'순환여과'양식장에는 어떤 설비가 필요할까?

안녕하세요? 국립수산과학원 제10기 블로그기자단(Sea-Science reporters) 김준원입니다.

 

‘양식’이란 무엇일까요??

사전에서는 ‘인공적으로 물고기나 다른 생물들을 길러서 번식하게 한다’ 라고 정의합니다.

국립수산과학원에서도 여러 물고기들의 양식 방법을 연구하고 개발하고 있는데요.  

환경에 예민한 요즘에는 다양한 친환경적인 양식방법을 연구하고 있습니다.

친환경적인 양식방법 중에는 순환여과 방식이 있는데요. 간단히 말해서 양식에 사용한 물을 버리지 않고 여과한 후 재사용하는 양식 방법입니다.

 

▲ 해수 순환여과방식 시스템(출처 : 국립수산과학원 보도자료)

      

순환여과방식의 핵심은 바로 물을 재사용 하는 것인데요. 물을 재사용하기 위해 크게 물리적 여과, 생물학적 여과 과정을 거치게 됩니다. 이 두 과정에도 세부적으로 방식의 차이가 있습니다.

물리적 여과는 말 그대로 물리적, 기계적으로 이물질을 걸러내는 건데요. 사료찌꺼기, 어류 배설물, 어류의 점액 등을 걸러 냅니다. 생물학적 여과는 여러 미생물을 이용하여 여과하는 방식인데요.

물고기의 배설물에서 나오는 유독한 암모니아를 비교적 독성이 낮은 질산염으로 분해하고 최종적으로는 질소기체로 탈질화 시키는 과정입니다. 먼저 물리적 여과에 필요한 설비들을 소개하겠습니다.

 

    ▲ 뱀장어 양식장의 침전조

      

물리적 여과의 대표적으로 침전조가 있습니다. 침전조는 말 그대로 배설물, 사료찌꺼기같이 고형 이물질들을 가라앉혀서 제거하는 방식입니다. 이물질을 제거하는 것은 중요한 과정인데요. 이물질이 제거가 되지 않은 상태에서 생물학적 여과조로 들어가게 된다면 생물학적 여과조에 큰 부하를 주게 됩니다.

이렇게 이물질을 침전시키면 침전조의 윗부분의 물은 이물질이 어느 정도 제거가 된 물이겠지요?

윗부분의 물은 배관을 통해 생물학적 여과조로 보내져 재사용됩니다.

여과재를 막아버려 여과조의 청소를 자주하게 된다거나 생물학적 여과가 제대로 이루어지지 않는 경우를 막기 위해 침전조를 필수로 두어야합니다. 침전을 시킨 이물질들을 제거하기 위해서는 사람이 매일 청소를 해주어야 합니다.

▲ 아쿠아리움의 모래여과기

 

물리적 여과에서는 모래여과기도 있습니다. 주로 고압펌프를 이용하여 물을 강제로 여과재를 통과시키는 방식입니다. 이를 이용하면 물의 탁도를 감소시킬 수 있는 장점이 있습니다.

하지만 고형물이 모래의 틈을 막아 물의 흐름이 한쪽으로 쏠려 여과가 잘 이루어지지 않는 상황이 일어날 수도 있습니다. 그렇다고 물리적 여과만 담당하는 여과기는 아닙니다.  

모래입자의 미세한 틈들에도 여과 박테리아가 서식하여 생물학적 여과도 이루어지는 여과조입니다.

양식장에서는 잘 사용하지는 않지만 아쿠아리움의 LSS시스템에서는 이용하는 방식입니다.

 

▲ 양식장의 드럼스크린 여과기

 

드럼여과기는 양식장에서 주로 사용하는 여과기로 모래여과기의 단점을 보완한 새로운 방식의 물리적 여과방식인데요. 드럼스크린, 스크린 필터라고도 하는데요. 스크린으로 슬러지를 제거하는 여과빙식입니다.

드럼의 내부로 물을 통과시켜 회전하는 스크린이 이물질을 걸러주는 방식입니다.

스크린의 이물질을 다시 물을 분사하여 필터 외부로 슬러지나, 이물질을 배출하는 방식입니다.

그렇기에 회전하는 드럼의 바닥에 배수시설이 잘 갖추어져야 합니다.  

 

▲ 양식장의 거품분리기(포말분리기, 스키머)

 

포말분리기는 거품을 이용하여 이물질을 제거하는 방식입니다.

이물질과 단백질 성분이 많으면 물고기들에게 살기 좋은 환경을 제공하기에 어려움이 있습니다.  

이 물질들이 생물학적 여과조에 들어가게 되면 마찬가지로 여과조에 부하를 주게 되고 충분한 여과효율을 낼 수 없게 됩니다. 이를 막기 위해 미세한 고형물질과 단백질 성분을 거품을 내서 분리하는 장치입니다.  

