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ISSN : 2288-9167(Print)
ISSN : 2288-923X(Online)
Journal of Odor and Indoor Environment Vol.17 No.1 pp.1-10
DOI : https://doi.org/10.15250/joie.2018.17.1.1

Effects of pH modulation on the concentrations of odorous compounds from pit slurry of a pig operation building

Okhwa Hwang1, Sungkwon Park2, Minwoong Jung1, Deugwoo Han1, Whangook Nho3, Sungback Cho4*
1National Institute of Animal Science, Rural Development Administration
2Department of Food Science and Biotechnology, Sejong University
3Department of Swine and Poultry Science, Korea National College of Agriculture and Fisheries
4Institute of Livestock Odor Control
Corresponding author : +82-63-212-3386csb5418@daum.net
24/06/2017 13/08/2017 19/09/2017

Abstract


In the present study, we evaluated the effect of pH modulation on concentrations of odorous compounds and pollutants in pit slurry from pig operation building. A slurry sample was taken from the pit of a pig operation building where 50 finishing pigs [(Landrase × Yorkshire) × Duroc] were kept. Three levels of pH (6, 8 and 10) were measured and adjusted daily during the incubation periods using chemical reagents of 1 N HCl or 3 N NaOH. Concentrations of odorous compounds and pollutants were analyzed from slurry incubated for 7 days. When these material concentrations were compared with the pH 8 slurry which was the pH of pit slurry, levels of short chain fatty acids, indoles and total organic carbon were reduced 7%, 68% and 2%, respectively, in the pH 6 treatment (p<0.05). Ammonium nitrogen, phenols and total nitrogen concentrations were lower by 31%, 18% and 17%, respectively, than with the pH 10 slurry (p<0.05). When the odor contribution in pH treatments was assessed according to the odor activity value, it was found to be 23% lower in the pH 6 treatment compared with pH 8. The pH modulation would affect odor emissions and microbial activity from pit slurry. Although not all odorous compounds showed the reduction effect with the same pH control, this study can be effectively used as base data when using additives for pH control.



pH 조절이 돈사 피트 내 슬러리의 악취물질 농도에 미치는 효과

황 옥화1, 박 성권2, 정 민웅1, 한 덕우1, 노 환국3, 조 성백4*
1농촌진흥청 국립축산과학원
2세종대학교 식품생명공학과
3국립한국농수산대학 중소가축학과
4축산냄새연구소

