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ISSN : 2288-9167(Print)
ISSN : 2288-923X(Online)
Journal of Odor and Indoor Environment Vol.17 No.2 pp.85-94
DOI : https://doi.org/10.15250/joie.2018.17.2.85

Study on the reduction of livestock malodor using microbial agents- focusing on swine facilities

Sun Hwa Hong, Eun Young Lee*
Department of Environmental and Energy Engineering, The University of Suwon
Corresponding author Tel : +82-31-220-2614 E-mail : ley@suwon.ac.kr
03/04/2018 21/05/2018 29/05/2018

Abstract


As of 2014, 26.4% of the total regulated odor emission facilities are occupied by livestock facilities. The odor of pigs is 10.9 OU·m3 / min per pig, which generates 15-50 times higher odor than other livestock. It is also a major cause of livestock odor complaint. Livestock odor substance is mixed 169 kinds of ingredients, 30 of which can be detected as odor. It contains sulfur, volatile fatty acids, phenols and indoles, ammonia and volatile amines. In particular, odorous substances of phenols and indole derivatives not included in domestic designated odor substances have high odor contribution and are not well decomposed. Therefore, it is known that despite the use of the odor reducing agent having a high removal rate of ammonia and the like, the residue is long and causes continuous discomfort. The odor problem using physical and chemical methods can not be solved because it can not solve the fundamental problem if the animal odor is not decomposed or removed. In the anaerobic environment, the bacteria present in the manure may produce volatile organic compounds, which are the cause of the odor, and the odor may be generated, and some microorganisms decomposing the odor substances may reduce the odor. B. subtillis, Saccharomyces cerevisiae, L. acidophillus, Enterococcus faecium, L. plantarum, B.coagulans, B. fermentum, B. thuringiensis, B. licheniormis, B. subtillis, Enterococcus faecium, Lactobacillus acidophllus, L. fermentum, L. lactis, L. plantarum, L. casei, L. brevis, Streptococcus faecium, Clostridium butyricum, Saccharomyces cerevisiae, Aspergillus niger, A. oryzae, and photosynthetic bacteria are used as odor-reducing microorganisms.



양돈시설에 대한 생물학적 악취저감에 관한 연구동향

홍 선화, 이 은영*
수원대학교 환경에너지공학과

초록


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

    1 서 론

    최근 국민소득의 향상으로 육류의 소비량이 증가함 에 따라 축산농가의 대규모화가 진행되고 그에 따라 농가에서 발생되는 분뇨의 효율적인 처리가 이슈화되 고 있다(Yoo et al., 2010). 특히, 축산 산업의 대규모화, 기업화, 및 지역집중현상은 축산악취를 대량 생성 시킨 다. 동시에 새롭게 형성된 혁신도시 등에서 주거환경이 축산 시설에 인접해져 축산 악취는 지역적·사회적 문 제로 대두되고 있다(Lee et al., 2006; Jang et al., 2007). 축산 시설의 주요악취발생원은 분뇨를 토양에 주입하 는 과정에서 가장 많이 발생하며, 다음으로 축사와 분 뇨저장시설이 악취발생원으로 중요하다(Park et al., 2005). 가축분뇨는 사료의 성분, 가축의 상태, 분뇨 배 설량 및 처리 상태, 환경적 요소 등 많은 인자에 의해 영향을 받는다(Le et al., 2005). 특히, 악취는 뇨와 분 변이 혼합되어 있는 경우, 여름철, 우기, 그리고 새벽시 간에 더욱 강해지며, 축종별로는 돼지, 닭, 소의 분뇨 순으로 강하게 발생한다(Jang et al., 2004). O'nell and Phillips (1992) 에 의해 보고된 바로는 축산악취는 169 가지의 성분이 혼합되어 있으며, 이중 30여개가 악취 로 감지될 수 있다. 특히, 황을 함유하고 있으며, 휘발 성지방산류, 페놀과 인돌류, 암모니아 및 휘발성 아민 류가 포함되어있다(Sung et al., 2017). 대부분의 악취 물질들은 소화되지 않은 사료영양소가 대장 미생물의 발효에 의해 생성되고 나머지는 배설물로 축사나 저장 고에서 혐기성 미생물에 의해 발효되어 발생된다(Sung et al., 2017). 이러한 축산시설에서 발생하는 악취 물질 에 노출될 경우 정신적 생리적 스트레스가 유발되며, 메스꺼움, 두통, 식욕감퇴, 호흡곤란, 및 알러지 현상 등 인체의 자각증상들이 나타나게 된다(Jeon et al., 2004).

