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AquaPonics, 아쿠아포닉스 (물고기와 식물 함께 키우기)
수질공학 전문기업 현장경력 30년 하폐수처리시설 설계시공 및 바이오플락(BFT), 순환여과식(RAS) 및 아쿠아포닉(APS) 융복합 친환경 양식기술 전문 …
Source: ecotechservice.tistory.com
Date Published: 3/6/2021
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아쿠아포닉스 설계 제작 시작하면서…1 – 티끌 모아 LIFE !!!
아쿠아포닉스 설계 제작 시작하면서…1. 樹下 2017. 4. 6. 18:14. 반응형. 작지만 50여평의 규모에 아쿠아포닉스를 연출해봅니다. 막상 하려니 손도 많이 가고 생각이 …
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Date Published: 1/5/2021
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카카오가 주목한 농업, 아쿠아포닉스 – 브런치
아쿠아포닉스(Aquaponics)는 물고기를 키우는 양식(Aquaculture)과 식물을 키운다는 뜻의 그리스어인 포노스(Ponos)가 결합된 용어이다. 수경재배를 의미 …
Source: brunch.co.kr
Date Published: 9/13/2022
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[183회] 아쿠아포닉스 농장 운영으로 연 매출 3억 5천만 원 …
AquaPonics, 아쿠아포닉스 (물고기와 식물 함께 키우기). 수질공학 전문기업 현장경력 30년 하폐수처리시설 설계시공 및 바이오플락(BFT), 순환여과식( …
Source: ppa.covadoc.vn
Date Published: 3/6/2022
View: 8785
아쿠아포닉스 | Kliskorea
아쿠아포닉스 … Aquaponics는 물 절약, 폐기물 감소등 친환경적 요소와 유기농 식물 및 물고기 양식을 유기적으로 결합한 지속 가능한 생산 시스템 입니다. 자연생태계의 …
Source: www.klisglobal.com
Date Published: 4/26/2021
View: 4743
미래식량 안보의 해결책: 신개념 아쿠아포닉스 – 네이버 블로그
아쿠아포닉스(aquaponics)란 수산양식(aquaculture)과 수경재배(hydroponics)의 합성어로 물고기를 키우면서 어류의 배설물로 엽채류나 과채류를 재배하는 …
Source: m.blog.naver.com
Date Published: 12/14/2021
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- Author: 거산 디자인건축
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- Date Published: 2022. 1. 24.
- Video Url link: https://www.youtube.com/watch?v=YG9KwqaCtLI
AquaPonics, 아쿠아포닉스 (물고기와 식물 함께 키우기)
Aquaponics(아쿠아포닉스)
물고기와 식물 같이 키우기
1. 아쿠아포닉스란 무엇인가?
2. 아쿠아포닉스는 어떻게 작동되는가?
▶ 물고기를 탱크에서 키운다.
▶ 물고기에게 사료를 준다.
▶ 사료 찌꺼기와 물고기 배설물로 탱크 물이 오염된다.
▶ 오염된 물의 주성분은 주로 암모니아( NH3) 성분이 된다.
▶ 암모니아를 포함한 오염된 물이 식물로 보내진다.
▶ 식물을 키우는 배지에서 암모니아가 미생물에 의해 질산(NO3)성분으로 변환된다.
▶ 변환된 질산성분을 식물이 흡수하여 성장하고 물은 정화되어 물고기 탱크로 돌아간다.
3. 왜 아쿠아포닉스인가?
▶ 물 사용량을 90%이상 줄일 수 있다.
▶ 물고기와 식물을 동시에 키울 수 있다.
▶ 비료를 따로 구입할 필요가 없다.
▶ 토양관련 병원균이 없다.
▶ 연중 재배가 가능하다.
▶ 물고기는 높은 양식 밀도가 가능하고 식물의 성장은 2배 이상 빠르다.
▶ 재배면적을 75%이상 줄일 수 있다.
▶ 잡초 걱정이 없다.
