주요 악취물질 10 종을 분석하여 환기방식과 분뇨수거방식이 다른 제주지역 4 개 돈사의 악취물질 배출특성과 기여도를 조사하였다. 연구 결과 질소계열($NH_3$, TMA)은 겨울철에 농도가 높았고, 무창형 스크레퍼방식이 다른 돈사에 비해 농도가 높았다. 황화합물($H_2S$, $CH_3SH$, DMS, DMDS)과 휘발성 지방산(PA, n-BA, n-VA, iso-VA) 역시 겨울철에 높고, 무창형 스크레퍼와 무창형 슬러리방식 돈사에서 다소 높은 농도를 나타내었다. 환기방식별로는 무창형 돈사가 개방형돈사에서 비해 농도가 더 높고, 분뇨수거 방식별로는 슬러리방식에서 질소와 황 계열의 농도가 높고 스크레퍼방식에서는 휘발성 지방산 계열이 상대적으로 더 높은 것으로 조사되었다. 악취지수는 4 개의 돈사에서 모두 n-BA 성분이 높게 나타나 휘발성 지방산이 주요 악취원인물질로 조사되었다. 그리고 총악취지수(SOQ)는 무창형 스크레퍼방식 돈사에서 더 높고, 악취기여도는 휘발성 지방산이 모든 돈사에서 높은 결과를 나타내었다.
본 연구에서 돼지 및 가축 사양농가의 최대 문제인 세균성 설사문제 및 각종 악취물질제거 등의 문제를 해결하기 위해 돼지의 위와 장으로부터 분리한 유산균(Stretococcus thermophilus)과 병원성세균 및 곰팡이 생육을 억제하고 장내 유효한 각종의 생리활성 물질을 생산하는 납두균(Bacillus subtilis 및 Bacillus amyloliquifaciens)을 이용하였다. 이들이 함유된 환경친화성 청정사료 첨가용 및 축분뇨 처리용 생균제를 조제하였다. 본 사료첨가용 생균제에 포함된 길항 미생물 Bacillu amyloliqutfaciens는 세균성설사의 원인균인 대장균, 살모넬라, 리스테리아, 포도상구균 등을 억제할 수 있는 길항균으로서 S. typhimurium KCTC 1926에 대하여 생균체의 경우 $10^7$배 희석 조건에서 약 91% 이상의 억제력을 나타내었고, 열처리 배양액에서도 500배 희석 조건에서 63%의 우수한 길항능력을 나타내었다. 또한, 본 연구에서 사용한 유산균(Stretococcus thermophilus)은 돼지의 위에서 분리한 균으로 위액의 강한 산에서도 생존할 수 있는 내산성의 유산균으로 장내 유효균의 증식 효과 및 병원성균인 대장균, 살모넬라, 포도상구균 등 유해균에 대하여 생육억제 효과가 있다. 본 연구에서도 S. typhimurium KCTC 1926에 대하여 생균체의 경우 $10^7$배 희석 조건에서 약 94% 이상의 억제력을 나타내었고 열처리 배양액에서도 70% 효과를 보였다. 본 연구에서 개발된 생균제를 돼지에게 먹인 결과 대조구에 비하여 설사발생 빈도가 85% 이상 감소하였으며 일당 증체효과도 12.3%로 나타나 설사예방효과와 중체효과가 인정되었다. 또한 길항균들은 20배 희석된 축산분뇨에서 생육 가능함이 확인되어 향후 액비로의 활용 가능성을 보여주었다. 이상의 결과를 종합한 바 본 연구에서 조제한 길항성 생균제 Bio-formula가 가축사료 첨가제로 개발된다면 우수한 효능으로 가축사양 농가에 큰 도움이 될 것으로 사료된다.
