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ISSN : 1598-5504(Print)
ISSN : 2383-8272(Online)
Journal of Agriculture & Life Science Vol.53 No.1 pp.117-126
DOI : https://doi.org/10.14397/jals.2019.53.1.117

Effect of Different Substances on Composting of Poultry Manure

Yong-Cheol Yoon1, Min-Ho Lee2, Waqas qasim2, Yong-Jin Lee2, Won-Joong Kim3, Jong-Goo Lee1, Hyeon-Tae Kim2*
1Department of Agricultural Engineering, College of Agriculture and Life Science, Gyeongsang National University(Institute of Agriculture & Life Science), Jinju, 52828, Korea
2Department of Bio-Industrial Machinery Engineering, College of Agriculture and Life Science, Gyeongsang National University(Institute of Agriculture & Life Science), Jinju, 52828, Korea
3BK Environmental construction Co. Ltd., Hwaseong, 18589, Korea
Corresponding author: Hyeon-Tae Kim Tel: +82-55-772-1896 Fax: +-55-772-1899 E-mail: bioani@gnu.ac.kr
April 23, 2018 July 30, 2018 October 4, 2018

Abstract


This paper presents an experiment to examine the possibility of treating carcass while making compost with a horizontal cylinder composting equipment. The findings were as follows: as for heavy metal content, zinc content was above the allowed level in some measuring sections of the general operation and the entire measuring sections of the carcass operation, whose copper content was higher than the general operation. The wood chip operation was lower than the allowed level in all the heavy metals and similar or the same as the carcass operation in copper, cadmium and arsenic. Its nickel content was 29.5~63.8%, which was relatively higher than 9.3~18.0% and 15.8~18.0% of the general and carcass operation, respectively. Its chrome content was 14.2~31.9%, which was relatively higher than that of the general and carcass operation. The integrated operation was lower than the allowed level in all the heavy metals. Its copper and zinc content was 34.9~54.5% and 53.1~75.9%, which was similar to 48.9~52.6% and 64.6~85.9%, respectively, in the wood chip operation. Its chrome and nickel content was stabilized while their content was rather high in the wood chip operation. The average and final moisture content of the carcass operation was 60.7% and 49.6%, respectively. Its average moisture content was a little bit higher than the recommended level of 55.0%, but its final moisture content was lower than the recommended level. The average and final moisture content of the integrated operation was 29.2% and 18.6%, respectively, which was the lowest level among the four operation modes. The overall moisture content of the operation modes was under the recommended level of 55.0% with some variance among the modes. The C/N ratio was the lowest in the carcass operation and the highest in the general operation. The average C/N ratio of the operation modes was in the range of 13.7~20.3 with the total average of 18.3, and the modes kept it under the proper level of 30.0.



부재료가 돈분뇨 퇴비화에 미치는 영향

윤 용철1, 이 민호2, 와 카스 카심2, 이 용진2, 김 원중3, 이 종구1, 김 현태2*
1경상대학교 농업생명과학대학 지역환경기반공학과(농업생명과학연구원)
2경상대학교 농업생명과학대학 생물산업기계공학과(농업생명과학연구원)
3BK환경종합건설(주)

