KR101775845B1 - 자외선램프를 이용한 폐양액 살균처리 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자외선램프를 이용한 폐양액 살균처리 방법에 관한 것으로, 재배용 베드에서 배출되는 폐양액을 폐양액 집수탱크(100)에서 집수하고, 상기 폐양액이 폐양액 순환 펌프(200)에 의해 자외선챔버(400)로 이송되어 자외선램프(401)에 의해 살균 처리되며, 상기 살균된 폐양액이 양액탱크로 공급되되, 산을 저장하는 산 탱크(600)가 더 설치되어 자외선램프(401)의 오염을 세척하는 것으로,
자외선램프를 이용한 폐양액 살균처리 방법에 의하면 기존의 수경재배에서 사용되고 버려졌던 배약액을 회수하여, 폐양액을 살균 처리하여 재이용 할 수 있으므로 폐양액에 의한 수질오염 등의 부영양화 등의 환경오염을 감소시킬 수 있으며, 재활용되는 폐양액 만큼의 농업용수를 절약하고, 물 부족현상에 대응하여 농업용수의 확보가 용이하다는 등의 현저한 효과가 있다.

Description

자외선램프를 이용한 폐양액 살균처리 방법{Sterilizing method of waste nutrient solution using uv lamp}
본 발명은 자외선램프를 이용한 폐양액 살균처리 방법에 관한 것으로, 수경재배에서 발생하는 폐양액의 재활용을 위해 자외선램프를 이용하여 곰팡이, 세균, 바이러스 등과 같은 병원균을 살균할 수 있는 자외선램프를 이용한 폐양액 살균처리 방법에 관한 것이다.
일반적으로 수경재배란 토양 대신에 물이나 고형배지에 생육에 필요한 무기양분을 골고루 녹인 양액을 공급하면서 작물을 재배하는 방식으로 토경재배와의 근본적인 차이점은 물에 녹인 무기질비료만을 이용하여 작물을 재배하는 것이다.
이러한 수경재배에서는 작물에 공급된 양액이 식물이 모두 흡수하지 못하고 배출되는 폐양액이 필연적으로 발생하게 된다.
이 폐양액의 재사용 여부에 의하여 비순환식, 순환식 수경재배로 구분할 수 있다.
한번 식물에 공급되고 배출된 폐양액은 세균, 박테리아 등 유해한 요소들이 포함될 확률이 높아 그대로 재사용하는 것이 불가능하고, 재활용하기 위하여 다양한 방법의 폐양액 살균 처리 시스템이 존재한다. 국내의 순환식 수경재배의 비율을 5% 미만으로 추정되고 있어 네덜란드 90%, 일본 40%에 크게 못 미치고 있다. 폐양액을 재사용하게 되면 그대로 방출했을 경우 토양, 하천 등의 오염문제와 폐양액에 포함된 비료의 손실, 수자원의 낭비(30~40% 지하수 절약)를 막을 수 있다.
우리나라에서도 기존의 비순환식 수경재배를 순환식 수경재배방식으로 전환할 필요가 커지고 있고, 이를 위해서 폐양액을 재이용할 수 있도록 처리할 수 있는 시스템의 개발이 요구되고 있다.
폐양액의 처리에 있어서, 수경재배 특성상 양액 속에 병원균이 발생되면 토경재배에 비하여 뿌리와의 접촉기회가 많아 병원균의 확산이 빠르고 양액탱크를 경유해서 재배용 베드 전체에 확산되기 쉽기 때문에, 폐양액 속에 함유되는 이물질과 병원균을 제거하는 것이 중요하다.
