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ISSN : 1598-5504(Print)
ISSN : 2383-8272(Online)
Journal of Agriculture & Life Science Vol.49 No.4 pp.57-64
DOI : https://doi.org/10.14397/jals.2015.49.4.57

The effect of liquid manure circulation system on the odor reduction of swine farm

Ha DuckMin,Kim DooHwan*
Department of Animal Resources Technology, Gyeongnam National University of Science and Technology, Jinju, 52725, Korea
*Corresponding author: Kim DooHwan Tel: +82-55-751-3284 E-mail: dhkim@gntech.ac.kr
March 31, 2015 August 3, 2015 August 4, 2015

Abstract

The purpose of this study was to evaluate the effect of odor reduction of swine farm applied the liquid manure circulation system(LMCS). Air in the swine facility and the liquid manure in each step of LMCS were sampled and detected swine farms applied the LMCS and the ordinary swine farm to compare the odorous compounds. The slurry characteristics in the finisher pig building applied LMCS were improved the fermentation process compare the not applied LMCS ordinary swine farm. The LMCS clearly affected the odor reduction of swine farm and improved the air quality in the swine facility. On-site complex odors assessment by the method of 6 step direct sensory evaluation at inside, exhaust and border line of swine facility were clearly lowed. Also ammonia, hydrogen sulfide and carbon dioxide concentration in the swine facility applied LMCS were improved.


액비순환시스템의 양돈장 악취저감 효과

하덕민,김두환*
경남과학기술대학교

초록

악취저감과 분뇨의 액비화 및 돈사 환경개선을 위한 액비순환시스템을 적용한 양돈장의 악취저감 효 과를 평가하기 위하여 액비순환시스템 적용 양돈장과 일반 양돈장에서 슬러리와 액비의 성상과 공기 중 및 액상시료 중 악취물질 농도를 조사하여 비교하였다. 일반농장에 비하여 액비순환시스템 적용 농장의 슬러리 성상이 현저하게 발효가 진행되고 있는 것으로 나타났으며 순환적용 농장 간에는 차이가 없는 것으로 나타났다. 돈사내부와 배출구 및 부지경계선에서의 직접관능법에 의한 악취강도 평가에서는 액 비순환시스템 적용으로 분명한 악취저감 효과가 인정되었으며, 돈사내부 환경개선 효과 또한 분명하게 나타났다. 돈사내부와 배출구 및 부지경계선에서의 공기 중 암모니아와 황화수소 농도는 액비순환시스 템 적용으로 50% 이상의 저감 효과가 나타났으며, 메틸머캅탄과 트리메틸아민 역시 비교적 낮은 수준 으로 조사되었다. 순환단계별 액상시료 중 악취물질 차이는 분명하게 나타나지 않았다.


    Gyeongnam National University of Science and Technology
    2009-0093813

    Ⅰ서론

    삶의 질을 추구하고 쾌적한 주거환경에 대한 요구 와 관심이 주변 및 사회 전반에서 증대되면서 축산 농장에서 발생되는 악취로 인한 민원 또한 연평균 약 15%씩 증가하고 있다. 과거 축산농장과 멀리 떨 어져 있던 주거지가 이제는 도시화, 아파트 단지화 로 축사와 인접하게 되고 축산농장에서 발생되는 악 취문제로 일반인들의 불평과 민원은 날로 증가하고 있는 실정이다. 2005년 악취방지법 시행 이후, 악취 민원은 꾸준히 증가하는 추세이며, 음식점, 하수, 정화조에 대한 민원이 전체의 약 55%를 차지하며 비규제 대상시설 중에서 규모 미만의 악취배출원 민 원은 축산시설이 약 62% 이상을 차지하고 있다 (MOE, 2013).

    축산농장 악취는 바람의 방향과 속도에 따라 피해 를 주는 지역과 범위가 달라지고 불규칙적인 형태로 주민의 불쾌감을 유발하게 되는 특징이 있다. 축산 악취가 문제가 되는 것은 사람들의 주거지역 악취관 리가 악취 배출원을 없애는 방향으로 이루어지고 있 고 악취와 가장 인과 관계가 밀접한 양돈시설은 직 접적인 관리대상이다(Schiffman, 1998). 축산농가는 감소하고 규모는 대형화, 밀집화 되고 있으며, 축사 및 가축분뇨에서 발생되는 악취문제로 일반인들의 불평과 민원이 증가하고 있어 악취관리에 대한 체계 적인 관리를 위하여 축산농장 운영시 발생하는 축사 내외부 악취 저감체계 구축 운영이 시급하다고 보고 있다(MAFRA, 2013).

