KR100902492B1 - Hydroponic Recyclic System Using the Visible Light-reactive Titanium Oxide Photocatalyst for Sterilization and Purification of Nutrient Solution - Google Patents
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Abstract
본 발명은 수경재배에서 배양액을 살균 정화하기 위한 장치에 관한 것이다.
본 발명은, 수경작물이 재배되는 베드로부터 배출되는 배양액을 받는 배액 탱크를 구비한 배양액 회수부; 상기 배양액 회수부의 배액 탱크로부터 제공된 폐 배양액이 흐르는 처리채널을 구비하고, 상기 처리채널 내에는 산화티탄 광 촉매가 코팅된 세라믹 필터를 설치하여 광 촉매 작용에 의하여 배양액을 살균 및 정화하는 배양액 처리부; 상기 배양액 처리부에 의해서 처리된 배양액을 상기 베드로 되돌리는 배양액 재 공급부; 및 상기 배양액 회수부의 폐 배양액을 상기 배양액 처리부를 통하여 살균 및 정화처리하고, 배양액 재 공급부를 통하여 작물 재배부로 재공급하는 프로그램을 내장한 제어부;를 포함하는 가시광 응답형 산화티탄 광 촉매에 의한 수경재배의 배양액 재이용 살균 및 정화 장치를 제공한다.
본 발명에 의하면 가시광인 태양 광에 응답하는 산화티탄의 광 촉매 효과를 이용하여 배양액의 살균, 유기물 분해, 탈취 및 공기 청정 등 다양한 효과를 얻을 수 있다.
수경재배, 배양액 살균, 광 촉매 작용, 태양 광, 산화티탄 광 촉매
The present invention relates to an apparatus for sterilizing and purifying culture liquid in hydroponic culture.
The present invention, culture medium recovery unit having a drainage tank for receiving the culture solution discharged from the bed in which the hydroponic crops are grown; A culture medium processing unit having a processing channel through which the waste culture solution provided from the drainage tank of the culture solution recovery unit flows, and a ceramic filter coated with a titanium oxide photocatalyst installed in the processing channel to sterilize and purify the culture solution by photocatalysis; A culture medium resupply unit for returning the culture medium treated by the culture medium treatment unit to the bed; And a control unit incorporating a program for sterilizing and purifying the waste culture solution of the culture solution recovery unit through the culture solution treatment unit and resupplying the crop medium through the culture medium resupply unit. It provides a culture medium reuse sterilization and purification apparatus.
According to the present invention, various effects such as sterilization of a culture solution, decomposition of organic matter, deodorization, and air cleaning can be obtained by using a photocatalytic effect of titanium oxide in response to sunlight, which is visible light.
Hydroponics, Culture Sterilization, Photocatalysis, Solar Light, Titanium Oxide Photocatalyst
Description
본 발명은 수경재배에서 배양액을 살균 정화하기 위한 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가시광 응답형 산화티탄 광 촉매를 사용함으로써 배양액의 살균 및 정화는 물론, 유기물의 분해, 탈취 및 공기 청정 등 다양한 응용이 가능하여 수경작물을를 안정적으로 재배할 수 있고, 친환경 농업ㆍ축산업의 실현에 크게 기여할 수 있는 가시광 응답형 산화티탄 광 촉매에 의한 수경재배의 배양액 재이용 살균 및 정화 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for sterilizing and purifying a culture solution in hydroponic culture, and more particularly, by using a visible light-responsive titanium oxide photocatalyst, sterilization and purification of the culture solution, as well as various applications such as decomposition of organic matter, deodorization and air purification. It is possible to cultivate hydroponic crops stably and to contribute to the realization of eco-friendly agriculture and livestock industry.
일반적으로 수경재배는 비료성분의 공급과 관리가 정밀하고 토양의 연작장해와 같은 염려가 없는 장점이 있어 점차 그 면적이 증가되고 있다. 그러나 순환식 수경재배에서는 배양액이 전체 베드를 순환하기 때문에 배양액 중에 피슘(Pythium) 이나 푸사리움(Fusarium)속 균과 같은 유해세균이 침입하여 배양액이 오염되면 순식간에 시설 전체에 병원균이 확산되어 회복 불가능한 피해가 발생할 위험이 있기 때문에 보다 확실한 배양액 살균 기술이 필요하다.In general, hydroponic cultivation has an advantage that the supply and management of fertilizer components are precise and there is no concern such as soil disturbance, so the area is gradually increasing. However, in circulating hydroponic cultivation, because the medium circulates through the entire bed, if harmful bacteria such as Pythium or Fusarium genus enter the culture medium and the medium is contaminated, the pathogen spreads throughout the facility in an unrecoverable manner. There is a need for more robust culture sterilization techniques because of the risk of damage.
또한 비 순환식의 수경재배에서는 사용한 배양액을 재처리하거나 정화처리하여 재사용하는 장치를 활용하지 않고, 하천에 흘려보내 하천수 오염의 원인이 되고 있어 수경재배에서 배양액을 하천에 흘려보내는 것은 앞으로 규제의 대상이 예상되고 있기 때문에 시스템으로부터 흘러나오는 배양액을 살균 정화하여 재이용하는 기술 및 장치개발은 시급한 과제이다. In non-circulating hydroponic cultivation, rather than reprocessing, purifying, and reusing used cultures, they are flowed into rivers, causing river water contamination. Because of this anticipation, it is urgent to develop a technology and an apparatus for sterilizing and reusing the culture liquid flowing out of the system.
현재 배양액의 살균이나 정화, 유기물의 분해 등을 위한 몇 가지 장치가 있지만 비용이 많이 드는 등의 문제로 경제적이고 효율적인 장치는 아직은 찾아보기 어려운 실정이다. At present, there are several devices for sterilizing or purifying the culture medium, and decomposing organic matters. However, economical and efficient devices are still difficult to find due to high cost.
특히 수경재배는 일반적인 온실 설비 이외에 배양액의 관리나 재배 베드 등의 기계설비에 고가의 설비비가 투입되는 재배방법이다. 수경재배에서 배양액의 감염은 농약살포 등 방제로서 회복하는 것은 아주 어려우며, 수확 전 감염인 경우에는 초기 투입된 농자재나 종묘, 난방 유류비, 비료 등의 비용 전액이 손해로 이어진다. 또한 비 순환식 수경재배에서는 식물이 흡수하지 못한 폐 배양액은 하천에 유출되어 상수원이나 하천수의 오염원으로 지적되고 있다. 이에 폐 배양액을 재이 용하는 순환식으로의 전환이 바람직하다. 그러나 코코 피트 등 유기질 배지를 사용할 경우 폐 배양액을 버리지 않고 재이용하기 위해서는 배양액 중에 유기질 배지에서 용출한 유기오염물질의 분해 및 병해확산 방지를 위한 살균을 해야 하지만 아직 까지 좋은 방법이 확립되어 있지 않고 있다. In particular, hydroponic cultivation is a cultivation method in which expensive facility costs are put into the mechanical facilities such as the management of culture medium or the cultivation bed in addition to the general greenhouse facility. In hydroponic cultivation, the infection of the culture solution is very difficult to recover by spraying pesticides, and in the case of pre-harvest infection, the total cost of agricultural materials, seedlings, heating oil, fertilizers, etc., which are initially introduced, is damaged. In non-circulating hydroponic cultivation, the waste culture fluids which the plants did not absorb have been spilled into the rivers, and are pointed out as a source of water or river water. Therefore, it is preferable to convert the waste culture solution into a recycle type. However, in the case of using organic medium such as coco pit, in order to reuse the waste culture without discarding it, it is necessary to sterilize the decomposition of organic pollutants eluted from the organic medium in the culture medium and to prevent the spread of diseases. However, a good method has not yet been established.
이와 같이 수경재배 농가 경영의 성공 여부는 배양액의 관리가 거의 대부분을 차지하고 있기 때문에 배양액의 살균이나 유기물의 분해에 의한 폐 배양액의 정화기술 및 장치개발은 요구도가 높고 시급한 과제이다. As such, the success of hydroponic farming management is mostly managed by the management of the culture solution. Therefore, the development of technology and apparatus for the purification of the waste culture solution by the sterilization of the culture medium or the decomposition of organic matters is a demanding and urgent task.
