Benzoic acid, saponin, prebiotics, mineral 혼합 사료첨가제 급이가 슬러리피트 내 돈분뇨 저장과정 중 악취 발생에 미치는 영향

The effect of feeding a mixed feed additive of benzoic acid, saponin, prebiotics, and minerals on odor emission during the storage process of pig manure in slurry pits

김동여1 · 이주미1 · 이승훈2 · Wardhani Riuh3 · 신진호3 · 송용우1 · 안희권4*

1충남대학교 축산환경학과, 2충남대학교 농업과학연구소, 3충남대학교 낙농학과, 4충남대학교 동물자원과학부

1. 서 론

가축분뇨에서 발생되는 악취는 축산업과 인근 주민 간의 갈등을 일으키는 주요 요인으로, 축산업의 지속 가능성에 큰 위협이 되고 있다. 국내 양돈장의 60% 이상은 슬러리피트를 통해 분뇨를 처리하고 있으며, 저장과정에서 암모니아(NH3), 황화합물 등 다양한 악취 물질이 발생한다. 국내 양돈 농가에서는 바이오 커튼, 습식 세정탑, 바이오 필터 등 악취 저감시설을 도입하고 있으나, 초기 투자 및 유지 관리 비용 부담이 큰 단점이 있다. 이에 반해 환경개선제는 생물학적 원리를 활용한 악취저감기술로, 경제적 부담이 적고 사용이 용이하여 사료첨가제 형태로 양논농가에서 널리 사용하고 있다. 선행 연구에 따르면, Benzoic acid는 위 내 pH를 낮추어 단백질 소화를 개선하고, NH3 발생을 감소시키는 효과가 있다. Saponin은 장내 유해균의 증식을 억제해 NH3 발생을 줄이는 효과가 있으며, Prebiotics는 장내 유익균의 성장을 촉진하고 병원균의 증식을 억제해 NH3 및 H2S 발생량을 각각 19%, 20% 감소시켰다고 보고된 바 있다. 또한, Mineral은 가축의 성장과 번식력 개선의 효과가 있는 것으로 알려졌다. 그러나, 기존 연구는 특정 첨가제의 단독 사용이 악취 저감에 미치는 효과에 집중되어, 혼합 급이에 따른 연구는 부족한 상황이다. 따라서, 본 연구는 4종 첨가제의 혼합 급이가 슬러리피트 내 분뇨 저장과정에서 악취 발생에 미치는 영향을 56일 동안 평가하였다.

2. 연구 방법

본 연구에서는 체중 약 35±2 kg의 3개월령 육성돈을 3.6 m³(1.0 m × 2.4 m × 1.5 m) 크기의 호흡 챔버에 각 두 마리씩 수용하여 총 3개 챔버(3반복)에서 실험을 수행하였다. 대조구는 일반 젖돈 사료 급이, 처리구는 동일 사료에 Benzoic acid(0.2%), Saponin(0.05%), Prebiotics(0.15%), Minerals(0.1%)를 혼합하여 급이한 후, 발생된 분뇨를 사용하였다. 6일간의 적응 기간을 거친 후, 14일간 발생된 분뇨를 수거하였으며, 이를 잘 혼합한 뒤 15.7 L 용량의 PVC 슬러리피트(지름 200 mm, 높이 500 mm)에 약 9.2 kg씩 투입하여 56일간 저장하며 악취 저감효과를 평가하였다. 슬러리피트는 입·배기구를 통해 시간당 355.5 L(Headspace의 약 7.5배)의 공기가 치환되도록 설정하였으며, 배기구에서 포집된 공기의 NH3, sulfur compounds(H2S; CH4S, MM; C2H6S, DMS; C2H6S2, DMDS), TVFA(total volatile fatty acid), phenol, p-cresol, indole, skatole 농도를 분석하여, 발생량을 산출하고 대조구와 비교 평가하였다. 