    축산시설에서 발생하는 악취를 최소화하기 위해서는 악취의 발생을 근원적으로 최소화하는 방법을 적용할 수 있다. 먼저, 사료 급이 시 양을 최소화하거나 사료 의 물리적 성상 조절로 소화효율을 증대하거나, 첨가제 를 혼합하여 악취 발생을 줄이는 방법이 있다. 즉, 사 료성분 중 아미노산을 조절하여 분뇨의 질소 배설을 감소하는 방법(Hartung and Phillips, 1994), 식물발효 물질을 사료에 급이하여 크레졸 및 스카톨의 농도를 감소시켜 분뇨에서 발생하는 악취를 감소시키는 방법 (Cho et al., 2011), 미생물을 사료에 첨가하여 질소배 설량 및 암모니아 가스 발생량을 감소시키는 방법 등 이다(Ra et al., 2004). 두번째로는, 이미 발생된 악취를 포집한 후 제거하는 방법으로 바이오스크러버법 (Schirz, 1986), 바이오필터법(Pagans et al., 2007), 마 스킹법 및 양액처리법(Sung et al., 2017)등이 사용되고 있다. 또한, 배설된 분뇨가 체류하고 있는 축사 및 분 뇨저장소의 환경을 개선하여 악취를 감소시키는 방법 (Colina et al., 2001; Park et al., 2001)이 보고되고 있 다. 그러나 분뇨로부터 발생되고 있는 악취는 성분이 다양하고 농도가 매우 낮아 후각에는 감지되지만 측정 에 어려움이 있고, 축산악취 원인물질이 국내 악취방지 법 상의 지정악취물질이 아니기 때문에 처리 효율을 판단하는데 어려움이 있다. 게다가 악취 처리를 위해서 는 장치의 규모와 고가의 유지비용 등 경제성이 문제 가 되어 축산현장에서 사용되기 어렵다는 문제점이 있 다(Yoo et al., 2010). 또한 축산 악취는 성분 자체를 분 해하거나 제거하지 않으면 근본적인 문제를 해결할 수 없기 때문에 물리·화학적방법을 이용한 악취 문제 해 결은 매우 일시적일 수 밖에 없다(Yoo et al., 2010).

    축산 악취 물질은 일반적으로 분뇨가 혐기적 환경에 서 미생물에 의해 분해되면서 발생하며 악취를 발생시 키는 미생물의 종류는 매우 다양하다(Zhu, 2000). 따라 서 악취 성분을 제어하고 분해하는 미생물을 분리해 가축분뇨의 악취를 제거하기 위한 조건을 구축하고 우 수한 미생물을 선발 하는 것이 매우 중요하다(Kim et al., 2005). 미생물을 이용한 악취 가스 분해는 호기성 분해와 혐기성 분해로 나눠지는데(Seo et al., 1998), 일 반적으로 NH3을 비롯한 악취 가스 이용 균주는 산소 를 전자 수용체로 사용하는 호기성 분해가 대부분이며 이 경우 분해 효율도 높다는 장점을 가지고 있다. 현재 악취제거 미생물은 다양한 종, 속의 균주가 보고되고 있으며(Yoo et al., 2010), 이들 균주로는 Pesudomonas putida와 같은 Pesudomonas 속, Mycobacterium과 같 은 다른 속의 미생물이 보고되고 있다(Jeong et al., 2005; Rhee et al.,2004).

    이에 본 연구에서는 축산시설 중 가장 악취 민원이 많은 돈사에서 발생되는 악취 물질의 특성을 분석하고 이를 저감하거나 분해할 수 있는 미생물을 조사함으로 써 생물학적 악취 제어하는 생물학적 기법을 구축하는 데 기반이 되는 정보를 제공하고자 한다.

