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ISSN : 2288-9167(Print)
ISSN : 2288-923X(Online)
Journal of Odor and Indoor Environment Vol.20 No.1 pp.18-27
DOI : https://doi.org/10.15250/joie.2021.20.1.18

Comparison of the effect of mixing ratio of Enterococcus casseliflavus and deodorants on the reduction of ammonia

Yong-Eun Jeon, Eun Young Lee*
Department of Environmental engineering, The University of Suwon
*Corresponding author Tel : +82-31-220-2614 E-mail : ley@suwon.ac.kr
09/02/2021 23/02/2021 05/03/2021

Abstract


This study was conducted to find an efficient and economical mixing ratio of deodorant and a isolated microorganism to reduce ammonia in livestock manure compost. In this study, a simple experimental device that can compare the degree of odor reduction by connecting the vial containing the odor generating source and the gas detection tube and leaving it to stand was used. This test method cannot accurately measure ammonia concentration according to the characteristics of the detector tube, but it is an easy method to compare various experimental conditions. The microorganism isolated from pig manure, “Enterococcus casseliflavus” was found to have an effect on ammonia reduction. Surfactant (sodium dodecyl sulfate), mineral A, mineral B, sulfur, persimmon leaves, and glycerin used as a deodorant were mixed with E. casseliflavus NO-2-L to find the optimum mixing ratio. When 20% of deodorants and E. casseliflavus NO-2-L were added to the source of odor alone, the ammonia reduction efficiency of NO-2-L was the highest (66.7%) compared with other deodorants. When a mixture of microorganisms and deodorants were used, the ammonia reduction efficiency was the best when the mixing ratio of the deodorant was 20%. When mineral B and sulfur were added, the ammonia concentration reduction efficiency was the highest at 83.3%.



Enterococcus casseliflavus와 탈취제의 혼합비율에 따른 암모니아 저감 효과 비교

전용은, 이은영*
수원대학교 환경공학과

초록


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

    1. 서 론

    축산농가에서 발생하는 악취는 근무자와 인근 주민 들에게 피해를 줄 뿐만 아니라 가축에게 스트레스를 주어 성장지연과 건강에 악영향을 미쳐 경제적 손실을 초래한다. 특히 주거환경에 대한 인식 향상과 농업 지 역들의 도시화로 인하여 주거지역이 악취 시설들과 충 분한 이격 거리를 확보하지 못하게 되면서 악취에 대 한 민원이 증가하여 사회적 문제를 일으키고 있다 (Kim, 2017;Park and Yoo, 2020). 악취는 개인적인 후 각 차이가 있어 사람에 따라 악취를 느끼는 정도가 다 르다. 따라서, 특정한 사람에게는 심각한 악취가 다른 사람에게는 별 영향을 주지 않는 경우가 있어 악취방 지 정책을 어렵게 하는 요인이 되고 있다(Yu and Shim, 2007). 또한, 축산 시설의 지형적 특성, 기상 현 황 등 여러 가지 인자들에 영향을 받으며 이러한 환경 인자들은 예측이 불가능하고 계속 변화하기 때문에 악 취로 인한 확산정도를 정량적으로 평가하는 것이 어려 운 실정이다(Hong et al., 2008). 일반적으로 축산농가 에서 발생하는 악취물질은 분뇨를 토양에 주입하는 과 정에서 가장 많이 발생하며 축사와 분뇨저장시설이 주 악취발생원이다(Park et al., 2005). 발생되는 악취물질 은 분뇨 저장 및 처리과정에서 발생되며, 암모니아, 황 화합물, 알데하이드류, 휘발성 지방산, 아민류, VOC 등이 있으며 축산농가마다 가축의 종류, 시설, 관리 방 법 등 환경에 차이가 있어 발생하는 주요 악취물질이 다르므로 그에 따른 해결 방법도 달라져야 한다. 또한, 산업장 등에서 발생되는 악취를 저감하기 위한 장치형 악취방지시설에 대한 연구는 활발한 반면, 국내 축산현 장에서는 거의 사용되지 않기 때문에 현실에 맞는 연 구가 필요하다.

    축산농가에서 사용되는 악취저감제는 주로 생물학적 첨가제와 화학적 첨가제로 분류된다. 생물학적 첨가제 는 미생물제제나 식물 추출물 등을 이용한 방법으로 제제를 희석하여 축사 내에 직접 분사하거나 사료에 섞어 가축의 소화율을 증진시켜 원천적으로 악취를 저 감시키는 방법을 사용한다(Choi and Heo, 2019). 이는 물리적, 화학적 방법에 비해 악취 저감 효율이 낮을 수 있지만, 화학적 첨가제에 비해 비용이 저렴하여 경제적 이고 가축과 인체에 무해하여 안정적인 장점이 있어 실용적인 악취 저감 방법으로 사용되고 있다. 화학적 첨가제는 화학성 제제나 냄새를 덮는 마스킹제, 악취물 질을 산화시키는 산화제, pH 변화제 등이며, 비교적 낮은 농도로 광범위하게 발생되어 악취를 포집하기 어 려운 장소에 많이 이용되고 있다. 그러나, 화학반응으 로 인해 유해한 물질이 발생하여 건강에 위협을 줄 수 있고, 일부는 오히려 악취가 증가하여 민원이 증가하기 도 한다(ME, 2012). 악취물질 저감 효율과 악취 저감 유지에 대한 지속성, 저감 효율 대비 가격이 적절한지 에 대한 경제성 등을 고려하여 모든 조건에서 가장 좋 은 성능을 낼 수 있는 악취저감제를 찾는 것은 힘든 실 정이다.

