[논문]마그네시아를 이용한 돈분 폐수의 악취 저감(현장 시험)

배수호; 유건상

doi:10.5012/jkcs.2022.66.3.202

마그네시아를 이용한 돈분 폐수의 악취 저감(현장 시험)
Odor Reduction of Pig Wastewater Using Magnesia (in-situ test) 원문보기

대한화학회지 = Journal of the Korean Chemical Society, v.66 no.3, 2022년, pp.202 - 208

초록
AI-Helper

본 연구는 악취 제거용 반응조를 제작한 후, 현장 시험을 통해 마그네시아(MgO)를 이용하여 돈분 폐수에서 발생하는 악취를 최대한 저감하기 위한 최적 조건을 얻고자 하였다. 이를 위해 마그네시아의 충진양, 돈분 폐수의 주입량, 폭기 방식, 폭기양, 폭기 시간이 고려되었다. 현장 시험은 돈분 폐수 저장소를 갖추고 있는 청운 가축농장에서 실시하였다. 돈분 폐수(500 kg) 무게 대비 마그네시아의의 첨가량을 증가시킬수록 암모니아와 황화수소의 발생량은 점차적으로 감소하는 경향을 보였다. 현장시험 결과, 반응조에 마그네시아를 0.8% 첨가하여 2일 동안의 폭기 시 돈분 폐수 중의 암모니아(NH₃)는 65%, 황화수소(H₂S)는 77% 감소하였다. 반응조 안의 돈분 폐수의 초기 pH는 8.2이었고 마그네시아를 0.8%까지 넣었을 때의 pH는 9.2를 나타내었다. 이러한 경향으로 비추어 볼 때, 마그네시아가 돈분 폐수 내의 pH를 점차적으로 상승시켜 약알칼리 상태로 만든다는 것을 알 수 있었다. pH가 증가함에 따라 폐수 내에 존재하는 암모니아 가스의 일부분은 공기 중으로 기화되고, 나머지 일부는 용해되어 있는 마그네슘이온, 인산이온과 화학결합한 후 침전되어 제거된다. 기존에 가축 농가의 대부분은 돈분 폐수의 악취를 제거하여 퇴비로 만들기 위해서 미생물을 활용한 6개월간의 폭기 과정을 거쳐야 했다. 대조적으로 미생물 활동에 영향이 없는 화학적 반응을 통해서 2일 내에 돈분 폐수로부터 악취를 저감할 수 있는 효과를 현 연구를 통해 입증하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, we tried to obtain the optimal conditions to reduce odors generated from pig wastewater using magnesia (MgO) through in-situ test after producing a reactor for removing odors. For this purpose, the filling amount of magnesia, the injection amount of pig wastewater, the aeration method, the aeration amount and the aeration time were considered. The field experiment was conducted at Cheongwoon Livestock Farm, which has a pig wastewater reservoir. As the amount of magnesia added to the weight of wastewater (500 kg) increases, the amount of ammonia (NH3) and hydrogen sulfide (H2S) generated tended to gradually decrease. As a result of the test, ammonia and hydrogen sulfide in the pig wastewater decreased up to 65% and 77%, respectively, for 2 days aeration after 0.8% of magnesia was added to the reaction tank. The initial pH of the pig wastewater in the reactor was 8.2, and the pH was found to be 9.2 when magnesia was added up to 0.8%. In the light of this trend, it can be known that magnesia gradually increases the pH in the pig wastewater and makes it weakly alkaline. As the pH increases, part of the ammonia gas present in the pig wastewater vaporizes into the air and the remaining part is removed by precipitation after chemical bonding with dissolved magnesium ions and phosphate ions. In order to remove the odor of pig wastewater and turn it into compost, most of the existing livestock farms go through a six-month aeration process using microorganisms. In contrast, the current study proved the effect of removing odors from pig wastewater within 2 days through chemical reactions that do not affect microbial activity.

