돈사 환기팬 가동률에 따른 바이오커튼의 암모니아 저감 효능 평가

황옥화 ( Okhwa Hwang ),박준수 ( Junsu Park ),우샘이 ( Saemee Woo ),조슈아나이젤할더 ( Joshua Nizel Halder ),박소연 ( Soyean Park ) 한국농공학회 2022 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2022 No.-

바이오커튼(이하 커튼)은 돈사 측벽 환기팬에 설치하는 차광막으로, 돈사에서 배출되는 공기 중에 안개분무를 하여 악취가 확산되는 것을 방지하는 장치이다. 악취저감 효과는 커튼의 겹수, 단수(1단 또는 2단), 안개분무 조건 등의 운전조건과 계절별 환기팬 가동률에 따라 차이가 있다. 이 중 환기팬 가동률은 커튼 외부로 배출되는 악취 농도에 영향을 주는데, 가동률이 높으면 공기 배출량이 증가하여 커튼 외부로 배출되는 악취 농도를 증가시킬 수 있다. 이에, 본 연구는 돈사 환기량에 따른 커튼의 암모니아 저감 효과에 대해 평가하였다. 커튼은 2.6m x 4.7m x 3.1m(H x W x L) 규모의 직육면체로 돈사 환기팬 외부에 설치하였다. 암모니아 농도는 광음향 분광분석장치(INNOVA 1412i)로 측정하였으며, 시료 주입관은 커튼 표면에서 약 5cm 상부에 설치하였다. 시험은 커튼의 표면별로 암모니아 측정지점을 선발하고, 환기팬 가동률 30%, 50%, 100%에 따른 암모니아 저감율을 평가하였다. 커튼 표면별 암모니아 측정지점을 선발하는 시험은 커튼 전면부 8개, 양쪽 측면부 각 4개, 천정 4개의 총 20개 지점에서 암모니아 농도를 측정하여 농도 차이가 적은 지점을 선택하였다. 측정지점의 암모니아 농도는 3.5~4.4ppm 범위였으며, 이 중 농도 차이가 약 0.1ppm으로 가장 적은 지점을 커튼 표면별로 1곳씩 선발하였다. 다음은 돈사 환기팬 가동률에 따른 커튼의 암모니아 저감율을 평가하였다. 환기팬 가동률은 30%, 50%, 100%로 설정하고, 암모니아는 환기팬과 기 선발된 커튼 표면별 각 지점에서 측정하였다. 암모니아 농도는 환기팬 가동률 30%와 50%에서 환기팬, 천정, 우측, 전면, 좌측 순으로 낮았으며, 100%에서는 측정지점 간에 유사하였다. 천정의 암모니아 농도가 높은 것은 장치로 주입되는 공기의 수분 함량으로 추측할 수 있다. 수용성인 암모니아는 수분 함량이 높은 공기에 쉽게 용해되어 농도가 높아질 수 있는데, 천정 배출 공기의 수분 함량이 좌측에 비해 3Tdew 높았다. 환기팬 가동률에 따른 커튼 지점별 암모니아 저감률을 비교하면, 가동률 30%와 50%에서는 암모니아 저감률은 커튼 표면별로 유사하였고 각각 평균 35%와 32%였다. 반면, 환기팬 가동률 100%에서 암모니아 저감률은 평균 7%로 낮았는데, 환기팬 가동률이 높으면 많은 양의 공기가 커튼 외부로 배출되어 암모니아 저감 효과가 감소된 것으로 판단된다. 결과를 종합하면, 환기팬 가동률이 50%보다 낮으면 돈사에서 배출되는 공기가 커튼 내부에 포집되어 암모니아 배출을 줄였지만, 가동률을 높이면 많은 양의 공기가 외부로 배출되어 암모니아 저감 효과가 감소하였다.

돈사 환기팬 가동률에 따른 바이오커튼의 암모니아 저감 효능 평가

황옥화 ( Okhwa Hwang ),박준수 ( Junsu Park ),우샘이 ( Saemee Woo ),조슈아나이젤할더 ( Joshua Nizel Halder ),박소연 ( Soyean Park ) 한국농공학회 2022 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2022 No.-

