[논문]젖소분뇨 퇴비화에 대한 부숙퇴비 혼합 효과

김중곤; 곽정훈; 정광화; 한덕우; 유병기; 안희권; 라창식

doi:10.11109/jaes.2015.21.3.99

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According to the volumetric mixing rate of dairy cow manure (DCM) and moisture control materials such as decomposed manure (DM) and sawdust (S), 6 reactors (DCM only (R1), DCM : DM = 1:1 (R2), DCM : DM = 1.5:0.5 (R3), DCM : DM = 0.5:1.5 (R4), DCM : DM:S = 1:0.5:0.5 (R5) and DCM : S = 1:1 (R6)) were ...

According to the volumetric mixing rate of dairy cow manure (DCM) and moisture control materials such as decomposed manure (DM) and sawdust (S), 6 reactors (DCM only (R1), DCM : DM = 1:1 (R2), DCM : DM = 1.5:0.5 (R3), DCM : DM = 0.5:1.5 (R4), DCM : DM:S = 1:0.5:0.5 (R5) and DCM : S = 1:1 (R6)) were used for composting of dairy cow manure. Among the composting reactors, composting reactor of R5 was shown the highest temperature of the compost as a $66^{\circ}C$ during composting period. After 3 weeks composting, moisture content of R5 and R6 were 51% and 51.3%, respectively. These values were satisfied with the moisture content standard of livestock manure compost of Korea. We concluded that decomposed manure may be a good moisture control material for dairy cow manure composting when it is used in mixture with sawdust. The optimum volumetric mixing ratio of dairy cow manure and moisture control materials was 50% of livestock manure, 25% of decomposed manure and 25% of sawdust.

주제어

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문제 정의

따라서 본 연구에서는 가축분뇨의 퇴비화에 수분조절재로 이용되는 톱밥의 대체품목으로 부숙퇴비의 이용가능성을 제시하고자 한다.
본 연구의 목적은 가축분뇨의 퇴비화에 수분조절재로 이용되는 톱밥의 대체재로 부숙 퇴비의 이용가능성을 검토하고자 가축분뇨 퇴비화시 부숙퇴비의 혼합효과를 조사하였다. 가축분뇨 및 수분조절재의 혼합비율에 따라 6개의 퇴비화 반응기를 이용하였으며, 퇴비화 후 퇴비의 성상 분석결과 부숙퇴비가 수분조절재로서 톱밥의 대체재로서 사용가능할 것으로 판단되었다.

제안 방법

본 연구에 사용된 시료의 pH, 수분함량, 유기물함량의 분석은 표준분석법에 의해 분석하였다 (AOAC, 2007; APHA, 2005). 퇴비의 질소 분석은 킬달 질소분석장치 (Itecator 1038, FOSS electronics)를 이용하여 수행하였으며, 원소분석과 중금속은 각각 원소분석기 (Vario MACRO, elementar)와 원자흡광분석기(AA280FS, Varian)를 사용하여 수행하였다.
5 cm, 높이 57 cm)의 원통형 반응기였으며, 유효용적은 50 L이었다. 퇴비화 반응을 원활히 진행시키기 위해 반응기의 하부에 공급된 공기를 확산시키는 확산석을 설치하고 에어 펌프를 이용하여 5 L/min의 공기를 주입하였으며, 반응기 중앙부와 하단부에 온도계를 설치하여 퇴비화시 변화하는 시험구내 온도를 측정하였다.

대상 데이터

본 연구에 사용된 깔짚우사분뇨는 국립축산과학원 내 시험우사에서 발생하는 젖소분뇨를 사용하였다. 또한 수분조절재로 사용된 부숙퇴비의 경우 국립축산과학원 내 시험우사에서 발생하는 젖소분뇨를 퇴적식 방법으로 50일 동안 퇴비화하여 사용하였으며, 대조구로 사용된 톱밥의 경우 시중에서 구입하여 사용하였다. 퇴비 원료의 특성은 Table 1에 나타내었다.
본 연구에 사용된 깔짚우사분뇨는 국립축산과학원 내 시험우사에서 발생하는 젖소분뇨를 사용하였다. 또한 수분조절재로 사용된 부숙퇴비의 경우 국립축산과학원 내 시험우사에서 발생하는 젖소분뇨를 퇴적식 방법으로 50일 동안 퇴비화하여 사용하였으며, 대조구로 사용된 톱밥의 경우 시중에서 구입하여 사용하였다.

이론/모형

본 연구에 사용된 시료의 pH, 수분함량, 유기물함량의 분석은 표준분석법에 의해 분석하였다 (AOAC, 2007; APHA, 2005). 퇴비의 질소 분석은 킬달 질소분석장치 (Itecator 1038, FOSS electronics)를 이용하여 수행하였으며, 원소분석과 중금속은 각각 원소분석기 (Vario MACRO, elementar)와 원자흡광분석기(AA280FS, Varian)를 사용하여 수행하였다.

