일반기술

고형배지 경작에서의 잉여 배양액 처리장치 및 방법

본 기술은 고형배지에서 채소와 같은 작물을 재배할 때 사용 후 배출되는 잉여배양액의 처리장치 및 그 방법에 관한 것이다. 농지의 부족과 농지가격상승 및 농지와 하천의 오염에 효율적으로 대처하고 채소와 같은 농작물의 청정재배를 위하여 배양액을 공급하여 농작물을 재배하는 고형배지 재배방법이 널리 보급되고 있다. 이 때 공급되는 배양액의 10~30%나 되는 잉여배양액을 어떻게 효율적으로 처리하느냐 하는 문제가 대두되었다. 잉여배양액을 그대로 재활용하는 경우에는 재배농작물의 뿌리부분이 감염, 병해를 입게되어 품질이 떨어지는 문제가 발생하므로, 반드시 살균처리해야 한다. 또 그대로 버리는 경우에는 토양 및 수질을 오염시켜 환경문제를 야기시킨다. 이 중 바람직한 것은 배양액을 그대로 버리는 것보다는 효율적으로 살균처리하여 재사용하는 것이다. 이를 위해 기존에는 자외선램프를 이용하거나 증기에 의한 살균방법이 제안되었다. 그러나 자외선의 경우 처리용량이 크다는 잇점이 있지만 살균효과가 불투명하고 증기의 경우 가열과 냉각기능의 분리로 장치의 크기가 커지고 열효율이 낮아 비용이 많이 소요되는 문제가 있었다. 이에 본 기술에서는 잉여배양액 처리장치를 1. 배양액 집수탱크로부터 펌프에 공급되는 배양액을 일정한 온도까지 가열하여 살균하는 가열부와 2. 가열부로부터 살균처리되어 배출되는 배양액의 열을 이용하여 가열부로 공급되는 살균처리할 배양액을 예열하며 살균처리된 배양액을 냉각시키는 열교환기로 구성하였다. 이에 따르면 장치가 콤팩트하고 가열식에 의한 살균효과가 뛰어나면서도 고온으로 가열된 배양액의 열을 회수하여 냉각시키면서 동시에 그 열을 이용하여 살균처리할 배양액을 예열시킴으로써 에너지 사용효율을 높여 경제적이고 연속적인 잉여배양액 처리가 가능하도록 했다 본 기술에 의한 잉여배양액 처리장치의 작동을 상세히 살펴보면 다음과 같다. 잉여배양액을 배양액 집수탱크로부터 펌프에 의해 가열부에 공급하여 2개의 가열수단(열전도성이 좋은 재질의 케이스로 쌓여진 전기히터)으로 일정한 온도까지 가열하여 살균한다. 가열살균처리된 고온의 배양액을 열교환부로 배출시키는 한편 동시에 살균처리할 잉여배양액을 가열부로 보내기 전에 열교환부를 통과시켜 이 두 배양액 간의 온도차를 이용하여 살균처리할 잉여 배양액을 예열시키고 살균처리된 배양액은 냉각시킨다. 가열부의 하우징에는 온도센서가 부착되어 배양액의 온도를 측정하여 제어부의 컨트롤러로 신호를 보낸다. 제어부의 컨트롤러에는 미리 배양액 살균을 위한 온도와 가열시간 등에 대한 조건이 설정되어 있어 배양액의 온도가 설정된 온도에 이르게 되면 그 상태로 일정시간을 유지시켜 배양액을 완전히 살균되도록 한다. 이를 위해 하우징 내부 온도에 따라 히터를 전부 또는 부분적으로 작동하게 한다. 이어서 설정된 온도조건을 충족하고 가열시간이 경과하면, 제어부에서 배양액이 충분히 살균처리되었다고 판단하고, 펌프를 다시 작동시켜 새로이 살균처리할 배양액을 공급하여 살균처리된 배양액을 배출구를 통하여 열교환부로 배출되도록 한다. 또 열교환부는 4개의 모서리 부분에 통로용 구멍을 만들고 열전도성이 뛰어난 여러 개의 열전도판을 띄엄띄엄 배열하고 그 사이에 시일용 패킹재를 번갈아 배치하여 만든다. 열전도판과 패킹재 사이에 형성되는 공간들은 살균처리된 배양액 통로와 살균할 배양액 통로로 사용되고 고온의 살균처리된 배양액으로부터 빼앗은 열은 열전도판을 통하여 살균처리할 저온의 배양액을 예열시키게 된다. 이 때 열을 빼앗긴 살균처리도니 배양액은 냉각되어 저장탱크에 저장된 다음, 고형배지에서의 농작물 재배에 사용된다. 열교환부에서 일어나는 가열살균처리된 배양액과 잉여배양액 사이의 열교환은, 배양액을 가열살균처리하기 전에 예열시킴으로써 가열부에서 보다 적을 에너지로 설정온도까지 신속히 가열할 수 있으며, 살균처리되어 배출되는 배양액은 별도의 냉각수단을 사용하지 않고도 신속히 냉각되므로 에너지 절감효과가 있다. 또한 가열부에 마련된 온도센서가 보내온 신호에 따라 가열부에서의 가열온도, 살균처리할 배양액 공급을 위한 펌프작동을 미리 프로그램된 바에 따라 제어함으로써 연속적으로 잉여 배양액을 살균처리할수 있는 장점이 있다