Research article

Journal of Animal Environmental Science. December 2024. 167-180
https://doi.org/10.11109/JAES.2024.26.3.167

ABSTRACT


MAIN

  • 서 론

  • 재료 및 방법

  •   1. 양돈농가 개별처리 방식별 처리유형 분류

  •   2. 배출부하량 분석 방법

  •   3. 처리효율 민감도에 따른 배출부하량 분석 방법

  •   4. 오염총량관리기술지침에 따른 각 항목별 산정식

  • 결과 및 고찰

  •   1. 3000두 규모 양돈농가의 배출부하량 분석 결과

  •   2. 3000두 규모 양돈농가의 처리효율 민감도에 따른 배출부하량 분석 결과

  • 결 론

서 론

2023년 농림축산식품부의 조사에 따르면, 연간 가축분뇨 발생량은 50,871천 톤으로 나타난다. 발생한 가축분뇨 중 51.48% (26,190천 톤)는 농가에서 자가 처리하고 있으며, 나머지 48.52%는 가축분뇨 처리시설에 위탁하여 처리하고 있다. 가축분뇨의 대부분은 퇴비 (72.77%)와 액비 (11.80%)로 제조되어 농경지에 살포되며, 나머지는 정화처리 (15.43%)되고 있다 (MAFRA, 2024).

2022년 농경지 면적은 약 150만 ha로, 10년 전보다 약 12.4% 감소하였으며, 2030년에는 약 10.5% 감소하여 134만 ha로 추정된다 (MAFRA, 2023). 퇴비와 액비의 생산량과 공급량에 비해 농경지 면적의 감소는 시설 운영의 주요 장애 요인이 되고 있다. 우리나라의 경우 OECD 회원국 중 질소와 인에 대한 국가 양분 수지가 높아 농경지에 투입되는 양분의 환경적 영향이 우려된다 (Yoon, 2023). 따라서 가축분뇨 처리 및 이용의 다각화가 시급히 필요하다.

제3차 강우유출 비점오염원관리 종합대책에 따르면, 2018년 기준으로 오염원별 비점오염원 배출 부하량에서 축산계와 토지계가 차지하는 비중이 큰 것으로 보고되었다 (ME, 2020). 또한, 전국오염원조사에 따르면, 수계로 배출되는 배출 부하량 (점오염원과 비점오염원 합계) 중 축산계 오염원이 차지하는 비율은 BOD가 37.6%, T-N이 30.2%, T-P가 27.1%로 보고되었다 (ME, 2021).

온실가스 배출 저감 및 탄소중립형 축산업에 대한 사회적 요구가 증가하고 있다. 기후 위기가 전 세계적인 환경 문제로 대두됨에 따라, 축산 분야에서도 탄소중립형 축산업 모델의 제시가 필요하다. 「2030 NDC 상향안」이 확정된 (2021년 10월) 후, 「바이오가스법」이 제정 (2022년 12월 30일 제정, 2023년 12월 31일 시행)됨에 따라 온실가스 감축 목표가 구체화되었다 (PCAFRP, 2022). 이에 따라 가축분뇨의 퇴비 및 액비 생산량 감축과 저탄소 축산업으로의 전환이 필요하다.

토양 양분 과잉과 살포지 감소로 인해 기존의 퇴비 및 액비 처리 방식에는 한계가 나타나고 있다. 축산 분야의 온실가스 감축 목표를 달성하기 위해서는 가축분뇨 처리 방식을 정책적으로 전환할 필요성이 커지고 있다. 실제로, 가축분뇨 자원화 여건이 지속적으로 악화되면서, 가축분뇨 처리를 자원화에서 정화방류 처리로 전환하려는 농가들이 증가하고 있다. 정화방류는 자원화 처리에 비해 수질 오염 부하를 줄이는 장점이 있지만, 일부 지자체에서는 정화방류 처리에 따른 수질 오염 저감을 인정하지 않아, 가축분뇨 처리시설을 정화방류로 전환하는 데 많은 어려움이 발생하고 있다.

본 연구의 목적은 3,000두 규모의 양돈농가에서 가축분뇨 처리 방식을 자원화에서 정화처리로 전환했을 때 발생하는 오염 배출 부하량을 체계적으로 분석하고, 이로 인해 발생하는 환경적 영향을 저감하기 위한 효과적인 방안을 모색하는 데 있다. 이를 통해, 축산업의 지속 가능성을 높이고, 환경 보호를 위한 정책적 기초 자료를 제공하고자 한다.

재료 및 방법

1. 양돈농가 개별처리 방식별 처리유형 분류

양돈농가의 개별처리시설에서 자원화와 정화 처리 방식에 따른 배출부하량의 차이를 평가하기 위해, 두 가지 처리 유형을 설정하였다. 첫 번째 유형은 돼지 사육 과정에서 발생하는 모든 슬러리를 자원화하여 퇴비와 액비로 처리하는 방식이다. 두 번째 유형은 돼지 사육 과정에서 발생하는 폐수는 정화 처리하고, 고형물은 퇴비화하여 자원화하는 방식이다 (Figure 1).

https://cdn.apub.kr/journalsite/sites/jaes/2024-026-03/N0360260307/images/jaes_26_03_07_F1.jpg
Figure 1.

Classification of waste treatment types by individual processing methods in pig farming: Type-1 (A) and Type-2 (B).