초록


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

    1. 서 론

    국내 돼지 사육두수는 2011년 8,171 천두에서 2015 년 10,187 천두로 약 19.7% 증가되었다(KOSTAT, 2015). 이로 인해 많은 양의 분뇨가 돈사 내부에 축적 되고 자원화 시설에서는 분뇨 처리량이 증가되면서 계 속적으로 악취가 발생되고 있다. 돼지 분뇨에서 발생되 는 악취물질은 200 여종으로 다양하며 주로 휘발성지 방산류, 페놀류, 인돌류, 황화합물류 및 암모니아 등이 대표적이다. 이 중 페놀류와 인돌류는 다른 물질에 비 해 최소감지농도가 낮아서 더 불쾌함을 느낄 수 있으 며 축사와 멀리 떨어진 곳에서도 감지될 수 있다 (Parker et al., 2013). 돈사, 분뇨 저장조 및 분뇨를 살 포한 농경지에서 휘산되는 악취물질의 악취기여도를 분석하였을 때 뷰티르산, 인돌 및 p-크레졸이 전체 악 취물질의 80.3%를 차지하였다(Parker et al., 2012). 그 리고 양돈 농장 내 돈사와 분뇨 처리시설에서 휘산되 는 악취물질을 조사한 결과, 대부분의 장소에서 악취강 도가 높은 물질은 휘발성지방산, 황화합물, 페놀류 및 인돌류로 평가되었다(Jo et al., 2015). 페놀류와 인돌류 에 속하는 p-크레졸과 스카톨은 분뇨의 퇴액비화 시설 에서 악취기여도가 높은 물질로 조사되었다(Lee et al., 2017). 악취물질은 분 내 미생물이 유기물을 분해함으 로써 생성되는데 분과 뇨가 혼합되면 효소적인 가수분 해 반응에 의해 악취물질의 생성속도가 빨라진다 (Aarnink and Verstegen, 2007). 축산 농가와 가축분뇨 자원화 시설의 운영자는 악취물질의 생성 또는 휘산을 저감하기 위해 다양한 방법을 이용하고 있다. 주로 사 료의 영양소 함량 조절(단백질 또는 탄수화물), 사료첨 가제 급여(미생물 또는 효소제), 악취저감제 살포(미생 물, 효소제, 산성 또는 염기성 제재), 그리고 악취저감 장치 설치(악취저감제 살포, 악취포집) 등의 방법을 이 용하고 있다(Hwang et al., 2016; Oh and Kim, 2016). 현재까지의 연구결과를 종합해보면 한 가지 악취저감 방법으로 다양한 악취물질을 모두 저감시킬 수는 없으 며, 한 가지 악취물질의 농도가 저감되면 다른 물질이 증가될 수도 있다(Sanjay et al., 2011). 축산 농가와 가 축분뇨 자원화 시설의 운영자는 편리성, 안전성 및 비 용을 고려하여 악취저감법을 선택하여 이용하고 있다. 사료 조절 방법은 악취물질의 생성과 배설을 근본적으 로 줄이는데 효과적이지만 가축의 요구량을 맞추지 못 하면 증체량이 감소될 수 있다. 공기를 포집하여 처리 하는 악취저감장치는 무창식의 밀폐된 시설에 적용하 면 악취를 줄이는데 효과적이지만 개방식 시설에는 적 용하기 어렵고, 장치를 설치하기 위해서 많은 비용이 소요된다(Harmon et al., 2014). 그리고 악취저감제로 산성 또는 염기성 제재, 미생물 제재 및 마스킹 제를 살포하고 있는데, 미생물 제재나 마스킹 제는 일시적으 로 악취를 저감시킬 수는 있지만 확실한 효과를 얻기 는 어렵다(McCrory and Hobbs, 2001). 산성 또는 염기 성 제제를 이용하는 pH 조절은 화학물질이나 천연물 질을 직접 첨가하는 방법(Ottosen et al., 2009; Dai and Blanes-Vidal, 2013)과 돼지 사료 내 발효탄수화물을 첨가하여 급여함으로써 배설되는 분뇨의 pH를 조절하 는 간접적인 방법(Canh et al., 1998)으로 나눌 수 있다. 직접적인 pH 조절은 간접적인 방법에 비해 효과가 빠 르고 비용이 적게 소요되기 때문에 양돈 농장과 가축 분뇨 자원화 시설에서 많이 이용하고 있다. 특히 분뇨 에 산성 물질을 첨가하면 암모니아 가스의 휘산을 50~80% 줄일 수 있으며, 비료로써의 가치를 향상시켜 경제적인 도움을 준다(Hendriks and Vrielink, 1997; Kai et al., 2008; Fangueiro et al., 2015). 만약 분뇨에 서 암모니아 휘산을 70% 감소시키면 질소 비료로써 약 4,000 달러의 경제적인 이득을 얻을 수 있다고 한 다(Andersen et al., 2014). 그래서 덴마크에서는 분뇨 에 황산을 첨가하여 암모니아 가스의 휘산을 줄이고 있다(Eriksen et al., 2008). 한국의 양돈 농장에서는 식 물추출물이나 과일부산물 발효액과 같이 낮은 pH의 액상물을 돈사 내부에 살포하여 암모니아 가스의 휘산 을 줄이고 있으며, 가축분뇨 자원화 시설에서는 액비 제조 시 산성시약을 첨가하고 있다. 그리고 분뇨에 염 기성 물질을 첨가하면 황화수소 가스의 휘산을 저감시 킬 수 있으며(Zhu, 2001), 마그네슘이나 칼슘 제제를 이용하면 분뇨 내 염분을 제거할 수 있어 비료로써의 가치를 향상시킬 수 있다(McCrory and Hobbs, 2001). pH 조절에 대한 연구는 주로 암모니아와 황화수소 가 스의 저감 효과에 대해 조사되었으며 다른 악취물질에 대한 결과는 거의 없다(Andersen et al., 2014). 그래서 본 연구에서는 돈사 피트 내 슬러리의 pH를 3가지 수 준으로 조절하여 슬러리 내 존재하는 휘발성지방산, 페 놀류, 인돌류 및 암모니아성 질소의 농도 변화를 조사 하였다.

