Development of Fertilizer-Dissolving Apparatus Using Air Pressure for Nutrient Solution Preparation and Dissolving Characteristics

We have conducted three experiments to develop a fertilizer-dissolving apparatus used in fertigation or hydroponics cultivation in order to decrease the fertilizer dissolving time and labor input via automation. All of the experiments were conducted twice. In the first experiment, four selected treatments were tested to dissolve fertilizers rapidly. The first treatment was to dissolve fertilizer by spraying water with a submerged water pump, placed in the nutrient solution tank. The water was sprayed onto fertilizer, which is dissolved and filtered through the hemp cloth mounted on the upper part of the nutrient solution tank (Spray). The second treatment was to install a propeller on the bottom of the nutrient solution tank (Propeller). The third treatment was to produce a water stream with a submerged water pump, located at the bottom of the tank (Submerged). Finally, the fourth treatment was to produce an air stream through air pipes with an air compressor located at the bottom of the tank (Airflow). The Spray treatment was found to take the shortest time to dissolve fertilizer, yet it was inconvenient to implement and manage after installation. The Airflow treatment was thought to be the best method in terms of the time to dissolve, labor input, and automation. In the second experiment, Airflow treatment was investigated in more detail. In order to determine the optimal number of air pipe arms and their specification, different versions of 6- and 8-arm air pipe systems were evaluated. The apparatus with 6 arms (Arm-6) that was made of light density polyethylene was determined to be the best system, evaluated on its time to dissolve fertilizer, easiness to use regardless of the lid size of the tank, and easiness to produce and install. In the third experiment, the Submerged and Arm-6 treatments were compared for their dissolving time and economics. Arm-6 treatment decreased the dissolving time by 8 times and proved to be very economic. In addition, dissolving characteristics were investigated for $KNO_3$, $Ca(NO_3)_2{\cdot}4H_2O$, and Fe-EDTA.

공기를 이용한 양액 제조용 비료용해 장치 개발 및 용해특성

관비재배 및 수경재배시 비료를 녹일 때 소요되는 시간과 노동력을 절감하고, 작업의 안전성 확보와 자동화를 가능하게 할 수 있는 장치의 개발을 위해 본 실험을 실시하였다. 실험은 세 종류로 수행되었다. 먼저, 효과적인 비료용해 방법을 구명하기 위해 수중펌프를 양액 통 속에 두고 양액 통의 입구에 삼베포를 깐 거름망을 설치하여 물을 스프레이하여 비료를 녹이는 방법(Spray), 수중프로펠러를 이용하는 방법(Propeller), 수중펌프를 양액 통 속에 넣어 물의 흐름을 만들어 주는 방법(Submerged), 에어컴프레서를 이용하여 양액 통 속에 공기흐름을 만들어 비료를 용해하는 방법(Airflow) 등 4개의 처리를 두고 실험하였다. Spray 처리에서 가장 시간이 짧게 소요되는 것으로 조사되었으나 농가가 실제로 적용하는데 어려움이 있어서, Spray 처리 다음으로 비료를 녹이는 시간이 짧고, 노동력을 절감할 수 있으며 양액제조 과정을 자동화 하는 것이 용이할 것으로 사료되는 Airflow 처리를 선택하였다. 두 번째 실험에서는 Airflow 처리에서 사용한 재질과 분지관수를 개선한 6지관 및 8지관 장치를 제작하여 비교 실험했는데, 6지관 장치가 비료용해시간이 짧고, 양액탱크의 입구 크기에 관계없이 사용이 가능하며, 제작이 용이하여 가장 효과적인 장치로 판단되었다. 세 번째 실험에서는 개발된 6지관 장치를 이용하여 비료를 용해하는데 소요되는 시간을 조사하여 경제성을 분석하였는데, 농가에서 수중펌프를 이용하여 비료를 용해하는 방법보다 시간은 1/8배 절약할 수 있으며 경제성이 큰 것으로 나타났다. 아울러 $KNO_3$, $Ca(NO_3)_2{\cdot}4H_2O$, Fe-EDTA 등의 용해특성을 조사했다.