KR20060132224A - 고도산화 및 초음파를 이용한 세척기 및 이를 이용한세척방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 소정의 수용 공간을 갖는 세척조를 구비한 세척기에 있어서,
상기 세척조의 측면, 전면, 후면 또는 바닥에 발진장치와 연결된 1개 이상의 초음파 세라믹 진동자가 설치되어 있고,
상기 세척조의 측면, 전면, 후면 또는 바닥에 1개 이상의 자외선 램프가 설치되어 있고,
상기 세척조의 바닥에 수중으로 산소를 공급하여 고도산화를 촉진하는 산분기가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 세척기를 제공한다.
초음파, 고도산화, 농약, 세척, 자외선
Description
도 1은 본 발명에 따른 세척기를 나타내는 투명사시도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10: 디스플레이 20: 전원스위치
30: 선택버튼 40: 작동버튼
50: 초음파 세라믹 진동자 60: 자외선 램프
70: 산분기(에어펌프) 80: 수위센서
90: 덮개 센서 100: 덮개
110: 세척기 본체
본 발명은 고도산화 및 초음파를 이용한 세척기 및 이 세척기를 이용한 세척방법에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명은 과일, 야채 등에 잔류하기 쉬운 난분해성 유기 화합물인 농약을 고도산화와 초음파를 함께 이용하여 제거하는 세척기 및 이를 이용한 세척방법에 관한 것이다.
종래의 초음파 세척기는 발진장치와 연결된 초음파 진동자를 수조의 측면 또는 바닥에 부착하여 수조 내의 피세척물들을 초음파 진동자의 진동에 의하여 발생되는 캐비테이션(caviatation)으로 세척하였다. 그러나, 종래의 초음파 세척기는 캐비테이션에 의한 미세기포의 진동과 파괴, 즉, 물리적인 방법만을 이용하여 살균, 세척을 하였기 때문에 과일이나 야채의 표면에 도포되거나 침지되어 고착된 농약, 즉, 유기염소계, 유기인계, 카바메이트계 등의 난분해성 유기화합물의 제거에는 효과가 미비하였다. 또한, 종래의 초음파 세척기의 경우 설사 물리적인 세척에 의하여 과일이나 야채로부터 농약이 떨어져 나갔다 하더라도 세척기의 작동을 멈추면 다시 피세척물에 재흡착되거나 수조 내에 잔존하여 2차 오염을 일으킬 가능성을 지니고 있었다. 더욱이, 종래의 초음파 세척기는 초음파에만 의존하여 세척을 하였기 때문에 상대적으로 높은 출력을 사용하였고, 따라서 진동과 소음이 컸다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래 초음파 세척기의 문제점을 해소하여 세척조 내에서 과일과 야채 등의 피세척물을 세척, 살균하는 것과 동시에 잔류농약과 같은 난분해성 유기화합물을 제거하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은
소정의 수용 공간을 갖는 세척조를 구비한 세척기에 있어서,
상기 세척조의 측면, 전면, 후면 또는 바닥에 발진장치와 연결된 1개 이상의 초음파 세라믹 진동자가 설치되어 있고,
상기 세척조의 측면, 전면, 후면 또는 바닥에 1개 이상의 자외선 램프가 설치되어 있고,
상기 세척조의 바닥에 수중으로 산소를 공급하여 고도산화를 촉진하는 산분기(에어펌프)가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 세척기를 제공하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 이용되는 고도산화방법 및 원리는 다음과 같다.