상기와 같은 수경재배에서 발생되는 피해는 그 방식에 따라 다르다. 담액식 수경에서는 일반적으로 편모균류(Pythium속균이나 Phytophthora속균)와 같이 배양액 중에 전염기관을 방출하여 2차 오염을 주체로 하여 피해가 확산되는 병해발생이 많으며 특히 Pythium속균에 의한 근부병의 발생이 80%이상에 달한다. 한편 고형배지 방식에서는 이들 편모균류에 의한 병해 발생은 적으며, 이를테면 Fusarium속균 등, 배지 중에 전염기관을 축적하여 만연하는 병해의 피해가 많다. 또한 토마토 등 가지과 작물을 중심으로 침입하는 청고병(Ralstonia solanacearum)은 담액식, 고형배지 방식에 공통적으로 발생하는 경향이 있다.Damage caused by hydroponic cultivation as described above depends on the manner. In biliary hydroponics, there are many diseases such as flagella (Pythium spp. Or Phytophthora spp.), Which release infectious organs in the culture medium and spread the damage mainly by secondary contamination. Particularly, 80% of root diseases caused by Pythium spp. It reaches above. On the other hand, in the case of the solid medium, the incidence of these flagella fungi is low, and for example, Fusarium genus, such as Fusarium bacteria, accumulates infectious organs in the medium, and there are many damages. In addition, Ralstonia solanacearum, which invades eggplant crops such as tomatoes, tends to occur in common in dipping and solid media.
담액식이나 NFT 등에는 고형배지는 없고 대량의 배양액이 순환하여 작물의 뿌리에 양분을 공급하기 때문에 배양액 중에 생식하는 미생물은 적고 104-105cfu/㎖의 범위이지만 락울 등 고형 배지 방식에서는 배지 표면, 뿌리 표면에 다수의 미생물이 생식하고 있으며, 배양액 중에도 106cfu/㎖ 이상의 미생물이 생식하고 있으 며 길항작용도 있어서도 비교적 근부 장해는 적다. 수경재배에서는 재배방식과 병해의 발생생태를 고려하여 배양액의 살균법을 고려할 필요가 있고, 이에 관련된 기술 개발이 당 업계에서는 절실히 요구되고 있다.Since there are no solid medium in liquefied foods or NFTs, and a large amount of culture fluid circulates to supply nutrients to the roots of crops, microorganisms that grow in culture are few and 104-105 cfu / ml, but in the medium of solid medium such as rock wool, Many microorganisms grow on the surface, and more than 106 cfu / ml of microorganisms are reproduced in the culture medium, and there is relatively little near obstacle even in antagonism. In hydroponic cultivation, it is necessary to consider the sterilization method of the culture medium in consideration of the cultivation method and the occurrence of the disease, and the related technology development is urgently required in the art.
한편 국민소득의 상승으로 청정농산물 또는 무공해 농산물에 대한 수요와 사회적인 관심은 계속적으로 증가하고 있고, 재배농가에 대한 신뢰가 더욱 요구되고 있다. 또한 현재 폐 배양액의 하천 유출로 인한 하천수 오염에 대한 문제가 법적 규제로 이어질 것으로 전망되고 있다. 따라서 친환경적인 방법으로 배양액이나 폐 배양액의 살균, 정화 등이 가능하게 될 경우 재배 농가는 재배 생산원가의 절감은 물론 관리에 대한 스트레스를 줄일 수 있으며 경제적인 경영이 가능하게 되고 청정 안전 농산물의 연중재배는 더욱 확산될 것으로 판단된다.On the other hand, the rise in national income is increasing the demand for social and non-polluting agricultural products and social interest, and trust in growing farmers is required. In addition, the problem of river water contamination due to the outflow of waste culture fluid is expected to lead to legal regulations. Therefore, if it is possible to sterilize or purify the culture or waste culture in an environmentally friendly way, the cultivated farmers can reduce the production cost and reduce the stress on management. Is expected to spread further.
따라서 청정농산물 또는 무공해 농산물을 재배할 수 있는 수경재배에서 배양액을 효과적으로 살균 및 정화하고 이를 재이용할 수 있는 시스템의 개발은 더욱 절실한 것이다.Therefore, the development of a system that can effectively sterilize, purify and reuse the culture medium in hydroponic cultivation capable of growing clean or pollution-free agricultural products is more urgent.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 그 목적은 수경재배에서 배양액 중에 유기질 배지에서 용출한 유기오염물질의 분해 및 병해확산 방지를 위한 살균 및 정화 작용을 효과적으로 수행하여 배양액을 재이용할 수 있는 가시광 응답형 산화티탄 광 촉매에 의한 수경재배의 배양액 재이용 살균 및 정화 장치를 제공하는데 있다.The present invention is to solve the conventional problems as described above, the purpose is to reuse the culture medium by effectively performing sterilization and purification to prevent the decomposition of the organic contaminants eluted from the organic medium in the culture medium and the spread of the disease in hydroponic culture The present invention provides a sterilization and purification device for culture solution reuse in hydroponic culture using a visible light-responsive titanium oxide photocatalyst.
그리고 본 발명은 다른 목적으로서 배양액의 살균은 물론, 유기물의 분해, 탈취 및 공기 청정 등 다양한 응용이 가능한 가시광 응답형 산화티탄 광 촉매에 의한 수경재배의 배양액 재이용 살균 및 정화 장치를 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide an apparatus for sterilizing and purifying hydroponic culture using a visible light-responsive titanium oxide photocatalyst capable of various applications such as sterilization of a culture solution, as well as decomposition, deodorization, and air purification of organic materials.
또한 본 발명은 또 다른 목적으로서 수경재배의 배양액 살균 및 정화에 한정하지 않고 농업용 지하수의 처리, 소독 등에 사용된 농약함유 잔액의 처리 등, 농업ㆍ축산업 분야에 광범위하게 응용 가능함으로써 친환경 농업ㆍ축산업의 실현에 크게 기여할 수 있는 가시광 응답형 산화티탄 광 촉매에 의한 수경재배의 배양액 재이용 살균 및 정화 장치를 제공하는데 있다.In addition, the present invention is not limited to the sterilization and purification of the culture solution of hydroponic cultivation, and can be widely applied to the agricultural and livestock industry, such as the treatment of pesticide-containing residues used for the treatment and disinfection of agricultural groundwater. Disclosed is an apparatus for sterilizing and purifying culture liquid for hydroponic cultivation using a visible light-responsive titanium oxide photocatalyst that can greatly contribute to the realization.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 수경재배의 배양액을 살균 정화하기 위한 장치에 있어서,In order to achieve the above object, the present invention, in the apparatus for sterilizing and purifying the culture solution of hydroponic culture,
수경작물이 재배되는 작물 재배부의 베드로부터 배출되는 배양액을 받는 배액 탱크를 구비한 배양액 회수부; A culture medium recovery unit having a drainage tank receiving the culture solution discharged from the bed of the crop cultivation unit in which the hydroponic crop is grown;
상기 배양액 회수부의 배액 탱크로부터 제공된 폐 배양액이 흐르는 처리채널을 구비하고, 상기 처리채널 내에는 산화티탄 광 촉매가 코팅된 세라믹 필터를 설 치하여 광 촉매 작용에 의하여 배양액을 살균 및 정화하는 배양액 처리부; A culture medium processing unit including a processing channel through which the waste culture solution provided from the drainage tank of the culture solution recovery unit flows, and in which the ceramic filter is coated with a titanium oxide photocatalyst, sterilizing and purifying the culture solution by photocatalysis;
상기 배양액 처리부에 의해서 처리된 배양액을 상기 작물 재배부의 베드로 되돌리는 배양액 재 공급부; 및A culture medium resupply unit for returning the culture medium treated by the culture medium treatment unit to a bed of the crop cultivation unit; And
상기 배양액 회수부의 폐 배양액을 상기 배양액 처리부를 통하여 살균 및 정화처리하고, 배양액 재 공급부를 통하여 작물 재배부의 베드로 재공급하는 프로그램을 내장한 제어부;를 포함하여 배양액을 살균 정화하고, 재이용하는 것을 특징으로 하는 가시광 응답형 산화티탄 광 촉매에 의한 수경재배의 배양액 재이용 살균 및 정화 장치를 제공한다.And a control unit having a program for sterilizing and purifying the waste culture solution of the culture solution recovery unit through the culture solution processing unit and resupplying the culture medium to the bed of the crop cultivation unit through the culture medium resupply unit. Provided is a sterilization and purification device for culture culture reuse in hydroponic culture using a visible light-responsive titanium oxide photocatalyst.
그리고 본 발명은 바람직하게는 상기 배양액 처리부는 다수의 처리 채널들이 다단의 높이차이를 갖도록 배치되고, 상기 처리 채널들은 높이 조절이 가능한 수위조절 배수구를 통하여 상부로부터 하부로 배양액이 흐르도록 구성된 것임을 특징으로 하는 가시광 응답형 산화티탄 광 촉매에 의한 수경재배의 배양액 재이용 살균 및 정화 장치를 제공한다.And the present invention is preferably the culture solution processing unit is arranged so that a plurality of processing channels having a multi-step height difference, the processing channels are configured to flow the culture solution from the top to the bottom through the water level control drain is adjustable height Provided is a sterilization and purification device for culture culture reuse in hydroponic culture using a visible light-responsive titanium oxide photocatalyst.
