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문제 정의
- 최근에는 퇴비화 촉진을 위해서 유용미생물을 첨가하는 연구 결과가 홍7)등에 의해 보고되 어진 바 있다. 본 시험에서는 기존 부숙퇴비를 퇴비화 미생물 식종원으로서 활용할 경우가 퇴비화 진행에 미치는 효과를 분석하기 위한 시험을 실시하였다. 본 시험에 식종원으로 사용된 기존 부숙퇴비의 미생물 분포를 분석한 결과 방선균은 8.
- 본 연구는 기존 발효퇴비의 첨가 수준이 퇴비화 진행과정에 주는 영향을 분석하기 위하여 실시하였다. 본 과제 수행에 있어 지금까지 도출된 주요 결과는 다음과 같다.
- 본 연구에서는 미생물 공급원으로서의 기존 발효퇴비를 신규 퇴비단에 혼합처리 하였을 경우가 퇴비화 개시 초기과정에 미치는 영향을 분석하기 위해서 기존퇴비 혼합수준 별로 처리구를 구분하여 퇴비화 시험을 실시하였다.
가설 설정
- 2. 암모니아 발생양태는 온도변화 패턴과 유사한 경향을 보인다. 즉 발효온도가 높은 시기에는 암모니아 발생농도가 높고 뒤집기 이후의 퇴비단 온도상승은 암모니아 발생 정도의 증가추세를 수반하는 것으로 나타났다.
제안 방법
- 통상적으로 퇴비화개시를 위한 적정수분 함량은 65% 로 알려져 있다. 본 시험에서는 수분조절재로서 톱밥을 혼합하여 퇴비단의 초기 수분함량을 65±3%의 범위내로 조절하여 퇴비화 시험을 실시하였다. 아래 Table 4는 퇴비화 진행에 따른 각 처리별 수분 함량의 변화 정도를 나타낸 것이다.
- 스크레퍼식 돈사로부터 수거된 신선한 양돈분뇨에 톱밥을 혼합한 재료를 대상으로 하여 퇴비화 시험을 수행하였다. 퇴비화 개시 전 단계의 식종재료로는 경기도 Y시에 소재한 축협퇴비화 시설에서 발효 후 후숙 처리한 그린 퇴비를 사용하였다.
- 시험수행을 위해서 돈분뇨와 톱밥을 혼합한 퇴비화 원재료를 조제한 후 식종 재료로서 기존퇴비를 처리 수준별로 첨가한 다음 고르게 교반하였다. 본 시험에 사용된 각 원재료의 특성은 Table 1에 나타난 바와 같다.
- 퇴비화 개시 전 단계의 식종재료로는 경기도 Y시에 소재한 축협퇴비화 시설에서 발효 후 후숙 처리한 그린 퇴비를 사용하였다. 식종용 발효 퇴비의 첨가 수준은 돈분과 톱밥을 혼합한 원재료 대비 5, 10, 15 그리고 20% 수준으로 하여 원물 대비 V/V% 기준으로 혼합하였다.
- 온도차이를 최소화 하였다. 실험 전 기간 동안 퇴비화는 공기공급시스템에 의해 호기적 상태에서 진행하였다. 퇴비화 기간 동안퇴비 단의 온도변화는 1일 3회 이상 측정하였으며, 이때 가스검지관을 사용하여 암모니아 발생량도 함께 측정하였다.
- 퇴비화 기간 동안퇴비 단의 온도변화는 1일 3회 이상 측정하였으며, 이때 가스검지관을 사용하여 암모니아 발생량도 함께 측정하였다. 암모니아 농도측정 위치는 각 반응조의 퇴비단 상부 2cm 높이에서 측정함으로써 반응조간의 상호간섭을 최대한 배제토록 하였다. 퇴비화 기간 동안 뒤집기는 총 4회에 걸쳐 실시하였으며 뒤집기 시기는 퇴비단의 온도변화를 기준으로 결정하였다.
- 64% 수준으로 조절되었다. 이 원료를 대조구로 하여 식종원으로 사용된 기존발효 퇴비를 각 처리수준별로 혼합하여 퇴비화 시험을 개시하였다. 식종원으로 사용된 발효 퇴비의 수분 함량은 41.
