KR20200068618A - 수경 재배 배액 처리 시스템 및 그 제어방법 - Google Patents

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권만재
황윤호
이주영
양중석
이택성
박수현
김형석
노주원
오상록
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한국과학기술연구원
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Abstract

본 발명은 수경 재배 배액 처리 시스템 및 수경 재배 배액 처리 시스템의 제어방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 수경 재배 배액 처리 시스템은, 배액을 일시적으로 수용하고, 상기 배액의 전기전도도를 측정하는 제1 EC 센서를 포함한 유량 조정조; 상기 유량 조정조로부터 이송된 상기 배액과 잔존 배액을 혼합하는 교반기, 탈질 반응에 필요한 탄소원을 공급하는 탄소원 공급부, 공기를 유입하는 산기부(air diffuser), 및 배출 밸브를 포함한 생물학적 반응조; 및 상기 제1 EC 센서에 의한 측정값 및 상기 유량 조정조로부터 이송되는 상기 배액의 양에 기초하여 탈질 반응에 필요한 상기 탄소원의 공급량을 산출하고, 상기 산출된 상기 탄소원의 공급량을 상기 생물학적 반응조에 공급하도록 하는 제어부를 포함한다.
이에 따라 배액 내의 EC 측정값 및 탈질 반응식을 이용하여 배액의 탈질 반응에 필요한 탄소원의 공급량을 산출 및 공급하여 배액을 정화함으로써, 환경 오염을 예방하고 인류의 건강 보전에 기여할 수 있다.

Description

수경 재배 배액 처리 시스템 및 그 제어방법{HYDROPONICS DRAINAGE PROCESSING SYSTEM AND CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명은 수경 재배 배액 처리 시스템 및 수경 재배 배액 처리 시스템의 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 수경 재배시 배출되는 배액에 포함된 질산염을 정화하기 위한 수경 재배 배액 처리 시스템 및 수경 재배 배액 처리 시스템의 제어방법에 관한 것이다.
수경 재배란 물과 수용성 영양분으로 만든 배양액을 이용하여 식물을 재배하는 것으로, 양액의 재사용 여부에 따라 순환식 수경재배 시스템과 비순환식 수경재배 시스템으로 나뉠 수 있다. 비순환식 시스템은 발생되는 배액(排液)을 그대로 방류할 경우 환경 오염 및 암, 유아의 청색증 등 인간의 질병을 초래할 수 있고, 순환식 시스템일 경우에도 영양 불균형, 특정 이온 집적 등으로 배액의 발생은 불가피하다.
배액에 포함된 질산염은 생물학적 고도 처리에 의해 제거할 수 있으나, 우리나라의 경우 수경재배 면적이 최근 10년 사이에 급속하게 증가하였음에도 불구하고 배액 배출에 대한 법적인 규제가 마련되어 있지 않아 대부분 배액을 그대로 방류하고 있는 실정이다.
뉴질랜드 등에서는 배액 내 영양분 정화 사례가 있으나 넓은 부지를 필요로 하거나 생물학적 처리 시간이 오래 걸리게 되므로, 설치 공간이 부족한 국내 실정에는 적합하지 않은 문제가 있다.
한편, 하폐수 처리장에서는 보통 ORP(Oxidation Reduction potential), DO(Oxygen Demand), 수온, pH 센서 등을 설치하여 모니터링하고, 방류하기 전까지 유량과 COD(Chemical Oxygen Demand), BOD(Biochemical Oxygen Demand), SS(Suspended Solid), TN(Total Nitrogen) TP(Total Phosphorous), MLSS(Mixed Liquor Suspended Solid) 양 등을 분석 후에 방류하기 때문에 항시 이를 관리, 분석, 감시하는 인력이 필요하다.
