초록 ▼

Ⅳ. 연구개발 결과
1. 양식수 전처리 (여과) 기술 개발
조류 제거 뿐 아니라 재배수에 함유된 비교적 큰 부유물(20 micro meter) 을 제거 할 수 있는, 원심 분리 방식을 이용하여 녹조류, 적조류 그리고 여타 수중 미생물과 부유물(Sludge)을 필터(Filter)를 사용하지 않고 분리 제거 할 수 있는 RTS System 이 개발되었다.
20㎛이하 부유물이 섞인 재배수는 하부에서 상부로 여과하는 상향식 여과 방식으로 여과수를 세척없이 오래 사용할 수 있고, 세척 또한 역세척 방식이 아니라 세척수 주입구

Ⅳ. 연구개발 결과
1. 양식수 전처리 (여과) 기술 개발
조류 제거 뿐 아니라 재배수에 함유된 비교적 큰 부유물(20 micro meter) 을 제거 할 수 있는, 원심 분리 방식을 이용하여 녹조류, 적조류 그리고 여타 수중 미생물과 부유물(Sludge)을 필터(Filter)를 사용하지 않고 분리 제거 할 수 있는 RTS System 이 개발되었다.
20㎛이하 부유물이 섞인 재배수는 하부에서 상부로 여과하는 상향식 여과 방식으로 여과수를 세척없이 오래 사용할 수 있고, 세척 또한 역세척 방식이 아니라 세척수 주입구를 통하여 상부에서 하부로 자연스럽게 물을 흘러 내려주는 간단한 방법으로 가능하기 때문에 효율적인 여과 기술이 개발되었다.
이 때, 모래 여과조 를 구성하는 모래 여과층에서 하부모래여과층의 입자 크기가 2 ~ 5 mm, 상부 모래 여과층의 입자 크기가 0.6 ~ 2 mm인 경우에 바람직한 결과를 얻을 수 있다.
2. 전위차 살균용 전극 개발
해수의 살균 및 소독 효과를 높임과 동시에 어류생존에 미치는 영향 및 환경 위해성을 최소화할 수 있도록 해수를 전위차로 살균하여 공급하기 위한 어류양식용 전위차 전극을 개발하였다.
가로 9 Cm,세로 5 Cm 두께 1.5 mm의 전극판을 3 mm 간격으로 7개를 음극-양극-음극-양극-음극-양극-음극 순으로 배열 한후 Cell Box 안에 배치하고 양 side 는 밀봉하여 해수가 전극사이에만 흐르도록 한다.본 전극에 해수를 통과시키면 접촉 시간에 비례하여 세균 및 미생물들은 부하된 전위차에 의해 사멸된다.
본 연구에서는 차아염소산이 최소한으로 발생하고 Criptos-Oxidant 가 다량 생성되도록 전극을 두가지로 설계 제작 하였다.
전극 A로는 상기와 같이 양극은 일반적으로 해수 전기 분해에 사용되는 티타늄-이리듐 코팅을 사용하였고 음극으로는 polishing 처리된 Haselloy 재질을 사용하였다.
소독 부산물을 생성하고 해수에서 잘 분해되지 않는 차아염소산의 생성을 억제하기 위하여 전극에서 양극을 티타늄 지지체에 이리듐이나 백금 등으로 코팅 하지 않는 전극B를 개발하였다.
3. 전위차 살균수의 차아염소산 농도 측정
본 실험에서는 예비 실험을 통하여 유속은 6.2-2.5 liter/min (1차 전극 A,B 공통) 1.0-2.0 liter/min( 2차 전극 A,B 공통),전위차 3-10 Volt (1차 전극 A,B 공통) 5.0-8.0 Volt (2차 전극 A,B 공통) 전류량 15-163 Ampere(1차 전극 A) 56-125 Ampere(2차 전극 A) 20-190 Ampere( 1차 전극 B) 55-132 (2차 전극 B) 로 조정하는 것이 최적의 조건임을 도출하였다.
이때, 전류 밀도는 0.055-0.6 Ampere/cm2(1차 전극 A), 0.21-0.46 Ampere/cm2(2차 전극 A) ,0.074-0.7 Ampere/cm2( 1차 전극 B) 0.21-0.49 (2차 전극 B) 로 조정되었다
1) 유속,전위차,전류량 과 차아염소산 농도 실험-전극 A,B
전위차 살균수의 차아염소산 농도 측정 실험에서 농도는 전위차 와 전류량에 정비례하고 유속에는 반비례하는 것으로 나타났다(전극 A,B 공통).
