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ISSN : 2288-9167(Print)
ISSN : 2288-923X(Online)
Journal of Odor and Indoor Environment Vol.19 No.4 pp.389-399
DOI : https://doi.org/10.15250/joie.2020.19.4.389

Study on the evaluation of field applicability of the living odor management model in Korean odor emission facilities

Buju Gong*, Jonghyeon Kim, Duhyun Oh, Jungwung Yoo, Eunji Woo, Sukjun Seo, Jeonghun Kim, Jungmin Park
National Institute of Environmental Research
*Corresponding author Tel : +82-32-560-7333 E-mail : bjkong@korea.kr
04/11/2020 03/12/2020 04/12/2020

Abstract


In this study, actual odor conditions were investigated in restaurants, livestock facilities, and major odor discharge facilities around daily life, and an odor modeling program was performed to find ways to improve odors in odor discharge facilities. The odor modeling results of restaurants around daily life showed that the complex odor concentration of large restaurants, which are close to residential areas, is higher than the acceptable complex odor standard at the receiving point. It was judged that a plan to increase the height of the restaurant odor outlets and a plan to reduce the amount of odor discharge was necessary. As a result of modeling the life odor of livestock housing facilities, when the distance from the housing facility is far away, the actual emission concentration is much lower than the acceptable emission concentration at the receiving point. It was judged that such facilities need to be reviewed for ways to reduce the emission of odorous substances, such as sealing the livestock housing facilities or improving the livestock environment. The main odor emission business sites that show complex odor concentration as 1,000 times or greater than the outlet odor emission standard were businesses associated with surfactant preparation, compounded feed manufacturing, textile dyeing processing, and waste disposal. Due to the separation distance and high exhaust gas flow rate, it was found that odor reduction measures are necessary. In this study, it was possible to present the allowable odor emission concentration at the discharge facilities such as restaurants, livestock houses, and industrial emission facilities by performing the process of verifying the discharge concentration of the actual discharge facility and the result of living odor modeling. It is believed that suitable odor management and prevention facilities can be operated.



생활악취 모델링을 이용한 악취 배출업소 관리방안 연구

공부주*, 김종현, 오두현, 유정웅, 우은지, 서석준, 김정훈, 박정민
국립환경과학원 대기공학연구과

초록


    © Korean Society of Odor Research and Engineering & Korean Society for Indoor Environment. All rights reserved.

    1. 서 론

    국내의 악취문제는 2005년 악취방지법시행에도 불구하고, 국민들의 생활수준 향상과 쾌적한 환경에 대 한 요구가 증대됨에 따라 악취를 포함한 생활환경 전 반에 대한 민원이 증가하고 있으며 이에 대한 관심이 커지고 있다. 특히, 악취민원은 Fig. 1과 같이 ’03년 2,381건, ’10년 7,247건, ‘18년 32,475건으로 지난 15여 년간 약 7배 증가하였고, 특히, 하수도·음식점 등 비규 제 악취발생시설과 악취관리지역 외의 사업장에서 악 취민원이 증가한 것으로 나타났다. 악취 비민원업소수 는 8,993개소로 악취민원과 같이 지속적으로 증가하였 고, 지역별로는 경기, 인천, 부산, 충남 순이며 민원발 생 업체의 수는 경기, 경남, 충남, 전남 순이었다. 특히 음식점, 농경지 퇴비, 하수도 등 악취 비규제시설과 악 취관리지역 외의 사업장에서 악취민원이 급증 증가한 것으로 나타났다(ME, 2017;NIER, 2018;ME, 2019).

