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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 공기정화가 설치된 경남 김해에 한 개 돈사 사업장을 선정하여 공기정화기 제어 단계별 입자상 오염물질 및 생물학상 오염물질을 대상으로 제어 효율성을 평가하였다.
- 본 연구는 돈사 내 입자상 오염물질 및 생물학상 오염물질을 대상으로 공기정화기 적용 시 오염물질 저감효과를 평가하기 위해 수행하였다. 입자상 오염물질은 공기정화기 처리공정별 살균제가 포함된 습식처리 공정에서 가장 낮은 농도로 측정되었으며, 무처리 조건에서 가장 높은 농도로 나타났다.
제안 방법
- 첫째, 흡입 및 배기팬만을 가동(무처리 조건), 둘째, 일반적인 원수를 이용한 습식세척 가동, 셋째, 살균제가 포함된 원수를 이용한 습식 세척 가동 시. 각 공기정화기 가동 조건별 무처리 조건과 비교하여 오염물질의 농도 저감율을 통해 평가하였다.
- 경남 김해에 위치한 공기정화기가 설치된 한 개 돈사 사업장을 선정하여 돈사 내 발생되는 입자상 물질 및 생물학상 물질을 대상으로 공기정화기 제어 단계별 제어 효율성에 대하여 평가를 실시하였다. 연구대상 돈사의 경우 비육돈사로서 250두를 사육하고 있으며 분뇨처리 방식은 슬래트 형식을 구성되어 있다.
- 공기정화기 적용에 따른 돈사 내 입자상 오염물질 및 생물학상 오염물질의 저감 효과 평가는 4가지 조건으로 분류하여 다음과 같이 실시하였다. 첫째, 흡입 및 배기팬만을 가동(무처리 조건), 둘째, 일반적인 원수를 이용한 습식세척 가동, 셋째, 살균제가 포함된 원수를 이용한 습식 세척 가동 시.
- 채취된 부유세균 과 진균의 배양조건은 [Table 2]와 같다. 배양 후 배지에 형성된 집락을 계수하여 채취된 공기량으로 나우는 방법을 통해 부유 세균과 진균의 농도를 나타내었다(Equation 1,2). 조사대상 돈사 작업장 환경인자로 온도와 상대습도는 직독식 측정장비(IAQ surveyor, Gray-wolf instruments.
- 본 연구에 적용된 공기정화기(L × W × H = 250 cm × 150 cm × 250 cm)의 경우 돈사 내 설치된 후드를 통해 오염물질을 챔버 내부로 흡입 후 일차적으로 전처리 필터에서 먼지세정을 실시한다.
- 본 연구 결과에 비해 상대적으로 낮은 입자상 물질의 농도가 측정된 것인데, 이는 측정 위치의 상이함에 따른 차이로 사료된다. 본 연구의 경우 공기정화기 배출구에서 측정한 반면 선행 연구는 돈사 내에서 공기정화기 가동 전, 후로 구분하여 측정을 실시하였다. 또한 본 연구의 경우 돈사 내부 흡입된 오염물질이 처리공정을 거쳐 배출됨에 따라 배출구 내 필터 및 주변 유속 등 환경적 요인이 측정결과에 영향을 미쳤을 거라 판단된다.
- 5, PM1을 대상으로 10분 동안 모니터링 하였다. 생물학상 오염 물질의 경우 부유세균과 부유진균을 대상으로 28.3 ℓ/min으로 유량이 설정된 1단 관성충돌기(Buck bio-culture pump, Buck Inc., USA)를 이용하여 입자상 오염물질과 동일한 지점에서 2분, 1분, 30초로 3회씩 측정하였다.
- 배양 후 배지에 형성된 집락을 계수하여 채취된 공기량으로 나우는 방법을 통해 부유 세균과 진균의 농도를 나타내었다(Equation 1,2). 조사대상 돈사 작업장 환경인자로 온도와 상대습도는 직독식 측정장비(IAQ surveyor, Gray-wolf instruments., USA)를 이용하여 공정 조건별 시료 채취 시 3회 측정하였다.
- 입자상 오염물질의 경우 직독식 측정장비(Dust mate, Turnkey instruments, USA)로 작동원리는 광산란 방식으로 측정 1시간 전 최적의 환경 조건을 설정하기 위해 측정 장소에서 보정을 실시하였다. 측정항목은 TSP, PM10, PM2.5, PM1을 대상으로 10분 동안 모니터링 하였다. 생물학상 오염 물질의 경우 부유세균과 부유진균을 대상으로 28.