바이오커튼(이하 커튼)은 돈사 측벽 환기팬에 설치하는 차광막으로, 돈사에서 배출되는 공기 중에 안개분무를 하여 악취가 확산되는 것을 방지하는 장치이다. 악취저감 효과는 커튼의 겹수, 단수(1단 또는 2단), 안개분무 조건 등의 운전조건과 계절별 환기팬 가동률에 따라 차이가 있다. 이 중 환기팬 가동률은 커튼 외부로 배출되는 악취 농도에 영향을 주는데, 가동률이 높으면 공기 배출량이 증가하여 커튼 외부로 배출되는 악취 농도를 증가시킬 수 있다. 이에, 본 연구는 돈사 환기량에 따른 커튼의 암모니아 저감 효과에 대해 평가하였다. 커튼은 2.6m x 4.7m x 3.1m(H x W x L) 규모의 직육면체로 돈사 환기팬 외부에 설치하였다. 암모니아 농도는 광음향 분광분석장치(INNOVA 1412i)로 측정하였으며, 시료 주입관은 커튼 표면에서 약 5cm 상부에 설치하였다. 시험은 커튼의 표면별로 암모니아 측정지점을 선발하고, 환기팬 가동률 30%, 50%, 100%에 따른 암모니아 저감율을 평가하였다. 커튼 표면별 암모니아 측정지점을 선발하는 시험은 커튼 전면부 8개, 양쪽 측면부 각 4개, 천정 4개의 총 20개 지점에서 암모니아 농도를 측정하여 농도 차이가 적은 지점을 선택하였다. 측정지점의 암모니아 농도는 3.5~4.4ppm 범위였으며, 이 중 농도 차이가 약 0.1ppm으로 가장 적은 지점을 커튼 표면별로 1곳씩 선발하였다. 다음은 돈사 환기팬 가동률에 따른 커튼의 암모니아 저감율을 평가하였다. 환기팬 가동률은 30%, 50%, 100%로 설정하고, 암모니아는 환기팬과 기 선발된 커튼 표면별 각 지점에서 측정하였다. 암모니아 농도는 환기팬 가동률 30%와 50%에서 환기팬, 천정, 우측, 전면, 좌측 순으로 낮았으며, 100%에서는 측정지점 간에 유사하였다. 천정의 암모니아 농도가 높은 것은 장치로 주입되는 공기의 수분 함량으로 추측할 수 있다. 수용성인 암모니아는 수분 함량이 높은 공기에 쉽게 용해되어 농도가 높아질 수 있는데, 천정 배출 공기의 수분 함량이 좌측에 비해 3Tdew 높았다. 환기팬 가동률에 따른 커튼 지점별 암모니아 저감률을 비교하면, 가동률 30%와 50%에서는 암모니아 저감률은 커튼 표면별로 유사하였고 각각 평균 35%와 32%였다. 반면, 환기팬 가동률 100%에서 암모니아 저감률은 평균 7%로 낮았는데, 환기팬 가동률이 높으면 많은 양의 공기가 커튼 외부로 배출되어 암모니아 저감 효과가 감소된 것으로 판단된다. 결과를 종합하면, 환기팬 가동률이 50%보다 낮으면 돈사에서 배출되는 공기가 커튼 내부에 포집되어 암모니아 배출을 줄였지만, 가동률을 높이면 많은 양의 공기가 외부로 배출되어 암모니아 저감 효과가 감소하였다.

왕겨바이오차 투입에 따른 가축분뇨퇴비 유래 암모니아 휘산의 저감 효과

한덕우 ( Deug-woo Han ),서시영 ( Si Young Seo ),우샘이 ( Saem-ee Woo ),황옥화 ( Okhwa Hwang ),정민웅 ( Min Woong Jung ) 한국환경농학회 2022 한국환경농학회 학술대회집 Vol.2022 No.-

