[논문]송풍유무에 따른 우분퇴비화 효과분석 및 우분퇴비의 입상화방법별 특성비교

정광화; 김중곤; 이동준; 곽정훈

doi:10.17137/korrae.2017.25.2.69

송풍유무에 따른 우분퇴비화 효과분석 및 우분퇴비의 입상화방법별 특성비교
Analysis of the Composting Effect on Cow Manure by Aeration and Comparison of Characteristics of Cow Manure Pellet Composts According to Granulation Processing Method 원문보기

유기물자원화 = Journal of the Korea Organic Resources Recycling Association, v.25 no.2, 2017년, pp.69 - 76

정광화 (농촌진흥청 국립축산과학원) , 김중곤 (농촌진흥청 국립축산과학원) , 이동준 (농촌진흥청 국립축산과학원) , (농촌진흥청 국립축산과학원) , 곽정훈 (농촌진흥청 국립축산과학원)

초록
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2015년 기준으로 국내에서 발생된 가축분뇨 중의 80%가 퇴비로 전환되어 유기성 비료자원으로서 농경지에 시용되었다. 현재 이용되고 있는 가축분 퇴비의 형태는 분말형이 주를 이루고 있으며 입상 형태 퇴비로서는 직경 5~10 mm 크기의 원기둥 모양으로 가공된 펠릿이 일부 사용되고 있다. 본 연구에서는 우분을 부숙시킨 분말형 퇴비를 원기둥 막대 형태의 펠릿과 구(구슬) 형태(Sphere type)의 펠릿으로 가공하였을 때의 특성을 비교, 분석하였다. 분말 형태 퇴비의 질소농도는 건물량 기준으로 1.05% 이었으며 원기둥 막대 형태와 구 형태로 펠릿화된 이후에는 각각 1.23%와 1.24%로서 가공방법에 따른 차이는 거의 발생하지 않는 것으로 나타났다. 입상화 가공효과를 분석한 결과, 스쿠루 압착식과 원통 회전형 입상화 방식 등의 두 가지 가공방식 모두에서 원료의 수분함량이 입상화가공에 있어 가장 큰 영향요소인 것으로 나타났다. 수분 함량 20% 수준으로 건조하였을 때의 비중은 분말형 퇴비에 비해 원기둥 막대 형태와 구 형태 펠릿퇴비는 각각 1.38과 1.13 수준이었다. 퇴비수송과 취급에 관련되는 요소인 압축강도는 원기둥 막대형과 구 형태 펠릿퇴비에서 각각 $27.6kg/cm^2$ 와 $11.3kg/cm^2$ 수준으로서 원기둥 막대형태 펠릿퇴비가 더 높았다.

Abstract ▼ AI-Helper

In the Korea, 80 percent of livestock manure were converted into compost and used as organic fertilizers. The livestock manure compost has two types of powder and pellet type (ID= 5~10 mm). The aim of this study was to investigate the properties of two types of cow manure compost pellet (cylinder and sphere type). Nitrogen concentrations of cylinder type and sphere type of compost pellets were 1.23 and 1.24%, respectively. There were similar with nitrogen concentration of cylinder and sphere types of compost pellets. As a result of analyzing the effect of granulation processing, it was found that the moisture content of the raw material was the most influential factor in the granulation processing in both of the processing types of the screw pressing method and the rotating cylinder method. When the cylinder and sphere types of compost pellets were dry to 20% of moisture content, the specific gravities of these compost pellets were 1.38 and 1.13, respectively. The compressive strength of cylinder type pellet and sphere type pellet were 27.6 and $11.3kg/cm^2$, respectively.

