[국내논문]구제역 긴급행동지침(SOP)상의 화학처리방법으로 처리된 양돈분뇨의 고온호기산화공정 적용 연구 The Effect of NaOH treatment-Citric acid neutralization of Korean Standard Operating Procedure (SOP) on Physicochemical Compositions of Domestic Swine Excrement for the Connection to Thermophilic Aerobic Oxidation (TAO)원문보기
We planned to study how the chemical disposal designed by SOP can affect on physicochemical compositions of the livestock excrement. According to Livestock Manure Management Scheme, we experimented in two steps; the first step, NaOH treatment-Citric acid neutralization, and then the second procedure...
We planned to study how the chemical disposal designed by SOP can affect on physicochemical compositions of the livestock excrement. According to Livestock Manure Management Scheme, we experimented in two steps; the first step, NaOH treatment-Citric acid neutralization, and then the second procedure, Thermophilic Aerobic Oxidation (TAO) system. Physicochemical compositions of the 3-days-old samples after NaOH treatment were pH 10.31, EC 24.54 mS/cm, SCOD 3,022 mg/L, T-N 4,315 mg/L, $NH{_4}^+-N$ 1,960 mg/L, and not detected E. coli.. And those of one-day-old samples after citric acid neutralization were pH 7.36, EC 32.89 mS/cm, $SCOD_{Mn}$ 12,733 mg/L, T-N 4,787 mg/L, $NH{_4}^+-N$ 2,450 mg/L, and E. coli. not detected. In contrast, the physicochemical compositions of the treatment plots after the second treatment with TAO system (72hr) were pH 9.42 EC 24.21 mS/cm, $SCOD_{Mn}$ 3,660 mg/L, T-N 3,616 mg/L, $NH{_4}^+-N$ 1,190 mg/L, and no detection of E. coli.
We planned to study how the chemical disposal designed by SOP can affect on physicochemical compositions of the livestock excrement. According to Livestock Manure Management Scheme, we experimented in two steps; the first step, NaOH treatment-Citric acid neutralization, and then the second procedure, Thermophilic Aerobic Oxidation (TAO) system. Physicochemical compositions of the 3-days-old samples after NaOH treatment were pH 10.31, EC 24.54 mS/cm, SCOD 3,022 mg/L, T-N 4,315 mg/L, $NH{_4}^+-N$ 1,960 mg/L, and not detected E. coli.. And those of one-day-old samples after citric acid neutralization were pH 7.36, EC 32.89 mS/cm, $SCOD_{Mn}$ 12,733 mg/L, T-N 4,787 mg/L, $NH{_4}^+-N$ 2,450 mg/L, and E. coli. not detected. In contrast, the physicochemical compositions of the treatment plots after the second treatment with TAO system (72hr) were pH 9.42 EC 24.21 mS/cm, $SCOD_{Mn}$ 3,660 mg/L, T-N 3,616 mg/L, $NH{_4}^+-N$ 1,190 mg/L, and no detection of E. coli.
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문제 정의
Table 1에는 구제역 긴급행동 지침 (SOP)에 제시된 구제역 발생농장의 액상분뇨 소독 및 중화처리 요령을 정리하여 나타내었다. 본 연구에서는 구제역 긴급행동 지침 (SOP) 상의 화학적 소독처리가 양돈분뇨의 이화학적 성상에 미치는 영향을 알아보고, 액비화 및 정화처리 등을 고려한 2차 처리로서의 고온호기산화공정 적용 가능성에 대해 검토하였다.
본 연구에서는 구제역 긴급행동지침 (SOP) 상의 화학적 소독처리가 양돈분뇨의 이화학적 성상에 미치는 영향을 알아보고, 액비화 및 정화처리 등을 고려한 2차 처리로서의 고온호기산화공정 (TAO system) 적용 가능성에 대해 검토하였다. 주요 연구결과는 다음과 같다.
