01-계사(냄.환).151047.pdf346.1KB

• 1. 서 론
• 2. 연구 내용 및 방법
• 2. 1. 연구 대상 시설
• 2. 2. 측정 및 분석
• 3. 결과 및 고찰
• 3. 1. 계사 유형별 현행 악취 규제물질의 내부 농도 분포 현황
• 3. 2. 계사에서 배출되는 악취 물질의 배출계수 산정 결과
• 3. 3. 본 연구의 제한점
• 4. 결 론

1. 서 론

 FTA 체결 등 여러 나라들과의 교역이 증대되는 현상황 하에서 다른 산업 부문에 비해 경제적이나 기술적 측면에서 기반 여건이 상대적으로 취약한 국내 축산업은 대내외적으로 운용상의 많은 어려움에 봉착하고 있는 실정이다. 하지만 가축의 생산성 증대를 도모하기 위해 기존의 소규모 형태에서 집약 방식의 기업화 형태로 전환됨으로써 사육두수 관점에서는 과거에 비해 크게 감소되지 않는 경향을 보이고 있다.¹⁾  이러한 국내 축산업이 계속해서 중/대규모 형태의 작업 유형으로 변화됨에 따라 가축의 사육 조건이 개선되면서 동시에 생산 효율도 상당 부분 증가되는 경제적 이점을 가져온 것도 사실이다. 하지만 악취, 분진, 부유 미생물 등 축사 실내 환경 내부에서 발생되는 대기오염 물질들이 환기 및 정화 시스템이 적정 수준으로 가동되지 못하는 경우 국지적으로 발생된 다량의 대기오염 물질들이 어떠한 제어 없이 외부로 그대로 배출되어 악취 발생,²⁾ 오존층 파괴로 인한 기후 변화³⁾ 등의 심각한 대기 오염, 구제역 및 조류독감 바이러스의 공기 전염 확산⁴⁾ 등의 환경보건학적 문제들을 야기시킬 수 있다.

 특히 축산 악취의 경우 쾌적한 삶의 질 향상을 추구하려는 현대인들의 욕구와 도시와 농촌간의 구분이 점차 모호해지는 현 상황 하에서 관련 민원 발생율이 계속해서 증가하고 있다. 따라서 악취 등 축산업 운용으로 인해 기인하는 대기오염물질들의 적절한 관리는 친환경 축산 기반의 조성 도모를 통한 지속가능한 축산(Sustainable Livestock) 구축에 중요한 선결 과제일 뿐 아니라, 축사 인근 지역에 거주하는 정주민의 생활 불편 해소 및 쾌적한 삶의 질 향상을 위해 반드시 선행되어야 할 필요충분 조건이라 할 수 있다.

축산업의 대표적 시설인 계사(鷄舍)의 경우 일반 다른 산업시설이나 생활시설에서 배출되는 악취에 비해 농도, 강도, 지속성 모두 상대적으로 높은 것으로 보고 되고 있다.^5,6)  하지만 고효율 악취 제어시설이 보편적으로 적용되는 일반 시설들과는 달리 경제적으로 열악한 조건하에서 운영되고 있는 계사 대부분이 미생물 첨가제나 단순 환기시스템 등의 저비용 저효율 악취제어시설이 가동되고 있어 인근 정주민 지역으로의 악취 배출이 거의 무방비 상태인 상황이다.

 또한 미국과 유럽 등의 선진국에서는 계사 악취에 대해 보건학적 측면에서 주요 원인물질인 암모니아와 황화수소를 대상으로 계사 작업자 노출량 평가^7-9) 및 주변 지역으로의 악취 휘산 정도를 정량화하기 위한 배출계수 산정 연구들^10-12)이 이미 20여년 전부터 수행되어 이와 관련한 DB의 구축이 거의 정립화 되고 있는 시점이나, 우리나라의 경우 본 분야에 대한 현장 기초 조사마저도 거의 미진한 상황이라 할 수 있다.

 따라서 본 연구는 계사를 대상으로 현재 국내 악취방지법에서 적용하고 있는 22가지 물질에 대한 실내농도 파악 및 배출계수의 산정을 통해 축산 악취 관련 환경 정책 수립을 위한 현장 기초자료를 제공하는 데 목적을 두고 있다.