이러한 하폐수 처리장에 적용되는 종래 고도 처리 방식은 경제성과 설치 공간의 부족의 문제로 스마트 팜이나 식물공장 등의 수경 재배 시설에는 적용하기가 어려운 문제가 있다. 또한, 배액 내 질산염을 제거하기 위한 조건으로 수온, pH, 무산소 조건 등이 만족해야 하며 유기물의 분해 반응이기 때문에 배액 내 부족한 외부 탄소원 공급이 필요하다. 탄소원이 과하게 공급되면 잔류 탄소원 및 황화수소 등이 발생될 수 있으며, 부족하게 공급시 탈질 반응의 효율이 떨어질 수 있기 때문에 적정량의 탄소원을 공급하는 것이 중요하다.
본 발명은 종래 수경 재배 배액 처리 시스템의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 전기전도도 값으로 적정한 탄소원의 양을 결정하여 공급함으로써 생물학적 처리를 통해 배액의 질산염을 정화할 수 있는 수경 재배 배액 처리 시스템을 제공하는 데 목적이 있다. 또한, 전기전도도 값으로 정화 성능을 평가하여 처리 배액의 방류 시점을 결정할 수 있는 수경 재배 배액 처리 시스템을 제공하는 데 목적이 있다.
본 발명의 일 양태에 따른 수경 재배 배액 처리 시스템은, 배액을 내부에 수용하고, 수용된 상기 배액의 전기전도도를 측정하는 제1 EC 센서를 포함한 유량 조정조; 상기 유량 조정조로부터 상기 배액을 이송받아 생물학적 정화 처리를 하기 위한 것으로, 탈질 반응에 필요한 탄소원을 상기 배액에 공급하여 상기 배액에 포함된 질산염을 정화 처리하는 생물학적 반응조; 및 상기 제1 EC 센서에 의한 측정값 및 상기 유량 조정조로부터 이송되는 상기 배액의 양에 기초하여 탈질 반응에 필요한 상기 탄소원의 공급량을 산출하고, 상기 산출된 상기 탄소원의 공급량이 상기 생물학적 반응조에 공급되도록 제어하는 제어부를 포함한다.
또, 생물학적 반응조는, 이송된 상기 배액을 잔존 배액과 혼합하는 교반기, 상기 탈질 반응에 필요한 상기 탄소원을 공급하는 탄소원 공급부. 공기를 유입하는 산기부(air diffuser), 및 상기 배액을 외부로 배출하는 배출 밸브를 포함한다.
또한, 상기 생물학적 반응조는 상기 생물학적 반응조 내부의 배액의 전기전도도를 측정하는 제2 EC 센서를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 유량 조정조로부터 상기 생물학적 반응조로 상기 배액이 이송되면 산출된 상기 탄소원의 공급량을 상기 배액에 투입하여 기 설정된 시간 동안 상기 교반기를 작동하게 하고, 교반 후에 측정한 상기 제2 EC 센서에 의한 측정값이 기 설정된 임계값 미만일 경우 상기 산기부를 통해 공기를 유입한 후, 기 설정된 침전 시간 경과 후 상기 배출 밸브를 개방하여 상기 생물학적 반응조로부터 상기 배액이 배출되도록 할 수 있다.
또, 상기 제어부는 교반 후에 측정한 상기 제2 EC 센서에 의한 측정값이 기 설정된 임계값 이상일 경우, 상기 제2 EC 센서에 의한 측정값에 기초하여 상기 탄소원의 추가 공급량을 산출하여, 상기 탄소원 공급부로부터 상기 산출된 추가 공급량이 상기 생물학적 반응조에 공급되어 추가 정화 처리하도록 할 수 있다.
한편, 상기 임계값은 상기 제1 EC 센서에 의한 측정값에 기초하여 설정되거나 작물의 종류 및 계절에 따라 달리 설정될 수 있다.
