생물활성액 순환형 돈사시스템의 적정 운전인자 = Optimal Parameters of Bio-liquor Circulation Type Swine Manure Management System

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Due to lack of established operating conditions, the swine manure management process circulates bio-liquor between the slurry pit and the bioreactor process cannot be effectively used yet. Therefore, a lab scale study comprising a single bio-reactor and slurry pit was conducted to investigate the optimal operating conditions. The main experiment was performed after conducting a preliminary study on the operating conditions. In the preliminary study, the volume ratio of the bioreactor to the slurry pit was fixed at 1 and hydraulic retention time (HRT) of the bioreactor was set as 5, 10 and 15 d. In the main experiment, the HRT of the bioreactor was fixed at 5 d based on preliminary results and the ratio of bioreactor to slurry pit was set at 1:3, 1:5, 1:7 and 1:10. Since, a decrease in bioreactor performance occurred when NH4-N loading rate reached 60 g/m3/d, the loading rate of NH4-N was required to be maintained below 55 g/m3/d to achieve stable operation. Although manure excretion can definitely increase the loading rate into the bioreactor as well as NH4-N concentration in the slurry pit, the NH4-N in slurry pit can be kept consistent with the circulation rate above 9.5Q (ratio to manure excretion). The optimal volume ratio of the bioreactor to the slurry pit and HRT of the bioreactor to fulfill these operating conditions was 1:3 and 5d, respectively. Notably, studying of the individual farm situation is very important to establish an ideal method to apply the optimal operation conditions suggested in this study.

국문 초록 (Abstract)

최근, 돈사 내 슬러리피트와 생물반응조를 연계하여 생물활성액을 지속적으로 순환시키는 양돈분뇨 관리방법이 주목받고 있지만 과학적 운전조건 설계가 이루어지지 않아 현장에서 효과적으로 이용하지 못하고 있는 실정이다. 따라서, 본 연구에서는 단일생물반응조와 슬러리피트로 구성된 분뇨관리 시스템을 구성하고 생물활성액을 슬러리피트로 순환시키는 분뇨관리 방법의 적정 운전조건을 조사하고자 하였다. 본 연구의 목적과 관련된 선행 연구가 수행된바 없어 운전조건 설계를 위한 예비실험을 수행한 후 그 결과를 기반으로 2차실험을 진행하였다. 예비실험에서는 생물반응조와 슬러리피트의 비율을 1로 설정하고 생물반응조의 HRT를 5, 10, 15일로 달리하여 생물활성액을 슬러리피트로 순환하였다. 2차 실험에서는 예비실험 결과에 의거하여 모든 생물반응조의 HRT를 5일로 설정하고 용적을 슬러리피트 대비 1:3, 1:5, 1:7, 1:10 규모로 축소하여 수행하였으며, HRT 5일 이하에서의 변화양상을 파악하기 위해 일정시간 경과 후 HRT를 3일로 단축하였다. 생물반응조 공기공급량, 슬러리피트 분뇨 발생량 등은 현장조사연구 결과를 반영하였다. 실험결과 생물반응조의 경우 NH4-N 부하율이 60g/m3/d를 초과하면 처리능력이 상실되는 것으로 나타나 안정적인 운전을 위해서는 55g/m3/d 이하의 부하율을 유지해주는 것이 적절한 것으로 판단되었다. 또한 돈사에서의 분뇨 배설은 슬러리 피트 내 NH4-N 농도를 상승시키고 연쇄적으로 생물반응조의 NH4-N 부하율을 증가시키지만 분뇨 배설량의 9.5Q 이상의 순환율에서는 슬러리피트 내 NH4-N 농도가 일정하게 유지되는 것으로 분석되었다. 이러한 조건을 충족할 수 있는 적정 생물반응조:슬러리피트 비율과 생물반응조 HRT는 각각 1:3, 5일 수준인 것으로 나타났다. 생물반응조 HRT의 경우 제시한 적정부하량 55g/m3/d만 초과하지 않는다면 3일까지도 가능할 것으로 판단되었으며, 또한 현장여건은 농가마다 상이하기 때문에 해당 농가의 여건을 사전 조사하여 본 연구를 통해 제시한 적정 운전조건을 제공할 수 있는 방법을 마련하는 것이 매우 중요할 것으로 여겨진다.

참고문헌 (Reference)

1 전제찬, "양돈농가 개별 정화처리 실태조사 : 충청남도 지역을 중심으로" 강원대학교 대학원 2014

2 이순영, "백색부후균 Phanerochaete chrysosporium PSBL-1을 이용한 축산폐수와 하수의 연계처리" 대한환경공학회 28 (28): 286-297, 2006

3 Körner, S., "The effect of pH variation at the ammonium/ammonia equilibrium in wastewater and its toxicity to Lemna gibba" 71 (71): 71-78, 2001

4 APHA (American Public Health Association), "Standard Method for Examination of Water and Wastewater" American Public Health Association 1995

5 Ministry of environment, "Research on resetting of restricted area distance of livestock breeding" Ministry of environment and Ministry of Agriculture, Food and Rural Affairs 2015

6 Sutton, A. L., "Potential for reduction of odorous compounds in swine manure through diet modification" 77 (77): 430-439, 1999

7 Gerendás, J., "Physiological and biochemical processes related to ammonium toxicity in higher plants" 160 (160): 239-251, 1997

8 Le, P. D., "Odour from animal production facilities: its relationship to diet" 18 (18): 3-30, 2005

9 Rappert, S, "Odor compounds in waste gas emissions from agricultural operations and food industries" 25 (25): 887-907, 2005

10 Britto, D. T., "NH4+ toxicity in higher plants: a critical review" 159 (159): 567-584, 2002

11 Park, B. G., "Livestock manure recycling and environment" 1 : 32-36, 2000

12 RDA (Rural Development Administration)., "Investigation of the actual state of livestock manure treatment and nutrient loading against the policy reinforcement" Rural Development Administration 2015

13 Adriaanse, F. G., "Effect of time of application and nitrate: ammonium ratio on maize grain yield, grain N concentration and soil mineral N concentration in a semi-arid region" 34 (34): 57-70, 1993

14 Blanes-Vidal, V., "Characterization of odor released during handling of swine slurry: Part I. Relationship between odorants and perceived odor concentrations" 43 (43): 2997-3005, 2009

15 Mackie, R. I., "Biochemical identification and biological origin of key odor components in livestock waste" 76 (76): 1331-1342, 1998

16 Wolt, J. D., "Applications to environmental science and agriculture. Soil Solution Chemistry" John Wiley 147-152, 1994

17 Ha, D. M., "An optimal management system for the liquid manure to reduce the bad odor" Kyeongnam National University 2016

18 Schortemeyer, M., "Ammonium tolerance and carbohydrate status in maize cultivars" 79 (79): 25-30, 1997

19 Zhu, J., "A review of microbiology in swine manure odor control" 78 (78): 93-106, 2000

20 Oh, C. M., "A Study on the Technological Trends on the Odor Emission of Pig Manure" Sungkyunkwan University 2015

21 Chapin, A., "A Handbook for All Interested Parties" Yale Environmental Protection Clinic 1-56, 1998