서 론
재료 및 방법
1. 양돈농가 분뇨 저장조 선정
2. 분뇨 저장조 내 분뇨 및 악취 모니터링 시스템 구축
3. 분뇨발생량 산출 및 모니터링 인자 간 상관관계 분석
4. 분뇨 저장조 내 분뇨 물성 분석
결과 및 고찰
1. 가축분뇨의 물성 변화
2. 분뇨 저장에 따른 모니터링 인자들의 변화
3. 분뇨 저장량 및 발생량의 산출
4. 분뇨 저장조 내 모니터링 인자간 상관관계 분석
결 론
서 론
2020년 기준 국내 주요 경제가축 (한우, 젖소, 돼지, 닭)의 총 사육두수는 198,567천 두였으며, 이중 돼지는 11,220천 두로 조사되어 전체의 약 5.7%를 차지하고 있다. 가축의 사육으로 인해 발생하는 연평균 가축분뇨량은 약 50,170천 톤으로 산출되며, 이중 돈분이 기여하는 비율은 전체의 41.6% (20,887천 톤/년)로 국내 모든 가축 중 가장 높아 돈분의 처리가 국내 분뇨처리의 핵심 현안으로 여겨진다 (SK, 2020a). 정부의 지속적인 가축분뇨 자원화 정책으로 인해 2017년 기준 돈분 발생량의 약 78.0%가 퇴ㆍ액비 자원화되고 있으며, 돈분의 높은 수분함량과 양분함량으로 인해 개별농가 수준의 퇴ㆍ액비 자원화, 정화처리가 타 가축에 비해 어려운 바 이 중 약 60.6%는 가축분뇨 공동자원화시설이나 가축분뇨 공공처리시설에서 위탁처리되고 있다 (MAFRA, 2018).
2019년 기준 70.5% 이상의 양돈농가에서 슬러리 돈사를 채택하여 분뇨를 저장하고 있었으며 바닥식-깔짚 12.1%, 스크레퍼 9.0%, 바닥식-깔짚없음 8.4% 순으로 나타나 다수의 농가가 지상 또는 지하에 위치한 육면체 형태의 콘크리트 저장조를 이용하여 자체 혹은 위탁처리 시 까지 저장하고 있다 (SK, 2020b). 일반적으로 돈사 슬러리 피트에 분뇨가 일정량 이상 차면 자연유하나 간헐이송 등의 방식을 이용하여 돈분 저장조로 분뇨를 이송시키는데 이 때 돈분 저장조의 수위 조절은 주로 저장조 입구에서 관리자가 직접 확인하는 육안 판별 방식을 하고 있으며, 일부 농가에서는 저장조 입구의 덮개도 설치해두지 않아 외부로부터 비나 눈이 그대로 유입되고 있기 때문에 관리자가 관리 시 실수를 하거나 제때에 분뇨가 수거되지 못한 경우 저장조 내 분뇨가 외부로 넘쳐 농가와 농가 주변 환경을 오염시키는 일이 종종 발생한다. 즉 관리자 경험에 의존한 분뇨수거체계는 돈분 저장조의 관리 미비로 인한 환경문제를 제어할 수 있는 그 어떤 안전장치도 갖추고 있지 않아 저장조의 상황을 실시간으로 파악하여 선제적으로 분뇨를 위탁시킬 수 있는 처리시스템 구축이 필요하다 (MAFRA, 2022).
