This study was conducted to test the applicability of hydroxy radical reactor system, which applied advanced oxidation processes, to sterilize pathogenic bacteria for nutrient solution recycling in closed hydroponics. Removal efficiency was tested on 25 L of nutrient solution maxed with 10 mL culture solution of bacteria, E. coli, and R. solanacearum in a pilot tank. The testing conditions included various levels of hydroxy radicals resulting from air flow rates of 40, 80, and $120L\;min^{-1}$, and 12 hours processing time. The removal of bacteria, E. coli, and R. solanacearum by hydroxy radical in nutrient solution was significantly increased with an increase in the flow rate of the air from $40L\;min^{-1}$ to $120L\;min^{-1}$. The optimum removal efficiency was achieved at an air flow rate of $120L\;min^{-1}$ for 2 hours treatment. There were no significant differences in removal efficiency among bacteria, E. coli, and R. solanacearum for tested level and time of hydroxy radical. These results verified the efficiency of hydroxy radical in removing the pathogenic bacteria and the applicability of hydroxy radical reactor system in the field.
Hyung Jin Kim;Young Hoi Woo;Wan Soon Kim;Sam Jeung Cho;Yooun Il Nam
생물환경조절학회지
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제10권3호
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pp.133-140
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2001
순환식 펄라이트재배에서 배액 재사용을 위한 양분흡수 모델링을 작성하고자 양액 농도(1.5, 1.8, 2.1, 2.4, 2.7 dS./m-1)를 달리하여 수행하였다. 생육 중기까지 전기전도도(EC) 수준에 따른 양액흡수량은 차이가 없었지만 중기 이후 EC가 높을수록 흡수량이 감소되는 경향을 보였다. N $O_{3-}$ N, P 및 K의 흡수량은 생육기간 동안 처리간 차이을 유지하였는데 N과 K는 생육 중기 이후 일정 수준을 유지하였으나 P는 생육기간동안 다소 증가되는 경향을 보였다. S의 흡수량은 생육 중기 이후 모든 처리에서 급격한 감소를 보였으며 생육 후기에는 처리간에 차이가 없었다. 오이의 무기이온 흡수율에서와 같이 흡수량에서도 EC간 차이를 보여 EC를 무기이온 흡수량을 추정하는 요소로 이용할 수 있을 것으로 생각되었다. 무기이온 흡수량은 모든 EC 처리간에 생육 초기에는 차이를 보이지 않았으나 생육중기 이후에는 뚜렷한 차이를 보인 후 생육 후기의 높은 농도에서 그 차이가 다소 감소되는 경향을 보였다. EC와 양액흡수량을 이용하여 무기이온별 흡수량을 예측하는 모델식을 작성하였으며 이를 이용한 실측치와의 비교는 신뢰구간 1%내에서 높은 정의상관을 보여 실제적인 적용이 가능할 것으로 생각되었다.
본 연구는 정량펌프를 이용한 정확한 증산량 추정 시스템의 구축 및 측정된 증산량과 환경요인과의 관계를 분석하는 데 있다. 정량펌프에 의한 양액공급 및 증산량 추정 시스템은 매우 안정적인 특성을 나타냈으며, 증산량 추정을 위하여 재배 시스템에 설치한 정량펌프의 공급시간과 투입량과의 관계는 직선관계를 나타냈다. NFT 및 고형배지 시스템에서의 적산일사량과 증산량을 실측한 결과 증산량은 일사량에 직접적인 영향을 받고 있었으며, NFT는 상관계수 0.98. 고형배지는 상관계수 0.92의 높은 상관관계를 나타내었다. 따라서 정량펌프에 의한 증산량 추정은 양액급액 제어에 효율적인 방법이며, 이러한 방법을 사용하여 적산일사량에 의한 관수량 조절 및 비료투입량의 결정에 적용이 가능하다. 따라서, 측정된 적산일사량에 의하여 증산량 추정이 가능하기 때문에, 정량펌프에 의하여 필요 관수량을 정확한 공급할 수 있다.
