퇴비 부숙과정중 뒤집기 횟수에 따른 퇴적 깊이별 이화학성 및 미생물상 변화 Changes of Physico-chemical Properties and Microflora of Pig Manure due to Composting with Turning Times and Depth원문보기
양질의 퇴적식 퇴비생선을 위한 일환으로 돈분과 분쇄왕겨를 동일비율로 혼화 퇴적 후 뒤집기 횟수를 달리하여 퇴적깊이별로 70일동안 부숙시키면서 이화학성 및 미생물상을 조사하였다. 수분함량과 pH는 부숙화가 진행됨에 따라 뒤집기 횟수가 많을수록 감소하였으나 퇴적 깊이가 깊을수록 높은 값을 보였다. C/N율과 $NH_4-N$함량은 부숙화가 진행됨에 따라 감소한 반면 $NO_3-N$함량은 증가하였고 뒤집기 회수에 따라 이들의 값은 각기 다르게 나타났다. 깊이별로는 $NH_4-N$와 $NO_3-N$함량이 대부분 표층일수록 높았고 그 결과 $NH_3$가스 발생도 표층에서 높았으며 부숙화가 진행됨에 따라 점차 감소되었다. 퇴비화 70일째에 있어서 미생물상의 분포중 총 호기성 세균은 $10^7{\sim}10^9CFU\;g^{-1}$로 뒤집기 횟수가 증가할수록 표층에서 높은 편이었으며 사상균은 표층으로부터 60cm 부위까지는 $10^2{\sim}10^4CFU\;g^{-1}$ 유지되었으나 부숙화가 진행됨에 따라 내부에는 거의 생존하지 못하였다. 셀루로스 분해균과 호열성균은 각각 $10^6{\sim}10^8CFU\;g^{-1}$, $10^6{\sim}10^9CFU\;g^{-1}$ 으로써 2회 뒤집기의 30cm이상인 심층일수록 높은 경향이었다. 이상과 같이 깊이별 미생물상 분포의 경향은 뒤집기 횟수가 증가함에 따라 층위별 밀도차이를 줄일수 있어 부숙촉진을 위해서 2~3회 정도 뒤집기를 해야 하나 그 이상을 상회할 경우 수분부족으로 오히려 부숙이 지연될 우려가 있다고 판단된다.
양질의 퇴적식 퇴비생선을 위한 일환으로 돈분과 분쇄왕겨를 동일비율로 혼화 퇴적 후 뒤집기 횟수를 달리하여 퇴적깊이별로 70일동안 부숙시키면서 이화학성 및 미생물상을 조사하였다. 수분함량과 pH는 부숙화가 진행됨에 따라 뒤집기 횟수가 많을수록 감소하였으나 퇴적 깊이가 깊을수록 높은 값을 보였다. C/N율과 $NH_4-N$함량은 부숙화가 진행됨에 따라 감소한 반면 $NO_3-N$함량은 증가하였고 뒤집기 회수에 따라 이들의 값은 각기 다르게 나타났다. 깊이별로는 $NH_4-N$와 $NO_3-N$함량이 대부분 표층일수록 높았고 그 결과 $NH_3$가스 발생도 표층에서 높았으며 부숙화가 진행됨에 따라 점차 감소되었다. 퇴비화 70일째에 있어서 미생물상의 분포중 총 호기성 세균은 $10^7{\sim}10^9CFU\;g^{-1}$로 뒤집기 횟수가 증가할수록 표층에서 높은 편이었으며 사상균은 표층으로부터 60cm 부위까지는 $10^2{\sim}10^4CFU\;g^{-1}$ 유지되었으나 부숙화가 진행됨에 따라 내부에는 거의 생존하지 못하였다. 셀루로스 분해균과 호열성균은 각각 $10^6{\sim}10^8CFU\;g^{-1}$, $10^6{\sim}10^9CFU\;g^{-1}$ 으로써 2회 뒤집기의 30cm이상인 심층일수록 높은 경향이었다. 이상과 같이 깊이별 미생물상 분포의 경향은 뒤집기 횟수가 증가함에 따라 층위별 밀도차이를 줄일수 있어 부숙촉진을 위해서 2~3회 정도 뒤집기를 해야 하나 그 이상을 상회할 경우 수분부족으로 오히려 부숙이 지연될 우려가 있다고 판단된다.
This study was conducted to investigate the physico-chemical and microbiological properties in profile depth during composting process with different turning times when pig manure was composted with ground rice hulls at the rate of same for the promotion of the composting. The moisture contents, C/N...