    축산 악취 제거를 위해 미생물 및 악취 저감제를 혼 합 사용하는 방법은 많은 연구자들의 연구에 의해 진 행되었다. Kim et al. (2010)은 악취 저감을 목적으로 사용되는 균주 Bacillus subtillus와 pH를 저감시키는 Lactobacillus acidophilus를 혼합 사용하여 균주의 최 적 pH 조건에서 암모니아 제거를 위한 상승효과가 있 다고 하였다. 돈분뇨에 미생물과 탄수화물 부형제를 처 리하였을 때 암모니아의 37%를 저감하였다고 보고하 였다(NIAS, 2016a). 편백나무액과 미생물 급이 및 살 포등을 다양하게 조합한 결과를 통해 단순히 편백나무 액만 살포할 경우보다, 미생물제제를 급여하고 살포하 는 3가지 방법을 모두 적용할 경우 가장 악취저감에 효과가 있음을 보고하였다(NIAS, 2016b). Park and Kwon (2020)은 여러 미생물을 혼합하여 사용할 때 혼 합 비율을 다르게 하면 황화수소 저감 효과가 다른 것 을 보고하였다. 하지만 기존 연구만으로는 미생물 및 탈취제를 혼합하여 사용하였을 경우의 연구나 암모니 아에 대한 실험은 매우 부족한 실정이다. 탈취제에 따 라 효능과 가격이 상이하며, 가격도 높아 단독 사용보 다는 적절한 혼합을 통해 저감효율과 경제성을 최적화 하는 것이 필요하다.

    따라서, 본 연구에서는 lab scale test를 통해 다양한 혼합 조건에서 암모니아 저감효과를 비교하기 위해 간 단한 실험 장치를 이용하는 방법을 고안했다. Tube에 서 검지관을 당길 수 없는 특성에 따라 실험 장치를 제 작하였으며, 암모니아 검지관으로 미생물제제와 6종의 탈취제를 대상으로 단독 및 혼합사용 효과를 알아보았 다. 암모니아의 농도는 실험 시간 동안 매시간 측정하 였다. 본 연구는 암모니아 악취를 저감하는데 가장 좋 은 효율을 보이는 미생물과 탈취제의 최적 혼합 비율 을 찾아 현장 적용 가능성을 확인하고자 하였다.

    2. 실험 방법

    2.1 암모니아 발생 농도 측정 방법

    암모니아 악취에 대한 저감 효율을 확인하기 위해 vial과 검지관을 이용하여 간이 농도 측정장치를 제조 하였다(이하 vial test)(Fig. 1). 50 mL conical tube를 이용하여 흡입 펌프로 검지관을 당길 경우 외부 공기 유입으로 정확한 값을 측정할 수 없고, 플라스틱 재질 인 vial은 형태가 변하지 않기 때문에 외부 공기 유입 을 모두 차단한 후 검지관을 당기는 것은 불가능하다. 이에 따라 검지관을 이용해 암모니아 농도의 정확한 수치는 측정할 수 없지만 검지관에 측정되는 농도의 변화를 측정하는 방법을 고안하였다.

    Tube 뚜껑에 스펀지를 부착한 후 검지관과 크기가 동일한 구멍을 뚫고 암모니아 검지관(GASTEC 00212) 을 끼움으로써 tube를 제작한 후 안에 악취발생원을 넣어 악취물질이 자연스럽게 검지관으로 빠져나오는 구조를 만들었다. 검지관을 이용해 악취물질의 농도를 측정하기 위해 흡입 펌프로 검지관을 당길 때는 설정 된 기체의 양만큼을 흡입해야 한다. 설계된 이 방법은 통과되는 기체의 양이 방치시간만큼으로 일반적인 검 지관 측정법과 다를 뿐만 아니라 측정 시간도 훨씬 길 어지기 때문에 해당 tube에 있는 암모니아의 정확한 농도는 확인할 수 없다. 하지만 본 연구에서 퇴비의 농 도를 다르게 하여 실험함으로써 악취물질의 농도가 높 을수록 검지관에 측정되는 수치가 빠르게 증가하며, 악 취물질의 농도가 낮을 경우 천천히 증가하거나 혹은 변화가 없음을 확인하였다. 즉, 퇴비의 농도를 다르게 하여 측정되는 암모니아 농도의 차이점을 확인하였다. 이 장치는 측정기를 통해 검지관을 당겨서 측정하는 방법이 아닌 검지관에 악취물질을 강제로 흘려보내는 방법으로 암모니아의 정확한 농도를 측정할 수는 없지 만, 악취발생원의 농도에 따라 검지관에 측정되는 농도 가 다르므로 특정 미생물이나 저감제 등의 악취 저감 을 검토하거나, 여러 가지 경우의 수에서 악취 저감 효 율을 비교하는데 용이하다는 장점이 있다.