2. 연구 내용 및 방법

2. 1. 연구 대상 시설

 제주 지역에 위치한 계사 2개소를 대상으로 2011년 7월~10월 동안 월별 현장 방문하여 악취 시료를 채취하였다. 제주 지역에 위치한 계사를 조사 대상으로 선정한 이유는 조류독감 등 닭 관련 감염성 질병 발병률이 육지에 비해 상대적으로 낮아 현장 조사를 위한 외부인들의 농장 출입이 비교적 용이하고, 청정지역인 제주 지역의 경우 외부 공기오염물질의 농도가 상대적으로 낮아 계사 내부로 유입되는 수준도 상당히 미미할 것으로 추정되어 외부 오염물질 유입원이 최대한 차단된 계사 만의 독자적 데이터를 확보할 수 있기 때문이었다. 현장 조사는 월별 데이터의 객관성을 유지하기 위해 맑은 날 오후 시간대 (1:00 PM~5:00 PM)로 모두 동일하게 적용하여 수행되었고, 조사대상 계사의 제원은 Table 1과 같다.

Table 1. Profile of the poultry buildings investigated in this study

2. 2. 측정 및 분석

 계사 중앙 바닥으로부터 1m 상부 지점에서 지역시료의 형태로 공기 채취를 하였다. 계사에서 배출되는 악취 물질의 발생량은 내부 공기 배출구 지점에서 측정한 농도 값에 유량을 곱하여 나타냈다. 유량은 강제환기 방식의 밀폐형 계사의 경우 배기팬 면적에 유속을 곱하여 측정하였고, 자연환기 방식의 개방형 계사의 경우 Gay et al.¹³⁾의 연구 방법에 따라 계사 내/외부의 온도 및 CO₂ 농도를 직독식 측정기로 측정한 후 내부와 외부간의 차이를 근거로 열 평형 및 CO₂ 평형방법을 병행하여 측정하였다. 발생량에 대한 배출 계수 산정을 위해 조사 대상 각 계사의 면적과 사육되는 닭의 총 무게를 조사하였다. 총 무게 산출의 경우 현실적으로 사육되는 닭들의 총 무게를 측정한다는 것은 불가능했기 때문에 농장주로부터 자료를 받아 수행하였고, 최종적으로 성계(成鷄) 평균 무게인 1.5 kg을 가축 단위(Animal Unit; AU) 기준으로 환산한 후 산정하였다.

 측정 대상 악취 물질은 현재 국내 악취방지법에서 규정하고 있는 악취 물질 22가지 모두를 대상으로 하였으며, 각 물질별 계사 내부의 공기 시료 채취 및 분석 절차는 악취공정시험방법¹⁴⁾에 준하여 시행하였다.

3. 결과 및 고찰

3. 1. 계사 유형별 현행 악취 규제물질의 내부 농도 분포 현황

 Fig. 1은 2011년 7월에서 10월의 4개월 동안 측정된 악취 물질의 계사 유형에 따른 월별 농도 분포 현황을 보여주고 있다. 측정 결과, 현행 국내 악취방지법에서 규제하고 있는 22가지 물질 중 최소 한 곳의 계사에서라도 검출된 물질은 총 10가지(ammonia, hydrogen sulfide, methyl mercaptan, dimethyl sulfide, dimethyl disulfide, trimethyl amine, styrene, toluene, xylene, methyl ethyl ketone)였으며, 나머지 12개 물질은 불검출로 분석되었다.

Fig. 1. Monthly concentration of main odorous compounds according to types of poultry building.

 검출된 각각의 악취 물질별 농도 분포 현황을 평균수치와 범위로 살펴보면, ammonia는 1.62 (0.44~3.08) ppm, hydrogen sulfide는 5.13 (1.81~7.61) ppb, dimethyl sulfide는 0.41 (0.06~0.70) ppb, diemthyl disulfide는 0.16 (0.10~0.20) ppb, trimethylamine은 2.40 (0.13~9.20) ppb, styrene은 1.30 (0.81~1.69) ppb, toluene은 1.93 (1.49~2.42) ppb, xylene은 1.99 (1.21~2.72) ppb인 것으로 분석되었다. Methyl mercaptan의 경우 윈치 형식의 자연환기가 적용되는 산란계사에서만 8월에 2.18 ppb로 검출되었고, methyl ethyl ketone은 무창 형식의 강제환기가 적용되는 산란계사에서 9월에만 2.13 ppb, 윈치 형식의 자연환기가 적용되는 산란계사에서 8월에만 2.56 ppb으로 검출되었다.

 본 연구의 측정 결과만을 근거로 고찰해 보면 환기방식 측면에서 강제환기가 적용되는 무창 계사와 자연환기가 적용되는 윈치 계사 간의 내부 악취 농도 분포는 일정한 변화 양상이 관찰되지 않았고, 물질별로 농도 차이가 다양하게 나타난 것으로 조사되었다. 월별 농도 추이 측면에서는 계사 환기율이 감소하는 가을철(9월, 10월)이 계사 환기율이 상대적으로 높게 적용되는 여름철 (7월, 8월)보다 전반적으로 계사 내부의 악취 물질 농도가 높은 것으로 분석되었다.