4. 아쿠아포닉스 구성요소
물고기 탱크, 식물 재배지, 펌프, 블로워, 배관, 필터, 히터(옵션), 식물 재배용 전등(실내), 물고기 와 식물
5. 아쿠아포닉스 시스템 디자인 (식물 재배지 종류)
▶ Media Grow Bed(메디아 그로우 베드 : 돌이나 펄라이트 등 메디아를 이용한 재배지)
▶ Rafting System(레프팅 시스템 : 물에 띄워 재배하는 방법)
▶ Growing Power System(그로잉 파워 시스템 : 여러층으로 올려 층층이 재배하는 방법)
▶ NFT (Nutrient Film Technique)(엔에프티 : 뿌리 전체가 물에 잠기지 않고 재배하는방법)
▶ Tower(타워 : 수직관으로 재배하는 방법)
▶ VertiGrow(버티그로 : 수직관으로 재배하는 또 다른 유형)
6. 식물 재배지 종류별 특성
◈ Media Grow Bed 종류
▶ Gravel(작은 돌)
▶ Hydroton(하이드로톤)
▶ Lavel Rock(화산석)
▶ Packing foam(스티로폼)
▶ Sponge(스폰지)
▶ Perlite(퍼라이트)
▶ Vemiculite(버미큘라이트)
– 장단점
▶ 장점
– 소규모 취미 생활에 적합하다.
– 쉽게 구할 수 있고 만들기 쉽다.
– 여러 종류의 식물을 한 곳에서 기를 수 있다.
– 필요에 따라 크게 혹은 작게 만들 수 있다.
▶ 단점
– 혐기존이 생길 수 있다.
– 막힘 방지를 위해 주기적으로 청소해 주어야 한다.
◈ Rafting(레프팅) 시스템
▶ 스티로폼에 구멍을 뚫어 식물을 넣고 물에 띄워 재배하는 방식
▶ 미국의 버진 아일랜드 대학에서 처음 개발됨
– 장단점
▶ 장점
– 상업적 규모에 적합하다.
– 식물과 물고기에서 많은 수확이 가능하다.
√ 작은 규모 –물고기 50kg, 상추 900개 생산
√ 큰 규모 –물고기 3000kg, 상추 200,000 개 생산
– 대부분 실내 비닐하우스에서 생산.
▶ 단점
– 고형물을 걸러내는 필터가 필요하다.
– 주로 상추 등 열매 없는 잎채소 만 재배할 수 있다.
◈ Growing Power 시스템
▶ 긴 물고기 양식 탱크 위에 다 층의 식물 재배지를 설치한 유형의 시스템
– 장단점
▶ 장점
– 중소 규모에 적합하다.
– 여러가지 식물을 키울 수 있다.
– 다양한 영양분 공급을 위하여 퇴비를 추가할 수 있다.
– 제작이 비교적 쉽고 부품구하기가 용이하다.
▶ 단점
– 혐기화 될 수 있다.
– 퇴비를 사용할 경우 물이 검은 색으로 변하여 물고기를 볼 수 없다.
◈ NFT(엔에프티) 시스템
▶ 뿌리가 물에 일부만 잠긴 상태로 재배하는 방법으로 주로 PVC 배관을 이용하여 재배하는 방법이다.
– 장단점
▶ 장점
– 재료를 쉽게 구할 수 있다.
– 재배 조건을 보다 세밀하게 조절할 수 있다.
– 재배 메디아에 의한 PH 변화를 걱정할 필요가 없다.
▶ 단점
– 고형물을 걸러내는 필터가 필요하다.
– 주로 상추 등 열매 없는 잎 채소 만 재배할 수 있다.
◈ Tower & Vertigro 시스템
▶ 수직관으로 재배하는 방법
7. 아쿠아포닉스에 적합한 물고기
아쿠아리움 물고기, 틸라피아, 엘로 퍼치(민물농어), 메기, 송어, 배스, 불루길, 붕어, 잉어, 민물새우
8. 각 물고기별 특성
◈ 틸라피아
▶ 아쿠아포닉스에 가장 흔하게 사용되는 물고기
▶ 중온성 :적정 온도 (23 ~26°C)
▶ PH 변화, 온도 변화, 암모니아 독성에 강하고 낮은
산소농도에서도 비교적 잘 견딘다.