양돈농가의 분뇨 저장조가 가득 찼을 시 가축분뇨 위탁처리업체에서 수거하는 것은 경제적으로 가장 바람직한 방향이지만 강우나 홍수로 인한 가축분뇨 저장량의 급격한 증가나 업체 운반차량의 사정으로 인해 해당 시점에 분뇨를 수거하지 못한다면 수거되지 못한 가축분뇨가 환경으로 유출되어 오염원으로 작용할 수 있다. 원분뇨 저장조 내 분뇨의 적정 수거주기를 판단하기 위해서 가축분뇨의 발생량을 직접적으로 확인할 수 있는 모니터링 인자로는 분뇨 저장조의 수위가 있으며, 수위는 저장조의 용적 대비 높이를 이용하여 % 값을 제시함으로써 분뇨의 높이 혹은 저장조 내 분뇨의 비율 등을 나타낼 수 있다. 그러나 양돈분뇨의 발생량과 저장량을 직접적으로 측정하는 수위 이외에 저장조 내 체류하고 있는 분뇨의 성상 변화로 인한 위탁처리 시설에서의 고액분리 불량, 악취물질 및 온실가스 발생, 생물학적 이용가능 유기물의 감소로 인한 바이오가스 회수 효율 저하 등 분뇨의 저장이 환경적으로 미치는 영향을 최소화하기 위한 보조 모니터링 인자의 개발이 필요하다. 현재 수질을 계측하기 위한 대표적인 모니터링 인자로는 pH와 산화환원전위 (oxidation-reduction potential, ORP), 전기전도도 (electrical conductivity, EC) 등이 있으며, 축산업계에서는 최근 국내 양돈농가에 확산ㆍ보급되고 있는 액비순환시스템에 자율운전 개념을 도입하기 위한 연구에 활용되고 있다 (Kim et al., 2021). 또한 분뇨 내 미생물의 활동으로부터 기인된 NH3, H2S와 같은 악취물질은 양돈농가 내에서 돈사 뿐만아니라 분뇨 저장조도 주된 발생장소로 여겨지며, 분뇨 저장조 관리기술의 환경영향을 판단하기 위한 근거로 할용될 수 있다 (Rappert and Muller, 2005; Hoff et al., 2006).
현재 국내 축산농가에서 가축분뇨의 위탁처리 시 배출부터 운반/최종 처리까지 과정은 인터넷과 모바일을 이용하여 실시간으로 관리되는 가축분뇨 전자인계관리시스템을 이용해야 하나, 가축분뇨 전자인계관리시스템이 진정한 의미의 가축분뇨의 처리 전주기 (발생-수거-처리) 모니터링 플랫폼으로 거듭나기 위해서는 위탁처리하는 축산농가에서 발생하는 전체 가축분뇨가 올바르게 처리되는 과정을 확인할 수 있도록 가축분뇨 발생량을 고려할 수 있어야 한다 (MAFRA, 2020). 즉 양돈농가의 분뇨 저장조를 모니터링하고 적절한 기준에 의해 분뇨를 수거해가는 시스템 구축이 요구되며 이를 위해 농가 내에서 발생한 분뇨의 저장조의 수위 및 분뇨 물성, 악취물질 등을 모니터링하여 발생된 전체 분뇨의 수거 시점을 판단하는 시스템을 개발이 필요하다.
본 연구에서는 양돈농가 내 분뇨 저장조를 모니터링하여 농가의 분뇨관리 특징을 고려한 분뇨의 발생량 산출방법을 확보하고, 분뇨 물성의 변화와 농가 환경영향을 근거로 한 적정 분뇨 수거시점을 도출하고자 하였다.
재료 및 방법
1. 양돈농가 분뇨 저장조 선정
양돈농가의 분뇨 저장조 모니터링을 위해 전라북도 익산시에 위치한 양돈농가를 테스트베드로 선정하였다. 테스트베드 농가는 육성/비육돈 1,500두를 사육하고 있는 농가로 5동의 슬러리돈사에서 약 7.5 톤/일의 분뇨가 발생되었다. 분뇨는 슬러리피트 하단의 개폐장치를 통해 간헐적으로 분뇨 저장조로 직접 유입되었으며, 고액분리 없이 원분뇨가 저장된 후 주 2~3회 가축분뇨 공공처리시설로 위탁되었다. 테스트베드 농가의 저장조는 직육면체의 콘크리트 매립형 구조를 가지고 있으며, 개방된 채 외부에 노출되어 있는 저장조 상단을 통해서 분뇨의 유출이 이뤄지고 있었다. 분뇨 저장조 용적은 280 m3이었으며, 매립된 내부의 저장조의 표면적은 80 m2, 저장조 입구는 12 m2로 저장조 표면의 15%가 그대로 개방되어 있어 저장조의 표면관찰과 외부 오염원 (비, 먼지, 곤충 등)이 유입되기에 쉬운 조건이었다.