미세한 거품들을 많이 형성, 계면활성의 방식으로 미세 고형물질과 단백질성분을 수조 밖으로 배출하니다. 주로 해수순환여과양식장에서 사용하는 여과 장치입니다. 점성이 있는 물일수록 거품이 미세하게 발생하여 효과가 뛰어난 여과기입니다.  

 

▲거대한 생물학적 여과조   

 

생물학적 여과를 수행하기 위해서는 생물학적 여과조가 필요합니다.

생물학적 여과조에서는 여과조에 여과재를 넣어 박테리아의 서식지를 제공하여 질소 산화물을 제거하는 방식입니다. 물고기가 사료를 먹고 나오는 배설물은 주로 암모니아 성분인데요.

암모니아는 pH가 낮은 담수에서는 독성이 약하지만, pH가 높은 해수에서는 독성이 비교적 강하게 나타납니다. 암모니아 성분을 제거하기 위해서 순환여과식 사육시설에서는 필수적으로 질산화 과정을 거치게 됩니다. 주로 이루어지는 과정은 아질산균(Nitrosomonas. sp)이 암모니아를 아질산으로 바꾸고 질산균(Nitrobactor. sp)이 아질산을 질산염으로 바꾸어주는 겁니다.

이러한 과정을 통해 독성이 강한 암모니아를 비교적 독성이 적은 질산염으로 바꾸어 줍니다.

이후 탈질과정을 거쳐서 최종적으로 혐기성 세균(Pseudomonas. sp)에 의해 질소기체로 배출되어 나가게 됩니다. 이러한 과정을 통하여 생물학적여과를 진행시켜 물을 재사용하는 것입니다.  

보통의 양어장에서는 이 탈질과정을 생략하고 축적된 질산염은 환수로 통해 제거하는 것이 일반적입니다.

대표적으로 사용되는 여과는 고정상 여과재를 이용한 여과방식인데요.   

 

▲고정상 생물학적 여과조(좌), 물속에 들어있는 카트리지 여과재(우)

 

이렇게 카트리지형식으로 장착된 여과재를 사용하거나, 스티로폼 비드, 거친 청소솔, 플라스틱 여과재 등을 이용하여 고정되어있는 여과재에 박테리아가 자리를 잡아 질산화 과정을 일으키게 합니다.

 

고정상 여과재를 사용하는 여과는 침지식 여과가 대표적인데요. 여과재를 사용하느냐에 따라서 여과효율이 달라지는 특징이 있습니다. 또한 침지식 여과의 경우 미세 부유물질이 여과재에 흡착되거나 여과조 바닥으로 침전되어 제거가 되기 때문에 물의 탁도 개선에도 도움이 됩니다.  

청소, 관리가 용이하고 미생물이 서식하는 표면적이 크다는 장점을 가지고 있습니다. 이 외에도 살수식 여과, 미세 비드 여과 등이 사용됩니다.

 

▲ 생물학적 여과조(좌) 여과조에 떠있는 유동상 여과재(우)

 

여과재를 고정시키는 고정상 여과가 있다면 여과재가 움직이는 유동상 여과도 있겠지요?

유동상 여과는 여과조에서 여과재가 이동하고 움직이며 용존산소량을 늘림과 동시에 호기성 세균이 잘 활동할 수 있도록 도와줍니다.   

암모니아를 질산염으로 바꾸는 과정에서 주로 사용되는 세균은 호기성 세균이기때문에 유동상 여과재의 경우 이 질산화과정을 잘 일어나게 합니다.  

여과 방식으로는 사진에서와 같이 여과조에 여과재를 부유시켜 유동시키는 방식과 회전 원판식으로 사용하는 방식 등이 있습니다. 따라서, 여과효율이 시설면적에 비해서 뛰어나다는 장점을 가집니다.  

 

▲ 액화산소탱크(좌) 양어장에서 주로 사용하는 링브로와(우)  

 

순환여과 방식을 사용할 때는 고밀도의 양식이 주로 이용됩니다.

그만큼 여과하는 양이 많아지면서 여과에 필요한 산소 역시 많이 부족하게 되는데요.  

산소를 공급하는 방법으로 액화산소를 이용하거나, 브로와와 같은 에어펌프를 이용하는 방식이 있습니다.

액화산소를 이용하게 되면 산소용해기라는 장치를 통해 액체 상태인 산소를 물속에 녹이는 과정이 필요합니다. 브로와를 사용하게 되면 액화산소보다는 용존산소를 공급하는 효율이 떨어지지만 따로 용해기가 필요 없이 에어스톤을 장착하여 사육조에 설치하면 기포가 발생하여 산소를 공급하게 됩니다.  

이렇게 생물학적 여과까지 이루어진 물은 오존살균, 자외선살균을 통해 다시 사육수조로 들어가게 됩니다.  

이 기술들 외에도 여러 가지 방식들이 사용되지만 주로 사용되는 방식들을 설명해 두었습니다. 환경을 생각하는 순환여과방식으로 양식하는 방법이 널리 퍼지길 기대합니다.