풀빅산의 돼지 음수 투여 및 양돈장 분무가 냄새 저감에 미치는 영향

본 실험을 위해 분무용 및 음수 투여용 풀빅산(0.02%)을 제조하였으며, ㈜삼양애니팜(Seoul, Korea)에서 공급한 캐나다산 풀빅산을 사용하였다. 분무 실험은 2주간 대조구 및 실험구 자돈사를 두어 진행하였는데, 실험구에는 0.02%로 제조된 풀빅산을 1회당 1리터씩 주 2회 분무하였으며, 대조구에는 풀빅산을 분무하지 않았다. 음수 투약 실험은 4주간 대조구 및 실험구 육성사를 대상으로 진행하였는데, 실험구에는 제조한 풀빅산(0.02%)을 실험 기간 동안 음수 투여한 반면, 대조구에는 음수 투여하지 않았다. 실험 돈사 내 사육 두수 및 돈사 규격에 관한 정보는 Table 1에 제시되어 있다. 악취 가스의 지표로서 암모니아 및 황화수소 농도를 검지관을 이용하여 현장 직독식 측정으로 진행하였다. 악취 가스 측정은 돈사 내 1/3 및 2/3 지점의 바닥으로부터 30 cm 지점, 작업자 환경에 영향을 미치는 120 cm 지점 및 배기구에서 실시하였다(Figs. 1 and 2). 악취 가스는 가스측정기, 가스텍 검지기, 풍속계 및 온습도계를 이용하여 측정하였다.

Fig. 1. Odor-measuring point in nursery pig barns for the experiment of spraying fulvic acid.

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Fig. 2. Odor-measuring point in growing pig barns for the experiment of providing fulvic acid in drinking water.

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본 실험은 크린폰하이산(삼양애니팜, 서울, 한국), 크린폰하이산 + 풀빅산 및 풀빅산을 이용하여 세 개의 실험구로 진행하였다. 크린폰하이산 및 풀빅산의 분무농도는 일반적인 미생물제 첨가수준인 1 ton당 1 L로 설정하였다. 위 세 개의 물질을 80 L의 혼합 퇴비가 담긴 100 L 플라스틱 통 안에 35일간 크린폰하이산 0.08 L, 크린폰하이산 0.04 L + 풀빅산 0.04 L 및 풀빅산 0.08 L를 분무하였다. 직접 뒤집기를 통해 교반 전후의 악취를 측정하였다. 분무 후 30분, 2시간 및 3시간 경과 때마다 복합 악취 측정 기기를 이용하여, 암모니아, 황화수소 및 디메틸아민(dimethylamine)을 측정하였고, 동시에 직접 관능법을 통해 복합 악취 세기 또한 평가하였다. 직접 관능법을 통한 복합 악취 세기의 평가는 3명의 판정요원이 측정 대상 부지 경계선에서 냄새 수준 6단계(Table 2)를 기준으로 부여한 점수의 평균을 적용하였다.

풀빅산의 분무가 퇴비 부숙에 따른 온도 변화에 미치는 영향을 확인하기 위하여 기계 교반식 퇴비화 시설에서 기존 설치된 오존 발생 분무장치를 이용하여 실험을 실시하였다. 분무 노즐(0.32 mm) 및 악취저감 바이오커텐(외부차광율 75%) 2겹을 설치하였다. 퇴비 부숙에 따른 온도 변화는 기계 교반식 퇴비화 시설 25 m 지점에서 측정하였다.

악취 저감 효과를 알아보기 위하여 gas chromatography with flame ionization detector 측정 및 악취발생량 산출 공식[19]을 이용하여 악취 변화를 계산하였다.

결과데이터는 SAS(SAS Institute, Cary, NC, USA)의 PROC MIXED를 이용하여 분석하였으며, 통계 모델의 고정변수는 처리구로 설정하였다. 모든 분석의 통계적 유의성은 p < 0.05로 경향은 0.05 < p < 0.10로 설정하였다.

자돈사 내 풀빅산 분무 실험 결과, 풀빅산을 분무한 실험구에서 풀빅산을 분무하지 않은 대조구에 비해 암모니아 발생량이 더 낮았다(p < 0.001; Table 3). 또한, 돈사 내 풀빅산 분무에 따른 악취 발생량의 변화를 GC/FID를 이용하여 측정한 결과, 악취발생량의 저감 효과가 나타났다(p < 0.05; Table 4). 최근, Kim et al. [20]은 오줌의 pH가 5 이하인 상태에서는 암모니아의 휘발이 거의 일어나지 않는다고 보고하였다. 분뇨를 산성화시키면 분뇨 내 암모니아를 효과적으로 보존할 수 있으며[21], 풀빅산은 암모니아의 휘발을 감소시킨다는 연구 결과[22]로 미루어 보아, 본 실험에서 분무된 풀빅산이 돈사 안에 존재하는 분뇨 내 암모니아의 휘발을 감소시켰다는 것을 짐작할 수 있었다.

육성돈사 내 풀빅산 음수 투여 실험 결과, 풀빅산을 투여한 실험구와 풀빅산을 투여하지 않은 대조구 간에 암모니아 및 황화수소 발생량의 차이가 나타나지 않았다(Table 3). 따라서 음수 투여로 인한 악취저감 효과는 없다고 판단하였다. 이전 연구에 따르면, 풀빅산을 섭취할 경우 장내 소화 활성, 항산화 활성 및 면역 기능 향상에 도움을 주며, 장내 유해균인 Serratia, Acinetobacter, Aeromonas,Edwardsiella 등을 억제시키고, Lactobacillus와 같은 유익균을 보호한다고 보고하였다[23]. 이러한 효과가 본 실험에서 나타나지 않은 이유는 알 수 없으나, 아마도 풀빅산을 섭취한 육성돈에서 장 환경과 관련된 스트레스가 없었기 때문인 것으로 보인다. 앞으로 풀빅산의 장환경 개선 및 악취 가스 발생 저감 효과에 관한 지속적인 연구가 필요할 것으로 사료된다.

