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문제 정의
- 오염총량제 적용을 위한 원단위 산정에서 총량관리 대상물질 확대를 위해 유기 오염인자로 TOC(Total Organic Carbon) 항목의 적용을 검토 하고 있는 바, 이 항목에 대한 가축분뇨의 원단위 확보가 시급한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 가축 분뇨중 수질오염 기여도가 가장 높은 것으로 알려진 양돈 분뇨의 발생 원단위를 산정하였다.
제안 방법
- 사육규모에 따라서는 1,000두 미만 (소규모), 1,000 ~ 3,000두(중규모), 3,000두 이상(대규모)으로 구분하였고, 축사형태에 따라 슬러리돈사와 스크레퍼돈사를 구분하여 분석하였다. 또한 사육방식에 따라 물 사용량이 많은 일관사육(모돈 + 자돈) 농가와 상대적으로 물 사용량이 적은 육성돈 농가로 각각 구분하였다.
- 총 56개 대상 농가로부터 가축분뇨 배출 전 과정에 대한 시료(원수, 정화처리 배출수, 액비 및 퇴비 시료) 총 308개를 채취하여 분석하였다. 발생 원수의 경우에는 추가적으로 1회 더 샘플링하여 분석하였다.
- 대부분의 양돈 농가는 분뇨 발생량(세척수 포함) 측정을 위한 계량기를 설치하지 않고 있으며, 도시하수나 산업폐수에 비해 상대적으로 고형물 농도가 높아 그 유량을 측정하는 것이 용이하지 않은 실정이다. 본 연구에서 조사 대상 농가 모두 지하수를 용수로 사용하고 있어, 각 조사 대상 농가의 지하수 관정에 계량기를 설치한 후 3개월간의 용수 사용량 자료를 근거로 하여 발생 유량을 조사하였다. 양돈 분뇨의 발생량 산정을 위해 용수 사용량에서 돼지의 생체대사과정을 통한 흡수량 및 손실량을 제하였으며, 발생량(L/두/일)에 발생농도(mg/L)를 곱하여 발생 부하량(g/두/일)을 산정하였다.
- 발생부하량 산정을 위해 가장 중요한 사항 중의 하나는 발생 유량을 파악하는 것인데, 양돈 농가의 경우 분뇨 발생량 및 세척수량을 산정할 수 있는 어떠한 기준이나 장치도 설치되어 있지 않다. 본 조사에서는 발생량 산정을 위해 용수 사용량을 측정하는 방법을 이용하였다. Table 2는 수계별, 사육 방식별, 축사의 형태 및 규모별 용수(지하수) 사용량의 분석 결과를 나타낸 것인데, 한강수계의 양돈 농가 물 사용량이 가장 높게 나타났으며, 금강수계가 평균 8.
- 농가는 사육규모, 축사형태, 사육방식에 따라 구분하였다. 사육규모에 따라서는 1,000두 미만 (소규모), 1,000 ~ 3,000두(중규모), 3,000두 이상(대규모)으로 구분하였고, 축사형태에 따라 슬러리돈사와 스크레퍼돈사를 구분하여 분석하였다. 또한 사육방식에 따라 물 사용량이 많은 일관사육(모돈 + 자돈) 농가와 상대적으로 물 사용량이 적은 육성돈 농가로 각각 구분하였다.
- 1)에 의거하였다(Korea Standard Method, 2011). 실험을 위해 450℃에서 2시간 이상 회화한 GF/F 여지를 이용하였으며, DOC 분석을 위해 TOC-L(Shimadzu, Japan) 분석기기를 사용하였고, POC 분석을 위해 원소분석기(Vario, MAX CN-Elementar, Germany)를 사용하였다. 양돈 분뇨에 대해 총 부유물질(Total Suspended Solid, TSS), 휘발성 부유물질(Volatile Suspended Solid, VSS), BOD, TN(Total Nitrogen) 및 TP(Total Phosphorus)를 수질오염공정시험법에 따라 분석하였으며, TN 및 TP는 UV spectrometer(Shimadzu, Japan)를 이용하였다(Korea Standard Method, 2011).
- 본 연구에서 조사 대상 농가 모두 지하수를 용수로 사용하고 있어, 각 조사 대상 농가의 지하수 관정에 계량기를 설치한 후 3개월간의 용수 사용량 자료를 근거로 하여 발생 유량을 조사하였다. 양돈 분뇨의 발생량 산정을 위해 용수 사용량에서 돼지의 생체대사과정을 통한 흡수량 및 손실량을 제하였으며, 발생량(L/두/일)에 발생농도(mg/L)를 곱하여 발생 부하량(g/두/일)을 산정하였다. 여기서 돼지 흡수량 및 손실량은 대사실험을 통해 1.