    2.2 악취 발생원 제조

    Vial test를 위한 악취 발생원으로 축산농가에서 제조 한 축산퇴비를 물과 혼합하고 고형물을 충분히 침전시 킨 후 사용하였다. 고형물이 포함될 경우엔 발생되는 악취 농도가 매우 불규칙하기 때문에 고형물을 제외하 였다. 악취발생에 적합한 퇴비와 물의 최적 혼합 비율 을 찾기 위해 50 mL conical tube 안에 퇴비와 물을 총 량 10mL가 되게 일정 비율로 혼합하여 사용하였다. 축산악취 중 암모니아의 발생은 Lee and Lee (2009)의 실험방법을 참조하였다.

    악취의 대량 발생을 위해서는 1 L 삼각 플라스크에 물의 양을 300mL로 고정하고 퇴비의 양을 각각 3 g (1% w/v), 10 g (3.3% w/v), 20 g (6.6% w/v), 30 g (10% w/v)을 첨가하여 암모니아 농도를 측정하였다. 초기 농도를 설정함에 있어서 vial마다 퇴비의 고형물 이나 혼합의 정도에 의한 오차의 발생을 줄이기 위해 동일조건의 실험구를 10여 개 제작 후 10% 오차 농도 범위 내의 실험구를 3개 선택하였다.

    50 mL conical tube에 1%~10%의 다양한 퇴비농도 로 만들어진 퇴비 현탁액 10mL를 넣고 48시간 동안 측정한 결과를 살펴보았다(Fig. 2). 퇴비의 농도 1% (w/v)의 경우 암모니아 검지관에 측정된 농도가 증가하 는 속도가 매우 느렸고, 24시간 이후에는 15 ppm에서 더 이상 증가하지 않는 것을 확인하였다. 퇴비의 양을 너무 적게 사용할 경우 암모니아의 농도가 검지관에 측정되지 않을 만큼 작아 실험에 사용하기엔 부적합한 것을 확인하였다. 퇴비의 농도 3.3% (w/v) 이상의 경 우 48시간 이후에도 검지관의 측정한계치(100 ppm)가 초과될 때까지 천천히 증가했고 10% (w/v)까지 퇴비 의 양을 많이 할수록 검지관에 측정되는 암모니아의 농도가 빠르게 증가하는 것을 확인하였다. 퇴비 농도가 10% (w/v)인 경우 검지관의 측정한계치가 초과되는 시 점이 약 48시간 이후로 실험에 적합하였고 퇴비의 농 도를 10% (w/v) 이상으로 설정할 경우 짧은 시간 안에 검지관이 빠르게 측정한계치가 초과되어 장시간 실험 이 불가능하고 고형물의 양이 너무 많아져서 상등액을 분취하는 것에 어려움이 있었다. 퇴비의 농도를 3.3% (w/v)로 실험할 경우 암모니아 농도가 천천히 증가하여 장시간 측정할 때 지속성을 확인하는 실험에서 장점이 있을 수 있지만, 농도 증가량이 너무 낮아 악취 저감제 에 의해 암모니아 농도가 저감되었을 때 그 차이를 눈 에 띄게 확인하기 어려웠다. 반면에, 퇴비의 농도 10% (w/v)로 실험할 경우 암모니아 농도가 높으므로 악취 저감제를 첨가하였을 때 농도 차이로 인하여 암모니아 저감 효과를 명확히 확인하기 쉽다는 장점이 있었다. 따라서 본 실험은 대조군의 농도가 악취 발생이 약 48 시간의 지속성을 보여주면서 뚜렷한 저감 수치를 볼 수 있어 저감제의 효과도 확인하기 쉬운 10% (w/v)의 퇴비 농도를 선택하였다.

    2.3 악취 저감 미생물 선별

    악취 저감 미생물은 돈분에서 Tryptic soy agar (TSA) 배지에 도말 후 분리하였으며, 4종류(M-1, NO- 2-L, DO-1, SE-2-S-1 균주)의 미생물을 최종 선정한 후 암모니아 저감 효과를 확인하였다. 이 중 균주 DO- 1과 균주 SE-2-S-1은 TSA 배지에서 성장 속도가 낮아 실험에 필요한 미생물을 확보하는 데 어려움이 있어 제외하였고, 성장속도가 원할한 균주 M-1과 균주 NO- 2-L을 이용하여 vial test에서 암모니아 저감 효과를 알 아보았다.