상기 수경재배용 폐양액 처리기술관련 종래특허로는 등록실용신안공보 등록번호 20-0436646호에는 재배용 베드에서 배출되는 폐양액을 회수하여 재사용할 수 있도록 처리하는 수경재배용 폐양액 처리장치에 있어서, 상기 재배용 베드에서 배출되는 폐양액을 집수하는 집수탱크와, 상기 집수탱크에 집수된 폐양액을 이송하기 위해 상기 집수탱크에 연결되는 폐양액 이송관에 설치되는 폐양액 이송펌프와, 상기 폐양액 이송관이 연결되는 입구 및 출구를 갖는 필터하우징과 상기 필터하우징의 내부에 설치되는 제균필터를 포함하고 상기 폐양액 이송관을 통해 이송되는 폐양액에 함유된 병원균을 제거하는 제균필터장치와, 상기 제균필터장치를 통과한 폐양액을 저장하기 위해 상기 제균필터장치의 출구와 연결되는 저장탱크와, 상기 제균필터를 세척하기 위해 상기 제균필터장치의 입구에 연결되는 세척수 공급관과 상기 제균필터장치의 출구에 연결되는 세척수 리턴관의 사이에 설치되어 상기 제균필터에 세척수를 공급하는 세척수 공급장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 수경재배용 폐양액 처리장치가 공개되어 있다.
또한, 등록특허공보 등록번호 10-1339204호에는 재배용 베드로부터 폐양액을 집수하여 폐양액 집수부에 저장하는 폐양액 집수 단계; 상기 폐양액 집수부로부터 공급받은 폐양액을 살균하여 폐양액 저장부에 저장하는 폐양액 저장 단계; 상기 폐양액 저장부로부터 공급받는 폐양액과 기 설정된 온도를 갖는 양액 및 산을 혼합하여 기 설정된 pH값 및 EC값을 갖는 양액을 제조하고 이를 혼합부에 저장하는 혼합 단계; 및 상기 혼합부에 저장된 양액을 상기 재배용 베드에 공급하는 양액 공급 단계를 포함하되, 상기 폐양액 저장 단계는 살균된 폐양액을 여과장치를 거쳐 불순물을 제거하는 단계를 더 포함하고, 상기 폐양액 저장 단계는 상기 저장된 폐양액을 기 설정된 온도로 유지하며, 상기 양액 공급 단계는 상기 재배용 베드로 공급되는 양액이 기 설정된 용존 산소량을 갖도록 양액에 산소를 공급하는 것을 특징으로 하는 순환식 수경재배 방법이 공개되어 있다.
그러나 상기 종래기술들은 제균필터 장치 및 자외선 살균장치를 이용하여 폐양액에 대한 살균을 진행.제균필터에 관한 세척 작업은 수행하나 자외선 살균장치에 대한 세척등 관리가 되지 않는 단점이 있었다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 기존의 수경재배에서 발생하는 폐양액을 그대로 배출하여 발생하는 문제를 해결하기 위하여 자외선램프를 이용하여 폐양액을 살균 처리하여 공급하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 자외선램프를 이용한 폐양액 살균처리 방법에 관한 것으로, 재배용 베드에서 배출되는 폐양액을 폐양액 집수탱크(100)에서 집수하고, 상기 폐양액이 폐양액 순환 펌프(200)에 의해 자외선챔버(400)로 이송되어 자외선램프(401)에 의해 살균 처리되며, 상기 살균된 폐양액이 양액탱크로 공급되되, 산을 저장하는 산 탱크(600)가 더 설치되어 자외선램프(401)의 오염을 세척하는 것을 특징으로 한다.
따라서 자외선램프를 이용한 폐양액 살균처리 방법에 의하면 기존의 수경재배에서 사용되고 버려졌던 배약액을 회수하여, 폐양액을 살균 처리하여 재이용 할 수 있으므로 폐양액에 의한 수질오염 등의 부영양화 등의 환경오염을 감소시킬 수 있으며, 재활용되는 폐양액 만큼의 농업용수를 절약하고, 물 부족현상에 대응하여 농업용수의 확보가 용이하다는 등의 현저한 효과가 있다.
도 1은 본 발명 자외선램프를 이용한 폐양액 살균처리 방법의 시스템 구성도.
도 2는 본 발명 자외선램프를 이용한 폐양액 살균처리 방법의 정상적인 살균처리과정의 흐름도.
도 3은 본 발명 자외선램프를 이용한 폐양액 살균처리 방법의 자외선램프의 세척 과정 설명도.
도 4는 본 발명 자외선램프를 이용한 폐양액 살균처리 방법의 자외선램프의 제어도.