2. 배출부하량 분석 방법

양돈농가의 개별처리시설에서 유형별 배출부하량 (오염총량) 분석은 오염총량관리기술지침 (ME, 2022)에 근거하여 산출하였으며, 특히 용어의 정의나 단위 등은 혼동을 방지하기 위해 상기 지침서에서 사용하고 있는 방식을 준용하였다.

배출부하량 분석은 일관 사육 기준으로 3,000두/호 규모의 양돈농가를 대상으로 하였다. 다만, 배출부하량 분석에서는 개별 처리 시설의 유형별 배출부하량을 파악하기 위해 환경기초시설로 이송되어 처리되는 양을 나타내는 “직접이송량”, “관로유입량”, “관로배출량”과 하천의 자정작용에 의한 정화량을 나타내는 “직접정화량”은 고려하지 않았다.

3. 처리효율 민감도에 따른 배출부하량 분석 방법

허가규모의 개별처리시설에서 방류수수질기준에 대비한 처리 효율 향상 수준 (민감도)을 Table 1과 같이 단계별로 적용하여, 예측 방류수수질기준을 적용하여 분석하였다.

Table 1.

Predicted effluent quality by parameter based on treatment efficiency sensitivity.

Predicted Effluent Quality (mg/L)
BOD T-N T-P
Specific Area Other Areas Specific Area Other Areas Specific Area Other Areas
Treatment Efficiency Sensitivity1 0% 40 120 120 250 40 100
10% 36 108 108 225 36 90
20% 32 96 96 200 32 80
30% 28 84 84 175 28 70
40% 24 72 72 150 24 60
50% 20 60 60 125 20 50
60% 16 48 48 100 16 40
70% 12 36 36 75 12 30
80% 8 24 24 50 8 20
90% 4 12 12 25 4 10

1It refers to the improvement rate in treatment efficiency compared to the discharge water quality standards for treatment facilities specified in the ‘Enforcement Rule of the Act on the Management and Use of Livestock Excreta’ [Appendix 4] (related to Article 11)

4. 오염총량관리기술지침에 따른 각 항목별 산정식

(1) 발생유량 산정

축산계 발생유량 (㎥/일)은 가축 사육두수에 발생유량원단위 (L/일·두)를 곱하여 산정한다 (Table 2).

Table 2.

Generation flow rate per unit by different livestock species (unit: m3/head/day).

Dairy Cattle Hanwoo Horse Swine Sheep·Deer Dog Poultry
Total 0.0456 0.0146 0.0097 0.0086 0.0007 0.0011 0.00008
Wastewater generation flow rate 0.0259 0.0065 0.0043 0.0074 0.0005 0.0008 0.00000
Solids generation flow rate 0.0171 0.0080 0.0068 0.0012 0.0002 0.0003 0.00008

LWGFlow=(NL×ULWGFlow)

LSWGFlow=(NL×ULSWGFlow)

TLWGFlow=LWGFlow×LSWGFlow

NL: Number of Livestock per Species

ULWGFlow:Unit Livestock Wastewater Generation Flow per Species

ULSWGFlow:Unit Livestock Solid Waste Generation Flow per Species

LWGFlow:Livestock Wastewater Generation Flow

LSWGFlow:Livestock Solid Waste Generation Flow

TLWGFlow:Total Livestock Waste Generation Flow

(2) 발생부하량 산정

축산계 발생부하량 (kg/일)은 축종별 사육두수에 발생부하 원단위 (g/일·두)를 곱하여 산정한다 (Table 3).

Table 3.

Generation load per unit by livestock species (unit: g/head/day).

Dairy Cattle Hanwoo Horse Swine Sheep·Deer Dog Poultry
BOD Total 556 528 259 109 10 18 5.2
Wastewater 117 67 30 32 3 4 0
Solids 439 461 229 77 7 14 5.2
T-N Total 161.8 116.8 77.6 27.7 5.8 8.4 1.1
Wastewater 63.5 40.0 26.7 14.9 4.2 5.4 0
Solids 98.3 76.8 50.9 12.8 1.6 3.0 1.1
T-P Total 56.7 36.1 24.0 12.2 0.9 1.6 0.4
Wastewater 10.7 3.5 2.3 3.3 0.2 0.3 0
Solids 46.0 32.6 21.7 8.9 0.7 1.3 0.4

LWGLoad=(NL×ULWGLoad)

LSWGLoad=(NL×ULSWGLoad)

TLWGLoad=LWGLoad+LSWGLoad

ULWGLoad:Unit Livestock Wastewater Generation Load per Species

ULSWGLoad:Unit Livestock Solid Waste Generation Load per Species

LWGLoad:Livestock Wastewater Generation Load

LSWGLoad:Livestock Solid Waste Generation Load

TLWGLoad:Total Livestock Waste Generation Load

Table 4.

Effluent quality standards for livestock manure treatment facilities (unit: mg/L).

subject to permission subject to reporting
Specific Area BOD 40 120
T-N 120 250
T-P 40 100
Other Areas BOD 120 150
T-N 250 400
T-P 100 100

(3) 개별삭감량 산정

축산폐수와 고형물을 구분하여 각각의 개별삭감량과 농지삭감량을 산정한다.

폐수개별삭감량 (kg/일)은 폐수자원화삭감량 (kg/일)과 폐수개별처리량 및 폐수 처리의 슬러지를 통해 농지로 환원되어 삭감되는 폐수처리농지환원삭감량의 합으로 산정한다.

