본 연구는 친환경농자재로 선정된 유기성폐자 원인 목초액을 농 축산분야의 적용과 활용성 평가를 위해 돈분퇴비화 과정 중 발생되는 악취에 대한 저감효과를 조사하여 그 이용가치를 검증하고자 실시하였다. 이상의 결과에 대한 요약은 다음과 같다. 암모니아 가스의 분석결과 목초액을 처리한 PA-100과 PA-300 처리구에서 초기 암모니아가스 발생량이 관행구보다 높게 나타났으며, 목초액 처리구에서는 약 18일 이후부터는 측정되지 않았다. 반면, 관행구에서는 보다 오랫동안 나타났으며 약 25일후로 검출되지 않았다. 또한 달관적인 조사를 통하여 PA-100과 PA-300 처리구에서는 발생하는 암모니아가스 냄새의 정도가 현저히 낮았다. 이러한 결과는 목초액내에 함유된 초산성분에 의한 암모니아의 중화반응과 탄화된 목재의 특유의 향으로부터 가려지는 가리움효과(eclipsed effect)에 의한 것으로 해석된다. 휘발성 유기산의 발생량을 GC를 통해 분석한 결과 PA-100 처리구에서 가장 낮은 함량을 보였으며 휘발성 유기산 중에서 acetic acid와 propionic acid 및 butyric acid 등이 가장 많이 발생하였다. 특히, propionic acid와 butyric acid는 PA-100 > PA-300 > 관행구 순으로 퇴비화 과정중 감소효율이 높게 나타났다. 그러나 acetic acid는 관행구보다 다소 높은 경향을 보였는데 이는 목초액의 주성분인의 하나인 초산(acetic acid) 때문인 것으로 판단된다.
본 연구는 친환경농자재로 선정된 유기성폐자 원인 목초액을 농 축산분야의 적용과 활용성 평가를 위해 돈분퇴비화 과정 중 발생되는 악취에 대한 저감효과를 조사하여 그 이용가치를 검증하고자 실시하였다. 이상의 결과에 대한 요약은 다음과 같다. 암모니아 가스의 분석결과 목초액을 처리한 PA-100과 PA-300 처리구에서 초기 암모니아가스 발생량이 관행구보다 높게 나타났으며, 목초액 처리구에서는 약 18일 이후부터는 측정되지 않았다. 반면, 관행구에서는 보다 오랫동안 나타났으며 약 25일후로 검출되지 않았다. 또한 달관적인 조사를 통하여 PA-100과 PA-300 처리구에서는 발생하는 암모니아가스 냄새의 정도가 현저히 낮았다. 이러한 결과는 목초액내에 함유된 초산성분에 의한 암모니아의 중화반응과 탄화된 목재의 특유의 향으로부터 가려지는 가리움효과(eclipsed effect)에 의한 것으로 해석된다. 휘발성 유기산의 발생량을 GC를 통해 분석한 결과 PA-100 처리구에서 가장 낮은 함량을 보였으며 휘발성 유기산 중에서 acetic acid와 propionic acid 및 butyric acid 등이 가장 많이 발생하였다. 특히, propionic acid와 butyric acid는 PA-100 > PA-300 > 관행구 순으로 퇴비화 과정중 감소효율이 높게 나타났다. 그러나 acetic acid는 관행구보다 다소 높은 경향을 보였는데 이는 목초액의 주성분인의 하나인 초산(acetic acid) 때문인 것으로 판단된다.
The objective of this study was to investigate the effect of odor removal such as $NH_3$, volatile organic acid (VOA) during the pig manure composting using of the Pyroligneous acid liquor (PAL). The odor removal efficiencies were evaluated throughout the dilution rates (${\times}0$<...