2. 분뇨 저장조 내 분뇨 및 악취 모니터링 시스템 구축
테스트베드 농가 저장조의 구조상 특징을 고려하여 분뇨의 물성과 발생되는 악취물질 농도 측정 시 외부 환경영향을 최소화하기 위해 각 농가의 분뇨 저장조 입구를 밀폐하는 하우징 작업을 실시하였으며, 센서와 컨트롤 박스도 함께 설치하였다.
분뇨 저장조 내부의 분뇨 물성과 수위, 주변 환경변화, 악취 농도를 확인하기 위해 선정된 인자인 pH, ORP, EC, 수위, 온도, NH3, H2S 센서를 설치하였다. 설치된 하우징 내부에 브라켓을 연결하여 각 센서를 위치시켰으며, 측정된 분뇨의 물성과 악취 농도는 저장조 측면에 설치한 컨트롤 패널에 실시간으로 표시되도록 하여 사용자가 현재 분뇨의 상태를 관찰할 수 있게 하였다. 측정된 데이터는 서버의 용량을 고려하여 1시간 간격으로 내부의 저장소에 저장되었으며, 확보된 각 데이터 (pH, ORP, EC, NH3, H2S, 수위, 온도)는 해당 시간대의 데이터를 동시에 비교하여 분뇨의 유입ㆍ유출, 체류에 따른 각 인자들의 변화를 분석함으로써, 분뇨의 수거시점 선정에 적합한 인자를 선정하고자 하였다 (Figure 1).
3. 분뇨발생량 산출 및 모니터링 인자 간 상관관계 분석
분뇨 저장조 모니터링을 통해 확보된 수위와 농가별 저장조 운영 특징을 이용하여 주, 2주, 월간 농가의 분뇨 발생량을 산출하였다. 분뇨 물성과 악취물질의 농도 중 분뇨 저장량과 연동하여 적정 수거 시점을 확인할 수 있는 인자를 선정하기 위해 비교 항목들이 모두 측정된 기간의 데이터를 기반으로 SPSS (Statistics Package for Social Science) 프로그램을 이용해 피어슨 상관계수를 산출하였으며, 모니터링 인자간 상관관계 분석 및 회귀분석을 진행하였다.
4. 분뇨 저장조 내 분뇨 물성 분석
2주 간격으로 농가를 방문하여 각 농가별 저장조 분뇨샘플링 하였으며, 저장조 내 분뇨 물성을 분석하여 계절의 변화에 따른 분뇨 물성의 변화와 농가별 분뇨 물성의 변이를 관찰하였다. 이를 위해 분뇨의 수분함량 (moisture content, MC), 총고형물 (total solids, TS), 총부유고형물 (suspended solids, SS), 휘발성 고형물 (volatile solids, VS), 휘발성 부유고형물 (volatile suspended solids, VSS), NH4-N, 총질소 (total nitrogen, T-N), 용해성 인 (ortho-phosphate, O-P), 총인 (total phoshphorus, T-P)를 측정하였다 (APHA, 2005).