폐수자원화비는 액상 폐수량 중 자원화되는 비율을 말한다 (고액 분리를 하지 않고 액상 폐수를 전량 자원화하는 경우 1, 고액 분리를 통해 액상 폐수를 전량 폐수 처리하는 경우 0).

농지환원비는 폐수 처리량 중 슬러지 형태로 농지로 환원된 비율을 말한다.

폐수처리비는 방류수수질기준을 적용받는 경우 다음의 산정식으로 산정하고, 방류수 수질을 적용받지 않는 경우는 Table 5의 폐수처리비를 적용한다.

Table 5.

Livestock wastewater treatment, resource recovery, and agricultural land runoff ratios.

subject to permission subject to reporting Smaller scale than subject to Reporting
Wastewater Treatment Details Wastewater Treatment Resource Recovery Wastewater Treatment Resource Recovery Wastewater Treatment Resource Recovery No Treatment
Solid Waste Treatment Details Resource Recovery Resource Recovery Resource Recovery Resource Recovery Resource Recovery Resource Recovery
Wastewater Resource Recovery Ratio 0 1 0 1 0 1 0
F
l
o
w
R
a
t
e
Wastewater Treatment Ratio 0 0 0 0 0 0 0
Agricultural Land Return Ratio 0 0 0 0 0 0 0
Resource Recovery Treatment Ratio 0 0 0 0 0 0 0
Agricultural Land Runoff Ratio 1 1 1 1 1 1 1
B
O
D
Wastewater Treatment Ratio Standard1 0 Standard1 0 Standard1 0 0
Agricultural Land Return Ratio 0.2 0 0.35 0 0.5 0 0
Resource Recovery Treatment Ratio 0.4 0.4 0.45 0.4 0.4 0.4 0
Agricultural Land Runoff Ratio 0.1 0.15 0.1 0.15 0.1 0.15 0.25
T
N
Wastewater Treatment Ratio Standard1 0 0.5 0 0.5 0 0
Agricultural Land Return Ratio 0.8 0 0.8 0 0.8 0 0
Resource Recovery Treatment Ratio 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0
Agricultural Land Runoff Ratio 0.2 0.3 0.2 0.3 0.2 0.2 0.5
T
P
Wastewater Treatment Ratio Standard1 0 0.7 0 0.7 0 0
Agricultural Land Return Ratio 1 0 1 0 1 0 0
Resource Recovery Treatment Ratio 0 0 0 0 0 0 0
Agricultural Land Runoff Ratio 0.05 0.075 0.05 0.075 0.05 0.05 0.15

1If effluent quality standards are established, calculations are based on the effluent quality standards and the exceedance rate

For wastewater treatment below the reporting threshold, an effluent quality standard of 1,500 mg/L is applied

When wastewater is fully outsourced, the resource recovery ratio is 0 and the wastewater treatment ratio is 1. When resource recovery materials are fully outsourced, the resource recovery processing ratio is 1

When solids are not separated from wastewater and are treated together, the solid waste treatment ratio is not applied, and only the wastewater treatment ratio is considered for calculating based on the wastewater volume

WIRAmount=WRRRAmount+WITAmount+WTALRERAmount

WIRAmount:Wastewate Individual Reduction Amount

WRRRAmount:Wastewater Resource Recovery Reduction Amount

WITAmount:Wastewater Individual Treatment Amount

WTALRERAmount:Wastewater Treatment to Agricultural Land Return Reduction Amount

WRRRAmount=(RRTRatio×WRRAmount)+(1RRTRatio)×ALCRatio×(1ALRURatio)×WRRAmount

RRTRatio:Resource Recovery Treatment Ratio

WRRAmount:Wastewater Resource Recovery Amount

ALCRatio:Agricultural Land Conversion Ratio

ALRURatio:Agricultural Land Runoff Ratio

WRRAmount=(1WDTRatio)×WRRRatio×WGAmount

WDTRatio:Wastewater Direct Transfer Ratio

WRRRatio:Wastewater Resource Recovery Ratio

WGAmount:Wastewater Generation Amount

WITAmount=(1WDTRatio)×(1WRRRatio)×WTRatio×(1ALRERatio)×WGAmount

WTRatio:Wastewater Treatment Ratio

ALRERatio:Agricultural Land Return Ratio

WTALRERAmount=ALCRatio×(1ALRRatio)×WTALREAmount

WTALREAmount:Wastewater Treatment Agricultural Land Return Amount

WTALREAmount=(1WDTRatio)×(1WRRRatio)×WTRatio×ALRERatio×WGAmount

WTRatio=1ERate(1WDTFRatio)×WGFlow×EQS(1WDTLRatio)×WGLoad

ERatio:Exceedance Rate

WDTFRatio:Wastewater Direct Transfer Flow Ratio

WGFlow:Wastewater Generation Flow

EQS:Effluent Quality Standard

WDTLRatio:Wastewater Direct Transfer Load Ratio

WGLoad:Wastewater Generation Load

고형물개별삭감량은 직접이송량을 감한 고형물발생량에 자원화처리비를 곱한 고형물자원화삭감량과 자원화된 고형물이 농지에서 삭감되는 고형물농지삭감량을 합하여 산정한다.