    2. 재료 및 방법

    2.1. 시험 설계 및 슬러리

    시험은 슬러리의 pH를 3수준(6, 8 및 10)으로 조절 하고 7일 간 배양한 후 pH 처리구별로 슬러리 내 악취 물질과 오염물질의 농도 차이를 조사하였다. 돈사 피트 에는 돼지 분뇨가 지속적으로 투입되기 때문에 양돈 농가에서는 주기적으로 악취저감제를 살포하고 있다. 국내 양돈 농가에서는 슬러리의 pH를 낮추기 위하여 산성 제재나 pH가 낮은 발효액을 이용하고 있는데, 2- 3일 또는 일주일 간격으로 살포하는 경우가 많기 때문 에 배양기간을 7일로 설정하였다. 시험에 이용된 슬러 리는 약 50두의 비육돈[(렌드레이스×요크셔) ×듀록] 이 사육된 돈사 피트에서 채취되었다. 처리구별 각 pH 는 배양기간 동안 매일 측정하였으며, 1 N 염산(HCl) 또는 3 N 수산화나트륨 (NaOH) 시약을 이용하여 조절 하였다.

    2.2. 슬러리 배양 및 시료채취

    슬러리는 고형물과 액상물을 잘 혼합한 후 거즈를 이용하여 큰 고형물을 제거한 것이다. 균질화된 슬러리 는 2 L의 원통형 플라스틱 배양기에 1 L씩 담았으며 처리구별로 5반복이 되도록 준비하였다. pH는 pH meter (850C, Schott, Germany)를 이용하여 확인하였 으며, 각 처리구별 pH는 1 N 염산(Merck, Germany) 또는 3 N 수산화나트륨(Sigma-Aldrich, USA) 시약을 이용하여 조절하였다. 슬러리는 20~25°C로 조절된 배 양실에서 7일 간 배양되었으며, 배양기간 동안 매일 pH를 측정하여 처리구별로 pH가 유지되도록 하였다. 시험 완료 후 모든 배양기에서 악취물질과 오염물질 분석을 위한 슬러리를 채취하였다.

    2.3. 악취물질 분석

    슬러리에서 분석한 악취물질은 휘발성지방산류, 페 놀류, 인돌류 및 암모니아성 질소이었다. 휘발성지방산 류의 분석을 위해 5 mL의 슬러리에 25% 인산(HPO3; Sigma-Aldrich, USA) 1mL와 포화 수은(HgCl2; Sigma- Aldrich, USA) 50 uL를 첨가하여 혼합한 후 4,000 rpm (3,134 g)에서 20분간 원심 분리하였다. 1.5 mL 튜브에 상등액을 분주한 후 12,000 rpm (13,800 g)에서 10분간 원심 분리하여 남아있는 고형물을 제거하였다. HPINNOWax 컬럼(30 m × 0.25 mm × 0.25 μm; Agilent, USA)과 Flame ionization detector (FID)가 장착된 가 스크로마토그래피(Gas Chromatography; 6890N, Agilent, USA)를 이용하여 휘발성지방산류의 농도를 측정 하였다. 전처리된 시료는 10:1 split ratio로 0.2 uL 주입 되었으며 주입구와 검출기의 온도를 250°C로 조절하 였다. 오븐 조건은 80°C에서 2분 간 유지된 후 분 당 20°C씩 증가되어 120°C에 도달되면 다시 분 당 10°C 씩 증가되도록 하였으며 205°C에 도달되면 2분 간 유 지되도록 설정되었다(Table 1A). 페놀류와 인돌류의 농도는 Jensen et al. (1995)의 방법으로 분석되었다. 슬 러리 10 mL을 4,000 rpm (3,134 g)에서 20분간 원심 분리한 후 상등액을 분석용 시료로 이용하였다. 상등액 5mL에 클로로포름(Chloroform; Merck, Germany) 4mL 과 4 M 수산화나트륨(Sigma-Aldrich, USA) 60 uL를 첨가하여 혼합한 후 4,000 rpm (3,134 g)에서 20분간 원심 분리하였다. 클로로포름 층을 분리하여 2.0 mL 바이얼에 담고, DB-5 컬럼(30 m × 0.25 mm × 0.25 μm; Agilent, USA)과 FID가 장착된 가스크로마토그래피 (6890N, Agilent, USA)를 이용하여 분석하였다. 전처 리된 시료는 5:1 split ratio로 2.0 uL 주입되었으며 주 입구와 검출기의 온도를 250°C로 조절하였다. 오븐 조 건은 40°C에서 5분 간 유지된 후 분 당 10°C씩 온도가 상승되어 230°C에 도달되면 2분 간 유지되도록 설정되 었다(Table 1). 암모니아성 질소(Ammonium nitrogen; NH4-N)의 농도는 슬러리에 99.8% 염화마그네슘 (MgCl2; Wako, Japan) 0.3 g과 비등석 3개를 넣어 혼합 한 후 켈달질소 분해장치(1035 Analysis, Foss, Denmark) 를 이용하여 분석되었다.