    퇴비로부터 적당한 악취발생을 위해 물 300 mL와 퇴비 15 g을 혼합하여 퇴비 농도 5% (w/v)를 사용하여 실험 균주의 암모니아 저감효과를 확인하였다. 이후 TSA 고체배지에 계대배양 후 16S rRNA Sequence 분 석으로 동정 의뢰하였다. 미생물에 의한 악취 저감 효 과를 비교할 때 미생물 접종량을 균일하게 하였다. 이 를 위해 미생물 접종 시 배양액을 분광광도계의 OD600nm값을 1.0으로 조정하였다. 또한, 최적 미생물 접종량을 확인하기 위해 같은 퇴비 농도에서 미생물의 양을 다르게 주입하였다. 퇴비 농도 5% (w/v) 10 mL를 사용하고 배양된 미생물 배양액을 0.5mL, 1mL, 2mL, 3mL 씩 각각 주입하였으며 총량은 3ml 로 동 일하게 하기 위하여 autoclave를 이용해 121°C에서 15 분동안 멸균시킨 멸균수를 첨가하였다. 대조군은 미생 물을 접종하지 않았으며 멸균수 만 3mL 첨가하였고 대조군과 실험군의 암모니아 저감의 차이를 비교하였 다.

    2.4 탈취제 선정

    축산 악취 저감용 탈취제로 사용된 제제는 기존 계 면활성제 SDS (Sodium dodecyl sulfate, ACS reagent, ≥99.0% (SIGMA, USA)), 미네랄 A((주) 가딘), 미네랄 B((주)가딘), 황(DAEJUNG, 99%), 감나무 잎, 글리세 린(DUKSAN, 99%) 총 6종을 사용하였다. 감나무 잎 은 학교 내 감나무 낙엽을 수거하여 막자사발에 갈아 서 사용하였다. 계면활성제(SDS)의 경우 생화학 분야 에서 가장 많이 사용하는 물질로 악취물질 저감에 대 한 연구는 없었지만, 미생물 제제제조에 혼합되는 경우 가 있어 사용하였다. 미네랄 A의 경우 성분은 장석, 이 산화규소, 인으로 악취 제거 효과는 Kang et al. (2002) 의 실험에 의해 검증되었다. 미네랄 B의 경우 성분은 게르마늄으로 악취 제거 효과는 Kwon (2001)에 의해 검증되었다. 황의 경우 화학반응에 의해 암모니아는 제 거될 수 있지만, 황 화합물이 생성됨에 따라 다른 악취 물질이 증가할 수 있음을 고려해야 한다. 감나무 잎의 경우 그 안에 포함된 카테친이 악취 제거에 효과가 있 고(Jung et al., 2004) 감나무 잎이 포함된 목초액이 악 취 제거 효능이 있다는 보고가 있다(Park et al., 2003). 글리세린의 경우 악취 저감 효과는 이전의 여러 실험 을 통해 검증되었다.

    모든 탈취제는 증류수와 혼합하여 1% (w/v)로 제조 한 후, 실험군에는 20% (v/v)의 혼합액을 주입하였으 며, 퇴비와 혼합액의 적절한 교반과 다른 실험조건과 동일한 온도를 유지하기 위해 진탕배양기를 이용하여 30°C에서 진탕 배양하였다.

    2.5 미생물 및 탈취제의 혼합 비율 선정

    악취 저감제는 악취 제거 효율이 높은 것이 가장 중 요하지만, 현장에 적용 시 제제의 경제성도 고려해야 할 두 번째 요소이다. 이를 위해 악취 저감 미생물과 탈취제의 최적의 혼합 비율을 선정하였다. 먼저 미생물 과 탈취제들을 단독으로 사용하였을 때 저감률을 확인 하고 미생물과 탈취제의 다양한 혼합 비율에 대한 암 모니아 저감 효율을 확인하여 비교하였다. 혼합 비율의 선정은 1%로 희석된 탈취제와 OD600nm값이 1.0으로 조정된 미생물배양액을 이용하였다. 미생물과 혼합되 는 탈취제의 최소 비율은 탈취제의 양이 너무 적으면 탈취제에 의한 저감 효과라고 판단하기 어려움이 있어 주입량을 기준으로 탈취제의 비율 5%부터 시작하였으 며 최대 비율은 경제성에 의거하여 50%까지 실험하였 다. 이를 토대로 초기 미생물과 탈취제의 혼합 비율은 전체 주입량 중 탈취제의 양 5%, 10%, 20%, 30%, 50%로 선정하였고 나머지 비율을 미생물 배양액으로 하여 혼합하였다. 검지관을 이용한 간이 실험 장치를 이용하여 최대 48시간 동안 측정하였다. 아래의 연구 흐름도에 맞춰 실험을 진행하였다.