고도산화방법은 기존의 산화방법의 한계를 극복하기 위하여 자외선과 산화제를 이용하여 일반산화제보다 더욱 강한 산화력을 가진 반응성 OH 라디칼을 생성하여 대상물질을 산화시키는 방법이다. 고도산화방법의 예로는 1) 광에너지를 흡수하도록 하여 유기물을 들뜬 상태로 전환한 후 산소와 반응하여 라디칼 이온 등의 생성경로를 통하여 제거하는 UV 산화방법, 2) 과산화수소에 자외선을 조사하여 생성되는 OH 라디칼을 이용하여 유기물 성분을 제거하는 UV/H2O2 산화방법, 3) 자외선 에너지에 의한 흡수성이 높은 오존(O3)을 이용하여 광분해를 촉진시킴으로써 유기물을 효과적으로 처리하는 O3/UV 방법, 4) 반도체의 성질을 지닌 광촉매 TiO2 등을 사용하는 방법으로, 자외선을 조사하여 광촉매가 활성화되면 전자가 방출되어 수중의 용존산소 또는 추가로 투입된 과산화수소와 반응, OH 라디칼을 형성하여 유기물을 분해시키는 TiO2/UV 방법, 5) 과산화수소와 Fe2+이온을 혼합하여 강한 산화력을 지니는 OH 라디칼을 이용하여 유기물을 산화시키는 펜톤(fenton)산화법이 있다.
고도산화방법을 이용하면 높은 산화력을 가진 반응성 OH 라디칼을 생성하여 농약성분인 난분해성 유기물을 산화시킬 수 있다. 세척물의 표면에 잔류하는 잔류농약, 즉, 난분해성 유기물은 세척조 내의 자외선 램프로부터 광에너지를 흡수하여 들뜬 상태로 전환되고, 산분기(에어펌프)에 의하여 물 속으로 공급되는 산소와 반응하여 라디칼 이온의 생성경로를 통하여 제거된다.
한편, 초음파에 의한 세척은 다음과 같은 원리에 의하여 수행된다. 세척조내에 초음파를 발생시키면 초음파에 의하여 미세기포가 생성, 소멸되는 캐비테이션 현상이 발생한다. 캐비테이션 현상은 초음파가 용액 중으로 전파될 때 초음파의 큰 압력변화에 의하여 미세기포가 생성되고 소멸되는 현상이다. 이 캐비테이션은 높은 압력과 온도를 수반하여 화학적, 열적 작용을 일으킨다. 즉, 수백분의 1초에서 수천분의 1초단위의 짧은 시간 동안 높은 압력과 높은 온도가 발생된다. 이로 인하여 미세기포가 폭발하여 제거하고자 하는 피세척물질(오염물질)사이에 틈을 만들고, 이 틈으로 미세기포들이 침투하여 폭발함으로써 오염물질이나, 이물질을 탈착한다. 또한, 미세기포 파괴시 발생하는 순간고열은 살균작용을 하여 세균을 사멸시킨다.
본 발명의 세척기는 이와같은 고도산화방법과 초음파 세척방법이 결합된 신규의 세척기이다. 즉, 본 발명의 세척기는 고도산화방법과 초음파를 함께 이용한 하이브리드 방식을 채용하여 세척조 내에서 고도산화방식에 의한 잔류농약 등의 난분해성 유기물의 산화분해와 함께 초음파에 의한 과일, 야채의 살균 및 물리적인 세척을 동시에 수행한다. 초음파에 의하여 화학작용이 촉진되어 고도산화가 더욱 활성화되고, 산분기를 통하여 수조에 공급되는 공기방울은 초음파에 의한 진동에 의하여 공기방울 세척효과를 나타내는 것으로 보여진다. 그러므로, 고도산화방법과 초음파는 상호 상승작용을 나타내어 농약등의 피세척물을 효과적으로 세척할 수 있다.
이하 본 발명에 따른 세척기를 첨부한 도 1을 참고하여 상세하게 설명한다. 도 1은 본 발명에 따른 세척기를 나타낸다.
도시한 바와 같이 본 발명에 따른 세척기에는 발진장치와 연결된 1개 이상의 초음파 세라믹 진동자(50)가 설치되어 있다.