- 2007). 채취한 시료의 성분분석을 위하여 Onon 920A+(pH), AA280FS (무기물), CARY 300 (흡광광도분석) 등의 기기를 이용하였고 C/N 분석에는 자동원소 분석기 (Vario MACRO)를 사용하였다. 퇴비 중의 미생물 분석은 평판법을 이용하여 규정된 조건에서 배양한 후 생성된 Colony를 계수 하였다.
- 각 처리구별 암모니아 발생농도는 거의 비슷한 모습을 보여 주고 있는데 퇴비화 개시 초기에 암모니아 발생은 최고조에 달하는 것으로 나타났다. 퇴비 단의 온도가 최고치를 나타낸 퇴비화 2일째에 발생된 암모니아 농도는 150~200ppm 을 기록하였으며 암모니아 발생 최고치는 발효 퇴비 15% 첨가구에서 기록한 200 ppm 이었고 20% 첨가구, 대조구, 10%, 5% 첨가 구가 각각 190, 170, 160, 150ppm의 암모니아 발생농도를 기록함으로써 그 뒤를 이었다. 그러나 초기 최고치를 기록한 15%와 20% 첨가구에서는 시간이 경과함에 따라 암모니아 농도가 감소하여서 3일째부터는 타 처리 구에 비해 전반적으로 낮은 경향치를 보였다.
- 채취한 시료의 성분분석을 위하여 Onon 920A+(pH), AA280FS (무기물), CARY 300 (흡광광도분석) 등의 기기를 이용하였고 C/N 분석에는 자동원소 분석기 (Vario MACRO)를 사용하였다. 퇴비 중의 미생물 분석은 평판법을 이용하여 규정된 조건에서 배양한 후 생성된 Colony를 계수 하였다.
- 암모니아 농도측정 위치는 각 반응조의 퇴비단 상부 2cm 높이에서 측정함으로써 반응조간의 상호간섭을 최대한 배제토록 하였다. 퇴비화 기간 동안 뒤집기는 총 4회에 걸쳐 실시하였으며 뒤집기 시기는 퇴비단의 온도변화를 기준으로 결정하였다. 뒤집기는 2x3.
- 실험 전 기간 동안 퇴비화는 공기공급시스템에 의해 호기적 상태에서 진행하였다. 퇴비화 기간 동안퇴비 단의 온도변화는 1일 3회 이상 측정하였으며, 이때 가스검지관을 사용하여 암모니아 발생량도 함께 측정하였다. 암모니아 농도측정 위치는 각 반응조의 퇴비단 상부 2cm 높이에서 측정함으로써 반응조간의 상호간섭을 최대한 배제토록 하였다.
- 퇴비화 시험장치는 반응조 외부온도로부터의 영향을 최대한 감소시키기 위하여 온실에 설치하였고, 실내의 환기를 조절하여 주야간의 온도차이를 최소화 하였다. 실험 전 기간 동안 퇴비화는 공기공급시스템에 의해 호기적 상태에서 진행하였다.
대상 데이터
- 돈사에서 스크레퍼에 의해 배출된 지 하루 이내의 신선한 상태의 분을 수거하여 톱밥과 혼합하였다. 톱밥은 혼합한 퇴비단의 수분이 65% 내외가 될 수 있는 양을 산정하여 혼합하였으며, 본 시험에 사용된 톱밥은 C/N 가약 690 정도로 분석되었다.
- 본 연구의 수행을 위해 직경 35 cm, 높이 100 cm의 투명아크릴을 이용하여 호기적 발효 장치를 구성하였으며 그 형태는 Fig. 1과 같다.
- 퇴비화 시험을 수행하였다. 퇴비화 개시 전 단계의 식종재료로는 경기도 Y시에 소재한 축협퇴비화 시설에서 발효 후 후숙 처리한 그린 퇴비를 사용하였다. 식종용 발효 퇴비의 첨가 수준은 돈분과 톱밥을 혼합한 원재료 대비 5, 10, 15 그리고 20% 수준으로 하여 원물 대비 V/V% 기준으로 혼합하였다.