초록


본 연구는 수평 원통형 퇴비화 장치를 이용하여 퇴비를 생산할 때, 폐사축을 동시에 처리할 수 있 는 가능성 여부를 판단하기 위하여 실험을 진행하였다. 그 결과 중금속의 경우, 아연의 함유량이 일 반 운전의 일부 측정구와 폐사축 운전의 전체 측정구에서 허용함유량 보다 초과하는 것으로 나타났 다. 특히 폐사축 운전의 경우, 구리 함량도 일반 운전에 비해 높게 나타났다. 우드칩 운전의 경우, 모 든 중금속이 허용치보다 낮게 나타났으며, 구리, 카드뮴 및 비소의 경우는 폐사축 운전과 유사하거나 동일 수준으로 나타났다. 단지 니켈의 함유량이 29.5~63.8% 정도로써 일반 및 폐사축 운전에서 각각 9.3~18.0% 및 15.8~18.0% 정도 함유한 것에 비해 상대적으로 높게 나타났다. 그리고 크롬의 경우도 14.2~31.9% 정도로서 일반 및 폐사축 운전에 비해 상대적으로 높게 나타났다. 통합 운전의 경우도 모 든 중금속이 허용치보다 낮게 나타났으며, 구리와 아연의 함유량은 각각 34.9~54.5% 및 53.1~75.9% 정도로서 우드침 운전의 경우인 48.9~52.6% 및 64.6~85.9% 정도와 유사하였다. 그리고 우드칩 운전 에서 다소 높게 나타났던 크롬과 니켈의 함량도 안정화 된 것으로 나타났다. 함수율은 폐사축 운전의 경우, 평균 및 최종치가 60.7% 및 49.6% 정도로서 평균치가 권장치인 55.0% 보다 다소 높게 나타났지 만, 최종 함수율은 권장치인 55.0% 보다 낮게 나타났다. 통합 운전의 경우, 평균 및 최종 함수율이 각 각 29.2% 및 18.6% 정도로서 4개의 운전 중에 상대적으로 가장 낮게 나타났다. 그리고 운전별로 다소 차이는 있지만, 전체적으로 권장치인 55.0% 보다 낮게 나타났다. C/N비의 경우, 폐사축 운전에서 상대 적으로 가장 낮게 나타났고, 일반 운전에서 가장 높게 나타났다. 운전별로 보면, C/N비의 평균치가 13.7~20.3 정도의 범위이고, 전체평균이 18.3 정도로서 전체적으로 적정치인 30.0 이하를 유지하였다.



    Ministry of Agriculture, Food and Rural Affairs
    717001-07-3-SB220

    서론

    우리나라의 경우, 구제역, 조류인플루엔자(AI) 등 의 질병이 발생하면 국내 축산환경 여건상 매몰 이외 의 처리가 현실적으로 어려우므로 대부분 매몰에 의 해 처리되고 있는 실정이다(Kim, 2008). 질병 발생 후, 최대한 신속히 조치하기 위해서 매몰 대상지의 입지 및 환경인자(영양염류, 중금속, 세균 등)에 대한 고려와 사후 관리가 충분히 이루어지지 않기 때문에 매몰에 따른 토양 및 지하수의 오염 등 2차 환경 피 해를 일으키고 있는 실정이다(Kim et al., 2010). 외 국의 경우, 이미 확보하고 있는 기술, 사회적 여건, 환경적 부하 등을 고려하여 살균 처분된 가축 사체를 자국의 환경에 적합한 방법으로 처리를 하고 있으며, 이 중 소각 및 매몰이 가장 일반적으로 행해지고 있 다(USEPA, 2000;USDA et al., 2002). 최근 우리 나라에서 발생된 축산분뇨는 약 4,500만 톤으로 이 중 약 80%가 부산물인 퇴비로 자원화 되어 농경지 로 환원되고 있는 실정이다. 가축분뇨는 비료의 3대 요소인 질소(N), 인(P), 칼륨(K) 등의 영양소와 구리 (Cu), 나트륨(Na), 망간(Mn), 붕소(B), 몰리브덴(Mo) 등의 미량 광물질을 다량으로 함유하고 있다. 가축분 뇨에는 N, P, K 이외에도 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg), 나트륨(Na) 등과 같은 미량원소도 포함하고 있어 비료로서 가치가 높다(Choi, 2008;Oh, 2009). 가축분뇨는 오래 전부터 작물생육에 매우 중요한 양분공급원으로 활용되어 왔으며, N, P, K, Ca, Mg, 아연(Zn), 철(Fe), Cu 및 B 등 다양한 다량원소와 미량원소성분을 토양에 공급하는 기능뿐만 아니라 유기물을 공급하여 토양을 비옥하게 하는 기능을 수 행해 왔다(Nam et al., 2010).