    2 본 론

    2.1 양돈시설에서 발생하는 악취 현황

    국내의 악취 민원은 지속적으로 증가하고 있으며, 특히, 축산시설은 2014년을 기준으로 전체 규제대상 악취배출시설의 업종별 현황을 살펴보면 전체의 26.4%를 점유하고 있다(KECO, 2014). 돈사의 경우 일 반적으로 황화수소, 메틸메르캅탄, 황화메틸, 이화화메 틸, 암모니아, 저급지방산류가 발생한다(ILEM, 2016). 또한, 알데하이드류 및 케톤류가 양돈업 전반에 많이 발생되지만 악취유발기여도는 다른 악취 물질에 비해 상대적으로 낮은 편이다(ME, 2007).

    Kim et al. (2012)은 실제 운영 중인 40여개의 양돈 시설을 대상으로 조사한 결과 주요 악취 물질을 평가 하였다. Kim et al. (2012)의 보고에 의하면, 암모니아, 황화수소, 메틸메르캅탄, 황화메틸, 프로피오산, n-부틸 산, n-발레르산이 사육시설과 퇴비화시설에서 검출되 었고, 특히, 암모니아는 분뇨처리시설에서 고농도로 검 출되었다(퇴비화 시설 평균 43.4 ppmv, 분뇨 집수조 37.1 ppmv, 포기 중인 액비기 176.7 ppmv). 퇴비화시설 에서 최소감지농도가 매우 낮은 n-부틸산, n-발레르산 등의 휘발성 지방산류는 17-243 ppbv로 검출되어 주요 악취 기여 물질인 것으로 보고하였다. 분뇨집수조는 황 화수소, 메틸메르캅탄 등 황화계열 악취 물질이 132- 764 ppbv로 주요 악취 기여 물질로 조사되었다.

    환경부·농림축산식품부에서는 돈사 9개소에서 현장 조사와 문헌 조사를 통해 악취발생량을 조사한 결과, 돼지가 두당 10.9 OU·m3/min으로 다른 가축에 비해 월등히 높은 악취를 발생시켜 악취발생량이 15-50배 정도 높은 것으로 보고하였다. 주요악취물질은 암모니 아(3.1-6.6 ppm), 황화수소(68.2-857.7 ppb), 메틸메르캅 탄(9.8-11.6 ppb), 황화메틸(2.6-4.1 ppb), 이황화메틸(2.1- 2.3 ppb)로 나타났다. 또한, 악취 기여 물질은 전반적으 로 암모니아와 황화수소 그리고 메틸메르캅탄이 주요 물질인 것으로 조사되었다(ME·MAFRA, 2015).

    Shin et al. (2016)은 전남지역 소재 2개 지역의 돈사 와 우사에서 발생되는 악취물질을 조사하였다. 이들은 국내 지정악취물질 외의 연구자들이 축산분뇨의 원인 물질이라고 지적하는 페놀류 및 인돌류에 대하여 분석 하였다. 고농도의 암모니아(5935 ppb)가 돈사내부에서 검출되었으나 악취기여는 낮았으며, 최소감지농도가 낮은 페놀류 (4-methylphenol(p-cresol))가 60.51 ppb의 고농도로 검출되었다. 돈사 내부의 경우 황화수소, 메 틸메르캅탄, 황화메킬 및 4-methylphenol을 주요 악취 활성물질로 보고하였다. 악취물질의 기여도를 평가한 결과, 돈사내부에서는 황화합물의 악취기여도는 69.1% 이며, 페놀류의 기여도 17.5%와 함께 전체의 87%를 차지하며 지방산이 7.9%로 악취에 기여하는 것으로 결 론지었다. 반면, 분뇨저장소의 악취기여도는 암모니아 18.8%, 황화합물 60.2%, 페놀류 5.1%, 인돌류 15.8% (skatole 15.7%)의 비율로 악취에 기여함을 밝혔다.