본 발명은 자외선램프를 이용한 폐양액 살균처리 방법에 관한 것으로, 재배용 베드에서 배출되는 폐양액을 폐양액 집수탱크(100)에서 집수하고, 상기 폐양액이 폐양액 순환 펌프(200)에 의해 자외선챔버(400)로 이송되어 자외선램프(401)에 의해 살균 처리되며, 상기 살균된 폐양액이 양액탱크로 공급되되, 산을 저장하는 산 탱크(600)가 더 설치되어 자외선램프(401)의 오염을 세척하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 상기 폐양액 집수탱크(100)와 자외선챔버(400) 사이에는 샌드필터(300)와 스크린필터(301)가 각각 설치되어 살균전 폐양액의 불순물을 제거하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 자외선챔버(400)에는 자외선센서(402)가 설치되어 자외선 조사 강도를 측정하고 일정 수준 이하로 떨어질 경우 산 공급펌프(601)를 이용하여 산 탱크(600)의 산을 자외선챔버(400)로 유입시켜 자외선램프(401)을 세척하는 것을 특징으로 한다.
본 발명 자외선램프를 이용한 폐양액 살균처리 방법을 첨부한 도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명 자외선램프를 이용한 폐양액 살균처리 방법의 시스템 구성도, 도 2는 본 발명 자외선램프를 이용한 폐양액 살균처리 방법의 정상적인 살균처리과정의 흐름도, 도 3은 본 발명 자외선램프를 이용한 폐양액 살균처리 방법의 자외선램프의 세척 과정 설명도, 도 4는 본 발명 자외선램프를 이용한 폐양액 살균처리 방법의 자외선램프의 제어도이다.
설명에 앞서 적정 산의 범위는 pH 2～3 정도의 산을 사용한다.
본 발명에 의한 폐양액 살균처리 방법은 재배용 베드에서 배출되는 폐양액을 집수하는 폐양액 집수탱크, 폐양액을 살균 처리하기 위한 자외선램프, 자외선램프의 상태를 및 살균 상태를 확인하기 위한 자외선센서, 자외선램프의 오염을 세척하기 위한 산(acid) 탱크, 폐양액의 불순물을 제거하기 위한 샌드필터(sand filter), 살균처리된 폐양액을 집수하는 살균 후 양액탱크를 포함한다.
여기서 각 탱크들은 공급 및 배출을 위하여 펌프를 포함한다.
자외선램프를 이용한 폐양액 살균처리 방법은 재배용 베드에서 배출되는 폐양액을 집수하는 폐양액 집수탱크(100)와 폐양액 집수탱크의 수위를 측정하기 위한 수위센서(101), 폐양액의 이송을 위한 폐양액 순환펌프(200), 살균전 폐양액의 불순물을 제거하기 위한 샌드필터(300) 그리고 스크린필터(301), 폐양액이 살균 처리되는 자외선램프(401) 자외선센서(402)와 온도센서(403)으로 구성되는 자외선 챔버(400), 살균된 폐양액의 양을 측정하기 위한 flow 미터(700)와 유량을 제어하기 위한 양액조절 밸브(701), 자외선램프(401)의 오염을 세척하기 위한 산을 저장하는 산 탱크(600), 산의 자외선챔버(400)내로의 이송을 위한 산 공급펌프(601)와 산 유량 조절밸브(602), 전체적인 살균 과정을 제어하기 위한 제어부(800)를 포함한다.
집수탱크(100)는 재배용 베드로부터 배출되는 폐양액을 집수한다.
폐양액 집수탱크의 수위를 는 수위센서(101)을 통하여 측정된다.
측정된 수위는 살균 절차를 수행하는 조건이 된다.
즉, 집수탱크(100)의 수위가 일정 수위 이상 도달할 경우 살균 절차를 수행하고, 일정 수위 이하가 되면 살균절차를 중단한다.
살균 절차가 시작되면 집수탱크(100)의 폐양액은 순환펌프(200)에 의하여 불순물 제거를 위하여 샌드필터(300)와 스크린 필터(301)을 거치게 된다.
불순물이 제거된 폐양액은 살균처리를 위하여 자외선챔버(400)으로 유입된다.
자외선챔버(400) 내에서 폐양액은 자외선램프(401)의 자외선조사에 의하여 살균이 된다.