본 연구에서는 납두균, 유산균, 효모균 등 5종의 복합미생물에 활성탄 및 쑥분말을 첨가한 복합미생물제제를 비육돈 사료에 첨가하여 급여한 후, 돈사내 유해가스 농도 변화를 조사하였다. 암모니아 농도는 밀폐형 돈사의 급여 초기에는 큰 변화가 없었지만, 급여후 넷째 주부터는 복합미생물제제를 0.1% 첨가한 처리구에서 농도가 떨어져서 시험 종료일 기준으로 대조구에 비해 처리구의 농도가 약 36% 감소되었다. 황화수소 농도는 복합미생물제제를 급여하지 않은 대조구에서는 큰 변화 없이 일정 수준을 유지하고 있으나, 복합미생물제제 급여구는 급여 후 3주째부터 대조구에 비해 상대적으로 낮은 농도를 보이고 있으며, 종료시점에서 대조구에 비해 약 14%정도 낮은 것으로 조사되었다. 비육돈사의 슬러리에서 측정한 pH는 복합미생물제제를 급여한 처리구와 비급여 대조구 사이에 큰 차이가 없으나, 처리구에서 시간이 지남에 따라 알칼리성으로 변화하였고, 총질소 함량은 대조구에 비해 처리구에서 절반 수준으로 줄어들었다. 암모니아성질소는 복합미생물제제 급여구에서 급격히 줄어듦으로써 돈사내 악취발생 감소에 기여하고 있음을 알 수 있으며, 총인 함량도 크게 감소되어 분뇨의 액비화 등으로 인한 환경오염문제 해소에도 기여할 것으로 판단된다. 이러한 비육돈에 대한 복합미생물제제의 급여 효과를 극대화하기 위해서는, 양돈장의 유해가스 및 악취 저감 효과가 가축의 건강상태, 생산단계, 분뇨관리, 환기 및 온 습도, 기압, 첨가제 상태 등 다양한 요인에 따라 달라질 수 있으므로, 철저한 사육환경관리가 선행되어야 할 것이다.
BMP 시험을 통한 최종메탄생산퍼텐셜 ($B_u$)의 측정은 바이오매스로부터 전환할 수 있는 바이오에너지 양을 추산하고 혐기소화조를 설계하는데 중요한 인자이다. 본 연구에서는 $B_u$의 측정에 있어 기질과 접종액의 비율 (S/I ratio)이 미치는 영향을 분석하기 위하여 기질의 유기물 특성이 다른 양돈 슬러리의 탈수여액 (LF), 양돈슬러지 탈수케이크의 열가수분해액 (TH), 탈수여액과 열가수분해액의 혼합액 (Mix)을 이용하여 BMP 시험을 실시하였으며, 각각의 시료의 이론적 메탄생산퍼텐셜 ($B_{th}$)과 혐기적 유기물 분해율을 구하여 비교하였다. TH 시료의 $B_u$는 S/I 비율 0.1, 0.3, 0.5에서 각각 0.27, 0.44, $0.46Nm^3\;Kg^{-1}-VS_{added}$로 나타났으며, 이론적메탄생산퍼텐셜 ($B_{th}$) 대비 최종메탄생산퍼텐셜 ($B_u$)의 비율 ($B_u/B_{th}$)로 나타낸 혐기적 유기물 분해율은 S/I 비율 0.1, 0.3, 0.5에서 각각 50.04, 82.46, 86.47%이었으며, LF 시료의 경우 S/I 비율 0.1, 0.3, 0.5에서 $B_u$은 각각 0.64, 0.53, $0.40Nm^3\;Kg^{-1}-VS_{added}$이었으며, 혐기적 유기물 분해율은 각각 152.07, 122.67, 95.71%로 나타났다. Mix 시료의 경우 최종 메탄생산 퍼텐셜과 혐기적 유기물 분해율에서 LF 시료와 유사한 경향을 보였다. 본 연구에서는 양돈슬러리의 BMP시험에서 S/I비율에 따라 상이한 최종 메탄생산 퍼텐셜이 나타나며, 낮은 S/I 비율에서 최종 메탄생산 퍼텐셜이 과대평가되었다.