또한 본 발명은 바람직하게는 상기 수위조절 배수구는 상기 처리 채널 상에서 높이 조절이 가능하도록 장착된 너트부재로 이루어지고, 상기 처리채널의 세라믹 필터 양측에 각각 번갈아서 배치된 것임을 특징으로 하는 가시광 응답형 산화티탄 광 촉매에 의한 수경재배의 배양액 재이용 살균 및 정화 장치를 제공한다.In addition, the present invention preferably the water level control drain is made of a nut member mounted on the processing channel to enable height adjustment, visible light response type titanium oxide, characterized in that arranged alternately on each side of the ceramic filter of the processing channel Provided is an apparatus for sterilizing and purifying culture liquid for hydroponic cultivation using a photocatalyst.
그리고 본 발명은 바람직하게는 일사량을 검출하여 일사량이 설정치보다 적어서 부족하면 배양액을 폐기하고, 설정치 이상으로 충분하면 배양액을 회수 사용하기 위한 일사량 검출 센서를 추가 포함하는 것을 특징으로 하는 가시광 응답형 산화티탄 광 촉매에 의한 수경재배의 배양액 재이용 살균 및 정화 장치를 제공한다.The present invention preferably detects the amount of insolation, and if the amount of insolation is less than the set value, the culture medium is discarded. If the amount is more than the set value, the present invention further includes a solar radiation detection sensor for recovering and using the culture medium. Provided is an apparatus for sterilizing and purifying culture liquid for hydroponic cultivation using a photocatalyst.
또한 본 발명은 바람직하게는 상기 배양액 처리부는 상기 배액 탱크에 배관을 통해 연결되어 폐 배양액을 받고, 상기 처리 채널에 배관과 솔레노이드 밸브 및 펌프들을 통하여 폐 배양액을 공급하도록 연결된 복수의 처리탱크들을 포함하는 것을 특징으로 하는 가시광 응답형 산화티탄 광 촉매에 의한 수경재배의 배양액 재이용 살균 및 정화 장치를 제공한다.In another aspect, the present invention preferably comprises a plurality of treatment tanks connected to the drainage tank through a pipe to receive waste culture fluid, and to supply waste culture fluid to the treatment channel through a pipe, a solenoid valve, and a pump. Provided is a sterilization and purification device for culture medium reuse in hydroponic cultivation using a visible light responsive titanium oxide photocatalyst.
그리고 본 발명은 바람직하게는 상기 처리탱크는 그 내부에 오목부를 형성하여 수위 센서와 펌프가 장착된 것임을 특징으로 하는 가시광 응답형 산화티탄 광 촉매에 의한 수경재배의 배양액 재이용 살균 및 정화 장치를 제공한다.In another aspect, the present invention preferably provides a sterilization and purification device for culture culture of hydroponic cultivation using a visible light-responsive titanium oxide photocatalyst, wherein the treatment tank has a recess formed therein so that a water level sensor and a pump are installed. .
또한 본 발명은 바람직하게는 상기 배양액 재 공급부는 상기 처리탱크에 담겨진 처리 배양액을 배관과 솔레노이드 밸브 및 펌프를 통하여 상기 작물 재배부의 베드로 향하여 상기 배양액 공급부로부터 공급되는 배양액의 20~30%에 해당하는 량을 공급하는 것임을 특징으로 하는 가시광 응답형 산화티탄 광 촉매에 의한 수경재 배의 배양액 재이용 살균 및 정화 장치를 제공한다.In addition, the present invention preferably the culture medium re-supply portion is 20 to 30% of the amount of the culture medium supplied from the culture medium supply portion toward the bed of the crop cultivation unit through the pipe and solenoid valves and pumps contained in the treatment tank It provides a sterilization and purification apparatus for the culture medium reuse of hydroponic pears by the visible light-responsive titanium oxide photocatalyst, characterized in that for supplying.
그리고 본 발명은 바람직하게는 상기 제어부는 프로그램을 내장한 PLC(Programmable Logic Controller) 임을 특징으로 하는 가시광 응답형 산화티탄 광 촉매에 의한 수경재배의 배양액 재이용 살균 및 정화 장치를 제공한다.In another aspect, the present invention preferably provides a sterilization and purification device for culture culture of hydroponic cultivation using a visible light-responsive titanium oxide photocatalyst, characterized in that the control unit is a programmable logic controller (PLC) with a built-in program.
본 발명에 따른 가시광 응답형 산화티탄 광 촉매에 의한 수경재배의 배양액 재이용 살균 및 정화 장치는 가시광인 태양 광에 응답하는 산화티탄의 광 촉매 효과를 이용함으로써 배양액의 살균, 유기물 분해, 탈취 및 공기 청정 등 다양한 효과를 얻을 수 있다.Sterilization and purification of culture medium for hydroponic cultivation using a visible light-responsive titanium oxide photocatalyst according to the present invention utilizes the photocatalytic effect of titanium oxide in response to visible sunlight and sterilizes the culture medium, decomposes organic matter, deodorizes and cleans the air. Various effects can be obtained.
또한 본 발명에서 도입한 가시광 응답형 산화티탄 광 촉매에 의한 처리방법은 수경재배의 배양액 살균 및 정화에 한정하지 않고 농업용 지하수의 처리, 소독 등에 사용된 농약함유 잔액의 처리 등, 농업ㆍ축산업 분야에 광범위하게 응용이 가능하다고 생각되며, 친환경 농업ㆍ축산업의 실현에 크게 기여할 수 있는 다양한 효과를 얻을 수 있다. In addition, the treatment method using the visible light-responsive titanium oxide photocatalyst introduced in the present invention is not limited to sterilization and purification of culture medium for hydroponic cultivation, but also for agricultural and livestock industries such as treatment of pesticide-containing residues used for treatment and disinfection of agricultural groundwater. It is considered to be widely applicable, and various effects can be obtained which can greatly contribute to the realization of eco-friendly agriculture and livestock industry.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기 로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
본 발명에 따른 가시광 응답형 산화티탄 광 촉매에 의한 수경재배의 배양액 재이용 살균 및 정화 장치(1)는 도 1에 도시된 바와 같이, 수경재배 시스템에서 사용되는 배양액을 살균 정화하여 재이용하는 장치이다.As shown in FIG. 1, the sterilization and purification apparatus for culture culture reuse of hydroponic cultivation using the visible light-responsive titanium oxide photocatalyst according to the present invention is a device for sterilizing and purifying and reusing the culture solution used in hydroponic culture system.