또, 상기 임계값은 상기 생물학적 반응조에 잔류하는 처리 전 배액의 제2 EC 센서에 의한 측정값 또는 상기 유량 조정조의 상기 제1 EC 센서에 의한 측정값에 의해 결정될 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따른 수경 재배 배액 처리 시스템의 제어방법은, 유량 조정조에 배액이 공급되는 단계; 제1 EC 센서에 의해 상기 의 상기 배액의 전기전도도를 측정하는 단계; 상기 유량 조정조의 상기 배액을 생물학적 반응조로 이송하는 단계; 상기 제1 EC 센서에 의한 측정값 및 상기 유량 조정조로부터 이송되는 상기 배액의 양에 기초하여 탈질 반응에 필요한 탄소원의 공급량을 산출하여 상기 생물학적 반응조에 공급하는 단계; 상기 배액이 이송되면 기 설정된 시간 동안 상기 생물학적 반응조의 교반기가 작동하는 단계; 제2 EC 센서에 의해 상기 생물학적 반응조의 내부의 전기전도도가 측정되는 단계; 상기 제2 EC 센서에 의한 측정값이 기 설정된 임계값 미만일 경우, 상기 생물학적 반응조에 공기를 유입하는 단계; 및 기 설정된 침전 시간 경과 후 상기 생물학적 반응조로부터 상기 배액을 배출하는 단계를 포함한다.
또, 본 발명의 다른 양태에 따른 수경 재배 배액 처리 시스템의 제어방법은, 상기 제2 EC 센서에 의한 측정값이 기 설정된 임계값 이상일 경우, 상기 제2 EC 센서에 의한 측정값에 기초하여 상기 탄소원의 추가 공급량을 산출하여 상기 생물학적 반응조에 공급하여 추가 정화 처리하는 단계를 더 포함한다.
한편, 상기 임계값은 상기 제1 EC 센서에 의한 측정값에 기초하여 설정되거나 작물의 종류 및 계절에 따라 달리 설정될 수 있다.
본 발명에 따른 수경 재배 배액 처리 시스템 및 수경 재배 배액 처리 시스템의 제어방법에 의하면, 복잡하고 값비싼 센서를 사용하지 않고 전기전도도 값으로 적정한 탄소원의 양을 결정함으로써 탈질 처리의 효율을 높일 수 있다. 또한, 생물학적 처리 중인 배액의 전기전도도 값을 측정하여 정화 성능을 평가하여 처리 배액의 적정한 방류 시점을 결정할 수 있다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수경 재배 배액 처리 시스템의 개략적인 구성도;
도2는 유량 조정조(100)에 수용된 배액의 질산염 농도와 제1 EC 값 사이의 상관관계를 나타내는 그래프;
도3은 생물학적 반응조(200)에서 토마토 배액의 탈질 반응 진행에 따른 제2 EC 값과 질산염 농도 측정값을 나타낸 그래프; 및
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수경 재배 배액 처리 시스템의 제어방법에 관한 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 구체적으로 설명한다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수경 재배 배액 처리 시스템의 개략적인 구성도이다.
도1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 수경 재배 배액 처리 시스템은 유량 조정조(100), 생물학적 반응조(200) 및 제어부(300)를 포함한다.
유량 조정조(100)는 버퍼 탱크(미도시)로부터 수경 재배시설에서 배출된 배액을 공급받아 생물학적 반응조(200)로 이송하기까지 일시적으로 수용하는 것으로, 생물학적 반응조(200)의 처리 배액의 양을 조정한다.
예컨대, 유량 조정조(100)는 수위 레벨이 5 % 미만일 경우 버퍼 탱크로부터 1 ton의 배액을 공급받아 수용하고, 생물학적 반응조(200)의 수위 레벨이 20% 미만으로 떨어질 경우 수용된 배액이 생물학적 반응조(200)에 이송되도록 한다. 이를 위해 유량 조정조(100)는 수위 센서(미도시)를 포함하여 구현될 수 있다.
유량 조정조(100)는 제1 EC 센서(110)를 포함한다. 제1 EC 센서(110)는 유량 조정조(100) 내부에 설치되어 유량 조정조(100) 내부에 일시적으로 수용된 배액의 전기전도도(EC)를 측정한다. 여기서, 제1 EC 센서는 유량 조정조(100)의 내측벽에 직접 부착되거나 홀더 타입으로 제작되어 배액에 잠기는 형태로 설치될 수 있다.
제1 EC 센서(110)에 의해 측정된 EC 값(이하, 제1 EC 값)은 후술할 생물학적 반응조(200)에서의 탈질 반응에 필요한 탄소원의 공급량을 산출하기 위한 기초 데이터로 사용된다. 한편, 제1 EC 값은 유무선 통신을 통해 후술할 제어부(300)로 전송될 수 있다.
