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ISSN : 1598-5504(Print)
ISSN : 2383-8272(Online)
Journal of Agriculture & Life Science Vol.53 No.3 pp.141-146
DOI : https://doi.org/10.14397/jals.2019.53.3.141

Influence of Liquid Illite and Illite Powder Additives on Reducing Odor from Pig Slurry

Chang-Man Kim1†, Tae-Ho Chung2†, Sam-Churl Kim3, In-Hag Choi2*
1Department of Life Science, Yeungnam University, Gyeongsan, 38541, Korea
2Department of Companion Animals and Animal Resources Science, Joongbu University, Chungnam, 32713, Korea
3Division of Aplied Life Science (BK21Plus, Insti. of Agri. & Life Sci.), Gyeongsang National University, Jinju, 52828, Korea

These authors contributed equally to this work.


Corresponding author: In-Hag Choi Tel: +82-41-750-6284 Fax: +82-41-750-6179 E-mail: wicw@chol.com
May 6, 2019 June 1, 2019 June 11, 2019

Abstract


The present study investigate the effects of liquid illite and illite powder additives on reducing odor from pig slurry. A total of 360 4-month-old fattening pig (female, [Yorkshire×Landrace]×Duroc, 65~68 kg) were randomly placed into 9 floor pens (40 pig/pen) in a single house for 3 wk (Dec 20, 2018 through Jan 10, 2019). Odor additives were added to slurry pits (3.75 m × 9 m × 1.2 m, 20 ton storage) under each pen at 0%, 33% liquid illite or 5% illite powder (vol:vol) of final slurry volume weekly. Ammonia, hydrogen sulfide, methyl mercaptan and dimethyl sulfide were determined at 10 cm heights from slurry pit. Significant differences were observed (p<0.05) among all treatments in ammonia as a function of period. When compared with pens of pigs fed the control for the experimental period, 33% liquid illite and 5% illite powder additions reduced relative ammonia reductions by 30~46% and 30~54%, respectively. During the experimental period, the different types of illite additives had an effect (p<0.05) on hydrogen sulfide, except for Dec 24, 2018. Reductions of hydrogen sulfide for 33% liquid illite and 5% illite powder at this period were 16~60% and 7~59%, respectively. However, the addition of different types of illite to pig slurry did not affect average methyl mercaptan and dimethyl sulfide concentration for the experiment. When 33% liquid illite and 5% illite powder was used as an additive, average NH3 concentrations were significantly reduced (p<0.05) by 38.6% and 39.7%, 40.1%, and 35.8% for 3 weeks, respectively. Both 33% liquid illite and 5% illite powder reduced (p<0.05) average hydrogen sulfide concentration from slurry pits by about 42.5%. In conclusion, using liquid illite and illite powder amendments to pig slurry could be effective at reducing ammonia and hydrogen sulfide levels in commercial pig facilities.



돼지분뇨 슬러리에 액상 및 분말 형태의 일라이트 첨가시 악취저감에 미치는 영향

김 창만1†, 정 태호2†, 김 삼철3, 최 인학2*
1영남대학교 생명과학과
2중부대학교 애완동물자원학과
3경상대학교 응용생명과학부

초록


본 연구는 돈사 내 저장된 돼지분뇨 슬러리에 액상 일라이트와 일라이트 분말을 첨가하여 악취에 미 치는 영향을 분석하였다. 공시 돼지는 3원교잡종(Yorkshire×Land race×Duroc) 4개월령 암컷 비육돈 (65~68 kg) 360두를 이용하였다. 시험구 배치는 무처리한 대조구와 돼지분뇨 슬러리에 일라이트 액상 33%와 분말 5%를 첨가한 처리구로 3반복(40두) 120두에 적용하여 완전 임의배치법의 3주간 사양 시험 하였다. 악취 저감제 처리는 슬러리 피트(slurry pit ; 3.75 m×9 m×1.2 m, 20 ton 저장 규모)아래에 저장된 슬러리양을 계산하여 일정한 비율에 맞추고, 매주 액상 일라이트는 분무하거나 또는 일라이트 분말은 뿌려주었다. 악취 측정은 슬러리 피트 위 10 cm 위치에서 암모니아, 황화수소, 메틸 메르캅탄 및 디메틸 설파이드를 측정하였다. 사양기간 동안 암모니아 발생량은 일라이트 처리 형태에 의해 크게 영향을 주었다(p<0.05). 특히 암모니아 발생량은 액상 일라이트 33% 처리구는 30~46%, 일라이트 분 말 5% 처리구에서는 30~54% 감소되었다. 황화수소 발생량은 2018년 12월 24일에 측정된 결과를 제외 하고 사양기간 동안 일라이트 처리 형태에 따라 유의적으로 영향을 주었다(p<0.05). 처리구의 황화수 소 발생 감소량은 대조구와 비교할 때, 액상 일라이트 33% 처리구에서는 16~60%, 일라이트 분말 5% 처리구는 7~59%였다. 측정기간 동안 평균 메틸 메르캅탄과 디메틸 설파이드 농도는 모든 시험구에서 발생되지 않았다. 3주간 사양 시험에서 평균 암모니아 농도의 경우, 액상 일라이트 33% 처리구는 38.6%, 일라이트 분말 5% 처리구는 39.7% 감소되었다(p<0.05). 평균 황화수소 농도는 액상 일라이트 33% 처리구와 일라이트 분말 5% 처리구는 비슷한 수준인 42.5% 감소되는 것으로 나타났다(p<0.05). 결론적으로 본 사양시험의 결과 액상 또는 분말 일라이트 처리는 돈사 내 발생되는 암모니아와 황화수 소에 대한 유의미한 저감효과를 나타내었다.



