본 연구는 지금까지 돈사 악취 제어를 목적으로 이용되었던 여러 종류의 첨가제를 살포 방법을 통해 실제 돈사 현장에 적용하여 악취 저감 효율 및 지속성을 비교 평가하기 위해 수행되었다. 소금물, 인공 식향료, 식물성 천연향료를 제외한 나머지 4개의 첨가제는 살포 전과 후의 악취 저감 현상이 뚜렷이 관찰되지 않았다. 소금물의 경우 특히 암모니아 농도의 시간에 따른 저감율이 현저했는데, 이는 소금물의 염소 이온이 피트 분뇨내 암모늄 이온과 결합, 수용액 상태로 존재하게 하여 대기 중으로 암모니아 발생을 억제했기 때문이라 판단된다. 인공 식향료의 경우 악취 원인 물질 농도의 저감 현상은 보이지 않았으나, 관능법으로 평가된 악취 강도와 불쾌도 측면에서는 상당한 제어 효과가 관찰되었다. 이러한 현상은 인공 식향료가 돈사내 피트 슬러리에서 발생되는 악취 원인 물질을 분해한다기 보다는 돈사내 악취 은폐제로써 작용하여 지속성은 짧지만 효율적인 악취 저감 작용을 한 것으로 사료된다. 식물성 천연향료의 경우 악취 강도와 불쾌도, 황 계열 악취 물질의 저감 효과가 다른 첨가제에 비해 상대적으로 월등하게 나타났다. 인공 식향료와는 달리 식물성 천연 향료는 은폐 효과와 더불어, 분뇨내 황 계열 악취 원인 물질을 생성하는 혐기성 미생물 군집의 생장을 제어하는 antimicrobial agent로서의 역할도 하는 것으로 사료된다. 그러나 악취 센서기를 통해 측정된 악취 농도는 위와는 상반된 결과가 나타났는데, 이는 악취 센서기가 인공 식향료와 식물성 천연향료가 자체적으로 지닌 향 성분도 악취의 한 범주로 인식되어 유도된 결과라 판단된다. 본 연구를 통해 나타난 결과는 현장에서 수행된 분석 결과로 실험 당일 날의 외부 기후 상황 및 돈사내 환경 여건에 따른 돼지들의 반응 행동 양상에 따라 실험 결과에 상당한 영향을 준다는 사실을 염두하여 고찰할 필요가 있다.
본 연구는 지금까지 돈사 악취 제어를 목적으로 이용되었던 여러 종류의 첨가제를 살포 방법을 통해 실제 돈사 현장에 적용하여 악취 저감 효율 및 지속성을 비교 평가하기 위해 수행되었다. 소금물, 인공 식향료, 식물성 천연향료를 제외한 나머지 4개의 첨가제는 살포 전과 후의 악취 저감 현상이 뚜렷이 관찰되지 않았다. 소금물의 경우 특히 암모니아 농도의 시간에 따른 저감율이 현저했는데, 이는 소금물의 염소 이온이 피트 분뇨내 암모늄 이온과 결합, 수용액 상태로 존재하게 하여 대기 중으로 암모니아 발생을 억제했기 때문이라 판단된다. 인공 식향료의 경우 악취 원인 물질 농도의 저감 현상은 보이지 않았으나, 관능법으로 평가된 악취 강도와 불쾌도 측면에서는 상당한 제어 효과가 관찰되었다. 이러한 현상은 인공 식향료가 돈사내 피트 슬러리에서 발생되는 악취 원인 물질을 분해한다기 보다는 돈사내 악취 은폐제로써 작용하여 지속성은 짧지만 효율적인 악취 저감 작용을 한 것으로 사료된다. 식물성 천연향료의 경우 악취 강도와 불쾌도, 황 계열 악취 물질의 저감 효과가 다른 첨가제에 비해 상대적으로 월등하게 나타났다. 인공 식향료와는 달리 식물성 천연 향료는 은폐 효과와 더불어, 분뇨내 황 계열 악취 원인 물질을 생성하는 혐기성 미생물 군집의 생장을 제어하는 antimicrobial agent로서의 역할도 하는 것으로 사료된다. 그러나 악취 센서기를 통해 측정된 악취 농도는 위와는 상반된 결과가 나타났는데, 이는 악취 센서기가 인공 식향료와 식물성 천연향료가 자체적으로 지닌 향 성분도 악취의 한 범주로 인식되어 유도된 결과라 판단된다. 본 연구를 통해 나타난 결과는 현장에서 수행된 분석 결과로 실험 당일 날의 외부 기후 상황 및 돈사내 환경 여건에 따른 돼지들의 반응 행동 양상에 따라 실험 결과에 상당한 영향을 준다는 사실을 염두하여 고찰할 필요가 있다.