▶ 잡식성 – 펠렛사료, Duck weed(개구리풀), 채소 등 섭취
▶ 성장 기간 : 6~9 개월
◈ 옐로퍼지
▶ 순환시스템에 적절
▶ 냉온성 : 적정온도 (20 ~23°C)
▶ 낮은 산소농도에 잘 견디고 PH변화에 민감하지 않음
▶ 일반 펠렛 사료와 채소 섭취
▶ 성장기간 : 약 9개월
◈ 메기, 배스, 블루길
▶ 호지나 순환 시스템에 모두 적절
▶ 열대성 :적정 온도 (27°C)
▶ PH 변화, 온도 변화, 수질 변화에 민감한 편이다.
▶ 잡식성 – 펠렛사료
▶ 성장 기간 :
– 메기 : 5~10 개월
– 배스 : 15~18 개월
– 불루길: 12~16 개월
◈ 송어
▶ 유기관리가 힘들다
▶ 한냉성: 적정온도 (18~20 °C)
▶ 작은 물고기를 먹을 수 있다.
▶ 높은 산소농도 필요
▶ PH 변환와 수질에 민감
▶ 펠렛 사료 섭취
▶ 성장기간 : 12~16 개월
◈ 비단잉어, 잉어, 붕어
▶ 대표적인 호지 물고기
▶ 적정온도: 18~24 C
▶ 잡식성 : 플레이크, 펠렛, 벌레, 수초
▶ 기호용 물고기
9. 물고기 관리
▶ PH – 대부분의 물고기는 PH 6~8 가 적정
▶ 암모니아(NH3)와 아질산(NO2)은 독성이다.
▶ 질산(NO3)은 비교적 물고기에 안전하다.(식물에 좋음)
▶ 물고기는 산소가 필요하다. (산소가 없으면 30분 이내 사망)
( 전원공급 차단시 대비 예비전원(밧데리) 가동 블로워 예비)
▶ 갑작스런 온도 변화를 피한다.
▶ 물고기는 빛에 민감하므로 가능하면 빛 차단
▶ 사료 투입 – 하루에 2~3회
▶ 사료 투입량 – 물고기 중량의 1.5~2.0 %
▶ 사료투입 후 5~10분 안에 모두 섭취할 수 있는 양 만큼 투입
▶ 물고기는 너무 춥거나, 너무 덥거나 스트레스 받으면 먹지 않음
▶ 수질을 주기적으로 검사하고 필요시 일부 환수
▶ 자주 물고기의 활동성을 관찰한다.
▶ 어떤 물고기는 당신을 알아보고 친근하게 다가온다
▶ 물고기를 기쁘게 해야 한다.
10. 박테리아
▶ 물고기 배설물의 50%은 암모니아(NH3) 이다.
▶ 박테리아가 물고기 배설물, 사료찌꺼기를 분해한다.
▶ 니트로소모나스 박테리아가 암모니아(NH3)를 아질산(NO2)으로 변화시킨다.
▶ 아질산(NO2) 은 물고기에 독성이다.
▶ 니트로박터 박테리아가 아질산(NO2)를 질산(NO3)로 변화 시킨다.
▶ 질산(NO3) 은 식물에 가장 기본이 되는 영양제이다.
11. 질산화 사이클
▶ 약 10일간 암모니아가 상승한다.
▶ 그 후 약 10일간 아질산이 상승하고 암모니아가 감소한다.
▶ 그 후 약 10일간 질산이 상승하고 아질산이 감소한다.
▶ 안정화 될 때 까지 약 30일정도 소요된다.