    우리나라 악취문제의 특징은 민원이 지속적으로 증 가하고 있는 것과 함께, 악취배출허용기준 이내인 경우 에도 악취민원이 발생하고, 악취 배출원이 다양하며 피 해범위가 광범위하다는 것이다. 악취는 평균농도가 아 닌 고농도의 순간 농도에 의해 발생하면 즉시 감지하 는 감각적인 특성이 있으며, 악취를 유발하는 원인물질 이 매우 다양하고 지역마다 국지적인 발생 특성이 다 르기 때문에 악취 원인물질 규명과 해결이 쉽지 않다. 또한, 악취 측정 시점의 조업여건 및 기상상황 등에 따 라 측정결과가 상이한 경우가 많아서 국내에서 사용하 는 복합악취 희석배수를 측정하여 관리하는 방법으로 민원을 일으키는 악취강도를 평가하기에는 어려움이 있다. 전국 시도의 현행 악취실태조사는 악취방지법 제 4조에 의거하여 악취관리지역 또는 주민의 건강과 생 활환경 피해 우려 시에 실시하며, 복합악취 및 지정악 취물질을 분기당 1회(3일 주·야간) 이상 조사하고 있었 으나, 민원 증가 대비 악취배출허용기준 초과 건수는 소수인 상황이었다. 그 이유는 현행 악취 농도 중심의 조사방법에 한계가 있고 악취영향지역에서 악취체감도 와 악취조사 결과의 괴리가 발생하기 때문이다. 이러한 문제를 보완하기 위한 방법으로 수용자의 악취 피해를 반영할 수 있는 악취실태조사방법의 도입이 필요한 실 정이다.

    악취관리지역 외 및 비규제지역에서 악취민원은 꾸 준히 증가하고 있으나 높이 5m 이상의 악취배출구와 부지경계선의 복합악취 배출허용기준 농도만 존재하여 수용점을 고려한 악취 배출량과 배출기준은 없는 상황 이며, 최근 악취민원이 계속 증가하고 있는 축산시설, 음식점 등 생활악취 발생원에서 확산된 악취는 배출설 비 뿐만 아니라 출입문, 창문 등으로도 배출되며, 배출 원의 규모가 다양하고 밀집정도에 따라 부지경계선이 불명확하며 생활악취 민원에 대한 실효적 관리수단 부 재로 생활악취시설에 대한 악취관리가 필요하며, 현재 악취관리 수단이 없는 국내 생활악취시설에 대한 악취 관리 가이드라인을 적용하기 위한 악취평가 방법과 배 출허용기준 적용방안 마련이 필요한 실정이다.

    본 연구에서는 수용점에서 수용가능한 노출 악취기 준 농도를 만족하기 위한 배출구의 악취 배출량과 배 출기준을 제시하기 위하여 우리나라의 악취 배출시설 및 생활악취시설에 대하여 악취현황을 조사하고 국내 에서 개발한 생활악취 모델링 프로그램을 적용하여 악 취시설에 대한 악취배출 관리의 가이드라인을 제시하 고자 하였다.

    2. 연구내용 및 방법

    2.1 국내·외 악취 모델링 평가방법

    악취평가를 위한 대기확산 모델은 Fig. 2와 같으며, 국내·외에서 주로 사용하는 모델은 CALPUFF 모델링 프로그램이다. 악취평가 모델링의 수행예시를 살펴보 면 다음과 같다. 미국의 Florida 주에서는 Seminole에 위치한 매립지를 대상으로 AERMOD를 이용하여 악 취 완충지역을 설정하기 위하여 메탄 배출량 산정, 대 기확산 모델링에 의한 평가, 악취 지수 변환, 악취 완 충지역의 결정의 4단계로 진행하고 있으며, 오스트레 일리아에서는 OWl Pen Lane에 위치한 Farley 폐수처 리장의 시설 개선(질소 제거기술 적용 등)과 관련하여 악취영향을 평가하는데 악취는 대기에 비해 짧은 시간 에 반응하는 특성이 있으므로 순간적인 환산계수를 적 용하고 있다(NIER, 2017).

    2.2 생활악취 모델링 프로그램

    생활악취 모델링 프로그램은 일본의 배출악취 허용 농도 산출 프로그램인 OES (Odor Emission System)를 개선하였고 종별 악취 배출구의 특성을 개발 프로그램 에 반영하여 개선하였다. 생활악취 모델링 프로그램은 일본의 악취배출시설의 배출구 악취 규제 기준 산정 방법에서 부지경계 지점에서 희석배수기준을 중심으로 악취 배출원 정보 등을 간략히 입력하여 악취오염물질 의 대기 중 확산을 계산하고 이를 역으로 산출하여 배 출구에서의 악취배출허용 악취농도를 산정하는 접근법 을 따르고, 풍하거리에 따른 악취 농도 값인 F(x)는 US EPA의 ISCST3 모델을 직접 수행하여 풍하거리 및 연직 거리에 따라 확산모델링 결과를 산출하도록 개발 하였으며, 모델 입력 기상자료는 악조건 기상으로 안정 도와 풍속에 따른 54개 기상조건을 적용함으로써 복잡 한 확산과정과 최악의 기상조건을 반영하여 배출악취 농도를 산출할 수 있도록 하였다.