    돈사의 악취발생량은 돼지의 배설물과 관계가 깊다. 특히, 배설물의 부패에 의해 발생되는 휘발성 악취 물 질이 원인으로 기온, 습도, 바람 등의 기상현상이 큰 영향을 받으며, 관리상 작업 현황, 돈사의 구조 및 분 뇨처리방법 등도 악취 발생에 영향을 미친다(GRI, 2016). 양돈 분뇨는 배설 직후에는 악취 발생량이 적지 만 혐기성 상태에서 부패되면서 점차적으로 강한 악취 물질이 발생한다. 또한, 돼지의 먹이로 공급되는 사료 는 주요한 악취 발생원이다. 사료의 종류와 급이방식에 따라 악취의 발생 정도가 차이가 나지만 먹고 남은 사 료의 용기에서 공기 중으로 비산된 사료 입자가 변질 되 자극이 강한 악취 물질을 발생 시키게 된다. 돼지가 사육되는 수개월 동안 주기적인 청소가 이루어지지 않 으면 사료 입자가 돈사 전체에 확산돼 무시할 수 없는 악취 물질을 배출하게 된다. 그렇기 때문에 사료의 종 류와 급이 방식 등은 악취 발생에 큰 영향을 미친다 (KECO, 2014). 이밖에도 퇴비화, 액비화 시설에서도 다량의 악취가 발생하는데 호기성 액비발효시설은 적 절한 운전 조건이 유지될 경우 악취 발생이 적지만, 발 효조에 충분한 산소가 공급되지 않거나 처리장 내부에 분뇨가 퇴적될 경우 혐기 발효에 의해 고농도의 악취 가 발생된다(GRI, 2016). 양돈분뇨를 퇴비 처리시 기 계적 교반과 같은 호기성 발효를 하지 않고 고형 형태 로 쌓아둘 경우 혐기 발효에 의해 강한 악취가 발생하 며 특히, 퇴비가 개방되어 있거나 외부 반출을 위해 퇴 비단을 뒤집는 과정에서 일시적으로 고농도의 악취가 외부로 확산된다(KECO, 2014). 2009년에서 2013년 까지 악취 민원 발생현황을 보면 전체 민원발생건수 3,061건 중 1,371건이 양돈시설에서 발생한 민원으로 (ME·MAFRA, 2015) 양돈 시설의 악취저감 및 개선은 매우 시급한 문제이다.

    양돈 시설에서 악취를 가장 많이 발생시키는 분뇨 처리과정의 악취 관련 면접 조사 결과 모돈사, 분만사, 자돈사, 육성비육돈사의 분뇨 처리 방식 중 유형과 무 관하게 악취가 가장 많이 발생하는 방식은 슬러리 처 리방식에서 악취가 가장 많이 발생하는 것으로 조사되 었다(Table 1)(ME, 2004).

    농가에서 분뇨 처리 중 악취를 저감하는 방식은 깔 짚 이용, 퇴비 첨가, 고액분리, 퇴(액)비화 등 다양하다. 깔짚을 이용한 악취물질 처리 기술은 건조한 깔집재를 축사바닥에 깔아 분뇨를 흡수시키는 방법으로 깔짚도 퇴비화 할 수 있다는 장점이 있지만 운반 시 분뇨의 양 이 증가하고, 국내 농가구조 상 연중 깔짚을 구매하기 가 용이하지 않은 단점을 가지고 있다. 퇴비 첨가제는 화학적 또는 생물학적 물질을 분뇨에 혼합하여 악취를 제거하는 기술로 악취와 암모니아 배출 감소에 큰 효 과를 갖지만, 그 효용성에 관한 자료가 매우 미비하다. 고액분리는 액상분뇨 내부의 악취유발물질의 비율을 제거하는 방법으로 운용비용이 많이 들고 고형물 관리 가 용이하지 않은 단점을 가진다. 생물학적 방법으로 호기성관리와 퇴비화는 효과적인 악취감소 효과를 가 지며 유기물 감소에도 효과적이나 초기 자본과 운영비 용에 대한 부담이 있다.