결과 및 고찰
1. 가축분뇨의 물성 변화
3월부터 10월까지 수행된 분뇨 저장조 모니터링기간 동안 분뇨 저장조 내 분뇨의 성상 분석 결과, 주간 분뇨의 성상 변화가 급격하게 나타났으며, 이는 분뇨의 위탁처리를 통해 변화하는 수위에 따라 내부에 침전되어있는 분뇨 고형물의 함량 변화, 음수량 증가로 인한 뇨의 증가, 분뇨 체류로 인한 내부 성상 변화, 돼지 출하 및 입식으로 인한 사육단계의 변화 등 때문인 것으로 사료된다. 전제척으로 봄철의 고형물 (TS, SS)과 유기물 (VS, VSS, COD), T-N, T-P의 함량은 높게 나타났으나 용존되어 있는 물질의 성상을 나타내는 NH4-N, O-P의 성상은 전체 모니터링 기간동안 크게 변화하지 않는 것으로 나타났다 (Table 1). Mansyur and Choi (2012)에 따르면 총 60일간 돈분 슬러리의 저장기간에 따른 분뇨의 물성을 분석한 결과, pH, TS, VS, 인산염이 유의적으로 증가한 반면, EC, T-N, NH4-N, tCOD, sCOD는 유의적으로 감소했다고 보고하였으나, 테스트베드 농가의 경우 저장조 내 분뇨를 장기 체류시키는 것이 아닌 주기적으로 공동자원화시설에 위탁하고 다시 저장조로 분뇨를 유입하는 분뇨 순환구조 상 용존물질로 변화할 수 있는 충분한 시간이 부족했을 것으로 판단된다. Kim et al. (2021)에 따르면 분뇨 내 NH4-N의 농도는 NH3의 농도와 양의 상관관계를 가지는데, 전체 계절동안 급격한 변화없이 유지되는 NH4-N 농도를 볼 때, 저장조 내 악취 발생 시 NH3의 농도는 당시 분뇨의 성상보다는 저장된 분뇨의 양과 주변의 온도, 유입ㆍ유출 등으로 인한 저장조 분뇨의 유동에 의한 영향이 클 것으로 예상된다.
Table 1.
Characteristics of swine manure in storage tank.
2. 분뇨 저장에 따른 모니터링 인자들의 변화
Figure 2의 Case 1은 분뇨 유입과 유출로 인해 급격한 저장량 변동이 발생하는 지점으로, 저장조 내 분뇨의 첫번째 유출 시점에 EC가 급격하게 하강하는 모습을 보이나 이후 분뇨의 유출 시점에서는 특이적으로 낮아지거나 변화하는 모습을 보이지 않고, 타 인자들에 비해 변동성이 큰 모습을 보여주었다 [(a)]. NH3와 H2S의 경우 분뇨가 유입, 유출됨에 따라 분뇨 저장조 표면의 유동이 발생하여 순간적으로 악취물질의 농도 농도가 큰폭으로 올라가거나 내려가는 모습을 관찰할 수 있으며 [(b)], 데이터의 상승, 하강 양상이 두 악취물질 NH3와 H2S가 유사하게 움직이는 것을 확인하였다. 특히 슬러리피트에서 분뇨의 유입 시 악취의 농도가 평균적으로 상승하는 경향을 확인할 수 있었다 [(c)]. pH와 ORP의 경우 분뇨의 유입, 유출로 인한 변화를 관찰하지 못하였으며, pH의 경우 2,210시간 이후 꾸준히 상승하는데, 이는 앞전에 유입된 슬러리의 pH가 높아 체류하던 분뇨와 혼합됨에 따라 올라가게 되는 것으로 판단된다. 또한 pH가 상승함에 따라 NH3의 농도도 함께 상승하는 것이 관찰되었다 [(d)].