이론/모형
- 시료는 채취 즉시 실험실로 이송하여 분석에 임하였고 미생물 분석을 위한 시료는 무균 용기에 채취하여 이송 즉시 분석하였으며 모든 시료는 표준분석법에 준하여 분석을 실시하였다 (AOAC. 2007). 채취한 시료의 성분분석을 위하여 Onon 920A+(pH), AA280FS (무기물), CARY 300 (흡광광도분석) 등의 기기를 이용하였고 C/N 분석에는 자동원소 분석기 (Vario MACRO)를 사용하였다.
- 5m 규격의 깨끗한 비닐 위에 반응조 내의 퇴비재료를 쏟은 다음 네 모퉁이 및 중앙부의 높이를 달리하면서 고르게 혼합되도록 하였다. 완전 혼합 후 각 처리별 퇴비가 오염되지 않도록 주의하면서 분석용 시료를 AOAC에 규정된 방법에 준해 채취한 후 혼합퇴비는 각 반응조에 주의 깊게 다시 채워 넣었다(AOAC. 2007). 혼합시 각 처리별 교차오염을 예방하기 위하여 혼합용 비닐은 매 반응조마다 새 비닐로 교체하여 사용하였다.
성능/효과
- 1. 퇴비화 개시 2일 경과 후에 각 처리 별 온도는 67~71℃ 내외로 상승하였다. 발효 퇴비를 첨가하지 않은 대조구와 발효퇴비 5% 첨가수준의 두 개의 퇴비단에서 7VC까지 상승하였으며 발효퇴비 15% 첨가수준에서 67 ℃ 를 기록하여 온도 최고점이 제일 낮았다.
- 나머지 처리 구의 온도 변화폭은 17±1℃ 로서 유사한 결과를 보였다. 2차 뒤집기를 실시한 후 온도변화는 다른 양상을 나타내서 대조구의 온도 재상승 폭이 9C로 각 퇴비단 중에서 가장 적었으나 온도 하강속도가 가장 느린 경향을 보임으로써 3차 뒤집기 전에는 다시 가장 높은 온도를 유지하였다. 퇴비화 개시 11일 후에 실시한 3차 뒤집기 이후로는 대조구를 포함한 각처리구의 온도 상승폭이 5t 내외로 미미하였다.
- 즉 발효온도가 높은 시기에는 암모니아 발생농도가 높고 뒤집기 이후의 퇴비단 온도상승은 암모니아 발생 정도의 증가추세를 수반하는 것으로 나타났다. 3. 퇴비화의 진행초기에는 pH가 상승하는 경향을 보였다. 이는 퇴비화진행 초기 단계에서 발생하였던 암모니아 농도 증가와 연관되어진 것으로 볼 수 있다.
- 4. 퇴비화 기간이 경과함에 따라 각 처리 별 퇴비단의 C/N은 감소하는 결과를 보였다. 각 처리구별 C/N 감소정도는 퇴비화 초기에 더 높게 나타났고 이러한 경향은 각 처리 구에서 비슷한 추세를 보였다.
- 5. 퇴비화에 따른 미생물 수는 퇴비와 개시 후 증가하다가 퇴비단의 온도 감소와 함께 감소하는 경향을 보이고 있고 이러한 추세는 전 처리구에서 공히 관찰되었다.
- 이는 이' 등이 보고한 내용과 유사한 결과이다. 각 처리구별 암모니아 발생농도는 거의 비슷한 모습을 보여 주고 있는데 퇴비화 개시 초기에 암모니아 발생은 최고조에 달하는 것으로 나타났다. 퇴비 단의 온도가 최고치를 나타낸 퇴비화 2일째에 발생된 암모니아 농도는 150~200ppm 을 기록하였으며 암모니아 발생 최고치는 발효 퇴비 15% 첨가구에서 기록한 200 ppm 이었고 20% 첨가구, 대조구, 10%, 5% 첨가 구가 각각 190, 170, 160, 150ppm의 암모니아 발생농도를 기록함으로써 그 뒤를 이었다.