    부지경계지점에서 복합악취 희석배수를 기준으로 한 모델링 프로그램의 배출악취농도 산정식은 BPIP와 ISCST3 모델을 이용하여 1OU의 악취가 확산되는 정 도를 계산하고 최대착지농도 지점의 농도 계산 결과를 역수를 취하여 1OU에 대한 악취농도를 산출하고 여 기에 착지지점 악취기준 농도를 곱하여 착지지점 악취 기준을 만족하기 위한 악취농도를 계산하며 최종적으 로 이를 유량으로 나누어 착지지점을 기준으로 한 배 출구에서의 배출악취농도를 산정한다. 확산계산 결과 를 이용하여 악취배출강도와 배출악취농도를 산출하는 방법은 Peak-to-Mean ratio는 다음 식과 같이 1초 값으 로 산출하여 적용하였다.

    q = C /  ( F max  × P )
    (1)

    • q : 배출악취 농도(OU)

    • C : 착지지점 악취기준(OU/m3)

    • Fmax : F(x)의 최대값(OU/m3)

    • P : Peak-to-mean ratio = (60 min / 1 sec)0.2 = 5 .1435 2

    E = q / Q
    (2)

    • E : 배출악취 농도(OU/m3)

    • Q : 배출유량(m3/s)

    생활악취 모델링 프로그램은 배출악취 허용농도를 산정하는 프로그램으로 ISCST3 확산모델을 이용하는 방법을 기반으로 사용자 친화적으로 인터페이스를 개 선하고, 개별 악취 배출원에 대하여 부지경계선 또는 부지경계선 이후의 악취농도를 사용자가 설정한 착지 지점의 악취기준 이내로 만족시키기 위한 배출구의 허 용가능한 악취배출농도를 산출하는데, Fig. 3과 같이 배출구의 높이, 구경 또는 단면적, 배출가스 온도, 배출 가스 수분 함량, 유량을 입력하고 계산하기를 누르면 모델링이 수행되는데, 기타 항목은 모델링 결과에 크게 영향을 주지 않으며, 지역은 도시 지역 또는 시골 지역 선택이 가능하다(JME, 2013;NIER, 2017).

    생활악취 모델링 결과의 해석은 배출구에서 실제 배 출되는 악취 농도가 모델링 결과보다 높은 경우에는 사업장의 시설개선, 배출량 저감 등을 통한 악취저감 방안이 필요하고, 모델링 결과보다 낮은 경우에는 수용 점에 영향을 주는 허용농도 이하이므로 배출허용기준 을 만족하는 것으로 판단한다.

    2.3 국내의 악취 배출원 조사

    생활악취 모델링 적용을 위하여 국내의 음식점과 축 산시설 및 악취 배출시설 현황 및 악취 실태를 조사하 였다. 음식점은 많은 악취 민원을 야기하는 직화구이 음식점으로 수도권은 3곳, 강원권은 2곳으로 총 5곳을 선정하였으며, 수도권 음식점은 배기가스 중 미세먼지 와 악취를 제거하는 시설이 별도 설치되지 않은 상황 이었으며 이로 인한 악취 민원이 많이 발생하고 있었 다. 수도권 음식점은 Fig. 4와 같이 악취 저감시설이 없이 송풍 등에 의한 배기시설만 되어 있는 상황이었 으며, 최근의 수도권 음식점의 복합악취 농도는 악취 배출구에서 632배, 부지경계선에서 29배로 현재 부지 경계선의 복합악취 배출허용기준(기타지역 기준) 적용 시 배출허용기준을 초과하는 것으로 나타났다(Gong et al., 2017;ME, 2017;NIER, 2019).