    2.4. 오염물질 분석

    생물학적 산소요구량 측정을 위한 시료는 2개의 배 양병에 희석한 슬러리를 300 mL씩 담고 한 병은 20°C 배양기에서 5일간 배양하고 나머지는 15분간 배양하였 다. 배양된 슬러리는 생물학적 산소요구량 측정기 (Orion star A213, Thermo scientific, USA)를 이용하여 슬러리 내 용존산소량을 측정하였다. 생물학적 산소요 구량 값은 5일간과 15분간 배양한 슬러리의 용존산소 량 차이로 계산하였다. 화학적 산소요구량 측정을 위한 시료는 300 mL 플라스크에 슬러리와 증류수가 혼합된 시료 100 mL을 넣고 황산(Junsei, Japan) 10 mL과 0.025 N 과망간산칼륨 용액(Junsei, Japan) 10 mL을 첨 가하여 준비하였다. 시료는 항온수조에서 30분간 중탕 하고 0.025 N 수산화나트륨 용액(Sigma-Aldrich, USA) 10 mL을 첨가한 후 0.025 N 과망간산칼륨 용액을 이용 하여 적정하였다. 부유물질은 유리섬유 거름종이법으 로 분석하였다. 유리섬유 거름종이(GF/C 47 mm, Whatman, USA)에 슬러리를 여과시킨 후 건조하여 무 게를 측정하였으며, 유리섬유 거름종이의 건조 전과 후 의 무게 차이를 계산하여 부유물질의 양을 구하였다. 총 유기탄소는 총 유기탄소분석기(Vario TOC, Elementar, Germany)를 이용하여 유기탄소를 이산화탄소 로 산화한 후 적외선 분광분석법으로 검출하였다. 총 질소는 원소분석기(Vario MACRO cube, Elementar, Germany)를 이용하여 분석하였다.

    2.5. 통계분석

    모든 실험결과는 SAS (Statistical analysis system, 2002) 프로그램을 이용하여 GLM (General linear model)의 분산분석으로 통계 처리되었다. 처리구 평균 간의 차이는 Duncan (1955)의 다중검정법에 의한 95% 유의수준으로 분석되었다.

    3. 결과 및 고찰

    3.1. 슬러리의 pH 수준별 휘발성지방산류와 암모니아성 질소의 농도 변화

    pH 6, 8 및 10으로 조절된 슬러리에서 휘발성지방산 류와 암모니아성 질소의 농도 분석 결과를 Table 2에 정리하였다. 휘발성지방산류의 농도를 pH 처리구간에 비교하였을 때, 단쇄지방산류의 농도가 pH 수준이 10 에서 6으로 감소되면서 낮아졌다(P<0.05). 휘발성지방 산류 중 단쇄지방산류와 이성체지방산류 농도의 비율 은 각각 89-90%와 10-11%로 단쇄지방산류의 비율이 높았다. 그리고 휘발성지방산류 중 각각의 물질이 차지 하는 농도의 비율을 정리하였을 때, 아세트산 61-74%, 프로피온산 10-14%, 뷰티르산 5-15%, iso-발레르산 6- 7%, iso-뷰티르산 2-4% 및 발레르산 1-3% 순이었다. pH 수준별로 각 물질의 농도를 비교하였을 때, 아세트 산과 프로피온산의 농도는 다른 처리구에 비해 pH 6 처리구에서 낮았다(P<0.05). 반면, 뷰티르산, 발레르산 및 iso-뷰티르산의 농도는 pH 10 처리구에서 낮았다 (P<0.05). 그리고 암모니아성 질소의 농도는 pH 수준 이 10에서 6으로 감소되었을 때 증가되었다(P<0.05).