본 발명은 도 2에 도시된 바와 같은 수경재배 시스템에 적용되는데, 상기 수경재배 시스템은 배양액이 저장된 탱크(12)를 갖는 배양액 공급부(10)를 구비한다. 상기 배양액 공급부(10)는 작물 재배부(20)의 베드(22)에 배관(24)과, 솔레노이드 밸브(SV1) 및 펌프(PM)를 통하여 연결되어 배양액을 정해진 량 만큼 공급한다.The present invention is applied to a hydroponic cultivation system as shown in Figure 2, the hydroponic cultivation system is provided with a culture
그리고 상기 수경 재배 시스템은 상기 배양액 공급부(10)의 탱크(12)로부터 배양액을 받아 수경작물이 재배되는 베드(22)를 갖는 작물 재배부(20)를 구비하는데, 상기 작물 재배부(20)는 베드(22)에 수경 식물을 심어서 재배하는 통상적인 수경 재배 방식에 사용되는 것이다.The hydroponic cultivation system includes a
상기와 같은 수경재배 시스템에 적용되는 본 발명에 따른 가시광 응답형 산화티탄 광 촉매에 의한 수경재배의 배양액 재이용 살균 및 정화 장치(1)는 상기 수경재배 시스템의 작물 재배부(20)의 베드(22)로부터 배출되는 배양액을 받는 배액 탱크(32)를 구비한 배양액 회수부(30)를 갖는다.The apparatus for sterilizing and purifying culture medium for hydroponic cultivation using a visible light-responsive titanium oxide photocatalyst according to the present invention applied to the hydroponic cultivation system as described above is a
상기 배액 탱크(32)는 내부에 수집한 폐 배양액을 배관(34)과 펌프(P1)를 통하여 이후에 설명되는 배양액 처리부(40)로 송부하는 것이다. The
그리고 본 발명은 상기 배양액 회수부(30)의 배액 탱크(32)로부터 제공된 폐 배양액을 받아서 살균 및 정화하는 배양액 처리부(40)를 포함하는데, 상기 배양액 처리부(40)는 배양액이 흐르는 처리채널(42)을 구비하고, 상기 처리채널(42) 내에는 산화티탄 광 촉매가 코팅된 세라믹 필터(45)를 구비하여 광 촉매 작용에 의하여 배양액을 살균 및 정화한다.And the present invention includes a culture
상기 배양액 처리부(40)는 도 3a),3b)에 도시된 바와 같이, 다수의 처리 채널(42)들이 다단의 높이차이를 갖도록 배치되고, 상기 처리 채널(42)들은 높이 조절이 가능한 수위조절 배수구(50)를 통하여 상부로부터 하부로 배양액이 흐르도록 된 것이다.3A) and 3B), the culture
또한 상기 수위조절 배수구(50)는 상기 처리 채널(42) 상에서 높이 조절이 가능하도록 상기 처리 채널(42)의 바닥면에 나사결합된 중공의 너트부재로 이루어지고, 상기 처리채널(42)의 세라믹 필터(45) 양측에 각각 번갈아서 배치된 것이다. 상기 수위조절 배수구(50)는 그 상단부가 상기 산화티탄 광 촉매가 코팅된 세라믹 필터(45)의 윗면보다 대략 5mm 정도 높게 배치되어 처리 채널(42) 내의 수위를 항상 세라믹 필터(45)보다 높게 유지하게 된다.In addition, the water
상기 배양액 처리부(40)는 산화티탄 광 촉매가 코팅된 세라믹 필터(45)를 구비한 것으로서, 광 촉매 코팅 필터(45)를 각각 5매 설치할 수 있는 처리채널(42)을 스텐레스 재료로 4조 제작하고, 이들을 상하 단차를 두어 4단으로 탑재한 것이다.The culture
상기 각 단의 처리채널(42)은 견고한 프레임(52)에 고정되는 것이고, 상기 처리 채널(42)은 상기 프레임(52) 상에서 수평을 조절할 수 있도록 높낮이 조절이 가능하게 장착된다.The
따라서 상기 처리 채널(42)들은 각각 광 촉매 필터(45)를 5매씩을 내장하고, 상하 낙차를 두어 4열로 설치되는 것이고, 그 하부측에는 살균 및 정화처리된 배양액을 받는 복수의 처리탱크(T1)(T2)들이 배치된다. Therefore, each of the
즉 상기 배양액 처리부(40)는 상기 배양액 회수부(30)의 배액 탱크(32)에 배관(34)을 통해 연결되어 폐 배양액을 받고, 상기 배양액 처리부(40)의 처리 채널(42)에 배관(55)과 솔레노이드 밸브(SV3) 및 펌프(P2)(P3)들을 통하여 공급하도록 연결된 복수의 처리탱크(T1)(T2)들을 포함한다.That is, the culture
따라서, 상기 배양액 처리부(40)는 배액 탱크(32)로부터 받은 폐 배양액을 솔레노이드 밸브(SV3) 및 펌프(P2)(P3)들의 제어를 통하여 상기 배양액 처리부(40)의 처리 채널(42)에 공급하고, 상기 배양액 처리부(40)의 처리 채널(42)로부터 배관(57)과 솔레노이드 밸브(SV6)(SV7)를 통하여 상기 처리탱크(T1)(T2)에 수집할 수 있다.Therefore, the culture
한편 상기 처리탱크(T1)(T2)는 도 4a),b)에 도시된 바와 같이, 그 내부에 오목부를 형성하여 수위 센서(62)와 펌프(P2)(P3)가 장착된 것으로서, 수위 센서(62) 는 대략 처리탱크(T1)(T2) 내 오목부의 수위가 10mm 정도 남아 있게 되면 펌프의 작동을 중지한다. 이와 같이 구성하면 처리탱크(T1)(T2)의 내부에 남아 있는 미처리된 배양액을 최소화할 수 있다. On the other hand, the treatment tank (T1) (T2), as shown in Figure 4a, b), is formed with a recess in the
그리고 본 발명은 상기 배양액 처리부(40)에 의해서 처리된 배양액을 상기 베드(22)로 되돌리는 배양액 재 공급부(70)를 포함한다.In addition, the present invention includes a culture
상기 배양액 재 공급부(70)는 상기 처리탱크(T1)(T2)를 배관(75)과 솔레노이드 밸브(SV2)(SV4)(SV5) 및 펌프(P2)(P3)를 통하여 상기 작물 재배부(20)의 베드(22)에 연결하는 것으로서, 상기 배양액 공급부(10)로부터 공급되는 배양액의 20~30%에 해당하는 배양액을 작물 재배부(20)의 베드(22)로 공급한다.The culture
즉 본 발명은 상기 직물 재배부(20)의 베드(22)에 살균 및 정화처리 배양액을 직접 공급하는 것으로서, 배양액 공급부(10)를 통하여 신규로 공급되는 배양액과는 별도로 상기 작물 재배부(20)의 베드(22)로 공급한다.That is, the present invention is to directly supply the sterilization and purification culture medium to the
이와 같이 공급하면 수경 작물에 급격한 배양액의 성분 변화를 초래하지 않고, 균일한 품질의 배양액을 공급할 수 있다.By supplying in this way, it is possible to supply a culture medium of uniform quality to the hydroponic crop without causing a sudden change in the composition of the culture solution.
또한 이것은 하루 급액 중 가장 최종 급액 시간인 오후 4시경의 급액에 이용함으로써 배양액 중에 포함된 비료성분의 불균형(unbalance)을 극복하도록 구성한 것이다. In addition, this is configured to overcome the unbalance of the fertilizer component contained in the culture by using the feed at around 4 pm, the last feeding time of the daily feed.
그리고 본 발명은 상기 배양액 회수부(30)의 폐 배양액을 상기 배양액 처리 부(40)를 통하여 살균 및 정화처리하고, 배양액 재 공급부(70)를 통하여 작물 재배부(20)로 재공급하는 프로그램을 내장한 제어부(80)를 포함한다.In addition, the present invention sterilizes and purifies the waste culture solution of the culture
상기 제어부(80)는 바람직하게는 프로그램을 내장한 PLC(Programmable Logic Controller) 로 이루어진 것으로서, 상기 프로그램은 사전에 정해진 제어가 이루어질 수 있도록 내장된 것으로서, 상기 배양액 회수부(30), 상기 배양액 처리부(40) 및 상기 배양액 재 공급부(70)를 자동제어한다.The
상기 제어부(80)는 도 5a)에 나타낸 바와 같은 흐름의 알고리즘으로, 도 5b)와 같은 하드웨어로 구성된다. 하드웨어는 기본적으로 PLC(K7M-DR30S)를 주체로 3개의 타이머(미 도시)를 사용하여 시퀀스적으로 제어된다. 상기 제어부(80)에 의해서 동작이 이루어지는 작동기로서는 상기에서 설명된 다수개의 수중펌프(PM)(P1)(P2)(P3), 솔레노이드 밸브(SV1)(SV2)(SV3)(SV4)(SV5)(SV6)(SV7) 및 구동용 릴레이(미 도시) 등이 있다.The
그리고 본 발명은 일사량 검출 센서(85)를 추가 포함하는데 상기 일사량 검출 센서(85)는 본 발명이 작동하는 경우, 10분 간격으로 하루의 일사량을 검출하여 그 데이터를 누적한다.In addition, the present invention further includes a solar
이와 같은 일사량 검출 센서(85)는 제어부(80)에 전기적으로 연결되어 일사량 검출 값을 실시간으로 제공한다. 상기 제어부(80)에서는 만일 일사량 검출 센서(85)로부터 제공된 검출 값이 설정치보다 적으면, 즉 일사량이 부족하면 배양액을 폐기하고, 설정치 이상으로 충분히 크면, 즉 일사량이 충분하면 배양액을 회 수 사용하기 위한 것이다. The solar
이와 같은 일사량은 본 발명에서 중요한데, 이는 배양액 처리부(40)에 구비된 산화티탄 광 촉매가 코팅된 세라믹 필터(45)는 일사량에 비례하여 배양액을 살균처리하기 때문이다. 따라서 일사량이 적으면 배양액의 살균 및 정화가 충분하지 못하게 되어 이는 폐기처리하고, 일사량이 충분하면 배양액의 살균 및 정화가 충분하게 이루어지므로 이를 작물 재배부(20)에서 재사용할 수 있다.Such insolation is important in the present invention, because the
미 설명 부호(92)는 배양액 원액 탱크이고, (94)는 드레인 밸브이다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 가시광 응답형 산화티탄 광 촉매에 의한 수경재배의 배양액 재이용 살균 및 정화 장치(1)는 도 2에 도시된 바와 같이, 배양액 공급부(10)의 탱크(12) 내에 담긴 배양액이 펌프(PM)를 통하여 작물 재배부(20)의 베드(22)로 공급되어 수경작물의 재배가 이루어진다.The culture medium reuse sterilization and
그리고 작물 재배부(20)의 베드(22)에서 사용된 폐 배양액(간단히 폐 배양액이라 한다)은 배양액 회수부(30)의 배액 탱크(32)로 유입되어 저장되며, 상기 배액 탱크(32)로부터 배양액 처리부(40)에 구비된 복수의 처리탱크(T1)(T2) 중의 일측 하나, 예를 들면 도 2에서 처리탱크(T2)로 펌프(P1)에 의해서 이동된다.In addition, the waste culture liquid (simply called waste culture liquid) used in the
상기 배양액 처리부(40)에서는 상기 폐 배양액이 담긴 처리탱크(T2)로부터 펌프(P3)와 배관(55)를 통해 가장 상단의 처리 채널(42)로 공급되며, 상기 상단 처리 채널(42)로부터 차례차례 수위조절 배수구(50)를 통하여 상부로부터 하부로 배 양액이 흐르면서 처리 채널(42)에 구비된 산화티탄 광 촉매가 코팅된 세라믹 필터(45)의 광 촉매 작용에 의하여 살균 및 정화처리된다.The culture