암모니아는 미세먼지의 주요 원인으로 여겨지는 물질로서 가축의 사육과 분뇨의 처리, 퇴액비 살포 과정에서 다량으로 발생한다. 본 연구에서는 가축분뇨 유래 암모니아의 휘산을 저감하기 위한 방안으로서 바이오차 투입의 효과를 평가하였다. (실험재료 및 방법) 진동스크린 방식의 고액분리기를 이용하여 피트형 돈사에서 배출되는 슬러리를 처리하여 고상 돈분을 준비하였으며 톱밥을 투입하여 퇴비화를 위해 적합하도록 수분함량을 70%로 조절하였다. 바이오차의 효과를 검증하기 위해 분뇨/톱밥 혼합물과 더불어 대조구에는 일정량(5% v/v)의 왕겨를, 처리구에는 왕겨숯을 투입하였다. 퇴비화실험을 위해 제작된 아크릴챔버에 혼합물을 넣고 양압식 송풍을 가하여 퇴비화를 유도하였으며 공기는 챔버의 바닥으로 주입되어 분뇨를 통과한 후 뚜껑의 배관을 통해 배출되었다. 바이오차 투입의 효과를 평가하기 위해 배출되는 공기의 암모니아, 산소, 이산화탄소 농도를 측정하였으며 더불어 퇴비의 온도 변화를 모니터링 하였다. (결과 및 논의) 공기의 주입이 진행됨에 따라 모든 챔버에서 분뇨혼합물의 온도는 50℃ 이상으로 상승하였다. 특이하게도 발효 초기(1~11 days)에는 바이오차 처리구에서 온도가 더 높게 상승하였으나 발효 중기(11~25 days)에는 대조구의 온도가 더욱 높게 상승하였다. 배출공기의 암모니아 농도를 비교해 보았을 때 대조구의 평균 암모니아 농도는 40ppm 이상까지 상승하였다. 반면 바이오차 처리구의 암모니아 농도는 25ppm을 넘지 못하였다. 바이오차 처리에 따른 암모니아 저감 효과를 일별로 평가해 보았을 때 5~6일차 저감 효과는 70%로서 가장 높은 수준이었으며 실험 초기 10일간 평균 저감 효과는 38%이었다.

다중 입·배기 구조에 따른 연구용 돈방의 환기 효율성 평가

이세연 ( Se-yeon Lee ),박진선 ( Jinseon Park ),최락영 ( Lak-yeong Choi ),황옥화 ( Okhwa Hwang ),홍세운 ( Se-woon Hong ) 한국농공학회 2022 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2022 No.-

국내 양돈산업이 규모화 및 기업화되면서 양돈시설에서 발생하는 미세먼지 및 냄새는 주변지역에 많은 민원을 발생시킨다. 따라서 농촌진흥청 산하 국립축산과학원에서는 현장 규모의 연구 특화형 환경조절돈사를 신축하여 오염물질의 배출량 산정 및 냄새저감기술에 대한 다양한 연구를 수행하고 있다. 오염물질의 배출량을 산정하고, 저감기술의 효능을 검증하기 위해서는 정확한 환기량이 요구되지만, 제조사에서 제시한 환기량은 배기팬의 노후화로 인한 성능감소 등의 요인으로 실제 환기량과 차이가 발생한다. 또한 환기장치별 팬가동율에 따른 출력치 및 입·배기 조합별 환기량에도 차이가 있다. 따라서 현장 상황을 반영하고 정확도가 높은 환기량 측정법을 사용하여 환기량 측정 데이터를 구축하고, 팬가동율 및 입·배기별 실내 공기 교환량을(ACH)을 정량화하여 환기 효율성을 분석하는 것이 필수적이다. 본 연구는 국립축산과학원 연구용 돈사를 대상으로 바닥 형태가 서로 다른 3개의 돈방(가변형, 전면슬랏, 반슬랏)에서 입·배기 방식을 조합하여 팬가동율(20-99%)별 환기량을 측정하였다. 입기는 복도, 중천장, 덕트로 구성되어 있고 배기는 측면, 배기, 굴뚝으로 구성되어 있다. 환기량은 국립축산과학원에서 ASHRAE 규정에 맞게 제작한 풍량 측정장치와 Testo 덕트 풍량계를 사용하여 입·배기 조합 및 팬가동율별 총 164가지 경우의 환기량 측정을 3반복하여 데이터셋을 구축하였다. 이때, 모든 입기구의 중심에서 풍속을 측정하고 입기구의 면적을 곱하여 돈사 내로 유입되는 공기량 및 침기를 함께 분석하였다. 돈방 내 팬가동율 및 입·배기 조합별 환기 효율성을 분석하기 위해서 이산화탄소(CO₂)를 이용한 추적가스법을 활용하였고, 돼지의 활동 공간인 30cm의 돼지 높이 9개의 지점을 선정하여 Trace gas decay 방법으로 돈방 내부 지점별 공기 교환량 및 공기 분포 패턴을 분석하였다. 본 연구의 결과는 과학적인 환기량 정량화 데이터에 근거하여 연구용 돈사에서 수행되는 배출량 산정 및 냄새저감시설 효능 평가를 위한 기초 데이터로 활용할 수 있다.