This study was conducted to investigate the physico-chemical and microbiological properties in profile depth during composting process with different turning times when pig manure was composted with ground rice hulls at the rate of same for the promotion of the composting. The moisture contents, C/N rate and pH value decreased according to composting progresses as run into turning times, but increased those inside layer of the pile. $NH_4-N$ and $NO_3-N$ contents were high in the outer layer mostly, as the result the $NH_3$ flux was high in there, but it decreased as composting progresses. The number of aerobic bacteria were $10^7{\sim}10^9\;cfu\;g^{-1}$, increased as the turning times, the number of their showed high in the outer layer. The number of fungi were $10^2{\sim}10^4\;cfu\;g^{-1}$ at the early period of composting, but did't almost survive inside layer as composting progresses. The number of cellulose decomposer and thermophilic bacteria were $10^6{\sim}10^7\;cfu\;g^{-1}$ and $10^6{\sim}10^9\;cfu\;g^{-1}$, respectively, they showed high inside layer of the pile. Therefore, the turning of composting can reduce the change difference of microorganisms in the pile. Turning frequence for the promotion of composting showed approximately 2~3 times.
This study was conducted to investigate the physico-chemical and microbiological properties in profile depth during composting process with different turning times when pig manure was composted with ground rice hulls at the rate of same for the promotion of the composting. The moisture contents, C/N rate and pH value decreased according to composting progresses as run into turning times, but increased those inside layer of the pile. $NH_4-N$ and $NO_3-N$ contents were high in the outer layer mostly, as the result the $NH_3$ flux was high in there, but it decreased as composting progresses. The number of aerobic bacteria were $10^7{\sim}10^9\;cfu\;g^{-1}$, increased as the turning times, the number of their showed high in the outer layer. The number of fungi were $10^2{\sim}10^4\;cfu\;g^{-1}$ at the early period of composting, but did't almost survive inside layer as composting progresses. The number of cellulose decomposer and thermophilic bacteria were $10^6{\sim}10^7\;cfu\;g^{-1}$ and $10^6{\sim}10^9\;cfu\;g^{-1}$, respectively, they showed high inside layer of the pile. Therefore, the turning of composting can reduce the change difference of microorganisms in the pile. Turning frequence for the promotion of composting showed approximately 2~3 times.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
따라서 본 실험에서는 양질의 신속한 퇴비생산을 위하여 돈분과 왕겨를 1 : 1비율로 혼화 • 퇴적하고 뒤집기 횟수를 달리하여 층위별로 이화학특성 변화와 미생물상 변화를 조사한 결과를 보고하는 바이다.
제안 방법
돈분과 분쇄왕겨의 혼합비율은 l：l(v/v)로 미생물의 최적생 장범위를 감안하여 수분함량 65#5%가 되도록 조절한 후 잘 혼화하여 반지하식 사각격자(2mX2mxL5m)에 퇴적한 후 수분증발을 억제하기 위하여 합성수지로 만든 부직포로 덮어 발효시켰다. 발효과정중 뒤집기는 퇴적후 15일째에 1회 , 30일째에 2회, 45일째에 3회를 실시하여 뒤집기를 아니한 것을 대조로 각각 70일간 발효시켰다.
5%가 되도록 조절한 후 잘 혼화하여 반지하식 사각격자(2mX2mxL5m)에 퇴적한 후 수분증발을 억제하기 위하여 합성수지로 만든 부직포로 덮어 발효시켰다. 발효과정중 뒤집기는 퇴적후 15일째에 1회 , 30일째에 2회, 45일째에 3회를 실시하여 뒤집기를 아니한 것을 대조로 각각 70일간 발효시켰다.
시료채취는 퇴적후 0, 15, 30, 45, 70일째에 표층~30cm, 31~60cm, 61~90cm 부위에서 층위별로 채취하고 잘 혼화한 후 다시 퇴적하였으며 채취된 시료는 곧바로 분석에 들어갔으나 장기간의 분석을 요구하는 시료는 5℃ 냉장고에 보관하며 조사하였다. 즉 채취시료중 일부를 건조기에서 105℃로 24시간 건조하여 감소량을 수분함량으로 하였고, pH는 초자전극법(1：10, Orion EA940), T-N는 Kjeldahl법으로, T-C는 회화법으로, NH4-Ne Indophenol blue법으로, NO3- Ne 혼합산성시약법으로 분석하였으며(농촌진흥청, 1988), NH3가스는 검지관법 (Gastec, 1985)으로 분석하였다.