3. 결과 및 고찰

Table 1에 평균 NH3, sulfur compounds, TVFA, phenol, p-cresol 농도를 나타내었다. 평균 NH3 발생량은 대조구 0.3±0.03 mg·day-1·g-TS-1, 처리구 0.5±0.0mg·day-1·g-TS-1로, 처리구에서 84% 증가하였다(p<0.05). sulfur compounds의 경우, 처리구에서 MM을 제외하고 전반적으로 발생량이 증가하는 경향을 보였으나, 통계적으로 유의한 차이는 나타나지 않았다(p>0.05). 반면, TVFA의 평균 발생량은 대조구 1,217.7±183.8ng·day⁻¹·g-TS⁻¹, 처리구 527.8±37.3ng·day⁻¹·g-TS⁻¹로, 56.7% 감소하였으며 통계적으로 유의한 차이를 보였다(p<0.05). Phenol의 경우 대조구 2,715.1±775.6ng·day⁻¹·g-TS⁻¹, 처리구 1,119.2±198.4ng·day⁻¹·g-TS⁻¹로, 58.8% 감소하여 저감 효과를 확인할 수 있었다(p<0.05). 또한, p-cresol 발생량은 대조구 1,407.3±344.4ng·day⁻¹·g-TS⁻¹, 처리구 553.9±85.7ng·day⁻¹·g-TS⁻¹로, 60.6% 감소하였다(p<0.05). Indole과 Skatole은 검출되지 않았다.

본 연구에서 초기 pH는 대조구 6.8±0.1, 처리구 6.9±0.1 수준으로 유의적 차이는 없었으나, 실험 종료 시 pH는 대조구 7.2±0.3, 처리구 7.6±0.1로 처리구에서 높게 나타났다. 선행 연구에 따르면 pH가 높을수록 VFA가 염 형태로 침전되어 산 형태로 전환되지 않는다(Morrison & De Cardenas, 1987; Rainville & Morin, 1985). 따라서 본 연구에서 TVFA 발생량이 약 56.7% 저감된 것은 대조구대비 처리구에서 높은 pH로 인해 VFA 휘산이 억제되었기 때문인 것으로 보인다. 또한, Phenol과 p-Cresol 발생량은 각각 58.8%, 60.6% 저감되었으며, 이는 첨가제의 장내 미생물 조절 효과와 관련이 있는 것으로 보인다. Benzoic acid는 트립토판을 Indole 및 p-Cresol로 전환하는 특정 Lactobacillus 종의 성장을 억제하는 것으로 보고되어 있으며, Saponin과 Prebiotics는 소화되지 않은 상태로 장까지 도달해 Bifidobacteria와 같은 유익균의 성장을 유도하고 병원성 미생물은 억제하여 장내 미생물 균형 개선에 기여하는 것으로 알려져 있다. 따라서 본 연구에서 Benzoic acid, saponin, prebiotics를 혼합 첨가함으로써 이들의 상호 보완적 작용이 휘발성 페놀류의 발생 저감에 기여했을 가능성이 있다.

4. 결  론

  Benzoic acid, saponin, prebiotics, mineral 혼합 급이가 슬러리피트 내 돈분뇨 저장과정 중 악취 발생에 미치는 영향을 평가한 결과, NH3 발생량은 증가하였으며, sulfur compounds의 경우 일부 저감효과가 관찰되었으나 통계적으로 유의하지 않았다. 그러나, TVFA, Phenol, p-Cresol 발생량은 처리구에서 유의한 저감 효과를 확인 할 수 있었다. 이는 Benzoic acid가 트립토판 대사경로를 차단하여 phenol류 생성을 억제하는데 기여하였으며, Saponin과 Prebiotics가 유익균 증식 및 병원균 억제를 통해 장내 미생물 균형을 개선함으로써 복합적인 시너지 효과를 발휘한 것으로 판단된다. 따라서 향후 연구에서는 보다 장기간의 급이 기간 설정과 실규모 수준의 적용을 통해, 혼합 첨가제가 장내 미생물 조성과 악취 발생에 미치는 효과를 종합적으로 평가할 필요가 있다.