양액재배시 적합한 배지와 배양액농도를 선발하고자 본 실험을 수행하였으며, 공시작물은 백리향(Thymus vulgaris L.)으로 하였다. 배양액의 농도는 European Vegetable R&D Center에서 개발한 herb 배양액(EC=2.4)을 0.5, 1, 2, 3배로 조제하여 사용하였다. 배지는 고형배지로 펄라이트 단용, 코코피트 단용 그리고 펄라이트와 코코피트 혼용(50:50 v/v)을 사용하였고, 비고형배지로는 DFT를 사용하여 총 4처리로 하였다. 생육은 다른 배지 처리구보다 담액수경에서 가장 좋았다. 펄라이트와 담액수경에서는 배양액농도가 높을수록 생육이 감소하였으나 코코피트는 1배, 혼용 배지는 2배 처리구에서 가장 높은 생체중을 보였다. 엽록소와 비타민 C의 함량 또한 다른 배지 처리구보다 담액수경에서 더 높은 함량을 보였다. 배지의 종류에 따른 무기물 함량은 NO$_{3}$-N과 Mg를 제외하고 모두 코코피트에서 가장 높은 함량을 나타내었다. NO$_{3}$-N의 함량은 담액 수경에서 1000 ppm 내외의 낮은 함량을 보였다. 따라서 본 실험의 결과, 백리향의 생육은 DFT를 사용하여 herb배양액 0.5배(EC =1.2mS/cm)농도로 재배한 처리구에서 가장 좋은 생육을 보였다.
본 실험은 대량생산을 위한 포트 재배시 바실의 생육과 정유함량을 향상시킬 수 있는 최적의 배지와 적정 배양액의 농도를 선발하고자 실시하였다. 배양액농도에 따른 생육은 1, 2배에서 양호하였으며, 3배의 경우 생육이 억제 되었다. 생육이 좋은 양액농도는 펄라이트의 경우 2배, 피트모스. 코코피트 단용배지는 0.5배, 혼용배지의 경우 1배였다. 배지별로는 코코피트를 사용한 경우가 생육이 좋았으며, 펄라이트의 경우도 양호하였으나, 피트모스의 경우 생육이 저조하였다. 내적인 품질은 동일한 경향을 보이지 않았으나, 정유함량의 경우 코코피트와 펄라이트(1:1 v:v)를 혼용한 처리구에서 높은 수치를 보였다. 따라서, 바실 포트 재배의 경우, 코코피트와 펄라이트 1:1(v:v) 혼용배지에 벨기에의 유럽채소연구회에서 개발한 허브 배양액 1배($EC=2.4dS{\cdot}m^{-1}$)를 처리한 것이 외관생육과 정유함량의 두 요소를 고려해 볼 때 가장 적합하였다.
최근 시설 재배지에서는 사용된 배양액을 그냥 방출하고 있어서 지표수의 부영양화와 지하수의 오염을 유발시키는 것으로 알려져 있으며, 이와 같은 폐양액 처리 기술이 요구된다. 따라서 본 연구는 국내토양에서 분리된 광합성 독립영양 세균인 cyanobactria 중 우수한 균주를 선발하고 이의 생장에 필요한 다량의 N, P와 미량 필수원소 등 각종영양 물질이 충분히 함유된 폐양액을 이용하여 광합성 세균을 대량배양 하고자 하였다. 4종 (Anabaena HA101, HA701과 Nostoc HN601, HN701)의 미세조류 중 BG-II ($NO_3{^-}$) 액체배지에서 생장과 양분흡수능이 우수한 균체는 Nostoc HN601이었고, 이 균체는 질소 고정능 뿐만 아니라 균체 내 양분 보유능이 우수하여 본 실험을 위하여 최종 선발하였다. 선발된 Nostoc HN601의 최적 배양 조건는 통기처리 시 배양액 부피의 1/2수준의 조건과 초기 폐양액의 pH를 8.0으로만 조절 해주는 non-buffering 시스템이 효과적이었다. 최적 배양 조건하에서 Nostoc HN601을 15 L의 광배양기에 토마토를 수경 재배한 10 L의 폐양액을 이용하여 배양한 결과 균체의 생장은 $16mg\;Chl-a\;L^{-1}$로 실험실조건에서 배양된 균체 ($8.3mg\;Chl-a\;L^{-1}$)보다 약 2배정도 빠르게 증가되었으며, 폐양액 내 인산도 1주일 이내에 100% 제거시킴으로서 인산 제거효율이 매우 우수하였다. 또한 선발된 Nostoc HN601의 질소 고정능은 $22.4nmol\;C_2H_4\;mg^{-1}\;Chl-a\;h^{-1}$로 매우 우수하였고, 균체 내 총 인산과 총 질소함량은 각각 19.1 mg P와 63.3 mg N으로 높게 나타났다. 이러한 결과로 광반응기에서 폐양액을 이용한 cyanobacteria의 대량배양은 부영양화와 지하수 오염을 일으키는 폐양액 내 인산제거에 큰 효과가 있고. 배양된 균체는 높은 질소와 인산을 함유하고 있어서 생물비료로도 이용할 수 있을 것으로 기대된다.