    축산시설은 경기도에 위치한 돈사 시설로 돼지가 약 2,000마리 사육되는 곳을 선정하였다. 측정지점은 Fig. 5와 같으며 특정한 악취 배출구가 없어 측면 개방구와 출입문을 대상으로 측정하였다. 위 측정 지점을 대상으 로 계절별(여름, 가을)로 복합악취를 측정하여 생활악 취 모델링을 수행하였다.

    악취배출시설의 악취 현황 조사는 지역별로 악취가 많이 발생하는 사업장을 대상으로 배출업소 현황, 복합 악취 농도 및 배출량 등을 조사하여 생활악취 모델링 을 수행하였다.

    3. 연구결과 및 고찰

    3.1 음식점 시설의 악취 현황 및 모델링 적용

    음식점은 비규제 악취발생시설로 악취관리의 사각지 대에 있으며, 생활에 아주 밀접하게 위치하고 있어 많 은 악취 민원을 발생하고 있다. 특히 고기를 굽는 직화 구이 음식점이 많은 악취를 발생시키고 있었으며, 본 연구에서는 이러한 음식점 악취의 현황 파악을 위해 수도권 음식점을 대상으로 악취 배출구에서 복합악취 농도를 측정하였고, 강원권의 음식점의 악취농도는 기 존 연구결과를 활용하였다. 생활악취 모델링 입력자료 로 활용하기 위해서 음식점의 배출시설 정보를 Table 1 에 나타내었다.

    수도권 음식점의 배출구에서 측정한 복합악취 희석 배수 농도는 A음식점은 14,422배, B음식점은 669배, C음식점은 1,442배로 조사되었으며 비규제 악취발생시 설이여서, 배출구 악취배출허용기준의 적용이 어려우 나 배출구 악취 배출허용기준(기타지역) 농도인 500배 를 초과하는 것으로 조사되었다.

    강원권의 음식점은 악취 저감시설이 설치되어 있는 음식점으로 저감시설 전단의 복합악취 희석배수 농도 는 D음식점은 4,481배, E음식점은 3,000배로 나타났고, 저감시설 후단에서는 D음식점은 374배, E음식점은 349배로 저감효율은 약 90% 정도로 나타나 복합악취 배출허용기준(기타지역) 500배를 초과하지 않은 것으 로 나타났다(ME, 2017).

    Table 1과 Fig. 6에는 수용점 중심의 악취 배출허용 가능한 농도를 파악하기 위한 생활악취 모델링을 수행 한 결과를 나타내었다. 수도권 A음식점의 배출원 정보 를 토대로 수용점의 허용가능 복합악취 희석배수 15배 를 적용한 생활악취 모델링 결과는 1,321배, 실 배출 복합악취 농도는 14,422배로 모델링 농도와 실 배출농 도의 비는 10.9 (14,422배/1,321배)로 나타나 수용점에 서의 악취 기준을 만족하기 위해서는 악취배출량 감소 를 위한 시설 개선 등이 필요한 것으로 나타났으며, B 음식점은 배출허용기준을 만족하였으며, C음식점은 배 출허용기준을 약간 초과하는 것으로 나타났다.

    강원권 D음식점의 생활악취 모델링 결과 수용점의 허용가능 복합악취 희석배수 15배를 만족하기 위한 배 출구의 배출허용농도는 18,792배, 실 배출농도는 4,481 배로 모델링 농도와 실 배출농도의 비는 0.2 (4,481배/ 18,792배) 수준으로 나타났고, E음식점의 모델링 농도 와 실 배출농도의 비는 0.4 (3,000배/6,462배)로 나타나 수용점의 배출허용기준을 만족하는 것으로 조사되었다. 이와 같은 결과는 배출원에서 발생하는 악취 강도와 수용점과의 거리에 의한 희석효과에 의한 것으로 판단 된다. 다만 배출구 높이에 의한 영향은 전체 음식점이 비슷한 높이에 배출구가 위치하고 있어 판단하기 어려 웠다.