Figure 2의 Case 2는 분뇨 유입과 유출로 인해 급격한 저장량 변동이 발생하는 지점으로, 2,300~2,410시간까지 급격한 저장량의 감소가 발생했을 때 NH3 농도 역시 급격하게 감소하는 것을 관찰할 수 있었다 [(a)]. 특히 꾸준히 감소하는 분뇨 저장량으로 인해 중간에 측정이 끊어지기는 했으나 H2S 역시 감소하는 추세를 나타내었다 [(b)]. 해당기간 동안 pH가 6.5 이상으로 Figure 2의 Case 1에 비해 높고, 분뇨의 수위도 높게 유지됨에 따라 NH3의 농도가 전반적으로 높게 나타나는 것으로 확인할 수 있으며, 이에 따라 NH3의 농도는 분뇨 저장량과 pH에 따라 영향을 받는 것으로 사료된다. pH와 ORP는 저장조로 유입되는 슬러리의 성상에 따라 유입 이후 혼합되어 서서히 변화하는 모습을 보인 것과 달리 EC는 분뇨의 유입과 유출과정에서 특이적인 변화를 나타내지 않았다 [(C)]. 저장되어 있는 분뇨와 상태가 상이한 분뇨가 유입될 시 pH와 ORP의 변화를 확인할 수 있으나, 유입과 유출 시점을 확인할 수 있는 인자일 뿐 절대적인 분뇨 저장량에 따른 변화를 감지할 수 있는 모니터링 인자는 아닌 것으로 판단하였다.
Figure 2의 Case 3은 지속적으로 저장조로 분뇨가 유입되어 저장량이 꾸준히 증가하는 지점의 그래프이다. 저장조 내 분뇨 저장량이 늘어남에 따라 분뇨 물성 측정인자인 pH는 꾸준히 감소하고 있는데, 이는 저장조 내부에서 발생하는 혐기소화 과정중 가수분해 후 산생성 단계 혹은 NH3의 휘발로 인한 것으로 사료되며, ORP와 EC는 특이적인 경향을 확인할 수 없었다 [(a)]. 분뇨의 저장량이 증가함에 따라 악취측정 인자인 NH3와 H2S는 지속적으로 증가하였으며, 이는 분뇨의 저장기간이 증가하여 꾸준히 분뇨가 저장조 내 적재됨에 따라 발생할 수 있는 부정적인 환경영향으로 사료되므로, 악취물질의 발생농도를 저장조 내 분뇨의 수거시점 결정 시 저장조 수위와 함께 관찰할 수 있는 보조인자로 활용할 수 있을 것으로 판단된다.
분뇨 저장량 관찰 결과 급격한 분뇨의 유입, 유출이 일어난 시점에서 급격히 증가하는 악취농도를 제외하고 분뇨 물성 측정인자들의 변화는 관찰되지 않았다. 그러나 악취물질의 경우에도 급격한 분뇨발생량에 관계없이 발생 농도의 증감이 꾸준하게 나타나 전체적으로 증가하는 경향은 확인할 수 있으나 저장량이 급격히 증가하는 특정시점을 정확히 파악하기에는 어려울 것으로 판단되었다.
3. 분뇨 저장량 및 발생량의 산출
분뇨 저장조의 수위는 분뇨 표면의 높이를 감지하여 가장 직접적으로 분뇨 발생량을 산출할 수 있는 측정 인자로 전체 모니터링 기간 동안 수위센서의 손상, 데이터 송신 이상 등의 문제가 발견되지 않아, 설치된 센서 중 가장 안정적으로 정확한 수치를 수집할 수 있었다. 모니터링 시스템에서 송출하고 있는 수위 값을 각 농가 저장조의 유효 용적과 높이를 단순 대입하여 분뇨 저장량 및 주기별 분뇨 발생량을 산출하였으나 농가의 사육두수 대비 예상되는 분뇨 발생량과 차이가 나타났으며, 농가의 분뇨 관리 방법과 센서의 설비 위치 등 다양한 요인을 포괄적으로 고려할 수 있는 인자의 확보가 필요하였다.