왕겨숯을 이용한 양돈농가 퇴비사 냄새저감

한덕우(Deug-Woo Han),우샘이(Saem-Ee Woo),황옥화(Okhwa Hwang),서시영(Si Young Seo),장유나(Yu Na Jang),하태환(Taehwan Ha),조광곤(Gwanggon Jo),이소진(Sojin Lee),정민웅(Min Woong Jung),곽정훈(Jung-Hoon Kwag) 유기성자원학회 2019 유기성자원학회 학술발표대회논문집 Vol.2019 No.추계

본 연구에서는 양돈농가에서 이용될 수 있는 냄새 저감 방법으로서 왕겨숯의 활용 가능성을 검증해보았다. 비교적 밀폐도가 높은 퇴비사를 보유한 양돈농가(n=3)를 섭외하여 저장된 분뇨더미의 표면에 왕겨숯을 살포하였으며(28 L/m 2 ) 살포 전 후 퇴비사 내 공기 중 냄새 변화를 추적하였다. 왕겨숯 살포는 농가 여건이허락되는 경우, 추가적으로 실시되었다. 냄새 평가를 위한 지표로서 (1) 냄새물질 15종의 악취강도(Odor Activity Value)의 합(OAV-15 sum)과 (2) 희석관능을 이용한 복합악취를 활용하였다. 냄새측정을 비롯해 실험수행과정은 농가마다 약간의 차이가 있는데 이는 농가 여건 및 요구를 반영함에 따라 발생한 것이다. 냄새 저감효과평가를 위해 냄새측정은 왕겨숯 살포 전날과 당일(48시간) 8~10회, 그리고 이후 농가 여건이 허락하는 날에추가적으로 실시하였다. 본 실험을 실시함에 있어 설정된 가설은 왕겨숯의 흡착효과로 인해 살포 후 공기중 냄새물질이 3~4 시간 이내에 급격히 감소하고 이후 흡착능력이 소진됨에 따라 어느 시점에서 농도가 원래수준으로 빠르게 회복된다는 것이었다. 이의 검증을 위해 살포 전 냄새물질 농도를 대조구로, 살포 후(4~7시간) 냄새물질농도를 처리구로 설정하였다. 본 연구의 수행 결과, 왕겨숯 살포 후, 수 시간 내의 단기적인 효과는 뚜렷이 증명되지 않았으며(평균 복합악취: 483 → 452, 평균 OAV-15 sum: 2645 → 1936) 효과가 있다고하더라도 냄새민원의 해결에는 충분치 않을 것으로 판단하였다. 그러나 이후 십수일 동안 추가적인 왕겨숯살포(1~2회)를 실시하는 과정에서 냄새 지표의 충분한 감소가 관찰되었는데(평균 복합악취: 93, 평균OAV-15 sum: 343) 이는 우리가 설정한 가설 즉 단기적인 효과에 반하는 것이라 할 수 있다. 본 실험의 결과를 종합하면, 퇴비사 내 왕겨숯 살포가 유용한 냄새 저감 수단인 것으로 판단되나 그 효과가 흡착에 의한효과인지는 불분명하다. 관련하여 기존 보고들을 살펴보면 숯(Biochar)의 첨가가 분뇨 내 휘발성지방산을 비롯, 냄새물질의 농도를 크게 저감시키는 효과가 있으며(Awasthi et al., 2018) 그 원인은 분뇨 내 양분의 격리에 따른 제한효과(Hagemann et al., 2017) 및 미생물의 군집 다양화(Mao et al., 2018)에 따른 것으로 설명되고있다. 본 실험에서도 왕겨숯의 살포 이후 농장주에 의해 분뇨의 교반이 정기적으로 이루어졌음으로 왕겨숯에의한 분뇨 내 복합적인 변화가 있었음을 추정해 볼 수 있다. 이에 근거하여 왕겨숯의 현장 활용을 위해서는분뇨, 퇴비, 농경지에 미치는 영향에 대해 좀 더 종합적인 연구의 수행이 필요한 것으로 판단된다.

Acetohydroxamic acid 이용한 Urea로부터 암모니아 발생 저감 연구

윤광수(Gwang Su Yun),오하은(Ha Eun Oh),정민웅(Min Woong Jung),황옥화(Okhwa Hwang),윤여명(Yeo-Myeong Yun) 유기성자원학회 2021 유기물자원화 Vol.29 No.4