주제어

표/그림 (8)

그림 Figure 1. Reaction tank for pig wastewater treatment.
그림 Figure 2. Field test site for pig wastewater treatment.
그림 Figure 3. Place for turning pig wastewater into compost.
표 Table 1. Heavy metal content in pig wastewater
표 Table 2. The concentration (mg/L) of ingredients in pig wastewater before and after the addition of odor remover
표 Table 3. Changes in cations by reaction of pig wastewater andodor remover
표 Table 4. Changes in anions by reaction of pig wastewater and odor remover
표 Table 5. Odor removal rate and pH change in pig wastewater before and after addition of odor remover

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

본 연구는 우선적으로 반응조를 제작한 후 실제 현장에서 마그네시아(MgO)를 사용하여 돈분 폐수로부터 발생되는 악취를 저감하는 것을 목표로 하고 있다. 이 후 악취가 제거된 돈분 폐수가 혐기성 발효에 의해 악취가 재발생 되지 않도록 최적의 악취제거 시스템을 개발하는 것이다.

제안 방법

청운농장은 돼지를 사용하는 농장으로서 돈분 폐수 저장조를 자체적으로 갖추고 있다. 본 연구는 청운농장의 저장조로부터 펌프와 호스를 이용하여 반응조로 돈분 폐수를 유입하였다.
현장 연구를 통해 돈분 폐수의 악취 제거를 위한 다음과 같은 최적의 조건을 얻었다. 분말 마그네시아의 주입방법으로는 돈분 폐수 유입구에 분말 정량펌프로 주입하는 기술을 적용하고, 돈분 폐수 무게 대비 분말 악취 제거제 주입량은 0.8%로 하며, pH는 9 이상 유지하고, 혼합방법은 폭기식로 하고, 폭기량은 돈분 폐수 1톤에 분말이 침전되지 않을 정도인 100 L/min 이상으로 하며, 폭기 시간은 최소 하루에서 최대 이틀로 유지하는 것이다.
악취가 제거된 돈분 폐수를 가축분퇴비로 제조하기 위하여 톱밥을 사용하였으며, 통기관을 이용한 통기성을 유지시켜 주고 공기를 주입하여 건조 및 부숙을 시도하였다. 그러나 시험결과 톱밥에 돈분 폐수를 주입하고 통기관을 통하여 1주일간 공기를 불어주어도 내부에서는 건조가 이루어지지 않았고, 표층에서만 건조가 진행되었다.
이 후 악취가 제거된 돈분 폐수가 혐기성 발효에 의해 악취가 재발생 되지 않도록 최적의 악취제거 시스템을 개발하는 것이다. 최종적으로는 악취가 제거된 돈분 폐수를 톱밥에 살포하여 자연적으로 건조 및 부숙 시킴으로써 악취로부터 자유로운 친환경 가축분뇨 퇴비를 제조하는 기술을 확보하고자 하였다.

대상 데이터

현장 실험은 포항에 위치한 청운농장에서 수행하였다(Fig. 2).

