초록 ▼

Ⅳ. 연구개발결과
○ 개별 정화처리 농가 실태조사
32개의 개별정화 처리시설을 보유하고 있는 농가로부터 공정의 효율파악을 위한 시료를 채취하여 단위공정별 효율을 조사하였다. 개별정화 처리공정은 크게 전처리, 주처리, 후처리로 구분할 수 있으며 주처리와 후처리에서는 주로 고ㆍ액분리가 이루어지고 주처리는 모든 농가들이 생물학적 처리공정이 운영되고 있었다. 생물학적 처리공정으로는 주로 A/O 또는 장기폭기 공법을 이용하였다.
평가항목으로 수리학적 체류시간(Hydraulic retention time, HRT), 유기물부하

Ⅳ. 연구개발결과
○ 개별 정화처리 농가 실태조사
32개의 개별정화 처리시설을 보유하고 있는 농가로부터 공정의 효율파악을 위한 시료를 채취하여 단위공정별 효율을 조사하였다. 개별정화 처리공정은 크게 전처리, 주처리, 후처리로 구분할 수 있으며 주처리와 후처리에서는 주로 고ㆍ액분리가 이루어지고 주처리는 모든 농가들이 생물학적 처리공정이 운영되고 있었다. 생물학적 처리공정으로는 주로 A/O 또는 장기폭기 공법을 이용하였다.
평가항목으로 수리학적 체류시간(Hydraulic retention time, HRT), 유기물부하량(Organic loading rate, OLR), 질소부하율(Nitrogen loading rate, NLR), Mixed liquor suspended solids(MLSS), Food to microorganism ratio(F/M ratio), Carbon to nitrogen ratio(C/N ratio)를 조사하였다. 포기조의 용존산소량(Dissolved oxygen, DO) 등을 기준으로 시료의 분석결과와 함께 농장의 사육두수 및 배분구조 현황을 고려하여 관행운전의 각 방류수 수질 항목에 대한 제거효율별 특징을 비교ㆍ진단 후 개선방안을 마련하였다. 이를 통하여 최종적으로 각 성분에 대한 물질수지와 운전조건에 대한 표를 작성하였고 관행운전에 대한 진단과 방류수수질기준 항목들을 충족하기 위한 개선방안을 제시하였다.
○ 가축분뇨 처리 및 자원화 경로별 양분부하 D/B 구축
◇ 방법
양분부하계수의 기본개념은 가축으로부터 연간 발생하는 분뇨 내 양분(VS, N, P)이 깔짚과 혼합된 후 퇴비화 과정을 거쳐 토양에 비료로써 적용될 때까지 소실되는 양분의 비율로 [퇴비양분발생총량/분뇨양분발생총량]의 계산으로 얻을 수 있다.
양분부하계수 =퇴비양분발생총량(VS, N, P)/분뇨양분발생총량(VS, N, P)
퇴비의 양분총량과 분뇨의 양분총량을 구하기 위해서는 각 농장의 분뇨ㆍ퇴비 발생량(kg/year)과 농도(g VS, N, P/year)가 필요하기 때문에 농가(한우 40호, 젖소 41호, 육계 11호, 산란계 16호, 돼지 20호, 자원화센터 48호)에 직접 방문하여 농가의 기본 정보 및 분뇨ㆍ퇴비 발생량을 조사하였으며, 시료를 채취하여 양분(VS, TN, TP)을 분석하였다.
그러나 분뇨ㆍ퇴비의 발생량 부분의 조사에서는 직접 무게를 잰 것이 아닌 농장주의 경험으로 이루어진 발생량이므로 발생량을 모르는 농장주도 많았을 뿐만 아니라, 객관성이 떨어진다고 판단되어 분뇨 발생량에 대한 시나리오(조사서, 환경부의 가축분뇨 발생원단위(환경-원))와 퇴비화 과정 중 중량감소율 시나리오(조사서, 문헌조사, 인지표[퇴비화과정 중 P의 소실량 없음], 건물기준, 실험치 등)를 적용하여 제시하였다.
◇ 양분부하계수
한우 분뇨의 경우, 실제 측정값인 분뇨 시료의 농도와 퇴비 중량감소율 시나리오별 [VS, N, P] 부하계수는 조사서 기준 [0.96, 0.31, 0.60], 문헌조사 기준 [1.25, 0.41, 0.90], 인지표 기준 [1.31, 0.50, -], 실험치 기준 [1.76, 0.61, 1.24]으로 조사되었다. 환경-원의 연구자료 및 분뇨 발생원단위를 활용한 양분부하계수도 비교하였다.