    3.2 축산시설 악취 현황 및 모델링 적용

    축산시설은 음식점과 같이 악취 비규제시설 중에 하 나이며, 도심과 같은 생활환경에서는 주거지역과 다소 떨어진 지역에 위치하고 있으나, 분뇨와 같은 자극적인 악취로 인해 축사 인근지역에 거주하는 주민에 많은 영향을 미치고 있다. 축산악취와 관련하여 국·내외에서 는 악취발생량을 산정하기 위하여 Table 2와 같이 가 축 두수에 따른 시간별 악취 발생량 원단위(odor unit) 를 제시하고 있다(ME, MG, 2015).

    여러 축산 업종 중 가장 높은 악취 발생량 원단위를 가진 돼지 축사를 대상으로 하여 여름철과 가을철에 악취발생 현황조사 및 생활악취 모델링을 수행한 결과 를 Table 3과 Fig. 7에 나타내었다. 축사 배출구의 복 합악취 농도는 30배~100배 수준으로 나타났고, 축사와 수용점과의 거리를 50m로 적용하였을 때 생활악취 모 델링 농도 결과 대비 실제 배출되는 복합악취 농도 비 는 0.01~0.16 수준으로 나타나, 돈사 축사시설 개선의 필요성은 낮은 것으로 나타났다. 다만 대부분의 축사의 경우 특정한 배출구가 없이 면오염원의 형태로 배출되 고 있어 정확한 악취 배출량이 산정되지 않은 것으로 판단된다.

    3.3 악취배출시설 악취 현황 및 모델링 적용

    지역별로 악취가 문제되는 악취배출시설의 복합악취 농도는 120배~14,422배로 다양하게 나타나고 있었으 며, 생활악취 모델링 대상은 복합악취 농도가 1,000배 이상의 사업장과 500배 이하이지만 악취가 문제되는 업종별 악취배출시설에 대해 적용하였다.

    배출시설의 복합악취 농도가 배출구 배출허용기준 1,000배 이상의 희석배수를 보여주는 사업장 현황과 악취모델링 결과를 Table 4와 Fig. 8에 나타내었으며, 주요 악취 배출사업장은 계면활성제, 합성섬유, 배합사 료, 폐기물 처리업 등이었다. 모델링 대상 배출사업장 은 대부분 도심지에 위치하고 있었으며 배출구의 높은 복합악취 농도, 배출원과 주거지와의 짧은 이격거리, 높은 배출가스 유량으로 인해 생활악취 모델링 결과와 실측 복합악취 농도 비(측정 결과/모델링 결과)가 1.0 이 넘는 결과를 보여주어 배출사업장의 악취저감을 위 한 개선방안이 필요한 사업장으로 판단되었다. 다만 섬 유염색가공 시설은 복합악취 희석배수와 부지경계와의 이격거리 2m를 고려할 때 악취개선이 필요할 것으로 판단되었으나 배출구의 유량이 현저히 낮아 실제 배출 되는 악취 배출량이 낮아 복합악취 측정결과에 대한 모델링 결과 비는 0.01로 낮게 나타났다.

    위의 악취배출시설과 달리 배출구의 악취배출허용기 준 500배 이하로 배출구의 복합악취 배출허용기준을 만족하는 사업장이지만 생활악취 모델링을 수행한 결 과를 바탕으로 악취 개선이 필요한 사업장을 Table 5 및 Fig. 9에 나타내었다. 해당 사업장은 조립금속 제조 업, 사료 제조업, 비료 제조업 시설이었으며, 악취배출 허용기준을 만족함에도 불구하고 복합악취 농도 비(측 정 결과/모델링 결과)가 1.0 이상으로 악취개선 방안이 필요한 것으로 나타났다. 조립금속 및 비료 제조시설은 높은 배출가스 유량으로 악취배출량이 많이 증가한 것 이 원인으로 판단되며, 사료 제조시설은 부지경계와의 거리가 가까워서 위와 같은 결과가 나타난 것으로 판 단된다.

    4. 결 론

    악취는 감각공해라는 차원에서 수용점에서 수용가능 한 악취농도를 기준으로 배출구에서 허용가능한 악취 배출농도를 제시한다는 점에서 특성이 있으며, 국내에 서 개발된 생활악취 모델링 프로그램을 이용하여 생활 주변의 음식점 및 축사 시설과 주요 악취배출시설에 대하여 악취 실태조사 및 기존 측정자료를 이용하여 생활악취 모델링을 수행하여 배출시설의 악취 개선방 안을 모색하였다.

