총 암모니아-질소(TAN) 농도를 제어하는 것이 필수

순환여과양식 시스템(RAS) 기술을 이용한 수산물 생산은 전세계적으로 계속 확장되고 있다.

이러한 추세는 물을 적게 사용하고 적게 방류하는 강화된 생산 기술이 필요하기 때문이다.

충분한 용량, 공급 속도

RAS에 사용하기 위해 바이오 필터의 크기를 산정하기 위해 설계자는 양식 탱크의 총 암모니아 질소(TAN) 농도를 사전 설정된 상한까지 조절할 수 있는 충분한 바이오 필터 용량을 제공하는 것이 주된 관심사다.
바이오필터의 암모니아 제거 속도는 필터 안의 박테리아가 이용할 수 있는 암모니아 질소의 농도와 관련이 있기 때문에 이 농도를 아는 것은 매우 중요하다.
설계자가 선택한 TAN 농도의 제한이 낮을수록 바이오필터의 제거율은 낮아집니다. 그 결과 필요 규모에 비해 큰 바이오 필터가 요구될 것이다.

바이오필터의 크기를 계산하는 과정에서도 시스템의 최대 공급 속도를 지정하는 것이 중요하다. 암모니아-질소 생성률은 사료 첨가율과 시스템 내에서 사용되는 사료의 단백질 함량을 기준으로 추정할 수 있습니다.

 

바이오필터 사이즈 계산

따라서 생산 시스템의 순환여과에 필요한 바이오필터의 크기를 산정하는 데는 네 가지 단계가 있다.

1. 양식 수조에서 허용되는 최대 총암모니아(TAN) 농도를 파악한다.

2. 양식 수조에서 일 최대 사료공급량과 총암모니아(TAN) 발생량을 추정한다.

3. 사용 중인 바이오 필터 매디아의 VTR을 이전 경험 또는 제조업체 사양에서
확인합니다.

4. 예측된 바이오필터 메디아 용량을 산출한다.

바이오필터 사이즈 계산(예제)

예를 들어, 25°C의 수온에서 운영하는 담수 RAS를 가정하고, 용존산소농도(DO)가 바이오필터에 대해 4mg/L 이상이기 때문에 산소 부족이 없다고 가정한다.
또한 순환수의 pH와 알칼리도는 각각 7.2 mg/L, 100 mg/L이고 최대 목표 TAN 농도는 2 mg/L라고 가정한다.
추가로 이 바이오필터와 연계된 양식 수조의 1일 최대 사료공급량은(40% 단백질 사료) 60 kg 정도로 가정합니다.
우리는 이제 이 사료공급량에 의해 매일 생성되는 TAN 생성량을 추정해야 합니다. 아래의 방정식 1을 참조하십시오

식 1

TAN 생성량(kg/일):

60 kg 사료/일 x 40% 단백질 x 50% 질소 소비 x 0.16 g 질소/g 단백질
x 1.2g TAN/g 질소 = 2.3 kg TAN/일

상기 식에서 소비되는 단백질과 질소의 백분율은 각각 0.4와 0.5로 소수점 분수로 입력해야 한다.

이 연습에서 가장 어려운 작업은 세 번째 작업인 사용할 VTR을 결정하는 것입니다. 앞서 언급한 바와 같이, 이 성능은 선정된 바이오 필터 배지의 유형과 시스템 내 조건의 함수입니다.

저자들의 경험과 발표된 연구 결과는 위에서 언급한 수질 조건 하에서 200 m2의 비표면적을 가진 살수여과 바이오필터에 대한 VTR이 약 90 g TAN/m3/일임을 나타낸다.
마찬가지로 동일조건에서 유동상여과 바이오필터에 대한 VTR은 350 g TAN/m3/일이다.

아래의 식 2를 사용하여 생산된 TAN을 비교적 무해한 질산염으로 변환하는 데 필요한 바이오 필터 여과조의 용량을 추정할 수 있습니다.

식 2

바이오필터 메디아 용량(m3):

TAN 생산(g TAN/일) ÷ VTR(g TAN/m3/일)

이 방정식을 사용하여 살수여과 바이오필터 여과조의 용량을 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

2,300 g TAN/일 ÷ 90 g TAN 제거/m3/일 = 25 m3

이 살수여상 필터의 크기가 2.5m 정사각형이라면 여과조 높이는 4.0m가 될 것입니다. 살수여상 필터 설계에서는 바이오 필터 여과조의 위와 아래에 공간이 있습니다. 전체적으로 이 살수여상 필터는 5.3m 높이에 0.3m의 용수 분배를 위해 사용 가능하며 용수 수집 및 순환 시스템으로 다시 유도하기 위해 용수 분배를 위해 1m 아래에 사용할 수 있습니다.

마찬가지로 이 예에서는 시스템에 필요한 유동상여과조의 용량을 계산할 수 있습니다.

이 부피는 식 2를 사용하여 다음과 같이 추정한다.

2,300 g TAN/일 ÷ 350 g TAN 제거/m3/일 = 6.57 m3

유동상여과조 설계에서 메디아가 에어레이션으로 잘 혼합될 수 있도록 하기 위해, 메디아가 유동상여과조 부피의 70% 이상을 차지하지 않도록 여과조를 설계한다. 따라서 6.6 m3의 메디아가 있는 유동상여과조의 용적은 9.4 m3가 된다.