    분뇨의 pH 조절은 암모니아 가스의 휘산을 저감시 키기 위해 많이 이용되었다(Andersen et al., 2014). 분 뇨의 pH를 낮추면 암모니아는 암모니아성 질소(NH4) 의 형태로 분뇨에 존재하게 되지만 pH가 높으면 암모 니아 가스(NH3)의 형태로 휘산되어 분뇨에 낮은 농도 로 존재하게 된다. 본 연구 결과에서도 슬러리의 pH가 높았을 때 암모니아성 질소의 농도가 낮았다. 분뇨의 pH를 감소시키는 방법은 산성시약(염산, 황산 및 인산 등) 및 식물추출물(목초액, 죽조액 등)을 첨가해주거나, 사료 내 섬유소원을 첨가하여 급여함으로써 배설되는 분뇨의 pH를 감소시킬 수 있다(Sanjay et al., 2011; Maurer et al., 2017). 분뇨의 pH를 4-5로 조절하면 암 모니아는 암모니아 가스 형태로 공기 중에 휘산되는 것을 감소시킬 수 있지만 7 이상이면 대부분이 휘산된 다(Derikx et al., 1994). 돼지 분뇨의 pH를 8.2에서 6.2 로 감소시키면 암모니아가 암모니아 가스로 휘산되는 것을 약 10% 줄일 수는 있지만 분뇨 내 암모니아성 질 소의 농도가 높아진다(Pieters et al., 1999). 슬러리의 pH를 7.5에서 6.3으로 감소시켰을 때 암모니아성 질소 의 농도가 2.4에서 3.1 kg/L로 증가되었다(Kai et al., 2008). 반면, 슬러리의 pH를 6.7에서 7.4로 약 0.7 증가 시켰을 때, 공기 중으로 휘산되는 암모니아 가스의 농 도가 증가되어 슬러리 내 암모니아성 질소의 농도가 감소되었다(Saha et al., 2011).

    휘발성지방산류는 슬러리의 pH가 낮을수록 비이온 화 형태로 되어 휘산이 잘 되며 슬러리 내에 존재하는 농도가 낮아질 수 있다(Conn et al., 2007). 돼지 뇨를 산성화시키면 휘발성지방산류와 같은 산성 물질은 공 기 중으로 쉽게 휘산된다(Willers et al., 2003). 분뇨의 pH를 6 이하로 조절하면 휘발성지방산류는 공기 중으 로 많이 휘산되어 분뇨에 낮은 농도로 존재할 것이고, pH 9 이상으로 조절하면 높은 농도로 존재한다(Derikx et al., 1994). 본 연구결과에서도 슬러리 내 단쇄지방산 류와 이성체지방산류의 농도는 pH 수준이 낮을수록 감소되었다. 슬러리의 pH를 6.8에서 5.5로 낮추었을 때, 슬러리 내 휘발성지방산류의 농도가 감소되었다 (Smith and Macfarlane, 1998). 그러나 다른 연구에서 뷰티르산의 경우, 슬러리의 pH 6.5에 비해 5.5에서 농 도가 증가되었다는 결과가 있다(Duncan et al., 2007). 돼지 뇨의 pH를 8.8에서 4.1로 낮추었을 때, 뇨에서 휘 산되는 공기 중의 아세트산, 프로피온산 및 iso-뷰티르 산의 농도가 높았으며 뷰티르산, 발레르산 및 iso-발레 르산의 농도는 낮았다(Willers et al., 2003). 즉 pH가 낮은 돼지 뇨에는 아세트산, 프로피온산 및 iso-뷰티르 산이 낮은 농도로 존재하지만, 뷰티르산, 발레르산 및 iso-발레르산은 높은 농도로 존재하게 된다. 휘발성지 방산류에 속하는 개별 물질의 농도는 pH 변화에 따라 동일하게 변하지 않는다. 슬러리가 저장되는 동안 휘발 성지방산류는 미생물의 발효에 의해 생산되는 주요한 물질이며, 미생물의 에너지원으로도 쉽게 이용될 수 있 는 물질이다. 특히 단쇄지방산류는 미생물의 에너지원 으로 이용되는 주요한 물질이며, 이 중 뷰티르산이 대 표적이다(Duncan et al., 2007). 그래서 휘발성지방산류 에 속하는 개별 물질의 농도는 외부 환경변화에 의해 쉽게 변하며 농도 변화 패턴에 차이가 있다. Liu et al. (2016)의 연구에 따르면, 발효조 내 액상물의 pH를 4, 5, 6 및 7로 조절한 후 공기 중으로 휘산되는 휘발성지 방산류의 농도를 측정하였을 때 pH 처리구별로 차이 가 없는 연구결과도 있다.