    이 중 국내의 돈사시설에서 생산된 분뇨는 퇴비화로 가장 많이 처리되는데, 악취발생률도 퇴비화 과정에서 가장 많이 발생한다(ME, 2004). 퇴비처리장에서 발생 하는 악취의 농도는 평균으로 NH3는 73.2 ppm, H2S 는 32.5 ppb, (CH3)SH는 7.9 ppb, (CH3)2S는 34.3 ppb, (CH3)2S2는 4.4 ppb, CH3N는 21.5 ppb, (CH3)2N와 (CH3)3N 는 230.7 ppb, 부틸산은 690.9 ppt, 발레르산은 29.6 ppt, 이소발레르산은 31.0 ppt가 측정되었고, 중앙값으로 NH3는 48.0 ppm, H2S는 31.5 ppb, (CH3)SH는 10.7 ppb, (CH3)2S는 38.2 ppb, (CH3)2S2는 2.5 ppb, CH3N는 22.6 ppb, (CH3)2N와 (CH3)3N는 105.3 ppb, 부틸산은 36.0 ppt, 발레르산은 29.4 ppt, 이소발레르산은 22.8 ppt가 측정되었다(ME, 2004)(Table 2).

    국외의 경우 양돈 시설에서 발생하는 악취를 저감하 기 위해 사료에 미생물 제제를 혼합하여 돼지의 소화 효율을 증대시키거나, 사육장 내부에 마킹제, 화학탈취 제, 미생물제제등을 살포하는 등 다양한 방법을 사용하 고 있다(McCroty and Hobbs, 2001). 또한, 악취의 주 발생원인 액비화, 퇴비화시설은 밀폐, 돈사시설 환기 및 시설개선 그리고 습식세정탑이나 바이오필터 등을 적용하는 등 다양한 방법으로 악취를 저감하기 위해 노력하고 있다(Wui and Masten, 2002; Kim et al., 2008). 그러나 국내의 경우 양돈시설에서 발생하는 악 취를 저감하기 위해 악취 물질 분석이나 미생물첨가제 등에 의한 악취 저감 평가는 이루어지고 있지만, 실제 양돈 시설의 다양한 특성을 고려한 악취발생 평가는 미흡한 상태이다(Ryu et al., 2003; Kim et al., 2012).

    2.2 양돈시설의 악취 제거를 위한 생물학적 방법

    돈사에서 발생하는 악취를 제어하기 위해 효율성, 경제성, 안정성을 동시에 만족시키는 방법은 아직 제안 되지 못했다(Lee and Lim, 2010). 지금까지 악취 저감 을 위해 제안 되었던 방법들 중 배기팬에 덕트를 설치 해 바이오필터로 처리하는 생물학적 방법(NCSU, 1994; Nicolai and Kevin, 1997), 냉각회수법을 이용해 악취를 제거하는 물리적 방법(Harssema et al., 1981; USDA, 1998), KMnO4, H2O2, O3와 같은 산화제를 이 용한 화학적 방법(Faith, 1964; Emanuel, 1965; Hollenback, 1971; Kibble et al., 1972; Watkins et al., 1997; Wu et al., 1998) 등이 돈사의 악취 제어 기술로 제시 되고 있다. 이중 물리·화학적 방법의 경우 안전성의 문제가 제기 되어 실제 농가에서 활발하게 적용되지 않고 있으며 생물학적 방법의 경우 경제적·기술적 보 완이 필요하다(Lee and Lim, 2010).

    최근 지금까지 보고된 악취제거 기술 중 다른 기술 에 비해 안전성 문제가 적은 생물학적 처리 기술은 경 제성 문제를 보완하면 농가에 적용하기에 적절한 기술 이 될 수 있다. 생물학적 처리기술은 물리·화학적 방 법에 비해 악취 제어 효율은 떨어지지만 식물성 천연 향료(Varel and Miller, 2001), 식물성 정유(Takai et al., 1995; Zhang et al., 1996; Jacobson et al., 1999), 재활 용 분뇨 세척수(Lee and Lim, 2010)와 같은 생물학적 첨가제의 이용은 돼지와 사람에게 무해하며 동시에 운 송이 편리하며 비용이 저렴해서 양돈업자에게 실용적 인 악취 저감 방법이다. 그러나 이러한 생물학적 첨가 제는 특정 악취 물질 몇 종에만 효과가 있을 뿐 악취 물질이 혼합된 복합 악취에는 그 효과가 미비하다 (Kim et al., 2012). 뿐만 아니라 첨가제들의 효능, 장단 점 분석이 미비한 실정이다(Lee and Lim, 2010).