 본 측정 결과에 있어 특이할만한 사항은 축산 악취의 주요 원인 물질로 국외 여러 연구자들^15,16)에 의해 지목된 지방산류 물질들이 전혀 검출되지 않은 사실이다. 이에 대한 원인으로는 현장 방문을 통한 측정 당시의 인위적으로 제어할 수 없는 환경적 상황들, 즉 물청소로 인한 계사 내부의 급격한 습도 상승에 의한 시료 여재 및 공기 채취기의 이상 및 닭의 출하에 따른 계사 악취 형성 기여 물질 발생원의 일시적 부재에 의한 것으로 추정되는 바이다. 일반적으로 악취 발생에 크게 기여하는 휘발성 지방산은 짝수 탄소로만 이루어진 탄소사슬을 가진 기름이나 지방으로 이루어져 있으며, 보통 12, 14 및 18의 탄소사슬을 갖는다. Hartung and Hilliger¹⁷⁾ 에 의하면 계분에서 주로 검출되는 저급 지방산(C₁ -C₄ 계열)은 탄소수가 적어 실질적으로 악취형성에 크게 기여하지 못하며 탄소수가 많은 고급 지방산이 주요 악취원인이라 하였는데, 이는 탄소수가 많을수록 계분 분해시 악취 형성에 상당 부분 기여하기 때문이라 추정된다. 따라서 현재 국내 악취방지법에서 규제하고 있는 저급 지방산류 4가지 물질들은 계사 악취 형성에 대한 기여도가 상대적으로 낮을 수 있어 C₅ 이상의 고급 지방산류 물질들로 모니터링하는 것이 지방산류에 의한 계사 악취 패턴을 객관적으로 평가할 수 있는 방안이라 판단된다.

 또한 p-cresol, skatole, indole 등의 페놀류 물질들도 계사를 포함한 축산 분야 전반에 걸쳐 대량으로 배출되는 악취 원인 물질로 많은 국외 연구자들에 의해 지목되고 있으며,^18-20) 계사에서 작업하는 근로자나 인근 주변 정주민들에 대한 심미적 피해도 상당한 편이다.

 하지만 현행 국내 악취방지법 규제 물질 항목에는 이 물질들이 포함되어 있지 않기 때문에 객관적인 계사 악취의 정성 분석 결과를 반영하기 위해서는 계사 악취 규제 물질의 적용 적정성에 대한 면밀한 검토가 요구되는 바이다.

3. 2. 계사에서 배출되는 악취 물질의 배출계수 산정 결과

 국내 악취규제물질 22가지 중 조사대상 계사 2개소 모두에서 조사기간 4개월 동안 월별 모두 검출된 ammonia와 hydrogen sulfide에 대해서만 가축 단위 및 계사 면적 기준 방식으로 배출계수를 산정하였고 분석한 결과는 다음과 같다.

 Fig. 2는 계사 유형에 따른 월별(2011년 7월~10월) 및 평균 ammonia의 배출계수 (발생량 원단위) 분포를 가축 단위(Animal Unit; AU)와 계사 면적(m²) 측면에서 보여주고 있다.

Fig. 2. Monthly emission factor of ammonia according to types of poultry building.

 가축 단위 기준의 경우 ammonia의 월별 배출계수 분포는 다음과 같다. 강제환기가 적용되고 있는 무창 산란계사 (W farm)의 경우 5,105~6,204 mg h^-1  AU^-1의 범위를 보였고, 평균 배출계수는 5,633 (±455) mg h^-1 AU^-1인 것으로 산정되었다. 자연환기가 적용되고 있는 윈치 산란계사(Y farm)의 경우 3,545~4,424 mg h^-1 AU^-1의 범위를 보였고, 평균 배출계수는 3,931 (±365) mg h^-1 AU^-1인 것으로 산정되었다.

 계사 면적 기준의 경우 ammonia의 월별 배출계수 분포는 다음과 같다. 강제환기가 적용되고 있는 무창 산란계사(W farm)의 경우 523~693 mg h^-1  m^-2의 범위를 보였고, 평균 배출계수는 596 (±72) mg h^-1 m^-2인 것으로 산정되었다. 자연환기가 적용되고 있는 윈치 산란계사 (Y farm)의 경우 476~618 mg h^-1 m^-2의 범위를 보였고, 평균 배출계수는 530 (±63) mg h^-1 AU^-1인 것으로 산정되었다.

 Fig. 3은 계사 유형에 따른 월별(2011년 7월~10월) 및 평균 hydrogen sulfide의 배출계수 (발생량 원단위) 분포를 가축 단위(Animal Unit; AU)와 계사 면적(m²) 측면에서 보여주고 있다.

Fig. 3. Monthly emission factor of hydrogen sulfide according to types of poultry building.