저장조의 분뇨 저장량의 정확성에 영향을 미치는 주된 원인으로는 크게 3가지로 나눌 수 있었다. 첫 번째는 분뇨 저장조의 분뇨 표면에 발생하는 스컴층의 발생으로 부상한 고형물 및 곤충의 사체가 쌓이면서 부정확한 저장량 산출을 야기했으며, 특히 여름철에 그 발생 정도가 심한 것으로 관찰되었다. 두 번째로는 분뇨 저장조 내 분뇨 고형물 침전층의 발달이다. 공공처리시설에서 수거해가는 분뇨는 스컴층 아래에 위치한 액상상태의 분뇨로 저장조 바닥에 침전된 분뇨 및 상부의 스컴은 수거해가지 않는다. 따라서 장기간 운영되어 왔던 분뇨 저장조 내 바닥에는 상당량의 분뇨 고형물 층이 발달해 있을 것으로 예상되며, 이로 인해 저장조 내 실제 분뇨 저장량은 설비 용량보다 현저히 적을 것으로 판단된다. 세 번째로는 수위 센서의 설비 위치이다. 저장조 모니터링 기간 내 항상 형성되어 있는 스컴층은 여름철 두껍고 딱딱하게 형성되며, 슬러리피트 내 분뇨의 유입 시 이 스컴층 위로 분뇨가 들어오게 된다. 이 때 단단한 스컴층의 발달로 인해 유입된 분뇨가 스컴층 아래 분뇨와 혼합되는 것이 아닌 스컴층의 위로 일시적으로 쌓이게 되며, 저장조 내 수위가 일정하에 상승하는 것이 아니라 분뇨가 유입된 측면의 수위만 상승하게 되어 저장조 수면의 높이가 고르지 못하게 되는 현상이 발생하고, 수위를 이용한 분뇨 저장량 산출이 부정확해진다. 따라서 위 세가지 요인을 무시할 수 있는 방안으로 공공처리시설에서의 회당 분뇨 위탁량과 분뇨 저장조 내 수위변화에 따라 산출된 분뇨저장 변동량을 이용해 보정값을 도출하고, 기간별 분뇨 발생량을 재산출하였다.
해당 농가의 회당 위탁량인 7 톤을 이용하여 저장조의 분뇨저장 변동 보정값을 산출한 결과 1.635로 나타나 실제 분뇨 저장량이 수위로 산출한 저장량에 비해 낮은 것으로 나타났으며, 모니터링 기간 내 변동되는 분뇨 저장량 데이터를 이용하여 양돈농가에서 실제 발생하는 분뇨량과 가축분뇨 발생원단위를 이용한 분뇨 발생 예측량이 얼마나 유사한지 비교해 보았다.
테스트베드 농가의 주별로 평균 분뇨발생량을 확인한 결과 주간 58.0 ± 33.0 m3, 2주간 116.0 ± 55.3 m3, 월간 251.3 ± 99.5 m3의 발생량을 산출할 수 있었으며, 이는 이론적인 분뇨발생량과 대비하여 주간, 2주간, 월간 각각 108.3, 108.3, 109.5% 수준인 것으로 나타나 이론적인 분뇨발생량과 매우 유사하게 산출되었다. 따라서 수위 센서를 이용한 분뇨 저장량 산출 및 농가의 분뇨 발생량 산출은 타 센서들에 비해 직관적으로 값을 확인하고 대응할 수 있어 수거시점 선정에 유리할 것으로 판단되며, 저장조 내 유효 용적 대비 현재 저장량 등 비율적인 표현을 통해 저장조의 현재 분뇨 저장상황을 사용자와 분뇨수거시설에 제공할 수 있을 것으로 예상된다. 비교적 장기간의 데이터 확보를 통한 월간, 분기간, 연간 농가의 분뇨 발생량 산출 시 보다 정확한 가축분뇨 발생량을 산출할 수 있을 것으로 예상되며, 발생된 가축분뇨의 전체 처리과정을 추적하는 수단으로 활용할 수 있을 것으로 판단된다 (Table 2).
Table 2.
Comparison and accuracy of theoretical and monitored manure production calculation.
