산업용 재순환 양식 시스템(RAS)는 국가 시설어업 정책에 의해 추진되는 신흥 양식 기술로서 산업 공학 장비와 환경 제어 기술의 통합을 통해 양식의 집약화, 고효율 및 환경 지속 가능성을 달성합니다. 그것은핵심 이점포함하다:물 재활용 90% 이상의 물 절약, 지역적 및 계절적 제약으로부터의 독립성, 수온 및 용존 산소와 같은 주요 환경 요인의 정밀한 조절, 토지 생산성 및 사료 전환율 대폭 향상. 이는 양식업의 지속가능한 발전을 위한 중요한 방향으로 인식되고 있습니다. "높은 투자, 높은 밀도, 높은 생산량"을 특징으로 하는 이 방법은 높은 초기 투자 비용(시설 및 장비 비용)과 높은 기술 장벽(종자 순응 및 수질 관리) 등의 요인으로 인해 광범위한 채택이 제한됩니다.
만다린 피쉬(Siniperca chuatsi))는 가치가 높은-담수 양식종으로서 빈번한 질병, 수질 관리의 어려움, 불안정한 수확량 등 전통 농업에서 어려움을 겪고 있습니다. 현재 쏘가리 산업용 RAS 기술 보유량은 여전히 부족하며, 특히 양식 공정 최적화, 전용 장비 설계, 수질 정화 공정 등의 분야에서 체계적인 실천이 부족합니다. 본 연구에서는 수자원의 효율적인 재활용 및 활용에 중점을 두고 있으며, 쏘가리 육상{3}}산업 기반 양식업을 위한 공정 장비 시스템 구축을 목표로 하고 있습니다. 저-폐기물 배출 장치의 최적화와 장비 연계 기술의 통합을 통해 정수 효율, 바이오{6}}부하 용량 등 핵심 지표에 대한 실험적 연구를 수행하고 있습니다. 목표는 쏘가리 양식 산업의 고품질 발전을 지원하기 위해 복제 가능한 기술 솔루션을 개발하는 것입니다.{8}}
1. 산업 순환 양식 공정 흐름
산업용 RAS의 핵심은 폐쇄형-루프 프로세스를 통해 동적 물 균형과 재활용을 달성하는 것입니다.물리적 여과 - 생물학적 정화 - 소독 및 산소화". "물고기를 키우는 것은 물을 높이는 것부터 시작됩니다"; 물 유속, 온도, pH, 암모니아 질소 농도 및 용존 산소 수준과 같은 매개변수는 만다린 피쉬의 성장 환경에 직접적인 영향을 미칩니다. 이 시스템 설계는 "소형 시스템, 다중 단위"의 원칙을 따릅니다. 핵심 논리는 다음과 같습니다. 유속이 빠를수록 시스템 처리 효율이 향상되고, 대형 입자 폐기물의 파손이 감소하며, 후속 처리 에너지 소비가 낮아집니다. 오염 물질 제거는 "고체 → 액체 → 기체" 순서를 따르며, 고형 폐기물 처리는 "큰 입자 크기 → 작은 입자 크기"로 등급을 매기고, 여과합니다. 및 소독과정이 순차적으로 연결됩니다.
에 표시된 바와 같이그림 1시스템 흐름은 다음과 같습니다. 배양 탱크의 배수는 전처리를 거쳐 큰 입자성 폐기물을 제거하고 거친 여과 및 미세 여과 단계를 거쳐 미세한 부유 물질을 제거한 다음 바이오 필터를 통과하여 암모니아 질소와 같은 유해 물질을 분해하고 마지막으로 소독 및 산소화 후 배양 탱크로 돌아가 전체 과정에서 수질 제어 및 물 재활용을 달성합니다.