    생활악취 모델링 프로그램은 일본의 악취시뮬레이터 의 접근법을 기초로 국내에서 활용하는 악취모델링의 접근법을 적용하고자 기존 모델링보다 강화된 기준을 적용하여 개발되었다.

    생활주변 음식점에 대한 생활악취 모델링 결과 주거 지역과 근접하고 있는 대형음식점의 복합악취 배출농 도는 수용점에서 수용가능한 배출농도 보다 높게 나타 나 음식점의 배출구를 높이는 방안, 악취배출량을 줄이 는 방안 등이 필요한 것으로 판단된다.

    축사시설에 대한 생활악취 모델링 결과 축사시설이 주거시설과 거리가 많이 떨어져 있는 경우 실제 배출 농도가 수용점에서 수용가능한 배출농도보다 휠씬 낮 게 나타났으나, 최근 주거지역 이동 등으로 인해 축사 지역과 거리가 근접하는 경우가 많이 발생하므로 향후 이러한 축사시설에 대해서는 밀폐화 혹은 환경개선 등 의 악취 저감방안의 검토가 필요한 것으로 판단된다.

    배출구의 악취배출허용기준 1,000배 이상의 복합악 취 희석배수를 보여주는 주요 배출사업장은 계면활성 제, 합성섬유, 배합사료, 폐기물 처리업 등이었으며, 생 활악취 모델링 결과 위의 사업장은 대부분 도심지에 위치하고 있었고 배출구의 높은 희석배수와 짧은 이격 거리, 높은 배출가스 유량으로 인해 악취저감 방안이 필요한 것으로 나타났다. 또한 조립금속 제조, 사료 제 조, 비료 제조 시설 등은 배출구의 복합악취 희석배수 농도가 500배 이하로 배출구의 배출허용기준을 만족하 지만 악취개선이 필요한 사업장으로 나타났다.

    본 연구에서는 악취배출시설의 소규모 및 불규칙적 배출 특성, 면 배출원, 주거지역 근처 등 배출시설의 규모와 배출 특성, 위치, 방지시설 운영효율에 대한 사 람의 감각 처리효율이 낮음 등으로 인하여 악취방지시 설 운영 등이 용이하지 않으므로, 생활악취 모델링 결 과와 실제 배출시설의 배출농도의 검증 과정을 수행하 여 악취배출시설에서 허용가능한 배출농도를 제시할 수 있었으며, 이 농도를 기준으로 사업장에서는 각 배 출원의 특정에 맞는 악취 관리 및 방지시설 등을 운영 할 수 있을 것으로 판단된다.

    감사의 글

    본 연구는 국립환경과학원의 조사연구사업인 “생활 악취 관리기준 모델 현장 적용성 평가(2019)”의 일환 으로 수행되었습니다.

    Figure

    JOIE-19-4-389_F1.gif

    Odor complaint occurrence trend by year.

    JOIE-19-4-389_F2.gif

    Overview of diffusion modeling for odor evaluation.

    JOIE-19-4-389_F3.gif

    Execution screen of odor modeling system.

    JOIE-19-4-389_F4.gif

    Odor measuring point in restaurant.

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    Odor measuring point in pig livestock house.

    JOIE-19-4-389_F6.gif

    Modeling results of mixed odor in restaurants of Seoul and Gangwon area.

    JOIE-19-4-389_F7.gif

    Modeling results of mixed odor in pig livestock housing facilities.

    JOIE-19-4-389_F8.gif

    Modeling results of higher mixed odor emission industrial facilities.

    JOIE-19-4-389_F9.gif

    Modeling results of lower mixed odor emission industrial facilities.

    Table

    Characteristics and modeling results of restaurant odor emissions in Seoul and Gangwon area

    Odor generation amount in livestock house

    Characteristics and modeling results of livestock housing facilities

    Characteristics and odor modeling results of higher mixed odor emission industrial facilities

    Characteristics and odor modeling results of lower mixed odor emission industrial facilities

    Reference

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