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고형 입자 제거 공정 (III): 공정 파라미터 설계 및 실제 사례 연구

Jul 04, 2025

（1）순환수 시스템 내 부유입자 제거 공정을 위한 설계 파라미터

1. 수직류 침전지의 파라미터 설계

코넬 더블 배수 시스템은 널리 사용되고 있으며 우수한 실용적 결과를 보여줍니다. 코넬 더블 배수 시스템을 적용한 양식지에서는 10~25%의 물이 바닥 배수관을 통해 수직류 침전조로 흘러가고, 나머지 대부분의 물은 어 pond의 측면 배수구를 통해 배출됩니다. 더블 배수 설계를 사용함으로써 수직 느린 흐름을 통해 바닥에서 오염물질을 배수하고 수집하는 능력이 크게 증가합니다. 이러한 낮은 유속에서는 주 흐름 측정 및 배출 방식에 비해 입자 물질의 농도가 10배 증가합니다.

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수직류 침전지 통과 유량과 측면 배출구로 유입되는 유량의 비율은 물고기 화장실 하단에 있는 오수관의 단면적을 기준으로 계산할 수 있습니다. 일반적으로 측면 배출구로 향하는 관의 지름은 110이고, 수직류 침전지로 향하는 관의 지름은 50이므로 이들의 단면적 비는 5:1입니다. 즉, 전체 물 중 약 17%가 수직류 침전지로 흐르게 됩니다. 수직류 침전지로 유입되는 부유물질 농도가 측면 배출구로 유입되는 농도의 10배라는 점을 고려하면, 계산 결과 수직류 침전지에서 처리되는 부유물질의 비율은 약 70%입니다. 실제 사용 시에는 사육하는 양식어종과 밀도에 따라 측면 배출구로 유입되는 관경과 수직류 침전지로 유입되는 관경의 비율을 조정하여 미세여과기와 수직류 침전지로 유입되는 유량의 비율을 각각 조절할 수 있습니다.

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수직류 침전조의 설계에서 핵심 지표는 수리학적 정지 시간(hydraulic retention time)입니다. 수리학적 정지 시간이란 물이 수직류 침전조 내부에 머무르는 평균 시간을 의미합니다. 충분한 수리학적 정지 시간은 부유 입자들이 완전히 침전될 수 있도록 보장하는 핵심 요소 중 하나이며, 이는 침전조의 부피와 처리되는 수량과 관련이 있습니다. 재순환 양식 시스템에서는 수직류 침전조의 수리학적 정지 시간이 최소 30초 이상이 되도록 권장합니다. 수리학적 정지 시간이 너무 짧으면 부유 입자가 침전되기 전에 침전조 밖으로 유출될 수 있고, 시간이 너무 길면 장비의 크기와 비용이 증가하게 됩니다.

설계 시에는 일반적으로 경험치를 기준으로 설계합니다:

수직류 침전조: 6미터 크기의 사육조에는 직경 600mm의 수직류 침전조가, 8미터 크기의 사육조에는 직경 800mm의 수직류 침전조가 설치됩니다.

수직류 침전조의 높이: 1미터

테이퍼(taper): 30도

수직류 침전조를 지능형 수직류 침전조로 업그레이드하는 방법은?

기존의 수직류 침전조는 배관을 뽑아서만 침전조 내 오수를 배출할 수 있다. 일반적으로 배관을 뽑으면 수직류 침전조 내 모든 물이 한 번에 배출된다. 순환식 양어조의 경우 수량이 많기 때문에 수작업으로 하루에 1~2회 정도만 가능하다. 그러나 수직류 침전조 내 잔류한 먹이와 배설물은 약 반 시간 동안 천천히 분해되어 수용성인 부유입자 형태로 다시 수면 위로 떠올라 침전조 상부를 넘쳐 미세여과기로 흘러 들어가게 되며, 이로 인해 미세여과기와 단백질분리장치의 부담이 증가하게 된다.

따라서 수직 유속 침전조의 오수관에 스마트 오수 밸브를 설치하여 매시간 수초 동안 오수를 배출함으로써 소량 다량 배출 방식의 오수 배출 전략을 채택할 수 있습니다. 이러한 방식은 잔류 먹이와 배설물을 적시에 배출하여 미세필터와 단백질 분리기의 부담을 줄일 수 있습니다. 동시에 소량 다량 배출 방식은 물 절약 효과도 매우 뛰어나 수질 교환율을 크게 낮추어 물과 에너지 소비를 모두 절감할 수 있습니다.