    양돈장 악취는 돼지가 생활하는 돈사와 돼지가 배 설한 분뇨의 처리과정에서 주로 발생되고 있으며 돈 사에서는 악취가스 농도는 낮지만 가스발생량은 많 고, 포집하기 어려운 특징이 있고 분뇨처리 과정에 서는 반대로 악취가스 농도는 높지만 가스발생량은 적은 특징을 가지고 있다(Ni et al., 2000). 악취의 특성상 하절기를 중심으로 강한 취기가 발생되면서 농장 인근 주민들의 괴로움을 유발하여 이것이 민원 의 형태로 표출되게 된다(Kim et al., 2013; Kim et al., 2014).

    국내 양돈장의 악취저감을 위한 액비순환시스템에 대한 관심이 높아지고 있다. 액비순환시스템은 돈사 에서 배출되는 슬러리를 호기성 액비화 하고 그 액 비를 각 돈사 하부의 슬러리 피트로 되돌려 순환하 는 것을 반복하는 시스템이다. 본 연구는 액비순환 시스템 적용 양돈장과 액비순환시스템 미적용 일반 양돈장의 각 단계별 슬러리 및 액비의 성상을 비교 하고 악취물질 농도 및 돈사 환경상태 변화를 조사 하여 액비순환시스템의 양돈장 악취저감과 환경개선 효과를 분석하기 위하여 수행하였다(Table 1).

    Ⅱ재료 및 방법

    2.1액비순환시스템

    양돈장에 적용되는 액비순환시스템은 돈사 환경개 선, 액비화 처리 및 악취저감 등 다목적으로 활용되 며, Fig. 1과 같이 액비화 처리를 위한 발효과정과 발효액비의 돈사 내외부 순환과정으로 구성된다. 돼 지가 배설한 분뇨가 혼합된 형태인 슬러리를 호기성 액비화 처리 후 그 액비의 일부를 돈사 하부 분뇨 피트로 투입하면 피트 내에 있는 슬러리와 혼합되어 돈사 밖으로 배출되고 유량조절, 폭기처리 및 혐기 처리 등 여러 단계의 액비화 처리과정을 거쳐 액비 저장조에 저장된다. 순환을 위한 순환액비는 따로 저장과정을 거친 후 돈사내 슬러리 피트로 순환되는 과정을 계속 반복하게 된다.

    2.2조사내용 및 조사방법

    2.2.1슬러리 및 액비성상

    액비순환시스템을 적용한 양돈장 3곳과 적용하지 않은 일반 양돈장에서 슬러리 및 순환용 발효액비의 성상을 조사하기 위하여 분뇨발생량이 가장 많은 비 육사 피트내의 슬러리를 채취하여 pH, BOD, COD, SS, T-N, T-P, NH4-N, TOC, TC 및 EC를 가축 분뇨 성분분석 실험법(RDA, 2006)에 준하여 분석하 였다.

    2.2.2악취측정 및 분석

    액비순환시스템의 악취저감 효과 분석을 위하여 공기시료와 액상시료를 채취하여 순환 단계별 및 돈 사 내외부 악취물질 농도를 분석하였다. 양돈장 발 생 악취물질의 확산이 가장 심한 여름인 7월 및 4단 계의 순환과정으로 구분하여 외부에서 순환액비가 유입되어 슬러리와 혼합된 상태인 돈사내부(pit)와 돈사에서 외부 발효조로 배출되는 단계(outlet), 호 기성 액비화 과정의 발효조(fermentor) 및 순환을 위한 순환액비 저장조(storage)에서 공기 및 액상 시료를 채취하여 분석하였다.

    악취 측정은 관능평가와 기기분석을 병행하였으 며, 직접관능법에 의한 악취세기는 Table 1과 같은 기준에 따라 각 측정지점에서 악취를 평가하여 5명 의 평가자 평균을 적용하였으며, 복합악취는 악취 방지법에서 정하고 있는 악취공정시헙법에 따라 공 기희석관능법으로 평가하였다. 각 악취 물질별 돈 사 내외부 공기 시료 채취 및 분석 절차는 악취공 정시험방법(National Institute of Environmental Research, 2007)에 준하여 측정치의 평균값을 적용 하였다.