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    3. 결 과

    3.1 미생물 선별 및 접종

    배양된 균주 M-1과 NO-2-L을 이용하여 암모니아 저감 효과를 실험한 결과 균주 M-1의 경우 12시간 후 기준 대조군의 농도가 27.3 ppm일 때 30 ppm으로 암 모니아 농도가 9.8% 증가하여 암모니아에 대한 저감 능력은 없는 것으로 나타났다. 균주 NO-2-L의 경우 12시간 후 기준 대조군의 농도가 27.3 ppm일 때 17.3 ppm으로 암모니아 농도가 36.6% 감소한 것을 확인하여 균주 NO-2-L를 실험용 미생물로 선택하였다(Fig. 3).

    암모니아 저감 효과 능력을 보인 균 NO-2-L의 동정 결과 Enterococcus casseliflavus 균주로 나타났다. 이 균 은 장구균으로 대장에 존재하며 혐기성균이고 기회적 병원성이다. Ruvid (2016)에 의하면 Enterococcus casseliflavus로 독성을 해독하는 방법을 찾아 유독물질 이나 유기질의 알칼로이드와 유액을 제거하는데 기여 한다는 보고가 있었지만, 악취물질과 연관된 보고는 없 었고 본 연구에서 최초로 악취물질인 암모니아에 대한 저감 효과를 확인하였다.

    검지관을 이용한 간이 실험 장치를 사용하여 퇴비 농도 5%(w/v)인 퇴비액 10mL에 E. casseliflavus NO- 2-L 균주 0.5mL, 1mL, 2mL, 3mL를 각각 주입하여 6시간 관찰하였다(Fig. 4). 6시간 후 미생물을 접종하지 않은 대조군의 농도가 17 ppm일 때 접종량 0.5mL, 1mL, 2mL, 3mL에서 각각 10 ppm~11 ppm으로 큰 차이 없이 나타났고 이에 대한 저감 효율은 58%~64% 로 미생물 접종량에 따른 암모니아에 대한 저감 효과 가 미비한 것으로 확인되었다. 이를 토대로 첨가제의 주입량을 고려하여 미생물 및 탈취제에 의한 효과를 보 다 눈에 띄게 확인하기 위해 퇴비 10mL의 경우 미생 물 및 첨가제 주입량 2mL인 20% (v/v)로 선정하였다.

    3.2 미생물 및 탈취제의 단독 사용

    퇴비 농도 10% (w/v)인 퇴비액 10mL에 탈취제 주 입량을 20% (v/v)로 설정하였다. 검지관에 측정되는 대조군(탈취제 무첨가군)의 농도와 첨가제에 의해 감 소된 암모니아 농도를 이용해 암모니아 농도를 측정하 여 그래프로 나타내었다(Fig. 5).

    Fig. 5의 결과에서 보듯이 미네랄 A, B, 황, 감나무 잎, 글리세린과 같은 탈취제들보다 미생물을 단독 사용 하였을 때 암모니아 저감 효과(66.7%)가 가장 좋았다. 탈취제들은 미생물에 비하면 가격이 높기 때문에 탈취 제만을 단독 사용하는 것은 경제성이 낮다. 따라서, 각 탈취제의 혼합효과를 알아보았다.

    계면활성제(SDS)를 탈취제로 단독 혹은 혼합 사용 하여 암모니아 저감을 알아보았다(Fig. 6). 단독 사용 시 암모니아 농도가 오히려 증가하였다. 이는 암모니아 발생량에는 역효과를 줄 수 있지만 다른 악취물질에 대한 저감 효과가 있을 가능성이 있다. 하지만 암모니 아는 축산농가의 주요 악취물질이고, 암모니아가 주된 악취물질인 축산농가에서는 계면활성제(SDS)를 이용 한 악취 저감은 힘든 것으로 판단된다. 미네랄 A의 경 우 미생물을 제외한 다른 탈취제들에 비해 저감 효과 가 가장 좋았다. 그리고 시간이 지속될수록 암모니아 증가속도가 느려지는 것을 보아 상대적으로 다른 탈취 제들에 비해 지속성이 좋다는 것을 확인할 수 있다 (Fig. 5). 미네랄 A에서 가장 암모니아 저감 효율이 좋 은 12시간 후를 기준으로 대조군에 비해 암모니아 농 도가 25% 감소된 수치이다. 미네랄 B와 황의 경우 거 의 유사한 그래프의 모양을 보였다(Fig. 5). 12시간 후 에 대조군 대비 암모니아 농도는 약 16.7% 감소하였다. 30시간 후에는 대조군 대비 7.5% 감소하였는데 미네랄 A는 18.75% 감소한 것을 보면 미네랄 A의 지속성이 미네랄 B와 황에 비해 좋은 것을 확인했다. 감나무 잎 의 경우 12시간 후 대조군 대비 암모니아 농도 8.3%로 효과가 있는 탈취제 중 가장 낮은 저감 효율을 보였다 (Fig. 5). 글리세린의 경우 암모니아 저감 효과가 가장 좋았던 미네랄 A를 이어 12시간 후 대조군 대비 암모 니아 농도가 약 20.8% 감소하였다.