12. 박테리아 관리
▶ 적정 PH 7~8
▶ 적정온도 : 22~25 C
▶ 살균 살충제, 염소, 세정제 등 독성 화학약품 유입 금지
▶ 물고기 입식 전 시작한다. (물 만들기 2주)
▶ 질산화 미생물(니트로소모나스, 니트로박터) 투입: Aquaponics-ST 미생물제
▶ 미생물 영양제 투입 : Aquaponics-CT
▶ 미생물 미넬랄제 투입 : Aquaponics –BS
13. 재배 가능 식물
▶ 채소류 : 상추, 콩, 호박, 이태리 호박, 브로컬리, 고추, 오이, 시금치 등
▶ 과일 : 수박, 멜론, 토마토, 딸기
▶ 허브 : 베이즐, 타임, 실란트로, 세이지, 레몬그라스, 휘트그라스, 오레가노, 파슬리 등
▶ 꽃 : 대부분 가능
14. 물고기 탱크와 재배 배지 계산
▶ 식물 재배 배지: 물고기 탱크 비율 = 2:1 (3:1 혹은 1:1도 가능)
▶ 식물 재배 재지의 깊이 : 30 cm
▶ 물고기 입식밀도 : 30~60kg/m3
▶ 물고기 입식밀도는 수확할 때 무게를 기준으로 한다.
▶ 예를 들어 수확시 틸라피아의 무게가 0.68kg 이고, 탱크 사이즈가 1m3 이라면
– 탱크 사이즈 : 1m3
– 입식밀도 30kg/m3
– 전체 물고기 무게 : 30kg
– 물고기 개체수= 30kg/0.68kg = 44마리
– 시운전시 입식 개체수(20%) = 9마리
√ 가능하면 4~6주 마다 20%씩 입식 시키는 것이 좋다.
√ 처음 시작할 때는 식물이 어리기 때문에 비료성분이 많이 필요치 않고 물을 충분히 정화시킬 수 없다.
15. 펌프 및 블로워 선정
▶ 펌프는 적어도 한 시간에 한번씩 물고기 탱크의 물을 갈 수 있는 양이 되어야 한다. 즉 정해진 양정에서 체류시간 1시간의 물을 회전 시킬 수 있는 용량으로 선정한다.
▶ 만일 펌프가 한시간에 15분만 가동하도록 타임머 설정이 되어 있는 경우에는 15분안에 전체 물량을 펌핑 할 수 있는 용량으로 선정하여야 한다.
▶ 블로워는 30LPM/M3를 기준으로 선정한다.
▶ 산소 전달을 효율적으로 할 수 있는 산기장치 등을 연결한다.
16. 유지관리
▶ 매일 물고기에 사료를 주고 건강상태를 살핀다.
▶ 수질 분석 (첫 한달간은 2일에 한번씩 온도, pH, 암모니아 농도 등을 분석하고, 그 다음에는 한달에 한번씩 분석한다.)
▶ 필터, 스크린, 메디아 등 청소가 필요한 부분을 점검하고 청소한다.
▶ 식물의 상태를 관찰하고, 손질하고, 가지치고, 수확한다.
▶ 식물의 영양상태, 병의 유무 등을 관찰하고 조치한다.
▶ 식물 재배 메디아를 채울 때는 먼저 물로 깨끗이 세척한 후 설치해야 한다. – 그렇지 않으면 먼지로 인해 물이 뿌옇게 된다.
▶ 사용하고자 하는 메디아의 PH를 확인한다.
▶ 수돗물의 염소 성분을 제거하기 위해 비타민 C를 투입하고 에어레이션을 해준다.
▶ 메디아의 고형물 분해를 위해 지렁이를 사용할 수 도 있다.
▶ 살균, 살충제, 세정제, 암모니아 함유 비료 등을 사용하지 않도록 한다.
▶ 물고기 탱크에 직사 광선이 들어가지 않도록 뚜껑을 덮는 것이 좋다.
▶ 전기 공급이 중단되는 상황에 대처할 수 있는 Back up 시스템을 갖추는 것이 좋다.
아쿠아포닉스 설계 제작 시작하면서…1
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작지만 50여평의 규모에 아쿠아포닉스를 연출해봅니다. 막상 하려니 손도 많이 가고 생각이 많이 들어가네요. 4월 중하순이면 설치가 마무리 되지 않을까 싶습니다.
설계도를 구상해보고 나만의 생각으로 연출될 이 공간을 물끄러미 되새겨 봅니다.