살균 처리된 폐양액은 flow 미터(700)와 앵약조절 밸브(701)를 거쳐 살균 후 양액탱크(500)에 집수 된다.
살균 후 양액탱크(500)에는 수위센서(501)가 설치되어 수위를 측정하게 된다.
살균처리는 자외선램프(401)가 일정 강도 이상의 자외선을 조사하여 진행된다.
살균절차를 계속 진행하게 되면 자외선램프는 페양액의 유기물 등에 의하여 오염되어 조사되는 자외선의 강도가 낮아지게 되어 살균절차에 문제가 발생한다.
이를 해결하기 위하여 산을 통하여 자외선램프(401)를 세척하게 된다.
자외선센서(402)를 통하여 자외선 조사 강도를 측정하고 일정 수준 이하로 떨어질 경우 산 공급펌프(601)를 이용하여 산 탱크(600)의 산을 자외선챔버(400)로 유입시켜 자외선램프(401)를 세척한다.
자외선센서(402)를 통해 자외선 조사 강도의 최대 60% 이하로 감지될 경우 자외선램프(401)의 세척작업을 진행하도록 한다.
모든 센서, 펌프 그리고 밸브들은 제어부(800)에 연결되어 제어부(800)가 살균처리 과정을 제어할 수 있도록 한다.
샌드필터(300)의 경우 폐양액의 불순물을 제거하는 역할을 하는데 이 과정에서 불순물들이 샌드필터(300) 내부에 쌓이게 된다.
이를 제거하기 위하여 일정 양의 폐양액에 대한 불순물 제거 후 샌드필터(300)를 세척하게 된다.
본 발명의 각 센서값에 의한 구체적 제어방법에 대해 기재하면 다음과 같다.
제어부는 다음과 같은 조건을 모두 만족한 경우 살균처리과정을 정상적으로 진행한다.
폐양액 집수탱크(100)의 수위가 일정 수준인 수위 1 이상일 경우, 살균 후 양액탱크(500)의 수위가 일정 수준인 수위 2 이하일 경우, 자외선램프(401)의 조사 강도가 일정 수준을 초과할 경우, 자외선챔버(400)의 온도가 일정온도 이하일 경우, 샌드필터(300)에 문제가 없을 경우가 모두 만족한 경우 제어부는 살균처리과정을 진행한다.
제어부는 다음과 같은 조건 중 하나라도 발생하는 경우 살균처리과정을 중단한다.
폐양액 집수탱크(100)의 수위가 일정 수준인 수위 1' 이하일 경우, 살균 후 양액탱크(500)의 수위가 일정 수준인 수위 2' 이상일 경우, 자외선램프(401)의 조사 강도가 일정 수준 이하일 경우, 자외선챔버(400)의 온도가 일정온도를 초과할 경우, 샌드필터(300)에 막힘의 문제가 발생하거나 일정 양의 폐양액을 처리하여 세척이 필요한 경우 중 하나라도 발생하는 경우 살균처리과정을 중단한다. 폐양액 집수탱크의 수위 1이 수위 1'보다 높고, 양액탱크의 수위 2가 수위 2'보다 낮다.
상술한 제어부의 조건을 더욱 상세히 설명하면, 우선 폐양액 집수탱크(100)는 두 가지의 수위를 설정하게 된다.
수위 1 : 살균처리를 시작할 만큼 폐양액이 탱크에 집수됨을 판단하기 위한 수위는 40% 이상.
수위 1' : 폐양액 집수탱크의 수위가 살균처리를 진행하기에 부족함을 판단하기 위한 수위는 20% 이하.
즉, 제어부(800)는 사용자가 설정한 수위 1 보다 현재 수위가 높아지면 살균처리를 시작하고, 수위 1'보다 수위가 같거나 낮아지면 살균처리를 중단하게 된다.
또한, 살균 후 양액탱크 (500)는 두 가지의 수위를 설정하게 된다.
수위 2 : 살균처리된 양액을 집수할 수 있을 만큼 탱크의 수위가 낮아짐을 판단하기 위한 수위는 30% 이하.
수위 2' : 살균처리된 양액의 집수를 더 이상 하지 못할 만큼 탱크의 수위가 높아짐을 판단하기 위한 수위는 90% 이상.