    미네랄의 악취 흡착 효과는 명확히 규명되어있지 않 으나, 규산염, 제올라이트(KIPO, 2004), 게르마늄 등이 함유된 많은 액상 및 분말제품이 현재 시장에서 유통 되고 있다. 미네랄성분은 또한 미생물의 대사활동에서 유기물을 분해하는 효소의 촉매 역할을 한다고 알려져 있다(Majewski et al., 2016). 유기황은 동물 사육 시 사료에 첨가하여 가축의 건강을 증가시켜주는 것으로 알려져 있으나(Chu et al., 2017), 악취 저감에 대한 명 확한 기작은 알려지지 않은 채 역시 시장에서 유통되 고 있다. 감나무 잎은 화학적 제제인 다른 탈취제들과 다르게 식물성 제제로 여러 식물성 제제를 혼합하여 사용하거나 다른 식물성 제제의 사용방법과 비슷하게 농도를 진하게 하여 사용해야 더 좋은 악취 저감 기대 효과를 얻을 수 있을 것으로 예상된다. 감나무 잎의 경 우도 섬유소의 흡착기능에 의한 탈취효과로 사료된다. 글리세린은 냄새억제효과 및 방부제 성분의 효과를 증 대시켜주기도 한다(Oh, 2010).

    결과적으로 탈취제들은 단독 사용하면 미생물만을 사용하였을 때보다 암모니아 저감 효과가 떨어지는 것 을 확인할 수 있고, 계면활성제(SDS)는 단독으로 사용 시 암모니아 농도 저감에 대한 역효과를 일으켰으며, 탈취제 중에서는 미네랄 A가 가장 좋은 효율을 보였고 감나무 잎은 식물성 제제로 사용되는 농도가 너무 낮 아 효과를 거의 보지 못했다는 것을 확인했다.

    3.3 미생물 및 탈취제의 혼합 사용

    E. casseliflavus NO-2-L과 탈취제의 혼합 실험 조건 은 퇴비 농도 10% (w/v) 10 mL에서 첨가제 주입량 20% (v/v)인 2mL를 주입하여 실험하였다. 혼합 비율 에 표시된 % 양은 첨가제를 혼합한 비율이며 나머지 비율은 NO-2-L을 혼합하여 주입한 것이다. NO-2-L과 탈취제를 혼합 사용했을 때 대체적으로 가장 효율이 좋은 시간대인 12시간 후를 선정하여 암모니아 저감 효율을 계산하였다(Table 1).

    계면활성제를 E. casseliflavus NO-2-L과 혼합 사용 하였을 때의 암모니아 농도 저감 효과를 그래프로 나 타냈다(Fig. 6). 계면활성제는 탈취제지만 단독 사용하 였을 때 암모니아 농도가 증가하는 것을 확인했다. 하 지만 NO-2-L과 혼합 사용하였을 때는 암모니아 저감 효과가 일부 나타났다. 효과가 가장 좋은 혼합 비율은 계면활성제(SDS)를 5% 혼합했을 때 대조군 대비 저감 효율 66.7%로 가장 좋았고 혼합 비율 10%의 경우 저 감 효율 약 43.8%, 혼합 비율 20%의 경우 저감 효율 약 33.3%으로 나타났다. 혼합 비율 30% 이상으로 혼 합하였을 때는 대조군보다 암모니아 농도가 더 높아지 기 시작했다. 혼합 비율 30%의 경우 암모니아 농도가 4.2% 증가했으며 혼합 비율 50%의 경우 암모니아 농 도가 12.5% 증가하였다. 암모니아 농도 저감 효과를 수치로 보았을 때 효과가 가장 좋았던 계면활성제 (SDS)를 5% 혼합했을 때 미생물을 단독으로 사용했을 때와 비슷한 수치를 보였고 계면활성제(SDS)의 양을 늘려갈수록 암모니아 농도가 점점 높아지는 것으로 보 아 혼합 사용에 대한 저감 효과라고 하기보다 미생물 에 의한 저감 효과와 계면활성제(SDS)에 의한 암모니 아 증가 효과가 같이 나타난 결과라고 볼 수도 있고 미 생물과 계면활성제(SDS)를 혼합 사용하였을 때 암모 니아 저감에 대한 상관관계는 없는 것으로 판단된다.