식물이 놓일 베드의 대부분은 목재로 짜고 방수처리등을 감안해 하나씩 만들어 봅니다.
이 공간의 최대 수직 베드가 될 받침대를 만들어 본 것입니다. 어떻게 만들어지고 놓여질지 후에 완성본도 올려보겠습니다.
벽체 마무리 작업도 이제 한창이고 다 되어가네요
곳곳에 필요한 전기 설치도 마무리 단계이고요
17m의 이곳 최장 수직베드가 들어설 받침대도 오늘 작업해 보았습니다.
두둥! 하루하루 완성되어지고 있는 이 공간에 왠지 뿌듯함과 정감이 가는 듯합니다. 빨리 완성된 모습으로 식물이 연출될 이 공간에 매일 매일 커가는 공간의 부피가 느껴지네요.
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카카오가 주목한 농업, 아쿠아포닉스
아쿠아포닉스 농법은 논에서 물고기를 함께 키우거나, 연못에서 물고기를 키우고 그 물을 농업에 이용하는 방법으로 고대로부터 이어져온 농법이다. 최근 들어 온실과 같은 시설에서 물고기와 채소를 함께 키우는 장치 농업으로 발전했다.
아쿠아포닉스(Aquaponics)는 물고기를 키우는 양식(Aquaculture)과 식물을 키운다는 뜻의 그리스어인 포노스(Ponos)가 결합된 용어이다. 수경재배를 의미하는 하이드로포닉스(hydroponics)와 동일한 농법 – 물에 양분을 타서 식물 뿌리에 공급 – 이지만 물에 영양분을 공급하는 방식에서 차이가 난다. 수경재배가 양분을 물에 직접 첨가한다면, 아쿠아포닉스는 물고기에게 먹이를 주고 그 물고기의 배설물과 잉여 양분이 식물의 영양원이 된다.
아쿠아포닉스 시스템의 이해를 위한 모식도, 출처 : http://watermevertical.com
따라서 수경재배에 비해서는 좀 더 복잡한 단계를 거친다. 일반적으로 시설에 적용하는 아쿠아포닉스 농법은 크게 5 단계로 구성된다.
1. 물탱크(또는 연못)에서 물고기를 키운다.
2. 물속의 미생물이 암모니아와 아질산을 질산염으로 전환한다.
3. 물고기를 키우는 탱크의 물을 식물의 뿌리로 펌핑한다.
4. 식물은 영양분이 풍부한 물에서 양분을 흡수하고 정화한다.
5. 식물에 의해 걸러진 물을 다시 물탱크로 순환한다.
단계가 복잡한 만큼 아쿠아포닉스 시스템을 구성하거나 각 부분을 제어하는 데는 많은 기술적인 노하우가 필요하다. 수경재배(하이드로포닉스)는 물속의 양분 제어만 신경 쓰면 되지만, 아쿠아포닉스는 물고기를 잘 키우는 과정과 이를 통해서 양분 농도를 적절하게 제어해야 하기 때문이다.
외국의 사례를 살펴보면 처음 아쿠아포닉스를 설치 후에는 시스템이 안정화되기까지는 상당한 시간이 필요한 것으로 알려져 있다. 그리고 취미로 하는지, 상업적인 목적으로 하는지에 따라 다양 장치와 방법들이 시도되고 있다. 일반적으로는 뿌리 지지체(media)를 사용하는 경우와 뿌리 지지체 없이 바로 식물 뿌리를 물고기를 키우는 물과 접촉시키는 방법으로 나눌 수 있다. 어느 방법이 더 좋은지는 재배 규모와 작물의 종류에 따라 달라진다. 아직까지 기술적으로 안정화되거나 일반화되기에는 극복해야 할 기술적인, 경제적인 제약 조건이 많다.
아쿠아포닉스 농법에 사용되는 물고기는 틸라피아, 잉어, 메기, 민물새우 등 다양하다. 주로 재배되는 작물은 상추와 같은 잎채소, 바질과 파슬리 같은 허브류, 딸기나 토마토 등 과채류가 주류를 이룬다.