- 양돈 분뇨의 발생량 산정을 위해 용수 사용량에서 돼지의 생체대사과정을 통한 흡수량 및 손실량을 제하였으며, 발생량(L/두/일)에 발생농도(mg/L)를 곱하여 발생 부하량(g/두/일)을 산정하였다. 여기서 돼지 흡수량 및 손실량은 대사실험을 통해 1.2 L/두/일로 산정하였으며, 그 과정은 본 연구에서는 언급하지 않았다. 용수 사용량 및 분뇨 발생량 등 데이터 해석을 위해 SPSS 통계 프로그램을 이용하였다.
- 우리나라 4대강 수계의 56개 농장을 대상으로 수계별, 사육 방식별, 축사의 형태 및 규모별 양돈 분뇨의 농도, 폐수 발생량 및 부하를 산정하였다. 용수 사용량 및 분뇨 발생량은 한강수계와 낙동강수계에서 모돈 사육이 밀집된 소규모 농장의 스크래퍼 형태의 축사에서 많은 것으로 나타났고, 돈사의 형태, 생체중량, 계절, 관리 방법, 청소 시기 등에 따라 많은 차이가 발생하였다.
대상 데이터
- 4대강(한강, 낙동강, 금강, 영산강) 수계별로 돼지 사육두수 및 사육밀도를 고려하여 대표성을 띠는 지역을 우선 선정하였으며, 사육두수가 많은 지역 중각 처리 방법별 대상 농가수가 많은 지역을 선정하였다. 그리고 선정기준에서 고형물 처리방법과 법정 규모별 구분(허가, 신고)은 사육두수나 처리 방법에 있어 유의한 구분을 나타내지 않으므로 선정기준에서 제외하였다.
- 총 56개 대상 농가로부터 가축분뇨 배출 전 과정에 대한 시료(원수, 정화처리 배출수, 액비 및 퇴비 시료) 총 308개를 채취하여 분석하였다. 발생 원수의 경우에는 추가적으로 1회 더 샘플링하여 분석하였다.
- 총 9,497개의 농가(KNIE, 2012) 중 한강수계에서 10개 농가, 낙동강수계로부터 16개 농가, 금강수계에서 15개 농가, 영산강수계에서 15개의 농가를 각각 조사 대상 농가로 선정하였으며, 소규모 농가는 6,928개 농가 중 8개 농가(한강: 3개, 금강: 3개, 낙동강: 1개, 영산강: 1개)였고, 중규모 농가는 2,506개 농가 중 28개 농가(한강: 4개, 금강: 4개, 낙동강: 9개, 영산강:11개)였으며, 대규모 농가는 464개 농가 중 20개 농가(한강: 3개, 금강: 8개, 낙동강: 6개, 영산강: 3개)였다. 규모별 분석 시 규모별 농가비율에 비해 대규모 농가 비율이 높은 편인데, 이는 수계별로 배분을 하는 과정에서 사육농가중 대규모 농가가 많아 높은 비율로 편성하였기 때문이다.
데이터처리
- 2 L/두/일로 산정하였으며, 그 과정은 본 연구에서는 언급하지 않았다. 용수 사용량 및 분뇨 발생량 등 데이터 해석을 위해 SPSS 통계 프로그램을 이용하였다.
이론/모형
- 고농도 유기물질을 함유하는 양돈 분뇨의 TOC 분석을 위해 100 μm체를 이용하여 큰 고형물을 제거한 뒤 용존성 유기탄소인 DOC(Dissolved Organic Carbon)와 입자성 물질인 POC(Particulate Organic Carbon)로 구분하여 분석하였으며, 각각 분석법은 수질오염공정시험법의 용존 유기탄소-고온연소산화법 (ES 04316.1)과 퇴적물 총유기탄소-원소분석법(ES 04861.1)에 의거하였다(Korea Standard Method, 2011).
- 실험을 위해 450℃에서 2시간 이상 회화한 GF/F 여지를 이용하였으며, DOC 분석을 위해 TOC-L(Shimadzu, Japan) 분석기기를 사용하였고, POC 분석을 위해 원소분석기(Vario, MAX CN-Elementar, Germany)를 사용하였다. 양돈 분뇨에 대해 총 부유물질(Total Suspended Solid, TSS), 휘발성 부유물질(Volatile Suspended Solid, VSS), BOD, TN(Total Nitrogen) 및 TP(Total Phosphorus)를 수질오염공정시험법에 따라 분석하였으며, TN 및 TP는 UV spectrometer(Shimadzu, Japan)를 이용하였다(Korea Standard Method, 2011).