SWIRAmount=SWRRRAmount+SWALRAmount

SWIRAmount:Solid Waste Individual Reduction Amount

SWRRRAmount:Solid Waste Resource Recovery Reduction Amount

SWALRAmount:Solid Waste Agricultural Land Reduction Amount

SWRRRAmount=(1SWDTRatio)×RRTRatio×SWGAmount

SWDTRatio:Solid Waste Direct Transfer Ratio

SWGAmount:Solid Waste Generation Amount

SWALRAmount=(1SWDTRatio)×(1RRTRatio)×ALCRatio×(1ALRURatio)×SWGAmount

자원화개별삭감량 (kg/일)은 직접이송량을 감한 고형물발생량과 폐수자원화량을 합한 양에 자원화처리비를 곱하여 산정한다. 자원화처리비는 개별 자원화 시설별 실측 조사에 의한 처리비 적용을 원칙으로 하며, 실측 조사가 어려울 경우 Table 5의 자원화처리비를 적용할 수 있다. 현장 실측 조사는 연 4회 이상 일정 주기로 수행한다.

RRIRAmount=RRTRatio×RRIRTAmount

RRIRAmount:Resource Recovery Individual Reduction Amount

RRIRTAmount:Resource Recovery Individual Reduction Target Amount

RRIRTAmount=SWRRIRTAmount+WRRAmount

SWRRIRTAmount:Solid Waste Resource Recovery Individual Reduction Target Amount

SWRRIRTAmount=(1SWDTRatio)×SWGAmount

축산계개별삭감량은 폐수개별삭감량과 고형물개별삭감량을 합하여 산정한다.

TIRAmount=WIRAmount+SWRAmount

TIRAmount:Total Individual Reduction Amount

자원화물 또는 무처리된 축산분뇨 및 폐수 처리 슬러지가 농지로 전환되어 농지에서 삭감되는 양은 농지전환량에 농지삭감비를 곱하여 산정한다 (농지전환비는 자원화물이 농지로 전환되는 비율). 농지삭감량은 개별삭감량에 포함시키지 않으며, “배출량의 축산계비점오염원개별배출량” 산정 시 고려한다.

TALRAmount=ALRRatio×ALCAmount

TALRAmount:Total Agricultural Land Reduction Amount

ALRRatio:Agricultural Land Reduction Ratio

ALCAmount:Agricultural Land Conversion Amount

ALRRatio=1ALRURatio

ALCAmount=ALCRatio×(RRIRTAmountRRIRAmount+WTALREAmount)

(4) 배출량 산정

축산계의 개별배출량은 폐수 형태로 상시 부하되는 점오염원배출량과 초지, 농경지 또는 야적지에 살포된 상태에서 강우 시 배출되는 비점오염원배출량을 분리하여 산정한 후, 월별로 합산한다.

PSIEAmount=WGAmountWDTAmount(WRRAmount+WITAmount+WTALREAmount)WPIAmount

PSIEAmount:Point Source Individual Emission Amount

WDTAmount:Wastewater Direct Transfer Amount

WPIAmount:Wastewater Pipeline Inflow Amount

NPSIEAmount=(RRIRTAmountRRIRAmountSWPIAmount+WTALREAmountALRAmount+ORRIEAmount)×RERatio

NPSIEAmount:Non-Point Source Individual Emission Amount

SWPIAmount:Solid Waste Pipeline Inflow Amount

ORRIEAmount:Outsourced Resource Recovery Individual Emission Amount

RERatio:Rainfall Emission Ratio

RERatio=0.1+0.9×daysperyear(365,366)×MERRatiodayspermonth(28,29,30,31)

MERRatio:Monthly Effective Rainfall Ratio

MERRatio=Thetotalmonthlyrainfallwithdailyamountsgreaterthan10mmThetotalannuallyrainfallwithdailyamountsgreaterthan10mm

TPIEAmount=PSIEAmount+NPSIEAmount

TLIEAmount:Total Livestock Individual Emission Amount

결과 및 고찰

1. 3000두 규모 양돈농가의 배출부하량 분석 결과

(1) 발생유량 및 발생부하량

총발생유량은 25.80 m³/일로 나타났다. 발생부하량은 BOD가 327.00 kg/일, T-N이 75.20 kg/일, T-P가 36.60 kg/일이다. 폐수발생부하량은 BOD 96.00 kg/일, T-N 38.40 kg/일, T-P 9.90 kg/일로 측정되었으며, 고형물발생부하량은 BOD 231.00 kg/일, T-N 36.60 kg/일, T-P 26.70 kg/일이다 (Table 6).

Table 6.

Generation flow rates and loads by type.

Generation Flow Rate (Unit: ㎥/day) Generation Load (Unit: kg/day)
Wastewater Generation Flow rate Solid Waste Generation Flow Rate Total Wastewater Generation Load Solid Waste Generation Load Total
Type-1 BOD 22.20 3.60 25.80 96.00 231.00 327.00
T-N 22.20 3.60 25.80 38.40 36.60 75.00
T-P 22.20 3.60 25.80 9.90 26.70 36.60
Type-2 Specific Area BOD 22.20 3.60 25.80 96.00 231.00 327.00
T-N 22.20 3.60 25.80 38.40 36.60 75.00
T-P 22.20 3.60 25.80 9.90 26.70 36.60
Other Areas BOD 22.20 3.60 25.80 96.00 231.00 327.00
T-N 22.20 3.60 25.80 38.40 36.60 75.00
T-P 22.20 3.60 25.80 9.90 26.70 36.60

(2) 전환비

폐수처리비, 자원화처리비, 농지환원비, 농지유출비는 Table 7과 같다. 이 중 폐수처리비는 정화처리 방식에서 배출부하량 분석에 가장 큰 영향을 미치는 요소이다. 양돈농가의 개별 처리 시설은 일반적으로 유기물 (BOD)에 대한 생물학적 처리를 중심으로 설계되고 운영된다. 이로 인해 질소 (T-N)와 인 (T-P)에 대한 처리 효율이 상대적으로 부족한 경향이 있다. 질소는 생물학적 처리 과정에서 휘산, 무기화, 질산화 등을 통해 일부 제거되지만, 인은 별도의 처리 방법이 없는 경우 슬러지에 축적되어 그대로 배출되는 특성이 있다 (Table 7).