밀워키에 있는 Growing power 모델을 채택한 상업용 아쿠아포닉스
우리나라에서는 만나 CEA라는 농업회사법인에서 시작하면서 일반에게 알려졌는 데, 이 회사는 카이스트 출신 공대생 5명이 함께 창업하고 다음카카오의 자회사인 케이벤처그룹에서 100억 원을 투자해서 더 유명해졌다. 아쿠아포닉스는 기존의 채소 재배 이외에 물고기 양식까지 동시에 섭렵해야 해서 기술적인 난이도는 높아 아직까지 일반화되고 있지 못하다.
카카오는 아쿠아포닉스의 가능성을 본 것일까? 그렇다고만 보기엔 어려운 측면이 많다. 규모화 하기엔 한계가 존재하기 때문이다. 아마도 농산물 유통에 진출하는 발판이거나 카이스트 출신의 인재를 확보했다고 하는 측면이 더 클지도 모르겠다.
미국 USDA의 경제성 분석을 살펴보면 물고기 양식에서는 생산비가 기존 양식업에 비해 비용 대비 효과가 없는 것으로 나오고 있다. 따라서 채소 재배에서 수익을 내어야 하는데, 이는 기존의 수경재배에 비해 경쟁력이 더 있다고 보기는 어렵다. 우리나라는 민물고기에 대한 수요가 크지 않은데 이 또한 불리한 요소이다.
아쿠아포닉스를 채택한 레스토랑들(1)
아쿠아포닉스는 우리나라에 새롭게 소개되는 농법으로 친환경 이미지를 강조하여 마케팅에 우위를 보일 수 있다. 그러나 일부에서는 물고기 양식에서 발생하는 미생물 오염 우려도 제기되고 있어 이 부분은 불리하게 작용할 수 있다. 아직까지는 취미생활 수준에서 머물고 있는 경우가 많으며, 상업적인 재배는 아직 초기단계이다.
공대생들과 IT 인들은 농업을 어떻게 해석할지 궁금하다. 외국에서는 꼭 채소 생산을 위해서만 아쿠아포닉스가 사용되는 것은 아니다. 가정용으로 사용되는 아쿠아포닉스 장치들은 디자인적인 측면에서 우위를 보인다. 취미나 조경용으로의 가능성도 보여주고 있다.
(1) Aquaponics Restaurant
아쿠아 포 닉스 설계 | [183회] 아쿠아포닉스 농장 운영으로 연 매출 3억 5천만 원!! ‘경기 여주시 김홍재 부자농부’ 상위 204개 베스트 답변
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Aquaponics는 물 절약, 폐기물 감소등 친환경적 요소와 유기농 식물 및 물고기 양식을 유기적으로 결합한 지속 가능한 생산 시스템 입니다. 자연생태계의 원리를 이용한 선순환 방식이며 시스템의 크기는 작은 실내 또는 실외 가정 또는 교실 애호가 단위에서 거대한 상업용 단위까지 다양합니다.
아쿠아포닉스의 원리
아쿠아포닉스는 어류 및 기타 수생 동물을 기르는 양식과 흙없이 식물을 재배하는 수경 재배의 조합입니다. Aquaponics는 수생 동물(물고기)이 배출물 또는 폐기물을 식물의 양분으로 공급하고 그 대가로 야채는 생선으로 돌아가는 물을 깨끗하게하는 공생조합 입니다. 물고기와 그 배설물과 함께 미생물은 식물의 영양에 중요한 역할을 하며 이 유익한 박테리아는 식물의 뿌리 사이의 공간에 모여 물고기 폐기물과 고형물을 식물이 성장하는 데 사용할 수있는 물질로 전환합니다. 그 결과 양식과 작물재배간의 완벽한 협력이 이루어집니다.
Aquaponics는 지속 가능한 유기농 작물 생산, 양식 및 물 소비에 대한 미래기술입니다. 어류 폐기물은 재활용되어 버려지지 않고 식물 성장에 사용됩니다. 물은 폐쇄 시스템에서 재순환되어이 자원의 소비를 줄입니다.