복합 악취 측정 기기를 이용하여 복합 악취를 측정한 결과, 교반 전의 풀빅산 처리구, 교반 후의 크린폰하이산 + 풀빅산 처리구 및 교반 후의 풀빅산 처리구 간의 차이가 없었으며, 동시에 가장 낮은 발생량을 나타냈지만(p < 0.001; Table 5), 수치상으로는 교반 후의 풀빅산 처리구에서 가장 큰 효과를 보였다. 직접관능법을 이용한 평가에서는 교반 후의 크린폰하이산 + 풀빅산 및 교반 후의 풀빅산 처리구에서 가장 낮은 발생량을 나타냈지만(p < 0.001; Table 6), 복합 악취 측정 기기를 통한 측정과 마찬가지로 수치상으로는 교반 후의 풀빅산 처리구에서 가장 큰 효과를 보였다. 암모니아 발생량은 교반 전 세 개 처리구에 비해 교반 후에 더 저감되었지만(p < 0.001; Table 7), 수치상으로는 교반 후의 풀빅산 처리구가 나머지 두 개 처리구에 비해 두 배 이상의 암모니아 저감 효과를 보였다. 디메틸아민 발생량에서 또한 대체적으로 교반 전에 비해 교반 후에 세 개 처리구에서 더욱 저감된 효과가 나타났다(p < 0.001; Table 8). Lee et al. [24]에 따르면 양돈장의 슬러리 pH가 높을수록 많은 양의 암모니아 가스가 발생하였다고 보고했는데, 이로 미루어 볼 때 돈사 분무 실험과 마찬가지로 풀빅산이 퇴비장의 분뇨 내 pH를 낮추어 암모니아 휘발을 저감하는 데 기여했을 것이라고 짐작할 수 있다.

퇴비화 시설에서 풀빅산 첨가에 의한 악취 저감 효과를 조사하기 위해 인위적인 뒤집기 과정에서 퇴비 자체 발효 및 열에 의하여 발생하는 암모니아 발생량을 측정하였다. 풀빅산 분무 30분 후 암모니아 농도는 급격히 줄어들었으나, 3시간 경과 후 암모니아 농도는 다시 증가하였다(Table 9). 발효조 내에서 작동하는 교반기가 발생시키는 열과 퇴비화 단계에서 추가적으로 발생하는 열이 미생물 발효를 촉진시켜 악취가 증가하는 것으로 판단하였는데, 이는 퇴비 부숙도가 투입된 분의 생물화학적 산소요구량 수준이나 습도에 따라 달라질 수 있으며, 운전되고 있는 교반기 내 온도 등의 환경이 퇴비의 부숙 기전에 많은 영향을 미치기 때문이라는 이전 연구의 보고에 근거한 것이었다[25].

풀빅산 분무에 따른 퇴비화 시설의 온도 변화를 관찰한 결과, 풀빅산을 분무하지 않은 퇴비화 시설의 경우 1차 발효가 완성되는 온도인 40°C에 이르기까지 15일의 시간이 소요된 반면, 풀빅산을 분무한 퇴비사의 경우 7일이 소요되었다. Lee et al.[26]에 따르면 퇴비 발효 약 10일 동안 온도 상승 기울기가 크게 나타났으며, 이후 4주 차까지 60°C–65°C의 온도가 유지되었다고 보고하였다. 본 실험에서 풀빅산을 처리한 퇴비화 시설의 최고온도는 71°C로 나타났는데, 이는 대조구보다 8°C 더 높은 온도였으며, Lee et al.[26]의 연구에서 보고했던 퇴비 발효 최고온도인 65°C보다 6°C도 더 높은 온도였다. 풀빅산을 분무한 퇴비화 시설에서는 퇴비화가 지속되는 동안 온도가 빠르게 상승하는 동시에 최고온도 또한 상승하여 퇴비화 부숙 기간이 단축될 수 있을 것으로 판단된다. 발효 기간 중 온도의 변화는 미생물 분해과정에서 발생하는 것으로 발효 진행을 확인할 수 있는 매우 중요한 지표인데, 풀빅산이 함유된 피트모스를 계분 발효 실험에 이용한 연구에 따르면, 피트모스의 수력이 높고 양이온 치환용량이 톱밥보다 높아 미생물이 서식하기 좋은 환경이므로 퇴비 부숙 및 온도 상승에 영향을 미쳤을 것이라고 보고하였다[14]. 퇴비장 내 풀빅산 분무에 따른 악취 발생량의 변화를 GC/FID를 이용하여 측정한 결과, 프로피온산, 뷰티르산, I-발레르산, n-발레르산 및 휘발성 유기화합물 발생량을 종합했을 때 유의미한 차이가 나타나지 않았지만, 수치상에서 발생량의 감소를 보였다. 또한, 악취발생량 산출 공식[19]을 통해 계산한 결과, 풀빅산 분무가 분뇨에서 발생하는 암모니아, 프로피온산, 뷰티르산, I-발레르산, n-발레르산 및 휘발성 유기화합물을 종합했을 때 효과적으로 저감하는 것으로 나타났다(p < 0.001; Table 10).

본 실험의 결과를 종합해 볼 때, 풀빅산이 돈사 및 퇴비사에서 발생하는 암모니아 저감에 유용하게 활용 가능할 것으로 판단하였다. 풀빅산의 악취 저감에 대한 추가적인 검증 및 그 기전에 관한 지속적인 연구가 진행되어야 할 것으로 사료된다.