    미네랄 A를 E. casseliflavus NO-2-L과 혼합 사용하 였을 때의 암모니아 저감 효과를 그래프로 나타냈다 (Fig. 7). 미네랄 A의 경우 20%의 혼합 비율로 혼합하 였을 때 대조군 대비 저감 효율 약 79.2%로 효과가 가 장 좋았다. 이어서 혼합 비율 5%일 때 저감 효율 75%, 혼합 비율 30%일 때 저감 효율 62.5%, 혼합 비율 50%일 때 저감 효율 약 58.3%, 혼합 비율 10%일 때 저감 효율 약 39.6% 순으로 효율이 높았다. 이후 최적 혼합 비율을 알아보기 위한 실험결과(Fig. 7), 미네랄 A를 5%로 첨가한 경우 24시간 이후의 농도가 다른 혼 합 비율에 비해 급증한 것으로 보아 지속성이 떨어지 는 혼합 비율인 것을 확인하였다. 첨가효율과 경제성을 고려하여 현장사용 시 첨가량을 5%에서 20% 사이로 결정할 수 있다.

    미네랄 B를 E. casseliflavus NO-2-L과 혼합 사용하 였을 때의 암모니아 저감 효과를 그래프로 나타냈다 (Fig. 8). 미네랄 B의 경우 20%의 혼합 비율로 혼합하 였을 때 대조군 대비 저감 효율 약 83.3%로 효과가 가 장 좋았다. 이어서 혼합 비율 5%일 때 저감 효율 약 79.2%, 혼합 비율 30%일 때 저감 효율 62.5%, 혼합 비율 50%일 때 저감 효율 약 56.3%, 혼합 비율 10% 일 때 저감 효율 약 41.7% 순으로 효율이 높았다. 미 네랄 B를 혼합 비율 20%로 혼합하였을 때의 저감 효 율은 모든 탈취제 중 가장 높은 암모니아 저감 효율을 보였다. 혼합 비율 50%의 경우 24시간 이후의 농도가 다른 혼합 비율에 비해 급증한 것으로 보아 지속성이 떨어지는 혼합 비율인 것을 확인하였다.

    황을 E. casseliflavus NO-2-L과 혼합 사용하였을 때 의 암모니아 저감 효과를 그래프로 나타냈다(Fig. 9). 황의 경우 20%의 혼합 비율로 혼합하였을 때 대조군 대비 저감 효율 약 83.3%로 효과가 가장 좋았다. 이어 서 혼합 비율 5%일 때 저감 효율 약 79.2%, 혼합 비율 30%일 때 저감 효율 62.5%, 혼합 비율 50%일 때 저감 효율 약 56.3%, 혼합 비율 10%일 때 저감 효율 약 41.7% 순으로 효율이 높았다. 황을 혼합 비율 20%로 혼합하였을 때의 저감 효율은 미네랄 B와 마찬가지로 암모니아 저감 효율이 가장 높았고, 다른 혼합 비율에 서도 다른 탈취제에 비해 가장 높은 암모니아 저감 효 율을 보였다. 따라서, NO-2-L과 혼합 사용하였을 때 가장 좋은 효과를 보인 탈취제라고 할 수 있다.

    감나무 잎을 E. casseliflavus NO-2-L과 혼합 사용하 였을 때의 암모니아 저감 효과를 그래프로 나타냈다 (Fig. 10). 감나무 잎의 경우 5%의 혼합 비율로 혼합하 였을 때 대조군 대비 저감 효율 약 64.6%로 효과가 가 장 좋았다. 하지만 지속성 면에서 30시간 이후 저감률 은 20%에서 효과를 보였다. 이어서 혼합 비율 30%일 때 저감 효율 약 56.3%, 혼합 비율 20%와 50%일 때 저감 효율 54.2%, 혼합 비율 10%일 때 저감 효율 약 31.3% 순으로 효율이 높았다. 다른 탈취제들에 비해 상대적으로 저감 효과가 떨어지는 감나무 잎이 혼합 비율 5%에서 가장 좋은 효율을 보인 것은 감나무 잎 의 단독 사용시 암모니아 저감 효과가 크지 않았는데 계면활성제(SDS)와 마찬가지로 NO-2-L의 효과가 크 게 작용했음을 짐작할 수 있다.

    글리세린을 E. casseliflavus NO-2-L과 혼합 사용하 였을 때의 암모니아 저감 효과를 그래프로 나타냈다 (Fig. 11). 글리세린의 경우 20%의 혼합 비율로 혼합하 였을 때 대조군 대비 저감 효율 약 79.2%로 효과가 가 장 좋았다. 이어서 혼합 비율 5%일 때 저감 효율 약 72.9%, 혼합 비율 50%일 때 저감 효율 약 58.3%, 혼 합 비율 30%일 때 저감 효율 약 39.6%, 혼합 비율 10%일 때 저감 효율 약 37.5% 순으로 효율이 높았다. 글리세린 혼합 비율 5%의 경우 24시간 이후에서 농도 가 급격히 증가하였고 다른 혼합 비율에 비해 지속성 면에서 뒤떨어지는 것을 확인할 수 있었다.