오수 밸브를 선택할 때는 반드시 IP68 방수 등급의 밸브를 선택해야 합니다. 그렇지 않으면 밸브가 쉽게 녹슬고 고장 나 불필요한 손실을 초래할 수 있습니다. 해수 양식의 경우에는 해수 부식을 방지하기 위해 UPVC 재질 제품을 선택하는 것이 좋습니다.

방방에서 수직류 침전조에 특화된 스마트 하수 밸브를 출시했습니다. 이 밸브는 UPVC 소재로 제작되었으며 IP68 방수 성능을 갖추고 있습니다. 또한 사물인터넷(IoT) 설계를 채택하여 인터넷 접속 기능을 지원하며, 스마트폰으로 원격 조정이 가능하고 일괄 계획 제어 명령을 내릴 수 있어 진정한 무인 운영을 실현합니다. 밸브가 정상적으로 닫히지 않을 경우 전화 경보가 울려 알립니다. 이 밸브의 미니 호스트는 모듈식 설계를 적용하여 하나의 호스트가 네 개의 밸브를 연결할 수 있으며, 클라우드 네트워크 연결도 설치하기 매우 간편합니다.

기존의 수직류 침전조는 이 장치를 설치함으로써 진정한 스마트 수직류 침전조로 업그레이드되어 지능화되고 무인 운영이 가능해졌으며, 이는 수질 향상은 물론 물과 전기 절약에도 기여합니다.

2. 마이크로 필터기의 파라미터 설계

마이크로필터는 30~100마이크론 크기의 부유 고형물을 제거하는 데 사용됩니다. 마이크로필터의 처리 용량은 장비의 수량 처리 능력을 의미합니다. 필터 메시(mesh)의 크기가 처리 효과를 결정하며, 일반적으로 200메시가 충분합니다. 그렇다면 마이크로필터의 파라미터는 어떻게 설계해야 할까요?

먼저 실무적인 조작을 위해 엔지니어의 경험치를 소개하겠습니다:

수량 = 양식장 수량 / 순환 빈도 * 1.2

1.2는 안전 여유율이며, 순환 빈도란 전체 물량이 순환되는 데 걸리는 시간을 시간 단위로 나타낸 것입니다. 순환 빈도는 양식 대상 어종과 생물 부하 용량에 따라 결정됩니다. 예를 들어, 바다농어 양식을 위한 1000입방미터의 순환수 시스템을 가정하면, 순환 주기를 2시간으로 설정하는 것이 좋습니다. 따라서 마이크로필터의 수량은 다음과 같이 계산됩니다: 1000÷2×1.2=600톤

실제로는 600톤 미크로필터 하나를 설치하거나 300톤 미크로필터 두 개를 설치할 수 있습니다. 두 개의 미크로필터를 설치하는 장점은 한 개의 미크로필터가 작동을 멈췄을 때 다른 하나가 여전히 정상적으로 작동할 수 있다는 점입니다. 그러나 두 개의 소형 미크로필터 가격은 하나의 대형 미크로필터보다 비쌉니다.

3. 프로틴 스키머의 파라미터 설계

프로틴 스키머는 30마이크론 이상의 부유입자를 처리하는 데 사용됩니다. 프로틴 스키머의 처리 용량이란 시간당 통과하는 물의 양을 의미합니다. 각 제조사의 프로틴 처리 장비에는 시간당 통과하는 물의 양이 표시되어 있습니다. 예를 들어, 1,000 입방미터의 순환수 계통에서 바리(해저)를 사육한다면 시스템의 순환량이 시간당 600톤일 경우, 시간당 처리 용량이 600톤인 프로틴 스키머를 선택할 수 있습니다.

（2）、순환수 시스템의 순환량 계산하기

앞서 우리는 순환량에 대한 경험적 기준을 제시했습니다. 다음으로 엄밀한 유도 및 계산 방법을 설명하겠습니다.

먼저, 시스템 내에서 발생하는 부유 고형물(TSS)의 양을 결정해야 합니다. 이 값은 다음 공식을 사용하여 계산할 수 있습니다.

RTSS = 0.25 × 최대 일일 급이량

다음으로, 총부유입자(TSS)를 기준으로 시스템 재순환률을 계산합니다. 계산에 사용되는 공식은 다음과 같습니다.

QTS S=

여기서: QTSS는 TSS 기준으로 계산된 시스템 순환량으로 단위는 m³/h입니다;

TSSin은 순환수의 TSS 제어 목표입니다;

TSSout은 양어 연못 방류수 내 TSS 목표 관리 농도로 단위는 mg/L입니다;

ETSS는 물리적 여과 과정에서 TSS 제거 효율로 백분율(%)로 표시됩니다;

1000은 질량 환산 계수로 mg을 g으로 전환하는 데 사용됩니다.

3, 실제 적용 사례