이 진동자(50)는 압전 세라믹으로 되어 있는 진동자로서, 세척조의 측면, 전면, 후면 또는 바닥에 설치될 수 있으며, 1개, 2개 또는 그 이상 설치될 수 있다. 진동자(50)가 많을수록 세척에는 유리하지만, 소음이나, 진동, 세척효과를 고려하여 진동자(50)의 수를 선택할 수 있다. 2개 이상을 설치하는 것이 바람직하다. 진동자(50)는 초음파 진동의 영향이 미치지 않는 영역이 없도록 배치하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 좌측면에 한 개, 우측면의 엇갈리는 위치에 한 개, 바닥면에 한 개를 배치하여 초음파 진동이 고루 미치게 할 수 있다. 그러나, 초음파 진동이 고루 미치게 할 수 있다면 어떠한 배치에도 구애받지 않는다. 초음파 진동은 10분 이상, 바람직하게는 20분 이상 진행하는 것이 효과적이다.
세척조에는 1개 이상의 자외선 램프(60)가 설치되어 있다. 이 자외선 램프(60)는 세척조의 측면, 전면, 후면 또는 바닥에 설치될 수 있다. 바람직하게는 세척조의 측면에 엇갈리게 설치되어 자외선이 고루 미치게 한다. 자외선 램프는 자외선 램프카바 안에 삽입 방수 처리되어 세척조에 고정할 수 있다. 자외선으로는 UV-A가 주로 사용된다. 상기 자외선 램프는 자유롭게 탈, 장착할 수 있다. 따라서, 자외선 램프가 부분적인 파손된다든지 손상되었을 때에 수조를 전체적으로 교체할 필요가 없을 뿐 아니라 수조 교체에 따른 비용 낭비, 교체 작업의 어려움을 줄일 수 있다.
또한, 상기 세척조의 바닥에는 수중으로 산소를 공급하여 고도산화를 촉진하는 산분기가 설치되어 있다. 산분기를 통하여 1분당 1리터 이상, 또는 1분당 2리터 이상의 공기를 공급한다.
또한, 상기 세척조는 수조의 표면에 이산화티탄(TiO2)으로 코팅처리를 하는 것이 바람직하다. 이산화티탄 코팅처리에 의하여 고도산화를 촉진할 수 있다. 세척물을 담는 바스켓도 이산화티탄 코팅 처리할 수 있다.
또한, 세척조로 사용되는 수조는 ABS 등의 합성수지로 되어 있으며, 금속을 포함할 수 있다.
세척조의 측면, 전면 또는 후면에 물의 높이를 감지할 수 있는 수위 센서(80)가 장착될 수 있다. 바람직하게는 후면에 장착된다.
세척조의 상단, 좌우측면과 하단 등의 4면의 가장자리를 따라 우레탄 재질의 띠를 두를 수 있다. 이로 인하여 진동과 소음을 줄일 수 있다.
세척조는 오존 발생장치를 구비할 수 있다(도면에는 표시하지 않음).
세척조에 사용되는 세척수로는 중성수, 산성수, 알칼리수를 모두 사용할 수 있으나, 알칼리수를 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 세척기의 일례의 작동과정은 다음과 같다.
<작동>
1. 덮개(100)를 열고 세척조 안에 물을 부어 수위센서(80)가 있는 위치까지 채워넣은 후, 과일이나 야채를 넣는다.
2. 덮개(100)를 닫고 전원스위치(20)를 켠 다음 작동 버튼(40)을 누르면 세척이 시작된다.
3. 세척이 시작되면 세척조에 장착된 초음파 진동자(50)가 작동하여 초음파가 물 속에 전달되어 과일 또는 야채에 대한 물리적 세척과 살균작용을 한다.
4. 바닥면의 U 자형 산분기(70)에서 공기방울이 올라오면서 물 속에 산소를 공급한다. 이 공기방울은 초음파 진동과 함께 공기방울 세척효과를 낸다.
5. 세척조 측벽의 자외선 램프(60)에 전원이 들어오면서 물속에 녹아있는 산소를 활성화시켜 과일이나 야채의 표면에 잔류하는 농약 잔류물(난분해성 유기화합물)과 결합시킨다. 농약잔류물은 인체에 무해한 CO2나 H2O로 산화, 환원된다.
