순환수 내 고형입자 공정 제어(II): 적절한 급이로 TSS 조절하기!

순환 수 중 고형 입자 공정 제어 규제 모델
수족관 순환 양식 시스템에서 고형 입자 공정 제어 모델은 부유 고형 입자(TSS)의 제어를 최적화하기 위한 도구로 사용됩니다. 모델을 구축함으로써 고형 입자의 생성, 제거 및 규제를 분석하고 최적화하여 수질의 안정성과 시스템의 효율적인 운영을 보장할 수 있습니다. 다음은 모델을 구축하고 관리하기 위한 상세한 단계와 방법입니다.

(1). 모델 목표      

고형 입자 농도 TSS: 10mg/L

제거 효율 최적화: 여과 장비의 운전 파라미터를 조정하여 고형물 제거 효율을 개선시킵니다. 제거 효율 계산식은 다음과 같습니다.

ETSS=

ETSS: 제거 효율 (%)

TSSin: 유입수 TSS 농도 (mg/L): 마이크로필트레이션 장비의 물 입구에 TSS 센서를 설치하여 값을 확인합니다.

TSSout: 유출수 TSS 농도 (mg/L): 양어조의 물 입구에 TSS 센서를 설치하여 값을 확인합니다.

운영 비용 절감: 관리 방안을 최적화하여 에너지 소비 및 장비 유지보수 비용을 줄입니다.

순환식 양어 시스템에서 부유 고형물(TSS) 농도는 시스템의 에너지 소비와 밀접한 관련이 있습니다. TSS 제어를 최적화함으로써 에너지 소비를 효과적으로 줄이고 시스템 운영 효율성을 향상시킬 수 있습니다.

(2). 관리 방법 - 적절한 사료 공급

TSS 모니터링을 통해 고형 부유 입자 물질 지수가 10mg/L를 초과할 경우, 다음 단계를 따라 규제해야 합니다.

1. 정확한 급이: 과다 급이 및 잔사료 과다 발생을 방지하기 위해 급이량을 계산합니다.

2. 급이 전략 조정: 사육 생물의 종류, 크기, 성장 단계 및 급이 조건에 따라 과학적인 급이 계획을 수립하고 적절한 급이 방법(예: 소량 다회 급이)을 채택하여 잔사료가 수역으로 유입되어 고형 입자가 생성되는 것을 줄입니다.

정확한 급이가 가능할 뿐만 아니라 소량 다수 회 급이를 실현하기 위해서는 자동 급이기를 사용하는 것이 좋습니다. 당사는 순환식 양식에 적합한 스마트 급이기를 출시하였습니다. 이 제품은 중량 오차가 3% 이하로 유지되며, 급이 전 과정이 자동화되어 사람이 직접 개입할 필요가 없습니다. 인력 대체 효과 외에도 소량 다수 회 급이 전략을 손쉽게 실현할 수 있습니다.

3. 실제 사례

흰다리새우의 순환수 양식은 1000 입방미터의 수조에서 이루어지며, 밀도는 15kg/입방미터, 급이율은 3%입니다. 순환수 시스템 내 부유입자 제거율은 60%이며, 2시간마다 순환이 이루어나고 하루 4회 급이 전략을 채택하고 있습니다. 모니터링 결과 TSS 피크치가 20.25mg/L를 초과한 것으로 나타났습니다.

TSS가 기준을 초과하는 것을 확인한 후, 일일 총 급이량은 동일하게 유지하면서 급이 빈도를 증가시킬 수 있으며, 하루 4회 급이에서 하루 12회 급이로 전략을 변경할 수 있습니다.

  하루 4회 급이 시 TSS 농도 계산:

수량: 1000 입방미터

양식 밀도: 15 kg/m³

급이율: 3%

순환수 시스템의 부유입자 제거율: 80%

순환 빈도: 2시간마다 1회, 하루 12회

급이 전략: 하루 4회

단계 1: 총 생물량 계산

먼저 양식 시스템 내 총 생물량을 계산합니다.

총 생물량 = 수조 용적 × 양식 밀도 = 1000 m3 × 15 kg/m3 = 15000 kg/일

단계 2: 일일 급이량 계산

급이율에 따라 일일 급이량을 계산합니다.

