[논문]돈분 퇴비화 시 공기 흡입 강도에 따른 이화학적 특성변화

이동준; 김중곤; 정광화; 곽정훈; 이지웅

doi:10.17137/korrae.2017.25.2.59

돈분 퇴비화 시 공기 흡입 강도에 따른 이화학적 특성변화
Changes of Physico-chemical Characteristic on Swine Manure Using Different Suction Strength in Composting System 원문보기

유기물자원화 = Journal of the Korea Organic Resources Recycling Association, v.25 no.2, 2017년, pp.59 - 67

이동준 (농촌진흥청 국립축산과학원) , 김중곤 (농촌진흥청 국립축산과학원) , 정광화 (농촌진흥청 국립축산과학원) , 곽정훈 (농촌진흥청 국립축산과학원) , (농촌진흥청 국립축산과학원) , 이지웅 (전남대학교 농업생명과학대학 동물자원학부)

초록
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본 연구는 톱밥이 수분조절재로 혼합된 돈분 퇴비화 시 공기 흡입 강도의 효과를 조사하기 위해 실시하였다. 25 L 규모의 퇴비화 반응기에 일정하게 주입되는 공기 주입량을 기준으로 공기 흡입량을 4 단계 (100%, 200%, 300%, 400%)로 구분하여 실험을 수행하였다. 모든 반응기의 온도가 퇴비화 개시 후 2일 이내에 호열성 단계에 도달하였으며 퇴비화 5일 까지 이를 유지하는 것을 관찰할 수 있었다. 이후 반응기의 온도는 점차 감소하여 퇴비화 실험이 끝날 무렵에는 외기와 비슷한 온도를 나타냈다. 초기 혼합원료의 수분함량은 64.27% 로 측정되었으며, 점차 감소하여 100%에서 38.4, 200%에서 33.08%, 300%에서 14.59% 그리고 400%에서 11.93로 나타났다. 퇴비화 기간 동안, pH는 6.83에서 8.67로 증가하였다가 점점 감소하여 100%, 200%에서 7.56, 300%에서 8.19, 400%에서 8.08로 관찰되었으며, 이는 100%와 200%의 공기 흡입강도가 타 처리구보다 퇴비화에 적합한 흡입조건인 것으로 사료된다. 퇴비화 초기 혼합 원료의 총 켈달질소 (TKN)는 2.3%로 측정되었으나, 점차 변화하여 퇴비화 종료 시점에 100%는 3.3%, 200%는 3.1%, 300%는 2.5%, 400%는 2.3%로 조사되었다. 이러한 결과는 100%, 200% 처리구가 타 처리구에 비해 $CO_2$ 발생 및 수증기 휘발로 인한 중량손실이 높기 때문인 것으로 사료된다. 퇴비화 초기 혼합원료의 C/N비는 25.17로 측정되었으며 급격히 감소하여 퇴비화 종료 시점에는 100%에서 11.88 200%에서 11.97, 300%에서 14.31, 400%에서 14.72로 조사되었으나 처리구 간 큰 차이는 발견되지 않았다. 이상의 연구 결과 양질 퇴비화를 위한 공기 주입량 대비 최적 공기 흡입 강도는 100%와 200% 처리구인 것으로 조사되었다.

Abstract ▼ AI-Helper

The aim of this experiment was to investigate the effect of air suction rate (SR) during the composting process of swine manure mixed with sawdust used as a bulking agent. In the 25 L composting reactors, the suction rate (SR) was at four different treatment levels (100%, 200%, 300%, 400%), and were fixed on the based on constant aeration rate into the composting mixtures. The temperature reached to thermophilic phase within 2 days and it was maintained up to the $5^{th}$ day of the composting process in all reactors and then gradually decreased to room temperature at the end of the composting process. The moisture content (MC, %) of the initial mixtures was 64.27%, and it was reduced to 38.4, 33.08, 14.59 and 11.93 in the different suction rate of 100%, 200%, 300%, 400%, respectively in the end process. During the composting, the level of pH was increased from 6.83 to 8.67 and it gradually decreased to 7.56 in 100% and 200%(SR). At the same time, the pH values were reduced only up to 8.19 at 300%, and 8.08 at 400%(SR), showing that suction strengths of 100% and 200% were the better option for composting than those of 300% and 400%. The total Kjeldahl nitrogen (TKN) of initial composts mixtures was 2.3% and were changed in 3.3, 3.1, 2.5, and 2.3% at the end of the composting period from the 100%-400% (SR) variations respectively. These results also indicated that 100% and 200% (SR) were more affected by the dry mass loss as $CO_2$ and water evaporation. The initial value of C/N ratio was 25.17 and were significantly reduced to 11.88, 11.97, 14.31, and 14.72 at the end of the experiment, respectively from the 100%-400% (SR) variations. These results suggest that the suction rate (SR) of 100% and 200% relative to constant air supply would be the optimal conditions to produce high-quality compost.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구는 가축분뇨 퇴비화 관련 적정 산소 공급량에 대한 연구의 일환으로써, 가축분뇨 퇴비화 시 반응기에 주입되는 공기 공급량 대비 최적 공기 흡입량을 조사하기 위해 진행 되었다.