    최근에는 이러한 문제점을 보완하고 농장에서 실용 적으로 사용할 수 있는 방법에 중점을 두고 생물학적 첨가제의 효능을 높이기 위한 다양한 연구가 진행되고 있다. 유산균, 효모 등 미생물을 이용해 축산 오물을 생분해하는 방법, urease 분비 억제제를 이용하는 방법, 특정 미생물을 포함하고 있는 첨가제를 반응기에 혼합 하여 소화시키는 방법 등 활발한 연구가 진행되고 있 다(Maiolino et al., 1992; Ahn et al., 2006; Ko et al., 2015). 특히, 특정 미생물을 포함 하고 있는 생물학적 첨가제를 이용한 악취 제어 기술에 대한 연구가 활발 히 진행되고 있어 그에 대한 다양한 효과가 보고 되고 있다(Kim et al., 2004; Won, 2007; Kwon and Jung, 2007; Lee and Lim, 2010; Choi and Lee, 2011; Lee and Jo, 2011; Zhishu et al., 2015). 그러나 몇몇 연구자 들에 의해 제기 되었던 돈사의 악취 제어 측면에서의 미생물 제제의 효과에 대한 의구심을 연구를 통해 확 인시켰지만(Ritter, 1975; Zhu et al., 1997), 현재로서 미생물이 포함된 첨가제가 악취 원인 물질을 어떤 방 식으로 저감 시키는지에 대한 정확한 메커니즘은 제시 되지 않고 있다(Lee and Lim, 2010). 그러므로 돈사에 자생하고 있는 미생물에 대한 다양한 자료를 구축하고 그들이 발생하는 악취를 제어하는 능력과 메커니즘에 대한 라이브러리의 구축은 매우 중요한 일이며 지속적 인 연구가 필요한 부분이다.

    2.3 양돈시설 악취제거에 활용되는 미생물

    양돈 분뇨에서 발생하는 악취는 미생물의 활동에 의 해 발생된다. 이는 미생물이 악취를 생성하기도 하고 악취를 저감할 수 있다는 것을 의미한다. 악취의 생성 측면에서 분뇨에 존재하던 혐기성 세균의 발효 과정 중 최종 산물로 휘발성 유기물이 생성되는 것이고, 악 취 저감 측면은 악취발생의 원인이 되는 미생물의 기 작을 알고 파악하여 악취 문제 해결에 다양하게 이용 할 수 있다(Lee and Lim, 2010).

    미생물을 이용한 악취 제어 기술은 어떤 미생물을 이용하느냐에 따라 적용 방법이 크게 달라질 수 있다. 악취 물질에 따라서는 세균총의 변화로 악취 물질이 포함된 물질상의 변화가 유도됨으로서 악취 물질의 감 소가 이루어지거나 때로는 미생물이 직접적으로 악취 물질을 감소시키거나 제거할 수 있고 악취 물질의 전 구체를 미생물의 먹이로 이용하여 이후 대사과정에 발 생될 수도 있는 악취 물질을 감소시키는 방법 등이 이 용되고 있다. 특히, 각종 미생물을 이용하여 공기 중의 악취 물질을 인위적으로 제어할 수가 있는데, 여기서 이용되는 미생물은 악취물질을 산화 분해함으로서 에 너지를 얻어 증식한다. 그리고 악취물질을 구성하는 C, H, N, S 등의 물질 중 일부는 미생물 자체의 균체를 구성하는 성분이 되지만 대부분은 미생물에 의해 산화 되어 CO2, H2O, NO3, SO4 등으로 바뀐다.

    돈분뇨에서 자생하는 미생물들은 Gram-positive cocci (39%), Eubacterium (27%), Lactobacillus (20%), Gram-negative rods (Escherichia, 8%), Clostridium (4%), 그리고 그 외의 소수 그룹으로서 Propionibacterium acnes, Bacteroides (<2%) 등이 있다(Lee and Lim, 2010). 분변에는 다양한 미생물 군이 존재하지만 특히, 혐기성 혹은 통성혐기성 균이 주종을 이룬다(Bruce and Sommer, 1987). 이들 중 Streptococcus sp.와 PeptoStreptococcus sp. 등이 분변 내의 암모니아와 휘발성 지방산 을 주로 생산하는 종류이며, Eubacterium sp. 는 다량 의 부티르산, 포름산, 아세트산등을 생산하는데 관여한 다(Lee and Lim, 2010). 또 다른 악취 생성에 중요한 역할을 하는 그룹으로는 Clostridium sp. 가 있는데, 이 들은 NH3, H2S, 지방산 및 아민을 다량 생성하고 인돌 과 페놀의 생성에도 관여하는 것으로 알려진다(Russell, 1979). 그러므로 효율적인 악취저감을 위해서는 돈분 악취의 원인 물질 및 미생물에 대한 파악 및 그 간의 연구동향을 살펴보는 것이 매우 중요하다.