    그리고 축산농가의 경우, 구제역이나 질병 등에 의 하여 대량으로 폐사축이 발생되기도 하지만, 이 외에 도 사육과정에서 여러 가지 원인으로 인하여 종종 소 량의 폐사축이 발생되기도 한다. 국내의 경우, 현재 까지 대량의 폐사축은 대부분 매몰 방식에 의존하여 왔지만, 소량인 경우는 주로 분뇨와 함께 퇴비장에서 처리한다. 이때 폐사축이 산화 및 분해하는 데 대략 7~30일 정도 시간이 소요되는 등 폐사축 처리에 공 간적 및 시간적으로 많은 어려움을 겪고 있다. 이 뿐 만 아니라 악취로 인한 민원발생과 병원성 가축질병 발병 및 확산, 환경오염 등의 우려가 있다.

    이상과 같은 문제점을 해결하기 위하여 정부나 지 자체를 중심으로 비매몰 방식의 폐사축 처리 지원사 업을 수행하고 있고, 기업이나 학계에서도 연구를 수행 중에 있다(Kim, 2006;Lee, 2007;Hong et al., 2011;Kwon & Hwang, 2011;Choe, 2017).

    따라서 본 연구에서는 원통 수평형 퇴비화 장치를 이용하여 퇴비를 생산할 때, 현재 폐사축 처리의 문 제점을 개선하기 위한 기초자료를 제공할 목적으로 실험을 수행하였다.

    재료 및 방법

    Figure 1은 실험장치의 개략적인 형상을 나타낸 것 으로써 직경과 길이가 각각 1,950mm, 12,000mm인 수평 원통형 퇴비화 장치이다. 이 장치에는 중금속, 함수율 및 C/N비를 측정하기 위하여 직경이 150mm 인 측정구를 2,000mm 간격으로 5개를 두었다. Fig. 1 에는 잘 보이지 않지만, 퇴비화 재료들을 용이하게 원통에 투입하기 위하여 실험장치 좌측에 설치된 호 퍼에 우선 돈분, 톱밥, 우드칩 및 폐사축 등의 혼합 재료를 투입하여 스크류 컨베이어로 재료들을 이동 시켜 수평형 원통 1에 투입된다. 이와 같이 투입된 혼합물은 원통 내부의 돌기(운반 기구)에 의해 원통 2, 3 및 4로 이동하면서 퇴비화가 진행된다. 원통 내부의 온도는 60~70℃정도의 범위이고, 퇴비가 완 성되는데 소요되는 기간은 약 13~15일정도이다. 그 리고 각각의 원통은 시간당 한번 회전하도록 설계되 어 있다. Fig. 2는 돈분, 폐사축 및 부재료(수분조절 제 등)의 퇴비화 과정의 흐름도를 나타낸 것이다.

    Table 1은 퇴비의 공극개선과 폐사축 사용 가능성 여부를 판단하기 위하여 퇴비에 혼합되는 부재료의 종류에 따른 실험조건을 나타낸 것이다. 즉, 투입재 료에 따른 실험결과를 비교하기 위하여 돈분과 톱밥 을 이용한 일반적 운전을 기본으로 하였다. 그리고 여기에 폐사축과 우드칩을 각각 투입한 경우(이하 폐사축 및 우드칩 운전이라 함)와 폐사축과 우드칩 을 동시에 투입한 경우(이하 통합 운전이라 함)로 나누어 실험을 진행하였다.

    돈분, 톱밥, 폐사축 및 우드칩의 배합비율은 다음 과 같다. 일반 운전의 경우는 분뇨와 톱밥을 7:3, 폐사축 운전의 경우는 분뇨, 폐사축 및 톱밥을 5:1:4, 우드칩 운전의 경우는 분뇨, 우드칩 및 톱밥 을 7:1:2, 통합 운전의 경우에는 분뇨, 폐사축, 우드 칩 및 톱밥을 각각 5:1:1:3로 하였다. 각각의 재료 에 대한 최초 함수율은 권장 함수율인 60~65%로 조정하여 실험을 진행하였다(Juea et al., 1997;Chang et al., 2002;Hwang, 2009;Oh, 2009).