6. 세척조에 물이 부족한 경우에는 수위 센서(80)가 작동하여 동작을 멈춤으로써 초음파 진동자(50)를 보호한다. 동작 중에 덮개(100)를 열었을 경우에도 덮 개 연결 부위의 마그네틱 센서가 작동하여 동작이 멈춘다.
<실시예>
* 잔류농약제거 1차 실험: 실시예 1 내지 4, 비교실시예 1 내지 3
실시예 1 내지 4 및 비교실시예 1 내지 3에서 합성 피레스로이드계 농약으로서, 펜발러레이트(Fenvalerate)를 주성분으로 하는 적시타(동방아그로사 제조)를 농약으로 사용하였다. 증류수 1리터에 적시타 5밀리리터를 넣고 2시간동안 교반한 다음 100배 희석하여 희석액 7리터를 제조하였다. 상기 희석액을 이용하여 다음과 같이 여러가지 상이한 조건에서 세척을 수행하였다.
<실시예 1>
측면에 3개의 진동자가 부착된 세척조에서 자외선과 산분기를 함께 이용하여 세척을 수행하였다. 초음파 진동자는 45kHz를 사용하여 초당 45000번 진동시켰고, 자외선 램프는 1개당 6600마이크로와트의 출력으로 총 4개를 사용하였다(26400마이크로와트). 산분기를 이용하여 분당 1리터의 공기를 주입하였다.
<실시예 2>
내부가 이산화티탄으로 코팅되어 있으며 측면에 3개의 진동자가 부착된 세척조에서 자외선과 산분기를 함께 이용하여 세척을 수행하였다. 초음파 진동자는 45kHz를 사용하여 초당 45000번 진동시켰고, 자외선 램프는 1개당 6600마이크로와트의 출력으로 총 4개를 사용하였다(26400마이크로와트). 산분기를 이용하여 분당 1리터의 공기를 주입하였다.
<실시예 3>
측면에 3개의 진동자가 부착된 세척조에서 자외선과 과산화수소 공급장치를 함께 이용하여 세척을 수행하였다. 초음파 진동자는 45kHz를 사용하여 초당 45000번 진동시켰고, 자외선 램프는 1개당 6600마이크로와트의 출력으로 총 4개를 사용하였다(26400마이크로와트).
<실시예 4>
측면에 3개의 진동자가 부착된 세척조에서 과산화수소 공급장치, 자외선과 산분기를 함께 이용하여 세척을 수행하였다. 초음파 진동자는 45kHz를 사용하여 초당 45000번 진동시켰고, 자외선 램프는 1개당 6600마이크로와트의 출력으로 총 4개를 사용하였다(26400마이크로와트). 산분기를 이용하여 분당 1리터의 공기를 주입하였다.
<비교실시예 1>
측면에 3개의 진동자가 부착된 세척조에서 세척을 수행하였다. 초음파 진동자는 45kHz를 사용하여 초당 45000번 진동시켰다.
<비교실시예 2>
내부가 이산화티탄으로 코팅되어 있으며 측면에 3개의 진동자가 부착된 세척조에서 세척을 수행하였다. 초음파 진동자는 45kHz를 사용하여 초당 45000번 진동시켰다.
<비교실시예 3>
측면에 3개의 진동자가 부착된 세척조에 산분기를 함께 이용하여 세척을 수행하였다. 초음파 진동자는 45kHz를 사용하여 초당 45000번 진동시켰고, 산분기를 이용하여 분당 1리터의 공기를 주입하였다.
실험결과는 하기 표 1과 같다.