본 실험은 초화류인 코레우스의 삽목시 삽수의 발근율을 높이기 위하여 배양액과 NAA 및 IBA처리 효과를 조사하였다. 모래삽목보다는 배양액을 이용한 것이 발근소요일이나 생육면에서 월등히 효과적이었다. 특히 배양액 농도는 일본 원시표준액보다는 표준액의 1/4 배양액 농도에서 재배한 것이 가장 발근이 빨리 되었으므로 삽목초기에는 낮은 양액농도가 경제적일 것으로 보인다. 생장조절제의 농도별로는 NAA나 IBA 0.01mg/$\ell$처리가 효과적이었으며 IBA처리보다는 NAA처리시의 발근소요일이 더 짧았다. 또한 NAA 및 IBA을 처리한 수돗물을 사웅하여 삽수의 발근을 유도할 경우 NAA와 IBA를 삽수에 침지처리한 후 수돗물에 재배하는 것보다 발근에 효과적이었으며, 무엽지삽보다는 유엽지삽이 효과적이었다. 또한 배양액이나 생장조절제를 단용처리한 것보다 배양액과 생장조절물질의 혼용처리가 발근소요일이 단축되었고 생육상태가 양호하였다.
펄라이트자루를 사용한 수경재배에서 급액관리방식의 일종인 배액전극제어법에 필요한 배액 이동매개체를 선발하기 위해서 시판되고 있는 친수성 매트 중에서 극세사, 융, 면 등의 배양액 흡수속도를 분석했다. 또한, 선택된 매트가 배액전극제어법을 적용하였을 때에도 높은 흡수속도를 갖는지 알아보기 위해 연구를 수행하였다. 실험결과 면이 가장 수분보유력이 뛰어났으며, 배액전극제어법을 적용했을 때에도 가장 적합한 것으로 나타났다.
환경 보전에 대한 필요성이 대두되면서 비순환식 양액재배 시스템이 순환식 양액재배 시스템으로 전환됨에 따라 순환식 양액재배 시스템에 적합한 배양액의 개발이 시급히 요구되고 있다. 따라서, 순환식 고형배지경에 적합한 배양액을 개발하기 위하여 본 실험을 수행하였으며 그 결과는 다음과 같다. 1. 오이 순환식 고형배지경에 적합한 배양액 조성 및 농도를 알아보기 위하여 일본 야채 시험장 표준액을 1/2 배액, 1 배액 및 3/2 배액으로 조제하여 오이를 재배한 결과, 오이의 초장은 배양액농도를 높임에 따라 짧아졌으며 엽장, 엽폭 및 처리 농도간에 차이가 없었고 상품과수와 상품수량은 1 배액에서 가장 많았다. 양수분흡수율(n/w)에 따라 개발된 오이 순환식 고형배지경에 적합한 배양액 조성(SCU 배양액)은 영양 생장기 동안 N 11.4, P 3.3, K 6.0, Ca 4.5 및 Mg 3.5 me.$\ell$$^{-1}$, 생식 생장기 동안 N 10.4, P 3.3, K 5.0, Ca 4.5 및 Mg 3.5 me.$\ell$$^{-1}$이었다. 2. 순환식 배양액으로 개발된 SCU 배양액의 적합성을 검정하기 위하여 산기 배양액, PTG 배양액 및 SCU 배양액에서 오이를 재배한 결과, 근권내 EC와 pH는 모든 배양액에서 생육기간 동안 안정적이었다. 배양액 내의 다량원소를 측정한 결과, 산기 1 배액, PTG 1 배액, SCU 1/2 배액, SCU 1 배액 및 SCU 3/2 배액 모두 오이의 생육이 진전됨에 따라 배양액내 N, P 및 K 농도는 감소하였으며 Ca 농도는 완만하게 상승하였다. Mg는 뚜렷한 경향을 보이지 않았다. 오이의 광합성속도는 SCU 1 배액, SCU 3/2 배액 및 산기 1 배액에서 높았다. 생육은 SCU 1/2 배액에서 가장 낮았고 SCU 1 배액과 SCU 3/2 배액, 산기 1 배액 및 PTG 1 배액에서는 처리간에 차이를 보이지 않았다. 엽내 N, P, K 및 Mg 함량은 SCU 1 배액, 산기 1 배액 및 PTG 1 배액에서 적정 수준을 나타냈고 엽내 Ca 함량은 PTG 1 배액에서 낮았다. 총수량은 SCU 1 배액에서 가장 높았고 다음으로 산기 1 배액에서 높았다. 따라서 본 실험에서 개발된 배양액(SCU 배양액)은 오이 순환식 고형배지경에 적합한 배양액이라 할 수 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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