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문제 정의
- 따라서, 본 연구에서는 공기구동식 회전원판 시스템에서 염화암모늄을 투입하여 암모니아 부하율이 증가함에 따라 여과조의 암모니아 제거율이 어떻게 변화하는가를 조사하므로서, 순환여과 시스템에서 해산어류의 고밀도 사육시 사료 공급에 따라 암모니아 농도가 높아질 때 회전원판 여과조에서 여과능력이 어떻게 변화하는 지를 밝히기 위하여 실험하였다.
- 회전원판식 해수 여과시스템에서 암모니아성 질소 부하율과 수리학적 부하량이 암모니아 제거율에 미치는 영향을 조사하기 위하여 일련의 실험을 실시하였다.
제안 방법
- 1, 2차 실험결과를 종합하며, Fig. 6은 회전원판식 순환여과 사육시스템의 사육수에 염화암모늄을 10~150g 투입하여 사육수의 암모니아 농도(X: NH4-N mg/l)에 따라 회전원판 여과조에서의 암모니아 제거에 필요한 시간 (y: hr)을 조사하였으며, 그 관계식은 다음과 같았다.
- 회전원판 여과조 내에서의 질산화 작용에 의한 수질 변화를 조사하기 위하여 암모니아원으로 사용한 염화암모늄의 투입량을 증가시켜, 사육수 내의 암모니아 농도 변화에 따른 회전원판 여과조의 질산화작용에 의한 질산화효율을 조사하였다. 1차 실험에서는 염화암모늄 투입량은 10g (NH4-N 1.38 mg/l), 20g (NH4-N 2.76 mg/l) 및 30g(NH4-N 4.14mg/l)은 1회, 2차 실험은 염화암모늄 70 g과 80 g은 2시간 간격으로 10 g씩 나누어 7회 및 8회 투여하였고, 100 g은 20 g씩 2시간 간격으로 나누어 5회, 150 g은 30 g씩 나 누어 2시간 간격으로 5회 투입하여 각각의 투입량에 대하여 2회 반복하여 실험하였다. 그리고 각각의 암모니아 부하율에 대해 수리학적 부하율을 8.
- 14mg/l)은 1회, 2차 실험은 염화암모늄 70 g과 80 g은 2시간 간격으로 10 g씩 나누어 7회 및 8회 투여하였고, 100 g은 20 g씩 2시간 간격으로 나누어 5회, 150 g은 30 g씩 나 누어 2시간 간격으로 5회 투입하여 각각의 투입량에 대하여 2회 반복하여 실험하였다. 그리고 각각의 암모니아 부하율에 대해 수리학적 부하율을 8.3, 25.0, 41.7 m3/m3/day으로 달리하여 경과 시간에 따른 회전원판 여과조의 암모니아 제거율 및 제거량을 조사하였다.
- 6 m3으로 조절하였다. 사육수의 여과 장치는 순환 펌프를 이용하여 사육수를 저수조로 양수시켜 저수조에서 회전원판 여과조로 보내져 생물학적 여과가 이루어지도록 설계하였다 (Fig. 1). 실험을 위해 설계 제작된 회전원판 여과조는 수온 17.
- 1). 실험을 위해 설계 제작된 회전원판 여과조는 수온 17.2~25℃에서 5주간 숙성시켜 여과미생물에 의해 암모니아성 질소가 질산성 질소로 잘 전환되는 시스템을 실험에 이용하였으며, 공기구동식 회전원판 여과조의 회전속도는 1 rpm으로 조절 하였다.
- 회전원판 여과조 내에서의 질산화 작용에 의한 수질 변화를 조사하기 위하여 암모니아원으로 사용한 염화암모늄의 투입량을 증가시켜, 사육수 내의 암모니아 농도 변화에 따른 회전원판 여과조의 질산화작용에 의한 질산화효율을 조사하였다. 1차 실험에서는 염화암모늄 투입량은 10g (NH4-N 1.
- 회전원판식 순환여과 사육시스템의 사육수에 암모니아원으로 염화암모늄을 10~150g 투입하여 사육수의 암모니아 농도(x: NH4-N mg/l)에 따라 회전원판 여과조에서의 암모니아 제거에 필요한 시간 (y: hr)을 조사하였으며, 그 관계식은 다음과 같았다.
- 075m3이다. 회전원판식 시스템에서 암모니아성 질소부하율에 따른 암모니아 제거율을 조사하기 위하여 암모니아원으로 염화암모늄을 10~150g 첨가하였다.