퇴비중 미생물밀도는 뒤집기 횟수에 따라 층위별로 70일째 시료를 계수하였는데, 전호기성 세균과 사상균은 10%돈분추출액에 한천을 첨가한 배지로 28℃에서 각각 7일, 4일간 배양하였고, 고온성 세균은 역시 동일배지로 55'C에서 2일간 배양하였으며(Ohta와 Ikeda, 1978), 셀루로스 분해균은 10%돈분추출액에 0.5% CMC-Na 첨가하여 7일간 30℃에서 배양한 후 배지상에 나타난 균주중 요환생성 여부에 의해 계수하였다(이등, 2001).
대상 데이터
퇴비제조를 위한 재료는 익산 농공대 부설농장 소재 돈사로부터 1개월 이내에 생산된 돈분을 사용하였고, 왕겨는 부안 계화농협 소재 RPC에서 생산된 분쇄분말를 사용하였으며 이들의 화학적 조성은 표 1과 같다.
이론/모형
시료채취는 퇴적후 0, 15, 30, 45, 70일째에 표층~30cm, 31~60cm, 61~90cm 부위에서 층위별로 채취하고 잘 혼화한 후 다시 퇴적하였으며 채취된 시료는 곧바로 분석에 들어갔으나 장기간의 분석을 요구하는 시료는 5℃ 냉장고에 보관하며 조사하였다. 즉 채취시료중 일부를 건조기에서 105℃로 24시간 건조하여 감소량을 수분함량으로 하였고, pH는 초자전극법(1：10, Orion EA940), T-N는 Kjeldahl법으로, T-C는 회화법으로, NH4-Ne Indophenol blue법으로, NO3- Ne 혼합산성시약법으로 분석하였으며(농촌진흥청, 1988), NH3가스는 검지관법 (Gastec, 1985)으로 분석하였다.
성능/효과
3X107 . 7.9 X107CFU g-1와 4.8x107, 1.8x108 , 2.1 X108 CFU g-1수준으로 내층일수록 증가되는 경향이였다. 또 뒤집기 횟수가 2회와 3회인 경우 31~ 60cm층에서 가장 높은 균수룰 보여 각각 2.
가스 발생량을 측정한 결과 그림 4와 같다. NH3가스 발생량은 발효초기 로부터 30일째까지는 250ppm전후의 높은 상태로 유지되다가 그 이후부터 급격하게 감소하였으며 이를 퇴적 깊이별로 살펴본 결과 발효초기부터 45일째까지는 표층에 가까울수록 높았고 70일째에는 어느 깊이에서나 NH3가스가 거의 발생되지 않은 것으로 보아 발효가 완료되었음을 시사하고 있다. NH3가스 발생은 그림 2의 NH4-N함량과 밀접한 관계가 있음을 보여주고 있는 것으로 특히, 이들 간의 이온 평형은 pH의 지배를 받게 되어 pH값이 7보다 낮을 때는 NH4이온이 주로 존재하고 pH8이상일 때 NH3가스로 발생한다(Koster, 1986)는 주장으로 미루어 볼 때 본 조사 결과의 NH3가스 발생은 표 3에서 살펴본 pH값의 내용과 일치하는 경향으로 나타났다.
0X108CFU g-1으로 횟수가 증가할수록 높게 나타났다. 그러나 사상균 수는 세균수보다도 월등히 적은 거의 무검출에서 104수준으로 퇴적 깊이가 0~30cm, 31~60cm, 61~90cm로 깊어질수록, 뒤집기 횟수가 증가할수록 감소하였는데 이는 균의 증식에 따른 에너지 발생으로 퇴적물의 품온상승에 따른 사상균의 증식이 억제된 것으로 생각된다. 본 연구 결과는 이 등(2001)이 조사한 돈분과 각종 보조재료를 이용한 퇴비화 과정중 호기성세균과 사상균수 와 비교하면 호기성 세균수는 약간 낮은 밀도를 보였으나 사상균수는 높은 밀도로 나타나 결국 시료채취를 어느 부위에서 채취하느냐에 따라 균수가 다름을 알 수 있다.
이는 돈분으로부터 NH4-N의 발생에는 호기 및 혐기적인 조건에서 각종 미생물이 작용하여 암모니아가 생성함에도 불구하고 뒤집기를 실시하지 않아 미생물의 활성을 적절히 유지해주지 못한데 기인된 것으로 생각된다. 뒤집기를 실시한 처리간에서는 퇴적후 15일째 1회실시에서 높은 함량을 보였고, 퇴적후 35일와 45일째에 2회, 3회 뒤집기에서는 1회실 시보다 낮은 함량이었다. 퇴적 깊이별로는 표층일수록 높은 경향이나 뒤집기 횟수가 많은 3회 실시에서는 그 차이가 유사한 경향으로 나타났다.
