양식수조(20)로 유출입되는 사육수가 순환되기 위한 순환배관(30);
상기 순환배관의 사육수의 유출입을 펌핑하여 순환시키기 위한 순환펌프(32);
상기 냉동컨테이너 하우징의 후면에 설치되며, 수온 항성성을 위한 에너지 절감형 저용량 열교환기(40);
상기 순환배관과 연결되어 사육수를 여과하기 위한 것으로서, 순차적으로 부유물 찌꺼기를 물리적으로 여과하기 위한 물리여과조(52); 사육수를 질산화하기 위한 질산화여과조(54); 사육수에 탈질을 수행하여 질소성분을 제거하는 탈질여과를 위한 탈질여과조(56); 잔존 부유물과 유기물, 이산화탄소를 제거하기 위한 고도처리여과조(58)를 포함하는 생물여과조(50);
상기 기능성 양식수조(20)에 투입되는 액상 촉매를 저장하기 위한 액상촉매저장통(60);
상기 액상촉매 저장통 측면에 설치되는 액상총매 유출을 정량하기 위한 정량펌프(62);
냉동컨테이너 하우징의 일측에 설치되어 내부 공기 순환을 위한 송풍기(70);
전기제어장치(80) 및 센서제어장치(90)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 기능성 양식수조를 포함하는 순환 여과식 고밀도 양식 모듈.
제1항에 있어서,
상기 기능성 양식수조(20)는 그 하단에 저면 트렌치커버(22)와 FRP 통로(24)를 기지며, 2개의 기능성 양식수조로 구성되는 것을 특징으로 하는, 기능성 양식수조를 포함하는 순환 여과식 고밀도 양식 모듈.
제1항에 있어서,
상기 순환펌프(32)는 상기 생물여과조(50)와 열교환기 및 기능성 양식수조와 연결되어 기능성 양식수조의 사육수를 순환시키는 것을 특징으로 하는, 기능성 양식수조를 포함하는 순환 여과식 고밀도 양식 모듈.
제1항에 있어서,
상기 생물여과조(50)는 각각 사육수가 입수되는 입수구(50a); 사육수가 배출되는 출수구(50b); 상기 생물여과조의 내막을 둘러싸고 형성되는 PVA 생물고정막(50c); 그 상단과 하단에 거름망 역할을 하는 그레이팅(50d); 여과조 연결구(50e); 그 상단에 거품을 배출하기 위한 거품배출구(50f)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 기능성 양식수조를 포함하는 순환 여과식 고밀도 양식 모듈.