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SUMMARY
목차
Contents 12
제1장 연구개발 과제의 개요 20
제2장 국내외 기술개발 현황 21
제3장 연구개발수행 내용 및 결과 23
제1절 사육조 형태별 수리역학적 특성 조사 23
가. 사육조내 유속분포 24
나. 전산유체역학적 수치해석 24
제2절 섬유사여과기를 이용한 순환여과시스템 개발 및 운영실험 26
가. 넙치를 대상으로한 운용실험 27
나. 강도다리를 대상으로한 운용실험 30
제3절 Pilot형 순환여과시스템 제작을 위한 여과시스템 개발 32
가. 여과시스템 개발 32
나. 여과시스템 검정을 위한 실험용 순환여과시스템 제작 및 운영 35
제4절 Pilot형 순환여과시스템 제작 42
제5절 Pilot형 순환여과시스템 운용 및 시스템 개선 46
가. Pilot형 순환여과시스템 운용 46
나. 수류전환막을 가진 유동상 여과조 설계 및 제작 51
다. 6 m급 원형사육조의 수리역학적 특성 조사 53
제6절 넙치를 대상으로한 Pilot형 순환여과시스템 현장적용 실험 57
제7절 순환여과시스템 경제성 분석 63
가. 순환여과식 넙치양식의 수익-비용구조 분석 63
나. 순환여과식 넙치의 경제성 평가 64
제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 65
제5장 연구개발결과의 활용계획 66
제6장 참고문헌 67
표 1. 시스템별 평균 수온, 용존산소, 암모니아성 질소 농도 변화 29
표 2. 순환여과시스템 강도다리 사육시험중 수온, 염분 및 DO의 변화 31
표 3. 시험기간중 수온, 염분 및 DO의 변화 36
표 4. 시험기간중 성장 및 생존율의 변화 37
표 5. 시험기간중 사육수온의 변화 46
표 6. 시험기간중 사육수의 염분, DO의 변화 47
표 7. 시험기간중 넙치의 성장 및 평균증중량 49
표 8. 수치 해석 기본 조건 55
표 9. 순환여과식 넙치양식과 일반양식장의 수익비용구조비교(수면적 3.3 ㎡ 기준) 63
표 10. 순환여과식 넙치양식장과 일반 양식장의 경제성분석 64
그림 1. 노르웨이(좌)와 미국(우)의 순환여과사육시스템. 21
그림 2. 미국의 해조류를 이용한 생물여과시스템. 22
그림 3. 동해특성화연구센터 순환여과시스템. 22
그림 4. 수리역학조사를 위한 원형(좌) 및 Raceway형(우) 사육조. 23
그림 5. 원형(좌) 및 Raceway형(우) 사육조 평균 유속 분포도. 24
그림 6. 원형사육조 유속과 압력장 Vector 분포. 25
그림 7. Raceway형 사육조 유속과 압력장 Vector 분포. 25
그림 8. 사육수조 바닥 부분(좌)과 상단(우)의 Pathline 분포도. 26
그림 9. 섬유상 여과기를 이용한 순환여과시스템 전경. 26
그림 10. 넙치 체장(좌) 및 체중(우)의 변화. (●순환여과시스템, ▲ 유수식시스템) 27
그림 11. 사육시스템별 넙치의 생존율의 변화.(●순환여과시스템, ▲ 유수식시스템) 28
그림 12. 넙치의 사육 밀도 변화.(●순환여과시스템, ▲ 유수식시스템) 29
그림 13. 시스템별 넙치 사료계수.(●순환여과시스템, ▲ 유수식시스템) 29
그림 14. 강도다리 사육시험중 질산성질소 농도 및 탁도 변화. 31
그림 15. 순환여과시스템 강도다리 사육시험중 성장 및 생존율의 변화. 32
그림 16. 마세포말분리장치 단면도. 33
그림 17. 벤튜리관 부분 단면도. 33
그림 18. 유동상 여과기 단면도. 34
그림 19. 에어 및 주수 배관 부분. 34
그림 20. A형 순환여과시스템 모식도. 35
그림 21. B형 순환여과시스템 모식도. 35
그림 22. 시험기간중 질산성 영양염 농도 변화. 38
그림 23. 시험기간중 사육수의 탁도 변화. 39
그림 24. 삼상유동상여과기의 암모니아 농도 변화. 40
그림 25. 사육수의 SS농도의 변화. 40
그림 26. 분리된 호기성 세균. 41
그림 27. 분리된 혐기성세균. 41
그림 28. Pilot형 사육조 모식도. 42
그림 29. Pilot형 수직형 삼상유동상여과기 모식도. 43
그림 30. Pilot형 수평형 삼상유동상여과기 모식도. 43
그림 31. Pilot형 포말분리기 모식도. 44
그림 32. UV 소독조 모식도. 44
그림 33. 수직형 유동상 순환여과시스템. 45
그림 34. 수평형 유동상 순환여과시스템. 45
그림 35. 암모니아성 질산 평균 농도 변화. 48
그림 36. 아질산성 질소 및 질산성 질소 평균 농도 변화. 48
그림 37. 사육시스템별 넙치의 생존율. 50
그림 38. 시험기간중 넙치의 사육밀도의 변화. 51
그림 39. 유동상 여과조의 3D 유적선과 2차원 속도장 분포. 52
그림 40. 유동상 여과조의 제작도. 52