대상 데이터
- 실험장치는 6개의 여과조와 1 m3 용량의 FRP 원형사육 조 1개 및 150l 용량의 저수조 1개로 구성되어 있다. 본 실험에 이용된 공기 구동식 회전원판 여과조의 여과 표면적은 72m2였고 시간당 수리학적 부하량은 3.6 m3으로 조절하였다. 사육수의 여과 장치는 순환 펌프를 이용하여 사육수를 저수조로 양수시켜 저수조에서 회전원판 여과조로 보내져 생물학적 여과가 이루어지도록 설계하였다 (Fig.
- 실험에 사용된 공기 구동식 회전원판 여과 사육 장치는 60cm의 축에 직경 32 cm인 원판 (재질: 폴리비닐필름)을 각각 2.5 cm 간격으로 띄우고 그 사이에 'Z'형으로 접은 중간재를 채워 물레방아 형태로 만들었다. 원판의 회전은 사육수를 위에서 살수하여 채우는 한편, 아래에서는 원판 밑에 설치한 폭기 배관에서 공기를 불어 넣으므로서 원판이 회전되도록 하였다.
- 075 m3)였다. 실험장치는 6개의 여과조와 1 m3 용량의 FRP 원형사육 조 1개 및 150l 용량의 저수조 1개로 구성되어 있다. 본 실험에 이용된 공기 구동식 회전원판 여과조의 여과 표면적은 72m2였고 시간당 수리학적 부하량은 3.
- 이 실험에서 회전원판 시스템은 폴리비닐필름 원판으로 여과조를 제작하였는데, 여과조의 표면적은 12m2으로 용적은 0.075m3이다. 회전원판식 시스템에서 암모니아성 질소부하율에 따른 암모니아 제거율을 조사하기 위하여 암모니아원으로 염화암모늄을 10~150g 첨가하였다.
데이터처리
- 암모니아 부하량 및 수리학적 부하량별로 암모니아 제거율의 차이는 student t-test를 실시하여 암모니아 부하량별로 유의적인 차이를 조사하였다.
이론/모형
- 수질 측정 방법으로 암모니아성 질소는 인도페놀변법, 아질산성 질소는 술퍼아닐아마이드법, 질산성 질소는 카드뮴 환원법을 이용하여 각각 분석하였다(APHA, 1989). pH는 디지탈 pH 메타 (HI 8014, Hanna Instruments), 수온은 디지탈 수온계(NDT0, Ni- sso), 염분은 비중계로 현장 비중을 측정하여 온도 보정하여 15℃의 표준밀도로 바꾼후 밀도-염분대조표에서 비중을 염분으로 환산하였다.
성능/효과
- 1차 실험은 총수량이 1,535 l인 회전원판식 여과 사육시스템에 염화암모늄 10 g (N: 2.62 g), 20 g (N: 5.23 g) 및 30 g (N: 7.85 g) 을 투입한 다음 2시간 후의 사육수의 암모니아성 질소 (NH4-N) 농도는 각각 1.26, 3.34 및 4.66mg/l으로 나타났다 (Fig 2). 이후 회전원판 여과시스템 내의 암모니아성 질소의 농도는 질산화작용에 의해 시간이 경과함에 따라 감소하였고, 또한 아질산성 질소는 암모니아성 질소 농도와 유사하게 변화하였으나, 질산성 질소는 증가하는 양상을 나타내었다.
- Fig. 3은 회전원판 사육조에 암모니아 부하율 (염화암모늄 10g, 20 g, 30 g 투여)에 따라 사육수의 암모니아 농도변화에 따른 수리학적 부하량별로 암모니아 제거율을 나타낸 것으로서, Fig. 2에서 보는 바와 같이 회전원판 여과조의 질산화를 위한 적정 암모니아 농도 범위는 l~1.5mg/l이었고, 회전원판 여과조의 질산화는 3~4 mg/l의 고농도의 암모니아를 여과한 이후, 현저한 여과율의 저하가 나타남을 알 수 있었다.
- Table 1은 사육수의 수온 21℃, 염분 35.1 ‰, 용존산소 8.4 mg/l 의 조건에서 염화암모늄 10~30g 투입 후, 회전원판식 여과조의 수리학적 부하율별로 평균 암모니아 제거율을 나타낸 것으로서 암모니아 부하량과 수리학적 부하량이 높을수록 회전원판 여과조의 암모니아 제거율이 유의적으로 높았다 (P<0.05).
- 따라서 사육수의 암모니아 농도가 높아질수록 암모니아 제거에 소요되는 시간이 감소하는 경향을 나타내었다. 결론적으로 회전원판 여과 사육시스템의 최대 암모니아 제거율은 사육수의 암모니아 농도가 16.5 mg/l까지 상승함에 따라 증가함을 알 수 있었다.