4. 분뇨 저장조 내 모니터링 인자간 상관관계 분석
피어슨 상관계수 분석결과, NH3가 pH (0.748), 온도 (0.734)와 통계적으로 유의적인 강한 양의 상관관계 (p < 0.01)를 나타내는 것으로 분석되었으며, 이외에 H2S (0.585), 분뇨저장량 (0.390)과 통계적으로 유의적인 뚜렷한 양의 상관관계 (p < 0.01)를 나타내었다. 즉, NH3의 경우 pH와 온도, H2S, 분뇨저장량이 증가할 때 함께 증가하는 것으로 분석되었다. 이론적으로 분뇨 내의 NH4+가 NH3로 전환되어 배출될 때 남아있는 H+에 의해서 분뇨 내 pH는 낮아지게 된다. 그러나 모니터링이 진행된 저장조 내 분뇨 표면에는 평균 온도가 높아짐에 따라 단단하고 두꺼운 스컴이 발달하였으며, 분뇨에서 배출된 NH3가 스컴층과 분뇨 표면층에 갇혀있다가 다시 분뇨 내로 재용해되면서, NH4+와 OH-를 생성하게 되어 pH가 높아진 것으로 판단된다 (Hales and Drewes, 1979). 또한 NH3의 증가는 평균적인 온도가 상승함에 따라 분뇨 유입 시 혹은 스컴층 표면 등에서 NH3의 대기 확산이 증가했기 때문인 것으로 사료된다 (Fan et al., 2011) H2S의 경우 NH3 (0.585), ORP (0.576), pH (0.444)와 통계적으로 유의적인 뚜렷한 양의 상관관계 (p< 0.01)를 나타냈으며, EC (-0.471)와는 뚜렷한 음의 상관관계 (p< 0.01)를 나타내고 있었다. 분뇨 저장량은 ORP (-0.376)와 뚜렷한 음의 상관관계 (p< 0.05)를 나타내고 있어 저장조 내 분뇨 저장량이 증가할수록 ORP는 낮아지는 경향을 관찰할 수 있을 것으로 예상된다. 통계적으로 저장량과 온도 (0.624)가 뚜렷한 양의 상관관계 (p< 0.01)를 가진다고 산출되었는데 이는 여름시기 급수량으로 인해 증가된 슬러리피트 분뇨가 다량 다른 계절들보다 다량 유입되고 있기 때문인 것으로 판단된다 (Table 3).
Table 3.
Correlation between monitoring factors in manure storage tank.
이를 바탕으로 분뇨 저장조 내 저장량, 저장조 주변 환경영향 인자인 NH3, H2S를 기준으로 각 모니터링 인자들의 분포 및 회귀식을 산출하였다. 최소 뚜렷한 상관관계를 지니고 있는 항목들을 가지고 회귀분석을 진행한 결과 NH3와 pH의 선형회귀식이 약 58.2%의 실제 데이터를 반영할 수 있는 것으로 분석되었으며, 이외의 분석항목인 온도, EC, 분뇨 저장량은 상관성은 나타냈지만 선형적으로 유의적인 영향을 미치지는 않았다. 마찬가지로 최소 뚜렷한 상관관계를 지니고 있는 항목들을 가지고 회귀분석을 진행한 결과 H2S와 pH, ORP, NH3는 상관성은 나타냈지만 선형적으로 유의적인 영향을 미치지는 않았으며, 분뇨 저장량의 경우도 EC와 ORP 사이에 선형적으로 유의적인 영향을 미치지 않는 것으로 분석되었다 (Figure 3).
Figure 3.
Effect of monitoring factors on NH3, H2S concentration in manure storage tank; (a) Change in NH3 concentration by pH; (b) Change in NH3 concentration by temperature; (c) Change in NH3 concentration by EC; (d) Change in NH3 concentration by storage amount; (e) Change in H2S concentration by pH; (f) Change in H2S concentration by ORP; (g) Change in H2S concentration by EC; (h) Change in H2S concentration by NH3 concentration.