이와 같이 살균 및 정화 처리된 배양액은 상기 배양액 처리부(40)에 구비된 복수의 처리탱크(T1)(T2) 중 비어 있는 나머지 처리탱크(T1)로 배관(57)을 통하여 유입되어 담긴 다음, 다시 펌프(P2)와 배관(55)을 통하여 처리 채널(42)로 공급되며, 배관(57)을 통하여 처리탱크(T2)에 담긴 다음, 내장된 펌프(P3)와 배관(75)을 통하여 작물 재배부(20)의 베드(22)로 재공급되어 수경작물의 재배에 이용된다.The culture solution sterilized and clarified as described above flows into the remaining empty processing tank T1 from the plurality of processing tanks T1 and T2 provided in the culture
이와 같은 과정에서 상기 배양액 처리부(40)는 제어부(80)에 의해서 솔레노이드 밸브의 개폐가 자동으로 이루어지고, 타이머(미 도시) 및 수위 센서(62)에 의해서 펌프(P1)(P2)(P3)의 작동이 적절하게 제어된다.In this process, the culture
이와 같은 일련의 작동에 대한 제어 플로우가 도 5a)에 도시되어 있으며, 이를 기초로 배양액 살균처리를 위한 제어부(80)의 흐름을 순차적으로 설명하면 아래와 같다.The control flow for such a series of operations is shown in Figure 5a), based on this flow of the
ⓛ 시스템의 시작으로 초기값의 입력과 준비 Input and preparation of initial values at the start of the system
제어부(80) 상에서 작업자는 관수시간(IT1∼ITN), 관수지속시간(IDT관수량), 일일관수회수(IN)를 입력하고, 전체 솔레노이드밸브(SV1∼SV7)를 OFF하고, 전체 수중펌프(P1∼P3)를 OFF한다. On the
② 폐 배양액을 수집한 배액 탱크(32)의 수집 배액을 처리탱크(T2)로 이송② Transfer the collection drainage of the
현재시간(T)이 오전 7:00가 되면 베드(22)로부터 흘러나온 폐 배양액을 수집한 배액 탱크(32) 내의 수중펌프(P1)을 ON하여 배액 탱크(32) 내 수위(DTL)가 20㎜이하로 떨어질 때까지 배액 탱크(32) 내의 폐 배양액을 처리탱크(T2)로 보내고 펌프(P1)을 OFF하여 송수를 종료한다.When the current time T reaches 7:00 AM, the water pump P1 in the
③ 급액(관수)③ Supply (watering)
현재시간(T)이 오전 9:00가 지나 제1차 관수시간(IT1)이 되면 처리배양액 공급라인 솔레노이드 밸브(SV2)를 OFF하고 신선배양액 공급라인 솔레노이드 밸브(SV1) ON, 배양액 공급펌프(PＭ)를 ON하여 관수 지속 시간(IDT) 동안 베드(22)에 관수한 후, 공급펌프(PＭ)를 OFF한다.When the current time (T) reaches the first irrigation time (IT1) after 9:00 am, the treatment medium supply line solenoid valve (SV2) is turned off, the fresh culture solution supply line solenoid valve (SV1) is turned on, and the culture medium supply pump (PM) ON after watering the
④ 폐 배양액 처리④ Waste culture solution
한편 현재시간(T)이 오전 9:00가 지나면 솔레노이드 밸브(SV3) ON, 솔레노이드 밸브(SV4) OFF, 솔레노이드 밸브(SV5) ON, 솔레노이드 밸브(SV6) ON, 솔레노이드 밸브(SV7) OFF하고, 폐 배양액이 담긴 처리탱크(T2) 내의 수중펌프(P3)를 ON하여 폐 배양액을 배양액 처리부(40)의 처리 채널(42)로 공급한다.On the other hand, after 9:00 am, the solenoid valve (SV3) is ON, solenoid valve (SV4) is OFF, solenoid valve (SV5) is ON, solenoid valve (SV6) is ON, solenoid valve (SV7) is OFF, and The water pump P3 in the treatment tank T2 containing the culture solution is turned on to supply the waste culture solution to the
그리고 상기 처리 채널(42)에 구비된 세라믹 필터(45)를 통과하면서 가시광인 태양 광에 응답하는 산화티탄의 광 촉매 효과를 이용하여 살균 및 정화처리하여 1차 처리하고, 이와 같은 1차 처리가 끝나면, 처리탱크(T1) 내에 담긴다.The first treatment is performed by sterilizing and purifying using the photocatalytic effect of titanium oxide, which responds to visible sunlight, while passing through the
그리고 다시 솔레노이드 밸브(SV3) ON, 솔레노이드 밸브(SV4) ON, 솔레노이드 밸브(SV5) OFF, 솔레노이드 밸브(SV6) OFF, 솔레노이드 밸브(SV7) ON하고, 폐 배양액이 담긴 처리탱크(T1) 내의 수중펌프(P2)를 ON하여 폐 배양액을 다시 배양액 처리부(40)의 처리 채널(42)로 공급하여 2차로 살균 및 정화처리한 다음 처리탱크(T2)내에 회수하여 담는다. Then turn solenoid valve (SV3) ON, solenoid valve (SV4) ON, solenoid valve (SV5) OFF, solenoid valve (SV6) OFF, solenoid valve (SV7) ON, and the submersible pump in the treatment tank (T1) containing waste culture liquid By turning on (P2), the waste culture solution is supplied to the
⑤ 처리 배양액 최종 관수⑤ Final irrigation of treated culture
현재시간(T)이 오후 4:00(16:00)가 되면 솔레노이드 밸브(SV1) OFF, 솔레노이드 밸브(SV2) ON, 솔레노이드 밸브(SV3) OFF, 솔레노이드 밸브(SV4) OFF하고 처리탱크(T2)의 수중펌프(P3) ON하여 처리탱크(T2) 내에 담긴 살균 및 정화된 배양액을 전량 급액하면 하루 일정이 끝나도록 제어된다. When the current time (T) reaches 4:00 pm (16:00), the solenoid valve (SV1) is OFF, the solenoid valve (SV2) is ON, the solenoid valve (SV3) is OFF, the solenoid valve (SV4) is OFF and the treatment tank (T2) The submersible pump (P3) of the ON to supply the entire amount of sterilized and purified culture solution contained in the treatment tank (T2) is controlled to end the day.
⑥ 일사량 부족으로 배양액 처리 불량 시의 대응⑥ Respond to poor treatment due to insufficient solar radiation
전술한 바와 같이 비가 오거나 흐린 날 적산일사량이 부족하여 배양액의 만족한 살균 및 정화처리가 기대되지 못하여 재 급액할 수 없을 때는 드레인 밸브(94)들을 개방하여 폐 배양액을 방류하게 된다. 즉 하루 처리시간 동안 평균일사량이 처리 기준 한계일사량에 미달될 때는 다음날의 처리를 위하여 수집한 폐 배양액을 처리 탱크(T1)(T2)에 마련된 드레인 밸브(94)들을 통하여 시스템 외부로 방류한다.As described above, when the amount of accumulated solar radiation on a rainy or cloudy day is insufficient, satisfactory sterilization and purification of the culture solution is not expected, and when the liquid cannot be resupplied, the waste culture solution is discharged by opening the
본 발명에 따른 가시광 응답형 산화티탄 광 촉매에 의한 수경재배의 배양액 재이용 살균 및 정화 장치(1)의 작용효과를 보다 구체적으로 파악하기 위하여 일련의 시험을 실시하였다. A series of tests were conducted to more specifically grasp the effect of the culture solution reuse sterilization and
시험 예)Test example)
가) 시험방법A) Test method
시험은 배양한 탄저균 포자를 수돗물에 현탁하여 배양액 샘플을 제조하였고, 이 배양액 샘플 공급시의 균밀도를 측정한 후 수중펌프를 이용하여 유량 1ℓ/min로 최상단의 처리채널(42)에 공급하여 각단 처리채널(42)의 광 촉매 필터(45) 위에 2mm 정도가 되도록 흘려 살균 처리하였다. 이때 각단 처리채널(42)의 말단부 밸브에서 배양액 샘플의 샘플을 채취하고 마지막 처리채널(42)을 통과한 배양액 샘플을 처리탱크에 집수하여 샘플을 채취하여 각단의 처리마다 균밀도를 측정하였다. In the test, the cultured anthrax spores were suspended in tap water to prepare a culture solution sample. After measuring the bacterial density at the time of supplying the culture solution sample, the solution was supplied to the
집수된 처리 배양액 샘플을 순환처리 하도록 다시 수중펌프를 이용하여 시스템의 최상단 처리채널(42)에 공급하여 각단의 처리채널(42)에 설치된 광 촉매 필터(45) 위를 흘려 처리 통과시키는 실험을 반복하여 균밀도의 변화를 조사하였다. 균밀도의 변화 조사는 1회 시험에서 200ℓ의 탄저균 배양액 샘플을 본 발명의 장치를 통과시키는 중 통과한 처리 배양액 샘플을 3회 샘플링하여 각 샘플마다 10점의 샘플을 취하여 각각 광학 현미경으로 탄저병균의 포자를 계수하여 균밀도의 변화로서 성능을 평가하였다. 여기서 포자의 계수는 혈구계산기를 이용하였다.In order to circulate the collected treated culture medium sample, the experiment was repeated to supply the
성능시험에서 본 발명에 따른 수경재배의 배양액 재이용 살균 및 정화 장치(1)는 실제 온실에 적용할 수 있도록 태양 광에 의한 배양액 살균 및 정화 능력 을 평가하기 위하여 야외에 설치하여 태양 광 하에서 시험하였다.In the performance test, the culture solution reuse sterilization and purification device (1) of hydroponic cultivation according to the present invention was installed outdoors and tested under sunlight to evaluate the ability of the culture solution to sterilize and purify by sunlight to be applied to a real greenhouse.