2. 쏘가리 양식시설 및 장비의 설계 및 연구
전통적인 양식 시설 설계는 종종 경험에 의존하므로 비효율적인 장비와 비용 낭비로 이어지기 쉽습니다. 에 표시된 바와 같이그림 2, 본 연구는 질량수지의 원리에 기초하여 쏘가리의 최대 바이오매스 보유 능력에 대한 모델을 구축합니다. 최대사료량, 총 폐기물, 암모니아성 질소 생산량을 계산하여 과학적인 장비 선정이 이루어집니다. 장시성(Jiangxi)의 한 쏘가리 양식 기업을 사례 연구로 사용하여 저-방해 폐기물 배출 장치 및 장비 연계 시스템을 최적화하는 데 중점을 두었습니다. 워크샵 레이아웃은 다음과 같습니다.그림 3. 만다린 피쉬를 위한 육상- 기반 산업용 RAS의 레이아웃은 다음과 같습니다.그림 4.
2.1 사육수 재순환 매개변수 설계
재순환율은 효율적인 시스템 운영의 핵심이며 쏘가리 수용 밀도, 물의 양, 물 처리 용량을 종합적으로 고려하여 결정되어야 합니다.
물 재순환량 계산 공식:Q = V × N
여기서: Q는 물 재순환량(m³/h)입니다.
V는 사육수량(m3)이다.
N은 하루 재순환 횟수(times/d)입니다.
배양 탱크 설계: 단일 탱크 직경 6m, 높이 1.2m, 원뿔 바닥 높이 0.3m.
계산된 양은 π×3²×1.2 + 1/3×π×3²×0.3 ≒ 33.91m³이고, 실제 사육수량은 약 30m³입니다. 단일 작업장에는 10개의 배양 탱크가 있으며 총 물의 양은 300m3입니다.
작동 매개변수: 재순환율 N은 3-5회/일로 설정됩니다. 보충수 순환은 전체 물량의 10%(증발 및 배출 손실 보상)이며, 온라인 모니터링을 통해 실시간으로 조정됩니다.
2.2 배양조 및 폐기물 배출장치 설계
에 표시된 바와 같이그림 5, 재배조는 "빠른 폐기물 배출과 균일한 물분배"를 목표로 원뿔형 바닥 구조와 결합된 원형 탱크 본체를 사용하여 설계되었습니다. 폐기물 배출 방해를 최소화하기 위해 하단에 "물고기 변기" 장치를 설치했습니다.- 물고기 화장실은 다음과 같이 최적화되었습니다:
- 유속을 높이기 위해 입구/출구 파이프 직경을 200mm로 표준화했습니다.
- 덮개판은 회전하는 유선형 디자인을 채택하여 바닥 퇴적물에 대한 회전 세척 효과를 높이고 자체 청소 기능을 향상시킵니다.{0}}
3. 고체입자 처리 공정 설계 및 연구
고체입자는 "전처리 - 거친여과 - 미세여과"의 3단계-과정을 통해 입도분류로 처리됩니다. 특정 매개 변수는 다음과 같습니다.표 1.
3.1 전처리 공정
배양 탱크의 측면-배수 및 하단-배수 시스템과 연결된 수직 흐름 침전기를 활용하여 중력 분리를 사용하여 100μm 이상의 입자를 제거합니다. 침전지는 배양조에 직접 연결되어 파이프라인 운송 손실을 줄이고 후속 여과 단계의 부하를 줄입니다.
3.2 거친여과과정
에 표시된 바와 같이그림 6, 거친 여과 공정은 마이크로스크린 드럼 필터를 중심으로 이루어집니다. 설계 원칙에는 파이프라인 길이를 줄이고 에너지 소비를 줄이기 위해 배양 탱크 가까이에 장비를 배치하는 것이 포함됩니다.
실시간 매개변수 조정을 위해 온라인 수질 모니터링과 조화를 이루는 자동 역세(4-6회/일)를 달성하기 위해 PLC 제어 시스템을 사용합니다.
중력 흐름 설계를 활용하여 펌프 전력 소비를 줄이고 운영 비용을 절감합니다.
3.3 미세여과 공정
에 표시된 바와 같이그림 7, 미세여과 공정은 바이오필터와 소독장비의 시너지 효과를 통해 수질을 더욱 정화합니다.