    Gyeongbuk Provincial Government

    서론

    가축분뇨는 작물이 필요로 하는 영양성분을 함 유하고 있을 뿐만 아니라 토양에 살포시 양분공 급, 비옥도와 지력을 유지하게 하는 자원생산성면 에서 매우 중요한 유기물질이다(Paschold et al., 2008;Lim et al., 2010). 그런데 우리나라 가축 분뇨의 발생량의 89%는 퇴비화와 액비화에 의해 서 나머지 11%는 개별시설과 공공처리시설을 통해 정화처리 되고 있다(Ministry of Environment, 2014, Park et al., 2014). 이는 가축분뇨의 대부 분 처리가 자원화 시설에 의존하고 있다는 것을 보여준다(Park et al., 2014).

    Ministry of Enviroment (2016)에서 2015년 (1,774.2백톤/일) 및 2016년(1,728.7백톤/일)을 비 교하면, 가축분뇨가 연 2.6% 증가하는 것으로 나타 났다. 그 중 돼지에서 많이 발생되는 것으로 보고 되었다(Table 1). 특히, 가축분뇨 중 돼지분뇨 슬러 리(pig slurry)는 고농도의 유기물질을 함유하고 있어서 악취 발생의 주원인이 되고 있다는 점이 양 돈농가의 우선 해결과제이다.

    돈사 내 악취는 저장된 돈분이나 슬러리 형태의 불완전한 혐기성 미생물 분해로 인해 발생되며, 적절한 방법에 의해서 돈사 내에서 먼저 감소시켜 야 한다. 악취를 유발하는 화합물은 휘발성 지방산 (VFA), 메르캅탄(mercaptans), 에스테르(esters), 알 콜(alcohols), 암모니아(ammonia) 및 아민(amine) 등을 포함하는 것으로 알려져 있다(Lee, 2011).

    이들 악취 제거를 위한 방법은 Kim (2012)의 연 구에서 세 가지 경우로 그 중 물리적 방법으로는 활 성탄 흡착법과 희석법, 화학적 방법은 산․알칼리 세 정법, 약액 세정법, 중화법, 촉매산화법 그리고 생물 학적 방법 바이오필터법, 토양탈취법 등을 제시하였 다. 또한 최근에는 돈분에서 발생되는 암모니아와 황화수소 가스를 감소시킬 목적으로 생균제를 이용 한 연구가 많이 진행되고 있다. 그러나 이 방법을 양돈농가에 적용할 경우, 경제성을 우선 고려해야 하고 다양한 생균제 제품들 중에서 그 효능의 오차 와 부정확한 정보 등으로 인해 양돈농가의 선택이 필요한 상황이다(Choi et al., 2015). 그 밖에 제오 라이트(zeolite), 벤토나이트(bentonite) 및 일라이트 (illite) 등의 규산염광물을 적용하는 방법으로 작은 구멍을 가지고 있는 특성 때문에 축사내 바닥 또는 피트에 뿌려주면 악취 물질을 흡착하여 냄새를 줄이 는 장점이 있다(McCrory & Hobbs, 2001). 그러나 규산염광물 중 악취 저감을 위해 일라이트의 성상에 따라 돼지분뇨 슬러리에 적용한 연구는 보고되어 있 지 않다. 따라서 본 연구의 목적은 돈사 내 저장된 돼지분뇨 슬러리에 액상 일라이트와 일라이트 분말 을 첨가하여 악취저감에 미치는 영향을 조사하였다.