We planned to study how the chemical disposal designed by SOP can affect on physicochemical compositions of the livestock excrement. According to Livestock Manure Management Scheme, we experimented in two steps; the first step, NaOH treatment-Citric acid neutralization, and then the second procedure, Thermophilic Aerobic Oxidation (TAO) system. Physicochemical compositions of the 3-days-old samples after NaOH treatment were pH 10.31, EC 24.54 mS/cm, SCOD 3,022 mg/L, T-N 4,315 mg/L, $NH{_4}^+-N$ 1,960 mg/L, and not detected E. coli.. And those of one-day-old samples after citric acid neutralization were pH 7.36, EC 32.89 mS/cm, $SCOD_{Mn}$ 12,733 mg/L, T-N 4,787 mg/L, $NH{_4}^+-N$ 2,450 mg/L, and E. coli. not detected. In contrast, the physicochemical compositions of the treatment plots after the second treatment with TAO system (72hr) were pH 9.42 EC 24.21 mS/cm, $SCOD_{Mn}$ 3,660 mg/L, T-N 3,616 mg/L, $NH{_4}^+-N$ 1,190 mg/L, and no detection of E. coli.
The changes of contaminants and odor corresponding to anaerobic maturation process of piggery slurry were investigated by applying the additives, such as different kinds of complex microorganism products and deodorants containing microorganism activating agents. The pHs during 20-day anaerobic maturation were operated stably without great change regardless of the additives, although they were rather lower in the case that the additives were contained than the case that they were not contained. The effects of removing CODcr, $NH_3-N$, T-N, and T-S in case that the additives were not contained, were not so great during the 20-day operation and so it would be difficult to remove the organic materials and nitrogen ingredients simply with anaerobic maturation process. However, in case of anaerobic maturation process that the additives were contained, their average removal rates were improved with the values of $49\%,\;63.5\%,\;48.5\%,\;and\;30.7\%$ for above each of items, even if the 20-day of short-term maturation period was applied. Especial1y, odor intensity with the additives was lowered continuously during the operation period and it had more than two times of lowering effect compared to that without those.
양돈분뇨의 처리는 환경문제 해결과 자원으로서 이용 등이 중요한 의미가 있다. 따라서 본 연구는 이 두 가지 문제를 동시에 해결하고자 돈분퇴비가 시용된 논의 배수의 오염부하 저감을 위한 저류지 효과를 구명하고자 수행하였다. 경기도 수원시 권선구 서둔동 국립농업과학원 기후변화생태과 시험포장($17,15m^2$)에서 배수로 말단에 논 저류지($12m^2$)를 조성하였다. 2013년 5월부터 10월까지 영농기간 동안 강우사상시 저류지 유입 전인 논 배출수와 저류지를 통과한 배출수의 토사 및 $COD_{Mn}$, T-N, T-P의 부하량을 평가하여 저류지의 효과를 평가하였다. 영농기간 동안 논 저류지를 이용한 논의 유출량은 67.8% 저감되었고 토사를 포함한 부유물질과 $COD_{Mn}$의 총 부하량은 각각 79.8%와 71.9% 저감되었다. 또한 T-N과 T-P의 총 부하량은 각각 73.6%와 74.9% 저감되었다. 따라서 경지기반 정리되어 가축분뇨 퇴 액비 시용이 용이한 논의 경우에는 외부 수계로 배출되기 전 저류지를 설치하면 영양염류의 배출이 저감될 것으로 생각된다.