    3.2. 슬러리의 pH 수준별 페놀류와 인돌류의 농도 변화

    pH 6, 8 및 10으로 조절된 슬러리에서 페놀류와 인 돌류의 농도분석 결과를 Table 3에 정리하였다. 슬러리 의 pH가 6에서 10으로 증가되었을 때 페놀류 농도는 감소되었으며, 인돌류 농도는 증가되었다(P<0.05). 페 놀류는 슬러리의 pH가 높아지면 공기 중으로 휘산되 는 농도가 증가되어 슬러리 내 농도가 낮아진다(Iqbal et al., 2014). 특히 p-크레졸은 돼지 분뇨 내에 높은 농 도로 존재하는 악취물질이며(p-크레졸 64%, 페놀 26%; O'Neill and Phillips, 1992), 증발에 의한 반응요 인(reaction factor)이 높아서 액상에서 기상으로 휘산이 잘 된다(Iqbal et al., 2014). 그래서 돈사에서 배출되는 공기와 슬러리 피트에서 휘산되는 공기 중의 p-크레졸 농도가 높을 수 있다(Le et al., 2005). 이로 인해, 본 연구결과에서는 슬러리의 pH가 높았을 때 p-크레졸의 농도가 낮았다. 그러나 페놀의 농도는 p-크레졸과 다른 패턴을 보였다. 페놀과 p-크레졸은 박테리아에 의한 타 이로신의 분해로 생산되거나 뇨에 함유된 글루쿠로나 이드가 분 내 â-글루코로나아제에 의해 분해되어 페놀 류와 인돌류로 가수분해 된다(Le et al., 2005). 페놀의 경우, 산성 pH에 비해 염기성 pH에서 더 높은 농도로 생산된다(Smith and Macfarlane, 1997). 그래서 슬러리 의 pH가 높았을 때 페놀의 농도가 높아졌을 것으로 추 측된다. Trabue et al. (2016)의 연구에 따르면 슬러리 의 pH는 휘발성지방산류와 암모니아의 휘산을 조절할 수 있는 중요한 요인이지만 페놀의 휘산에는 영향을 주지 않는다고 하였다.

    인돌류의 농도는 페놀류에 비해 낮지만 최소감지농 도가 낮기 때문에 불쾌도가 높으며 악취에 기여하는 정도가 크다(Le et al., 2005). 인돌류는 박테리아에 의 한 트립토판의 분해로 생산된다. 인돌은 분과 뇨에 있 는 트립토판과 여러 전구체들에 의해 생산되고, 스카톨 은 분에 있는 물질이 분해되어 생산되기 때문에 슬러 리에서 인돌의 농도가 스카톨보다 더 높다(Spoelstra, 1977). 그리고 인돌과 스카톨의 생산율은 슬러리의 pH 변화에 따라 달라질 수 있다. 높은 pH에서 트립토판이 분해되면 인돌의 생산이 증가되고, 낮은 pH에서는 스 카톨의 생산이 증가하게 된다. 또한 인돌은 트립토판의 중간 대사산물인 인돌-3-아세트산에 의해서도 생산될 수 있는데, 이 반응은 높은 pH에서 최대가 된다(Jensen et al., 1995). 본 연구결과에서 슬러리의 pH가 높았을 때 인돌류의 농도가 증가되었을 것이다. 스카톨의 농도 는 pH 처리구별로 유의적인 차이가 있지만 농도의 차 이는 크지 않았다. 이것은 스카톨의 경우 넓은 범위의 pH에서 꾸준히 생산될 수 있기 때문이다(Jensen et al., 1995).