가축분뇨의 요소에서 유래하는 암모니아는 미세먼지(PM2.5) 생성의 주요 전구체로 작용하여 대기질을 저하시키고 공중 보건에 유해한 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 본 연구의 목적은 Acetohydroxamic acid(AHA)의 주입에 따른 요소로부터 암모니아 전환의 억제에 대한 효과를 평가하는 것이었다. 실험은 다양한 요소 농도(500-4,000 mg Urea-N/L), AHA 농도(0-4,000 mg AHA/L), pH(pH 6-10) 및 온도(10-35°C)범위에서 수행되었다. 그 결과 AHA 농도가 높을수록 Urease 억제 효율이 증가함을 보여주었다. 그러나 특정 Urease 억제 활성은 pH가 높을수록 감소하여 pH 6에서 867.1±6.7 Unit/g AHA, pH 10에서 1,167.9±17.4 Unit/g AHA를 나타냈다. AHA와 대조군 모두에서 높은 온도에서 요소분해효소 억제 효율이 감소됨을 확인하였다. 본 연구결과를 통해 AHA가 가축분뇨 관리에서 암모니아 배출을 줄이기 위한 요소분해효소 억제제로 사용될 수 있음을 확인하였다. Ammonia, primarily originating from urinary urea of the livestock manure, is known to play as a major precursor of fine particulate matter (PM2.5) generation which leads to a decrease in a ir quality and to harmful effects on public health. The objective of this study was to evaluate the effect of acetohydroxamic acid (AHA) addition on inhibition of ammonia conversion from urea. The experiment was performed at different urea concentration (500-4,000 mg Urea-N/L), AHA concentration (0-4,000 mg AHA/L), pHs (pH 6-10), and temperature (10-35°C). The result showed that the urease inhibition efficiency increased at higher concentration of AHA. However, the specific urease inhibition activity decreased at higher pH, showing 867.1±6.7 Unit/g AHA at pH 6 and 1,167.9±17.4 Unit/g AHA at pH 10, respectively. Decreased urease inhibition efficiency at both AHA and control was observed at higher temperature. This finding indicates that AHA can be used as the urease inhibitor for reducing ammonia emission in the management of livestock manure.

산란계 농장 주요 악취물질 악취활동도 평가

정민웅(Minwoong Jung),서시영(Siyoung Seo),우샘이(Saemee Woo),한덕우(Deugwoo Han),황옥화(Okhwa Hwang) 대한환경공학회 2021 대한환경공학회 학술발표논문집 Vol.2021 No.11

VERA test protocol에 따른 한우사 유래 암모니아 일 배출량 산정

서시영(Siyoung Seo),정민웅(Minwoong Jung),한덕우(Deugwoo Han),황옥화(Okhwa Hwang),우샘이(Saemee Woo) 대한환경공학회 2021 대한환경공학회 학술발표논문집 Vol.2021 No.11

육성비육돈사의 피트에 살포한 프리바이오틱의 냄새저감 효과

조성백 ( Sungback Cho ),임태우 ( Tae-woo Lim ),한덕우 ( Deug-woo Han ),황옥화 ( Okhwa Hwang ),정민웅 ( Ming-woong Jung ),노환국 ( Whangook Nho ),박진기 ( Jinki Park ),이수협 ( Suhyup Lee ) 한국농업기계학회 2019 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.24 No.1

돈방면적 360m2, 피트 깊이 80cm의 슬러리돈사에 돈방별로 체중 55∼70kg의 육성비육돈 280두를 2처리(대조구, 시험구)구에 각각 배치하였다. 시험구에는 프리바이오틱을 1회 20kg씩 1주 2회 살포하고, 22일간 시험을 수행하였다. 시험종료 후 처리구 간에 복합악취 희석배수와 냄새기여도(Odor activity value)를 평가한 결과 무처리구 대비 프리바이오틱 처리구에서 복합악취 희석배수 93%, OAV 75% 감소 결과를 얻었다. 또한 축산냄새의 강도에 미치는 물질을 조사한 결과 대조구에서는 황화수소가 47%의 영향을 주었으며, 처리구에서는 노르말부티르산 26%, 스카톨27%의 영향을 받았다. 무처리구 대비 프리바이오틱구에서 냄새물질의 특성별로 가장 크게 감소된 물질의 수준을 살펴보면 황화합물 중에서는 황화수소 95%(대조구 4,456, 처리구 221ppb), 휘발성지방산 중에서는 노르말발레르산 81%(대조구 186, 처리구 35ppm), 페놀류 중에서는 p-크레졸 62%(대조구 89, 처리구 33ppm) 이었다.

미세먼지에 따른 암모니아 측정 가변 다이오드 레이저 성능 평가

서시영(Siyoung Seo),장유나(Yuna Jang),조광곤(Gwanggon Jo),하태환(Taehwan Ha),한덕우(Deugwoo Han),황옥화(Okhwa Hwang),우샘이(Saemee Woo),이소진(Sojin Lee),정민웅(Minwoong Jung) 대한환경공학회 2020 대한환경공학회 학술발표논문집 Vol.2020 No.11