젖소 분뇨의 양분부하계수 역시 한우에서와 비슷한 시나리오를 이용하여 조사하였으나 젖소농가에서는 발생량에 대한 부분을 조사할 수 없어 실제 측정값인 분뇨 시료농도와 환경-원의 발생량이 결합된 시나리오를 구성하여 양분부하계수를 산정하였다.
그 결과 퇴비 중량감소율 시나리오별 [VS, N, P]부하계수는 문헌조사 기준 [1.92, 0.78, 0.84], 인지표 기준 [2.29, 0.87, -1)], 실험치 기준 [2.45, 0.99, 1.10]으로 조사되었다. 환경-원의 분뇨농도 자료를 인용한 퇴비 중량감소율 시나리오별 [VS, N, P]부하계수 역시 조사되었다.
육계의 경우 배설과 동시에 분뇨가 깔짚과 섞여 분과 뇨의 발생량을 따로 조사하지 못하였기 때문에 분뇨 농도와 발생량 시나리오는 환경-원 자료를 인용하였다. 조사한 퇴비 생산량과 환경-원의 분뇨 발생량을 각각 비교하여 구한 퇴비화 과정 중 중량감소량 시나리오인 조사서 시나리오의 [VS, N, P]부하계수는 환경-원 분뇨발생량 기준 [-2), 0.32, 0.23]으로 조사하였고 퇴비 농도와 환경-원의 분뇨 내 인 농도(ΔP=0)를 비교하여 구한 퇴비화 과정 중 중량감소량 시나리오인 인지표 기준 시나리오의 [VS, N, P]의 부하계수는 환경-원 분뇨농도 기준에서 [-a, 1.22, -b]인 것으로 조사되었다.
산란계 분뇨의 경우 분뇨 발생 시 즉각적으로 깔짚과 섞이거나 케이지에서 사육되어 분만 긁어모아 건조시키는 방법 및 깔짚과 혼합하여 일반 퇴비화 하는 방법으로 구분되지만 평사에서 사육하는 경우 육계와 마찬가지로 배설과 동시에 깔짚과 섞여 분뇨의 시료와 발생량을 조사하지 못하였기 때문에 분뇨 농도와 발생량 시나리오는 환경-원 자료를 인용하였다. 퇴비화 과정 중 중량감소량 시나리오인 조사서 시나리오 의 [VS, N, P] 부하계수는 환경-원 분뇨발생량 기준 [-a, 0.75, 0.45]으로 조사되었으며, 조사한 퇴비 농도와 환경-원의 분뇨 내 인지표를 비교하여 구한 퇴비화 과정 중 중량 감소량 시나리오인 인지표 기준 시나리오의 [VS, N, P] 부하계수는 환경-원 분뇨농도 기준 [-a, 1.51, -b]인 것으로 조사되었다. 건조식 퇴비의 경우, 실제 측정값인 분뇨시료의 농도와 퇴비 중량감소율 시나리오별 [VS, N, P]부하계수는 조사서 기준으로 [1.44, 0.90, 1.33], 인지표 기준 [1.36, 0.64, -b], 건물 기준으로 [0.56, 0.33, 0.47] 조사되었다.
환경-원의 분뇨농도 자료를 인용한 퇴비 중량감소율 시나리오별 [VS, N, P]부하계수는 조사서 기준으로 [-a, 1.35, 1.64], 인지표 기준으로 [-a, 0.80, -b], 건물 기준으로 [-a, 0.50, 0.58]로 조사되었다. 일반 퇴비에서는 조사한 퇴비 생산량과 환경-원의 분뇨 발생량을 각각 비교하여 구한 퇴비화 과정 중 중량감소량 시나리오인 조사서 시나리오의 [VS, N, P]부하계수는 조사서 기준으로 [0.52, 0.44, 0.48], 문헌조사 기준으로 [1.50, 1.16, 1.28], 인지표 기준으로 [1.20, 0.95, -b] 조사되었다.
돼지 분뇨의 양분부하계수의 경우 퇴비와 액비로 나눌 수 있으며 퇴비화 방법에 따라 송풍ㆍ교반식, 교반식으로 나누어 계수를 산정한 결과 송풍ㆍ교반식 퇴비화 방법을 통한 분뇨 시료의 농도와 퇴비 중량감소율 시나리오별 [VS, N, P]부하계수는 조사서 기준 [0.61, 0.70, 0.93], 문헌조사 기준 [0.44, 0.64, 0.85], 인지표 기준 [0.67, 0.83, -b]으로 조사되었다. 환경-원의 분뇨농도 자료를 이용한 퇴비 중량감소율 시나리오별 부하계수 또한 조사되었다. 교반식 퇴비에서도 실제 측정값인 분뇨 시료의 농도와 퇴비 중량감소율 시나리오별 [VS, N, P]부하계수는 조사서 기준 [1.10, 0.74, 0.74], 문헌조사 기준 [0.50, 0.42, 0.56], 인지표 기준 [1.45, 1.02, -b]으로 조사되었다. 환경-원의 분뇨농도 자료를 이용한 퇴비 중량감소율 시나리오별 [VS, N, P] 부하계수 역시 조사되었다.