<표 1>
| 실험조건 | 시간 | 전체함량 | 감소량 | |
| 실시예1 | 초음파 + 산분기 + 자외선 | 0분 | 18.8 | |
| 10분 | 15.82 | 15.9% | ||
| 20분 | 12.59 | 33.0% | ||
| 실시예2 | 초음파 + 산분기 + 자외선+ TiO2코팅 | 0분 | 16.35 | |
| 10분 | 13.89 | 15.0% | ||
| 20분 | 8.07 | 50.6% | ||
| 실시예3 | 초음파 + 과산화수소 + 자 외선 | 0분 | 23.83 | |
| 10분 | 21.01 | 11.8% | ||
| 20분 | 16.41 | 31.1% | ||
| 실시예4 | 초음파 + 과산화수소 + 산분 기 + 자외선 | 0분 | 9.98 | |
| 10분 | 8.63 | 13.5% | ||
| 20분 | 6.29 | 37.0% | ||
| 비교실시예1 | 초음파 | 0분 | 20.27 | |
| 10분 | 19.2 | 5.3% | ||
| 20분 | 18.92 | 6.7% | ||
| 비교실시예2 | 초음파 + TiO2 코팅 | 0분 | 18.32 | |
| 10분 | 17.06 | 6.9% | ||
| 20분 | 16.74 | 8.6% | ||
| 비교실시예3 | 초음파 + 산분기 | 0분 | 19.32 | |
| 10분 | 18.22 | 5.7% | ||
| 20분 | 17.05 | 11.7% |
상기 표에서 보는 바와 같이, 초음파와 고도산화방법을 결합한 본 발명에 따른 실시예 1 내지 4는 초음파만을 이용하거나 초음파에 광촉매 코팅 또는 산분기 등을 이용한 비교실시예 1 내지 3에 비하여 잔류농약 세척효과가 현저하게 우수한 것으로 나타났다.
* 잔류농약제거 2차 실험: 실시예 5 내지 7, 비교실시예 4 내지 5
실시예 5 내지 7 및 비교실시예 4 내지 5는 딸기, 사과, 상추, 깻잎에 대하여 물로만 세척하였을 경우, 초음파와 산분기만을 이용하였을 경우와, 본원발명에 따른 방법을 사용하였을 경우에 대하여 잔류농약 제거 효과를 실험한 것이다.
실험에 사용된 딸기에는 크레속심-메틸이 주성분인 해비치를 농약으로 사용하였고, 사과에는 펜프로파스린이 주성분인 다니톨과 이소프로티올란이 주성분인 후치왕을 사용하였다. 깻잎에는 테프루벤즈론을 주성분으로 하는 노몰트액상수화제와 클로르피리포스를 주성분으로 하는 더쓰반을 사용하였다. 상추에는 에토프로포스를 주성분으로 하는 모캡을 사용하였다.
이 실험에서는 초음파 진동자를 세척조의 측면에 부착하였으며 초당 45000회로 진동시켰다. 총 3개의 진동자를 세척조에 부착하였다.
자외선 램프는 1개당 6600마이크로와트의 출력으로 총 4개를 사용하였다.
산분기를 이용하는 경우, 분당 1리터의 공기를 주입하였다.
용기는 ABS 재질로 되어 있으며 7리터들이 용량의 용기를 사용하였다.
<실시예 5 - 실시예 7>
실시예 5는 본 발명에 따른 세척기에 세척수로서 중성수를 이용하여 세척효과를 실험한 것이고, 실시예 6은 알칼리수를, 실시예 7은 산성수를 이용하여 실험 한 것이다.
<비교실시예 4 - 비교실시예 5>
비교실시예 4는 세척기를 사용하지 않고 물만을 이용하여 세척하였을 경우의 세척효과를 실험한 것이고, 비교실시예 5는 초음파와 산분기만을 이용한 세척조를 이용하여 세척하였을 경우의 세척효과를 실험한 것이다.
실험결과는 하기 표 2와 같다.