성능/효과

(1) 분말 악취 제거제 주입방법: 돈분 폐수 유입구에 분말 정량펌프로 주입한다. (2) 양돈 폐수 무게 대비 분말 악취 제거제의 주입량: 0.8% (단, pH를 9 이상 유지한다). (3) 혼합 방법: 폭기식으로 행한다.
가축분퇴비를 제조하기 위해서 돈분 폐수가 건조 시 건조중량을 1% 내외로 계산하고, 돈분 폐수 10톤을 톱밥 1톤에 혼합하여 가축분퇴비를 생산한다는 가정하에 계산한 결과 모든 중금속이 허용기준치의 10% 이하로서 중금속에 의한 가축분퇴비화의 문제점은 전혀 없었다. 이와 같이 악취 제거제를 사용하여 양돈 폐수의 악취를 제거하여도 이후에 진행될 가축분퇴비 공정 진행에 중금속 문제가 발생되지 않음을 확인할 수 있었다.
따라서 1일 1회 뒤집기를 통하여 건조 및 부숙시키는 공정으로 변경하였다. 결과적으로, 톱밥 2톤에 양돈 폐수를 총 5톤까지 살포시 수분을 충분히 흡수하고 있었으며, 톱밥 외부로 돈분 폐수가 흘러나오지 않았다. 돈분 폐수를 흡수한 톱밥에서 30일 지난 시점에 이르렀을 때 내부에서 미생물에 의한 발효가 발생하면서 부숙이 서서히 이루어지기 시작하였다.
악취가 제거된 돈분 폐수를 가축분퇴비로 제조하기 위하여 톱밥을 사용하였으며, 통기관을 이용한 통기성을 유지시켜 주고 공기를 주입하여 건조 및 부숙을 시도하였다. 그러나 시험결과 톱밥에 돈분 폐수를 주입하고 통기관을 통하여 1주일간 공기를 불어주어도 내부에서는 건조가 이루어지지 않았고, 표층에서만 건조가 진행되었다. 현장에서는 가축분퇴비의 적재 높이가 2 m 이상 유지되므로 통기관을 이용한 방식만으로는 건조가 불가능하다고 판단하였다.
이 규격에 의하면 비소(As) 45 mg/kg 이하, 카드뮴(Cd) 5 mg/kg 이하, 수은(Hg) 2 mg/kg 이하, 납(Pb) 130 mg/kg 이하, 크롬(Cr) 200 mg/kg 이하, 구리(Cu) 360 mg/kg 이하, 니켈(Nj) 45 mg/kg 이하, 아연(Zn) 900 mg/kg 이하로 규정하고 있다. 본 연구에서 악취 제거제의 첨가량에 따라 돈분 폐수 중의 중금속을 분석한 결과(Table 1), 비소, 카드뮴, 크롬, 수은, 니켈, 납은 불검출 되었고 구리, 아연, 철, 알루미늄이 다소 미량으로 검출되었으나 가축분퇴비 허용 기준치보다는 월등히 낮은 수준이었다. 전반적으로 돈분 폐수는 악취 제거제를 최고 0.
이에 비해 본 기술을 적용 시 2일만 폭기 시켜도 농지에 살포할 수준으로 악취가 제거되어 악취 제거에 소요되는 유지비용이 거의 없어 농가의 운영 비용을 절약할 수 있을 것으로 기대된다. 비록 초기에는 악취 제거제의 구입비용이 소요되지만 돈분 폐수를 이용하여 가축분퇴비를 제조하여 판매 시 돈분 폐수 자체 처리비용에 비하여 높은 수익성을 기대할 수 있다. 앞으로 고비용으로 처리되었던 산업폐수에도 악취 제거를 위한 마그네시아의 적용가능성을 연구할 필요가 있다고 사려된다.
이는 악취 제거제가 폐수 내의 pH를 상승시켜 약알칼리 상태로 만들어 주어 폐수 내에 존재하는 암모니아 가스의 일부분을 공기 중으로 기화시키고 나머지 일부는 마그네슘 이온과 결합하여 침전되어 제거되는 것으로 판단된다. 이와 같은 결과를 종합적으로 추론하면, 돈분 폐수에 악취 제거제를 투입하여 폭기 시킬 때 암모니아는 하나의 반응보다는 다양한 반응들이 복합적으로 이루어지면서 제거됨을 알 수 있었다.
가축분퇴비를 제조하기 위해서 돈분 폐수가 건조 시 건조중량을 1% 내외로 계산하고, 돈분 폐수 10톤을 톱밥 1톤에 혼합하여 가축분퇴비를 생산한다는 가정하에 계산한 결과 모든 중금속이 허용기준치의 10% 이하로서 중금속에 의한 가축분퇴비화의 문제점은 전혀 없었다. 이와 같이 악취 제거제를 사용하여 양돈 폐수의 악취를 제거하여도 이후에 진행될 가축분퇴비 공정 진행에 중금속 문제가 발생되지 않음을 확인할 수 있었다.