- 발효퇴비 혼합구에서는 잠시 상승하였던 온도가 뒤집기 2일 후에 다시 하강하여 외기온과 비슷한 온도대를 형성하였다. 그러나 대조구는 퇴비단의 온도가 301 이상을 유지하며 외기온보다 10t 이상 높은 상태를 지속하고 있었으며 4차 뒤집기를 실시한 15 일째 이후에도 다른 처리구에 비해 높은 온도를 유지하는 경향을 보였다. 이 결과는 대조구가 다른 처리구에 비해 분해되어질 유기물이 상대적으로 더 많이 잔존함으로써 유기물 분해에 따른 열이 더 오래 지속되는 현상에 기인한 것으로 판단된다.
- 발효 퇴비를 첨가하지 않은 대조구와 발효퇴비 5% 첨가 수준의 두 개의 퇴비단에서 71℃ 까지 상승하였으며 발효퇴비 15% 첨가수준에서 67℃를 기록하여 온도 최고점이 제일 낮았다. 대조구에서의 초기발효온도는 Table 2에서보여지듯이 타 처리구에 비해 상승개시 시점이 더 느렸지만 개시 2일째에 타 처리 구와 함께 최고 .
- 퇴비화 개시 2일 경과 후에 각 처리 별 온도는 67~71℃ 내외로 상승하였다. 발효 퇴비를 첨가하지 않은 대조구와 발효퇴비 5% 첨가수준의 두 개의 퇴비단에서 7VC까지 상승하였으며 발효퇴비 15% 첨가수준에서 67 ℃ 를 기록하여 온도 최고점이 제일 낮았다. 온도변화를 기준으로 볼 때 퇴비화 전 기간 동안 대조구의 발효속도가 타 처리구에 비해 느린 것으로 판단할 수 있다.
- 최고온도를 기록한 2일 째의 각 처리구별 온도는 통계적으로는 차이를 보이지는 않았다. 발효개시 3 일 이후로는 퇴비단의 온도가 하강하였으며 하강 속도는 발효퇴비 첨가구에서 빠른 경향을 보였으며 대조구가 가장 완만한 하강추세를 나타냈다. 퇴비화 후 4일 째에 퇴비 단의 온도가 35 ℃ 내외까지 하강한 관계로 1차 뒤집기를 실시하였다.
- 본 시험개시 초기의 방선균은 각 처리구별로 다소의 차이는 있었지만 전반적인 추세를 살펴보면 퇴비단의 온도가 올라가는 퇴비화 초기에 증가하는 경향을 보였다. 이는 퇴비화 초기의 중온성 진균과 세균들의 분해 활동에 의해 온도가 상승함으로써 고온성 균인 방선균의 밀도가 높아진다는 Pancholy"* 등의 보고와 유사한 결과를 보이는 것으로 판단된다.
- 본 시험에서는 기존 부숙퇴비를 퇴비화 미생물 식종원으로서 활용할 경우가 퇴비화 진행에 미치는 효과를 분석하기 위한 시험을 실시하였다. 본 시험에 식종원으로 사용된 기존 부숙퇴비의 미생물 분포를 분석한 결과 방선균은 8.8X107 수준이었고 진균이 3.6X106 그리고 총 세균은 2.2><108의 수준으로 존재하였다. 퇴비화 기간의 경과에 따라 각 혼합수준별 Acinotomyces 분포 변화를 Table 6에 수록하였다.
- 본 시험에서 가축분뇨의 퇴비화 과정초기엔 방선균은 퇴비온도가 올라가면 증가하는데 퇴비화 기간이 경과하고 온도가 낮아짐에 따라 감소하는 경향을 보였다. 이는 이4) 등이 보고한 내용과 유사한 결과이다.
- 본 시험에서 수행된 퇴비화의 진행 초기에는 pH가 상승하는 경향을 보였다. 이는 퇴비화 진행 초기단계에서 발생하였던 암모니아 농도 증가와 연관되어진 것으로 볼 수 있다.
- 이는 퇴비화 진행에 따라 미생물들이 기질로 이용하는 유기물이 감소하는 것과 연관이 있는 것으로 사료된다. 본 시험에서 조사한 퇴비단의 온도변화와 pH 변화, 암모니아 발생량 그리고 미생물의 수와 C/N의 변화율 등을 종합적으로 연관지어볼 때 상기 요소들이 퇴비단 내의 유기물 감소정도와 상호 연관관계를 가지는 것으로 판단되어진다.