생물학적 반응조(200)는 배액 내의 질산염을 제거하기 위한 생물학적 처리를 하기 위한 것으로, 미생물 균주(미도시), 교반기(210), 탄소원 공급부(220), 산기부(230), 배출 밸브(240), 및 제2 EC 센서(250)를 포함한다.
교반기(210)는 유량 조정조(100)로부터 이송된 배액과 생물학적 반응조(200)의 잔존 배액을 혼합하기 위한 것으로, 프로펠러형, 오어형, 터빈형, 또는 나선축형 등 다양한 형태로 구현될 수 있다.
탄소원 공급부(220)는 생물학적 반응조(200)에서 생물학적 처리를 위한 탈질 반응에 필요한 외부 탄소원을 공급하는 것으로, 생물학적 반응조(200)의 일측에 구비될 수 있다. 여기서, 탄소원은 다양한 유기 탄소원이 사용될 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에서는 메탄올(CH3OH)을 사용하는 것을 일 예로 설명한다.
산기부(230, air diffuser)는 생물학적 반응조(200)에 공기를 유입하는 장치로, 미세기포식, 조대기포식, 기계식, 또는 펌프 순환식으로 구현될 수 있다.
배출 밸브(240)는 생물학적 반응조(200)의 일측에 구비된 배출 배관을 개폐함으로써, 생물학적 반응조(200)로부터 배액이 배출되도록 한다. 배출 밸브(240) 및 배출 배관의 위치는 기 설정된 양의 배액이 배출될 수 있는 위치로, 예컨대, 방류될 배액 양이 80 %로 설정된 경우 생물학적 반응조(200) 전체 높이의 20%에 해당하는 위치에 장착될 수 있다.
제2 EC 센서(250)는 생물학적 반응조(200) 내부 배액의 전기전도도(EC)를 측정하는 것으로, 제2 센서(250)에 의해 측정된 EC 값(이하, 제2 EC 값)은 유무선 통신을 통해 후술할 제어부(300)로 전송될 수 있다. 본 발명에서는 제2 EC 센서에 의해 측정된 제2 EC 값에 따라 생물학적 반응조(200)의 추가 정화 처리(추가 탈질 반응)여부가 결정된다.
제어부(300)는 유량 조정조(100) 및 생물학적 반응조(200)와 연결되어 각 동작을 제어함으로써 배액의 생물학적 정화 처리가 이루어지도록 하는 것으로, 제어 알고리즘이 내장된 마이크로컨트롤러에 의해 구현될 수 있다.
제어부(300)는 제1 EC 값 및 유량 조정조(100)로부터 생물학적 반응조(200)로 이송되는 배액의 양에 기초하여 생물학적 처리를 위한 탈질 반응에 필요한 외부 탄소원의 공급량을 산출한다.
본 발명의 제어부(300)는 직접 배액의 질산염 농도를 측정하는 종래의 방식 대신, 전기전도도 값을 측정하여 질산염의 농도를 추정한다. 도2는 유량 조정조(100)에 수용된 배액의 질산염 농도와 제1 EC 측정값의 상관관계를 나타내는 그래프이다.
도2를 참조하면, 제1 EC 값과 배액의 질산염 농도 간에는 일정한 상관관계, 즉, 정비례 관계가 있는 것을 확인할 수 있다. 본 발명은 이러한 점에 착안해서 유량 조정조(100)에 수용된 배액의 전기전도도 값에 따라 배액 내의 질산염 농도를 추정하여, 탈질 반응에 필요한 외부 탄소원의 공급량을 산출한다.
다만, 배액의 성분은 재배하는 작물의 종류나 재배 지역, 날씨, 재배 시기, 농작업 내용 등에 의해 영향을 받기 때문에, 배액의 전기전도도와 질산염의 농도가 도2의 수식에 나타난 관계와 동일한 것은 아니다. 따라서, 전기전도도와 질산염 농도와의 상관관계는 재배작물의 종류, 재배지역, 날씨 등에 의해 달라질 수 있다.