대상 데이터
- 경남 김해에 위치한 공기정화기가 설치된 한 개 돈사 사업장을 선정하여 돈사 내 발생되는 입자상 물질 및 생물학상 물질을 대상으로 공기정화기 제어 단계별 제어 효율성에 대하여 평가를 실시하였다. 연구대상 돈사의 경우 비육돈사로서 250두를 사육하고 있으며 분뇨처리 방식은 슬래트 형식을 구성되어 있다.
데이터처리
- 측정값의 통계적 객관성을 확보하기 위해 측정 시 3회 반복 측정한 수치를 평균하여 대표치로서 산출하였다. 측정위치는 [Figure 1]의 공기정화기의 배출구 중앙으로 설정하였다.
- 통계처리는 SPSS package(SPSS/stat 18.0, IBM Corp., USA)를 이용하여 돈사 작업장 내 공기정화기 공정 조건별 분진과 부유미생물의 농도 차이는 분산 분석을 통해 통계적 유의성을 검증하였다.
이론/모형
- 측정위치는 [Figure 1]의 공기정화기의 배출구 중앙으로 설정하였다. 입자상 오염물질의 경우 직독식 측정장비(Dust mate, Turnkey instruments, USA)로 작동원리는 광산란 방식으로 측정 1시간 전 최적의 환경 조건을 설정하기 위해 측정 장소에서 보정을 실시하였다. 측정항목은 TSP, PM10, PM2.
성능/효과
- PM2.5는 무처리 시 401.8(SD:23.6) ㎍ /㎥, 습식원수 처리 시 159.4 (SD:20.4) ㎍/㎥, 살균제가 포함된 습식 처리 시 33.2(SD:1.6) ㎍/㎥으로 나타났고 (p<0.05), PM1의 경우 무처리 시 144.5(SD:20.7) ㎍/㎥, 습식원수 처리 시 69.8(SD:69.8) ㎍/㎥, 살균제가 포함한 습식 처리 시 11.1(SD:0.5) ㎍/㎥으로 측정되었다(p<0.05).
- TSP는 습식원수 처리 시 76.01%; 살균제가 포함된 습식처리 시 93.49%, PM10 습식원수 처리 시 34.73%; 살균제가 포함된 습식처리 시 74.05%, PM2.5 습식원수 처리 시 8.26%; 살균제가 포함된 습식처리 시 39.67%, PM1의 경우 습식원수 처리 시 7.68%; 살균제가 포함된 습식처리 시 48.30%로 각각 저감 효과가 관찰되었다.
- 본 현장 측정 결과는 많은 선행 연구에서 보고된 바와 같이 미생물의 경우 입자상 물질에 흡착되어 운반되기 때문에 입자상 물질 측정결과와 동일하게 나타난 것으로 사료된다(Donaldson, 1978; Robertson and Frieben, 1984). 각 처리공정별 무처리 조건 대비 저감 효과 분석 시 원수를 이용한 습식 처리 시 총부유세균 5.38%, 총 부유진균 13.86%, 살균제가 포함된 습식 처리조건의 경우 총 부유세균이 95.40%, 총 부유진균 63.91%로 각각 분석되었다. 일반적으로 원수에 대한 습식 처리에 비해 살균제가 포함된 습식처리 시 현저하게 높은 저감 효과가 나타났으며, 이는 살균제에 포함된 미생물 제균 물질이 영향을 주어 높은 저감 효과가 나타난 것으로 판단된다.
- 본 연구 결과는 부유 미생물이 입자상 물질에 흡착되어 운반된다는 점, 측정 지점이 배출구라는 점을 고려할 때 습식처리 공정 시 발생되는 수분입자 및 기타 환경적 요인이 측정 장비에 영향을 미친다는 점, 그리고 공기정화기 가동에 따른 소음과 진동의 발생으로 인해 돼지들의 활동성이 증가되었다는 점을 고려하여 해석해야 할 것이다. 결론적으로 본 현장 연구에 적용된 습식 및 플라즈마 방식의 공기정화기는 돈사 작업장 내 입자상 및 생물학상 오염물질에 대해 상당한 제어 효율이 있는 것으로 판단된다.