본 연구는 수입사료가 우리나라 농업환경의 오염부하에 미치는 영향을 파악하고자 2005년을 기준년도로 하여 수입사료 품목별 수입량 및 비료성분량, 수입사료로 인한 가축 사양단계에서 비료성분 발생량을 추산하고, 농경지 작물별 재배면적과 양분요구도 분석을 통해 수입사료로 인한 농경지의 오염부하도를 분석하였다. 수입사료를 통해 국내로 도입되는 비료성분량은 질소 371천톤, 인산 140천톤, 가리 143천톤, 주요 수입품목인 곡류 및 식물성 유박류에서 유래하는 비료성분 국내도입량은 성분별로 질소 93%, 인산 89%,가리 84%를 차지하였으며, 양돈급여를 기준으로 한, 수입사료 유래 가축분뇨 중 비료성분 함량은 질소 148천톤, 인산 84천톤, 가리 86천톤으로 수입사료를 통한 국내 양분 도입량의 52%, 인산 52%, 가리 42%의 비중을 차지하였다. 가축으로부터 배설되는 비료성분 중 퇴 액비화를 통한 자원화량은 질소 81천톤, 인산 74천톤, 가리 76천톤 이었으며, 퇴 액비로 투여된 비료성분의 무기 화율을 고려한 성분별 작물유효량은 질소 44천톤, 인산 48천톤, 가리 69천톤이었다. 또한 작물에 흡수 이용되지 못하고 토양에 축적되거나 지하수 등으로 용탈되는 비료성분은 질소 37천톤, 인산 27천톤, 가리 7천톤으로 추산되었다. 총수입가축사료로 도입되는 비료성분량 질소 371천톤, 인산 140천톤, 가리 143천톤과 비교할 때, 총비료성분 도입량 대비 농경지에서 작물에 흡수되는 비료성분량은 질소 12%, 인산 34%, 가리 48% 이었으며, 농경지에 축적 유출되는 비료성분량은 질소 10%, 인산 34%, 가리 5%로 가축분뇨 처리과정에서 대기 및 수계로의 유출량 등을 고려할 때 우리나라 환경 전반에 대한 오염부하 영향을 줄 우려가 있는 것으로 나타났다.
양돈농가에서 설치되어 운영되고 있는 퇴비화시설에 대한 수분 증발량에 대한 조사결과를 요약하면 다음과 같다. 1. 돼지사육 두수는 단순 퇴비사 1,433두/호, 기계교반 퇴비화 시설 설치농가는 3,500두/호 이었다. 2. 퇴비화시설의 용적은 단순 퇴비사 $0.33m^3$/두, 기계교반 퇴비화시설 설치농가는 $0.25m^3$/두로 퇴비화시설 용적이 약 24.2% 정도 적은 것으로 조사되었다. 3. 조사농가의 수거돈분의 평균 수분 함량은 단순퇴비사 86.8%, 기계교반 85.7%로 기계교반 퇴비화시설 설치농가의 돈분의 수분 함량이 약 1.3% 정도 낮은 것으로 조사되었다. 4. 1일 투입되는 수분량은 단순 퇴비사 $4.1kg/m^3$/일, 기계교반 퇴비화시설 설치농가는 $6.5kg/m^3$/일로 기계교반 설치농가에서 약 36.9% 정도 단위면적당 수분량이 높게 투입되는 것으로 조사되었다. 5. 퇴비화기간동안의 발효온도는 단순퇴비화 시설에서 최고온도가 $45^{\circ}C$ 정도 상승하였으나, 기계교반 퇴비화시설 설치농가에서의 최고 발효온도는 $70^{\circ}C$까지 상승하는 것으로 조사되었다. 6. 수분 감소량은 퇴비화 시설 $1m^3$당 단순퇴비사 3.7 kg, 기계교반 5.2 kg으로 기계교반 퇴비화 시설이 약 28.8% 높은 것으로 조사되었는데 이는 퇴비더미내 발효온도 차이에 의한 원인인 것으로 판단되어졌다. 7. 퇴비화후 비료성분 함량은 질소 함량은 각각 0.84% 및 0.86%로 비슷한 경향으로 조사되었으며, ${P_2}{O_5}$(%) 성분도 0.78% 및 0.74%로 단순퇴비화시설에서 약간 높은 경향을 보였다. 그러나 OM 및 OM/N은 처리간에 큰 차이가 없는 것으로 조사되었다. 8. 따라서 양돈농가에서의 기계교반 및 단순퇴비화 시설을 이용하여 돈분뇨를 퇴비화하는 경우 돈분의 수분함량과 발효온도 및 수분 증발가능량 등을 고려하여 퇴비화 효율을 향상시키는 노력이 필요할 것으로 생각된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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