이하에서는 제어부(300)에서 탈질 반응에 필요한 외부 탄소원 공급량을 산출하는 방법에 관한 일 예를 설명하고자 한다. 배액내 질산염을 제거하기 위한 조건으로 수온, pH, 무산소 조건 등이 만족해야 하며 유기물의 분해 반응이기 때문에 배액 내 부족한 외부 탄소원 공급이 필요하다. 과하게 공급시 잔류 탄소원 및 황화수소 등이 발생할 수 있으며, 부족하게 공급시 탈질 반응의 효율이 떨어질 수 있기 때문에 적정량의 탄소원을 공급하는 것이 중요하다.
먼저, 화공양론 반응에 의한 탈질 반응식과 미생물 합성에 의한 탈질 반응식은 아래와 같다.
화공양론 반응에 의한 탈질 반응식: 6NO3 -+5CH3OH->3N2+5CO2+7H2O+6OH-
미생물 합성에 의한 탈질 반응식:
NO3 -+1.07CH3OH+0.24H2CO3->0.06C5H7O2N+0.47N2+1.66H2O+HCO3 -
위 탈질 반응식에 따르면, 1 g의 질산성 질소를 제거하기 위해서 2.47 g의 메탄올이 이론적으로 필요하다. 본 발명에서는 전기전도도와 질산염 간의 상관관계를 이용하여 탈질에 필요한 메탄올 공급량을 산출하며, 아래 표 1은 필요 메탄올 산출값의 일 예를 나타낸다.
Figure pat00001
위 표1은 도2에 나타난 전기전도도 값과 질산염 농도와의 상관관계식을 이용하여 유량 조정조(100)에 유입된 배액의 전기전도도 값에 따른 질산염 농도를 추정하고, 추정된 질산염 농도 값에 따른 메탄올 공급량을 산출한 것이다(mL/ton은, 중량 단위인 g/ton의 부피 단위로의 환산값).
전술한 바와 같이, 배액의 성분이 재배 작물이나, 계절 등에 영향을 받을 수 있기 때문에 위 값은 경우에 따라 보정값(mL/ton, 미도시)이 적용될 수 있다. 또한, 탈질 반응에 필요한 탄소원으로 주로 CH3OH(메탄올)이 사용되나, 비용 및 처리의 용이성 등을 고려하여 다른 종류의 탄소원이 사용될 수도 있음은 물론이다.
제어부(300)는 유량 조정조(100)의 제1 EC 센서로부터 제1 EC 값을 수신하고, 유량 조정조(100)로부터 생물학적 반응조(200)로 이송되는 배액의 양에 기초하여 탄소원의 공급량을 결정하고, 탄소원 공급부(220)로부터 해당 탄소원 공급량이 유량 조정조(100)로 공급되도록 제어한다.
이후, 제어부(300)는 기 설정 시간 동안 교반기(210)를 작동하게 제어함으로써 배액을 혼합하여 생물학적 정화 처리가 이루어지도록 한다. 여기서, 교반기 작동 시간은 배액, 생물학적 설비 등 다양한 조건을 고려하여 탈질 생물학적 처리가 완전히 이루어질 수 있는 충분한 시간(예컨대, 4시간)으로 적절히 설정될 수 있다.
제어부(300)는 기 설정된 시간 동안 교반 작업이 이루어진 후 생물학적 반응조(200)에 설치된 제2 EC 센서(250)로부터 제2 EC 값을 수신하여 기 설정된 임계값 보다 높은지 여부를 판단한다. 즉, 제어부(300)는 충분한 탈질 반응이 이루어졌는지 여부를 판단하여, 충분하다고 판단되면 다음 처리 공정이 진행되도록 제어하고, 그렇지 않다면 추가 탈질 반응이 이루어지도록 제어한다. 여기서, 제2 EC 값의 임계값은 생물학적 반응조(200) 내부 배액의 탈질 반응이 충분히 이루어졌는지 여부에 대한 기준값이다.
도3은 생물학적 반응조(200)에서 토마토 배액의 탈질 반응 진행에 따른 제2 EC 값과 질산염 농도 측정값을 나타낸 그래프이다.