Table 7.

Conversion ratio by type (unit: %).

Wastewater Treatment Ratio Resource Recovery Treatment Ratio Agricultural Land Return Ratio Agricultural Land Runoff Ratio
Type-1 BOD 0 40.00 0 15.00
T-N 0 20.00 0 30.00
T-P 0 0 0 7.50
Type-2 Specific Area BOD 99.08 40.00 20.00 10.00
T-N 93.06 20.00 80.00 20.00
T-P 91.03 0 100.00 5.00
Other Areas BOD 97.23 40.00 20.00 10.00
T-N 85.55 20.00 80.00 20.00
T-P 77.58 0 100.00 5.00

(3) 개별삭감량

폐수개별삭감량은 유형-1의 경우, BOD는 87.36 kg/일, T-N은 29.18 kg/일, T-P는 9.16 kg/일이다. 유형-2에서는 특정 지역에서 BOD가 93.21 kg/일, T-N이 30.02 kg/일, T-P가 8.56 kg/일로 측정되었으며, 기타 지역에서는 BOD가 91.47 kg/일, T-N이 27.59 kg/일, T-P가 7.30 kg/일로 나타났다.

고형물개별삭감량은 유형-1에서는 BOD가 210.21 kg/일, T-N이 27.82 kg/일, T-P가 24.70 kg/일이다. 유형-2에서는 특정 지역과 기타 지역 모두에서 BOD가 217.14 kg/일, T-N이 30.74 kg/일, T-P가 25.37 kg/일로 나타났다.

농지삭감량은 유형-1의 경우, BOD는 166.77 kg/일, T-N은 42.00 kg/일, T-P는 33.86 kg/일이다. 유형-2에서는 특정 지역에서 BOD가 141.86 kg/일, T-N이 46.30 kg/일, T-P가 33.93 kg/일로 측정되었으며, 기타 지역에서는 BOD가 141.54 kg/일, T-N이 44.45 kg/일, T-P가 32.66 kg/일로 나타났다.

총삭감량은 유형-1의 경우 BOD는 297.57 kg/일, T-N은 57.00 kg/일, T-P는 33.86 kg/일이다. 유형-2에서는 특정 지역에서 BOD가 310.35 kg/일, T-N이 60.76 kg/일, T-P가 33.93 kg/일로 측정되었으며, 기타 지역에서는 BOD가 308.61 kg/일, T-N이 58.34 kg/일, T-P가 32.66 kg/일로 나타났다 (Table 8).

Table 8.

Reduction amount by type (unit: kg/day).

Individual Wastewater Reduction Amount Solid Waste Reduction Volume Amount Agricultura Land Reduction Amount [H=C+F] Total Reduction Amount [I=D+G]
Wastewater Resource Recovery Reduction Amount [A] Individual Wastewater Treatment Amount [B] Wastewater Treatment to Agricultural Land Return Reduction [C] Total 
[D=
A+B+C]
Solid Waste Resource Recovery Reduction Amount [E] Solid Waste to Agricultural Land Return Reduction Amount [F] Total [G=E+F]
Type-1 BOD 87.36 0 0 87.36 92.40 117.81 210.21 166.77 297.57
T-N 29.18 0 0 29.18 7.32 20.50 27.82 42.00 57.00
T-P 9.16 0 0 9.16 0 24.70 24.70 33.86 33.86
Type-2 Specific Area BOD 0 76.09 17.12 93.21 92.40 124.74 217.14 141.86 310.35
T-N 0 7.15 22.87 30.02 7.32 23.42 30.74 46.30 60.76
T-P 0 0 8.56 8.56 0 25.37 25.37 33.93 33.93
Other Areas BOD 0 74.67 16.80 91.47 92.40 124.74 217.14 141.54 308.61
T-N 0 6.57 21.02 27.59 7.32 23.42 30.74 44.45 58.34
T-P 0 0 7.30 7.30 0 25.37 25.37 32.66 32.66

(4) 배출부하량

유형-1의 배출부하량은 점오염원에서는 BOD, T-N, T-P 모두 0 kg/일이다. 비점오염원에서는 BOD가 28.84 kg/일, T-N이 17.64 kg/일, T-P가 2.69 kg/일로 나타났다. 따라서 총 오염원에서는 BOD가 28.84 kg/일, T-N이 17.64 kg/일, T-P가 2.69 kg/일이다.

유형-2의 특정지역 배출부하량은 점오염원은 BOD가 0.89 kg/일, T-N이 2.66 kg/일, T-P가 0.89 kg/일이다. 비점오염원에서는 BOD가 15.45 kg/일, T-N이 11.34 kg/일, T-P가 1.75 kg/일로 측정되었다. 따라서 총오염원에서는 BOD가 16.34 kg/일, T-N이 14.01 kg/일, T-P가 2.64 kg/일이다.