후속연구

앞으로 기회가 주어진다면 좀 더 세밀하게 돈분 폐수의 부숙 최적 조건을 알아 보고자 한다. 더 나아가 돈분 폐수를 악취 없고 질소와 인이 과대하게 농지로 투여되지 않는 친환경적 가축분퇴비로 생산할 수 있는 기술을 개발하고자 한다.
비록 초기에는 악취 제거제의 구입비용이 소요되지만 돈분 폐수를 이용하여 가축분퇴비를 제조하여 판매 시 돈분 폐수 자체 처리비용에 비하여 높은 수익성을 기대할 수 있다. 앞으로 고비용으로 처리되었던 산업폐수에도 악취 제거를 위한 마그네시아의 적용가능성을 연구할 필요가 있다고 사려된다.
현장에서의 돈분 폐수의 부숙과 퇴비화로의 전환 공정은 기간의 제약으로 인해 좀 더 연구가 필요한 상황이다. 앞으로 기회가 주어진다면 좀 더 세밀하게 돈분 폐수의 부숙 최적 조건을 알아 보고자 한다. 더 나아가 돈분 폐수를 악취 없고 질소와 인이 과대하게 농지로 투여되지 않는 친환경적 가축분퇴비로 생산할 수 있는 기술을 개발하고자 한다.
본 연구는 우선적으로 반응조를 제작한 후 실제 현장에서 마그네시아(MgO)를 사용하여 돈분 폐수로부터 발생되는 악취를 저감하는 것을 목표로 하고 있다. 이 후 악취가 제거된 돈분 폐수가 혐기성 발효에 의해 악취가 재발생 되지 않도록 최적의 악취제거 시스템을 개발하는 것이다. 최종적으로는 악취가 제거된 돈분 폐수를 톱밥에 살포하여 자연적으로 건조 및 부숙 시킴으로써 악취로부터 자유로운 친환경 가축분뇨 퇴비를 제조하는 기술을 확보하고자 하였다.
기존 축산농가는 돈분 폐수를 최소한 6개월 이상 폭기시킨 후 액체비료 형태로 바로 토지에 살포하고 있는데 장시간의 폭기로 인하여 유지비용뿐만 아니라 악취의 발생을 제어할 수 없었다. 이에 비해 본 기술을 적용 시 2일만 폭기 시켜도 농지에 살포할 수준으로 악취가 제거되어 악취 제거에 소요되는 유지비용이 거의 없어 농가의 운영 비용을 절약할 수 있을 것으로 기대된다. 비록 초기에는 악취 제거제의 구입비용이 소요되지만 돈분 폐수를 이용하여 가축분퇴비를 제조하여 판매 시 돈분 폐수 자체 처리비용에 비하여 높은 수익성을 기대할 수 있다.
돈분 폐수를 흡수한 톱밥에서 30일 지난 시점에 이르렀을 때 내부에서 미생물에 의한 발효가 발생하면서 부숙이 서서히 이루어지기 시작하였다. 현장에서의 돈분 폐수의 부숙과 퇴비화로의 전환 공정은 기간의 제약으로 인해 좀 더 연구가 필요한 상황이다. 앞으로 기회가 주어진다면 좀 더 세밀하게 돈분 폐수의 부숙 최적 조건을 알아 보고자 한다.

참고문헌 (11)

Yoon, D. H.; Kang, D. W.; Nam, K. W. Kor. J. Environ. Agri. 2009, 28(1), 47.

원문보기 상세보기
Ko, H. J.; Choi, H. L.; Kim, K. Y.; Lee, Y. G.; Kim, C. N. Kor. J. Anim. Sci. & Technol. 2006, 48(3), 453.

원문보기 상세보기
Seo, B. R.; Kim, T. O.; Hwang, U. H. J. Kor. Soc. Urban Environ. 2013, 13(2), 129.
Sung, H. G.; Cho, S. B.; Lee, S. S.; Choi, Y. J.; Lee, S. S. J. Agri. & Life Sci. 2017, 51(3), 95.

상세보기
Cho, S. B.; Kim, C. H.; Hwang, O. H.; Park, J. C.; Kim, D. W.; Sung, H. G.; Yang, S. H.; Yoo, Y. H. J. Lives. Hous. & Environ. 2011, 17, 145.
Kim, C. M.; Chung, T. H.; Kim, S, C.; Choi, I. H. J. Agri. & Life Sci. 2019, 53(3), 141.

상세보기
Choi, I. H.; Lee, H. J.; Kim, D. H.; Lee, Y. B.; Kim, S. C. J. Environ. Sci. Int. 2015, 24, 25.

원문보기 상세보기
Im, S. W.; Mostafa, A.; Kim, D. H.; Sci. Total Environ. 2021, 753, 142080.

상세보기
Zubair, M.; Wang, S.; Zhang, P.; Ye, J.; liang, J.; Nabi, M.; Cai, Y. Biores. Technol. 2020, 301, 122823.

상세보기
Andersen, K. B.; Beukes, J. A.; Feilberg, A. Chem. Engineer. J. 2013, 223, 638.

상세보기
Zilio, M.; Orzi, V.; Chiodini, ME.; Riva, C.; Acutis, M.; Boccasile, G.; Adani, F. Waste Manage. 2020, 103, 296.

상세보기

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].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증