    1 중금속 분석

    각각의 측정구에서 채취한 혼합물의 중금속은 ICP(Inductively Coupled Plasma) 분석을 실시하 였다. ICP 분석은 유도결합플라즈마분광계(Parkin Elmer Inc., OPITIMA 4300DV, USA)를 이용하였다.

    2 함수율 및 C/N비 분석

    각각의 측정구에서 채취한 혼합물의 함수율은 건 조중량법으로 측정하였고, 시료의 건조는 드라이오 븐을 이용하여 105±5℃에서 24시간동안 진행하였 다. C/N비 측정을 위하여 채취한 모든 샘플은 건조 시킨 후에 분쇄하여 사용하였다. 그리고 분쇄된 샘 플의 C/N비는 대용량 원소 분석기(Leco co., TruMAC, USA)를 이용하여 측정하였다.

    중금속이나 C/N비의 경우, 퇴비화가 진행되어도 중금속 함유량이나 C/N비의 변화에 큰 차이가 없을 것으로 예측된다. 그러나 함수율의 경우, 퇴비화가 진행되면서 낮아지기 때문에 최종 측정구(퇴비 생산 단계)의 값이 퇴비의 함수율이 된다. 그러나 새로 개발한 수평 원통형 퇴비화 장치의 작동 상태나 재 료들의 혼합비율이 적정한지 등을 알아보기 위하여 측정구별로 측정하였다.

    결과 및 고찰

    1 중금속

    이하 각각의 Table 2~5에는 농촌진흥청에서 제시하고 있는 축산분뇨를 이용한 가축분 퇴비에 함유할 수 있는 유해성분의 최대함량도 표기되어 있다(RDA, 2010).

    Table 2는 돈분과 톱밥을 이용한 일반적 운전의 경우, 각각의 측정구별로 채취한 혼합물의 중금속을 분석한 결과를 나타낸 것이다. 이하의 Table에서 괄 호안의 수치는 각각의 측정구에서 얻은 중금속 함량 을 RDA에서 제시한 유해성분의 최대함량으로 나누 어 백분율로 표기한 것이다.

    Table 2에서 알 수 있듯이 아연을 제외한 중금속 의 함유량은 농촌진흥청에서 제시한 최대치보다 상 당히 낮게 나타났고, 측정구에 따른 차이도 그다지 크지 않았다. 아연의 경우에도 농촌진흥청에서 제시 한 최대치에 비해 제 2 측정구만 115.7% 정도로 높 게 나타났지만, 이 이외에는 낮게 나타났다. 그리고 혼합물의 퇴비화가 진행되면서 아연의 수치가 낮아 지는 경향을 보였다. 즉, 최종 측정구에서 가장 낮은 44.8% 정도로서 진흥청에서 제시한 것보다 낮게 나 타났다. 구리도 혼합물의 퇴비화가 진행되면서 함유 량이 낮아지는 경향을 보였다. 특히 납, 크롬, 카드 뮴 및 비소는 10% 이내의 함량인 것으로 나타났다.

    이상의 결과로 미루어 볼 때, 돈분과 톱밥을 이용 하여 생산된 퇴비를 직접 사용하는데 크게 문제되지 않을 것으로 판단된다.

    Table 3은 돈분, 톱밥 및 폐사축을 혼합한 폐사축 운전의 경우, 실험 결과를 나타낸 것이다.

    Table 3에서 알 수 있듯이 아연을 제외한 중금속 의 함유량은 농촌진흥청에서 제시한 최대함량보다 상당히 낮게 나타났다. 그러나 아연의 경우, 농촌진 흥청에서 제시한 최대치에 비해 최소 1.4~최대 1.6 배까지 상당히 높게 나타났고, 측정구에 따른 차이 도 다른 중금속에 비해 상대적으로 크게 나타났다. 일반 운전(Table 2)에서 볼 수 있었던 퇴비화가 진 행되어도 큰 차이가 없었다. 구리의 경우도 함유량 이 47.2~58.7% 정도로서 일반 운전에서 나타난 8.0~29.3% 정도보다 상대적으로 높게 나타났다. 크 롬과 니켈의 함량은 일반 운전과 유사하였고, 카드 뮴과 비소는 전혀 함유되어 있지 않은 것으로 나타 났다. 이 결과로 미루어 볼 때, 폐사축의 투입에 따 라 아연과 구리의 함유량이 높아지기 때문에 폐사축 을 투입하여 퇴비를 생산할 경우, 이 들의 함량을 저감시킬 수 있는 방안을 강구하여야 할 것으로 판 단된다. 즉 다른 종류의 퇴비나 부재료 등과 혼합하 여 사용해야 할 것으로 판단된다.