그림 41. 개량형 삼상 유동상여과기 도면. (100 : 여과조, 100a : 투명창, 101 : 원통형 벽체, 101a : 배수구멍, 102 : 라운드형 벽체, 104 : 배수로, 105 : 배수구, 106 : 개폐형 뚜껑, 106a : 배기구멍, 110 : 유도관, 111 : 수류 전환막, 112 : 측면 개구부, 120 : 유도관... 53
그림 42. 두개의 주수구를 가진 사육수조의 3차원 모델링. 55
그림 43. 유동 해석 결과(속도장). 56
그림 44. 수조 벽면에서 거리에 따른 유속변화. 56
그림 45. 사육수의 수온 변화. 58
그림 46. 사육수의 염분 변화. 58
그림 47. 사육수의 용존산소량 변화. 59
그림 48. 사육수의 암모니아성 질산 농도 변화. 59
그림 49. 사육수의 아질산성 질소 및 질산성 질소 농도 변화 60
그림 50. 사육수의 pH 변화. 60
그림 51. 사육시스템별 넙치의 체중 변화. 61
그림 52. 사육시스템별 넙치의 생존율 변화. 61
그림 53. 사육시스템별 넙치의 사육밀도 변화. 62
그림 54. 순환여과시스템의 총세균수 변화. 62
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I. 제목
해수 순환여과시스템 실용화 연구
II. 연구개발의 목적 및 필요성
현재 해산어류 양식 생산량은 넙치를 대상으로 한 육상수조식 양식이 약 50%를 차지하고 있으며, 육상수조식 양식의 경우 가두리양식에 비해 날씨나 해황변동에 대한 영향이 적다는 장점이 있으나, 바다로부터 많은 해수를 퍼 올려 사용하고 배수시키는 방식으로 잦은 적조 및 냉수대 발생 등의 자연환경 악화에 의해 안정적인 사육이 곤란한 경우가 있다. 또한 동력비, 가온비, 냉각비 등에서 에너지효율이 좋지 않아 양식원가 상승 및 양식품종 다양화에 대한 장해 요소가 되고 있으며, 양식 결과 생성되는 어류의 배설물이나 미섭취 사료 등은 고농도의 영양분을 함유하고 있어 그에 따른 처리방안이 요구된다.
이에 반하여 해수 순환여과 양식시스템은 사육수에 함유되어 있는 고농도의 영양오염물을 여과 처리하여 다시 사용하고 일부만 배수하는 환경문제를 고려한 수산양식 방법으로 최근 국제사회에서는 관심이 매우 높아지고 있으며, 국내에서도 산업적으로 과거 내수면 어종을 대상으로 외국에서 개발된 시스템을 일부 도입한 사례가 있으나 산업적으로 성공하지 못하였다.
향후 국내에서도 환경규제 강화, 식품안전성을 고려한 고급수산물에 대한 수요 등이 증가될 것으로 예상됨에 따라 해산어 양식 산업을 지속적으로 발전시키기 위하여 해수 순환여과시스템 개발 및 운용방법에 대한 기술적 개발이 시급한 것으로 판단되어진다.
III. 연구개발 내용 및 범위
본 연구에서는 해수순환여과시스템을 실용화하기 위해 제작이 쉽고, 어민들이 사용하기 간편한 해수순환여과시스템을 개발하고 그 운용 특성을 연구하는데 목적이 있다. 이를 위하여 기존 하수종말처리장 등에서 효율적으로 운용되고 있는 여과시스템을 접목한 실험용 순환여과시스템을 설계, 제작하여 넙치 및 강도다리를 대상으로 사육실험을 실시하여 순환여과시스템에서의 사육특성과 수질특성을 파악하였고, 그 결과를 토대로 해수 순환여과시스템에 적용이 가능한 물리적, 생물학적 여과시스템을 개발하였다.
이들 여과시스템을 이용하여 Pilot형 순환여과시스템을 설계, 제작하였다. 이 순환여과시스템은 넙치를 대상으로 한 운용특성 및 개선점을 검정하였으며, 이들 자료를 토대로 현장 적용 실험을 실시하였다.
IV. 연구개발 결과
넙치, 강도다리를 대상으로 실험용 해수 순환여과시스템을 운용하고 평가함으로서 해수순환여과시스템에 적용이 가능한 물리적여과시스템 1건, 생물학적 여과시스템 2건을 개발하였으며, 여과시스템은 여과능력, 운용방법을 조사하여 Pilot형 순환여과시스템을 개발, 제작하였다.
제작한 Pilot형 순환여과시스템의 운용한 결과 순환여과시스템이 유수식에 비해 극히 적은량의 용수를 사용하여 연안오염을 줄이며, 성장 및 생존율이 양호하고 질병 및 적조, 냉수대에 대한 피해가 절감되어 양식생산성이 향상되며, 안정된 수질의 유지, 용수 절감, 생산량 증가, 폐사율 감소, 생물 안전성 확보라는 장점이 있는 것으로 나타났다.
V. 연구개발 결과의 활용계획
본연구에서 개발한 물리적여과장치 1건 및 생물학적 여과장치 1건에 대하여서는 2007년 특허등록이 완료 되었고, 2008년 1월에는 생물학적 여과장치 1건을 추가로 특허 출원하였으며, 이들 시스템에 대한 설명회, 어민상담, 세미나 등을 실시하여 제품의 조기보급에 최선을 다하고 있다.
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원문구축 및 2018년 이후 자료는 524호에서 직접 열람하십시요.
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