- 바이오필터: 높은-특이성-표면-매체를 선택하고 수리학적 유지 시간은 1~2시간이며 용존 산소를 5mg/L 이상으로 유지하고 암모니아성 질소와 아질산염을 분해합니다.
- 소독 장비: 병원성 미생물을 사멸시키기 위한 자외선 살균기(용량 3-5 × 10⁴ μW·s/cm²) 또는 오존 발생기(농도 0.1-0.3 mg/L, 접촉 시간 10-15분).
- 산소화 시스템: 순수산소산소장치를 에어레이터와 함께 사용하여 안정적인 용존산소량을 보장합니다.
4. 파이프라인 레이아웃 및 제어 시스템
4.1 파이프라인 레이아웃 설계
파이프라인은 기능에 따라 물 공급, 재순환, 폐기물 배출, 보충수 등 4가지 유형으로 분류됩니다. 설계 원칙: 배양 탱크를 중심으로 레이아웃을 최적화하고 팔꿈치와 파이프라인 길이를 줄여 머리 손실을 최소화합니다. 양식 탱크의 안정적인 수위를 유지하기 위해 균형 잡힌 유입 및 유출을 보장합니다. 폐기물 배출관은 폐기물의 자체 흐름 수집을 용이하게 하기 위해 경사(3% 이상)를 갖습니다.
4.2 제어 시스템 설계
시스템은 그림과 같이 "센서 - 컨트롤러 - 액추에이터"의 폐쇄{0}}루프 아키텍처를 채택합니다.그림 8. 핵심 기능은 다음과 같습니다.
- 실시간-수질 모니터링: 용존산소, pH, 암모니아성 질소 센서를 통한 온라인 데이터 수집.
- 장비연동제어: 수질 매개변수에 따라 마이크로스크린 역세, 산소 공급기 전력 및 소독 장비 작동 시간을 자동으로 조정합니다.
- 잘못 경고: 비정상적인 매개변수로 인해 발생하는 시청각 경보가 이더넷이나 무선 통신을 통해 관리 터미널로 전달됩니다.
5. 장비 성능 테스트 데이터 분석
에 표시된 바와 같이그림 9, 장시성(Jiangxi)의 쏘가리 양식 기지에서 6개월간 시범 운영을 실시했습니다. 시스템에서는 수처리 이상 현상이 발생하지 않았으며, 모니터링 및 조기경보 시스템도 안정적으로 운영되었습니다.
적용과정에서 수처리 이상은 발견되지 않았으며, 모니터링, 조기경보, 제어시스템이 안정적으로 운영되고 있다. 양식조의 폭기는 양식 과정 중 용존산소 조절과 함께 사용되었습니다. 주요 장비의 성능 평가는 다음과 같습니다.표 2.
시험 기간 동안 사육 밀도는 50~60마리/m3에 이르렀고, 생존률은 90% 이상, 성장률은 기존 농업에 비해 20% 증가했으며, 물 재활용률은 92%에 도달하여 에너지 절약 및 배출 감소 목표를 달성했습니다.
6. 요약
만다린 어류를 위한 육상-기반 산업용 RAS는 엔지니어링, 시설 기반 및 디지털-지능형 기술의 통합을 통해 '물 절약, 고효율 및 환경 보호'라는 양식 목표를 달성합니다. 이 연구의 혁신은 다음과 같습니다: 시스템 매칭을 개선하기 위해 바이오매스 운반 능력 모델을 기반으로 장비 선택을 최적화합니다. 폐기물 제거 효율성을 높이기 위해 저-폐기물 배출 장치를 개선합니다. 정밀한 수질조절을 위한 장비연동제어시스템을 구축하고 있습니다.
본 시스템은 다른 담수어 양식에도 활용될 수 있으며, 양식업의 집약적 전환을 위한 기술적인 참고 자료가 될 것입니다. 향후 작업에서는 장비 비용을 더욱 줄이고 센서 성능을 최적화하여 기술 보급률을 높여야 합니다.