- 89이었다. 따라서 사육수의 아질산성 질소의 농도가 상승할수록 pH는 낮아졌다가 아질산성 질소 농도가 감소함에 따라 다시 높아지는 경향을 보였으나 최초 수준까지 회복되지는 않았다.
- 5mg/l에서는 각각 16과 27시간이 소요되었다. 따라서 사육수의 암모니아 농도가 높아질수록 암모니아 제거에 소요되는 시간이 감소하는 경향을 나타내었다. 이러한 결과로부터 여과조의 여과 생물은 여과 표면적에 비례하여 항상 일정한 양의 암모니아를 산화시키는 것이 아니고 사육수의 암모니아 농도에 따라 암모니아 산화량이 변하는 것으로 암모니아 부하가 높을수록 질산화율도 높아진다는 것을 알 수 있다 (Tijhuis et al.
- 5m의 살수식 여과조를 이용해서 수리학적 부하율을 75, 150 및 300m3/m3/day으로 달리하여 유입수의 암모니아 농도 (g NH4-N/m3)에 대한 암모니아 제거율 (g NH4-N/m2/day)을 조사하였는데 유입수의 암모니아 농도가 5g NH4-N/m3까지는 유입수의 암모니아 농도의 증가에 따라 암모니아 제거율이 증가함을 알았다. 또한, 암모니아 부하율 (g NH4-N/m3/day)에 대한 암모니아 제거율 (g NH4-N/m2/day)을 조사하여 암모니아 부하율 증가에 따라 암모니아 제거율이 증가함을 밝혔다. 이러한 결과를 회전원판식 여과 사육 시스템을 이용한 본 실험의 결과와 직접 비교하는 것은 어려우나 유입수의 암모니아 농도 증가에 따른 수리학적 부하율별로 암모니아 제거율의 증가는 유사한 경향이었다.
- 45가 가장 적합하였다고 보고하였다. 본 실험에서 염화암모늄 100~150 g 투입시 사육수의 pH 변화는 8.2~7.7로서 질산화 작용에 적당한 pH 농도였다고 사료된다.
- 976 g NH4-N/m2/day를 초과하지 않아야 하며, 만약 이 값을 초과하면 암모니아 전환 능력이 감소한다고 밝혔다. 본 실험에서는 어류를 사육하지 않고 암모니아원으로 염화암모늄을 공급하였기 때문에 이들의 암모니아 부하율에 비해 훨씬 컸다.
- 본 실험은 여과 원판의 여과 능력을 알아보기 위하여 이전의 실험 (Son et al., 1999)과는 달리 사육수조에 실험어로서 조피볼락을 수용하지 않고 암모니아 부하원으로 염화암모늄을 투입하였기 때문에 암모니아 농도를 높일 수 있었다.
- 암모니아 제거율은 수리학적 부하율이 큰 25.0 m3/m3/day과 41.7 m3/m3/day이 수리학적 부하율이 적은 8.3 m3/m3/day에 비하여 현저하게 많았다 (Fig. 4). 본 실험에서 수리학적 부하율이 큰 여과원판에서의 암모니아 제거율이 높았으나, 실제 양식시스템에서는 수리학적 부하율은 질산화 효율의 향상 및 산소의 추가 공급 효과 등의 장점도 있으나, 양수 에너지의 추가적인 공급이 따르기 때문에 이러한 점을 고려하여 적정 수리학적 부하율을 산정하여야 한다.
- 또한, 암모니아 부하율 (g NH4-N/m3/day)에 대한 암모니아 제거율 (g NH4-N/m2/day)을 조사하여 암모니아 부하율 증가에 따라 암모니아 제거율이 증가함을 밝혔다. 이러한 결과를 회전원판식 여과 사육 시스템을 이용한 본 실험의 결과와 직접 비교하는 것은 어려우나 유입수의 암모니아 농도 증가에 따른 수리학적 부하율별로 암모니아 제거율의 증가는 유사한 경향이었다.
- 66mg/l으로 나타났다 (Fig 2). 이후 회전원판 여과시스템 내의 암모니아성 질소의 농도는 질산화작용에 의해 시간이 경과함에 따라 감소하였고, 또한 아질산성 질소는 암모니아성 질소 농도와 유사하게 변화하였으나, 질산성 질소는 증가하는 양상을 나타내었다. 용존무기질소 (Dissolved inorganic nitrogen, DIN)는 Fig.
- 회전원판식 순환여과 사육시스템에서 실험어를 사육하면서 배설된 암모니아를 제거하는 양과 암모니아원으로 염화암모늄을 투입하였을 때의 암모니아 제거량 사이에는 상당한 차이를 보였다.
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