A 구역은 탈질 반응이 진행되고 있는 구역을 나타내며, B구역은 탈질반응이 완료되었거나 거의 끝난 단계에 해당한다. 토마토 배액을 대상으로 한 탈질 반응 실험 결과, 전기전도도 1.8 이하에서는 대부분의 질산염 농도가 방류수 수질 기준 이하인 40 mg/L 이하였다. 따라서, 도3의 실험 대상이 토마토 배액에 대한 배출 임계값은 1.8로 설정하는 것이 적절하다.
위 실험을 통해, 탈질 반응을 계속 진행하여 배액의 질산염 농도가 낮아 지더라도 전기전도도 값이 비례하여 변화하지 않는 일정 임계값이 있는 것을 확인할 수 있으며, 이러한 일정 임계값을 배액 배출 여부를 판단하는 기준치로 설정하는 것이 바람직하다. 일정 임계값 결정에 영향을 미치는 인자는 배액의 특성, 즉 재배작물, 계절 등이 될 수 있으며, 이러한 인자는 최초 배액의 전기전도도 값 즉, 제1 EC 값에 반영되어 있다. 따라서, 배액의 추가 탈질 여부를 판단하는 일정 임계값은 최초 전기전도도 값인 제1 EC 값에 의해 결정된다.
또한, 배액의 최초 전기전도도 값 이외에 이전 공정에서 생물학적 반응조(200)에 남아 있던 배액의 전기전도도 값도 임계값 결정에 영향을 미칠 수 있다. 처리 공정상 처리가 완료된 모든 배액이 배출되는 시스템이 아니라, 일정 양의 처리 배액을 생물학적 반응조(200)에 잔류시킨 상태에서 유량 조정조로(100)부터 새로운 배액이 입수되기 때문에, 새롭게 입수되는 배액의 최초 전기전도도 값과 이전 정화 처리 후 생물학적 반응조(200)에 잔류하는 배액의 전기전도도 값이 배출 여부의 판단이 되는 임계값 결정에 영향을 미친다. 예컨대, 생물학적 처리 후 생물학적 반응조(200)에 잔류하는 전기전도도 2의 20kg의 배액(미생물 슬러지+질산염이 거의 없는 배액)과 유량조정조(100)로부터 새롭게 유입되는 전기전도도 5인 100kg이 서로 섞이게 된다면 두 배액이 섞이면서 최초 전기전도도 값이 달라지게 되기 때문이다.
실험에 따르면 배출 여부의 판단이 되는 전기전도도 임계값은 최초 전기전도도 값(제1 EC 값 또는 정화 처리 전 제2 EC 값)의 45~65% 값에서 결정될 수 있다.
제어부(300)는 교반기(210) 작동 후 제2 EC 센서(250)로부터 측정된 제2 EC 값을 수신하여 기 설정된 일정 임계값보다 작은 경우, 산기부(230)를 통해 공기를 유입함으로써 배액에 침전 반응이 발생하도록 한다. 산기부(230)를 통해 생물학적 반응조(200)에 공기가 유입되면 배액에 잔존하고 있는 잔류 유기물, 질소 가스 및 인 등의 침전 반응이 발생하고, 기 설정된 침전 시간(예컨대, 1시간)이 경과하면 제어부(300)가 배출 밸브(240)를 개방하여 생물학적 반응부(200)로부터 배액을 배출한다.
반면, 제어부(300)는 제2 EC 값이 기 설정된 일정 임계값 이상일 경우에는, 생물학적 반응조(200) 내부에서 탈질 반응이 충분하게 이루어지지 않아 질산염 농도가 방류수 수질 기준을 충족하지 못하였다는 의미이므로 추가 정화 처리(추가 탈질 반응)가 이루어지도록 한다. 구체적으로, 제어부(300)는 추가 탈질 반응에 필요한 탄소원 공급량을 산출하여 생물학적 반응조(200)에 공급하고 일정 시간 동안(예, 1시간) 추가 교반 작업이 진행되도록 제어한다. 여기서, 추가 탈질 반응에 필요한 탄소원의 추가 공급량은 제2 EC 값에 의해 추정된 질산염 농도, 생물학적 반응조(200)에 수용된 배액의 총량, 및 전술한 탈질 반응식으로부터 산출될 수 있다.
