Pilot 해수 순환여과 양식 시스템 내 오존 주입에 따른 수질 개선 효율과 감성돔(Acanthopagrus schlegeli)의 성장

Abstract

본 연구에서는 해수 순환여과 시스템에서 안정적인 수질 유지와 수처리 장치들의 처리 부하를 감소시키기 위해 오존을 순환여과 시스템에 주입하고, 오존 주입량에 따른 오존, 잔류산화물, 산화환원전위, 질소성 화합물(암모니아, 아질산, 질산 질소), 고형물(부유고형물, 휘발성 부유고형물, 용존유기탄소), 탁도, 색도 등의 순환여과 시스템에서 중요한 수질 요인들을 장기간 모니터링 하면서 오존이 수질에 미치는 영향을 평가하였다. 또한 순환여과 시스템 내 감성돔 육성어를 사육하면서 감성돔의 성장 효율과 혈액의 변화를 조사하였다. 총 수량 약 4,500 L의 동일한 규격과 배치를 가진 독립된 3개의 순환여과 사육 시스템을 설치하고, 수온을 22.5～23℃로 유지하면서 평균 체중 334.5 g (약 57 kg/system 수용)의 감성돔을 44일간 사육하였다. 대조구 시스템에는 오존을 주입하지 않았으며, 실험구과 1과 2에는 각각 20 g O₃/kg feed·day과 40 g O₃/kg feed·day의 비율로 오존을 주입하였다. 44일간 사육하면서 사육수 중의 오존, 총잔류산화물 암모니아, 아질산 질소, 질산질소, 부유고형물, 휘발성 부유고형물, 용존유기탄소 농도와 탁도, 색도를 측정하여 순환여과 시스템 내 오존 주입에 따른 수질 변화를 모니터링하였다. 실험 종료 시에는 감성돔의 성장과 혈액의 변화를 평가항였다. 실험구 1과 실험구 2의 오존 농도는 각각 평균 0.01±0.01 mg/L와 0.00±0.00 mg/L로 시간 경과와 오존 주입량에 따라 유의하게 차이가 없이 매우 낮게 유지되었다. 총잔류산화물의 농도는 실험구 1과 실험구 2에서 각각 평균 0.12±0.01 mg/L와 0.22±0.03 mg/L로 나타나, 오존 주입량이 더 많았던 실험구 2의 총잔류산화물 농도가 유의하게 높게 유지되었다. 실험구 1의 부유고형물 농도는 대조구에 비해 약 42.6% 감소하였으며, 오존 주입량이 더 많았던 실험구 2의 농도는 약 50.9% 감소하였다. 또한 사육조 내 용존유기탄소의 경우도 실험구 1과 2에서 각각 29.3%와 30.6%의 농도 감소율을 보여 오존 주입하면서 사육조 내 고형물과 유기탄소의 농도를 크게 감소시킬 수 있었다. 암모니아 질소 농도는 실험구 1에서 대조구에 비해 약 13.8% 감소되었으나 실험구 2에서 암모니아 질소 농도는 대조구 농도와 차이가 없었다. 아질산 질소의 경우도, 실험구 1에서 대조구에 비해 약 28.6%의 높은 개선 효과를 나타낸 반면, 실험구 2에서는 16.7%로 실험구 1에 비해 개선 효과가 낮아, 생물학적 여과조의 질산화 성능이 과량의 오존 주입에 따라 다소 저해된 것으로 생각된다. 오존 주입량이 증가하면서 탁도의 평균 농도는 대체적으로 감소하는 경향이었으며, 실험구 1과 실험구 2에서 탁도는 각각 33.3%와 44.0% 감소하여 오존의 주입량이 증가하면서 감소율이 증가하였다. 겉보기 색도와 진정 색도 모두 오존을 주입하면서 주입하지 않은 대조구에 비해 명확한 개선 효과가 나타났다. 실험구 1과 실험구 2에서 겉보기 색도는 대조구에 비해 70.6%와 72.7% 감소하여, 감소율이 매우 높았다. 진정 색도 역시 각각 71.4%와 83.1% 감소하였으며, 겉보기 색도보다 감소율이 더 높았다. 감성돔의 사료계수는 대조구와 실험구 간에 유의하게 차이가 없었으며, 2.97～3.19의 범위를 나타내었다. 감성돔의 헤마토크리트, GOP, GPT, 글루코스, 코티졸은 오존 주입량이 증가하면서 대체적으로 증가하는 경향이었으나 대조구와 실험구 간에 유의하게 차이가 없었으며 생존율 역시 모든 대조구와 실험구에서 98.3～99.2%의 범위를 나타내어 매우 높았다. 이상의 결과로 보면, 수중의 유기물과 탁도 및 색도의 측면에서는 오존 주입량의 증가에 따라 각 수질 요인의 감소효과가 뛰어났다. 그러나 40 g O₃/kg feed?day의 비율로 오존을 주입한 실험구에서 암모니아와 아질산 질소의 농도의 감소율이 20 g O₃/kg feed·day의 비율로 오존을 주입한 실험구 보다 낮았고 생물학적 여과조의 기능이 다소 저하된 것으로 판단되었다. 또한 감성돔의 성장과 혈액에 오존이 미치는 영향의 차이가 유의하게 나타나지 않았지만, 오존의 주입량이 증가하면서 다소 증가하는 경향을 보인 바 장기간 사육 시에는 저해 작용이 일어 날 가능성을 배제할 수 없었다. 따라서 수질 개선의 측면과 사육 생물의 안전을 위해서는 20 g O₃/kg feed·day 이상 오존을 주입하지 않는 것이 바람직 할 것으로 판단되었다.