미래식량 안보의 해결책: 신개념 아쿠아포닉스
아쿠아포닉스의 작동 원리
물고기에 사료를 공급하면 영양소의 소화 흡수과정 후 배설물 (분, 뇨 및 암모니아)이 배출되는데, 생물여과조에서 미생물에 의한 질산화 작용 (nitrification)으로 질산염이 생성되어 이것을 식물들이 흡수하여 성장하는 것이다. 다시 식물성장에 사용된 물은 어류 사육수조로 순환되며, 이 과정이 연속적으로 이어지게 되는 것이다(그림 3). 아가미를 통해 배설되는 암모니아와 분뇨에서 발생하는 암모니아는 정상적인 사육조건 하에서는 수중에서 거의 대부분 이온화된 암모늄 상태로 존재한다(그림 7). 이 암모늄은 니트로소모나스(nitrosomonas) 세균에 의해 아질산으로 전변되며, 다시 니트로박터(nitrobacter) 세균에 의해 무독성의 질산염(nitrate)으로 전변된다. 이것이 생물여과조에서 일어나는 질산화 반응이며, 이 반응의 최종 생성물인 질산염을 식물이 이용하는 것이다. 이 질산화 반응은 pH가 중성 가까이 유지될 경우 빠르게 진행되어 식물들이 질산염을 이용할 수 있지만, pH가 6 이하로 떨어지면 질산화 반응은 느리게 진행되고 식물은 질소원으로 암모늄을 이용한다. 식물은 질소원으로서 이온화된 암모늄(NH4+)과 질산염(NO3-)만을 이용한다. 그러나 식물의 정상적 성장을 위해서는 질소 외에도 많은 영양염류가 필요하다. 이것은 어류의 배설물 내 식물이 필요로 하는 영양염류가 부족할 경우 식물의 정상적인 성장이 일어나지 않는다는 것을 의미한다.
순환여과 어류양식장의 경우 미생물을 통한 질산화 과정은 암모늄에서 전환된 독성의 아질산을 무독성의 질산염으로 전환시켜 어류의 성장을 저해하지 않도록 하기 위한 것이다. 아쿠아포닉스에서는 이 과정이 식물의 성장에 필요한 질산염을 생산하는 과정이라는 점에서 어류양식장과 차이점이 있다고 보면 된다. 즉, 사료를 공급하여 물고기와 식물을 동시에 수확하는 것이다. 생물학적 여과는 암모니아를 질산염으로 전환하는 질산화 과정(산화과정)과 질산염을 질소가스로 전환해 제거하는 탈질화 과정(환원과정)으로 구성된다. 질산염이 사육수에 축적되면 사육수의 pH가 산성화되는데, 탈질소 과정은 이 질산염을 제거하여 사육수의 pH를 다시 정상화 시켜주는 것이다. 일반적으로 순환여과식 양식장에서는 사육수의 pH를 정상화 하기 위해 석회나 중탄산소다, 패각껍질 등을 투입한다. 질산화를 위한 생물 여과조는 순환여과 양식시스템에서 수중의 유해한 암모니아 및 아질산을 독성이 낮은 질산염으로 전환시키는데 결정적 역할을 한다. 특히 수중 비이온화 암모니아 농도가 0.2mg/L 이하로 유지되어야 하는 순환여과 양식시스템에서는 여과시설의 규모와 운전방법이 원활한 여과기능에 필수적이다. 여과기능은 양식생물의 종류 및 크기, 양식 시스템 내 환경여건 및 기타 다른 여러 요인에 따라 달라지기 때문이다. 대부분의 순환여과식 양식장에서는 생물학적 과정인 질산화 과정만 시설하고 탈질소 과정은 생략한다. 이는 탈질소 과정에 관여하는 미생물이 혐기성의 종속영양세균이기 때문에 용존산소 농도를 1 mg/L 이하로 유지해야 하고, 동시에 이들 세균의 에너지원으로 탄소원을 공급해야 하는 등 시설 유지관리의 까다로움 때문이다. 질산염에 의한 어류의 치사수준은 300 mg/l로, 실제 양식조건 하에서는 이 정도 고농도 수준으로 높아질 수 없다.