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수경 재배 배액 처리 시스템의 제어방법에 관한 흐름도이다.
도4를 참조하면, 유량 조정조(100)에 배액이 공급된다(S11).
제1 EC 센서(110)에 의해 유량 조정조(100)의 배액의 전기전도도(EC)를 측정한다(S13). 제어부(300)는 유량 조정조(100)의 배액을 생물학적 반응조(200)로 이송하도록 한다(S15).
제어부(300)는 제1 EC 센서(110)에 의한 측정값인 제1 EC 값 및 유량 조정조(100)로부터 이송되는 배액의 양에 기초하여 탈질 반응에 필요한 탄소원의 공급량을 산출하여 생물학적 반응조(200)에 공급한다(S17).
유량 조정조(100)로부터 생물학적 반응조(200)에 배액이 이송되면, 제어부(300)는 기 설정된 시간 동안 교반기를 작동하게 한다(S19).
제2 EC 센서(250)에 의해 생물학적 반응조(200)의 내부의 배액의 전기전도도가 측정된다(S21).
제어부(300)는 제2 EC 센서에 의한 측정값인 제2 EC 값이 기 설정된 임계값 미만인지 여부를 판단한다(S23).
제2 EC 값이 임계값 미만인 경우, 제어부(300)는 산기부(230)를 통해 생물학적 반응조(200)에 공기를 유입한다(S25). 여기서, 제2 EC 값에 관한 임계값은 제 1 EC 값에 기초하여 설정되거나 또는 작물의 종류 및 계절에 따라 달리 설정될 수 있음은 전술한 바와 같다.
기 설정된 침전 시간 경과 후, 제어부(300)는 배출 밸브(240)를 개방하여 생물학적 반응조(200)로부터 배액을 배출한다(S27).
제2 EC 값이 기 설정된 임계값 이상인 경우, 제어부(300)는 제2 EC 값에 기초하여 추가 탈질 반응에 필요한 탄소원의 추가 공급량을 산출하여 생물학적 반응조(200)에 공급함으로써 추가 정화 처리를 진행한다(S29). 추가 탈질 반응의 경우, 교반기(210) 작동 시간이 상대적으로 짧게 설정될 수 있음은 전술한 바와 같다.
이상에서 설명한 것은 본 발명의 따른 수경 재배 배액 처리 시스템 및 수경 재배 배액 처리 시스템의 제어방법을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 사상이 있다고 할 것이다.
100: 유량 조정조 110: 제1 EC 센서
200: 생물학적 반응조 210: 교반기
220: 탄소원 공급부 230: 산기부
240: 배출 밸브 250: 제2 EC 센서
300: 제어부

Claims (6)

  1. 수경 재배 배액 처리 시스템 있어서,
    배액을 내부에 수용하고, 수용된 상기 배액의 전기전도도를 측정하는 제1 EC 센서를 포함한 유량 조정조;
    상기 유량 조정조로부터 상기 배액을 이송받아 생물학적 정화 처리를 하기 위한 것으로, 탈질 반응에 필요한 탄소원을 상기 배액에 공급하여 상기 배액에 포함된 질산염을 정화 처리하는 생물학적 반응조; 및
    상기 제1 EC 센서에 의한 측정값과 상기 배액의 질산염 농도 사이의 상관관계에 기초하여 상기 배액의 질산염 농도를 추정하고, 상기 유량 조정조로부터 이송되는 상기 배액의 양과 추정된 질산염 농도에 기초하여 탈질 반응에 필요한 상기 탄소원의 공급량을 산출하고, 상기 산출된 상기 탄소원의 공급량이 상기 생물학적 반응조에 공급되도록 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 생물학적 반응조는, 이송된 상기 배액을 잔존 배액과 혼합하는 교반기, 상기 탈질 반응에 필요한 상기 탄소원을 공급하는 탄소원 공급부. 공기를 유입하는 산기부(air diffuser), 상기 배액을 외부로 배출하는 배출 밸브 및 상기 생물학적 반응조 내부 배액의 전기전도도를 측정하는 제2 EC 센서를 더 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 유량 조정조로부터 상기 생물학적 반응조로 상기 배액이 이송되면 산출된 상기 탄소원의 공급량을 상기 배액에 투입하여 기 설정된 시간 동안 상기 교반기를 작동하게 하고, 교반 후에 측정한 상기 제2 EC 센서에 의한 측정값이 기 설정된 임계값 미만일 경우 상기 산기부를 통해 공기를 유입한 후, 기 설정된 침전 시간 경과 후 상기 배출 밸브를 개방하여 상기 생물학적 반응조로부터 상기 배액이 배출되도록 하고,