3) 차아염소산 농도와 pH-전극 A,B
차아염소산 농도와 pH는 거의 무관 하였다(전극 A,B 공통). 즉 차아 염소산 농도가 변하여도 pH는 거의 일정한 수준( 8.2-8.8)을 유지하였다.
4) 차아염소산 농도와 전류 밀도-전극 A,B
차아 염소산 농도에 있어서 유속이 빠를 경우에는(1차 실험)(6.2-2.5 liter/min) 발생 농도가 전류 밀도에 비례하나 (전극 A,B 공통) 반면에 유속이 느린 경우에는(2차 실험)(1.0-2.0 liter/min) 차아염소산의 생성 농도는 전류 밀도가 상승하여도 유속에 더 좌우됨을 알 수 있었다. 이는 충분한 접촉 시간이 매우 중요한 요인임을 나타낸다.
5) 전극 A,B 와 차아염소산 농도
유속이 빠른 경우(6.2-2.5 liter/min) 전극의 코팅 유뮤에 관계없이 차아염소산 농도가 비슷했으나 유속이 느린 경우 (1.0-2.0 liter/min) 전극과 해수가 접촉하는 시간이 늘어나고, 이때 이리디움으로 코팅된 전극 A에서는 소금의 전기 분해가 더욱 많이 일어나고, 코팅이 않된 전극 B에서는 소금의 전기 분해가 덜 일어남으로써 차아 염소산 농도가 전극 A가 전극 B보다 크게 측정되었다.
4. 차아염소산의 해수에서의 경시 변화 측정
실험 결과 초기 0.2 % 정도의 차아염소산이 5.5 시간 경과 후 1/2 수준으로 분해되었고, 25시간 후에는 1/5 수준으로 감소 하였다.
5.5 시간 까지는 해수에서 조금 빨리 분해가 일어났으나 ,그시간 이후로는 증류수에서 더 빠른 분해를 보였다.
이결과는 일반적으로 알려진 알칼리 ,소금 존재하에서 더 안정하다는 사실과 잘 일치한다.
5. 전위차 살균에 의한 세균 및 조류 제거 실험
유속이 큰 값을 가질 경우 (6.2-2.5 liter/min) 전극과 세균, 미생물과의 접촉 시간이 짧게 되어 세균과 조류가 사멸되지 못했으나, 유속이 느린 경우 (1.0-2.0 liter/min), 세균은 모두 100% 사멸되었고, 조류는 1/3로 줄어 들었다.
이 결과는 전위차 살균으로 세균을 사멸시키고, 남은 조류는 본연구의 중요한
소독제인 이산화 염소의 사용을 필요로 하는 것을 보여준다.
6. 전위차 살균수 차아염소산의 과산화 수소에 의한 중화 실험(종묘 생산 가능)
염소소독법의 가장 큰 문제점은 잔류 염소를 제거하기가 어려우며, 소디움 치오설페이트 같은 중화제의 사용으로도 알칼리성 해수에서는 완전한 환원이 불가능하여, 양식에는 어느 정도 가능하나 종묘 생산이 불가능하다는 것이다.
과산화 수소가 반응 상대 물질에 따라 산화제로 작용하거나 환원제로 작용하는 점을 착안하여 차염소산의 중화제로 과산화 수소를 선택하여 중화 실험을 실시하였다.
2ClO- + H₂O₂ → Cl- + H₂O + O₂ 반응 용액을 대상으로 차아염소산을 Iodometry 로 소디움 티오설페이트로 적정 한 결과 차아 염소산이 검출 되지 않았다.
이 결과는 본 반응이 정량적으로 당량 대 당량으로 반응함을 나타내는 것이다.
7. 전기 분해 Cell을 이용한 이산화 염소 발생
1) 전기 분해에 의한 이산화 염소 제조용 Cell 전기 분해용 Cell은 양이온 교환 막(Nafion N-324, Dupont Fluoroproducts,USA)을 중심으로 왼쪽은 양극 전극판이 위치하고 오른쪽은 음극 전극판이 위치한다.
2) 해수 전기 분해에 의한 이산화 염소 발생
본 연구에서는 양극전해수를 염(NaCl)만을 사용하고 음극 전해수는 아염소산염을 사용하여 양극에서는 염소 (차아염소산) 이 생성 되고 음극에서는 아염소산과 수소와 가성소다가 생성된다.
이 두 전해수 ,즉 양극에서의 염소 (차아염소산) 용액과 음극에서의 아염소산 용액을 산을 혼합조에서 반응시켜 이산화염소를 고순도(98 %) 고수율(2,500 ppm)로 얻을 수 있었다.