    지금까지 보고된 돈사의 악취 저감용으로 개발된 미 생물들로는 B. subtillis, Saccharomyces cerevisiae, L. acidophillus, Enterococcus faecium, L. plantarum등 순 으로 사용되고 있고, 국내에서 가장 많이 시판되고 있 는 악취저감용 제제의 주요 구성하고 있는 미생물의 종류는 Bacillus coagulans, B. fermentum, B. thuringiensis, B. licheniormis, B. subtillis, Enterococcus faecium, Lactobacillus acidophllus, L. fermentum, L. lactis, L. plantarum, L. casei, L. brevis, Streptococcus faecium, Clostridium butyricum, Saccharomyces cerevisiae, Aspergillus niger, A. oryzae, 광합성균 등이 사용 되고있다(Sung et al., 2017).

    돈사 시설의 악취를 제어하기 위한 연구는 지금까지 도 꾸준히 진행되고 있다(Table 3). O'Shea et al. (2012) 에 Lactobacillus plantarum을 inulin과 함께 돼지 사료 에 첨가하여 돼지 성장율과 분뇨에서 배출되는 악취에 미치는 영향을 평가하였다. Inulin이 없는 조건에서, Lactobacillus plantarum이 첨가되지않은 사료를 먹을 경우 발생하는 총 지방산의 양을 100%로 두었을 때 Lactobacillus plantarum을 첨가한 사료를 먹은 돼지는 지방산 발생량이 89%로 약 11%가 감소하였다. 암모니 아의 발생 농도도 같은 방법으로 비교하면 Lactobacillus plantarum이 있는 조건에서는 암모니아가 33.9% 발생하였다. Ohta and Ikeda (1978)은 돼지의 분변에서 Streptomyces griseus와 Streptomyces antibioticus를 분 리하였고 두 종의 미생물은 강력한 탈취 효과를 가진 다고 보고하였다. Kim et al. (2007)은 암모니아 악취 에 우수한 능력을 가지고 있는 Bacillus subtilis IB101 의 최적 배양조건을 확립하였고, Kim et al. (2002)은 돼지의 분변에서 분리한 Candida rugosa CY-10를 대 상으로 돼지분변에서 발생하는 암모니아 가스 제거 효 율을 평가한 결과, 돈분 배양액 내 악취 저감 효과가 있으며, 특히, 지방산을 100% 제거한다고 보고하였다. Lee and Lee (2009)는 지역의 축사 및 종돈장의 돈분, 우분, 우사 주변의 토양을 시료로 하여 암모니아저감 미생물의 암모니아의 저감 효율 우수한 Alcaligenes sp. NS-1를 분리하였다. NS-1균주의 활성을 측정한 결과, 암모니아 가스를 발생 시킨 유박물에 접종하였을 때 3~4일 정도가 경과 후 95~100%의 저감효과를 보였으 며, 분뇨에 직접 살포하였을 때, 24시간 경과 후 약 60%의 암모니아를 제거하였다. Yoo et al. (2010)이 분 리한 Peudomonas stutzeri NIAST-1는 NH3-N에 우수 한 능력을 가지고 있었다. 돈분에서 발생하는 NH3-N 의 농도를 비교한 결과 NIAST-1를 처리하지 않은 대 조군에서는 NH3-N가 596.13 ng/kg-ppt가 발생한 반면 NIAST-1를 처리한 실험군에서는 34.48 ng/kg-ppt가 발 생하였다. 이는 대조군에 비해 94%의 저감 효율을 나 타내 우수한 악취 저감 효과를 나타내는 결과이다(Yoo et al., 2010). 이밖에도 Corynebacterium spp. (Ohta and Sato, 1985), Micrococcus spp., Flavobacterium spp. (Oho, 1994), Bacillus spp., Staphylococcus spp., Pseudomonas spp., Streptomyces spp. (Ohta and Ikeda, 1978), Actinomycetes spp. (Kim et al., 2004), Mucor spp., Copinus spp.와 Helminthosporium spp. (Kim et al., 2004)가 돈분을 포함한 돈사시설에서 악취 저감에 효 과가 있는 것으로 알려져 있다. 일부 연구자들은 미생 물 단일종을 처리했을 때 보다 복합제화하여 처리하는 것이 악취 저감에 효과적이라고 보고하였다(Nousianen and Setala, 1993). 그러나 다른 연구 결과들에서 검증 되었듯이 단일종이라도 적절하게 이용한다면 악취 제 거의 효율을 증가 시킬 수 있으며, 생균제를 이용한 복 합제제를 제조할 때 이용했을 때 원료가 되기 때문에 꾸준한 연구가 필요하다.

