[논문]수용성 탄수화물을 이용한 분뇨슬러리 pH 적정화 및 암모니아 휘산의 저감

임정수; 황옥화; 이상룡; 조성백; 곽정훈; 이동현; 정민웅; 한덕우

doi:10.17137/korrae.2017.25.1.103

수용성 탄수화물을 이용한 분뇨슬러리 pH 적정화 및 암모니아 휘산의 저감
Optimizated pH and Mitigated Ammonia Emission in Pig Manure Slurry by Soluble Carbohydrate Supplementation 원문보기

유기물자원화 = Journal of the Korea Organic Resources Recycling Association, v.25 no.1, 2017년, pp.103 - 110

임정수 (국립축산과학원 축산환경과) , 황옥화 (국립축산과학원 축산환경과) , 이상룡 (국립축산과학원 축산환경과) , 조성백 (국립축산과학원 축산환경과) , 곽정훈 (국립축산과학원 축산환경과) , 이동현 (국립축산과학원 축산환경과) , 정민웅 (국립축산과학원 축산환경과) , 한덕우 (국립축산과학원 축산환경과)

초록
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우리나라 양돈 농장 내 돈사의 대부분은 고밀도 사육에 적합한 피트형 구조를 가지고 있다. 피트형 돈사는 돼지의 배설물이 바닥의 공간에 장기간 저장되는 구조로서 기존의 돈사에 비해 분뇨 처리를 위한 노동비용이 크게 절감되는 장점이 있다. 그러나 피트에 저장된 분뇨슬러리는 암모니아를 비롯하여 다양한 냄새물질을 지속적으로 배출하여 돼지와 근로자의 건강을 위협하게 된다. 축산업의 역사가 오래된 축산 선진국에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 슬러리 첨가제, 스크러버, 바이오필터 등을 개발하였으며 우리나라 역시, 점차 고밀도 사육 방식이 확산됨에 따라 냄새저감 수단에 대한 수요가 빠르게 증가하고 있다. 특히 최근에는 돈사 피트에 직접 투여하는 미생물제의 보급이 빠르게 확대되고 있다. 미생물제는 구매 비용이 높다는 단점에도 불구하고 운반, 저장, 사용이 편리하고 상대적으로 유지비가 저렴하여 소규모 양돈 농가에서 많이 선택되고 있다. 이러한 미생물제와 비교하여 유사한 효과를 발휘하면서도 비용이 훨씬 저렴한 냄새저감 수단으로서 수용성 탄수화물이 있다. 수용성탄수화물이란 설탕, 포도당, 당밀과 같이 분자량이 적은 단당류 또는 이당류 등을 포함하며 분뇨슬러리에 용해된 이후 빠르게 미생물에 의해 이용될 수 있는 탄소화합물을 의미한다. 분뇨 내 미생물은 투여된 수용성 탄수화물을 분해하여 이산화탄소 및 각종 유기산을 생산함으로 슬러리를 산화시키는 효과를 발휘한다. 산화된 슬러리 내에서 비이온성인 암모니아는 이온성인 암모늄 이온으로 전환되어 휘발성을 잃게 된다. 본 연구에서 대표적인 수용성 탄수화물인 설탕을 돈분뇨 슬러리(120kg)에 0.1%(w/w) 투여함으로서 슬러리의 pH를 8.2 수준으로 유지하였고 암모니아의 휘발은 10일 평균 33% 저감하는 효과를 얻었다. 결론적으로 본 연구의 결과를 돈사 현장에서 활용한다면 미생물제에 비해 보다 저렴한 비용으로 피트 슬러리의 암모니아 휘발을 저감할 수 있을 것으로 예상된다.

Abstract ▼ AI-Helper

In Concentrated Animal Feeding Operations(CAFOs), emission of ammonia from stored manure contributes negatively on the wellness of livestock. In CAFOs facilities, indoor aerial ammonia concentration oftentime surpasses the critical level potentially harmful to livestock's immune system. Understandably, numerous researches to control aerial ammonia have been conducted in countries where CAFOs were practiced for many decades. Some innovative technologies, such as scrubber, bio-filter, and additives emerged, as a result. Among them, microbial additives became popular in Korea, due to an easiness of use and affordability. However, microbial additives still have some weaknesses. Their price is still high enough to discourage farmers who run a small scale farm and their effectiveness are still questioned by many users and researchers. In the present study, we found soluble carbohydrates, such as sugar, glucose, and molasses, when supplemented to pig slurry manure, can mitigate ammonia emission. To be more specific, pig manure slurry(120kg), stored in container(200L), was supplemented with sugar at 0.1%(w/w) and was, subsequently, monitored for pH and aerial ammonia for next 10 days. From this experiment, it was found that the sugar supplementation was effective in mitigating the aerial ammonia concentration (33% in average) when monitored daily. Also, the pH of manure slurry was maintained at relatively low level(8.2) in sugar-supplemented manure slurry while it was elevated to 8.5 in untreated slurry. Conclusively, the obtained data suggest that soluble carbohydrate can mitigate ammonia emission by acidifying manure slurry. Additionally, it can be suggested that soluble carbohydrates, such as sugar, glucose, and molasses, can be reasonable choices for animal farmers who have been looking for an alternative choice to replace expensive microbial additives.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

¹¹⁾ 만약 분뇨의 pH를 조절하고자 한다면 되도록 안정성이 입증된 물질을사용함으로서 이러한 논란을 사전에 방지하는 것이 바람직하다. 본 연구에서는 수용성 탄수화물과 같이 안전성이 확보된 첨가제의 투여가 돈분뇨 슬러리에서 냄새물질인 암모니아의 휘발에 어떠한 영향을 미치는지 규명해 보았다.