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

퇴비화 실험은 23℃ 내외가 유지되는 항온 실험실 내에서 수행하였다. 대조구로서 같은 규격의 퇴비화 반응조에 송풍을 실시하지 않는 상태에서 동일한 기간 동안 퇴비화를 수행하면서 퇴비화 과정에서 나타나는 현상을 송풍식 반응조와 비교, 분석하였다. 송풍식 퇴비화는 110 리터 규모의 원통형 반응조 내에서 실시하였다.
일반적으로 입상퇴비는 가루형태 퇴비에 비해서 수분함량이 상대적으로 낮은 반면에 밀도는 더 높아서 더 작은 살포기계로도 필요량의 퇴비를 경작지에 고르게 살포할 수 있다는 장점을 가진다. 따라서 본 연구에서는 우분퇴비를 대상으로 하여 원기둥 형태와 구(sphere) 형태의 두 가지 모양으로 입상 퇴비를 가공하고 그 특성을 분석하였다.
송풍식 퇴비화 조건에서 부숙시킨 우분퇴비를 원료로 하여 스쿠루 압착식 입상화 장치와 원통 회전식 입상화장치를 이용하여 가공된 입상퇴비의 특성을 분석하였다. 가공방법에 따른 최적 조건을 분석한 결과 스쿠루 압착식과 원통 회전식을 이용한 가공 모두에서 원료의 수분함량이 가공효율에 가장 큰 영향을 주는 요소인 것으로 나타났다.
우분퇴비를 원료로 하여 스쿠루 압착식 입상화 장치와 원통 회전식 입상화장치를 이용한 가공실험을 수행하여 입상퇴비화 할 때의 가공형태별 가공 효과와 입상퇴비 특성을 분석한 결과를 요약한 결론은 아래와 같다.
퇴비화 실험에 사용된 우분은 소를 사육하고 있는 우사 바닥에서 신선한 분뇨를 선별하여 수거하였다. 채취한 우분에 톱밥을 혼합하여 분뇨의 수분을 65% 내외로 조절한 후 공기를 공급하는 송풍식 반응조에서의 퇴비화효과를 분석하였다. 퇴비화 효과는 부숙기간 중의 퇴비단 온도와 pH 그리고 부피 등의 변화가 안정되는 시기를 기준으로 하여 판단하였다.
퇴비 입상화실험은 송풍식 조건에서 퇴비화가 완료된 우분퇴비를 원료로 하여 스크루 압착식 펠릿 화 장치와 원통 회전형 입상화방식 펠릿화 장치를 사용하여 원기둥 막대형과 구 형태의 입상퇴비로 가공하는 방식을 적용하여 수행하였다. 시험에 사용된 스쿠루 압착식 입상화 장치와 원통 회전형 입상화장치의 구성은 Fig.
호기적 송풍식 퇴비화 반응조 내에서 우분을 부숙시켜 퇴비화한 다음에 완숙된 퇴비를 원료로 하여 스쿠루 압착방식으로 가공한 원기둥 막대형 펠릿과 원통 회전형 입상화장치를 이용하여 구 형태로 가공한 펠릿의 특성을 비교, 분석하였다.

대상 데이터

Fig. 2에 도시된 두 가지 형태의 입상화 장치에 의해 가공된 입상퇴비를 대상으로 하여 그 특성을 분석하였다. 입상화 효과는 투입한 원료가 입상으로 가공되는 비율을 기준으로 하여 판단하였다.
실험에 사용된 우분은 소를 기르는 축사에서 직접 수거하였으며 톱밥은 일반 상업적 톱밥유통 업체에서 공급받아 사용하였다. 실험에 사용된 우분 과 톱밥의 성분분석 결과 pH는 각각 7.
퇴비화 실험에 사용된 우분은 소를 사육하고 있는 우사 바닥에서 신선한 분뇨를 선별하여 수거하였다. 채취한 우분에 톱밥을 혼합하여 분뇨의 수분을 65% 내외로 조절한 후 공기를 공급하는 송풍식 반응조에서의 퇴비화효과를 분석하였다.

이론/모형

입상화 효과는 투입한 원료가 입상으로 가공되는 비율을 기준으로 하여 판단하였다. 실험시료는 채취 즉시 실험실로 이송하여 분석하였으며 시료 전처리와 성분분석은 AOAC와 APHA에서 정하는 방법을 적용하였다^4,5).