    3 결 론

    돈사에서 발생하는 악취의 주성분은 암모니아 등 아 민계열, 황화수소를 포함한 황화합물계열, 그리고 휘발 성 지방산 및 페놀류 등이 주를 이룬다. 돈사내부와 분 뇨저장소에서 각기 악취기여도는 다르지만 주요 기여 는 황화합물과 페놀류가 전체의 81~87%를 차지한다. 국내 지정악취물질에 포함되지 않은 페놀류(4-methylphenol( p-cresol), indole, skatole)의 악취기여도가 높다 는 것은 축산악취를 저감하는 장치의 개발이나 방법의 적용에 있어서 주지해야할 사실이다. 암모니아 위주의 악취 모니터링이나 저감기술 개발로는 축산악취의 근 본적인 문제점을 해결할 수 없다는 점을 시사한다. 이 들 페놀류 물질은 최소감지농도가 매우 낮으며 불쾌감 을 유발하는 물질이다. 다만, 축사내부나 주변에서는 검출되나 부지경계까지 확산이 일어나지 않는 점은 악 취민원에 기여하는 바는 적다는 점이다. 따라서 악취발 생원 관리의 차원에서 기존 암모니아 및 황화합물을 대상으로 하는 저감기술로는 근본적인 축산악취저감이 어렵다. 특히 아직은 인돌 및 페놀류의 분석방법이 정 립되어있지 않은 우리나라의 현실을 감안하면 축산악 취 저감용 미생물 균주 개발은 복합악취 저감을 스크 리닝 방법으로 이용하는 것이 적합하다고 할 수 있다.

    축산 악취물질 중 일부는 유해가스로 돼지를 사육하 는 과정에서 생산성의 저하를 가져옴으로서 농민들의 소득을 저하시켜줄 뿐 아니라, 악취에 노출된 국민의 정서적, 사회적 건강에 영향을 미친다. 악취저감의 방 법으로 비용이 많이 들어가는 최신식 돈사로의 개축이 나, 바이오필터와 같은 장치형의 시설의 운영은 대규모 의 기업형 축산에서는 적용할 수 있으나, 중소규모의 축산농민이 적용하기엔 경제적인 어려움이 있다. 결국, 미생물제제를 이용한 생물학적 악취저감을 주로 적용 하는 국내 현실을 감안하면 우수한 미생물의 확보 및 이와 관련한 기초 연구 및 현장연구가 시급하다.

    감사의 글

    This work was supported by Korea Institute of Planning and Evaluation for Technology in Food, Agriculture, Forestry and Fisheries (IPET) through Advanced Production Technology Development Program, funded by Ministry of Agriculture, Food and Rural Affairs (MAFRA)(316012-03-2-WT011).

    Figure

    Table

    Degree of odor generation by the swine manure treatment system (ME, 2004)

    The concentration of odor materials in the compost treatment (ME, 2004)

    aA : output of the prevention facility
    bB : input of the prevention facility
    cC : middle center of the composting
    dAverage : calculated concentration in the treatment
    eN.D. : not detected

    Microorganisms used in the odor removal and their effects

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