제안 방법

돈사 슬러리 피트와 유사한 조건을 만들기 위해 200L 규모의 배양조 8개를 설치하여 돈사 피트에서 채취한 돈분뇨 슬러리를 120kg씩 투여한 후 11일간 배양하였다. 수용성 탄수화물의 암모니아 휘발 저감 효과를 검증하기 위해 배양시작 24시간 후 돈 분뇨 슬러리에 수용성 탄수화물인 설탕 120g(슬러리량의 0.1%, w/w)을 투여하였으며 대조구에서는 처리 없이 배양하였다. 이후 24시간을 주기로 배양조 상부 가스 중 암모니아 농도, 그리고 슬러리의pH 변화를 관찰하였다.

대상 데이터

돈사 슬러리 피트와 유사한 조건을 만들기 위해 200L 규모의 배양조 8개를 설치하여 돈사 피트에서 채취한 돈분뇨 슬러리를 120kg씩 투여한 후 11일간 배양하였다. 수용성 탄수화물의 암모니아 휘발 저감 효과를 검증하기 위해 배양시작 24시간 후 돈 분뇨 슬러리에 수용성 탄수화물인 설탕 120g(슬러리량의 0.

데이터처리

이후 뚜껑을 개방하여 온도를 측정한 후 배양조 당 5ml 정도의 시료를 채취하여 pH 분석을 실시하였다. 통계적인 분석을 위해 2-Factorial Repeated Measures ANOVA를 실시하였으며 individual comparison을 위해 Duncan's multiple range test를 이용하였고 두 개의 요인(시간, 처리) 중 처리의 효과만 시간 별로 alpha=0.05 수준에서 검증하였다.

성능/효과

3]. 본 실험에서 수용성 탄수화물 처리 후 관찰된 현상으로서 슬러리 pH의 저하, 암모니아 휘발의 저감 이외에도 슬러리의 표면의 피막 형성이 촉진되었음을 발견하였다[Fig. 4]. 처리구의 경우, 처리 후 2~3일부터 피막의 형성이 시작되었고 4~6일에 가장 두껍게 형성되었으나 7~8일째부터는 일부 처리구에서 피막의 구조가 약해짐을 확인하였다.

후속연구

또한 피트 슬러리의 배출 시 배출 펌프를 손상시킬 가능성도 거의 없다. 슬러리 표면의 피막은 냄새 물질 휘발의 저감과 관련하여 추가적인 연구가 필요하다.
이러한 상황에서는 공기 중 냄새 물질이 배출되지 못하고 돈사 내에 축척되며 특히 암모니아 농도가 상승하여 돼지의 호흡기 및 안구 점막을 자극하게 된다. 이러한 환경에서는 공기 중 암모니아를 수시로 점검하여 지나치게 높을 경우 돈사 내부 환경 특히 피트 슬러리를 산성으로 유지하여 암모니아 휘발을 저감하는 것이 바람직할 것이다. 슬러리 pH의 적정 수준 유지를 위해 수용성 탄수화물을 적극적으로 활용할 수 있는 계절이라고 할 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	피트형 돈사는 인체에 어떤 위험이 있는가?	피트형 돈사는 돼지의 배설물이 바닥의 공간에 장기간 저장되는 구조로서 기존의 돈사에 비해 분뇨 처리를 위한 노동비용이 크게 절감되는 장점이 있다. 그러나 피트에 저장된 분뇨슬러리는 암모니아를 비롯하여 다양한 냄새물질을 지속적으로 배출하여 돼지와 근로자의 건강을 위협하게 된다. 축산업의 역사가 오래된 축산 선진국에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 슬러리 첨가제, 스크러버, 바이오필터 등을 개발하였으며 우리나라 역시, 점차 고밀도 사육 방식이 확산됨에 따라 냄새저감 수단에 대한 수요가 빠르게 증가하고 있다.
	피트형 돈사는 어떤 구조인가?	우리나라 양돈 농장 내 돈사의 대부분은 고밀도 사육에 적합한 피트형 구조를 가지고 있다. 피트형 돈사는 돼지의 배설물이 바닥의 공간에 장기간 저장되는 구조로서 기존의 돈사에 비해 분뇨 처리를 위한 노동비용이 크게 절감되는 장점이 있다. 그러나 피트에 저장된 분뇨슬러리는 암모니아를 비롯하여 다양한 냄새물질을 지속적으로 배출하여 돼지와 근로자의 건강을 위협하게 된다.
	미생물제가 소규모 양돈 농가에서 많이 선택되는 이유는?	특히 최근에는 돈사 피트에 직접 투여하는 미생물제의 보급이 빠르게 확대되고 있다. 미생물제는 구매 비용이 높다는 단점에도 불구하고 운반, 저장, 사용이 편리하고 상대적으로 유지비가 저렴하여 소규모 양돈 농가에서 많이 선택되고 있다. 이러한 미생물제와 비교하여 유사한 효과를 발휘하면서도 비용이 훨씬 저렴한 냄새저감 수단으로서 수용성 탄수화물이 있다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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