즉, 제어부(800)는 사용자가 설정한 수위 2보다 현재 수위가 낮아지면 탱크를 채우기 위하여 살균처리를 시작하고, 수위 2'보다 수위가 같거나 높아지면 살균처리를 중단하게 된다.
그리고 UV 챔버의 온도가 60℃ 이상이 될 경우 UV 살균 처리를 중단한다.
UV 챔버의 온도가 60℃ 이상인 조건이 30초 이상 유지될 경우는 정상적인 UV 살균처리가 진행되지 않는 상태임을 나타낸다.
UV 챔버에는 UV 램프, UV 센서를 포함한다. UV 램프는 UV를 조사하여 UV챔버 내부의 폐양액을 살균한다. UV 센서는 UV 램프에서 조사되는 UV의 강도를 측정하게 된다. 폐양액을 지속적으로 처리하게 되면 이물질 등으로 인하여 UV램프 표면이 오염되어 UV 조사강도가 낮아지게 된다.
자외선을 이용한 살균의 경우 누적 자외선량에 의하여 살균력의 차이가 나게 된다. 누적 자외선량은 자외선량 * 노출시간으로 자외선량(조사 강도)가 낮아지게 되면 노출시간을 늘려줘야 같은 살균효과를 갖게 된다. 따라서, UV조사 강도가 낮아지게 되면 살균능력이 낮아지게 되어 폐양액이 UV 챔버에 보다 오래 머물러야 한다. 예를 들어 UV조사 강도가 100%일 때 1초라면 UV 조사강도가 80%이면 1.2초이다.
이를 위하여 폐양액제어밸브를 조절하여 폐양액입력을 줄여 폐양액이 UV 챔버에 오래 머물 수 있도록 한다.
상기 내용과 같이 제어부는 UV 센서 정보(UV 조사강도)를 기반으로 하여 폐양액제어밸브를 제어하는 역할을 하게 된다.
따라서 본 발명의 자외선램프를 이용한 폐양액 살균처리 방법에 의하면 기존의 수경재배에서 사용되고 버려졌던 배약액을 회수하여, 폐양액을 살균 처리하여 재이용할 수 있으므로 폐양액에 의한 수질오염 등의 부영양화 등의 환경오염을 감소시킬 수 있으며, 재활용되는 폐양액 만큼의 농업용수를 절약하고, 물부족현상에 대응하여 농업용수의 확보가 용이하다는 등의 현저한 효과가 있다.
100 : 폐양액 집수탱크 101 : 폐양액 집수탱크 수위센서
200 : 폐양액 순환 펌프 300 : 샌드필터
301 : 스크린필터 400 : 자외선챔버
401 : 자외선램프 402 : 자외선센서
403 : 온도센서 404 : 폐양액 제어밸브
500 : 양액탱크 501 : 양액탱크 수위센서
600 : 산 탱크 601 : 산 공급펌프
602 : 산 유량 조절밸브 700 : Flow 미터
701 : 양액 조절 밸브 800 : 제어부

Claims (1)

  1. 재배용 베드에서 배출되는 폐양액을 폐양액 집수탱크(100)에서 집수하고, 상기 폐양액이 폐양액 순환 펌프(200)에 의해 자외선챔버(400)로 이송되어 자외선램프(401)에 의해 살균 처리되며, 상기 살균된 폐양액이 양액탱크로 공급되되, 산을 저장하는 산 탱크(600)가 더 설치되어 자외선램프(401)의 오염을 세척하는 것으로,
    상기 폐양액 집수탱크(100)와 자외선챔버(400) 사이에는 샌드필터(300)와 스크린필터(301)가 각각 설치되어 살균전 폐양액의 불순물을 제거하며,
    상기 자외선챔버(400)에는 자외선센서(402)가 설치되어 자외선 조사 강도를 측정하고 일정 수준 이하로 떨어질 경우 산 공급펌프(601)를 이용하여 산 탱크(600)의 산을 자외선챔버(400)로 유입시켜 자외선램프(401)을 세척하는 자외선램프를 이용한 폐양액 살균처리 방법에 있어서,