분뇨 저장조 내 NH3와 H2S의 농도에 대한 환경인자의 복합적인 영향을 고려하기 위해서 분뇨 저장량과 온도에 따른 각 악취물질의 농도변화를 분석하였다. 분뇨 저장량과 온도 조건에서 발생하는 NH3 농도를 관찰한 결과 분뇨저장량 70 m3 이상, 온도 26°C 이상에서 60 ppm 이상으로 NH3 농도가 급격히 증가하는 것을 확인할 수 있었으며, H2S 농도의 관찰 결과, 매우 높은 온도를 띄는 수준은 분뇨 80 m3 이상, 온도 27°C 이상이며, H2S는 낮은 온도인 26°C 이하에서도 60 ppm 이상을 보여 H2S의 농도를 낮추기 위해서는 분뇨저장량 70 m3 이하로 유지시켜야 할 것으로 판단된다 (Figure 4).
위 결과를 바탕으로, B 농가의 저장조 내 분뇨 저장량을 70 m3 이하로 유지 시 발생하는 악취물질의 저감율을 분석하였다. 먼저 B 농가의 전체 모니터링 기간 중 NH3와 H2S의 평균 농도는 각각 36.5 ± 22.2, 19.7 ± 21.2 ppm이었으며, 분뇨 저장량 70 m3 이상의 조건에서 NH3와 H2S의 평균 농도는 각각 38.4 ± 22.6, 20.7 ± 22.0 ppm, 분뇨 저장량 70 m3 이하의 조건에서는 각각 22.3 ± 11.5, 12.8 ± 13.2 ppm로 산출되었다. B 농가의 저장조 내 분뇨 저장량을 70 m3 이하로 유지 시 악취물질의 저감율은 전체 모니터링 기간 대비 NH3, H2S 각각 38.7, 35.2%로 나타났고, 분뇨 저장량 70 m3 이상의 조건 대비 각각 41.8, 38.2%로 산출되었다 (Table 4).
Table 4.
Effect on odor reduction in manure storage amount (set at under 70 m3).
결 론
양돈농가 내 분뇨 저장조 모니터링 시 수위 센서를 중심으로 분뇨 저장량 및 분뇨 발생량을 산출할 수 있었으며, 저장조 내 악취 농도를 보조인자로 두어 저장조 내 분뇨의 환경영향에 따른 적정 수거시점을 선정할 수 있었다. 테스트베드 농가의 경우 분뇨 저장량 70 m3을 기준으로 악취 농도가 급격히 증가하는 경향을 보여 분뇨의 수거시점을 70 m3로 선정하였으며, 분뇨 저장조 운영 시 악취 농도가 NH3 38.7%, H2S 35.2% 감소하는 것으로 산출되었다. 그러나 양돈농가의 분뇨 발생량 및 적정 수거시점의 선정은 농가의 저장조 운영 특징에 따라 상이할 것으로 예상되므로 농가별 모니터링을 통한 빅데이터 확보 및 분뇨 저장조의 환경영향분석이 필요할 것으로 판단된다. 분뇨 저장조 모니터링 시스템의 보급ㆍ확산 시 위탁되는 분뇨를 시작지점으로 하여 처리과정을 모니터링하는 현 시스템에서 농가에서 발생한 분뇨부터 관리 범위가 확장되어 일부 비양심적인 축산농가와 위탁처리업체의 무단 살포, 부적절한 퇴ㆍ액비화 등을 방지할 수 있고, 최적 위탁시점을 자동으로 위탁시설에 보고하여 가축분뇨 위탁시점을 자동으로 관리할 수 있으며, 발생된 분뇨는 시스템하에서 안정적으로 처리되고 있다는 사회적 인식을 확보함으로써 경축순환 활성화에 이바지할 수 있을 것으로 기대된다.