    재료 및 방법

    1 공시 동물 및 사양관리

    본 연구는 경북 영천시에 위치한 최신농장(Yoengcheon, South Korea)의 동물복지윤리 가이드라인 에 준하여 승인 후 돈사내 악취저감 시험이 실시되 었다. 공시축은 3원교잡종(Yorkshire×Landrace)× Duroc piglets)인 4개월령 암컷 비육돈 360두를 3주 동안 사양시험을 실시하였다. 돈사내 각 pen (3.75 m× 9 m)은 40두씩 사육할 수 있는 공간으로 사료(사 료통 1개)과 물(1개 급수라인)은 자동 공급되도록 갖춘 시설이었다. 사료(대사에너지 3,400 kcal/kg, CP 15.9%, Ca 0.44% 그리고 total-P 0.39%)는 각 처리구마다 자유 채식토록 하였으며, 물은 자동급수 기를 이용하여 자유로이 먹을 수 있도록 하였다. 사 양관리는 최신농장 사양관리 방법에 준하여 실시하 였다.

    2 시험 설계 및 악취저감재 처리와 악취 측정 방법

    시험설계는 3처리구를 3반복(반복당 40두)으로 완전임의배치법으로 설계되었다. 시험구는 대조구 와 액상 일라이트 33% 그리고 일라이트 분말 5% 처리구로 배치하였다. 본 실험에 사용된 악취저감 제인 액상 일라이트와 일라이트 분말은 서준바이오 텍(SeojunBiotec, Goyang, South Korea)으로 공급 받아 악취저감 시험에 이용하였다. 악취저감제 처리 는 슬러리 피트(slurry pit; 3.75 m×9 m×1.2m, 20 ton 저장 규모) 아래에 저장된 슬러리양을 계산 하여 일정한 비율의 액상 일라이트는 매주 분무하거 나 일라이트 분말은 뿌려주었다. 악취 측정은 슬러 리 피트 위 10 cm 위치에서 암모니아(NH3)는 가스 분석기(Yes Plus LGA, Delta, Canada)로 분석하였 다. 황화수소(H2S), 메틸 메르캅탄(CH3SH) 및 디메 틸 설파이드((CH3)2S)는 kit을 장착할 수 있는 검지 관(Gastec)을 이용하여 이들 가스를 측정하였다. 각 처리구의 측정은 매회 9반복으로 측정되었다. 모 든 처리구의 악취 측정은 2018년 12월 20일, 24일, 27일, 31일, 2019년 1월 3일, 7일 그리고 10일에서 측정하였다.

    3 통계 분석

    모든 자료의 통계분석은 SAS 프로그램(SAS Institute, 2008)을 이용하여 분산분석을 실시하였다. 처리구간 평균에 대한 유의성 검증은 Duncan’s Multiple Range Test (Duncan, 1955)을 이용하여 5% 수준에서 분석되었다.

    결과 및 고찰

    다른 형태의 일라이트를 돼지분뇨 슬러리에 첨가 시 슬러리 피트 위로부터 10 cm에서 측정한 암모니 아 발생량은 사양기간 동안 대조구와 비교할 때 통 계적 유의성이 인정되었다(p<0.05, Fig. 1). 전 사 양기간 동안 측정된 대조구의 암모니아 발생량은 83~108 ppm으로 범위로 다른 두 처리구보다 비교적 높았다. 액상 일라이트 33% 처리구는 51~64 ppm 범 위에서 일라이트 분말 5% 처리구는 44~63 ppm 범 위로 대조구보다 감소되었다. 대조구와 비교했을 때, 상대적인 암모니아 감소률은 액상 일라이트 33% 처리 구가 30~46%, 일라이트 분말 5% 처리구는 30~54% 로 감소되는 것으로 나타났다.

    일반적으로 축사내 암모니아 발생은 사료에 함유 된 질소와 가축생산성의 비율이 비효율성을 가질 때 발생된다(Casey et al., 2006). 또한 영양소 요 구량이 충족되도록 고단백질사료의 공급은 과잉의 질소를 가축에게 급여하게 된다. 따라서 동물성 단 백질이 대사되지 않는 질소는 돼지의 경우 urine의 형태로 배출하게 되는 과정을 거치며, 축사 내 쌓 이게 된 축분과 슬러리는 미생물 작용에 의해 대기 중으로 암모니아를 방출하게 된다(Casey et al., 2006). 본 시험에 적용된 일라이트 성상에 따른 암 모니아 감소의 차이는 돼지분뇨 슬러리에서 발생되 는 암모니아 가스 흡착기능이 일라이트 특성상 분 말입자에서 크게 증가된 것으로 설명할 수 있다. 더 나아가 흡착의 정의는 돈사 내 발생되는 악취 가스 가 활성화된 흡착제 표면에 축적되는 것을 의미하여 규산염광물이 그 대표적인 예이다(Oh, 2007). 또 다른 연구에서도 건물기준으로 1% 일라이트 분말 을 한우사료에 첨가하면 한우에서 발생되는 메탄 (CH4)이 감소된다고 보고하였다(Biswas et al., 2018). 그 이유는 한우 체내의 발생되는 메탄을 일 라이트 분말이 흡착기능을 가지는 것으로 설명하고 있다(Biswas et al., 2018).