    상기 폐양액 집수탱크(100)의 수위 1이 일정수위 이상일 경우, 살균후 양액탱크(500)의 수위 2가 일정수위 이하일 경우, 자외선램프(401)의 조사 강도가 일정 수준을 초과할 경우, 자외선챔버(400)의 온도가 일정온도 이하일 경우, 샌드필터(300)에 문제가 없을 경우가 모두 만족한 경우 제어부는 살균처리과정을 진행하며,
    상기 폐양액 집수탱크(100)의 수위 1'가 일정수위 이하일 경우, 살균 후 양액탱크(500)의 수위 2'가 일정수위 이상일 경우, 자외선램프(401)의 조사 강도가 일정 수준 이하일 경우, 자외선챔버(400)의 온도가 일정온도를 초과할 경우, 샌드필터(300)에 막힘의 문제가 발생하거나 일정 양의 폐양액을 처리하여 세척이 필요한 경우 중 하나라도 발생하는 경우 살균처리과정을 중단하는 것이며, 또한 자외선챔버(400)에는 폐양액제어밸브(404)가 연결되어 폐양액 유입양을 조절하는 것이며,
    상기 제어부의 조건으로, 상기 폐양액 집수탱크(100)는 수위 1와 수위 1', 두 가지의 수위를 설정하게 되는 것이며,
    수위 1 : 살균처리를 시작할 만큼 폐양액이 탱크에 집수됨을 판단하기 위한 수위는 40% 이상.
    수위 1' : 폐양액 집수탱크의 수위가 살균처리를 진행하기에 부족함을 판단하기 위한 수위는 20% 이하.
    상기 제어부(800)는 사용자가 설정한 수위 1 보다 현재 수위가 높아지면 살균처리를 시작하고, 수위 1'보다 수위가 같거나 낮아지면 살균처리를 중단하게 되는 것이며, 살균 후 상기 양액탱크 (500)는 수위 2와 수위 2', 두가지 수위를 설정하게 되는 것으로,
    수위 2 : 살균처리된 양액을 집수할 수 있을 만큼 탱크의 수위가 낮아짐을 판단하기 위한 수위는 30% 이하.
    수위 2' : 살균처리된 양액의 집수를 더 이상 하지 못할 만큼 탱크의 수위가 높아짐을 판단하기 위한 수위는 90% 이상.
    상기 제어부(800)는 사용자가 설정한 수위 2보다 현재 수위가 낮아지면 탱크를 채우기 위하여 살균처리를 시작하고, 수위 2'보다 수위가 같거나 높아지면 살균처리를 중단하게 되고, 상기 자외선챔버(400)의 온도가 60℃ 이상이 될 경우 UV 살균 처리를 중단하고, 상기 자외선챔버(400)의 온도가 60℃ 이상인 조건이 30초 이상 유지될 경우는 정상적인 UV 살균처리가 진행되지 않는 상태임을 나타내는 것이며,
    상기 자외선챔버(400)에는 UV 램프, UV 센서를 포함하고, 상기 자외선챔버(400)는 UV를 조사하여 UV챔버 내부의 폐양액을 살균하고, 상기 UV 센서는 UV 램프에서 조사되는 UV의 강도를 측정하게 되는 것이며,
    상기 폐양액을 지속적으로 처리하게 되면 이물질으로 인하여 UV 램프 표면이 오염되어 UV 조사강도가 낮아지게 되는 것이며, 자외선을 이용한 살균의 경우 누적 자외선량에 의하여 살균력의 차이가 나게 되고, 상기 누적 자외선량은 자외선량에 노출시간을 곱하는 것으로, 누적 자외선량이 낮아지게 되면 노출시간을 늘려줘야 같은 살균효과를 갖게 되는 것으로, UV조사 강도가 낮아지게 되면 살균능력이 낮아지게 되어 폐양액이 자외선챔버(400)에 보다 오래 머물러야 하는 것으로, 상기 폐양액제어밸브(404)를 조절하여 폐양액입력을 줄여 폐양액이 자외선챔버(400)에 오래 머물 수 있도록 하는 것이며, 상기 제어부는 UV 센서 정보를 기반으로 하여 폐양액제어밸브를 제어하는 역할을 하게 되는 것을 특징으로 하는 자외선램프를 이용한 폐양액 살균처리 방법.
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