성능/효과

1. 우분과 톱밥을 혼합하여 퇴비화에 적절한 수분인 65% 수준으로 조절한 후 퇴비화를 실시한 결과 송풍을 실시한 반응조와 송풍을 하지 않은 반응조의 퇴비화기간 동안 각 반응조의 pH는 큰 차이를 보이지 않았다.
3. 입상퇴비 가공방법에 따른 최적 가공조건을 분석한 결과 스쿠루 압착식 입상화장치와 원통 회전식 입상화장치를 이용한 가공방식 모두에서 원료의 수분함량이 가공효율에 가장 큰 영향을 주는 요소인 것으로 나타났다.
4. 원통 회전형 입상화방식에 의해 가공된 입상 퇴비의 경우에도 입자 크기에 따라 전단력과 압축 강도가 다르게 나타났는데, 입상퇴비의 입자크기가 클수록 전단력과 압축강도가 더 커지는 경향을 보였다.
5. 스쿠루 형태와 원통 회전형 입상화방법을 적용하는 경우 모두에서 입상화 과정에 따른 퇴비의 성분변화 현상은 나타나지 않았다.
6. 원통 회전식 입상화 방법을 적용하여 가공한 입상퇴비의 경우 입자크기가 커질수록 겉보기 비중이 낮아지는 결과를 보였다.
송풍식 퇴비화 조건에서 부숙시킨 우분퇴비를 원료로 하여 스쿠루 압착식 입상화 장치와 원통 회전식 입상화장치를 이용하여 가공된 입상퇴비의 특성을 분석하였다. 가공방법에 따른 최적 조건을 분석한 결과 스쿠루 압착식과 원통 회전식을 이용한 가공 모두에서 원료의 수분함량이 가공효율에 가장 큰 영향을 주는 요소인 것으로 나타났다. 스쿠루 압착식 입상화 장치를 이용한 가공에 비해 원통 회전식 입상화장치를 이용한 가공방법의 경우가 더 높은 수분함량에서도 입상퇴비 가공이 가능하였다.
퇴비의 밀도가 높으면 동일한 부피에 더 많은 비료성분을 함유할 수 있으므로 단위면적당 시용되는 퇴비의 전체 부피가 감소하는 효과가 있어서 퇴비시용에 필요한 노동력이 절감되는 효과를 기대할 수 있다. 본 실험에서 적용한 스쿠루 압착식 입상화 와 원통 회전식 입상화 방법을 통해 가공한 입상퇴비의 겉보기 비중을 분석한 결과 수분 함량 20% 수준으로 건조하였을 때의 겉보기 비중은 분말형 퇴비에 비해 원기둥 형태와 구 형태 펠릿퇴비가 각각 1.38과 1.13 수준으로 상대적으로 더 높았다. 원통 회전식 입상화 방법을 적용하여 가공한 입상퇴비의 경우 입자크기가 커질수록 겉보기 비중이 낮아지는 결과를 보였다
스쿠루 압착식 입상화와 원통 회전식 입상화방식을 적용할 경우에 가공장치에 투입되는 원료의 적정 수분함량은 스쿠루 가공방식에서는 40% 내외 수준이었던 반면에 회전 원통식의 경우에는 약 70% 내외 수준이었다. 스쿠루 압착식의 경우에는 원료의 수분함량이 30∼59% 수준에 해당하지 않으면 가공효율이 극히 낮았던 반면에 원통 회전식의 경우에는 원료의 수분함량이 55∼ 75% 수준에 해당하여야만 양호한 입상퇴비 가공효 과를 기대할 수 있었다. 또한 원통 회전형 입상화장 치를 이용한 가공시에 원료의 수분함량에 따라 가공되는 입상퇴비의 크기분포가 달라지는 경향이 있었다.
25 수준으로 혼합하여 퇴비화에 적절한 수분인 65% 수준으로 조절한 후 실험을 실시하였다. 실험 결과, 송풍을 실시한 반응조와 송풍을 하지 않은 반응조의 퇴비화기간 동안 각 반응 조의 pH는 큰 차이를 보이지 않았다. 두 처리구 모두 퇴비화 초기에 pH가 상승하는 경향이 있었으나 그 차이는 크지 않았고 퇴비화 기간이 경과함에 따라 pH가 약간 낮아지는 결과를 보였다.
입상퇴비의 물리적 강도는 완제품 포장과 수송 그리고 시비과정에 직접적으로 연관된 요소로서 경작지로의 시비작업의 편리성, 시용된 후 토양 중에 서의 완효성이나 속효성 등을 결정하기 때문에 입상퇴비 품질과 관련하여 중요한 고려요소가 된다. 실험수행 결과 쪼개지는 현상에 대응하는 전단력과 누르는 힘에 대응하는 압축강도의 경우 스크루 압착방식에 의해 가공된 입상퇴비가 원통 회전형 입상화방식에 의해 가공된 입상퇴비에 비해 더 높은 것으로 나타났다. 원통 회전형 입상화방식에 의해 가공된 입상퇴비의 경우에도 입자 크기에 따라 전단력과 압축강도가 다르게 나타났는데 입자크기가 클수록 전단력과 압축강도가 더 커지는 경향을 보였다.
13 수준으로 상대적으로 더 높았다. 원통 회전식 입상화 방법을 적용하여 가공한 입상퇴비의 경우 입자크기가 커질수록 겉보기 비중이 낮아지는 결과를 보였다
원통 회전형 입상화방식에 의해 가공된 입상퇴비의 경우에도 입자 크기에 따라 전단력과 압축강도가 다르게 나타났는데 입자크기가 클수록 전단력과 압축강도가 더 커지는 경향을 보였다. 원통 회전형 입상화방식에 의해 생산된 입상 퇴비의 전단력과 압축강도도 일반적인 파쇄작용에 충분하게 견뎌내는 것으로 보아 통상적인 취급과 기계화 시비에 문제가 되지 않을 정도인 것으로 판단된다. 가공품을 비료자원으로 활용한다는 목적하에서는 가공에 의해 성분의 변화가 있어서는 안된다.
퇴비 입상가공에 있어 원료 퇴비의 수분함량은 입상화 가공효율과 직접적으로 연관된 주요 영향요소인 것으로 나타났다. 스쿠루 압착식 입상화와 원통 회전식 입상화방식을 적용할 경우에 가공장치에 투입되는 원료의 적정 수분함량은 스쿠루 가공방식에서는 40% 내외 수준이었던 반면에 회전 원통식의 경우에는 약 70% 내외 수준이었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	가축분뇨 퇴비가 토양의 비옥도를 높여주는 유기성 비료자원으로 널리 이용되는 이유는?	가축분뇨 퇴비화는 국내 가축분뇨 처리방법 중 가장 보편적으로 이용되고 있으며 2015년 기준으로 보면 전체 가축분뇨 발생량 (4,653만 톤) 중 80%에 해당하는 3,724만 4천 톤이 퇴비화 방법에 의해 처리되었다1). 가축분뇨 퇴비는 식물 생육에 필요한 주요 영양성분인 질소와 인산, 칼리를 포함하고 있을 뿐만 아니라 미량 영양요소 그리고 토양의 공극을 형성하는 입자성 물질까지 함유하고 있어서 토양의 비옥도를 높여주는 유기성 비료자원으로 널리 이용되고 있다. 그러나 현재 사용되고 있는 가축분뇨 퇴비는 가축분뇨에 톱밥이나 왕겨 등과 같은 수분조절재를 혼합하여 부숙시킨 것으로서 가루형태로 되어있는 것이 일반적이다.
	퇴비의 수분이 높으면 생기는 문제점은?	또한 1 등급 퇴비는 유기물함량이 33% 이상 이고 유기물대 질소비는 35 이하, 수분함량은 55% 이하로 규정되어 있으며 2 등급 퇴비는 유기물함량 30% 이상, 유기물대 질소비 45% 이하, 그리고 수분함량 55% 이하로 규정되어 있다2). 퇴비의 수분이 높으면 무게가 증가하고 뭉쳐지기 쉬워서 퇴비를 경작지에 시비하는데 있어서 노동력을 많이 필요로 하는 문제가 있다. 농업인구의 노령화가 가속화되고 농기계 사용정도가 높아지고 있는 영농현황에 비추어 볼 때 농업 노동력 투입정도 감소와 기계화 작업효율 증대를 위해서는 입상화된 가축분뇨 퇴비의 사용 필요성이 높아진 상황인 것으로 판단된다.
	농업 노동력 투입정도 감소와 기계화 작업효율 증대를 위해 입상화된 가축분뇨 퇴비의 어떤 장점이 영향을 미치는가?	농업인구의 노령화가 가속화되고 농기계 사용정도가 높아지고 있는 영농현황에 비추어 볼 때 농업 노동력 투입정도 감소와 기계화 작업효율 증대를 위해서는 입상화된 가축분뇨 퇴비의 사용 필요성이 높아진 상황인 것으로 판단된다. 일반적으로 입상퇴비는 가루형태 퇴비에 비해서 수분함량이 상대적으로 낮은 반면에 밀도는 더 높아서 더 작은 살포기계로도 필요량의 퇴비를 경작지에 고르게 살포할 수 있다는 장점을 가진다. 따라서 본 연구에서는 우분퇴비를 대상으로 하여 원기둥 형태와 구(sphere) 형태의 두 가지 모양으로 입상 퇴비를 가공하고 그 특성을 분석하였다.