유형-1 대비 유형-2의 특정지역 점오염원 전환율 및 증감률의 경우 점오염원 전환율은 BOD가 3.08%, T-N이 15.10%, T-P가 33.01%이다. 비점오염원 증감률은 BOD가 -46.44%, T-N이 -35.70%, T-P가 -34.95%로 측정되었다. 따라서 총오염원 증감률은 BOD가 -43.36%, T-N이 -20.60%, T-P가 -1.94%이다.

유형-2의 기타 지역 배출 부하량은 점오염원은 BOD가 2.66 kg/일, T-N이 5.55 kg/일, T-P가 2.22 kg/일이다. 비점오염원에서는 BOD가 15.41 kg/일, T-N이 10.89 kg/일, T-P가 1.68 kg/일로 측정되었다. 따라서 총오염원에서는 BOD가 18.08 kg/일, T-N이 16.44 kg/일, T-P가 3.90 kg/일이다.

유형-1 대비 유형-2의 기타 지역 점오염원 전환율 및 증감률의 경우. 점오염원 전환율은 BOD가 9.24%, T-N이 31.46%, T-P가 82.52%이다. 비점오염원 증감률은 BOD가 -46.56%, T-N이 -38.27%, T-P가 -37.38%로 측정되었다. 따라서 총오염원 증감률은 BOD가 -37.33%, T-N이 -6.80%, T-P가 45.15%이다 (Table 9).

Table 9.

Emission load by pollution source.

Emission Load Amount (kg/day)
Point Source [A] Nonpoint Source [B] Total Pollution Sources [C=A+B]
Emission Load Amount Point Source Conversion Rate (%) Emission Load Amount Change rate (%) Emission Load Amount Change rate (%)
Type-1 BOD 0 0 28.84 0 28.84 0
T-N 0 0 17.64 0 17.64 0
T-P 0 0 2.69 0 2.69 0
Type-2 Specific Area BOD 0.89 3.08 15.45 -46.44 16.34 -43.36
T-N 2.66 15.10 11.34 -35.70 14.01 -20.60
T-P 0.89 33.01 1.75 -34.95 2.64 -1.94
Other Areas BOD 2.66 9.24 15.41 -46.56 18.08 -37.33
T-N 5.55 31.46 10.89 -38.27 16.44 -6.80
T-P 2.22 82.52 1.68 -37.38 3.90 44.98

2.3000두 규모 양돈농가의 처리효율 민감도에 따른 배출부하량 분석 결과

(1) 처리효율 민감도에 따른 폐수처리비의 산정

처리효율 민감도에 따른 개별 정화처리시설의 폐수처리배출부하량 분석을 위한 항목별 폐수처리비는 Table 10과 같다.

Table 10.

Wastewater treatment rate based on treatment efficiency sensitivity.

Wastewater Treatment Ratio (Unit: %)
BOD T-N T-P
Specific Area Other Areas Specific Area Other Areas Specific Area Other Areas
Treatment Efficiency Sensitivity1 0% 99.08 97.23 93.06 85.55 91.03 77.58
10% 99.17 97.50 93.76 86.99 91.93 79.82
20% 99.26 97.78 94.45 88.44 92.82 82.06
30% 99.35 98.06 95.14 89.88 93.72 84.30
40% 99.45 98.34 95.84 91.33 94.62 86.55
50% 99.54 98.61 96.53 92.77 95.52 88.79
60% 99.63 98.89 97.23 94.22 96.41 91.03
70% 99.72 99.17 97.92 95.66 97.31 93.27
80% 99.82 99.45 98.61 97.11 98.21 95.52
90% 99.91 99.72 99.31 98.55 99.10 97.76

1It refers to the improvement rate in treatment efficiency compared to the discharge water quality standards for treatment facilities specified in the 'Enforcement Rule of the Act on the Management and Use of Livestock Excreta' [Appendix 4] (related to Article 11).

(2) 처리효율 민감도에 따른 배출부하량 분석 결과

유형-2의 특정 지역 처리효율 민감도에 따른 배출 부하량은 점오염원은 BOD가 0.89 kg/일에서 0.09 kg/일, T-N이 2.66 kg/일에서 0.27 kg/일, T-P가 0.89 kg/일에서 0.09 kg/일로 나타났다. 비점오염원에서는 BOD가 15.45 kg/일에서 15.46 kg/일, T-N이 11.34 kg/일에서 11.72 kg/일, T-P가 1.75 kg/일에서 1.79 kg/일로 분석되었다. 따라서 총 오염원에서는 BOD가 16.34 kg/일에서 15.55 kg/일, T-N이 14.01 kg/일에서 11.98 kg/일, T-P가 2.64 kg/일에서 1.88 kg/일이다.

유형-1 대비 유형-2의 특정 지역 점오염원 전환율 및 증감률의 경우 점오염원 전환율은 BOD가 3.08%에서 0.31%, T-N이 15.10%에서 1.51%, T-P가 33.01%에서 3.30%이다. 비점오염원 증감률은 BOD가 -46.44%에서 -46.39%, T-N이 -35.70%에서 -33.57%, T-P가 -34.95%에서 -33.50%로 분석되었다. 따라서 총오염원 증감률은 BOD가 -43.36%에서 -46.08%, T-N이 -20.60%에서 -32.06%, T-P가 -1.94%에서 -30.19%이다 (Table 11).

Table 11.

Emission load based on treatment efficiency sensitivity in specific area.