나) 시험결과 B) Test results
(1) 1조의 처리채널(42) 내에 설치한 필터(45) 매수별 살균성능(1) Sterilization performance by number of
광 촉매 필터(45)의 누적 통과처리 매수가 같은 경우, 필터(45) 1매의 처리채널(42)에 반복하여 여러 번 통과 처리하는 경우가 연속된 필터(45)에 한번 통과 처리하는 경우보다 성능이 우수한 것으로 확인되었다. 이것은 통과처리 후 집수하여 다시 시스템에 흘려보낼 경우는 배양액 샘플이 다시 섞여 필터(45) 표면에 접촉할 확률이 높아지기 때문으로 판단된다. If the cumulative number of passes of the
도 6의 a)도에 도시된 표 1과 b)도에 도시된 그래프는 누적 통과처리 필터(45) 매수를 20매로 하였을 때, 동일 처리채널(42) 내 설치된 필터(45) 매수에 따른 살균 성능을 비교한 것이다. 표 1과 그래프에서 보는 바와 같이 1조의 처리채널(42) 내에 1매의 필터(45)를 설치한 단위 처리 시스템을 사용하여 20회 반복 처리하여 누적 처리통과한 결과, 필터(45) 매수 20매인 경우의 초기 균밀도가 처리 전 90.5개/0.9㎣에서 처리 후 최종 균밀도는 5.6개/0.9㎣로 탄저균 포자의 균 밀도율은 6.2%로 나타나 탄저균 포자가 거의 분해되어 사멸된 상태였다. The graphs shown in Tables 1 and b) of FIG. 6 show the sterilization according to the number of
또한 1조의 처리채널(42) 내에 2매의 필터(45)를 설치한 경우는 10회 반복 통과 처리하여 누적 통과시킨 결과, 처리필터(45) 매수 20매인 경우 처리 전 초기 균밀도가 91.2개/0.9㎣에서 처리 후 최종 균밀도는 10.8개/0.9㎣로 균 밀도율은 11.8%로 나타났다. In addition, when two
한편 배양액을 1조의 처리채널(42)에 광 촉매 필터(45) 5매를 설치한 경우는 채널(42)을 4단으로 하여 연속 처리하여 누적 통과 처리필터(45) 매수 20매인 경우는 처리 전 초기 균밀도가 90.8개/0.9㎣에서 처리 후 최종 균밀도는 24.1개/0.9㎣로 균 밀도율은 26.5%를 나타냈다. On the other hand, when five
이상에서와 같이 누적 통과처리 필터(45) 매수가 같은 경우, 1조의 처리채널(42)에 설치하는 광 촉매 필터(45) 1매의 필터(45)에 반복하여 여러 번 통과 처리하는 경우가 연속된 필터(45)에 한번 통과 처리하는 경우보다 성능이 우수한 것으로 확인되었다. 그러나 실제로 시스템을 구성할 경우에는 시스템의 운영과 처리 용량 등을 고려하여야 하기 때문에 여러 매의 필터(45)를 연속하여 통과 처리하는 것이 효율적이라고 판단되어 광 촉매 필터(45) 5매를 설치한 처리 채널(42)을 4단으로 구성하였다. As described above, when the number of cumulative pass-through
(2) 처리 배양액의 초기 균밀도에 따른 살균성능(2) Sterilization performance according to initial bacterial density of treated culture
도 7의 a)에 도시된 표 2와 b)에 도시된 그래프는 단차를 형성하여 설치한 4단 처리채널(42)의 각단별로 필터(45) 5매씩 총 20매를 사용하여 배양액의 농도별 누적 통과 필터(45)매수에 따른 균밀도의 변화를 나타낸 것이다. The graphs shown in Tables 2 and b) shown in FIG. 7 a) show the concentration of the culture medium using a total of 20 sheets of five
초기 균밀도에 따른 살균성능은 초기 균밀도가 26개/0.9㎣인 낮은 균밀도에서는 처리 후 최종 균밀도가 2.0개/0.9㎣로 균 밀도율은 7.7%로 나타났다. 또한 초 기 균밀도가 91.2개/0.9㎣인 중간 정도의 균밀도에서는 처리 후 최종 균밀도가 12.4개/0.9㎣로 균 밀도율은 13.6%로 나타났다. 한편 초기 균밀도가 440.3개/0.9㎣로 높은 균밀도에서는 처리 후 최종 균밀도는 139.1개/0.9㎣로 균 밀도율은 31.6%로 나타났다. 이와 같이 초기 균밀도가 낮을수록 살균성능이 우수하게 나타났다. The sterilization performance according to the initial bacterial density showed that the final bacterial density after treatment was 2.0 / 0.9% and the bacterial density ratio was 7.7%. In addition, at the initial average density of 91.2 / 0.9 중간, the final density after treatment was 12.4 / 0.9㎣ and the bacterial density ratio was 13.6%. On the other hand, the initial germ density was 440.3 / 0.9㎣ and the final germ density after treatment was 139.1 / 0.9㎣ and the germ density rate was 31.6%. As such, the lower the initial bacterial density, the better the sterilization performance.
이것은 광 촉매에 의한 유기물 분해 성능이 초기 균밀도가 큰 경우가 분해 부하가 크기 때문에 살균에 시간이 소요되어 균밀도의 감소에 시간이 걸려 살균 성능이 감소되는 것으로 판단되었다. It was determined that the sterilization performance was reduced because the decomposition of organic matter by the photocatalyst had a large initial load density and the sterilization time was long because the decomposition load was large.
(3) 병균 종류별 살균성능(3) Sterilization performance by type of germ
광 촉매에 의한 살균의 메카니즘은 광 촉매에 의하여 유기물이 분해되는 것이다. 모든 세균은 유기물이기 때문에 세균의 종류에 상관없이 분해되어 살균된다. 그러나 세균의 종류에 따라 포자의 크기나 무게가 다르기 때문에 광 촉매에 의한 분해의 속도에 차이가 생겨 살균 성능이 다르다고 판단된다.The mechanism of sterilization by photocatalyst is that organic matter is decomposed by photocatalyst. Because all bacteria are organic, they are broken down and sterilized regardless of the type of bacteria. However, since the size and weight of the spores vary depending on the type of bacteria, the rate of decomposition by the photocatalyst is different, and the sterilization performance is judged to be different.