    4. 고 찰

    악취 민원이 환경적으로 가장 큰 이슈가 되고 있는 요즈음에 악취 저감을 위한 많은 기술적 방법이 개발 되어 있음에도 불구하고, 대부분의 국내 축산농가에서 는 경제적이고 효율적인 악취저감 방법으로 미생물제 제를 이용하고 있는 것이 현실이다. 또한, 축산농가의 사육 가축 종, 사육두수 및 사육환경은 매우 다양하여 발생되는 주된 악취물질이 다르며 이를 위해 암모니아, 황화합물, 메틸머캅탄 등 다양한 악취물질들을 대상으 로 미생물 및 탈취제의 악취 저감 효과가를 확인하고 이를 현장에 적용하는 것이 필요하다. 또한, 다양한 종 류의 탈취제와 악취 저감 미생물의 단순 혼합이 아니 라 현장 맞춤형의 혼합비율에 따른 악취 저감 효과에 대한 연구도 필요하다. 본 연구에서 이용된 탈취제는 현재 시장에서 광범위하게 사용되고 있으나 명확한 탈 취기작에 대한 연구가 미흡한 소재들이다. 따라서, 기 작에 대한 연구에 앞서 실제 탈취효능을 알아보기 위 한 기초적 연구를 시작한 것이며, 앞으로도 보다 광범 위한 연구가 필요할 것으로 보여진다.

    본 연구에서 이용한 암모니아 검지관을 이용한 간이 실험 장치는 정확한 악취 농도가 아닌 단순 비교용 간 이 실험 장치로서 초기 실험과정에서 스크리닝 목적에 유용한 방법이다. 다음 단계로 정확한 측정분석을 통한 분석과 이를 통해 얻은 비교 데이터를 기반으로 현장 에 실제로 적용 후 악취 저감 효율이 나타나는지에 대 한 현장 실험이 추후에 필요하다. 또한, 단순히 미생물 과 탈취제의 혼합이 아닌 미생물과 다양한 탈취제의 다양한 혼합 비율에서의 악취물질 저감 효과에 대한 연구도 필요하다.

    5. 결 론

    본 연구에서는 암모니아 검지관을 이용한 간이실험 을 통하여 악취 저감 미생물 E. casseliflavus NO-2-L 과 다양한 탈취제를 혼합하여 사용함으로써 악취를 효 율적으로 저감하는 가장 경제적인 혼합 비율을 알아보 았다. 그 결과, 악취 발생원에 탈취제 및 미생물을 20% 첨가할 경우엔 분리 균주 NO-2-L의 첨가구에서 암모니아 저감 효율이 가장 높았다. 실험 시간 12시간 이후는 일반적으로 가장 저감 효과가 좋게 나타난 시 간대였다. 미생물과 탈취제를 혼합 사용하였을 경우 탈 취제의 혼합비율이 20%일 때 암모니아 저감 효율이 가장 좋았으며, 미네랄 B와 황을 첨가한 경우 암모니 아 농도 저감 효율 83.3%로 가장 높았다.

    축산농가에서 발생되는 돈분에서 분리된 미생물 NO-2-L을 이용하여 가축분뇨의 주요 악취물질인 암모 니아 저감 능력을 확인하였다. 그리고 악취 저감에 효 과가 있는 탈취제들을 이용하여 암모니아 검지관을 이 용한 간이 실험 장치를 통해 암모니아 저감 능력을 확 인하였고, 미생물과 여러 혼합 비율에서 혼합 사용함으 로써 단독 사용 시보다 혼합 사용했을 때 암모니아에 대한 저감 효율이 좋은 혼합 비율을 찾고 최적의 저감 효율을 찾아내었다.

    감사의 글

    본 연구는 경기도경제과학진흥원 경기도기술개발사 업(과제번호 : D202064)의 지원으로 수행하였습니다.

    Figure

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    Gas detector tube attached to 50mL conical tube.

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    Ammonia concentration profiles according to the amounts of compost.

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    Ammonia reduction effect of strains M-1 and NO- 2-L.

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    Ammonia reduction effect according to the microbial inoculation amount.

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    Effect of ammonia reduction when E. casseliflavus NO-2-L and deodorants were used separately.

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    Effect of ammonia reduction according to the mixing ratio of surfactants (SDS) and E. casseliflavus NO- 2-L.

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    Effect of ammonia reduction according to the mixing ratio of Mineral A and E. casseliflavus NO-2-L.

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    Effect of ammonia reduction according to the mixing ratio of Mineral B and E. casseliflavus NO-2-L.

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    Effect of ammonia reduction according to the mixing ratio of sulfur and E. casseliflavus NO-2-L.

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    Effect of ammonia reduction according to the mixing ratio of persimmon leaves and E. casseliflavus NO-2-L.

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    Effect of ammonia reduction according to the mixing ratio of glycerin and E. casseliflavus NO-2-L.

    Table

    Ammonia reduction effect according to mixing ratio of microorganism and deodorant after 12 hours [단위 : %]

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