Maintenance of an optimal air quality in the enclosed pig building is potentially important in terms of pig performance and farmer health. The objective of this on-site experiment is to evaluate and compare efficiencies of currently utilized biological additives to reduce odor emissions from the enc...
Maintenance of an optimal air quality in the enclosed pig building is potentially important in terms of pig performance and farmer health. The objective of this on-site experiment is to evaluate and compare efficiencies of currently utilized biological additives to reduce odor emissions from the enclosed pig building. As a result, generally all the additives except for salt water, artificial spice and essential oil were proved ineffective in reducing odor generation. The beneficial effects of salt water, artificial spice and essential oil on odor reduction were highlighted on ammonia, odor intensity and offensiveness, and sulfuric odorous compounds, respectively. To efficiently utilize odor masking agent such as the artificial spice, ventilation rate should keep slightly lower than the optimal level. Essential oil functioned well as not only masking agent but also antimicrobial agent for reducing odor. To precisely quantify odor concentration, it should be measured by not the odor sensor but the olfactometry technique.
Maintenance of an optimal air quality in the enclosed pig building is potentially important in terms of pig performance and farmer health. The objective of this on-site experiment is to evaluate and compare efficiencies of currently utilized biological additives to reduce odor emissions from the enclosed pig building. As a result, generally all the additives except for salt water, artificial spice and essential oil were proved ineffective in reducing odor generation. The beneficial effects of salt water, artificial spice and essential oil on odor reduction were highlighted on ammonia, odor intensity and offensiveness, and sulfuric odorous compounds, respectively. To efficiently utilize odor masking agent such as the artificial spice, ventilation rate should keep slightly lower than the optimal level. Essential oil functioned well as not only masking agent but also antimicrobial agent for reducing odor. To precisely quantify odor concentration, it should be measured by not the odor sensor but the olfactometry technique.
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문제 정의
하지만이러한 생물학적 첨가제의 처리 효율성 측면에있어서 상당한 의문이 최근들어 제기되고 있는 상황일 뿐만 아니라, 장단점을 서로 비교평가하기 위한 검증 과정이 국내외적으로 아직 미진한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 지금까지 돈사에 적용된 생물학적 악취 제어 방법들을 현장 적용 실험을 통해 각 방법들의악취 저감 효율성을 서로 비교, 평가하고자 한다.
본 연구는 지금까지 돈사 악취 제어를 목적으로 이용되었던 여러 종류의 첨가제를 살포 방법을 통해 실제 돈사 현장에 적용하여 악취 저감 효율 및 지속성을 비교 평가하기 위해 수행되었다. 소금물, 인공 식향료, 식물성 천연향료를 제외한 나머지 4개의 첨가제는 살포 전과 후의 악취 저감 현상이 뚜렷이 관찰되지 않았다.
제안 방법
고온 호기성 분뇨처리 수의 경우 Table 2에 나타난 바와 같이 무취에 가깝고, 병원성 미생물이 거의 사멸되어 살포시 돼지나 작업자에게 무해한 처리 수가 적용되었다. Manual sprayer를 이용하여 15분 동안 총 10를 돈방에 골고루 살포하였고, 각처리구 당 3일의 반복 실험을 수행하였다. 각처리구의 초기 돈사내 환경 조건을 최대한 동일하게 유지하기 위해 하나의 처리구 실험 종료 후 슬러리 저장조의 분뇨를 제거한 후 다음처리구의 실험시까지 5일의 시간적 여유를 두었다.
Manual sprayer를 이용하여 15분 동안 총 10를 돈방에 골고루 살포하였고, 각처리구 당 3일의 반복 실험을 수행하였다. 각처리구의 초기 돈사내 환경 조건을 최대한 동일하게 유지하기 위해 하나의 처리구 실험 종료 후 슬러리 저장조의 분뇨를 제거한 후 다음처리구의 실험시까지 5일의 시간적 여유를 두었다. 측정 위치는 중앙 복도의 중앙 지점으로부터 지상 30cm와 150cm의 두 지점으로 시료받침대를 설치하여 시료를 포집하였고, 살포전, 직후, 살포 후 1, 3, 5, 24hr에 시료의 채취와 분석을 실시하여 살포 전과 후의 악취 저감정도 및 지속성을 평가하였다.
