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문제 정의
- 따라서 현실적인 가축분뇨 처리의 합리적 해결 방안은 축산과 경종 작물과의 자원순환체계를 어떻게 유지할 수 있을 것이냐 하는 것이며, 이에 맞추어질 좋은 가축분뇨 액비를 생산하는 것이 가장 중요하다 할 수 있다. 본 연구는 돈 분뇨액비의 농경지 환원시 악취가 발생하지 않고, 동시에 오염물질이 저감된 액비생산 기술을 개발할 목적으로 수행하였다.
제안 방법
- 4m3, 돈 슬러리는 1일 3톤을 투입하였다. 돈 슬러리는 여재 순환 장치 투입 — 여재에 의한 돈 슬러리 필터링 — 액비 침출 — 여재순환 -» 침출액 비 재투입 등을 반복하며 1일 5회 순환시켰다. 여재순환장치의 운전조건은 10분 ON, 50 분 OFF, 압축공기 분사장치의 운전조건은 5 분 ON, 25분 OFF 였고 이때의 공기공급량은 2.
- 돈 슬러리는 여재 순환 장치 투입 — 여재에 의한 돈 슬러리 필터링 — 액비 침출 — 여재순환 -» 침출액 비 재투입 등을 반복하며 1일 5회 순환시켰다. 여재순환장치의 운전조건은 10분 ON, 50 분 OFF, 압축공기 분사장치의 운전조건은 5 분 ON, 25분 OFF 였고 이때의 공기공급량은 2.5 였으며 , 공기공급을 위해 2마력 용량의 콤프레서를 이용하였다.
- 검지관법은 검지관의 양쪽 끝부분을 절단하여 검지기에 삽입한 후 검지기의 공기 흡입 기 를 표면으로부터 50 cm 높이에 서암모니아는 100ml를 1분 동안, 황화수소는 30초 동안 흡입하여 측정하였다.
- 미생물 분석용 시료는 매 순환시 배출되는 돈 슬러리를 5회에 걸쳐 50 ml씩 3반 복으로 채취하였으며, 총미생물 분석은 시료 원액을 식염수로 10배 희석하여 희석액 1ml씩을 무균적으로 취하여 패트리디쉬에 2반복으로 분주하고, plate count agar를 15 ml 정도 무균적으로 분주하여 시료를 잘 섞어 응고시킨다. 패트리디쉬를 거꾸로 하여 35±1℃에서 48시간 이상 배양한 후 미생물수를 산정하였고, Salmonella는 10배 희석한 시료 1 ml을 취하여, 패트리 디쉬에 2반복 분주하고, Salmonella-Shigella agar(Difco)를 사용하여 35~37도에서 48시간 배양한 후 colorless 하고 black center 의 형태로 관찰되는 것을 계수하였으며, Bacillus는 시료를 Mannitol egg yolk polymyxin agar에서 35℃, 24시간 배양하고, 혼탁한 분홍색 집락을 취해 TSA에 접종하여 35 ℃ 에서 24시간 배양한 후 세균수를 산정하였다.
- 응고시킨다. 패트리디쉬를 거꾸로 하여 35±1℃에서 48시간 이상 배양한 후 미생물수를 산정하였고, Salmonella는 10배 희석한 시료 1 ml을 취하여, 패트리 디쉬에 2반복 분주하고, Salmonella-Shigella agar(Difco)를 사용하여 35~37도에서 48시간 배양한 후 colorless 하고 black center 의 형태로 관찰되는 것을 계수하였으며, Bacillus는 시료를 Mannitol egg yolk polymyxin agar에서 35℃, 24시간 배양하고, 혼탁한 분홍색 집락을 취해 TSA에 접종하여 35 ℃ 에서 24시간 배양한 후 세균수를 산정하였다.
대상 데이터
- 본 시험은 국립축산과학원 축산 생명환경부에서 수행하였으며, 시험에 공시된 가죽 분뇨는 육성돈사에서 배출된 돈슬러리를 사용하였으며, 오염물질 및 악취저감 여재순환장치 (이하 여재순환장치)는 국립축산과학원에서 개발한 것으로 농가 실증용으로 제작하여 설치하였으며 오염물질 및 악취저감 효율 비교시험을 위한 여재로는 톱밥 및 왕겨를 사용하였다.
- 5m의 크기로 여재순환장치에 투입되는 돈분뇨 원 슬러리의 이물질 및 고형물을 제거하여 처리하는 고액 분리 장치는 돈분뇨 슬러리 투입파이프, 고액분리상자, 구동모터, 고액분리용 경사 망을 포함하고 있으며, 투입된 돈분뇨 슬러리를 여재와 같이 순환시켜 오염물질 및 악취를 저감시키는 여재순환 장치, 여재가 장치 내에서 순환할 때 공기를 불어 넣어주는 압축공기 분사장치, 최종적으로 오염물질과 악취가 저감된 돈슬러리와 사용이 완료된 여재를 유압을 이용해 배출시켜 주는 배출 장치와 배출된 여재를 이송시켜주는 이송장치 등으로 구성되어 있다. 여재로는 톱밥 또는 왕겨를 이용하였으며 여재투입량은 2.4m3, 돈 슬러리는 1일 3톤을 투입하였다. 돈 슬러리는 여재 순환 장치 투입 — 여재에 의한 돈 슬러리 필터링 — 액비 침출 — 여재순환 -» 침출액 비 재투입 등을 반복하며 1일 5회 순환시켰다.