도 8의 a)에 도시된 표 3과 b)에 도시된 그래프는 가시광 응답형 광 촉매 필터(45) 5매가 설치된 처리채널(42) 4열로 구성된 시스템, 즉 총 광 촉매 필터(45) 20매를 사용한 살균 시스템을 사용하여 병균 2종류에 대한 누적 통과필터(45) 매수에 따른 균밀도의 변화를 나타낸 것이다. 시험에 사용된 병원균은 탄저균과 시들음 병균(푸사리움)이었다. The graph shown in Tables 3 and b) of FIG. 8A shows a system consisting of four rows of
살균성능은 시들음 병균이 초기 균밀도 90.5개/0.9㎣에서 처리 후 최종 균밀도 20.6개/0.9㎣인 균 밀도율 22.8%로 감소하였으며 탄저균은 초기 균밀도 91.2개/0.9㎣에서 처리 후, 최종 균밀도 17.0개/0.9㎣인 균 밀도율 18.6%로 감소하였다. 여기서 탄저병균이 시들음 병균에 비하여 4.2point% 살균성능이 우수한 것으로 나타났다. 이것은 시들음 병균의 포자가 탄저균 포자에 비해 크기 때문에 광 촉매에 의한 유기물 분해속도의 차이에 의한 것으로 판단되었다. 이와 같이 광 촉매에 의한 살균은 농약과는 달리 균의 크기 즉 무게에 따라 살균 정도가 결정되기 때문에 살균 성능을 유기물 총량의 감소로 나타내는 것이 바람직하다고 판단되었다. The bactericidal performance was reduced to 22.8% with the final germ density of 90.6 / 0.9㎣ after the withering germ density at 90.5 / 0.9 균. The density decreased to 18.6% with a density of 17.0 cells / 0.9 μm. Here, the anthrax bacterium showed 4.2point% sterilization performance better than the withering bacteria. This was judged to be due to the difference of decomposition rate of organic matter by photocatalyst because spores of withered germ are larger than anthrax spores. As described above, since sterilization by photocatalysts is different from pesticides, the degree of sterilization is determined according to the size or weight of the bacterium, it is determined that the sterilization performance is represented as a reduction in the total amount of organic matter.
(4) 배양액 처리 유량별 살균성능(4) Sterilization performance by culture flow rate
도 9의 a)도에 도시된 표 4와 b)에 도시된 그래프는 가시광 응답형 광 촉매 필터(45) 5매가 설치된 처리채널(42) 4열로 구성된 시스템, 즉 본 발명에 따라서 총 광 촉매 필터(45) 20매를 사용한 살균 시스템을 사용하여 배양액 처리 유량별 누적 통과필터(45) 매수에 따른 균밀도의 변화를 나타낸 것이다. 배양액 처리유량별 살균성능은 0.5ℓ/min의 경우 초기 균밀도가 99.2개/0.9㎣에서 최종 균밀도 11.5개/0.9㎣로 균 밀도율운 11.6%로 나타났으며, 처리유량 1.0ℓ/min에서는 초기 균밀도가 103.2개/0.9㎣에서 처리 후 최종 균밀도 21.3개/0.9㎣로 균 밀도율은 20.6%로 나타났다. 이와 같이 배양액 처리유량이 0.5ℓ/min에서 2배인 1.0ℓ/min로 증가함에 따라 균 밀도율이 9.0point% 증가하여 살균 성능이 저하하였다. 그러나 처리유량별 살균 성능은 초기 균밀도, 균의 크기 등에 영향을 받기 때문에 이들 인자를 종합적으로 포함하여 고려하여야만 하는 것으로 판단된다. The graphs shown in Tables 4 and b) of FIG. 9 a) show a system consisting of four rows of
(5) 비닐 피복 하우스 내 시스템 설치에 의한 살균성능 저하(5) Degradation of sterilization performance by installing the system in the plastic coated house
온실 내부에 시스템을 설치했을 때 비닐 등 피복자재에 의한 태양 광의 차광에 의한 살균성능의 저하 정도를 알아보기 위하여 2열의 단위 광 촉매 필터(45) 살균 성능시험 장치를 이용하여 실외의 태양 광 하에서 살균실험을 수행하였다. 2열 중 1열은 비닐하우스에 상당하는 소형 비닐 덮개를 설치하여 비닐 피복 하우스 내에 설치했을 때의 효과를 나타내도록 하여 덮개를 설치하지 않았을 때와 비교하였다.Sterilization under outdoor sunlight using a two-row unit photocatalytic filter (45) sterilization performance test device to determine the degree of degradation of sterilization performance due to shading of sunlight by covering materials such as vinyl when the system is installed inside a greenhouse The experiment was performed. The first row of the two rows was compared with the case where the cover was not installed by installing a small plastic cover corresponding to the plastic house to show the effect when installed in the plastic-covered house.
시험은 가시광 응답형 산화티탄 광 촉매를 필터(300*300*20㎜, 15ppi) 1매를 설치했을 때 비닐을 피복하였을 경우(온실 내부)와 설치하지 않은 경우(온실 외부)에 대해서 누적 통과필터(45) 매수가 14매가 되도록 탄저균 포자 배양액 샘플을 14회 흘려 처리한 결과를 도 10의 a)에서 표 5 및 b)에서 그래프로 나타냈으며, 광 촉매 필터(45) 2매를 설치했을 때에 대하여 비닐을 피복하였을 경우(온실 내부)와 설치하지 않은 경우(온실 외부)에 대해서 누적 통과필터(45) 매수가 20매가 되도록 탄저균 포자 배양액 샘플을 10회 흘려 처리한 결과를 도 11의 a)에서 표 6 및 b)에서 그래프로 나타냈다.The test is based on the cumulative filter for the visible light-responsive titanium oxide photocatalyst when vinyl is coated (within a greenhouse) and one without a filter (300 * 300 * 20mm, 15ppi) is installed. (45) The results of 14 treatments of the anthrax spore cultured sample so that the number was 14 was shown graphically in Tables 5 and b) of FIG. 10A, and when two
상기 도 10의 a)에서 표 5 및 b)의 그래프에서 보는 바와 같이, 시스템을 실 외에 설치하여 태양 광을 직접 받았을 경우에 비하여 비닐 피복한 하우스 내에 설치하였을 경우에 해당하는 비닐 덮개를 설치했을 경우에는 누적 통과필터(45) 매수가 14매에서 초기 균밀도가 93.3개/0.9㎣에서 처리 후, 최종 균밀도는 23.5개/0.9㎣로 균 밀도율이 25.2%로 나타났다. 한편 온실 외부에 해당하는 비닐 미피복인 경우에는 초기 균밀도 97.5개/0.9㎣에서 처리 후, 최종 균밀도는 18.2개/0.9㎣로 균 밀도율은 18.7%로 나타났다. 이와 같이 비닐 피복에 의하여 살균성능이 6.5point% 저하하였다. 따라서 온실 내부에 시스템을 설치할 경우에는 이와 같은 살균성능의 저하를 고려하여야 한다.As shown in the graphs of Tables 5 and b) in FIG. 10 a), when the vinyl cover corresponding to the case where the system is installed in a plastic-coated house is installed in comparison with the case where the system is installed outside and directly received sunlight. The number of cumulative pass filters (45) was 14, and the initial bacterial density was 93.3 / 0.9㎣, and the final bacterial density was 23.5 / 0.9㎣. On the other hand, in the case of vinyl uncoated outside the greenhouse, after the initial germ density was treated at 97.5 / 0.9㎣, the final germ density was 18.2 / 0.9㎣ and the average density was 18.7%. Thus, the vinyl coating reduced the sterilization performance by 6.5 point%. Therefore, such deterioration of sterilization performance should be considered when installing the system inside the greenhouse.
한편 도 11의 a)에서 표 6 및 b)에서 보는 바와 같이 필터(45)를 2매 설치한 경우에도 시스템을 실외에 설치하여 태양 광을 직접 받았을 경우에 비하여 비닐 피복한 하우스 내에 설치하였을 경우에 해당하는 비닐 덮개를 덮었을 경우에 탄저균 포자 배양액 샘플을 10회 흘려, 누적 통과필터(45) 매수 20매 될 때까지 균 밀도율의 변화를 나타냈다. 누적 통과필터(45) 매수가 20인 경우에 균 밀도율은 온실 내부에 해당하는 비닐 피복한 경우는 22.8%였으며, 온실 외부에서는 13.8%였다. 이것은 비닐 피복에 의하여 살균성능이 9.0point% 저하한 것이다. On the other hand, as shown in Tables 6 and b) of FIG. 11, even when two
위의 2가지 시험 결과에서와 같이 시스템을 온실 외부에 설치하는 것이 살균성능이 우수한 것으로 나타냈다. 그러나 겨울철 배양액이 동결되는 염려 등을 고려하여 온실 내부에 광 촉매에 의한 살균 시스템을 설치할 때는 비닐 피복에 의한 살균 성능저하 정도를 고려하여 6∼9% 정도의 성능저하를 반영하여 설계하여야 할 것 으로 판단되었다.As shown in the above two test results, the installation of the system outside the greenhouse showed excellent sterilization performance. However, when installing a photocatalyst sterilization system in the greenhouse in consideration of the fear of freezing of the culture broth in winter, it should be designed to reflect the performance deterioration of 6-9% in consideration of the deterioration of sterilization performance by vinyl coating. Judging.