    Table 4는 돈분, 톱밥 및 우드칩을 혼합한 우드 칩 운전의 경우, 실험 결과를 나타낸 것이다.

    Table 4에서 알 수 있듯이 일반 운전이나 폐사축 운전의 경우에 나타났던 최대함량을 초과하는 중금 속은 없는 것으로 나타났다. 즉, 아연을 포함한 중 금속의 함유량은 농촌진흥청에서 제시한 최대치보다 모두 낮게 나타났다. 그리고 구리, 카드뮴 및 비소 의 경우는 폐사축 운전과 유사하거나 동일 수준으로 나타났다. 단지 니켈의 함유량이 29.5~63.8% 정도 로서 일반 및 폐사축 운전에서 각각 9.3~18.0% 및 15.8~18.0% 정도 함유한 것에 비해 상대적으로 높 게 나타났다. 그리고 크롬의 경우도 14.2~31.9% 정 도로서 일반 및 폐사축 운전에 비해 상대적으로 높 게 나타났지만, 퇴비로써 사용하기에는 크게 문제되 지 않을 것으로 판단된다.

    Table 5는 돈분, 톱밥, 폐사축 및 우드칩을 혼합 한 통합 운전의 경우, 실험 결과를 나타낸 것이다.

    Table 5의 경우도 전체적으로 아연을 포함한 중금속 함유량은 농촌진흥청에서 제시한 최대치 보다 낮게 나타났다. 구리와 아연의 함유량은 각 각 34.9~54.5% 및 53.1~75.9% 정도로서 우드칩 운전의 경우인 48.9~52.6% 및 64.6~85.9% 정 도와 유사하였다. 그리고 우드칩 운전에서 다소 높게 나타났던 크롬과 니켈의 함량도 안정화 된 것으로 나타났다.

    이 운전의 경우, 다른 운전에 비해 모든 처리구에 서 비료에 함유할 수 있는 중금속의 최대함유량보다 낮게 나타났을 뿐만 아니라 4개의 운전 중에 가장 안정적인 결과를 얻었다. 이것은 공극개선제로 사용 된 우드칩의 흡수력 효과로 판단된다. 결국 폐사축 혈액의 경우, 비료공정 규격에서도 사용가능한 물질 로 인정되고 있기 때문에 함수율 관리만 철저히 한 다면 돈분을 처리할 때, 폐사축을 처리해도 큰 문제 가 없을 것으로 판단된다.

    2 함수율 및 C/N비 분석

    Table 6은 일반 운전의 경우, 측정구별로 함수율 및 C/N비를 나타낸 것이다. Table 6을 보면, 측정 구별로 함수율 및 C/N비에 다소 차이가 있는 것으 로 나타났고, 함수율은 퇴비화가 진행되면서 낮아 지는 경향이 있다. 각각의 측정구별로 함수율은 49.8~62.0% 정도의 범위에 있고, 평균 및 최종 함 수율이 각각 55.4% 및 49.8% 정도로서 축산퇴비의 권장치인 55.0%(Hwang, 2009;RDA, 2010) 보다 낮게 나타났다. 그리고 C/N비는 17.1~22.6 정도의 범위에 있고, 평균 20.3 정도로써 토양 중에서 유기 물 분해의 적정치인 30.0 이하로써 퇴비로 사용가능할 것으로 판단된다(Chang et al., 2002;Oh, 2009).