<표 2>
| 대상 | 농약성분 | 잔류허용 기준(ppm) | 원시료 (ppm) | 실시예5 | 실시예6 | 실시예7 | 비교 실시예4 | 비교 실시예5 |
| 세척률 (ppm) | 세척률 (ppm) | 세척률 (ppm) | 세척률 (ppm) | 세척률 (ppm) | ||||
| 딸기 | 크레속심-메칠 | 1.00 | 3.48 | 75% (0.87) | 78% (0.75) | 74% (0.92) | 26% (2.58) | 42% (2.03) |
| 사과 | 펜프로파스린 | 5.00 | 9.26 | 70% (2.78) | 71% (2.65) | 66% (3.14) | 35% (6.02) | 40% (5.58) |
| 이소프로티올란 | 0.05 | 0.11 | 73% (0.03) | 82% (0.02) | 64% (0.04) | 36% (0.07) | 36% (0.07) | |
| 깻잎 | 테프루벤즈론 | 0.20 | 0.60 | 72% (0.17) | 73% (0.16) | 67% (0.20) | 27% (0.44) | 35% (0.39) |
| 클로로피리포스 | 1.00 | 3.55 | 73% (0.97) | 75% (0.87) | 65% (1.24) | 34% (2.35) | 42% (2.07) | |
| 상추 | 에토프로포스 | 0.02 | 0.05 | 60% (0.02) | 60% (0.02) | 20% (0.04) | 20% (0.04) | 40% (0.03) |
상기 표에서 보는 바와 같이, 초음파와 고도산화방법을 결합한 본 발명에 따른 실시예 5 내지 7는 물로만 세척하거나, 초음파와 산분기만을 이용한 비교실시예 4 내지 5에 비하여 잔류농약 세척효과가 현저하게 우수한 것으로 나타났다. 또한, 세척수로서 알칼리수를 사용한 경우가 가장 세척효과가 우수한 것으로 나타났다.
고도산화방법과 초음파를 함께 이용한 본 발명에 따른 세척기를 사용하면 피세척물에 존재하는 이물질과 미세오물을 세척, 살균하는 외에 잔류 농약 등의 난분해성 유기물을 산화분해할 수 있어, 종래의 초음파 세척기에 비하여 세척효과를 현저하게 향상시킬 수 있다.
Claims (8)
- 소정의 수용 공간을 갖는 세척조를 구비한 세척기에 있어서,상기 세척조의 측면, 전면, 후면 또는 바닥에 발진장치와 연결된 1개 이상의 초음파 세라믹 진동자가 설치되어 있고,상기 세척조의 측면, 전면, 후면 또는 바닥에 1개 이상의 자외선 램프가 설치되어 있고,상기 세척조의 바닥에 수중으로 산소를 공급하여 고도산화를 촉진하는 산분기가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 세척기.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 세척조가 이산화티탄에 의하여 코팅된 것을 특징으로 하는 세척기.
- 제1항에 있어서, 상기 세척조의 측면, 전면 또는 후면에 물의 높이를 감지할 수 있는 수위 센서가 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 세척기.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 세척조가 오존 발생장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 세척기.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 세척조에 사용되는 세척수로 알칼리수를 사용하는 것을 특징으로 하는 세척기.
- 제1항 또는 제2항의 세척기를 이용하여 과일 및 야채를 세척하는 방법.
- 소정의 수용 공간을 갖는 세척조를 구비한 세척기에 있어서,상기 세척조의 측면, 전면, 후면 또는 바닥에 발진장치와 연결된 1개 이상의 초음파 세라믹 진동자가 설치되어 있고,상기 세척조의 측면, 전면, 후면 또는 바닥에 1개 이상의 자외선 램프가 설치되어 있고,상기 세척조에 과산화수소 공급장치가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 세척기.
- 제7항에 있어서, 상기 세척조의 바닥에 수중으로 산소를 공급하여 고도산화를 촉진하는 산분기가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 세척기.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020050052450A KR20060132224A (ko) | 2005-06-17 | 2005-06-17 | 고도산화 및 초음파를 이용한 세척기 및 이를 이용한세척방법 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103656957A (zh) * | 2013-12-13 | 2014-03-26 | 长沙安迪生物科技有限公司 | 一种中药材农药残留降解装置及方法 |
| KR102522479B1 (ko) * | 2022-05-10 | 2023-04-17 | 배성원 | 과일 가공 방법 |
-
2005
- 2005-06-17 KR KR1020050052450A patent/KR20060132224A/ko not_active Application Discontinuation
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