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문제 정의
- 철원군의 모범적 사례로 평가받고 있는 돈분 액비화 사업이 전국으로 확산되고 있으나 최근 액비의 악취문제로 민원이 발생함에 따라 일부 돈본뇨 액비저장조가 가동되지 못하는 사례가 생기고 있다. 따라서 본 시험연구는 대표적 액비저장조의 유형에 따라 악취발생 정도와 액비의 품질을 비교·검토하고 각 저장형태에 따른 장단점을 분석하여 돈분저장조의 발전적 개선을 통하여 돈분 액비화사업의 활성화에 도움이 되고자 수행하였다.
- 특히 철원군의 경우 대부분 폭기식 저장조가 많고 일부 농가포장에 무처리저장조 또는 폭기식 저장조를 더욱 개량하여 공기주입과 교반의 효과를 동시에 낼 수 있는 분사교반식 저장조가 설치되어 있으나 각 유형간의 장단점을 실제 설치농가에서 비교 분석한 연구는 없다. 본 연구는 액비화사업을 하고 있는 철원군을 비롯한 많은 지역에 보급되어 있는 대표적 액비저장조의 유형에 따라 악취발생 유형을 파악하고 액비의 품질을 비교 검토하여 돈분액비 저장조의 발전적 개선을 통하여 돈분 액비화사업의 활성화에 도움이 되고자 수행하였다.
제안 방법
- 분사교반 저장조나 폭기 저장조는 침전율이 낮지만 무처리조는 굳어진 침전층이 두꺼워 액비시용을 위하여 분뇨시비탱크에 흡입시 작업이 어려울 것으로 생각되었다. 각 처리탱크별 문제점을 조사하였다. 흡입 분사교반 저장조는 액비를 흡입하여 다시 3개의 배관을 통하여 분사하는 원리를 가진 순환펌프로 가동 되며, 이 장치는 교반장치를 부착한 것과 같은 효과를 발휘하여 액비가 교반되는 장점이 있지만 분뇨에 이물질이 많을 경우 흡입과 분출모터에 이물질이 끼어 모터가 고장을 일으키기 쉬운 단점이 있는 것으로 파악되었다.
- 돈분저장조 현장에서의 악취발생 농도는 저장조 액비수면위 10 cm 정도의 공기를 GASTEC(GV-100S) 검지관을 사용하여 측정하였다. 이와 병행하여 관능 조사 방법으로 저장조 바로 옆에서 세 사람이 냄새를 맡아 악취강도를 측정하였다.
- 폭기식 저장조나 분사교반식 저장조의 에어펌프나 액비순환펌프는 회사마다 다르기 때문에 약간의 차이가 있을 수 있다. 본 시험에서 선정한 폭기식 저장조는 저장조 한 쪽 하단에 설치된 1개 파이프를 통하여 에어펌프로부터 공기가 주입되도록 설계되었고, 분사교반식 저장조는 저장조 하단 3지점에 설치된 액비배출관의 배출구가 각각 시계반대방향으로 향하도록 배치하고 각 배출관은 액비순환펌프에 연결함으로서 순환펌프에서 순환되는 액비가 3개의 배출구를 통하여 분출됨에 따라 저장조의 액비가 같은 방향으로 밀리게 되어 저장조의 전체 액비가 순환 교반되도록 설계되었으며, 흡입과정에서 흡입관의 중앙에 미세한 구멍 1개를 뚫어 흡입시 공기도 같이 흡입되도록 하였다. 폭기식 저장조의 에어펌프나 분사교반식 저장조의 액비순환펌프는 모두 5마력의 용량을 가진 모터가 동력으로 채용되었다.
- 액비 중 악취를 풍기는 가스에는 NH3, H2S, VFA, Methylamine, 메칠메르캅탄 등 (Jung, 1998) 여러 가지가 있으나 본 시험에서는 예비측정에서 가장 많이 배출되는 가스로 판명된 NH3 과 methylamine을 조사 대상 악취가스로 선정하였다. 악취가스는 관능조사방법과 GASTEC (GV-100S) 검지관 조사방법을 병행하였다.
- 이와 병행하여 관능 조사 방법으로 저장조 바로 옆에서 세 사람이 냄새를 맡아 악취강도를 측정하였다. 악취의 강도는 환경관련법에 준하여 관능조사 등급을 악취도 0(무취, None), 1(취기 감지가 매우 약함, threshold), 3(취기 보통, moderate), 4(취기 매우강함, very strong), 5(취기가 참기어렵도록 강함, over strong)로 구분 하였다.
- 액비시료의 채취는 저장조내 부위에 따라 성분함량이 서로 상이한 것을 감안하여 상층, 중층, 저층으로 구분하여 채취한 뒤 같은 량으로 3부위 액비를 섞어서 한 시료로 하였다. 액비의 이화학성분석은 비료관리법령 및 관련 규정집 별표 1 비료의 이화학적 검사 방법에 준하여 분석하였다 (RDA, 2004).