액비화의 경우 장기폭기식, 간헐폭기식, 단순저장 방식이 사용되고 있는데 농장에서는 액비화 전과 후의 물량을 대부분 알지 못하여 액비화 전 물량을 환경-원의 뇨와 세정수 발생량을 인용하여 시나리오를 구성하였으며, 액비화 과정중 증발률은 실험을 통하여 산출한 값을 적용하였다. 환경-원의 뇨와 세정수 발생량을 이용한 액비전 물질농도 시나리오별 [VS, N, P]부하계수는 시료농도 기준 [0.16, 0.26, 0.08] 환경-원 뇨와 세정수 농도 기준 [-a. 0.24, 0.06]으로 조사되었다. 간헐폭기식 액비화에서도 환경-원의 뇨와 세정수 발생량을 이용한 액비화 전 물질 농도 시나리오별 [VS, N, P]부하계수는 시료농도 기준 [0.32, 0.52, 0.15] 환경-원 뇨와 세정수 농도 기준 [-a. 0.43, 0.08]으로 조사되었다. 단순저장식 액비화도 마찬가지로 환경-원의 뇨와 세정수 발생량을 이용한 액비전 물질 농도 시나리오별 [VS, N, P]부하계수는 시료농도 기준 [0.82, 0.67, 0.91] 환경-원 뇨와 세정수 농도 기준 [-a. 0.68, 0.22]으로 조사되었다. 결과적으로 장기폭기 방식에서 가장 많은 질소의 유실이 발생하는 것으로 나타났다.
공동자원화시설과 액비유통센터의 양분부하계수도 조사한 결과 공동자원화시설에서는 액비뿐만 아니라 퇴비도 생산하는 곳이 있어 퇴비를 분리하여 양분부하계수를 산정한 결과 그 계수는 조사서와 인지표 기준으로 각각 [1.22, 1.95, 5.09]와 [0.45, 0.66, 1.00]인 것으로 조사되었다. 액비의 경우 공동자원화시설과 액비유통센터(액비)의 양분 부하계수는 증발률에 대한 조사와 함께 이루어졌으며 그 값은 공동자원화시설 및 액비유통센터의 자료를 분석하고 직접 현장을 조사한 자료로 나누어 양분부하계수를 구한 바, [0.63, 0.36, 0.49], [0.62, 0.35, 0.47], [0.64, 0.37, 0.49]인 것으로 나타났다.

Abstract ▼

IV. Research Results
○ Investigation of individual livestock manure treatment facility
The unit processes in each treatment facility was investigation using collected samples from 32 swine farms, of which facilities were able to be separated into Prer-, main-, and post-treatment. Pre- and pos

IV. Research Results
○ Investigation of individual livestock manure treatment facility
The unit processes in each treatment facility was investigation using collected samples from 32 swine farms, of which facilities were able to be separated into Prer-, main-, and post-treatment. Pre- and post-treatment mainly conducted to separate solid and liquid and main-treatment was composed of biological process which were two types, A/O and long-term aeration methods. Considering the number of heads and excretion types, the evaluations of each process in routine operation were carried out with sample analysis in estimation parameters based on hydraulic retention time (HRT), organic loading rate (OLR), nitrogen loading rate (NLR), Mixed liquor suspended solids (MLSS), Food to microorganism ratio (F/M ratio), Carbon to nitrogen ratio (C/N ratio), dissolved oxygen (DO). Through all the parameters and operational conditions, the final mass balance schemes were developed and the diagnosis with the improvement methods were delineated.
○ Build-up of the data base for the nutrient loading on farm land
The principle concept of nutrient loading coefficient means that the ratio of nutrients (volatile solids, VS; nitrogen, N; phosphorus, P) in livestock manure before and after composting period is applied to farm land, which is calculated by [Total amount of nutrients in compost] divided by [Total amount of nutrients in raw manure] as below.
Nutrient loading coefficients
= [Total nutrients in compost (VS, N, P)]/[Total nutrient in raw manure (VS, N, P)] In order to obtain the total amount of nutrients in compost and raw manure, the survey at each farm and collecting samples before and after composting are required, then measure the VS, N, and P from the samples and the total amount of manure and compost produced per year. In this research, forty farms for Hanwoo cattle, 41 farms for dairy cattle, 11 farms for broiler, 16 farms for layer, 20 farms for swine, and 48 for the public recycling and liquid compost distribution centers were selected and collected samples. The information of the total amount of manure and compost produced is not relatively clear, thus the reference values (the regulation of livestock manure production, Ministry of Environment (2008)) were also compared and described to obtain the reasonable values.