Effluent Quality Wastewater Treatment Ratio Emission Load Amount (kg/day)
Point Source Nonpoint Source Total Pollution Sources
Emission Load Amount Point Source Conversion Rate (%) Emission Load Amount Change rate (%) Emission Load Amount Change rate (%)
Type-1 BOD - - 0 0 28.84 0 28.84 0
T-N - - 0 0 17.64 0 17.64 0
T-P - - 0 0 2.69 0 2.69 0
Type-2 BOD 40 99.08 0.89 3.08 15.45 -46.44 16.34 -43.36
36 99.17 0.80 2.78 15.45 -46.44 16.25 -43.66
32 99.26 0.71 2.46 15.45 -46.43 16.16 -43.97
28 99.35 0.62 2.15 15.45 -46.42 16.07 -44.27
24 99.45 0.53 1.85 15.45 -46.42 15.99 -44.57
20 99.54 0.44 1.54 15.46 -46.41 15.90 -44.87
16 99.63 0.36 1.24 15.46 -46.41 15.81 -45.17
12 99.72 0.27 0.92 15.46 -46.40 15.73 -45.48
8 99.82 0.18 0.61 15.46 -46.39 15.64 -45.78
4 99.91 0.09 0.31 15.46 -46.39 15.55 -46.08
T-N 120 93.06 2.66 15.10 11.34 -35.70 14.01 -20.60
108 93.76 2.40 13.59 11.38 -35.46 13.78 -21.87
96 94.45 2.13 12.08 11.43 -35.23 13.56 -23.15
84 95.14 1.86 10.57 11.47 -34.99 13.33 -24.42
72 95.84 1.60 9.06 11.51 -34.75 13.11 -25.69
60 96.53 1.33 7.55 11.55 -34.52 12.88 -26.97
48 97.23 1.07 6.04 11.59 -34.28 12.66 -28.24
36 97.92 0.80 4.53 11.63 -34.04 12.43 -29.51
24 98.61 0.53 3.02 11.68 -33.81 12.21 -30.79
12 99.31 0.27 1.51 11.72 -33.57 11.98 -32.06
T-P 40 91.03 0.89 33.01 1.75 -34.95 2.64 -1.94
36 91.93 0.80 29.71 1.75 -34.79 2.55 -5.08
32 92.82 0.71 26.41 1.76 -34.63 2.47 -8.22
28 93.72 0.62 23.11 1.76 -34.47 2.38 -11.36
24 94.62 0.53 19.81 1.77 -34.30 2.30 -14.50
20 95.52 0.44 16.50 1.77 -34.14 2.22 -17.64
16 96.41 0.36 13.20 1.78 -33.98 2.13 -20.78
12 97.31 0.27 9.90 1.78 -33.82 2.05 -23.92
8 98.21 0.18 6.60 1.78 -33.66 1.96 -27.06
4 99.10 0.09 3.30 1.79 -33.50 1.88 -30.19

유형-2의 기타 지역 처리효율 민감도에 따른 배출 부하량은 점오염원은 BOD가 2.66 kg/일에서 0.27 kg/일, T-N이 5.55 kg/일에서 0.55 kg/일, T-P가 2.22 kg/일에서 0.22 kg/일로 나타났다. 비점오염원에서는 BOD가 15.41 kg/일에서 15.46 kg/일, T-N이 10.89 kg/일에서 11.67 kg/일, T-P가 1.68 kg/일에서 1.78 kg/일로 분석되었다. 따라서 총오염원에서는 BOD가 18.08 kg/일에서 15.73 kg/일, T-N이 16.44 kg/일에서 12.23 kg/일, T-P가 3.90 kg/일에서 2.00 kg/일이다.

유형-1 대비 유형-2의 특정 지역 점오염원 전환율 및 증감률의 경우 점오염원 전환율은 BOD가 9.24%에서 0.92%, T-N이 31.46%에서 3.15%, T-P가 82.52%에서 8.25%이다. 비점오염원 증감률은 BOD가 -46.56%에서 -46.40%, T-N이 -38.27%에서 -33.83%, T-P가 -37.38%에서 -33.74%로 측정되었다. 따라서 총오염원 증감률은 BOD가 -37.33%에서 -45.48%, T-N이 -6.80%에서 -30.68%, T-P가 45.15%에서 -25.49%이다 (Table 12).

Table 12.

Emission load based on treatment efficiency sensitivity in other areas.