2ml를 첨가하여 UV 흡광 강도기(UV-1601, SHIMADZU, Japan)를 통해 440nm 파장에서 측정하였다. 검량선은 암모니아 표준용액으로 황산암모늄((NH4)2SO4)을 이용하여 0, 2, 4, 8, 12, 16μg/ml 농도를 설정한 후 측정된 암모늄 이온(NH4 +)을 전환하여 암모니아 농도를 계산하였다. 또한 공시료의 경우 분석 시료와 함께 같은 조건으로 분석하였다.
관능법을 통한 악취의 정량 평가 방법에는 여러 가지가 있으나 본 연구에서는 악취 강도 (odor intensity)와 불쾌도(odor offensiveness)를선정하였다. 후각 기능이 정상적이고 훈련된 5 명의 악취 판정원들이 측정 시간에 돈사 안으로 직접 들어가 평가하는 직접 관능법을 적용하였다.
돈사 내부 및 외부의 온도 및 상대습도는 휴대용 자동센서 측정기(SK-110TRH, Sato, Japan)를 이용하여 악취 측정 시간대와 동일하게 측정하였다.
시간 경과에 따른 농도 변화율(dC/dt)의 원리를 적용하여 첨가제를 살포하기 전 초기 농도 (C0)를 기준으로 시간 경과에 따른 농도(Ct)의비율(Ct/C0)로 각 첨가제의 악취 저감 효율을 평가하였다.
0 /min의 유량으로 10 20 분간 가스를 흡입하였다. 시료 채취를 끝난 임 핀 저를 실험실로 운반하여 흡수액을 여과한 후 적정 비율로 희석시킨 용액 3ml를 채취하여 NIOSH 공정시험법(1994)에서 제시한 발색시약 (nessler's agent) 0.2ml를 첨가하여 UV 흡광 강도기(UV-1601, SHIMADZU, Japan)를 통해 440nm 파장에서 측정하였다. 검량선은 암모니아 표준용액으로 황산암모늄((NH4)2SO4)을 이용하여 0, 2, 4, 8, 12, 16μg/ml 농도를 설정한 후 측정된 암모늄 이온(NH4 +)을 전환하여 암모니아 농도를 계산하였다.
후각 기능이 정상적이고 훈련된 5 명의 악취 판정원들이 측정 시간에 돈사 안으로 직접 들어가 평가하는 직접 관능법을 적용하였다. 악취 강도와 불쾌도 모두 6 단계 평가 방법을 적용하였으며(0: 무취, 1: 매우 약함, 2: 약함, 3: 보통, 4: 강함, 5: 매우 강함), 악취 판정 원들의 평가 결과 중 가장 높고 낮은 것을 제외한 3명이 평가한 점수를 기하 평균하여 대표치로 사용하였다. 악취 농도 지수(odor concentration index)의 측정은 휴대용 디지털악취 농도 측정기(XP-329, Cosmos instrument, Japan)를 이용하여 3회 측정한 평균값을 이용하였다.
5분 동안 채취하였다. 채취된 시료를 즉시분석실로 운반하여 일차적으로 시료 중에 극미량으로 존재하는 악취성분을 열 탈착기(Thermal desorber)와 가스 분배기(Air server)가 결합된 열탈착시스템(Thermal Desorption Unit, U-UNITYe, Markes international, UK)을 이용하여 농축하였다. Air server를 통하여 흡착이 이루어진 시료는 330의 온도에서 5분간 열탈착이 이루어지고, 탈착이 이루어진 시료는 시스템 내부에서다시 GC의 column으로 주입되었다.
각처리구의 초기 돈사내 환경 조건을 최대한 동일하게 유지하기 위해 하나의 처리구 실험 종료 후 슬러리 저장조의 분뇨를 제거한 후 다음처리구의 실험시까지 5일의 시간적 여유를 두었다. 측정 위치는 중앙 복도의 중앙 지점으로부터 지상 30cm와 150cm의 두 지점으로 시료받침대를 설치하여 시료를 포집하였고, 살포전, 직후, 살포 후 1, 3, 5, 24hr에 시료의 채취와 분석을 실시하여 살포 전과 후의 악취 저감정도 및 지속성을 평가하였다.