성능/효과

본 연구의 목적은 가축분뇨의 퇴비화에 수분조절재로 이용되는 톱밥의 대체재로 부숙 퇴비의 이용가능성을 검토하고자 가축분뇨 퇴비화시 부숙퇴비의 혼합효과를 조사하였다. 가축분뇨 및 수분조절재의 혼합비율에 따라 6개의 퇴비화 반응기를 이용하였으며, 퇴비화 후 퇴비의 성상 분석결과 부숙퇴비가 수분조절재로서 톱밥의 대체재로서 사용가능할 것으로 판단되었다. 또한 젖소분뇨의 퇴비화시 부숙퇴비를 수분조절재로 활용할 경우 수분조절재의 적정 혼합비율은 가축분뇨 50%, 부숙퇴비 25%, 톱밥 25%로 혼합하는 것이 유효할 것으로 사료되었다.
가축분퇴비의 경우 비료공정규격에 명시된 수분함량은 55% 이하이며, 수분조절재로서 부숙퇴비를 이용한 시험구 R4와 R5 및 톱밥을 이용한 시험구에서 시험 개시 3주 이후 규격 수분함량에 도달한 결과로 볼 때 퇴비화에 문제가 없음을 알 수 있었다.
Cardenas와 Wang (1989)은 퇴비화 과정 중 변화하는 pH에 대해 퇴비화 초기에 유기산 생성으로 인한 pH 감소와 이후 본격적인 물질분해에 의해 암모니아가 발생하여 pH가 상승하고, 퇴비화가 안정기에 들어가면서 pH는 7~8 정도를 나타낸다고 보고하였다. 그러나 본 연구의 결과가 이전 결과와 다른 양상을 보였으며, 이는 물질분해가 빠르게 일어남으로 인해 pH 감소단계를 거치지 않고 바로 암모니아에 의해 pH가 상승한 것으로 사료되며 이후 안정기를 거치면서 pH가 떨어진 것으로 판단된다.
수분조절재로서 부숙퇴비를 이용한 시험구와 관행적으로 사용된 톱밥을 이용한 시험구 모두 시험 개시 1~2일차에 최고 온도점인 66℃ (R5)와 44℃ (R6)에 도달하였다. 그리고 R2와 R4의 시험구를 제외하고, 부숙퇴비를 이용한 퇴비화 방법이 일반적인 퇴비화 방법인 톱밥을 이용한 퇴비화와 비교했을 때 퇴비온도 상승에 전혀 문제가 없었음을 알수 있었다.
가축분뇨 및 수분조절재의 혼합비율에 따라 6개의 퇴비화 반응기를 이용하였으며, 퇴비화 후 퇴비의 성상 분석결과 부숙퇴비가 수분조절재로서 톱밥의 대체재로서 사용가능할 것으로 판단되었다. 또한 젖소분뇨의 퇴비화시 부숙퇴비를 수분조절재로 활용할 경우 수분조절재의 적정 혼합비율은 가축분뇨 50%, 부숙퇴비 25%, 톱밥 25%로 혼합하는 것이 유효할 것으로 사료되었다.
위의 결과들을 종합해 볼 때 젖소분뇨의 퇴비화시 부숙퇴비를 수분조절재로 사용이 가능할 것으로 사료되며, 수분조절재의 혼합 비율은 부피단위 비율기준 (V/V) 가축분뇨 50%, 부숙퇴비 25%, 톱밥 25%로 혼합하는 것이 유효할 것으로 판단된다. 그러므로 현장에서 퇴비화에 사용되는 기존 톱밥 사용량 대비 50%의 절감 효과를 기대할 수 있을 것으로 사료된다.
2의 (A)는 젖소분뇨 부숙퇴비를 재활용한 젖소분뇨 혼합퇴비화시 시험구내 pH 변화를 나타낸 결과이다. 퇴비화 진행과정중 발생되는 암모니아의 영향으로 모든 시험 구내 pH가 다소 상승하는 것으로 생각되며 6주 후 퇴비화 안정기로 판단되는 시점에서 pH 가 다시 떨어지는 것이 관찰되었다. Cardenas와 Wang (1989)은 퇴비화 과정 중 변화하는 pH에 대해 퇴비화 초기에 유기산 생성으로 인한 pH 감소와 이후 본격적인 물질분해에 의해 암모니아가 발생하여 pH가 상승하고, 퇴비화가 안정기에 들어가면서 pH는 7~8 정도를 나타낸다고 보고하였다.