    돼지분뇨 슬러리 피트 위로부터 10 cm에서 측정한 황화수소 발생량은 다른 형태의 일라이트 처리에 의해 영향을 주는 것으로 나타났다(p<0.05, Fig. 2). 그러나 2018년 12월 24일에 측정된 황화수소 발생 량은 모든 처리구에 통계적 유의성이 인정되지 않았 다. 사양기간 동안 측장된 대조구의 황화수소 발생 량은 2.28~5.67 ppm 이었으며, 액상 일라이트 33% 처리구는 2~2.67 ppm, 일라이트 분말 5% 처리구 에서는 1~3.11 ppm으로 나타났다. 두 처리구의 황 화수소 발생 감소량은 대조구와 비교할 때 액상 일 라이트 33% 처리구에서는 16~60%, 일라이트 분말 5% 처리구는 7~59%였다. 황화수소가 감소되는 메 카니즘은 암모니아 마찬가지로 다른 형태의 일라이 트가 돼지분뇨 슬러리내 황화수소 흡착기능이 활성 화되었기 때문이다. 추가적으로 황화수소는 혐기성 조건하에 축분이나 슬러리에서 황을 함유한 유기화 합물의 분해와 황산염환원균에 의해 형성되며, 낮 은 농도에서 계란 썩는 냄새가 나는 특징을 가진다 (Arogo et al., 2000). 계사와 육우사와 비교하면 황화수소는 돈사 내에서 많이 발생되는 것으로 알려 져 있다(Casey et al., 2006). 위의 결과를 기준으 로 할 때 다른 형태의 일라이트 처리는 돼지분뇨 슬 러리에 발생되는 암모니아와 황화수소를 감소시킬 수 있는 가능성을 제시한다.

    Table 2에서는 다른 형태의 일라이트를 돼지분뇨 슬러리에 첨가시 슬러리 피트 위로부터 10 cm에서 3주 동안 측정한 암모니아, 황화수소, 메틸메르캅탄 그리고 디메틸 설파이트를 측정한 평균값이며, 이 두 가지 가스는 발생되지 않았다. 우리의 결과는 낮 은 단위인 ppb보다 ppm으로 측정했기 때문에 메틸 메르캅탄과 디메틸 설파이드가 측정되지 않았다. 돼 지분뇨 슬러리에서 발생되는 악취 가스는 암모니아 와 황화수소가 대부분 차지하는 것으로 나타났다. 평균 암모니아 농도의 경우 액상 일라이트 33% 처 리구에서는 대조구와 비교하면 38.6%, 일라이트 분 말 5% 처리구는 39.7% 감소되었다(p<0.05). 평균 황화수소 농도는 액상 일라이트 33% 처리구와 일라 이트 분말 5% 처리구는 비슷한 수준인 42.5% 감소 되는 것으로 나타났다(p<0.05). 결국 3주 동안 측 정한 평균 암모니아와 황화수소가 감소되는 이유는 다른 형태의 일라이트가 가지고 있는 흡착 능력 때 문인 것으로 판단된다.

    감사의 글

    본 연구는 가축분뇨 악취제거제 개발 연구용역 계 획 수립을 위한 연구용역 사업으로 경상북도 도청의 지원을 받아 수행된 연구임(20181103C84-00).

    Figure

    JALS-53-3-141_F1.gif

    Effects of different types of illite on ammonia concentration from pig slurry as a function time (Dec 20, 2018 through Jan 10, 2019). Data shown are the means with the standard error represented by the vertical bars. *indicates significant differences at p<0.05.

    JALS-53-3-141_F2.gif

    Effects of different types of illite on hydrogen sulfide ammonia concentration from pig slurry as a function time (Dec 20, 2018 through Jan 10, 2019). Data shown are the means with the standard error represented by the vertical bars. *indicates significant differences at p<0.05.

    Table

    Manure production*

    Effects of different types of illite on average ammonia, hydrogen sulfide, methyl mercaptan and dimethyl sulfide concentration for 3 weeks

    Reference

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