황화합물 악취물질인 hydrogen sulfide(H2S), methyl mercaptan(MeSH), dimethyl sulfide(DMS) 및 dimethyl disulfide(DMDS)를 분석하기 위해 10 용량의 테들러 백(Tedlar bag, SKC, USA) 에 공기 펌프를 이용하여 1 2 /min의 유량으로 5분 동안 채취하였다. 채취된 시료를 즉시분석실로 운반하여 일차적으로 시료 중에 극미량으로 존재하는 악취성분을 열 탈착기(Thermal desorber)와 가스 분배기(Air server)가 결합된 열탈착시스템(Thermal Desorption Unit, U-UNITYe, Markes international, UK)을 이용하여 농축하였다.
후각 기능이 정상적이고 훈련된 5 명의 악취 판정원들이 측정 시간에 돈사 안으로 직접 들어가 평가하는 직접 관능법을 적용하였다. 악취 강도와 불쾌도 모두 6 단계 평가 방법을 적용하였으며(0: 무취, 1: 매우 약함, 2: 약함, 3: 보통, 4: 강함, 5: 매우 강함), 악취 판정 원들의 평가 결과 중 가장 높고 낮은 것을 제외한 3명이 평가한 점수를 기하 평균하여 대표치로 사용하였다.
대상 데이터
서울대학교 부속 연구목장에 위치한 밀폐 형태의 완전 슬랫형 슬러리 돈사(5.2m×9m×2.5 m)에서 하절기인 2003년 6월에서 8월에 실험을 실시하였다. 돈사 내부는 중앙 복도(0.
7m)에는 평균 체중 50-75 kg의 육성돈(Landrace×Yorkshire×Duroc) 3 4두를 입식한 후 NRC 사양기준에 근거한 자유 급식 및 음수가 가능한 사육 환경을 조성하였다. 악취 저감을 위한 생물학적 첨가제의 대상으로는 물, 소금물, 고온 호기성 분뇨 처리수, 미생물제제, 콩기름, 인공 식향료(바나나향), 식물성 천연 식향료로 각 첨가제의 조성과 물과의 희석 비율은 Table 1과 같다. 고온 호기성 분뇨처리 수의 경우 Table 2에 나타난 바와 같이 무취에 가깝고, 병원성 미생물이 거의 사멸되어 살포시 돼지나 작업자에게 무해한 처리 수가 적용되었다.
데이터처리
악취 강도와 불쾌도 모두 6 단계 평가 방법을 적용하였으며(0: 무취, 1: 매우 약함, 2: 약함, 3: 보통, 4: 강함, 5: 매우 강함), 악취 판정 원들의 평가 결과 중 가장 높고 낮은 것을 제외한 3명이 평가한 점수를 기하 평균하여 대표치로 사용하였다. 악취 농도 지수(odor concentration index)의 측정은 휴대용 디지털악취 농도 측정기(XP-329, Cosmos instrument, Japan)를 이용하여 3회 측정한 평균값을 이용하였다.
성능/효과
, 1980). 따라서 악취 저감 지속 효과가 상대적으로 낮은 인공 식향료나 식물성 천연향료를돈사내에 살포할 때에는 적정 수준보다 환기율을 약간 낮추거나 피트내 돈분뇨 슬러리를최대한 외부로 배출시킨 조건하에서 더욱 효율적인 악취 저감 효과를 얻을 수 있을 것으로 사료된다.
물의 살포는 본질적으로 악취의 정성 평가 측면에서 현저한 저감 효과가 관찰되지 않았다. 소금물은 암모니아에 대해 살포 후 시간 경과에 따른 저감율이 다른 첨가제에 비해 상대적으로 높았는데, 이는 소금물의 염소 이온이 피트 슬러리내 암모늄 이온과 결합, 수용액 상태로 존재하게 하여 대기 중으로의 암모니아 발생을 억제했기 때문이라 판단된다.
본 연구를 통해 평가된 악취 저감 첨가제 중식물성 천연향료의 돈사 악취 저감 효과가 가장 현저한 것으로 나타났다. 비록 식물성 천연향료의 살포가 돈사내 암모니아의 농도를 저감하는데 큰 역할을 하지는 못했지만, 다른 첨가제들과 비교하여 황 계열 악취 원인 물질뿐만 아니라, 이미 언급한 악취 정량적 측면에서도 상당한 저감 효과를 보이는 것으로 분석되었다.
현저한 것으로 나타났다. 비록 식물성 천연향료의 살포가 돈사내 암모니아의 농도를 저감하는데 큰 역할을 하지는 못했지만, 다른 첨가제들과 비교하여 황 계열 악취 원인 물질뿐만 아니라, 이미 언급한 악취 정량적 측면에서도 상당한 저감 효과를 보이는 것으로 분석되었다. 따라서 식물성 천연향료는 돈사내 악취 은폐제로서의 역할 뿐 아니라, 황 계열 악취 원인 물질을 생성하는 분뇨내 토착 미생물들의 활성 억제제(Varel and Miller, 2001)로서의 역할도 하는 것으로 사료된다.