8. Aspirator를 이용한 이산화 염소 발생
반응조 상부로부터 아염소산 소다와 황산을 정량펌프를 이용하여 주입하였다.
3~3.5 기압의 가압수에 연결된 아스피레이터를 가동하였으며 반응조에 감압이 생기며 외부로부터 공기를 분당 400 ml씩 반응조 하부에 설치된 다공성 미세 초자필터를 통하여 흡입시켰으며, 미세공기 방울이 생성되면서 두 화합물의 신속한 혼합과 더불어 생성되는 이산화염소를 반응혼합물 및 부반응물 용액으로부터 쉽게 기화시켰다. 상기 기화된 이산화염소는 아스피레이터의 분출되는 감압수에 흡수되었으며, 상기 이산화염소가 용해된 감압수로부터 순수한 이산화염소 용액(5.8 liter/분)을 얻었다.
본 실험에서 얻은 이산화염소 용액의 농도는 172-185mg/l이었으며, 수율은 85-95%였다.
9. 불활성 기체를 이용한 이산화 염소 발생
병렬로 연결된 3개의 유기용매 흡착탑에 6 liter의 에틸 알콜을 넣고, 반응조 제2영역의 투입구에 25 wt.% 아염소산 소다와 30 wt.% 황산을 넣었으며, 반응조의 제1영역에 비활성 질소가스를 350 ml/min씩 15분 투입하였다.
이때 최종적으로 얻어진 이산화염소 에틸 알콜 용액의 농도는 2,125 mg/l이었다(수율 85%) 같은 방법으로 메탄올, 이소부틸 알콜 및 아세톤도 2,000 mg/l~ 2,200 mg/l를 얻을 수 있었다.
10. 발생된 이산화 염소에 의한 세균 및 조류 제거 실험
1) 세균 제거 실험
제조된 이산화염소 세균 제거 실험을 희석 중화 시험법으로 실시한 결과 녹농균, 살모넬라, 쉬겔라, 황색 포도상 구균,대장균 모두에서 조제수 10³ order에서 반응 10초 후 모두 사멸하였다.
2)조류 제거 실험
이산화 염소: 5 ppm : 99 % mortality
10-40 ppm : 100 % mortality
차아 염소산 나트륨: 10-20 ppm : 99 % mortality
40 ppm : 100 % mortality
11. 전위차 살균과 이산화 염소 발생을 결합한 양식수 제조 시스템 개발
본 연구에서는 무균종묘 배양 및 양식에 필요한 바닷물의 살균 소독 방법과 장치가 개발 되었다.
해수를 순간 전위차와 해수에 포함된 소금의 전기분해로 발생되는 차아염소산 및 숨어 있는 산화제(Cryptos-Oxidant)에 의하여 해수에 포함된 병원성 세균, 바이러스등 해양의 여러 생물종을 일차적으로 사멸시키고 이차적으로는 살균 소독이 어려운 병원성 세균이나 흰 반점 바이러스를 바닷물을 전기분해하여 발생되는 이산화염소로 제거하는 기술을 개발 하였고 이를 실험 결합한 형태의 양식수 제조 시스템이 개발되었다..
생성된 염소 소독물 및 그 부산물은 과산화수소로 환경 친화성으로 중화하여 수산 양식 및 종래에 염소 독성으로 붕가능 하였던 종묘 배양에 사용할 수 있다.
12. 양식수 제조 시스템 사용 새우 양식 적용 및 바이러스 전염 예방 실험
본 연구에서 개발된 양식수 제조 시스템을 실제 양식장에 설치하고 새우 양식수를 처리하였다.
1) 살균 소독수의 새우 독성 검사 실험
제 1회실험: 살균 소독수의 새우 독성 검사 실험
이산화 염소의 새우 독성을 측정하기 위하여 LD₅₀ 값을 측정하였다.
실험 결과 : LD₅₀ = 5 ppm
2) 흰반점 바이러스 전염 예방 실험
수조 물 100 liter에 바이러스로 폐사된 새우 분말 33 g을 희석 시키는 방법으로 흰반점 바이러스를 감염 시켰다. 감염후 수조 A에는 계속 본 연구에서 개발된 양식수 제조시스템에서 제조되는 양식수를 2일간 공급 하고 수조 B (100 liter ) 에는 일반 양식 해수를 공급한 후, 새우를 입식하였고, 수조 B의 새우가 모두 건강 한 결과를 도출함으로써 ,본 연구에서 개발된 양식수 제조 시스템이 바이러스 감염을 차단할 수 있음을 명확히 보여주었다.