이론/모형
- 오염성분인 BODs, CODMn, SS, T-N, T-P는 수질오염 공정시험법(환경부, 1992)에 의하여 분석하였으며, 분뇨내 비료성분중 질소 성분은 A.O.A.C (1990)에 의거 켈달방법으로 분석하였고, P2O5는 습식분해후 Lancaster 법으로 분석하였으며 K2O는 전처리한 시료의 여액을 일정량 취하여 희석한 후 원자흡광도계 (Model: AA280FS, Variant, 미국)에서 각 성분의 표준용액으로 검량선을 작성한 후 측정하였다. 이외의 성분은 표준사료 성분분석법에 준하여 분석하였다(축산연구소, 1996).
- C (1990)에 의거 켈달방법으로 분석하였고, P2O5는 습식분해후 Lancaster 법으로 분석하였으며 K2O는 전처리한 시료의 여액을 일정량 취하여 희석한 후 원자흡광도계 (Model: AA280FS, Variant, 미국)에서 각 성분의 표준용액으로 검량선을 작성한 후 측정하였다. 이외의 성분은 표준사료 성분분석법에 준하여 분석하였다(축산연구소, 1996).
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다. 악취성분
악취농도를 조사하기 위하여 암모니아(NH3) 와 황화수소(H2S)를 검지기(Gastec 801, 일본) 를 이용하여 검지관법 (Detector tube)으로 측정하였다. 검지관법은 검지관의 양쪽 끝부분을 절단하여 검지기에 삽입한 후 검지기의 공기 흡입 기 를 표면으로부터 50 cm 높이에 서암모니아는 100ml를 1분 동안, 황화수소는 30초 동안 흡입하여 측정하였다.
성능/효과
- 고액분리한 돈슬러리를 여재순환장치에 투입하여 가동을 한 결과, 톱밥을 여재로 이용하여 돈슬러리를 5회까지 순환시킨 경우, pH 는 8.8까지 증가하였으며, BOD5, CODmo, SS, T-N 및 T-P 는 각각 8, 340, 7, 735, 7, 000, 2, 478, 227 ml// 로 나타나, BOD5는 52.8, CODMn 57.3, SS 26.9, T-N 71.0, T-P 30.9% 수준으로 감소하는 것으로 나타났다. 왕겨를 여재로 이용했을 경우, pH는 8.
- 돈슬러리를 여재순환장치에 투입하여 여재별로 5회까지 순환시킨 결과, 톱밥처리 구에서는 질소, 인산, 칼리 함량이 각각 0.25, 0.05, 0.18%로 투입전에 비하여 각각 28.6, 70.6, 18.2% 감소하는 것으로 나타났으며, 왕겨를 여재로 이용했을 경우에도, 질소, 인산, 칼리함량이 각각 0.22, 0.07, 0.19%로 투입 전에 비하여 각각 37.1, 58.8, 13.6% 감소하는 것으로 나타났다. 또한 여재순환장치를 이용해 액비를 생산했을 경우, 인산의 함량을 상당량 줄일 수 있어 액비에 의한 인산의 토양집적을 줄일 수 있을 것으로 판단된다.
- 돈슬러리의 암모니아 (NHJ 및 황화수소 (H2S) 농도는 각각 70.0, 9.6 ppm 이었으며, 고액분리 후에는 각각 55.0, 7.4 ppm으로 나타나 고액분리만으로도 암모니아와 황화수소가 각각 21.4%, 22.9% 감소되는 효과를 얻었다. 고액분리된 돈슬러리를 여재순환장치에 투입하여 시험을 한 결과, 톱밥을 여재로 이용한 경우, 암모니아 10 ppm, 황화수소는 ppm 단위에서 검출되지 않았다.
- 왕겨를 여재로 이용했을 경우에도 암모니아 15 ppm, 황화수소는 ppm 단위에서 검출되지 않아 톱밥처리 구와 같은 결과를 나타냈다. 따라서 톱밥과 왕겨를 여재로 이용하여 돈슬러리를 2회 정도 순환시켰을 경우에는 암모니아 및 황화수소의 농도가 크게 감소되는 것으로 나타났다. 이 와같은 결과는 류(1995)가 가축분뇨 액비를 호기적으로 처리하면 호기성 미생물들에 의해 질소 및 황화합물(NH3, H2S, Amine) 과기타 악취물질을 분해하며, 이 과정에서 악취가 제거된다는 보고와 비슷한 경향이었다.
- 9X103 cfu/ml로 조사되었다. 고액분리 후의 돈 슬러리를 여재순환장치에 투입하여 시험을 한 결과, 톱밥을 여재로 이용한 처리구에서 총 세균과 바실러스는 증가하는 경향을 나타냈으나, 살모넬라는 급격하게 감소하는 경향을 나타내었다. 이와 같은 결과는 여재 순환 장치 내에 압축공기 분사장치를 통해 공급된 공기가 호기성미생물의 활성을 증가시킨 것으로 추정되며, 류(1995)가 가축분뇨 액비를 호기적으로 처리하게 되면 호기성미생물의 번식이 증가한다는 보고와 비슷한 경향을 나타내었다.
- 악취저감 균질액비 생산장치에 투입된 후 여재와 순환되어 배출되는 침출액비에 대한 색깔을 비교해 본 결과, 초기에는 흑회색 또는 암록색을 나타냈으나, 악취저감 균질액비생산 장치에서 여재(톱밥, 왕겨)와 같이 5회까지 순환시킨 결과 순환 횟수가 증가할 수록암갈색에서 흑갈색 또는 갈색으로 색깔이 변화되는 것을 볼 수 있었다. 이와 같은 결과는 퇴비의 간이부숙도 판정법에서 부숙도를 판정할 때 부숙이 완료된 퇴비의 색깔이 흑갈색을 나타낸다는 연구보고와 같은 경향을 나타내었다(농촌진흥청, 1994)
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