- 돈분액비의 포장시용에서 가장 걸림돌은 시용포장에서 악취가 주변 마을에 퍼지게 됨에 따라 민원이 생긴 것으로 시용 당시 액비의 악취배출 정도는 매우 중요하다. 액비에서 배출될 수 있는 악취는 온도에 비례하여 많이 발생함으로 여름철 시용을 가정할 때 자연상태에서는 30℃에서 액비가 배출할 수 있는 악취량이 가장 많을 것으로 추정하고 이때 배출되는 배출량을 잠재적 악취배출능으로 정의하고 시험을 수행하였다. Table 4는 저장기간에 따른 처리별 액비의 잠재배출능을 분석한 결과이다.
- 액비의 악취가스 잠재적 배출능은 저장조의 액비가 포장에 시용시 여름에 노출될 수 있는 평균 최고온도가 30℃를 넘지 못할 것으로 가정하고 30℃에서 악취 가스가 잠재적으로 가장 많이 배출된다는 전제하에 실험실에서 액비시료를 30℃으로 항온 진탕하여 1시간동안 배출되는 가스량으로 실험을 수행하였다. 액비의 악취 잠재적 배출능은 250 mL-삼각후라스크에 액비시료 60 mL을 넣고 밀봉하여 30℃에서 60분간 진탕한 뒤 삼각후라스크내 가스농도를 GASTEC (GV-100S) 검지관으로 측정하여 다음과 같이 식을 유도하여 가스배출량을 환산하였다.
- 액비의 악취가스 잠재적 배출능은 저장조의 액비가 포장에 시용시 여름에 노출될 수 있는 평균 최고온도가 30℃를 넘지 못할 것으로 가정하고 30℃에서 악취 가스가 잠재적으로 가장 많이 배출된다는 전제하에 실험실에서 액비시료를 30℃으로 항온 진탕하여 1시간동안 배출되는 가스량으로 실험을 수행하였다. 액비의 악취 잠재적 배출능은 250 mL-삼각후라스크에 액비시료 60 mL을 넣고 밀봉하여 30℃에서 60분간 진탕한 뒤 삼각후라스크내 가스농도를 GASTEC (GV-100S) 검지관으로 측정하여 다음과 같이 식을 유도하여 가스배출량을 환산하였다.
- 돈분저장조 현장에서의 악취발생 농도는 저장조 액비수면위 10 cm 정도의 공기를 GASTEC(GV-100S) 검지관을 사용하여 측정하였다. 이와 병행하여 관능 조사 방법으로 저장조 바로 옆에서 세 사람이 냄새를 맡아 악취강도를 측정하였다. 악취의 강도는 환경관련법에 준하여 관능조사 등급을 악취도 0(무취, None), 1(취기 감지가 매우 약함, threshold), 3(취기 보통, moderate), 4(취기 매우강함, very strong), 5(취기가 참기어렵도록 강함, over strong)로 구분 하였다.
- 배출 악취가스량은 곧 액비의 잠재적 악취가스배출능이 된다. 잠재적 악취가스 배출능의 계산은 식(3)을 사용하여 시료액 60 mL을 사용하여 30 에서 매 1시간 간격으로 5회씩 측정하였고 각각 시료별 3반복으로 하여 시험하였다.
- 폭기식 저장조의 에어펌프나 분사교반식 저장조의 액비순환펌프는 모두 5마력의 용량을 가진 모터가 동력으로 채용되었다. 폭기식 저장조의 에어펌프와 분사교반식 저장조의 액비순환펌프는 5월25일부터 1일 1회, 2시간/회씩 수동으로 가동하다가 7월1일 10월30일간에는 타이머를 부착하여 매 6시간당 30분간 (4회/일) 자동으로 가동되도록 하였다. 폭기식 저장조와 분사교반식 저장조의 단면을 보면 Fig.
대상 데이터
- 시험은 철원군에 보급된 대표적 돈분 저장조가 무처리 저장조, 폭기식 저장조, 분사교반식 저장조로 유형이 구분됨에 따라 돈분액비 시험처리구는 실제 농가에 설치되어 있는 저장조를 선정하여 수행하였다. 시험구는 PDF (polyethylene double frame) 패널을 소재로 한 200톤/개 용량의 저장조로서 무처리 저장조 설치농가, 분사교반식 저장조 설치농가 및 폭기식 저장조 설치농가를 각각 1개소씩 선정하여 조사하였다. 폭기식 저장조나 분사교반식 저장조의 에어펌프나 액비순환펌프는 회사마다 다르기 때문에 약간의 차이가 있을 수 있다.
- 시험은 철원군에 보급된 대표적 돈분 저장조가 무처리 저장조, 폭기식 저장조, 분사교반식 저장조로 유형이 구분됨에 따라 돈분액비 시험처리구는 실제 농가에 설치되어 있는 저장조를 선정하여 수행하였다. 시험구는 PDF (polyethylene double frame) 패널을 소재로 한 200톤/개 용량의 저장조로서 무처리 저장조 설치농가, 분사교반식 저장조 설치농가 및 폭기식 저장조 설치농가를 각각 1개소씩 선정하여 조사하였다.
