양식 효율성 향상을 위한 순환 양식 시스템(RAS) 분석
*14차 5-계획 기간에 대한 국가 어업 개발 계획*에서는 스마트 어업 개발, 양식 장비 현대화 촉진, 양식 효율성 및 자원 활용 수준 향상을 명시적으로 요구하고 있습니다. 전통적인 연못 양식 모델은 높은 물 사용량, 상당한 토지 점유, 환경 영향 등의 문제에 직면해 있어 현대 양식 개발 요구 사항을 충족하기가 어렵습니다. 새로운 집약적 농업 모델인 순환 양식 시스템(RAS)은 물 처리 및 재활용 기술을 활용하여 상대적으로 폐쇄된 환경에서 수생 생물의 고밀도 재배를 달성하고 뚜렷한 기술적 이점을 제공합니다.
1. 순환양식 시스템의 개요
1.1 기본 개념 및 구조적 구성 요소
순환 양식 시스템(RAS)은 수처리 및 재활용 기술을 통해 상대적으로 폐쇄된 환경에서 수생 생물의 고밀도 재배를 달성하는 고도로 집약적인 현대 양식 모델입니다. RAS는 주로 재배 장치, 수처리 장치, 수질 모니터링 및 제어 장치의 세 가지 기능 모듈로 구성됩니다.
1.2 작동 원리
The operation of RAS is based on the principle of water purification and recycling. During the culture process, pollutants such as suspended solids and ammonia nitrogen produced by metabolism are first removed via mechanical filtration for particulate matter. The water then enters a biofilter where nitrifying bacteria convert toxic ammonia nitrogen into nitrite, which is further oxidized to nitrate. A protein skimmer removes dissolved organic matter through bubble adsorption, and a UV device eliminates pathogenic microorganisms. The multi-stage treated water is re-oxygenated, temperature-adjusted, and recirculated back into the culture tanks. During system operation, online monitoring equipment continuously tracks key parameters like pH (6.5–8.0), dissolved oxygen (>5mg/L) 및 암모니아성 질소(<0.5 mg/L), which are regulated via automated control devices to maintain the optimal culture environment
2. RAS의 생산 효율성 분석
2.1 물환경 조절능력
RAS의 수질 환경 제어 능력은 주로 수질 매개변수의 정확한 조절과 환경 스트레스 요인에 대한 신속한 대응에 반영됩니다. 이 연구는 3개의 병렬 시험 시스템(각각 50m3 용량, 수용 밀도 25kg/m3)을 갖춘 대규모 RAS 기반에서{1}수행되었으며 180일 동안 지속적으로 데이터를 모니터링하여 다음과 같은 결과를 얻었습니다.표 1.
데이터에 따르면 RAS는 용존 산소 조절에서 탁월한 성능을 발휘합니다. 야간 산소 소비량이 가장 많은 시기에도 가변 주파수 구동(VFD) 펌프와 미세 다공성 에어레이션의 시너지 효과를 통해 이상적인 수준을 유지합니다. 자동 알칼리 투여 시스템과 결합된 온라인 모니터링을 사용한 pH 조절은 지속적인 모니터링 결과에서 우수한 안정성을 보여주었습니다. 암모니아성 질소 제거의 경우, 표준 조건에서 바이오필터의 질산화 효율이 기존 방법에 비해 크게 향상되었습니다.
PID 제어 알고리즘을 갖춘 티타늄 튜브 열교환기를 사용하여 온도 제어를 수행함으로써 주변 온도가 크게 변동하는 경우에도 수온을 안정적으로 유지했습니다.
180일간의 지속적인 운영을 통해 시스템의 모든 수질 지표의 준수율과 안정성이 기존 배양 모델에 비해 크게 향상되어 물 환경 제어에서 RAS의 기술적 장점과 적용 가치를 충분히 입증했습니다. 또한 핵심 수질 지표 준수율은 98.5%에 이르렀고, 용존산소, pH, 암모니아성 질소 등 핵심 지표의 안정성은 전통양식보다 47% 높았다.
2.2 생물학적 성장 성과
본 연구에서는 RAS와 전통호지양식의 생장성능 차이를 비교하기 위한 대상으로 민물고기풀잉어(Ctenopharyngodon idella)를 선정하였다. 실험 그룹은 50m² RAS 장치 3개로 구성되었고, 대조군은 500m² 표준 양식 연못 3개를 사용했으며 둘 다 180일 주기로 사용되었습니다(데이터는 다음 항목에 표시됨).표 2).
결과는 RAS의 정확한 환경 제어 및 먹이 관리가 풀 잉어의 성장 성능을 크게 향상시키는 것으로 나타났습니다. 일정한 온도 효과와 수질 안정성으로 인해 사료 활동이 촉진되고 사료 전환 효율이 향상되었습니다.
2.3 시설 및 장비 운영 효율성
RAS의 운영 효율성은 주로 IEC(Comprehensive Energy Consumption Index)를 통해 평가되며 다음과 같이 계산됩니다.