The objective of this study was to investigate the effect of odor removal such as $NH_3$, volatile organic acid (VOA) during the pig manure composting using of the Pyroligneous acid liquor (PAL). The odor removal efficiencies were evaluated throughout the dilution rates (${\times}0$, ${\times}100$, ${\times}300$) of PAL. The results of the study are as followings. $NH_3$ content in all treatments (volume 10L) was approximately 8 mg/kg in compost piles on the first day. In the case of control treatment, it was increased by 46 mg/kg within 10 days and was not detected after 25 days. In contrast, those levels in PA-100 and PA-300 treatments were similar values at 38 mg/kg within 6 days and decreased after 15 days. And GC. equipment was used to analyze the volatile organic acids (acetic acid, butyric acid, isobutyric acid, isovaleric aicd, 2,3-methylbutyric aicd, and propionic acid). The concentration of acetic acid and butyric acid were the higher than other VOAs during the initial composting day and sharply declined after 15 days. The VOAs in the control treatment were detected until 40 days, but PA-100 and PA-300 treatments were not measured after 15 days. The PA-100 in all treatments was the most effective treatment for $NH_3$ gas and VOAs reduction during composting. In addition, these studies for the odor reduction in compost manufacture process would have to research on more effective methods for the PAL utilization in agro-biological aspects.
The objective of this study was to investigate the effect of odor removal such as $NH_3$, volatile organic acid (VOA) during the pig manure composting using of the Pyroligneous acid liquor (PAL). The odor removal efficiencies were evaluated throughout the dilution rates (${\times}0$, ${\times}100$, ${\times}300$) of PAL. The results of the study are as followings. $NH_3$ content in all treatments (volume 10L) was approximately 8 mg/kg in compost piles on the first day. In the case of control treatment, it was increased by 46 mg/kg within 10 days and was not detected after 25 days. In contrast, those levels in PA-100 and PA-300 treatments were similar values at 38 mg/kg within 6 days and decreased after 15 days. And GC. equipment was used to analyze the volatile organic acids (acetic acid, butyric acid, isobutyric acid, isovaleric aicd, 2,3-methylbutyric aicd, and propionic acid). The concentration of acetic acid and butyric acid were the higher than other VOAs during the initial composting day and sharply declined after 15 days. The VOAs in the control treatment were detected until 40 days, but PA-100 and PA-300 treatments were not measured after 15 days. The PA-100 in all treatments was the most effective treatment for $NH_3$ gas and VOAs reduction during composting. In addition, these studies for the odor reduction in compost manufacture process would have to research on more effective methods for the PAL utilization in agro-biological aspects.
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문제 정의
따라서 본 연구는 퇴비부숙 과정중 질소성분들의 손실을 억제하고 또한 부수적으로 발생하는 악취와 식물독성물질인 유기산을 줄이기 위한 방안으로 천연유기폐자원인 목초액의 탈취제 및 부숙촉진 효과를 검증하여 목초액의 활용을 확대하기 위하여 수행하였다.
본 연구는 목초액을 이용한 1.2 m3 부피의 퇴비화 과정중 발생하는 악취의 발생량을 조사하기 위하여 수행하였다. 또한 목초액은 퇴비제조과정 중 원료배합시 100배와 300배 희석액을 관수(5L)하며 뒤집기와 함께 10일과 25일째 동일하게 3회 수행하였으며, 관행구는 물을 같은 조건으로 공급하였다.
본 연구는 친환경농자재로 선정된 유기성폐자원인 목초액을 농․축산분야의 적용과 활용성 평가를 위해 돈분퇴비화 과정 중 발생되는 악취에 대한 저감효과를 조사하여 그 이용가치를 검증하고자 실시하였다. 이상의 결과에 대한 요약은 다음과 같다.
제안 방법
2 m3 부피의 퇴비화 과정중 발생하는 악취의 발생량을 조사하기 위하여 수행하였다. 또한 목초액은 퇴비제조과정 중 원료배합시 100배와 300배 희석액을 관수(5L)하며 뒤집기와 함께 10일과 25일째 동일하게 3회 수행하였으며, 관행구는 물을 같은 조건으로 공급하였다. 이때 돈분과 톱밥을 6:4(v/v) 부피비율로 혼합하였고, 최종적으로 약 55∼60% 수준의 수분함량으로 조절하였다.
)로 측정하였다. 또한 수용성양이온과 미량이온분석은 ICP (PE-Optima 3300DV)를 이용하여 정량분석하였다. 산도 (acidity)는 0.
또한 수용성양이온과 미량이온분석은 ICP (PE-Optima 3300DV)를 이용하여 정량분석하였다. 산도 (acidity)는 0.1N NaOH 용액으로 중화점 기준으로 하여 적정한 값으로 계산하였으며, 비중은 15±1℃의 저온항온 순환수조에서 비중계를 이용하여 측정하였고, 용해타르 (tar)는 600±1℃의 전기로에서 48시간 동안 건조 후 중량을 측정하였으며, 굴절률은 Brix refractometer를 이용하였다.