제안 방법

3에 나타내었다. 돈분 퇴비화 시 수분함량은 온도와 함께 퇴비 발효의 진행상황을 측정하는 중요한 요인이며, 본 실험에서는 돈분과 톱밥을 혼합하여 수분함량을 64%로 조절한 후 실험을 개시하였다. 퇴비화 진행과정에 따라 수분은 점차 감소하였으며, 특히 퇴비 개시 15일부터 종료시점까지 급격하게 하락되는 것은 서 등(1999)이 보고한 연구결과와 일치하였다.
-N), 탄질비 (C/N ratio) 등을 조사하였다. 퇴비단 중심부에 아날로그 온도계를 설비하여 매일 2회 (AM 9, PM 4) 측정한 값을 평균해 온도를 측정하였으며, 이산화탄소는 GASTEC(Kitagawa, AP-20, Japan)을 이용하여 매일 1회 측정하였다. 시료의 채취는 처음 일주일은 3일 간격으로 채취하고 이후에는 7일 간격으로 채취하여 분석을 실시하였다.
퇴비화 과정중의 온도변화, 이산화탄소(CO₂) 발생농도, 함수율(Moisture Content, MC), 유기물(Organic Matter, OM), pH, 전기전도도 (Electric Conductivity, EC), 총 켈달질소 (Total Kjeldahl Nitrogen, TKN), 암모늄태 질소 (NH₄-N), 질산성 질소 (NO₃-N), 탄질비 (C/N ratio) 등을 조사하였다. 퇴비단 중심부에 아날로그 온도계를 설비하여 매일 2회 (AM 9, PM 4) 측정한 값을 평균해 온도를 측정하였으며, 이산화탄소는 GASTEC(Kitagawa, AP-20, Japan)을 이용하여 매일 1회 측정하였다.
이 때 처리구별 공기흡입량은 반응기 상부에서 공기를 흡입하는 것을 고려하여 공기 공급량보다 유량을 높게 잡아 설비하였다. 퇴비화 반응기에 2 L/min·m3에 해당하는 공기를 주입한 것은 공기 흡입식 퇴비화 실험 도중 반응기에 가해지는 음압을 보완하기 위한 방안으로 이용되었으며, 전체적인 실험은 흡입 압력에 영향을 받아 실험이 진행되었다. (Table 2) 퇴비화 실험 중 뒤집기는 반응기의 온도가 하락한 25일 째 1회 실시하였다.
퇴비화 적정 공기 공급량은 ‘가축분뇨자원화시설 표준설계도 해설서’6)를 참고하여 반응기 하부에 약 2 L/min·m3 의 공기를 주입하였으며 공기흡입량은 공기 공급량 대비 100%, 200%, 300%, 400% 수준으로 처리구를 설정하여 2 L/min·m3 4 L/min·m3, 6 L/min·m3, 8 L/min·m3 에 해당하는 공기를 24시간 흡입하도록 설비하였다. 이 때 처리구별 공기흡입량은 반응기 상부에서 공기를 흡입하는 것을 고려하여 공기 공급량보다 유량을 높게 잡아 설비하였다.

대상 데이터

퇴비제조에 이용된 돼지분뇨는 전라북도 완주군 국립축산과학원 돈사에서 수거된 것이며, 수분조절재인 톱밥은 시중에서 구입하였다. 돼지분의 수분함량은 약 75%였고, 톱밥의 수분함량은 약 17%였으며 퇴비화 개시 적정 수분함량을 맞추기 위해 가축분뇨와 톱밥을 2:1 (V:V)로 혼합하여 수분함량 64%인 원료를 제조하였다.