    상기 임계값은 상기 배액의 특성이 반영된 상기 제1 EC 센서에 의한 측정값과 질산염 정화 처리 전 상기 생물학적 반응조에 잔류하는 배액의 상기 제2 EC 센서에 의한 측정값에 따라 달리 결정되는 것을 특징으로 하는 수경 재배 배액 처리 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어부는
    교반 후에 측정한 상기 제2 EC 센서에 의한 측정값이 기 설정된 임계값 이상일 경우, 상기 제2 EC 센서에 의한 측정값에 기초하여 상기 탄소원의 추가 공급량을 산출하여, 상기 탄소원 공급부로부터 상기 산출된 추가 공급량이 상기 생물학적 반응조에 공급되어 추가 정화 처리하도록 하는 것을 특징으로 하는 수경 재배 배액 처리 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 배액의 특성은 상기 임계값 결정에 영향을 미치는 작물의 종류 및 계절에 따라 달리 설정되는 것을 특징으로 하는 수경 재배 배액 처리 시스템.
  4. 수경 재배의 배액 처리 시스템의 제어방법에 있어서,
    유량 조정조에 배액이 공급되는 단계;
    제1 EC 센서에 의해 상기 유량 조정조의 상기 배액의 전기전도도를 측정하는 단계;
    상기 유량 조정조의 상기 배액을 생물학적 반응조로 이송하는 단계;
    상기 제1 EC 센서에 의한 측정값과 상기 배액의 질산염 농도 사이의 상관관계에 기초하여 상기 배액의 질산염 농도를 추정하고, 상기 유량 조정조로부터 이송되는 상기 배액의 양과 추정된 질산염 농도에 기초하여 탈질 반응에 필요한 탄소원의 공급량을 산출하여 상기 생물학적 반응조에 공급하는 단계;
    상기 배액이 이송되면 기 설정된 시간 동안 상기 생물학적 반응조의 교반기가 작동하는 단계;
    제2 EC 센서에 의해 상기 생물학적 반응조의 내부의 전기전도도가 측정되는 단계;
    상기 제2 EC 센서에 의한 측정값이 기 설정된 임계값 미만일 경우, 상기 생물학적 반응조에 공기를 유입하는 단계; 및
    기 설정된 침전 시간 경과 후 상기 생물학적 반응조로부터 상기 배액을 배출하는 단계를 포함하고,
    상기 임계값은 상기 배액의 특성이 반영된 상기 제1 EC 센서에 의한 측정값과 질산염 정화 처리 전 상기 생물학적 반응조에 잔류하는 배액의 상기 제2 EC 센서에 의한 측정값에 따라 달리 결정되는 것을 특징으로 하는 수경 재배 배액 처리 시스템의 제어방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2 EC 센서에 의한 측정값이 기 설정된 임계값 이상일 경우, 상기 제2 EC 센서에 의한 측정값에 기초하여 상기 탄소원의 추가 공급량을 산출하여 상기 생물학적 반응조에 공급하여 추가 정화 처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수경 재배 배액 처리 시스템의 제어방법.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 배액의 특성은 상기 임계값 결정에 영향을 미치는 작물의 종류 및 계절에 따라 달리 설정되는 것을 특징으로 하는 수경 재배 배액 처리 시스템의 제어방법.
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