후속연구

위의 결과들을 종합해 볼 때 젖소분뇨의 퇴비화시 부숙퇴비를 수분조절재로 사용이 가능할 것으로 사료되며, 수분조절재의 혼합 비율은 부피단위 비율기준 (V/V) 가축분뇨 50%, 부숙퇴비 25%, 톱밥 25%로 혼합하는 것이 유효할 것으로 판단된다. 그러므로 현장에서 퇴비화에 사용되는 기존 톱밥 사용량 대비 50%의 절감 효과를 기대할 수 있을 것으로 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	퇴비화방법의 특징은 무엇인가?	가축분뇨의 자원화 및 친환경적 처리방안으로 전세계적으로 가장 많이 비중을 차지하고 있는 것이 퇴비화방법이며, 퇴비화과정중 가축분뇨 내 병원성 미생물과 잡초 종자가 사멸되고 분뇨에서 발생되는 악취가 감소되며, 30~50%의 부피가 감소되는 것으로 보고되고 있다 (Sweeten, 1988; Dao, 1999). 국내의 경우도 가축분뇨의 자원화 방법으로 퇴비화방법이 가장 많이 사용되고 있으며, 전체 가축분뇨의 약 89% 이상이 퇴․액비형태로 농경지에 환원되어 사용되고 있다.
	젖소의 특징은 무엇인가?	7%를 차지한다. 특히 젖소는 다른 가축에 비해 체격이 크고 분뇨 배설량이 많으며, 축사외 방목지 및 운동장 등 야외에서 사육되는 경우가 많기 때문에 환경오염의 주범으로 지목되고있다 (Choi et al., 2007).
	가축분뇨 퇴비화과정의 수분조절재로 많이 쓰이는 톱밥이 처한 문제점은 무엇인가?	가축분뇨의 퇴비화과정을 위해 반드시 필요한 것이 수분조절재이며, 주로 톱밥이 가장 널리 사용되어져 왔다. 그러나 가축분뇨 발생량 증가에 따른 톱밥 수요 급증에 의해 톱밥공급이 원활하지 못하는 상황에 처해져 있으며, 그에 따른 톱밥가격의 상승은 농가들의 경영부담을 가중 시키고 있는 실정이다. 이를 해결하기 위해 왕겨, 볏짚, 대패밥, 목편, 석탄회 등의 활용 가능성을 제시한 연구가 수행되었다 (Mori et al.

참고문헌 (16)

AOAC, 2007. Official Methods of Analysis of AOAC International, The Scientific Association.
APHA, 2005. Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 21th ed., American Public Health Association.
Bustamante, M.A., Paredes, C., Marhuenda- Egea, F.C., Perez-Espinosa, A., Bernal, M.P., Moral, R., 2008. Co-composting of distillery wastes with animal manures: carbon and nitrogen transformation in the evaluation of compost stability. Chemosphere, 72, 551-557.

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Cardenas, R.R., Wang, L.K., 1989. Evaluation of city refuse compost maturity; A review. Biol. Wastes. 27, 115-142.

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Choi, D.Y., Choi, H.L., Kwag, J.H., Kim, J.H., Choi, H.C., Kwon, D.J., Kang, H.S., Yang, C.B., Ahn, H.K. 2007. Characteristics of manure and estimation of nutrient and pollutant of holstein dairy cattle. J. Anim. Sci. & Technol. (Kor.) 49, 137-146.

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Dao, T.H., 1999. coamendments to modify phosphorus extractability and nitrogen/ phosphorus ratio in feedlot manure and composted manure. J. Environ. Qual. 28, 1114-1121.
Falcon, M.A., Corominas, E., Perez, M.L., Perestelo, F., 1987. Aerobic bacterial populations and environmental factors involved in the composting of agricultural and forest wastes of the Canary islands. Biol. Wastes. 20, 89-99.

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Kim, S.K., Choi, K.H., Zong, M.S., 1997. A study on the effect of the biodegradability of the composting bulking agent in the swine manure-composting. Kor. J. Env. Hlth. Soc. 23, 35-43.
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Lee, J.T., Nam, Y.G., Lee, J.I., 2001. Changes of physico-chemical properties and microflora of pig manure due to composting with some bulking agents. Korean J. Soil Sci. Fert. 34, 134-144.
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Lo, K.V., Lau, A.K., Liao, P.H., 1993. Composting of seperated solid swine waste. J. Agric. Engr. Res. 54, 307-317.

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Mori, T., Narita, A., Amimoto, T., Chino, M., 1981. Composting of municipal sewage sludge mixed with rice hulls. Soil Sci. Plant Nutr. 27, 477-486.

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Nicholson, F.A., Chambers, B.J., Williams, J.R., Unwin, R.J., 1999 Heavy metal contents of livestock feeda and animal manure in England and Wales. Bioresource Tech. 70, 23-31.

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Park, J., Seo, S., Park S., Lee H., 2014. A study on developing fly ash as bulking agent for composting swine manure. J. Korea Society of Environmental Administration 20, 65-70.
Sweeten, J.M., 1988. Composting manure sludge. In National poultry waste management symp., Columbus, OH. Dep. of Poultry Sci. Ohio State Univ., Columbus. p. 38-44.

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