(6) 일사량에 따른 살균 성능 모델화(6) Model sterilization performance according to solar radiation
도 12의 그래프 도는 탄저균을 기준으로 하루의 시스템 운전 시간 동안 평균일사량과 「단위 균밀도 저하율 강도」와의 관계를 나타낸 것이다. 여기서 「단위 균밀도 저하율 강도」는 처리필터(45) 1매당 균밀도 저하율을 초기 균밀도로 나눈 값에 1000배하여 나타낸 값이다. 이 「단위 균밀도 저하율 강도」의 계산은 살균 시험에서 최종 균밀도 저하율(초기 균밀도에서 최종 균밀도로 저하한 비율)을 누적필터(45)의 매수로 나누어 1매당 균밀도 저하율을 구하고 다시 초기 균밀도로 나누어 산출한 것으로 본 연구에서 처음 도입한 개념이다. 여기서 시스템의 누적 필터(45) 매수와 초기 균밀도 요소를 배제하여 일사량만의 살균 성능을 나타내 모델화하여 실용화 시스템 설계의 기준을 삼고자 하였다. The graph of FIG. 12 shows the relationship between the average insolation rate and the "unit uniform density fall rate intensity" during the daily system operation time on the basis of anthrax. Here, "unit-density-density-degradation rate intensity | strength" is the value shown by multiplying by 1000 times the value which divided | segmented the density-density-degradation rate per sheet | seat of the
도 12의 그래프에서 보는 바와 같이 시스템 살균처리 운전시간 동안의 평균일사량과 「단위 균밀도 저하율 강도」와는 고도의 상관을 나타냈다. As shown in the graph of FIG. 12, there was a high correlation between the average insolation during the system sterilization operation time and the "unit uniform density reduction rate intensity".
또한 실제 수경재배 시스템으로부터 배출되는 배양액의 균밀도는 본 발명의 성능시험에서 사용한 균밀도의 1/300∼1/500 정도이기 때문에 본 발명을 실제 시스템 설계에 반영하는 경우 수경재배 배양액의 효과적인 살균 및 정화 효과를 얻을 수 있음을 확인할 수 있었다.In addition, since the germ density of the culture liquid discharged from the actual hydroponic culture system is about 1/300 to 1/500 of the germ density used in the performance test of the present invention, when the present invention is reflected in the actual system design, the effective sterilization of the hydroponic culture medium and It was confirmed that the purification effect can be obtained.
본 발명은 상기에서 도면을 참조하여 특정 실시 예에 관련하여 상세히 설명하였지만 본 발명은 이와 같은 특정 구조에 한정되는 것은 아니다. 당 업계의 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술 사상 및 권리범위를 벗어나지 않고서도 본 발명의 실시 예를 다양하게 수정 또는 변경시킬 수 있을 것이다. 그렇지만 그와 같은 단순한 실시 예의 수정 또는 설계변형 구조들은 모두 명백하게 본 발명의 권리범위 내에 속하게 됨을 미리 밝혀 두고자 한다.Although the present invention has been described in detail with reference to the accompanying drawings, the present invention is not limited to such a specific structure. Those skilled in the art will be able to variously modify or change the embodiments of the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below. Nevertheless, it will be apparent that all such modifications or design modifications to such simple embodiments will clearly fall within the scope of the present invention.
도 1은 본 발명이 적용되는 수경재배 시스템을 도시한 설명도;1 is an explanatory diagram showing a hydroponic cultivation system to which the present invention is applied;
도 2는 본 발명에 따른 수경재배의 배양액 재이용 살균 및 정화 장치를 도시한 구성도;Figure 2 is a block diagram showing a culture medium reuse sterilization and purification apparatus of hydroponic cultivation according to the present invention;
도 3은 본 발명에 따른 수경재배의 배양액 재이용 살균 및 정화 장치에 구비된 배양액 처리부의 상세도로서, Figure 3 is a detailed view of the culture solution treatment unit provided in the culture medium reuse sterilization and purification apparatus of hydroponic cultivation according to the present invention,
a)도는 배관계통도, b)도는 제작사시도;a) is the relationship diagram; b) is the production perspective;
도 4는 본 발명에 따른 수경재배의 배양액 재이용 살균 및 정화 장치에 구비된 처리 탱크와 수위 센서 및 수중 펌프를 도시한 구성도로서,Figure 4 is a block diagram showing the treatment tank and the water level sensor and the water pump provided in the culture solution reuse sterilization and purification apparatus of hydroponic cultivation according to the present invention,
a)도는 단면도, b)도는 외관 사진, c)도는 수중펌프 사진, d)도는 수위센서 사진;a) sectional drawing, b) lateral appearance photograph, c) lateral submersible pump photograph, d) lateral level sensor photograph;
도 5는 본 발명에 따른 수경재배의 배양액 재이용 살균 및 정화 장치에 구비된 제어부의 상세도로서,Figure 5 is a detailed view of the control unit provided in the culture medium reuse sterilization and purification apparatus of hydroponic cultivation according to the present invention,
a)도는 제어 알고리즘을 나타낸 플로우 챠트a) is a flow chart showing the control algorithm
b)도는 제어부의 외관 사진;b) is an appearance photograph of the controller;
도 6의 a),b)도는 본 발명에 따른 수경재배의 배양액 재이용 살균 및 정화 장치의 시험 예로서, 필터 매수별 살균성능을 도시한 표와 그래프;Figure 6 a), b) is a test example of the culture solution reuse sterilization and purification apparatus of hydroponic cultivation according to the present invention, the table and graph showing the sterilization performance of each filter number;
도 7의 a),b)도는 본 발명에 따른 수경재배의 배양액 재이용 살균 및 정화 장치의 시험 예로서, 처리 배양액의 초기 균밀도에 따른 살균성능을 도시한 표와 그래프;Figure 7 a), b) is a test example of a culture medium reuse sterilization and purification device of hydroponic cultivation according to the present invention, the table and graph showing the sterilization performance according to the initial bacterial density of the treated culture medium;
도 8의 a),b)도는 본 발명에 따른 수경재배의 배양액 재이용 살균 및 정화 장치의 시험 예로서, 병균 종류별 살균성능을 도시한 표와 그래프;Figure 8 a), b) is a test example of the culture solution reuse sterilization and purification apparatus of hydroponic cultivation according to the present invention, the table and graph showing the sterilization performance of each germ type;
도 9의 a),b)도는 본 발명에 따른 수경재배의 배양액 재이용 살균 및 정화 장치의 시험 예로서, 배양액 처리 유량별 살균성능을 도시한 표와 그래프;9 a), b) is a test example of the culture medium reuse sterilization and purification apparatus of hydroponic cultivation according to the present invention, the table and graph showing the sterilization performance according to the culture solution treatment flow rate;
도 10의 a),b)도는 본 발명에 따른 수경재배의 배양액 재이용 살균 및 정화 장치의 시험 예로서, 비닐 피복 하우스 내 시스템 설치에 의한 살균성능 저하를 도시한 표와 그래프;Figure 10 a), b) is a test example of a culture solution reuse sterilization and purification device of hydroponic cultivation according to the present invention, a table and graph showing the degradation of the sterilization performance by installing a system in a plastic coating house;
도 11의 a),b)도는 본 발명에 따른 수경재배의 배양액 재이용 살균 및 정화 장치의 시험 예로서, 온실 내외부에서의 처리 횟수별 균밀도 변화를 도시한 표와 그래프;Figure 11 a), b) is a test example of the culture solution reuse sterilization and purification apparatus of hydroponic cultivation according to the present invention, a table and graph showing the change in the bacterial density by the number of treatments in and outside the greenhouse;
도 12는 본 발명에 따른 수경재배의 배양액 재이용 살균 및 정화 장치의 시험 예로서, 일사량에 따른 살균 성능 모델화를 도시한 그래프이다.12 is a test example of the culture solution reuse sterilization and purification apparatus of hydroponic cultivation according to the present invention, it is a graph showing the sterilization performance modeling according to the solar radiation amount.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Major Parts of Drawings>
1..... 본 발명에 따른 가시광 응답형 산화티탄 광 촉매에 의한 수경재배의 배양액 재이용 살균 및 정화 장치1 ..... Apparatus for sterilizing and purifying culture medium for hydroponic cultivation using visible light responsive titanium oxide photocatalyst according to the present invention
10.... 배양액 공급부 20..... 작물 재배부10 ....
22.... 베드 39.... 배양액 회수부22 .... Bed 39 .... Culture Recovery Section
40.... 배양액 처리부 42.... 처리채널40 ....
45.... 세라믹 필터 50.... 수위조절 배수구45 ....
62.... 수위 센서 70.... 배양액 재 공급부62 ....
80.... 제어부 85.... 일사량 검출 센서80 ....
PM,P1,P2,P3... 수중 펌프PM, P1, P2, P3 ... Submersible Pump
SV1,SV2,SV3,SV4,SV5,SV6,SV7.... 솔레노이드 밸브SV1, SV2, SV3, SV4, SV5, SV6, SV7 .... Solenoid Valve
T1,T2.... 처리탱크T1, T2 .... Treatment Tank
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| KR20090017243A (en) | 2009-02-18 |
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