성능/효과
- 규모별 물 사용량의 경우 소규모가 특히 더 높은 것으로 나타났는데(9.09 L/두/일), 물 사용량이 특히 더 많은 모돈 사육이 소규모에 밀집되어 있어 다른 규모에 비해 상대적으로 물 사용량 평균값 및 표준편차가 높은 것으로 나타났다.
- 농가 발생 원수에 대한 조사 신뢰도는 농가수를 기준으로 할 때 전체 95% 신뢰 수준에서 ±13.06%에 해당되며, 돼지 사육 두수를 기준으로 할 경우에는 전체 95% 신뢰 수준에서 ±0.25%에 해당되는 수치였다.
- 용수 사용량 및 분뇨 발생량은 한강수계와 낙동강수계에서 모돈 사육이 밀집된 소규모 농장의 스크래퍼 형태의 축사에서 많은 것으로 나타났고, 돈사의 형태, 생체중량, 계절, 관리 방법, 청소 시기 등에 따라 많은 차이가 발생하였다. 본 연구를 통한 전체 수계에서의 평균적 발생 부하는 TOC가 117.1 g/두/일, BOD가 77.1 g/두/일, TN이 34.7 g/두/일 그리고 TP가 3.67 g/두/일로 나타났다. 가축 분뇨의 발생 원단위는 각 조사 시기 및 조사 기관에 따라 많은 차이를 보이고 있어 향후 보다 장기적이고 체계적인 연구가 필요할 것으로 판단된다.
- 본 연구에서 수계 및 축사 형태에 따른 발생 농도는 유사하게 나타나고 있으나, 발생 부하는 분뇨 발생량에 따라 한강 수계 및 스크래퍼 돈사에서 다소 높게 나타났다. 축사 규모에 따라서는 중규모의 TOC 및 BOD의 발생 농도 및 부하가 다소 높게 나타났고, 사육 방식에 따라서는 TOC 및 BOD 항목을 제외하고 분뇨 발생량에 비례하여 모돈 사육에 의한 발생부하가 대체로 높게 나타났다.
- 78%, 번식전문의 모돈 농장이 5%인 것으로 나타났다(KPPA, 2012). 본 조사는 이 자료의 비율과 거의 유사하게 나타났는데, 이 자료에 대한 분석 결과와 본 조사의 대상 농가 선정은 실제의 양돈 농가 구성 비율을 잘 반영하여 적정하게 선정된 것으로 판단된다. 각 조사농가의 대표성 확보를 위해 확률적 유의성을 고려하였으며, 그 선정 근거는 Table 1과 같다.
- 95% 신뢰수준은 표준 오차 범위내에서 동일한 결과가 나올 확률이 95%라는 의미이며, 상한 범위와 하한 범위로 제시하였다. 수계 전체에서의 평균적 발생 농도 및 폐수 발생량을 바탕으로 산정된 발생 부하는 TOC가 117.1 g/두/일, BOD가 77.1 g/두/일, TN이 34.7 g/두/일 그리고 TP가 3.67 g/두/일로 도출되었다.
- 본 연구에서 수계 및 축사 형태에 따른 발생 농도는 유사하게 나타나고 있으나, 발생 부하는 분뇨 발생량에 따라 한강 수계 및 스크래퍼 돈사에서 다소 높게 나타났다. 축사 규모에 따라서는 중규모의 TOC 및 BOD의 발생 농도 및 부하가 다소 높게 나타났고, 사육 방식에 따라서는 TOC 및 BOD 항목을 제외하고 분뇨 발생량에 비례하여 모돈 사육에 의한 발생부하가 대체로 높게 나타났다.
후속연구
- 67 g/두/일로 나타났다. 가축 분뇨의 발생 원단위는 각 조사 시기 및 조사 기관에 따라 많은 차이를 보이고 있어 향후 보다 장기적이고 체계적인 연구가 필요할 것으로 판단된다.
- 가축 분뇨의 발생 원단위는 각 조사 시기 및 조사 기관에 따라 많은 차이를 보이고 있으며, 동일한 연구자에 의해서도 조사 년도에 따라 상이한 결과를 제시하고 있다(Table 5). 이는 조사대상 축사 시설의 형태 및 규모, 주입되는 사료의 종류 및 사료 혼합 비율, 청소 횟수 및 분뇨 분리 방법 등의 차이에 기인하는 것으로 판단되어, 향후 이에 대한 보다 장기적이고 체계적인 연구가 필요할 것으로 판단된다.
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