- 본 시험에서는 대조구를 포함한 각 처리 구 공히 퇴비화가 진행될수록 뒤집기 이후의 온도 변화폭이 감소하였다. 본 시험에서 뒤집기 이후 하강하였던 온도가 단시간 내에 상승하는 경향을 보였는데 이는 류2)등의 보고와 유사한 결과이다.
- 퇴비화 기간 동안 퇴비단의 수분 함량 변화는 퇴비화 중후반기에 다소간의 차이를 보이지만 퇴비화 말기를 포함한 전 기간 동안 각 처리 구의 수분 함량변화 패턴은 일정한 추세를 보였다. 본시험 기간동안 발효온도와 C/N의 변화 정도 그리고 pH 수준 등을 고려하여 볼 때 전반적인 퇴비화 진행정도는 양호한 것으로 판단되나 퇴비화 완료 후 각 처리구별 수분함량이 55% 내외 수준인 것을 감안하면별도의 후숙처리 과정이 추가로 필요한 것으로 판단된다.
- 가축 분은 질소 함량이 높으므로호기적 조건에서의 퇴비화시에 암모니아 발생 정도가 높은 경향이 있다. 암모니아는 온도와 pH가 높을 경우 더 많이 발생하는 특성이 있는데, 본 시험에서 관측된 온도 최고상승기에 암모니아 발생량과 비례하여 pH도 상승하는 경향을 보이고 있고 대조구의 경우에 그 경향이 더 뚜렷하게 나타나고 있다. 이 결과는 고') 등과 황과 조8)등이 보고한 내용과 유사한 결과이다.
- 외부와의 공기유통을 차단한 상태에서 퇴비 단에서 발생된 암모니아가 실내 공간의 높이에 따라 존재하는 양상을 조사한 결과, 공기 흐름이 적은 실내의 경우 암모니아는 높은 위치에서 더 고 농도로 존재하는 경향을 보였다. 본 시험에서는 실내 암모니아 최고농도가 90 ppm일 경우(T1)나 15 ppm일 경우에도 결과는 유사하였다.
- 그러나 대조구는 퇴비단의 온도가 301 이상을 유지하며 외기온보다 10t 이상 높은 상태를 지속하고 있었으며 4차 뒤집기를 실시한 15 일째 이후에도 다른 처리구에 비해 높은 온도를 유지하는 경향을 보였다. 이 결과는 대조구가 다른 처리구에 비해 분해되어질 유기물이 상대적으로 더 많이 잔존함으로써 유기물 분해에 따른 열이 더 오래 지속되는 현상에 기인한 것으로 판단된다. 18일째 이후로는 전 퇴비단이 외기온과 비슷한 온도까지 하강하였다.
- 2에서의 온도변화패턴과 유사한 경향을 보여주고 있다. 즉 발효 온도가 높은 시기에는 암모니아 발생농도가 높고 뒤집기 이후의 퇴비단 온도상승은 암모니아 발생정도의 증가추세를 수반하는 것으로 나타났다. 이는 이' 등이 보고한 내용과 유사한 결과이다.
- 2에서의 온도변화패턴과 유사한 경향을 보여주고 있다. 즉 발효 온도가 높은 시기에는 암모니아 발생농도가 높고 뒤집기 이후의 퇴비단 온도상승은 암모니아 발생정도의 증가추세를 수반하는 것으로 나타났다. 이는 이' 등이 보고한 내용과 유사한 결과이다.
- 각 처리별로 퇴비화 개시시의 수분 함량이 약간씩 다른 이유는 발효 퇴비와 퇴비화 원료의 수분차이에 기인한 것이다. 퇴비화 진행에 따라 각 처리구 공히 수분함량이 감소하였는데 본 시험의 퇴비화 기간 동안 각 처리구별 수분감소 정도는 10% 혼합구, 20%, 5% 그리고 15% 혼합구에서 각각 15.8%, 15.1, 14.9 그리고 14.6%의 수준을 나타냈다. 동 기간동안 대조구의 수분 감소율은 약 12.
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