    Ⅲ결과 및 고찰

    3.1슬러리 및 액비 특성

    액비순환시스템이 적용된 양돈장과 적용되지 않은 일반 양돈장의 여름철 비육사 내 슬러리 성상을 분 석한 결과는 Table 2와 같다.

    액비부숙 진행 상태를 파악하기 위한 전기전도도 (EC)는 일반농장이 월등이 높고 순환적용 농장은 16 이하로 나타나 15를 완숙기준으로 보면 순환시스템 적용에 의한 차이를 분명하게 확인할 수 있으며, pH는 큰 차이는 없지만 순환에 의하여 안정되고 있 음을 나타내고 있다. BOD, COD 및 SS의 비교에서 는 순환적용 농장이 현저하게 낮게 나타나 순환시스 템이 단순한 슬러리의 순환이 아닌 순환과정에서 발 효가 활발하게 진행되고 있다는 것으로 확인할 수 있다(Table 2).

    양돈농가 액비화 처리 우수 사례 조사 결과와도 비슷한 경향을 나타내었다. 또한 T-N, T-P 및 NH4-N 농도를 비교해보면, 이 역시 순환적용 효과 가 명백하게 나타나고 있음을 보여주고 있다. 액비 순환시스템 적용 농장의 TOC 및 TC 또한 현저하게 낮게 나타나 비육돈사 피트내에서 슬러리의 발효가 활발하게 진행되고 있다는 것으로 확인할 수 있다 (Kim et al. 2012).

    액비순환시스템을 적용한 양돈장의 여름철 순환 각 단계별 슬러리 및 액비 성상을 분석한 결과는 Table 3과 같다.

    순환 각 단계별 슬러리 및 액비성상을 비교하기 위한 시료채취 위치는 돈사 피트내, 돈사 배출구, 발효조 및 순환을 위한 저장조로 Table 2에서 나타 났듯이 순환적용 농장과 일반농장과의 슬러리 성상 차이는 뚜렷하지만 순환적용 농장 간 차이는 크지 않았다.

    A, B 및 C 등 순환적용 농장에 따라 하루 순환량 차이가 있긴 하지만 슬러리와 액비가 혼합되어 순환 하는 과정은 비슷하게 진행되는 것으로 보이며, 이 들 3개 순환적용 농장은 안정적인 운전조건을 유지 하고 있는 상태로 판단할 수 있을 것이다(Kang & Hur, 2009).

    3.2악취발생 특성

    액비순환시스템 적용 양돈장과 악취발생 특성을 비교하기 위하여 순환적용 농장과 일반농장의 악취 강도 및 실내공기질을 비교하였으며, 순환적용 농장 의 악취물질 농도를 측정하였다.

    액비순환시스템 적용이 양돈장 악취발생에 미치는 영향을 조사한 결과는 Table 4와 같다. 액비순환시 스템 적용으로 비육돈사 실내 공기질에서도 차이를 나타내었는데, 이산화탄소, 암모니아 및 황화수소 가스 농도 또한 액비순환스시템 적용으로 개선되는 것으로 나타났다.

    직접관능법에 의한 악취강도 비교에서는 순환적 용 않은 일반 양돈장의 돈사내부, 배출구 및 부지 경계선에서 각각 3.3, 3.2 및 2.1의 강도를 나타내 었으나 순환적용 농장은 돈사내부, 배출구 및 부지 경계선에서 각각 2.4~2.2, 2.2~2.1 및 1.3~1.1의 강도를 나타내어 액비순환시스템의 악취저감 효과 를 확인할 수 있었다. 특히 돈사내부와 배출구에서 일반농장은 강한 악취 정도를 나타낸 반면 순환적 용 농장은 약한 정도의 악취강도를 나타내었다. 악 취의 확산특성에 대한 추가 분석이 필요하겠지만, 부지경계선에서의 직접관능에 의한 악취강도 또한 차이가 있는 것으로 조사되었고 돈사내부의 공기질 비교에서도 순환 적용이 환경개선에 효과적임을 나 타내었다(Table 3).

    액비순환시스템 적용 양돈장과 일반 양돈장의 돈 사내부, 배출구 및 부지경계선에서 채취한 공기 중 악취물질 농도를 비교한 결과는 Table 5와 같다.