성능/효과

1. 퇴비화 3일째 온도가 53.5～62.5℃로 상승하였으며 전체 기간 동안 100%, 200% 처리구가 타 처리구에 비해 높은 온도를 유지하고 있는 점과 뒤집기 작업 후 100%, 200% 처리구의 온도만 상승하는 것을 볼 때, 300% 와 400%에 공급되는 다량의 산소가 신속한 유기물의 분해에 영향을 미친 것으로 관찰되었다.
5. 최종 퇴비의 C/N비는 100% 11.8, 200% 11.9, 300% 14.3, 400% 14.7로 조사되어 12이하의 100%과 200%가 퇴비에 적합한 처리구임을 관찰할 수 있었다.
6. 결과적으로 밀폐식 반응기 퇴비화 시 공기주입 강도에 따른 적정 공기흡입량은 100%～200%로 조사되었다.
7로 조사되었다. 결과적으로 100%과 200% 처리구가 부숙 퇴비에 해당하는 것으로 조사되었다.
08로 조사되었다. 발효 퇴비의 pH 적정수준에 대한 다양한 연구가 진행되고 있지만, 본 실험에서는 100%, 200% 처리구가 상대적으로 발효에 유리한 조건임을 알 수 있었다.
¹¹⁾ 본 실험에서도 이와 유사한 결과를 관찰할 수 있었다. 전체 퇴비화 기간 동안 100%, 200% 처리구가 300%, 400% 처리구에 비해 높은 온도를 유지하고 있는 점과 뒤집기 작업 후 100%, 200% 처리구의 온도만 상승하는 분석 결과를 종합해 볼 때, 300% 와 400%에 공급되는 다량의 산소가 신속한 유기물의 분해에 영향을 미친 것으로 판단된다.
질산태 질소의 경우, 퇴비 개시 시 94 mg/kg였으며, 퇴비화 44일 이후 급격히 증가하여 최종적으로 100%에서 1154 mg/kg, 200%에서 1307 mg/kg, 300%에서 1189 mg/kg, 400%에서 1118 mg/kg로 조사되었다. 최종 퇴비의 NH₄-N : NO₃-N 비율은 100%에서 0.22, 200%에서 0.21, 300%에서 0.85, 400%에서 1.28로 조사되어 대부분 1이하 였지만, 100%과 200%가 타 처리 구에 비해 차이를 보여 100%과 200%에 이용된 공기흡입강도가 퇴비화에 이상적인 방법인 것으로 조사되었다.
퇴비화 초기 가축분뇨의 유기물함량은 83.8%, 돈분은 90%이었으며 이를 혼합한 퇴비단의 유기물 농도는 88.44%로 조사되었다. 유기물은 퇴비화 과정 중 미생물에 의해 분해되면서 점차 감소하는 것으로 조사되었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	가축분뇨 퇴비화의 기대효과는 무엇인가?	2%가 가축분뇨 자원화방법을 이용해 처리되고 있다.2) 특히 가축분뇨의 퇴비화의 경우 친환경적인 자원순환 방안으로 가장 많이 이용되고 있으며, 윤 등 (2012)은 가축분뇨 퇴비화를 통해 병원성 미생물 및 잡초종자의 사멸, 악취 감소, 취급 부피의 감소 등을 기대할 수 있다고 보고한 바 있다3) 또한 홍 (2001)은 가축분뇨 퇴비화가 생분해성 폐기물의 자원순환뿐만 아니라 토양개량의 효과적인 방법이라고 소개하였으며4), Eghball(1999)은 가축분뇨 부숙퇴비가 작물 생육에 필요한 필수성분 (N, P, K) 및 미량 영양소 등을 함유하고 있다고 보고한 바 있다.5)
	산소 공급이 가축분뇨의 퇴비화에 어떤 영향을 주는가?	가축분뇨의 퇴비화에 영향을 미치는 주요 인자로는 온도, 습도, 수분조절재의 종류 등 다양한 요소가 작용하지만 미생물 활성을 위한 산소 공급이 중요한 인자로 평가받고 있다. 퇴비화 과정에서 산소가 부족할 경우, 혐기소화가 일어나고 이는 다량의 축산냄새가 발생할 수 있다. 반대로 산소 공급량이 과도할 경우 퇴비의 발효온도를 저하시키고 수분을 급격히 감소시켜 정상적인 퇴비 발효가 어렵게 된다. 국내에서 가축분뇨 퇴비의 발효를 위한 적정 공기 공급량으로 m3 당 0.
	우리나라에서 발생되는 가축분뇨는 어떻게 처리되고 있는가?	현재, 우리나라에서 발생되는 가축분뇨는 공공처리시설, 공동자원화 시설 및 개별 농가에서 퇴비화, 액비화, 바이오 에너지화 및 정화처리를 통해 처리되고 있으며, 이중 약 90.2%가 가축분뇨 자원화방법을 이용해 처리되고 있다.2) 특히 가축분뇨의 퇴비화의 경우 친환경적인 자원순환 방안으로 가장 많이 이용되고 있으며, 윤 등 (2012)은 가축분뇨 퇴비화를 통해 병원성 미생물 및 잡초종자의 사멸, 악취 감소, 취급 부피의 감소 등을 기대할 수 있다고 보고한 바 있다3) 또한 홍 (2001)은 가축분뇨 퇴비화가 생분해성 폐기물의 자원순환뿐만 아니라 토양개량의 효과적인 방법이라고 소개하였으며4), Eghball(1999)은 가축분뇨 부숙퇴비가 작물 생육에 필요한 필수성분 (N, P, K) 및 미량 영양소 등을 함유하고 있다고 보고한 바 있다.

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저자의 다른 논문 :

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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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