4정도로 큰 차이는 아니었다. 이들 결과를 조사시기로 보았을 경우 30일째까지는 약간의 감소를 보였으나 그 이후에 감소폭이 더 큰 것으로 나타났다. 깊이별로 보았을 때 초기부터 45일째까지는 표층보다 내부일수록 낮은 경향이었으나 70일째는 오히려 내부에서 높은 편이었다.
퇴비화 과정중 유기물의 분해에 관여하는 미생물은 셀루로오스 분해균과 호열성 세균들로서 먼저, 퇴적후 70일째에 있어서 셀루로오스 분해균 수를 보면 퇴적물의 깊이가 31~60cm 층위에서 평균 5.7xl07CFU g-1으로 0~30cm와 61~ 90cm층위보다 높은 밀도를 보였으며, 뒤집기 횟수별로는 2회가 4.0~13.0xl07CFU g-1로서 1회나 3회의 0.8~8.0X107CFU g-1수준보다 높았다. 특히 퇴적후 뒤집기를 하지 아니하면 초기의 4.
그림 3은 퇴비중의 NO3-N함량으로 뒤집기 2회처리가 가장 높았고 다음은 뒤집기 3회〉뒤 집기 1회〉 뒤집기를 하지않은 처리의 순으로 낮았는데 뒤집기횟수가 적었던 2회보다 3회가 낮았던 것은 뒤집기 횟수를 거듭할수록 수분함량이 낮아져 미생물의 활동에 영향을 준 것이 아닌가 생각된다. 퇴적깊이별로는 표층인 0~30cm에서 가장 높았고, 내층인 31~60cm과 61~90cm에서 NO3-N 발생량이 적어지는 경향을 보였는데 이러한 결과는 표층일수록 산소의 공급량이 많아 이로 인한 호기성세균의 증가로 NH4-N가 미생물들에 의하여 질산화작용을 받아 NO2-N로 되고 다시 NO3-N로 전환되어 표층에서 NO3-N함량이 증가된 것으로 생각된다. 한편 발효단계에서 NO2-N 이나 NO3-N의 발생하는 시점이 발효퇴비로 이용 가능한 시기라고 Finestein과 Miller(1985)는 정의하였고, Riffaldi(1986)은 부산물의 발효에 의한 부숙화 지표를 NH4-N의 감소에 따른 NO3- N의 증가와 안정화라고 하였다.
퇴적물의 깊이별로 뒤집기 처리를 15일 간격으로 0, 1, 2, 3회 실시한 후 발효 70일째까지 수분함량 변화를 보면 초기 66.1%로부터 70일째 39.2~63.9%에 이르기까지 다양하게 나타났는데 즉, 뒤집기를 하지 않을 경우 초기 수분함량보다 30cm, 60cm, 90cm까지의 깊이에서 각각 17.2%, 11.8%, 3.3%감소하였고, 1회 실시한 경우 24.1%, 16.3%, 11.8%, 2회 실시한 경우 30.1%, 31.5%, 21.8%, 3회 실시한 경우 40.7%, 37.2%, 36.2% 감소하여 뒤집기 횟수가 증가할수록 감소하는 경향이 뚜렷하였으며 퇴적깊이별 감소율도 퇴적깊이가 깊어질수록 수분함량은 감소되는 경향으로 나타났다. 이와 같이 각 깊이별 수분함량이 달리 나타나는 점으로 보아 수분의 균일한 분포를 위해서 반드시 뒤집기는 필요하나 퇴비화에 적합한 수분함량이 50~65%수준(농진청, 1999)인 점을 감안한다면 3회 이상의 뒤집기는 오히려 수분감소로 퇴비화를 지연시킬 우려가 있으므로 그 이상 뒤집기를 실시할 경우는 적당히 수분을 공급해 줄 필요가 있다고 생각된다.
표 3는 퇴적물의 뒤집기횟수에 따른 pH변화로, 퇴적당시의 pH8.7보다 70일째에는 뒤집기를 실시하지 않을 경우 평균 7.0, 1회 뒤집기의 경우 7.3, 2회와 3회는 각각 7.1, 6.9로 초기에 비해서 1.8~1.4로 감소가 큰 편이었으나 뒤집기 횟수간에는 0.4정도로 큰 차이는 아니었다. 이들 결과를 조사시기로 보았을 경우 30일째까지는 약간의 감소를 보였으나 그 이후에 감소폭이 더 큰 것으로 나타났다.