Effluent Quality Wastewater Treatment Ratio Emission Load Amount (kg/day)
Point Source Nonpoint Source Total Pollution Sources
Emission Load Amount Point Source Conversion Rate (%) Emission Load Amount Change rate (%) Emission Load Amount Change rate (%)
Type-1 BOD - - 0 0 28.84 0 28.84 0
T-N - - 0 0 17.64 0 17.64 0
T-P - - 0 0 2.69 0 2.69 0
Type-2 BOD 120 97.23 2.66 9.24 15.41 -46.56 18.08 -37.33
108 97.50 2.40 8.31 15.42 -46.54 17.82 -38.23
96 97.78 2.13 7.39 15.42 -46.53 17.55 -39.14
84 98.06 1.86 6.47 15.43 -46.51 17.29 -40.04
72 98.34 1.60 5.54 15.43 -46.49 17.03 -40.95
60 98.61 1.33 4.62 15.44 -46.47 16.77 -41.85
48 98.89 1.07 3.69 15.44 -46.45 16.51 -42.76
36 99.17 0.80 2.77 15.45 -46.44 16.25 -43.66
24 99.45 0.53 1.85 15.45 -46.42 15.99 -44.57
12 99.72 0.27 0.92 15.46 -46.40 15.73 -45.48
T-N 250 85.55 5.55 31.46 10.89 -38.27 16.44 -6.80
225 86.99 5.00 28.32 10.98 -37.77 15.97 -9.46
200 88.44 4.44 25.17 11.06 -37.28 15.50 -12.11
175 89.88 3.89 22.02 11.15 -36.79 15.04 -14.76
150 91.33 3.33 18.88 11.24 -36.29 14.57 -17.42
125 92.77 2.78 15.73 11.33 -35.80 14.10 -20.07
100 94.22 2.22 12.58 11.41 -35.31 13.63 -22.72
75 95.66 1.67 9.44 11.50 -34.81 13.16 -25.37
50 97.11 1.11 6.29 11.59 -34.32 12.70 -28.03
25 98.55 0.55 3.15 11.67 -33.83 12.23 -30.68
T-P 100 77.58 2.22 82.52 1.68 -37.38 3.90 45.15
90 79.82 2.00 74.27 1.70 -36.97 3.69 37.30
80 82.06 1.78 66.02 1.71 -36.57 3.48 29.45
70 84.30 1.55 57.77 1.72 -36.16 3.27 21.60
60 86.55 1.33 49.51 1.73 -35.76 3.06 13.75
50 88.79 1.11 41.26 1.74 -35.36 2.85 5.91
40 91.03 0.89 33.01 1.75 -34.95 2.64 -1.94
30 93.27 0.67 24.76 1.76 -34.55 2.43 -9.79
20 95.52 0.44 16.50 1.77 -34.14 2.22 -17.64
10 97.76 0.22 8.25 1.78 -33.74 2.00 -25.49

결 론

본 연구는 3,000두 규모의 양돈농가에서 가축분뇨 처리 방식을 자원화에서 정화처리로 전환했을 때의 오염 배출 부하량을 분석하고, 이에 따른 저감 방안을 모색하기 위해 진행되었다. 연구 결과, 정화처리 방식으로 전환 시 오염 물질의 총배출량은 유의미하게 감소하는 것으로 나타났다.

양돈농가의 총 발생유량은 25.80 m³/일로 측정되었으며, 발생부하량은 BOD가 327.00 kg/일, T-N이 75.00 kg/일, T-P가 36.60 kg/일로 나타났다. 폐수와 고형물의 발생부하량은 각각 다르게 나타났으며, 이들 값은 최종 오염 부하량 산정에 중요한 기초 데이터를 제공하였다.

특정 지역에서 BOD의 점오염원 전환율은 3.08%로 나타났고, 비점오염원 증감률은 -46.44%, 총오염원 증감률은 -43.36%로 계산되었다. T-N의 경우 점오염원 전환율은 15.10%, 비점오염원 증감률은 -35.70%, 총오염원 증감률은 -20.60%였다. T-P의 경우 점오염원 전환율은 33.01%, 비점오염원 증감률은 -34.95%, 총오염원 증감률은 -1.94%로 나타났다.

기타 지역에서는 BOD의 점오염원 전환율이 9.24%, 비점오염원 증감률은 -46.56%, 총오염원 증감률은 -37.33%로 나타났다. T-N의 경우 점오염원 전환율은 31.46%, 비점오염원 증감률은 -38.27%, 총오염원 증감률은 -6.80%로 측정되었다. T-P는 점오염원 전환율이 82.52%, 비점오염원 증감률은 -37.38%, 총오염원 증감률은 45.15%로 나타났다.

자원화에서 정화처리로의 전환은 특정지역과 기타지역 모두에서 오염물질 배출 부하량에 실질적인 영향을 미쳤다.

처리효율의 민감도 분석 결과, 처리효율의 변화가 점오염원 및 비점오염원 배출량에 미치는 영향을 명확히 분석할 수 있었다. 유형-2의 특정 지역과 기타 지역에서 처리효율에 따른 배출 부하량은 점오염원과 비점오염원의 전환율 및 증감률에서 뚜렷한 차이를 보였다. 특히 기타 지역에서 T-P의 방류수 수질 기준을 100 mg/L에서 40 mg/L로 조정했을 때, 점오염원 전환율은 33.01%, 비점오염원 증감률은 -34.95%, 총오염원 증감률은 -1.94%로 나타났다. 이 조정은 T-P의 배출 부하량 감소에 긍정적인 영향을 미쳤음을 보여준다.

결론적으로, 가축분뇨 처리 방식의 전환이 환경 오염 저감에 효과적임을 확인할 수 있다. 특히 정화 처리 방식은 자원화 방식에 비해 오염 배출 부하량을 유의미하게 감소시키며, 방류수 수질 기준 조정을 통해 추가적인 환경 보호 효과를 기대할 수 있다. 이러한 결과는 가축분뇨 관리 정책 수립 및 실무 적용에 중요한 기초 자료를 제공하며, 향후 연구에서는 처리 기술의 고도화와 공정 내 제거 효율의 개선이 필요하다. 또한, 모니터링 및 시나리오 분석을 통해 국가적인 양분 관리와 수질오염총량제 관련 정책을 검토할 필요가 있다.

Acknowledgements

본 결과물은 농림축산식품부의 재원으로 농림식품기술기획평가원의 농식품과학기술융합형연구인력양성사업의 지원을 받아 연구되었음 (RS-2024-00400922).

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