Floating cover를 이용한 Lab-scale 슬러리피트 악취 저감 효능 평가

Evaluation of Odor reduction effect of floating cover

in lab-scale slurry pit

이주미1 · 신진호2 · Riuh Wardhani2, 이양준3, 이승훈3, 안희권4

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

1. 서 론

축산물 소비 증가로 가축 사육두수가 꾸준히 증가하며 축산업이 성장하고 있다. 그러나 가축분뇨에서 발생하는 악취로 인한 민원 발생도 함께 증가하며 사회적인 문제로 대두되고 있다. 2020년 축산악취 민원은 14,345건으로, 2014년 2,838건 대비 약 5배 증가하였다. 축산악취는 농촌 정주 환경 훼손 및 지역 갈등 요인으로 작용하고 있어 지속 가능한 축산업을 위해 저감 기술 개발 및 대책 마련이 시급하다. 정부는 매년 축산 농가와 지역 주민의 갈등 완화를 위해 매년 30개 시군을 대상으로 집중 관리 지역을 선정하고, 밀폐형 축사 및 악취 저감 시설 설치 의무화를 통해 악취 대응에 힘쓰고 있다. 현재 바이오 커튼, 바이오 필터 등의 악취 저감 시설이 설치 및 운영되고 있으나, 이는 초기 설치 비용 부담이 크며 유지·관리가 용이하지 않아 보급에 한계가 있다. 또한 돈사 내부에서 발생되는 악취를 저감하는 것이 아닌, 돈사 외부로 배출되는 악취를 저감하는 것으로 가축 생산성 및 작업자의 작업환경을 개선하는 효과를 기대할 수 없다. 따라서 돈사 내부 악취 발생을 저감할 수 있는 기술 개발이 필요하다. Floating cover는 기존 악취저감기술 대비 초기 도입 비용이 상대적으로 저렴할 뿐 아니라 유지·관리가 용이한 장점이 있다. 악취를 저감하는 동시에 내부 사육환경 개선을 통한 돼지 생산성 증가, 작업자의 작업환경 개선 등의 긍정적인 효과도 얻을 수 있다. 그러나, 기존 Floating cover를 이용한 악취 저감 방법은 국외에서 돈사 외부의 개방식 분뇨 저장시설을 대상으로 주로 이용되었고, 돈사 내 슬러리피트에 적용하여 악취를 저감한 사례는 매우 희소한 실정이다. 따라서 본 연구는 Lab-scale 돈사 슬러리피트 모사 시스템을 이용하여 Floating cover의 악취 저감효과를 평가하기 위한 목적으로 수행되었다.

2. 연구 방법 

 본 실험은 125일간 21L 부피의 Lab-scale 슬러리피트 모사시스템에서 육성돈사에서 채취한 돈분뇨를 이용해 수행되었다. 돈분뇨의 함수율과 휘발성 고형물 농도는 각각 92.3±0.1%(w.b.), 76.8±0.1%(d.b.)이었다. 돈분뇨는 돈사 슬러리피트 높이를 고려하여 10.7kg씩 투입하였다. Floating cover는 ABS 플라스틱 소재를 이용하여 직경 4cm의 구 형태로 제작되었다. 처리구는 Floating cover가 슬러리 피트 모사 시스템 내 슬러리 표면적의 약 51.6%를 덮도록 하였다. 슬러리 피트 모사 시스템 Headspace 부피(10.3L)의 시간당 7.5배에 해당하는 양의 공기를 치환해 주었으며, 측면의 입기구를 통해 들어온 공기가 슬러리 표면과 충분히 접촉한 후 포집될 수 있도록 일정 간격을 두고 2개의 가림막(Baffle)을 설치하였다. Floating cover의 악취 저감효과는 암모니아(Ammonia, NH3), 황화합물(Hydrogen sulfide, H2S; methyl mercaptan, MM; dimethyl sulfide, DMS; dimethyl disulfide, DMDS), 휘발성 지방산(VFA; acetic acid, propionic acid, butyric acid, iso-valeric acid, valeric acid), 휘발성 유기화합물(VOC; phenol, p-cresol, indole, skatole)의 발생량을 측정 및 비교하여 평가하였다.

3. 결과 및 고찰 

 실험 결과, NH3 발생량은 대조구 0.8~8.8g/m2/day, 처리구 0.3~3.3g/m2/day로 나타났다. 대조구의 NH3 발생은 실험 시작 이후 약 2달간 증가하였고, 그 후 감소하는 경향을 보였다. 반면, 처리구의 경우 약 1달간만 증가하였고 그 후 유지되는 경향을 보였다. 대조구 대비 처리구에서 암모니아는 평균 55.1% 저감된 효과를 보였다(p<0.05).

 4종의 황화합물 중 MM, DMS, DMDS는 발생하지 않았다. H2S 발생량은 대조구 0.8~338.8g/m2/day, 처리구 0.3~197.8g/m2/day로 나타났다. 대조구와 처리구 모두 실험 시작 약 1달 이후부터 H2S 발생이 감소하는 경향을 보이다가 실험 시작 4달 이후부터는 거의 발생하지 않았다. 대조구 대비 처리구에서 H2S는 평균 41.1% 저감된 효과를 보였으나, 유의하지 않은 수준이었다.

6종의 휘발성 지방산의 경우, Acetic acid, Propionic acid, Butyric acid, Valeric acid가 발생했다. 대조구와 처리구 모두 Propionic acid의 발생량이 총 VFA 발생량의 50% 이상을 차지하였다. VFA의 발생량을 125일간 13번 측정한 결과, 대조구는 총 29.9mg, 처리구는 총 26.1mg 발생하였다. 시간 경과에 따른 발생량의 증감은 대조구와 처리구가 비슷한 추이를 나타냈으며, 125일간 유의한 저감효과를 보이지 않았다.

 4종의 휘발성 유기화합물 중 p-Cresol, Indole, Skatole은 발생하지 않았다. Phenol 역시 시간 경과에 따른 발생량의 증감은 대조구와 처리구가 비슷한 추이를 나타냈으며, 125일간 유의한 저감효과를 보이지 않았다.

4. 결  론

  Lab-scale 슬러리피트 모사 시스템의 표면적을 Floating cover를 이용해 51.4% 덮는 것은 125일의 실험 기간 동안 NH3의 발생량을 약 55.1% 저감시키는 효과가 있었다. 또한 Floating cover 적용 및 분뇨 저장 기간에 따라 악취 물질 발생 추이가 달라지는 것을 확인하였다. Floating cover를 현장에 적용하기 위해서는 돼지가 사육되는 환경에서 Floating cover의 악취 저감 효과를 체계적으로 평가해 현장 적용성을 개선할 수 있는 추가적인 연구가 필요하다.

5. 사  사

(1) 본 성과물은 농촌진흥청의 미세먼지 저감을 위한 농업분야 대응강화 기술개발사업(PJ01708401)의 지원에 의해 이루어짐.