- 액비 중 악취를 풍기는 가스에는 NH3, H2S, VFA, Methylamine, 메칠메르캅탄 등 (Jung, 1998) 여러 가지가 있으나 본 시험에서는 예비측정에서 가장 많이 배출되는 가스로 판명된 NH3 과 methylamine을 조사 대상 악취가스로 선정하였다. 악취가스는 관능조사방법과 GASTEC (GV-100S) 검지관 조사방법을 병행하였다.
이론/모형
- 액비시료의 채취는 저장조내 부위에 따라 성분함량이 서로 상이한 것을 감안하여 상층, 중층, 저층으로 구분하여 채취한 뒤 같은 량으로 3부위 액비를 섞어서 한 시료로 하였다. 액비의 이화학성분석은 비료관리법령 및 관련 규정집 별표 1 비료의 이화학적 검사 방법에 준하여 분석하였다 (RDA, 2004).
성능/효과
- 탄질비는 미생물에 의한 유기물 분해에 중요한 요소가 되며, 일반적으로 탄질비가 20:1이하인 경우 분해가 빨리 이루어진다. 그러나 액비에 대한 탄질비의 연구보고는 없어서 비교하기 어렵지만 본 액비 중에 함유된 질소와 탄소의 함량으로 계산한 결과 대체로 분해중인 액비는 2 3:1였고 1년 경과하여 어느 정도 분해가 이루어진 액비는 2:1이하로 나타나 분해가 진전될수록 탄질비가 낮아지는 경향을 보였다. 또 저장조에서 1년 이상 저장시킨 액비는 건물과 유기물의 함량도 현저히 낮은 값을 보였다.
- 폭기식 저장조는 공기주입배관이 1개 곳에만 편중되어 액비전체가 주입된 공기의 혜택을 고루 받을 수 없는 결점이 있었다. 따라서 공기주입구를 3개 정도로 추가하여야 액비의 균일한 부숙이 가능할 것으로 생각되었다. 무처리 저장조는 분사교반이나 폭기교반에 비하여 부숙상태가 낮아 액비의 악취발생 잠재능이 크고, 또한 부위간 액비의 불균질성 높아 작물의 생육 불균형의 원인이 될 수 있고 탱크 바닥에 침전 슬러지가 많은 것으로(Choi, 2004) 시험결과 밝혀짐에 따라 가급적 분시교반이나 폭기교반이 가능하도록 개선 될 필요가 있음을 알 수 있다.
- Table 3에서 여름철인 8월22일 측정치가 가장 높은 값을 나타났고 기온이 떨어지는 10월 5일, 10월31일로 갈수록 악취배출 농도는 낮게 나타났다. 또 처리별로 보면 무처리저장조에서 가장 높았고 분사교반조가 가장 낮은 경향을 보였다.
- 이는 측정 액비표면의 피막에 의하여 표출되지 못하였던 액비 중 악취가 피막을 휘저은 후 휘산해 나온 결과로 해석된다. 메칠아민과 암모니아가스의 배출경향을 보기 위하여 7월4일, 8월30일, 10월5일 및 10월31일 배출가스 농도를 측정한 결과 기온이 높은 여름철에 가장 많은 것으로 조사되었다. Table 3은 돈분뇨저장조의 처리유형별 저장기간에 따른 암모니아가스(NH3)와 메칠아 민가스(R-NH2)의 배출농도이다.
- 무처리 저장조는 배출액비의 악취발생 잠재능이 분사교반식 또는 폭기식 저장조의 액비보다 높아 실제 시용시 악취발생이 더 많을 것으로 추정되었다. 분사교반식 저장조는 액비에 이물질 혼입시 액비순환장치에 이상을 가져와 고장이 잦은 것으로 나타났고, 폭기식 저장조는 공기주입배관이 하나밖에 없어 전체액비에 폭기효과가 나타나지 못하는 것으로 추정되었다.
- 무처리 저장조는 배출액비의 악취발생 잠재능이 분사교반식 또는 폭기식 저장조의 액비보다 높아 실제 시용시 악취발생이 더 많을 것으로 추정되었다. 분사교반식 저장조는 액비에 이물질 혼입시 액비순환장치에 이상을 가져와 고장이 잦은 것으로 나타났고, 폭기식 저장조는 공기주입배관이 하나밖에 없어 전체액비에 폭기효과가 나타나지 못하는 것으로 추정되었다. 액비의 저장기간에 따른 유기물 및 건물중의 감소경향은 무처리 저장조에서는 뚜렷하 였으나 분사교반/폭기처리 저장조의 감소경향은 일관성이 없었다.
- 액비 표면상으로 배출되는 악취가스농도는 무처리 저장조가 분사교반식/폭기식 저장조보다 높았으나 밖으로 풍겨 나오는 악취 감지정도는 분사교반식/폭기식 저장조가 무처리 저장조보다 높았다. 분사교반 또는 폭기처리한 액비는 액비품질의 균질도가 높은 반면 무처리 저장조의 액비는 상층, 중층, 및 저층 간의 성분함량 차이가 많아 무처리 액비는 시용시 작물의 균일한 생육이 어려울 것으로 생각되었다.
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