    Table 7은 폐사축 운전의 경우, 각각의 측정구별 로 함수율 및 C/N비를 나타낸 것이다. Table 7를 보면, 측정구별로 함수율 및 C/N비에 다소 차이가 있다. 일반 운전의 경우와 같이 함수율 및 C/N비의 변화의 경향은 유사하다. 각각의 측정구별 함수율은 37.2~75.4% 정도의 범위에 있고, 평균 60.7% 정도 로 권장치인 55.0% 보다 다소 높게 나타났지만, 최 종치가 49.6% 정도로 권장치보다 낮기 때문에 퇴비 로서 사용하는데 문제가 없을 것으로 판단되다. 그 리고 C/N비는 4.4~19.5 정도의 범위에 있고, 평균 13.7로서 적정치인 30.0 이하로써 사용하기에 충분 할 것으로 판단된다.

    Table 8은 우드칩 운전의 경우, 각각의 측정구별 함수율 및 C/N비를 나타낸 것이다. Table 8에서 알 수 있듯이 측정구별로 C/N비의 경우, 일반 및 폐사축 운전과 다르게 퇴비화가 진행되면서 약간 낮 아지는 경향을 보였다. 각각의 측정구별로 함수율은 40.9~56.6% 정도의 범위에 있고, 평균 및 최종치 가 각각 47.6% 및 37.2% 정도로서 권장치인 55.0% 보다 낮게 측정되었다. 그리고 C/N비는 17.4~21.7 정도의 범위에 있고, 평균 19.4로써 적정치인 30.0 이하로써 사용하기에 충분할 것으로 판단된다.

    Table 9는 통합 운전의 경우, 각각의 측정구별 함 수율 및 C/N비를 나타낸 것이다. Table 9에서 알 수 있듯이 측정구별로 함수율 및 C/N비는 일반 및 폐사 축 운전의 경우와 유사한 경향을 보였다. 각각의 측 정구별 함수율은 18.6~36.1% 정도의 범위에 있고, 평균 및 최종치가 각각 29.2% 및 18.6% 정도로서 권 장치인 55.0% 보다 낮게 측정되었다. 그리고 C/N비 는 15.1~20.5 정도의 범위에 있고, 평균 19.7로써 적 정치인 30.0 이하로서 사용하기에 충분할 것으로 판단 된다. 통합 운전의 경우, 4개의 운전 중에서 함수율이 가장 낮고, C/N비도 가장 낮은 수준으로 나타났다.

    이상의 결과에서 알 수 있듯이 4개의 운전 중에서 함수율은 폐사축 운전의 경우, 평균 및 최종치가 60.7% 및 49.6% 정도로써 평균치가 권장치인 55.0% 보다 다소 높게 나타났지만, 최종 함수율은 권장치 인 55.0% 보다 낮게 나타났다. 통합 운전의 경우, 평균 및 최종 함수율이 각각 29.2% 및 18.6% 정도 로써 4개의 운전 중에 상대적으로 가장 낮게 나타났 다. 그리고 운전별로 다소 차이는 있지만, 전체적으 로 권장치인 55.0% 보다 낮게 나타났다. C/N비의 경우, 폐사축 운전에서 상대적으로 가장 낮게 나타 났고, 일반 운전에서 가장 높게 나타났다. 운전별로 보면, C/N비의 평균치가 13.7~20.3 정도의 범위이 고, 전체평균이 18.3 정도로서 전체적으로 적정치인 30.0 이하를 유지하였다.

    감사의 글

    본 결과물은 농림축산식품부의 재원으로 농림수 산식품기술기획평가원의 농림축산식품연구센터지원 사업의 지원을 받아 연구되었음(717001-07-3-SB220).

    Figure

    JALS-53-1-117_F1.gif

    Schematics of horizontal cylinder composting device(unit: mm).

    JALS-53-1-117_F2.gif

    Process of horizontal cylinder composting device.

    Table

    Experimental design

    Normally operation (unit: ppm, %)

    Operation with carcass (unit: ppm, %)

    Operation with wood chips (unit: ppm)

    Integrated operation (unit: ppm)

    Moisture content and C/N ratio in normal operation

    Moisture content and C/N ratio using carcass

    Moisture content and C/N ratio using wood chips

    Moisture content and C/N ratio using carcass and wood chips

    Reference

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