    슬러리의 pH 수준별 악취물질 농도 분석 결과를 이 용하여 악취기여도(odor activity value)를 평가하였다. 악취기여도는 다양한 악취물질이 혼합된 시료에서 각 물질의 상대적인 중요도를 계산하여 악취 불쾌도를 평 가하는 방법이며(Parker et al., 2012), 악취물질 농도 값을 해당 물질의 악취감지 최소농도(odor detection threshold concentration)로 나누어 계산할 수 있다 (Nagata, 2003). 악취기여도 값이 클수록 악취 불쾌도 에 높게 기여하는 것을 추정할 수 있다. 본 연구결과에 서 악취기여도가 높은 물질은 인돌, p-크레졸, 뷰티르 산 및 iso-발레르산이었다(Table 4). 각 악취물질의 악 취기여도 값을 합하여 pH 처리구별로 악취기여도를 비교하면, pH를 8에서 6으로 낮추었을 때 악취기여도 가 23% 감소되었지만 pH를 8에서 10으로 높혔을 때 22% 증가되었다. 슬러리에 산성 제제나 pH가 낮은 발 효액을 살포하면 공기 중의 악취기여도를 감소시킬 수 있을 것이다.

    3.3. 슬러리의 pH 수준별 오염물질의 농도 변화

    pH 6, 8 및 10으로 조절된 슬러리에서 오염물질의 농도분석 결과를 Table 5에 정리하였다. pH 수준이 6 에서 10으로 높아짐에 따라 슬러리에서 총 유기탄소의 농도는 높아지고, 총 질소의 농도는 감소되는 경향을 보였다(P<0.05). 총 유기탄소는 용존성 유기탄소와 입 자성 유기탄소로 나눌 수 있으며, 휘발성지방산류의 경 우 용존성 유기탄소에 속한다(Vahlberg et al., 2013). 총 유기탄소와 휘발성지방산류의 농도는 양의 상관관 계를 가질 수 있으며(Rahman et al., 2013), 본 연구결 과에서도 pH 수준 변화에 따라 두 물질의 농도 변화 패턴이 유사한 것을 알 수 있다. 그리고 분뇨 내 총 질 소의 약 20-30%가 암모니아 형태이기 때문에(Lorimor, 1999), 총 질소의 농도 변화는 암모니아의 휘산량에 영 향을 받는다(Zhang et al., 2004). 분뇨의 pH가 8.5 이 상이면 슬러리 내 질소는 암모니아 형태로 더 많이 휘 산된다는 연구결과를 보면(Alitalo, 2014), 본 연구결과 에서도 pH 수준의 증가가 슬러리 내 암모니아성 질소 와 총 질소의 농도 감소에 영향을 주었을 것으로 판단 된다.

    4. 결 론

    돈사 피트 슬러리의 pH와 유사한 pH 8을 기준으로 pH 증가 또는 감소에 따른 악취물질과 오염물질의 농 도 변화 및 악취기여도를 살펴보았다. pH를 8에서 6으 로 낮추었을 때 단쇄지방산류, 인돌류 및 총 유기탄소 의 농도가 각각 7%, 68% 및 2% 감소되었으며, pH를 8에서 10으로 높혀주었을 때 암모니아성 질소, 페놀류 및 총 질소의 농도가 각각 31%, 18% 및 17% 감소되 었다. 그리고 악취물질 농도 분석 결과를 이용하여 악 취기여도를 평가하였을 때, pH를 8에서 6으로 낮추면 악취기여도가 23% 감소되었다. 결과를 종합해보면, pH 수준의 변화는 악취물질의 휘산과 미생물의 활동에 영향을 주어서 슬러리 내 잠재적인 악취물질과 유기물 의 농도를 변화시켰을 것으로 판단된다. 국내 양돈 농 가에서는 주로 죽초액, 목초액 등의 식물성 산제나 과 일을 발효시켜 만든 pH가 낮은 발효액을 이용하고 있 는데, 돈사 내부나 바닥에 살포하면 슬러리의 pH를 낮 추어 돈사에서 휘산되는 악취수준을 감소시킬 수 있을 것이다. 비록 모든 악취물질의 농도가 동일한 pH에서 감소되지는 않았지만, 본 연구결과는 pH 조절용 악취 저감제를 사용할 때 유용한 자료로 활용될 수 있을 것 이다.

    감사의 글

    본 논문은 농촌진흥청 연구사업(세부과제명 : 돈사 내부용 냄새저감제의 최적 조합 구명, 세부과제번호 : PJ012521042017)의 지원에 의해 이루어진 것임.

    Figure

    Table

    Operational conditions of gas chromatography for the analysis of volatile fatty acids, phenols and indoles

    Effects of pH levels in the slurry on the volatile fatty acids concentrations

    Effects of pH levels in the slurry on the phenols and indoles concentrations

    Effects of pH levels in the slurry on the odor activity value

    Effects of pH levels in the slurry on pollutants concentrations

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