Ozonation was practiced in a pilot recirculating aquaculture system (RAS) with black seabream Acanthopagrus schlegeli. The efficiencies of water quality were assessed by monitoring improvement of the water qualities using the parameters such as dissolved ozone, total residual oxidant (TRO), oxidation and reduction potential (ORP), organic materials as suspended solid (SS), volatile suspended solid (VSS) and dissolved organic carbon (DOC), nitrogenous compounds as ammonia - nitrite and nitrate - nitrogen, turbidity and water color. Also, the growth and hematological change of black seabream reared in the system were estimated after 44 days. Three RAS with same configuration (total water volume of 4,500 L) each were operated independently at water temperature ranged 22.5～23.0℃. Two RAS were ozonated and used as Treatment 1 and 2 while one RAS was used as a control. Treatment 1 and 2 were ozonated by 20 g O₃/kg feed·day and 40 g O₃/kg feed·day respectively. Each system consist of 4 rectangular culture tanks, a reservoir, a foam frationator, a trickling filter respectively. Total biomass of the fish (average body weight of 334.5 g) in the individual system was stocked at 57 kg and tested for 44 days. Dissolved ozone concentrations in Treatment 1 and 2 were 0.01±0.01 mg/L and 0.00±0.00 mg/L, which were maintained at very low level and were not significantly different from each other depending on the ozonation rate. The TRO concentrations increased with ozonation rate during experiment and average concentration of Treatment 1 and 2 were 0.12±0.01 mg/L and 0.22±0.03 mg/L, respectively. Concentration of SS in Treatment 1 and 2 were 42.6% and 50.9% compared to the concentration of control. Concentrations of Treatment 1 and 2 were reduced up to 29.3% and 30.6%, respectively, compared to the concentration of control. Ammonia nitrogen concentrations in Treatment 1 was lower than that of control, while that in Treatment 2 was the same as that in control. Ozonation reduced nitrite nitrogen concentration by 28.6% in Treatment 1 while that reduced by 16.7% in Treatment 2. Thus, it was assumed that nitrification in the biofilter of Treatment 2 was slightly inhibited by higher-dosed ozonation. Turbidity tended to decrease with increasing the ozonation concentration. Comparing to control the reduction of turbiduitires in Treatment 1 and 2 33.4% and 44.0%, respectively. Apparent and true color in the systems drastically decreased with ozonation by 70.6% and 71.4%, respectively in Treatment 1, and 72.7% and 83.1% respectively in Treatment 2. Feed conversion ratios among control and treatments were not significantly different and were range 2.97～3.19. Hematocirt, GOP, GPT, Glucose and Cortisol were also not statistically different among control and treatments after at the end of exeperment but there was a tends to increase with ozonation rate. Survival rates in all groups were ranged 98.3～99.2% all groups. Considering the above results, adding ozone to the RAS improve water quality by significant reduction of organic compounds, nitrogenous compounds, turbidity and water color. However, high ozonation by 40 g O₃/kg feed·day seemed to inhibition effects on nitrification of the biofilter effects were shown. Although no distinct inhibition effects were shown growth performance and hematological change. There may have negative effects of high ozonation by 40 g O₃/kg feed·day in long term period in this fish. Therefore, in aspect of water quality improvement and safety on nitrification and culture of this species in RAS, it is recommended not that add ozone to the system more than 20 g O₃/kg feed·day.