일일 급이량 = 총 생물량 × 급이율 = 15000 kg × 3% = 450 kg/일 일일 급이량 = 총 생물량 × 급이율 = 15000kg × 3% = 450kg/일

하루에 급이를 4회 시행한다고 가정할 경우, 각 급이 시의 급이량은 다음과 같습니다.

한 번 급이량 = 450 kg/4 = 112.5 kg/회

단계 3: 각 사이클당 TSS 증가량 계산

급이 후 사료가 현탁 입자로 전환된다고 가정합니다.

각 급이 후의 TSS 증가량은 다음과 같습니다.

TSS 증가량 = 한 번 급이량 = 112.5 kg

4단계: 각 사이클별 TSS 제거량 계산

순환수 시스템은 각 사이클에서 부유입자(SS)의 80%를 제거합니다. 따라서 각 사이클 후 TSS 제거량은 다음과 같습니다.

TSS 제거량 = 현재 TSS × 80%

5단계: 24시간 동안의 TSS 변화 시뮬레이션

하루 동안 2시간 간격으로 총 12번의 사이클을 시뮬레이션해야 합니다. 하루에 총 12 사이클이 있으며, 24시간 내에 총 12 사이클이 진행됩니다.

초기 TSS 값을 0kg으로 설정합니다.

각 사이클 단계:

공급(6시간마다 1회, 즉 3 사이클마다 1회)

TSS의 80% 제거

 하루 12끼 식사 기준 TSS 농도 계산

수량: 1000 입방미터

양식 밀도: 15 kg/m³

급이율: 3%

순환수 시스템 내 부유입자 제거율: 80%

순환 빈도: 2시간마다 1회, 하루 12회

급이 전략: 하루 12회 급이

단계 1: 총 생체량 계산

먼저 양식 시스템 내 총 생물량을 계산합니다.

총 생체량 = 수조 용적 × 사육 밀도 = 1000 m3 × 15 kg/m3 = 15000 kg

단계 2: 일일 급이량 계산

급이율을 기준으로 일일 급이량을 계산합니다.

일일 급이량 = 총 생체량 × 급이율 = 15000 kg × 3% = 450 kg/일

하루 급이 횟수가 12회이므로 각 급이 시의 급이량은 다음과 같습니다.

한 끼당 급이량 = 450 kg/12 = 37.5 kg/회

단계 3: 각 사이클당 TSS 증가량 계산

급이 후에 사료가 부유입자로 전환된다고 가정합니다. 각 급이 후 증가된 총부유고형물(TSS) 농도는 다음과 같습니다.

TSS 증가량 = 1회 급이량 = 37.5kg

4단계: 각 사이클별 TSS 제거량 계산

순환수 시스템은 각 사이클에서 부유입자(SS)의 80%를 제거합니다. 따라서 각 사이클 후 TSS 제거량은 다음과 같습니다.

TSS 제거량 = 현재 TSS × 80%

5단계: 24시간 동안의 TSS 변화 시뮬레이션

48시간 동안의 TSS 변화를 시뮬레이션해야 하며, 2시간마다 한 번씩 사이클을 진행합니다. 하루에 12 사이클이며, 총 24시간 동안 12 사이클입니다.

초기 TSS 값을 0kg으로 설정합니다.

각 사이클의 단계:

급이 (2시간마다 1회, 즉 사이클당 1회)

TSS의 80% 제거

위 분석을 통해 다음과 같은 것을 알 수 있습니다.

하루 4회 급이: 급이 직후 부유입자 발생량이 급격히 증가했다가 점차 감소합니다. 최대값이 높으며(22.68kg), 변동 폭도 큽니다.

하루 12회 급이: 부유입자의 농도는 9.37mg/L에서 안정적입니다.

결론: 소량 다빈도 급이 방식을 통해 TSS를 줄일 수 있으며, 장비의 에너지 소비도 줄일 수 있습니다.

하루 12회 급이 방식은 부유입자의 피크 농도를 효과적으로 낮추고, 수질 변동을 완화하며, 여과 장비의 부하와 에너지 소비를 줄일 수 있습니다.

하루 4회 급이 방식은 부유입자의 농도 변동을 크게 유발하고 여과 장비 및 수중 펌프의 에너지 소비를 증가시킵니다.