제안 방법
이후 시료가 pH 7 부근이 되도록 구연산으로 중화처리 한 뒤 24시간 상온·정치하여 각 처리에 따른 시료의 이화학적 성상변화를 분석하였다.
교반용 저류조에 양돈 슬러리 시료 120 L 를 투입한 후, 가성소다를 이용하여 pH 10이상이 되도록 조정하고 500 rpm으로 72시간 교반처리를 하였다 (Fig. 1). 이후 시료가 pH 7 부근이 되도록 구연산으로 중화처리 한 뒤 24시간 상온·정치하여 각 처리에 따른 시료의 이화학적 성상변화를 분석하였다.
구연산으로 중화처리 된 양돈슬러리 시료를 규격 640 mm(D) ×1,600 mm(H)의 Lab-Scale TAO reactor에 약 100 L 투입하여 72시간 처리하였다 (Fig. 1).
1). 이후 시간경과에 따른 TAO Reactor 내부온도 변화 및 시료의 이화학적 성상을 분석하고, SOP 소독처리 된 양돈분뇨의 TAO system 적용 가능성에 대해 검토하였다.
처리과정 중 시료는 각 처리구 별로 24시간으로 구분하여 채취하였으며, 채취된 시료는 채취즉시 실험실로 이송하여 분석을 실시하였다. 시료의 pH, 전기전도도 (Electrical Conductivity, EC)는 수질 다항목측정기 (Multi Sensor Meter, YSI-556 MPS, USA)를 이용하여 측정하였다.
처리과정 중 시료는 각 처리구 별로 24시간으로 구분하여 채취하였으며, 채취된 시료는 채취즉시 실험실로 이송하여 분석을 실시하였다. 시료의 pH, 전기전도도 (Electrical Conductivity, EC)는 수질 다항목측정기 (Multi Sensor Meter, YSI-556 MPS, USA)를 이용하여 측정하였다. 수용성화학적산소요구량 (Soluble Chemical Oxygen Demand, SCODMn), 총질소 (Total Nitrogen, T-N)는 Standard method (AHPA, 1989)에 따라 분석하였으며, 총질소 분석은 흡광광도법 (OPTIZEN POP, Mecasys, Korea)을 이용하였다.
SOP 소독처리 후 TAO system 연계처리에 따른 반응기 내·외부의 온도변화를 관찰하였다.
대상 데이터
연구에 사용된 양돈분뇨 슬러리는 강원도 원주시에 소재한 가축분뇨 공공처리장에서 수집하였다. ‘구제역 긴급행동지침 (SOP)’ 상의 화학적 소독처리를 위해 알칼리시약은 가성소다 (Sodium Hydroxide, NaOH 97.
이론/모형
시료의 pH, 전기전도도 (Electrical Conductivity, EC)는 수질 다항목측정기 (Multi Sensor Meter, YSI-556 MPS, USA)를 이용하여 측정하였다. 수용성화학적산소요구량 (Soluble Chemical Oxygen Demand, SCODMn), 총질소 (Total Nitrogen, T-N)는 Standard method (AHPA, 1989)에 따라 분석하였으며, 총질소 분석은 흡광광도법 (OPTIZEN POP, Mecasys, Korea)을 이용하였다. SCODMn 분석의 경우 시료를 원심분리관에 20 ㎖ 분취하고, 10,000 rpm에서 10분간 원심분리한 후 상등액을 이용하여 분석하였다.
SCODMn 분석의 경우 시료를 원심분리관에 20 ㎖ 분취하고, 10,000 rpm에서 10분간 원심분리한 후 상등액을 이용하여 분석하였다. 암모니아성질소 (Ammonia Nitrogen, NH4+-N)는 일본하수시험방법 (下水試驗方法, 1984)에 따라 분석하였으며, 총대장균 (Escherichia coli, E. coli)의 분석은 건조 필름법 (Petrifilm, 3M, USA)을 이용하였다.