    돈사내부와 배출구 및 부지경계선에서의 암모니 아와 황화수소 농도는 일반농장을 기준으로 비교하 면 순환적용으로 대략 50% 이상의 뚜렷한 저감 효 과가 있는 것으로 판단된다. 메틸머캅탄과 트리메 틸아민 역시 순환적용으로 돈사내부, 배출구 및 부 지경계선에서 일반농장과 비교하여 낮은 수준으로 조사되었다(Table 3).

    페놀, 인돌 및 스카톨은 돈사내부와 배출구에서는 현저한 차이라고는 할 수 없지만 순환적용으로 감소 하는 경향을 보였으나 부지경계선에서는 순환적용과 관계없이 검출되지 않았다.

    p-Cresol은 악취방지법에서 정하고 있는 22개 규 제물질에 포함되지 않는 물질이지만 양돈장에서는 다량으로 생성되는 것으로 나타났으며 액비순환시스 템 적용으로 저감 효과가 나타나기는 하지만 현저한 저감이라고 하기는 어려울 것으로 판단된다. 또한 인돌류(Phenol, p-Cresol, Indole 및 Skatole)의 축산악취 유발물질로서의 기여도에 대한 보다 정밀 한 조사와 분석이 필요할 것으로 사료된다(Yang et al., 2014)(Table 4).

    Table 6은 액비순환시스템 적용 양돈장 3곳에서 순환 단계별로 채취한 액상시료 중 악취물질 농도를 비교한 것으로 순환 단계는 돈사 내부(Pit), 배출구 (Outlet), 발효조(Fermentor) 및 순환액비 저장조 (Storage)로 나누고 이들 각각의 지점에서 채취한 액상시료를 분석한 결과이다.

    암모니아와 황화수소 농도는 순환적용 농간 간 측 정치 차이는 나타내고 있으나 일정한 경향을 앍을 수 없었다. 순환을 적용하는 세부 운전조건이 농장 에 따라 차이가 있고 급여하는 사료와 돈사 구조 등 의 차이가 반영된 것으로 판단된다.

    메틸머캅탄과 디메틸설파이드는 양돈장 3곳에서 순환 단계에 관계없이 나타나지 않았으나 트리메틸 아민은 일부 단계에서 측정되었다.

    Phenol, Indole 및 Skatole 등 인돌류 농도는 농 장과 순환단계에 따른 일정한 경향을 보이지 않았으 며 농장과 순환단계에 따라 편차가 크게 나타났다. 상대적으로 p-Cresol은 상당히 많은 양이 측정되었 으나 농장이나 순환단계에 따른 일정한 경향은 찾을 수 없었다.

    이상의 결과를 종합하면, 액비순환시스템 적용은 양돈장 악취저감에 분명한 효과가 있는 것으로 판단 되고 돈사내부 환경개선과 악취물질의 양돈장 외부 로의 확산을 방지할 수 있는 기술로 충분한 가치를 가지는 것으로 사료된다(Table 5-6)

    Figure

    JALS-49-57_F1.gif

    Process flow diagram of liquid manure circulation system.

    Table

    Criteria for odor strength.

    Effects of the liquid manure circulation system on the slurry characteristics of finisher pig building in summer.

    *A: Ordinary swine farm,
    B, C, D: Swine farm applied the liquid manure circulation system

    Changes the contents of the liquid manure in each circulation step in the farm applied the liquid manure circulation system in summer.

    Effects of the liquid manure circulation system on odor emission of swine farms.

    *A: Ordinary swine farm
    B, C, D: Swine farm applied the liquid manure circulation system

    Odor emission characteristics of swine farms applied the liquid manure circulation system.

    *A: Ordinary swine farm
    B, C, D: Swine farm applied the liquid manure circulation system
    n.d.: Not detectable
    MM: Methyl mercaptan, DMDS: Dimethyl disulfide, TMA: Trimethyl amine
    Unit : NH3, H2S(ppm), MM, DMDS, TMA, Phenol, p-Cresol, Indole, Skatole(ppb)

    Odor emission characteristics of liquid manure in each circulation step in the farm applied the liquid manure circulation system.

    n.d.: Not detectable
    MM: Methyl mercaptan, DMDS: Dimethyl disulfide, TMA: Trimethyl amine
    Unit: NH3, H2S(ppm), MM, DMDS, TMA, Phenol, p-Cresol, Indole, Skatole(ppb)

    Reference

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