IEC=(P × T × eta) / (V × Y)
어디:
IEC=종합 에너지 소비 지수(kW·h/kg)
P=설치된 총 시스템 전력(kW)
T=작동 시간(h)
eta=장비 부하율
V=사육수량(m³)
Y=단위 물 부피당 생산량(kg/m³)
운영 데이터 분석에 따르면 주요 RAS 장비에 대한 다음과 같은 주요 성능 매개변수가 나타났습니다. 펌프 시스템 운영 효율성은 기존 펌프에 비해 18% 향상된 85%에 도달했습니다. 바이오필터의 암모니아성 질소 처리 부하량은 0.8kg/m3·d로 기존 바이오필터에 비해 40% 증가했다. UV 살균장치는 99.9% 이상의 살균효율을 유지하였습니다.
시스템 장비는 지능형 연결 제어를 사용하여 수질 매개변수에 따라 작동 전력과 작동 시간을 자동으로 조정합니다. 예를 들어, 온도 제어 장비는 안정된 온도 기간 동안 감소된 부하(예: 30%)로 작동할 수 있으며, 폭기 시스템은 야간 산소 소비량이 적은 기간 동안 에너지 절약형 가변 주파수 모드로 작동할 수 있습니다. 이러한 지능형 장비 제어를 통해 시스템의 평균 종합 에너지 소비 지수는 2.1kW·h/kg으로 기존 문화 모델보다 45% 낮았습니다.
3. RAS의 종합적인 이점의 정량화
3.1 정량적 생산 편익 지표
본 연구에서는 산출편익, 품질편익, 시간편익이라는 3가지 차원을 포괄하는 RAS 생산편익에 대한 정량적 평가 시스템을 구축하였다. 10개 대규모 RAS 기지의 데이터 분석을 바탕으로 시스템의 종합 생산 이익 지수는 0.85에 도달했는데, 이는 전통 문화 모델에 비해 56% 향상된 수치입니다.
산출물 이점 평가에서는 제품 품질 개선으로 인한{0}}부가가치도 고려합니다. RAS의 수산물은 전통배양에 비해 육질, 근육내 지방함량 등 감각지표가 크게 개선되어 15~20%의 시장 프리미엄율을 달성했다. 품질 측면에서는 시스템의 정밀한 공급과 환경 제어로 인해 제품 크기가 더욱 균일해지고 프리미엄 제품 비율이 눈에 띄게 증가했습니다. 문화 후기 단계에서는 제품 크기 균일성이 92% 이상에 도달하여 표준화된 가공 및 대규모-판매가 가능해졌습니다.
3.2 자원 소비 평가
시스템 운영 중 자원 소비를 정량화하기 위해 LCA(Life Cycle Assessment) 방법이 사용되었습니다. 주요 평가 지표에는 담수 소비량, 전력 소비량, 사료 투입량이 포함되었습니다(데이터는표 3).
자원 활용 효율 분석 결과, 수처리 및 재활용 기술을 통해 높은 효율성과 자원 절약을 달성하는 시스템으로 나타났으며, 가장 큰 절감 효과는 물과 토지 자원에서 나타났습니다. 환경영향평가 결과, 시스템의 탄소 배출 집약도가 전통 문화에 비해 52% 낮은 것으로 나타났습니다.
자원 보존에 있어서 이 시스템의 장점은 향상된 사료 활용 효율성에서도 분명하게 드러납니다. 수질 모니터링 데이터와 결합된 지능형 급이 시스템을 사용하면 정밀하고 정량적인 급이가 가능해 사료 낭비가 크게 줄어듭니다. 연구에 따르면 RAS의 사료 전환율은 전통 양식에 비해 25~30% 향상됩니다. 인적 자원 활용 측면에서는 자동화 및 지능형 모니터링을 통해 제품 1톤당 노동 시간이 전통 문화의 0.48시간에서 0.15시간으로 감소하여 노동 투입량이 대폭 감소하고 작업 환경도 개선되었습니다.
3.3 경제성 분석
경제적 타당성은 순현재가치(NPV) 및 투자 회수 기간 방법을 사용하여 평가되었습니다. 초기 투자에는 토목 엔지니어링, 장비 구매, 설치 및 시운전이 포함됩니다. 운영 비용에는 에너지, 인건비, 사료 및 유지 관리 비용이 포함됩니다. 수익원에는 수산물 판매와 수자원 절약 혜택이 포함됩니다.
EC= Σ [ (Ct - Ot) / (1 + r)^t ] - I0
어디:
NPV=순 현재 가치(10,000 CNY)
I0=초기 투자금(10,000 CNY)
Ct=t 연도의 현금 유입(10,000 CNY/년)
Ot=t 연도의 현금 유출(10,000 CNY/년)
r=할인율(%)
t=계산 기간(년)
연간 생산 규모 500톤으로 계산하면, 이 시스템에는 초기 투자금 850만 위안, 연간 운영 비용 420만 위안, 연간 판매 수익 750만 위안이 필요하다. 벤치마크 할인율 8%를 적용하면 투자회수 기간은 3.2년, 재무 내부수익률(IRR)은 28.5%이다. 민감도 분석에 따르면 제품 가격 변동폭이 ±20%인 경우에도 프로젝트가 우수한 위험 저항성을 유지하는 것으로 나타났습니다.
4. 결론
순환 양식 시스템(RAS)은 수질 환경 제어, 생물학적 성장 성능 및 장비 운영 효율성 측면에서 기존 양식 모델보다 훨씬 뛰어납니다. 향후 연구는 시스템 인텔리전스 수준 향상, 장비 운영 효율성 최적화, 대규모 홍보 모델 탐색에 초점을 맞춰 양식 순환의 포괄적인 이점을 더욱 향상시켜야 합니다.