, 1988; Watts, 1999)와 일치된 결과라 사료된다. 살포 후 3시간 이후부터는 첨가제의 종류에 관계없이 악취 농도 지수, 악취 강도, 악취 불쾌도 모두 초기 농도와 비슷한 수준을 보여 돈사내 악취에 대한 첨가제의 작용 효과가 긍정적이건 부정적이던 간에 최대 3시간 정도 유지됨을 알 수 있었다. 돈사내 악취 발생과 관련하여 첨가제의 작용 효과가 지속적이지 못한 원인은 환기에 의해 돈사 내부 공기 중에 잔존해 있는 첨가제가 외부로 배출되거나 외부 공기의 유입으로 돈사 내부가 희석되었기 때문이라 사료된다.
악취 은폐제로 알려져 있는 인공 식향료와식물성 천연향료는 악취 강도와 불쾌도를 현저히 저감하는 것으로 본 연구를 통해 밝혀졌으며, 이는 기존의 몇몇 연구자들의 결과들 (Ritter et al., 1975; Smith et al., 1980; Varel and Miller, 2001)과도 일치하였다. 그러나 악취 은폐 효과의 지속성 측면에 있어 인공 식향료는 살포 후 3시간까지 유지된 반면, 식물성 천연향료는 24시간까지 상대적으로 오랜기간 동안 유지되었다.
않았다. 악취 정량 평가 항목인 악취농도 지수, 악취 강도 및 악취 불쾌도의 전체평균 수치 및 범위는 264(226 287), 3.59(3.33 4.00), 3.67(3.50 4.00)로 나타났으며, 악취 원인 물질인 NH3, H2S, CH3SH, DMS, DMDS는 4.71ppm(7.46 2.13), 37.76ppb(28.20 57.08), 6.81 ppb(1.87 18.23), 3.53ppb(2.45 5.27), 1.39ppb (1.05 2.38)로 각각 분석되었다. 이들 악취 원인 물질 중 암모니아와 황화수소의 농도는 선행 연구 결과들의 범위 안에 포함되었는데, 보고된 자료에 의하면 일반 돈사 내부의 암모니아 농도는 3.
평가대상 모든 첨가제에 대해 악취 농도 지수는 살포 전보다 살포 후에 더 높은 것으로 분석되었다. 이는 본 연구에 이용된 악취 자동센서기가 악취를 포함한 다른 모든 냄새 및 향을 구분없이 일률적으로 하나의 것으로 인지한 결과이며, 따라서 돈사내 악취와 더불어 첨가제 자체가 보유하고 있는 냄새 및 향을 동시에 합산하여 나타낸 수치라 사료된다.
후속연구
, 2001), 재현성과 객관성을 담보할 수 있는 농도 평가를 위해서는 고도로 훈련된 악취 판정원, 표준화된 평가 절차 및 무취실 등의 기반 시설이 필수적이다. 그러나 본 연구는 악취 농도 측 정시사용되는 무취실의 부재를 극복하고자 이에 대한 대체 방법으로 악취 자동 센서기를 사용하였으나 정확한 악취 농도의 평가에는 다소의 한계성이 있다고 판단되어 향후 추가 연구 수행 시에는 관능법에 근거한 측정 방법을 적용해야 될 것으로 사료된다.
현재로서는 이들 4가지의 첨가제들이 각각의 악취 원인 물질을 어떠한 방식으로 저감시키는 지에 대한 명확한메카니즘이 제시되지 못하고 있다. 다만 돈사내 이들 첨가제의 살포가 피트내 저장되어 있는 돈분뇨의 성상 및 pH를 변화시켜 악취 발생에 관여하는 미생물 종의 변형을 유도한 결과라 추정될 뿐이다.
그러나 악취 센서기를 통해 측정된 악취 농도는 위와는 상반된 결과가 나타났는데, 이는 악취 센서기가 인공 식향료와 식물성 천연향료가 자체적으로 지닌 향 성분도 악취의 한 범주로 인식되어 유도된 결과라 판단된다. 본 연구를 통해 나타난 결과는 현장에서 수행된 분석 결과로 실험 당일 날의 외부 기후 상황 및 돈사내 환경 여건에 따른 돼지들의 반응 행동 양상에 따라 실험 결과에 상당한 영향을 준다는 사실을 염두하여 고찰할 필요가 있다.
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