- 무처리 조건 대비 각 처리공정별 저감 효율을 분석해보았을 때, 습식원수 처리 조건은 TSP 76.01%, PM10 34.73%, PM2.5 8.27%, PM1 7.69% 나타났으며, 살균제가 포함된 습식 처리 시 TSP 93.49%, PM10 74.05%, PM2.5 36.67, PM1 48.30%로각각 관찰되었다.
- 본 측정 결과 생물학상 오염물질 처리조건에 따른 총부유세균의 농도는 총부유진균보다 일반적으로 더 높은 것으로 분석되었다.
- 본 현장 측정 대상과 동일한 슬랫돈사와 측정결과 비교 시 선행연구의 경우 부유세균은 자연환기 시 331 CFU/㎥, 기계환기는 6,790 CFU/㎥, 부유진균은 자연환기 시 69 CFU/㎥, 기계환기는 562 CFU/㎥으로 나타났다. 본 측정 결과와 비교 시 살균제를 포함한 습식처리 조건을 제외한 두 공정(무처리, 습식원 수처리)에 비해 상대적으로 낮은 농도로 나타난 것으로 조사되었다. 이는 선행 연구와 달리 본 연구에 설치 적용된 기계적 환기 시스템 및 공기정화기 가동 시 발생되는 소음 및 진동이 돈사 내 입식된 돼지들의 활동성 증가를 유발하여 돈사 바닥에 침전된 미생물을 포함한 미세입자들이 돈사 작업장 내부 공기 중으로 비산되어 높은 농도로 나타난 것으로 추정된다.
- (2005)은 돈사 유형별 생물학상 오염물질 발생농도 정량화에 관한 현장조사를 실시하였다. 본 현장 측정 대상과 동일한 슬랫돈사와 측정결과 비교 시 선행연구의 경우 부유세균은 자연환기 시 331 CFU/㎥, 기계환기는 6,790 CFU/㎥, 부유진균은 자연환기 시 69 CFU/㎥, 기계환기는 562 CFU/㎥으로 나타났다. 본 측정 결과와 비교 시 살균제를 포함한 습식처리 조건을 제외한 두 공정(무처리, 습식원 수처리)에 비해 상대적으로 낮은 농도로 나타난 것으로 조사되었다.
- 30%로각각 관찰되었다. 살균제가 포함된 습식 처리 시 입자상 물질에 대한 가장 높은 저감효과가 발생되었으며, 이는 살균제 내 포함된 성분에 따라 분석된 결과라 판단된다.
- 30%로 각각 저감 효과가 관찰되었다. 생물학상 오염물질도 동일하게 살균제가 포함된 습식처리 시 가장 낮은 농도로 분석되었으며, 무처리 조건에서 가장 고농도로 측정되었다. 처리공정별 총부유세균과 총부유진균의 저감효과는 습식원수 처리 시 5.
- (2010)은 양돈 작업장내 플라즈마 이온 공기정화기 적용에 따른 실험군과 대조군의 오염 물질 발생농도를 비교하였다. 습식공기정화기와 비교 시 돈사 내 발생 농도는 높았지만, 공기정화기 적용에 따른 오염물질 저감율은 약 54%정도 인 것으로 나타났다.
- 91%로 각각 분석되었다. 일반적으로 원수에 대한 습식 처리에 비해 살균제가 포함된 습식처리 시 현저하게 높은 저감 효과가 나타났으며, 이는 살균제에 포함된 미생물 제균 물질이 영향을 주어 높은 저감 효과가 나타난 것으로 판단된다.
- 본 측정 결과 생물학상 오염물질 처리조건에 따른 총부유세균의 농도는 총부유진균보다 일반적으로 더 높은 것으로 분석되었다. 입자상 물질 결과와 동일하게 살균제가 포함된 습식 처리 시 가장 낮은 농도로 측정되었으며, 무처리 시 가장 높은 농도로 분석되었다.
- 본 연구는 돈사 내 입자상 오염물질 및 생물학상 오염물질을 대상으로 공기정화기 적용 시 오염물질 저감효과를 평가하기 위해 수행하였다. 입자상 오염물질은 공기정화기 처리공정별 살균제가 포함된 습식처리 공정에서 가장 낮은 농도로 측정되었으며, 무처리 조건에서 가장 높은 농도로 나타났다. TSP는 습식원수 처리 시 76.
- 입자상물질 측정결과 모든 물질에서 무처리 조건, 습식원수 처리 공정, 살균제가 포함된 습식처리 공정 순으로 고농도로 나타났다. 측정 결과를 근거로 하였을 때, 본 연구에 적용된 공기정화기의 처리공정은 입자상 물질에 대한 저감효과는 적정수준 나타나는 것으로 판단된다.