추출한 용액을 여과한 다음, 여과액을 분획여두에 옮겨 diethyl ether 50ml를 가하여 총 2회 추출하였다. 상징액인 diethyl ether 층을 무수 Na2SO4를 통과시켜 수분을 제거하고 감압 농축한 다음, N,O-bistrifluoroacetamide에 1% trimethylchlorosilane을 첨가한 용액 100㎕, pyridine 100㎕를 가하여 80℃에서 30분간 반응시켜 trimethylsilation화 시킨 후 GC로 분석하였고 이때의 분석조건은 아래 Table 3과 같다.
암모니아가스 측정은 본 실험의 퇴비화 장치의 규모 (퇴비총부피 500L)가 상대적으로 크기 때문에 측정기기의 최대값이 초과되어 측정하기가 부적합하여 퇴비 총부피의 약 2% (10L)인 플라스틱 용기로 축소 제조하여 퇴비화 공정과정과 동일조건으로 유지하면서 측정하였다. 측정방법은 암모니아 가스측정기 (Toxi Vision NH3)로 매일 교반 후 최대 가스 발생시에 측정하였다.
유기산을 분석하기 위한 시료는 변질 또는 부패를 방지하기 위하여 처리구 및 시기별로 채취하여 냉동 (-4℃) 보관하였으며 4일째를 제외한 뒤집기 직후인 1, 4, 10, 15, 25, 40, 50, 60일째로 하였다. 냉동시료 10 g을 취하여 증류수 100 ml를 가한 후 인산용액 (H3PO4)을 첨가하여 pH 2.
암모니아가스 측정은 본 실험의 퇴비화 장치의 규모 (퇴비총부피 500L)가 상대적으로 크기 때문에 측정기기의 최대값이 초과되어 측정하기가 부적합하여 퇴비 총부피의 약 2% (10L)인 플라스틱 용기로 축소 제조하여 퇴비화 공정과정과 동일조건으로 유지하면서 측정하였다. 측정방법은 암모니아 가스측정기 (Toxi Vision NH3)로 매일 교반 후 최대 가스 발생시에 측정하였다.
대상 데이터
본 연구에 공시원료로 사용된 참나무류 (Quercus spp.) 정제 목초액 (Pyroligneous acid liquor; 木酢液)은 S회사로부터 공급받았으며, 정체식제조법에 의해 약 6개월간 방치 후 상층의 경질유와 하층의 중질유를 제거한 다음 중층만을 취하여 만들어진 것이다. 이하에서는 목초액 (PA)이라 표기하였으며, 원료의 이화학적 특성에 관한 결과(임업연구원 성분기준)는 Table 1과 2에 있다.
이론/모형
목초액의 화학성분에서 pH는 pH meter (Mettler Toledo MP 220)로, EC는 EC meter (TOA CM-11P)를 이용하였다. 총질소는 Kjeldahl법, 유기물은 Tyurin법, 총인산은 HClO4 분해법을 통한 분광광도계(UV/Vis.)로 측정하였다. 또한 수용성양이온과 미량이온분석은 ICP (PE-Optima 3300DV)를 이용하여 정량분석하였다.
성능/효과
또한 관행구에서는 약 25일부터 목초액 처리구들은 약 15일부터 암모니아 발생이 거의 일어나지 않았다. 그리고 본 연구기간 동안 암모니아 가스의 발생총량을 합산하여 본 결과, 관행구는 428 mg/kg 이었으며, PA-100과 PA-300 처리구에서는 각각 282 mg/kg, 308 mg/kg으로 나타났다. 따라서 관행구로 비교하였을 때 PA-100은 34.
Propionic acid의 함량은 초기 관행구에서 약 5,700 mg/kg이었으며, PA-100과 PA-300 처리구는 약 4,900 mg/kg과 5,100 mg/kg으로 나타났다. 그리고 퇴비화가 진행된 약 40일 전후에는 목초액처리구에서는 미량 또는 불검출이었으나, 관행구는 최종 부숙퇴비 시료에서도 propionic acid의 발생이 소량 검출되었다. Table 4에 제시한 4개의 유기산도 전술한 성분들과 유사한 경향으로 초기의 발생량이 높았으며, 퇴비화가 진행됨에 따라서 그 함량이 현저하게 감소하였다.