° Nutrient loading coefficients
In case of Hanwoo cattle manure, the actual measured concentrations of samples were combined with the scenario of weight loss during the composting, which was categorized into the scenarios of questionnaire, references, P index (ΔP = 0), and the field study with each coefficient of [0.96, 0.31, 0.60], [1.25, 0.41, 0.90], [1.31, 0.50, -b], and [1.76, 0.61, 1.24], respectively. Besides, the reference based coefficients were also displayed.
The nutrient loading coefficients for dairy cattle were investigated with the similar scenarios with Hanwoo cattle but the total amount of compost produced in questionnaire from dairy farms could not be investigated. The actual values of nutrient concentration with the amount of manure produced from the references were applied to obtain the nutrient coefficients, [VS, N, P], of [1.92, 0.78, 0.84], [2.29, 0.87, -b], and [2.45, 0.99, 1.10] based on the scenarios of references, P index, and the field study. Further, the reference based coefficients were described.
Chicken manure (Broiler) is directly mixed with bedding materials in the most farms and some farms reuse the mixture of manure and bedding materials after drying.
Hence, the amount of nutrients in manure was borrowed from references, Ministry of Environment (ME). The amount of nutrients in compost was measured from the field sample with questionnaire. As results of analysis, the nutrient coefficients of [VS, N, P] was [-a, 0.32, 0.23] based on ME, respectively. Using P index for the scenario showed the coefficients of [-a, 1.22, -b] based on ME.
Layer breeding is accomplished on bedding or in cage, thus two categories of nutrient coefficients were induced. Firstly, using bedding materials indicated the coefficients of [-a, 0.75, 0.45] according to the amount of manure produced from ME. Following P index caused the opposite trends in nitrogen loss during the composting as of [-a, 1.51, -b] based on ME. Secondly, manure from breeding layer in the cage was dried without bedding material in the green house. The scenarios based on questionnaire, P index, and dry matter weight indicated the coefficients of [1.44, 0.90, 1.33], [1.36, 0.64, -b], [0.56, 0.33, 0.47]. Using ME manure production, the coefficients of [-a, 1.35, 1.64], [-a, 0.80, -b], [-a, 0.50, 0.58] with each scenario (questionnaire, P index, and dry matter weight). Thirdly, collected manure from layer in the cage is mixed with bedding materials for the composting. The scenario of dry matter weight is removed, whereby the coefficients of [0.52, 0.44, 0.48], [1.50, 1.16, 1.28], and [1.20, 0.95, -b] based on questionnaire, references, and P index. The amounts of manure following ME reports were also calculated in the other scenarios.
In case of swine manure, composting paths are separated to two parts such as solids and liquids. Solid composting can be also categorized to aerated-turned pile and turned pile composting. The nutrient loading coefficients obtained from aerated-turned pile showed a little lower value of [0.61, 0.70, 0.93] and [0.44, 0.64, 0.85] than the values of [1.10, 0.74, 0.74] and [0.50, 0.42, 0.56] based on the scenarios of questionnaire and references.
Individual swine farms have their own liquid composting tanks with 3 types of operation, e.g., long-term aeration, intermittent aeration, and simple-storage. Since the amount before and after liquid composting could not be measured, the concentration of samples before and after composting were analyzed and developed the nutrient loading coefficients of [0.14, 0.24, 0.07] based on the amount of urine from questionnaire under the long-term aeration facilities. On the other hands, the nutrient loading coefficients of [0.16, 0.26, 0.08] and [-a. 0.24, 0.06] were obtained from ME reports for [urine+washing amount]. For intermittent aeration, the nutrient loading coefficients of [0.30, 0.49, 0.14] with questionnaire was calculated and [0.32, 0.52, 0.15] and [-a. 0.43, 0.08] were obtained with questionnaire and ME values. On the same methods, the method of simple-storage was evaluated. Consequently, long-term aeration showed the highest loss of nitrogen during the composting period.
The public recycling center (PRC) and liquid compost distribution center (LCDC) were investigated. The PRC produced solid and liquid compost. In case of solid compost, the investigated values of nutrient loading coefficients were [1.22, 1.95, 5.09] and [0.45, 0.66, 1.00] based on questionnaire and P index. The coefficients for liquid compost could be separated into 3 scenarios of questionnaire, PRC, and LCDC with evaporation rate (%), of which coefficients were [0.63, 0.36, 0.49], [0.62, 0.35, 0.47] and [0.64, 0.37, 0.49].