- 생물학상 오염물질도 동일하게 살균제가 포함된 습식처리 시 가장 낮은 농도로 분석되었으며, 무처리 조건에서 가장 고농도로 측정되었다. 처리공정별 총부유세균과 총부유진균의 저감효과는 습식원수 처리 시 5.38%, 13.86%이며 살균제가 포함된 습식처리 시 95.40%, 63.91%로 나타났다. 본 연구 결과는 부유 미생물이 입자상 물질에 흡착되어 운반된다는 점, 측정 지점이 배출구라는 점을 고려할 때 습식처리 공정 시 발생되는 수분입자 및 기타 환경적 요인이 측정 장비에 영향을 미친다는 점, 그리고 공기정화기 가동에 따른 소음과 진동의 발생으로 인해 돼지들의 활동성이 증가되었다는 점을 고려하여 해석해야 할 것이다.
- 공기정화기 적용에 따른 돈사 내 생물학상 오염물질 저감효과는 Figure 4와 Table 4에 제시되었다. 총부유세균의 경우 무처리 시 45,371(SD:24,269) CFU/㎥, 원수를 이용한 습식 처리 시 43,286(SD:3,077) CFU/㎥, 살균제가 포함된 습식 처리 시 2,440(SD:1,135) CFU/ ㎥로 나타났다(p<0.05). 총부유진균은 무처리시 13,474(SD:3,719) CFU/㎥, 원수를 이용한 습식 처리 시 8,610(SD:4,429) CFU/㎥, 살균제가 포함된 습식 처리 시 1,867(SD:403) CFU/㎥로 측정되었다(p>0.
- 입자상물질 측정결과 모든 물질에서 무처리 조건, 습식원수 처리 공정, 살균제가 포함된 습식처리 공정 순으로 고농도로 나타났다. 측정 결과를 근거로 하였을 때, 본 연구에 적용된 공기정화기의 처리공정은 입자상 물질에 대한 저감효과는 적정수준 나타나는 것으로 판단된다. 무처리 조건 대비 각 처리공정별 저감 효율을 분석해보았을 때, 습식원수 처리 조건은 TSP 76.
후속연구
- 91%로 나타났다. 본 연구 결과는 부유 미생물이 입자상 물질에 흡착되어 운반된다는 점, 측정 지점이 배출구라는 점을 고려할 때 습식처리 공정 시 발생되는 수분입자 및 기타 환경적 요인이 측정 장비에 영향을 미친다는 점, 그리고 공기정화기 가동에 따른 소음과 진동의 발생으로 인해 돼지들의 활동성이 증가되었다는 점을 고려하여 해석해야 할 것이다. 결론적으로 본 현장 연구에 적용된 습식 및 플라즈마 방식의 공기정화기는 돈사 작업장 내 입자상 및 생물학상 오염물질에 대해 상당한 제어 효율이 있는 것으로 판단된다.
- 본 현장조사는 극단적인 계절조건(여름&겨울)을 고려하여 계절별 입자상 및 생물학상 오염물질의 제어효율을 평가하지는 못한 점이 본 연구의 제한점이다. 향후 계절적 조건에 따른 오염물질(입자상 오염 물질 및 생물학상 오염물질)에 대한 제어효율 평가를 지속적으로 수행할 예정이다.
- 본 현장조사는 극단적인 계절조건(여름&겨울)을 고려하여 계절별 입자상 및 생물학상 오염물질의 제어효율을 평가하지는 못한 점이 본 연구의 제한점이다. 향후 계절적 조건에 따른 오염물질(입자상 오염 물질 및 생물학상 오염물질)에 대한 제어효율 평가를 지속적으로 수행할 예정이다.
- 본 현장 연구에 적용된 공기정화기는 습식세척과 플라즈마 이온 방식의 두 가지 처리공정으로 오염물질이 제어되는 시스템이다. 현장 측정 시 공기정화기의 운용상의 하드웨어적 문제로 플라즈마 이온 장치에 대한 제어 효율 평가를 실시하지 못한 점이 본 연구의 제한점으로 볼 수 있다. 또, 측정 위치가 배출구라는 점에서 외부 환경적 요인 및 기타 요인이 본 측정결과에 많은 영향을 미쳤다고 판단되고, 이는 다른 국외 선행 연구 보고들에서도 언급된 바 있다(Grub et al.
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