따라서 본 연구에서는 목초액을 첨가한 돈분 퇴비화 과정중 휘발성 유기산 화합물의 GC기기의 측정 결과 RT(retention time)값이 acetic acid; 4.136, propionic acid; 6.230, butyric acid;7.341, iso-butyric acid; 8.340, 2-methyl butyric acid; 10.612, valeric acid; 13.239, iso-valeric acid; 14.573, 3-methyl valeric acid; 16.458에서 총 8개의 화합물들을 분리 정량하였다. 이와 관련된 크로마토그램은 Fig.
0%의 감소를 보였다. 또한 10명을 기준으로 관능시험을 달관조사한 결과, 목초액을 처리한 PA-100 처리구에서 악취발생이 가장 적게 조사되었다.
반면, 관행구에서는 보다 오랫동안 나타났으며 약 25일후로 검출되지 않았다. 또한 달관적인 조사를 통하여 PA-100과 PA-300 처리구에서는 발생하는 암모니아가스 냄새의 정도가 현저히 낮았다. 이러한 결과는 목초액내에 함유된 초산성분에 의한 암모니아의 중화반응과 탄화된 목재의 특유의 향으로부터 가려지는 가리움효과(eclipsed effect)에 의한 것으로 해석된다.
Table 4에 제시한 4개의 유기산도 전술한 성분들과 유사한 경향으로 초기의 발생량이 높았으며, 퇴비화가 진행됨에 따라서 그 함량이 현저하게 감소하였다. 또한 이러한 악취의 저감현상이 목초액을 처리한 PA-100과 PA-300 처리구에서 효과가 인정되었다.
암모니아 가스의 분석결과 목초액을 처리한 PA-100과 PA-300 처리구에서 초기 암모니아가스 발생량이 관행구보다 높게 나타났으며, 목초액 처리구에서는 약 18일 이후부터는 측정되지 않았다. 반면, 관행구에서는 보다 오랫동안 나타났으며 약 25일후로 검출되지 않았다.
2에서 보는 바와 같다. 암모니아 발생정도는 퇴비더미의 온도변화(Fig. 1)와 비례하여 증감하는 밀접한 상관성을 보였다. 초기 온도 변화가 급격히 증가하는 약 5일 전후에 PA-100과 PA-300 처리구에서 암모니아 발생량이 급격히 증가하였다.
0 mg/kg으로 현저히 낮은 발생을 보였다. 퇴비화가 진행되면서 목초액 처리구에서 발생량은 약 18 mg/kg 수준이었던 반면, 관행구에서는 가장 높은 발생량으로 약 46 mg/kg으로 나타났다. 이는 퇴비더미의 온도변화가 목초액처리구에서 관행구보다 빠르게 상승한 경향과 밀접한 관계로 보였다.
휘발성 유기산의 발생량을 GC를 통해 분석한 결과 PA-100 처리구에서 가장 낮은 함량을 보였으며 휘발성 유기산 중에서 acetic acid와 propionic acid 및 butyric acid 등이 가장 많이 발생하였다. 특히, propionic acid와 butyric acid는 PA-100 > PA-300 > 관행구 순으로 퇴비화 과정중 감소효율이 높게 나타났다. 그러나 acetic acid는 관행구보다 다소 높은 경향을 보였는데 이는 목초액의 주성분인의 하나인 초산(acetic acid) 때문인 것으로 판단된다.
휘발성 유기산의 발생량을 GC를 통해 분석한 결과 PA-100 처리구에서 가장 낮은 함량을 보였으며 휘발성 유기산 중에서 acetic acid와 propionic acid 및 butyric acid 등이 가장 많이 발생하였다. 특히, propionic acid와 butyric acid는 PA-100 > PA-300 > 관행구 순으로 퇴비화 과정중 감소효율이 높게 나타났다.
후속연구
따라서 퇴비화 과정 중 목초액의 처리는 작업 환경내 유기산의 생성을 억제하거나 저감하는 효과를 보였으며, 본 연구 과정을 통한 휘발성 유기산의 발생량을 조사와 더불어 시기별 퇴비시료의 발아실험 결과들과 비교하여 볼 때 식물에 대한 최종 부산물비료의 품질을 평가하는데 도움이 될 수 있을 것으로 판단된다.
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