참고문헌 (9)

Korean Ministry of Agriculture, Food and Rural Affair, "Yield of Livestock Manure in South Korea", (2016).
RDA, "Operating guideline for Evaluating Standards of Quality Rating in livestock manure compost", (2016).
Korean Ministry of Agriculture, Food and Rural Affair, Ministry of Environment, National Agricultural Cooperative Federation., "Standard drawing of recycling facility for livestock manure(handbook)", (2009).
AOAC., "Official Methods of Analysis", AOAC INTERNATIONAL, (2007).
APHA., "Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater", 21th Edition. (2005).
Guo, Rui, Li, Guoxue, Jiang, Tao, Schuchardt, Frank, Chen, Tongbin, Zhao, Yuanqiu, Shen, Yujin "Effect of Aeration Rate, C/N ratio and Moisture Content on the Stability and Maturity of Compost", Bioresource Technology, 112, pp. 171-178, (2012).

상세보기
Agnew, J. M., Leonard, J. J., Feddes, J and Feng, Y., "A modified air pycnometer for compost air volume and density determination". Canadian Biosystems Engineering, 45, pp. 627-635. (2003).
Peisker, M. "Influence of expansion on feed components", Feed Mix, 2, pp. 26-31. (1994).
Hansen, R. C., Manel, K. M., Keener, H. M. and Hoitink, H. A. J. "The composting process- A natural way to recycle waste-OSUE", Bulletin 792. The Ohio State University. Columbus, OH. (1995).

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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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