표 4은 돈분과 왕겨를 퇴적하고 뒤집기를 0~3회 실시한 후 70일째에 퇴적 깊이별로 호기성 세균과 사상균의 밀도를 조사한 결과이다. 호기성 세균수는 퇴적깊이가 0~30cm, 31~60cm, 61 ~90cm로 깊어질수록 각각 평균 2.0x109, 1.7 X109, 4.6 xl0 GFU g-1으로 감소하였으며, 뒤집기 횟수별로는 뒤집기를 아니한 경우 1.1~5.4 xl08, 1회시 0.4-22.0X108, 2회시 5.7-21.0 X108, 3회시 11.0-33.0X108CFU g-1으로 횟수가 증가할수록 높게 나타났다. 그러나 사상균 수는 세균수보다도 월등히 적은 거의 무검출에서 104수준으로 퇴적 깊이가 0~30cm, 31~60cm, 61~90cm로 깊어질수록, 뒤집기 횟수가 증가할수록 감소하였는데 이는 균의 증식에 따른 에너지 발생으로 퇴적물의 품온상승에 따른 사상균의 증식이 억제된 것으로 생각된다.
후속연구
2% 감소하여 뒤집기 횟수가 증가할수록 감소하는 경향이 뚜렷하였으며 퇴적깊이별 감소율도 퇴적깊이가 깊어질수록 수분함량은 감소되는 경향으로 나타났다. 이와 같이 각 깊이별 수분함량이 달리 나타나는 점으로 보아 수분의 균일한 분포를 위해서 반드시 뒤집기는 필요하나 퇴비화에 적합한 수분함량이 50~65%수준(농진청, 1999)인 점을 감안한다면 3회 이상의 뒤집기는 오히려 수분감소로 퇴비화를 지연시킬 우려가 있으므로 그 이상 뒤집기를 실시할 경우는 적당히 수분을 공급해 줄 필요가 있다고 생각된다.
참고문헌 (24)
Bagstam. G. 1979. Population changes in microorganisms during composting of spruce-bark. II. Mesophilic and thermophilic microorganisms during controlled composting. J. Appl. Micobiol. Biotechnol 6 : 279-288
Chino, M., S. Kanazawa, T Mori, M. Araragi, and B. Kanke. 1983. Biochemical Studies or Composting of Municipal Sewage Sludge mixed with Rice Hull. Soil Sci. Plant Nutr. 29(2) : 159-173
Falcon. M. A., E. Corominas, M. L. Perez, and F. Perestelo. 1987. Aerobic Bacterial Populations and Environmental Factors Involved in the Composting of Agricultural and Forest Wastes of the Canary Islands. Biological Wastes 20 : 89-99
Finestein, M. S., and F. C. Miller. 1985. Principles of composting leading to maximization of decomposition rate, odor control, and cost effectiveness, p. 13-26. In J. K. R. Gasser(ed.) Composting of agricultural and other wastes. Seminar by the CEC, Brasenose College, Oxford. 19-20 Mar. 1984. Elsevier. London
가스텍. 1985. 검지관 측정법, Gastec
Hyman.M.R. and M. Wood. 1985. Suicidal inactivation and labelling of ammonia mono-oxygenase by acetylene. Biochem. J. 227 : 719-725
Koster, I. W. 1986. Characteristics of the PH-influenced adaptation of methanogenic sluge to ammonia toxicity. J. Chem. Technol. Biotechnol. 36 : 445-455
Ohta, Y. and M. Ikeda. 1978. Deodorization of pig faces by actinomycetes. Applied and environmental Micro. 36(3) : 487-491
Pare. T., H. Dinel, M. Schnitzer. and S. Dumontet. 1998. Transformations of carbon and nitrogen during composting of animal manure and shredded paper. Biol. Fertil. Soils. 26 : 173-178
박주량. 안승구. 오덕수. 1999b. 돈분 퇴비화 과정 중 질소의 형태변화에 관한 연구. 환경관리학회지 3 : 619-623
Riffaldi, R., R. Levi-Minzi, A. Pera. and De Bertoldi, M. 1986. Evalution of compost maturity by means of chemical and microbial analysis. Waste Manage. Res. 4(4) : 387-396
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.