성능/효과
그 결과 EC의 경우 32.89에서 24.21 mS/cm 로 감소하였으며, SCODMn 12,733에서 3,660 mg/L로 약 71%가 제거되는 것을 확인 할 수 있었다. 이는 SOP 소독처리 이후에도 TAO system 처리를 통해 고온호기성미생물에 의한 유기물질 분해과정이 원활하게 이루어지는 것으로 판단된다.
첫째, 구제역 SOP에 따른 양돈슬러리의 가성소다 알칼리처리 (구제역 SOP 소독처리) 시 pH는 시간이 경과함에 따라 다소 감소하는 경향이 있으나 pH 10 이상을 유지하여, 구제역 SOP상의 pH 조건을 만족하였다.
둘째, 양돈분뇨 슬러리의 가성소다 알칼리 처리 후 구연산 중화처리 시 EC는 23.53에서 32.89 mS/cm로 증가하는 경향을 나타냈으며, 특히 SCODMn 경우 2,461에서 12,733 mg/L로 크게 증가하였다. E.
셋째, SOP 소독처리 후 고온호기산화공정 (TAO system) 연계처리 시 EC와 SCODMn의 농도는 각각 32.89에서 22.21 mS/cm, 12,733에서 3,660 mg/L로 감소하였으며, E. coli는 불검출로 나타났다. 또한 TAO system의 내부온도는 외부의 열원공급 없이 처리 후 점점 상승하여 처리 20 hr 이후부터 약 20시간 동안 50℃도 이상을 유지하였다.
후속연구
이와 같은 결과로 미루어 볼 때 양돈분뇨의 SOP 소독처리 후에도 TAO system 연계 처리 시 고온미생물에 의한 활발한 유기물 분해과정이 진행되는 것으로 사료되며, 오염도 저감에 따른 정화처리 및 액비화 이용 증진에 효과적일 것으로 판단된다.
분, 초를 다투는 긴급한 상황에서의 가축 분뇨 처리는 고농도의 오염물질을 단기간에 저감시킬 수 있어야 하며, 수의방역적 측면을 철저히 고려되어야 한다. 2차 오염을 방지하는 동시에 정화처리 또는 안전한 자원화를 위해서는 향후 SOP 소독처리 및 고온호기산화공정 (TAO system)의 병원성바이러스불활성화 평가에 대한 실증적인 연구가 필요 하다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
구제역은 어떠한 환경조건에서 취약합니까?
5 이상에서도 생존 가능한 것으로 알려져 있다. 그러나 상대습도 60%이하에서는 생존력이 떨어지며, pH 5.0 이하 또는 pH 11 이상이거나, 온도 56℃에서 30분 처리 시 사멸하는 것으로 알려져 있다. 또한 pH 7.5인 중성부근에서도 처리온도가 61℃에서는 단 몇 초 만에 불활성화 되는 것으로 보고되고 있다 (Bachrach et al., 1957; George, 1960).
구제역의 특징은 무엇이며 이것은 어디에서 분류 및 관리하고 있습니까?
구제역은 가축전염병 중에서 가장 전염력이 강한 질병의 하나로 국제수역사무국 (Office International des Epizooties, OIE)에서는 A급 질병으로 분류, 관리하고 있다 (Kang et al., 2012; Kim et al.
양돈분뇨의 특징은 무엇이며 이것은 무엇을 포함하여 배출됩니까?
양돈업의 밀집형 사육추세는 최근 몇 년동안 매우 크게 증가하였다 (Zhu, 2000). 일반 적으로 양돈분뇨는 부유물질과 유기물질, 생물학적산소요구량 (BOD), 인과 질소성분 및 미생물군의 농도가 높은 것이 특징이며 (Pamela et al., 2011), 분과 뇨 및 세정수를 통해 소화 되지 않은 유기물질과 항생제 잔류물질 등을 포함하여 배출된다 (Girard et al., 2009).
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