아쿠아포닉스란 수산양식과 수경재배의 합성어이며, 그 용어의 의미를 자세히 들여다 보면 사료를 이용해 수산동물을 양식함(수산양식)과 동시에 특정성분의 양액을 첨가해 식물을 생산한다(수경재배)는 것을 이해할 수 있다. 만약 아쿠아포닉스에서 양액을 첨가하지 않으면 식물의 성장은 양액을 이용한 수경재배 시 성장의 50%에도 미치지 못할 것이다. 그럼에도 불구하고 아쿠아포닉스가 각광받는 이유는 수산동물의 생산과 함께 그로부터 파생되는 오염원을 이용해 식물을 생산할 수 있기 때문이다. 즉, 물을 버리지 않고 계속 사용할 수 있어 물부족 문제에서 자유로워질 수 있고 식량생산에 이바지할 수 있기 때문이다. 아쿠아포닉스는 수산동물 양식 기술, 수산사료 배합 기술, 수질관리 기술 그리고 식물재배 기술이 모두 겸비되어야 성공적으로 운영될 수 있는 복잡한 시스템이이다. 일반적으로 사료는 사료회사에서 구입해 사용할 수 있지만 나머지 3가지 기술요소는 현장에서 직접 가동됨으로 함께 잘 어우러지지 않으면 양식동물 또는 식물 더 나아가선 둘 다의 성장이 저해될 수 있다. 지금까지 아쿠아포닉스 전용사료는 어디에서도 개발되지 않았다. 이것은 세계 모든 상업적 아쿠아포닉스 업체가 일반 상업용 사료를 사용하고 있다는 의미이며, 수산동물과 식물을 동시에 생산하는 아쿠아포닉스 전용사료는 세계 어디에도 아직은 없다는 것을 시사한다. 차세대 식량안보의 키워드가 될 아쿠아포닉스, 단순한 기술이 아닌 생물공학 기술의 집합체이다.
아쿠아포닉스의 장단점
아쿠아포닉스는 어류와 식물을 동시에 생산한다는 점에서 미래 식량 안보의 해결책으로 대두되고 있다. 그러나 그림 2처럼 단순한 시스템 같지만 수경재배에 비해 많은 단점이 동시에 존재한다.
장점
– 어류와 식물을 동시에 생산할 수 있다.
– 폐쇄식 순환여과장치로 물을 계속 순환하여 활용하며 오염원의 발생이 없다 (실제로는 허실사료와 배설 분과 같은 고형배설물의 배출이 발생한다).
단점
– 어류사육조, 침전조(또는 물리적 여과기), 생물여과조, 탈질조 등 시설이 많이 필요하다.
– 침전조를 통한 고형 배설물의 분리작업이 수반된다.
– 생물여과조의 효율적인 질산화 및 탈질소 과정이 요구된다.
– 사육조 유출수에는 식물성장에 필요한 영양염류가 부족하기 때문에 추가 공급이 필요하다.
– pH의 인위적 조절이 필요하다.
– 어류양식 및 식물재배 기술이 요구된다
– 사료영양에 관한 지식이 요구된다.
– 에너지 비용이 많이 소요된다.
– 엽채류나 과채류 생산에는 해산 양식동물 (어류나 새우)의 적용은 불가능하다.
– 초기 건축비용이 많이 소요된다.
이러한 단점 중 대표적인 것이 어류의 대사성 배설물(암모니아)과 배설분에서 유리된 무기물만으로는 식물의 정상적 성장을 기대할 수 없다는 것이다. 또한, 식물이 병충해에 감염될 경우 제초제를 살포할 수 없으며, 어류의 질병 발생 시 치료가 어렵다는 것도 문제점으로 대두된다. 현재까지 국내뿐 아니라 해외에서 운영되고 있는 모든 상업적 아쿠아포닉 시스템은 이런 단점을 안고 운영되고 있으며, 시스템 내 어류사육은 방문객을 위한 시각적 목적이 더 크다고 할 수 있다.
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