Abstract ▼

IV. Results
The following results were obtained in this study:
1. Cultivating water pre and final fitering method (from bottom to top) was developed
2. Two typed of electrolysis cell was developed and eradication method of bacteria and algae by high voltage of water treatment electrolysis

IV. Results
The following results were obtained in this study:
1. Cultivating water pre and final fitering method (from bottom to top) was developed
2. Two typed of electrolysis cell was developed and eradication method of bacteria and algae by high voltage of water treatment electrolysis cell
3. Three kinds of preparation methods of chlorine dioxde and it's activity against bacteria and algae was evaluated
4. Reductive removal method of hypochlorite was developed
5. Shrimp cultivating sea Water preparation system for the disinfection of virus and other microorganism was deveopled

목차 Contents

• 제 출 문 ... 1
• 요 약 문 ... 2
• SUMMARY ... 20
• CONTENTS ... 23
• 목 차 ... 24
• 제 1 장 연구개발과제의 개요 ... 25
• 제 1절 연구개발의 목적 ... 25
• 제 2절 연구 개발의 필요성 ... 26
• 제3절 연구개발의 내용 및 범위 ... 34
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황 및 과학기술정보 ... 37
• 제 1절 국내기술동향 ... 37
• 제 2절 국외기술동향 ... 47
• 제 3절 향후 전망 ... 51
• 제 4절 기술동향 분석 결론 ... 51
• 제 3 장 연구 개발 수행 내용 및 결과 ... 53
• 제1절 양식수 전처리 (여과) 기술 개발 ... 55
• 제2절 역 여과 기술 개발 (아래에서 위로 여과) ... 57
• 제3절. 전위차 살균용 전극 제조 ... 58
• 제4절 전위차 살균수의 차아염소산 농도 측정 ... 69
• 제5절 차아염소산의 해수에서의 경시 변화 측정 ... 87
• 제 6절 전위차 살균에 의한 세균 및 조류 제거 실험 ... 93
• 제 7절 전위차 살균수 차아염소산의 과산화 수소에 의한 중화 실험(종묘 생산 가능) ... 100
• 제 8절 전기 분해 Cell을 이용한 이산화 염소 발생 ... 102
• 제 9절 Aspirator를 이용한 이산화 염소 발생 ... 112
• 제 10 절 불활성 기체를 이용한 이산화 염소 발생 ... 118
• 제 11절 발생된 이산화 염소에 의한 세균 및 조류 제거 실험 ... 124
• 제 11절 발생된 이산화염소에 의한 세균 및 조류 제거 실험 ... 131
• 제12절 전위차 살균과 이산화 염소 발생을 결합한 양식수 제조 시스템 개발 ... 135
• 제13절 양식수 제조 시스템 사용 새우 양식 적용 및 바이러스 전염 예방 실험 ... 138
• 제 4 장 연구개발 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 141
• 제 1절 연구 개발 목표 달성도 ... 141
• 제 5 장 연구개발결과의 활용계획 ... 143
• 제1절 연구개발결과의 활용방안 ... 143
• 제2절 기업화 추진방안 ... 147
• 제 6 장 참고문헌 ... 150
• 부록: 연구 개발 사진 ... 158
• 끝페이지 ... 171