 가축 단위 기준의 경우 hydrogen sulfide의 월별 배출계수 분포는 다음과 같다. 강제환기가 적용되고 있는 무창 산란계사 (W farm)의 경우 8.32~150.24 mg h^-1 AU^-1의 범위를 보였고, 평균 배출계수는 68.52 (±59) mg h^-1 AU^-1인 것으로 산정되었다.

 계사 면적 기준의 경우 hydrogen sulfide의 월별 배출계수 분포는 다음과 같다. 강제환기가 적용되고 있는 무창 산란계사(W farm)의 경우 0.85~64.26 mg h^-1 m^-2의 범위를 보였고, 평균 배출계수는 20.73 (±29) mg h^-1 m^-2인 것으로 산정되었다. 자연환기가 적용되고 있는 윈치 산란계사(Y farm)의 경우 0.64~3.92 mg h^-1 m^-2의 범위를 보였고, 평균 배출계수는 1.54 (±2) mg h^-1 AU^-1인 것으로 산정되었다.

 분석 결과 암모니아와 황화수의 계사 내부 농도는 계사 유형에 따라 큰 차이를 보이지 않았으나 배출계수 측면, 특히 황화수소의 경우 크게는 약 15배 가량 차이를 보이는 것으로 조사되었다. 그 이유는 악취물질의 배출농도 및 배출계수는 배출원의 특성, 즉 측정 당시의 실내 적정 온/습도를 유지하기 위한 계사별 환기량, 입식되어 사육되고 있는 닭의 수 및 월령, 실외 기상 조건의 상이함 등에 의한 것으로 사료된다.

3. 3. 본 연구의 제한점

 계사 내부의 주요 환경 인자인 온도와 상대습도도 악취 발생 강도를 결정하는 주요 인자이나, 4개월의 측정 결과만을 근거로 계사 실내의 온/습도와 악취 농도간의 통계적 상관관계를 규명한다는 것은 비약적이라 할 수 있어 온/습도 관련 현장 측정 자료는 생략하게 되었다. 또한 각 농가에 따른 월별 측정을 1회만 수행할 수 밖에 없는 현실적 한계 때문에 표준편차를 제시할 수 없었던 점도 본 연구의 제한점이라 할 수 있다. 따라서 이를 수행하기 위해서는 지금보다 더 많은 분석 데이터의 확보가 필요하다.

 본 연구의 조사는 7월에서 10월 중에 진행되어 전반적으로 여름철의 기후 조건만을 반영했을 뿐 우리나라의 전형적인 4계절 조건 모두를 충족시키지 못하고 있다. 따라서 계사 내부 환경의 적정 온/습도 유지를 위해 환기율이 상대적으로 낮아지는 겨울철과 온화한 기후 조건인 봄철과 가을철에도 현장 조사가 향후 수행되어 본 측정 데이터와의 계절별 비교가 반드시 검토 되어야 할 것이다.

 월별 및 계사 유형에 따라 검출되지 못한 물질들이 관찰되었는데, 이는 현장 방문 직전에 계사 내부의 청소, 입식된 닭들의 교체 등 본 연구팀이 인위적으로 제어할 수 없는 계사 내부 환경 요인들의 변동 및 측정당시의 공기시료 채취기의 이상 발생으로 인한 예상치 못한 원인에 의한 것으로 추정된다. 따라서 이러한 측면도 현장 실증 조사에 기반을 둔 본 연구의 한계점이라 할 수 있다.

4. 결 론

 현행 국내 악취방지법에서 규제하고 있는 22가지 물질 중 한 곳의 계사에서라도 검출된 물질은 총 10가지(ammonia, hydrogen sulfide, methyl mercaptan, dimethyl sulfide, dimethyl disulfide, trimethyl amine, styrene, toluene, xylene, methyl ethyl ketone)였으며, 나머지 12개 물질은 불검출로 분석되었다. 계사 유형에 따른 악취 물질의 실내농도 분포는 환기 방식 측면에서 강제환기가 적용되는 무창 계사와 자연환기가 적용되는 윈치계사 간의 내부 악취 농도 분포는 일정한 변화 양상이 관찰되지 않았고, 물질별로 농도 차이가 다양하게 나타난 것으로 조사되었다. 월별 농도 추이 측면에서는 계사 환기율이 감소하는 가을철(9월, 10월)이 계사 환기율이 상대적으로 높게 적용되는 여름철(7월, 8월)보다 전반적으로 계사 내부의 악취 물질 농도가 높은 것으로 조사되었다. 하지만 ammonia와 hydrogen sulfide 측면에서 본 악취물질 배출계수의 경우 이와는 정반대로 계사 환기율이 상대적으로 높은 여름철(7월, 8월)이 계사 환기율이 감소하는 가을철(9월, 10월) 보다 대체로 높은 것으로 분석되었다.