The nutrient balances originated from livestock manure in Korea has not being include minor livestock species (e.g., horse, deer, and goat) since their manure excretion unit (MEU), nutrient excretion unit (NEU), and nutrient loading coefficient (NLC) are not known yet. In the present research work, the primary focus had laid therefore on securing domestic MEU for the specified minor livestock species which provides the basis for the computation of NEU and NLC. Moreover, the nutrient potential and economic value of composted manure from minor livestock was assessed on the basis of contents in the inorganic fertilizers such as Urea, (46% N) and Fused superphosphate (20% phosphorus pentoxide). The obtained MEU was found to be 10.52±5.48, 4.07±1.69, and 0.843±0.1 kg/head/day for horse, deer, and goat, respectively. In addition, the measured NLCs of horse, deer, and goat were [N, 0.7; P, 0.9], [N, 0.7; P, 0.6] (Both deer and goat were the same.), respectively. Consequently, the horse, deer, and goat manure have a potential of 3,840.1 ton N/year and 9,390.2 ton P/year as an inorganic fertilizer of urea and fused superphosphate. These findings may facilitate the development of more accurate nutrient budget taking into account both major and minor livestock and improve the manure management measures for land application.

본 연구는 퇴비단 내에서 소리쟁이 종자와 피 종자의 발아력 억제효과를 분석하기 위하여 염소 분 퇴비, 젖소 분 퇴비 그리고 한우 분 퇴비를 대상으로 하여 실험을 수행하였다. 소리쟁이 종자와 피 종자를 거즈에 싸서 퇴비단 내에 묻어놓고 1.5일, 3일, 10일, 20일 경과 후 종자를 회수한 뒤 발아력을 측정하였다. 실험 결과 소리쟁이 종자와 피 종자의 발아율은 가축 분의 종류와 퇴비화 방법에 관계없이 퇴비단의 온도와 직접적인 상관관계를 가지는 것으로 나타났다. 온도가 60∼70°C인 조건의 퇴비단에서 1.5일 동안 머무른 소리쟁이 종자와 피 종자는 발아력을 완전히 상실하였다. 반면에 퇴비단 최고 온도가 51°C 이하인 퇴비단에서는 소리쟁이 종자와 피 종자가 퇴비단 내에서 20일간 머무른 후에도 10 % 정도의 발아력을 유지하였다. 이상의 결과를 종합해보면, 소리쟁이 종자와 피 종자의 발아율을 억제하기 위해서는 가축 분 퇴비화단계에서 최소 55°C 이상의 온도를 3일 이상 유지하는 것이 좋다. 또한 퇴비단 온도가 60∼70°C 정도 상승한다면 약 1.5일 정도 체류하는 것으로도 소리쟁이 종자와 피 종자의 발아력을 억제할 수 있을 것이다. 퇴비화 방법을 기준으로 보면, 호기적 퇴비화 방법이 퇴비단의 온도상승기간이 더 짧았다. 따라서 호기적 퇴비화방법을 적용하는 것이 소리쟁이 종자와 피 종자의 발아력을 억제하는데 더 효율적일 것이다.

The objective of this experiment was to evaluate the effect of Chamaecyparis obtus extract to reduce odor emissions released from the swine feeding operations. Finisher pigs [Landrace × (Yorkshire × Duroc)] with an initial body weight averaging 50 kg were housed separately in two rooms with eighty eight pigs in each room at a swine feeding operation site. C. obtus extract was sprayed in the room by ceiling sprayer for one minute at twice per day during two months. Concentrations of odorous compounds from air in the room of the swine feeding operation were analyzed at four times during two months. Levels of butyric acid, valeric acid, i-butyric acid, ivaleric acid, skatole, methylmercaptan, and trimethylamine tended to decrease in C. obtus extract spray treatment group compared to the non-spray treatment group (P > 0.05). Odor activity values of butyric acid, valeric acid, skatole and trimethylamine were higher than other odorous compounds and decreased by 72%, 76%, 54% and 20%, respectively, in C. obtus extract spray treatment group compared to the non-spray group. Taken together, C. obtus extract showed an odor reducing capability in the air of a swine feeding operation suggesting that it possesses anti-bacterial properties as well as having a dust removal and masking effect.

Odor in pig manure affects the distribution of the manure over grass and crop fields as fertilizer. The objective of this study was to investigate the effect of different types of microbes (Saccharomyces cerevisiae, Bacillus subtilis and Rodobacter capsulata) and incubation temperatures (20℃ and 35℃) on the levels of odorous compounds in pig manure. Pig manure was incubated with 0.03% microbes (v/v) at temperatures of 20℃ or 35℃. At incubation temperature of 20℃, the addition of Rodobacter capsulata significantly (p<0.05) decreased the levels of indoles and volatile fatty acid (VFA). At incubation temperature of 35℃, the addition of any microbes of the three used in this study did not significantly (p>0.05) affect the levels of odorous compounds. When incubation temperature was increased from 20℃ to 35℃, levels of odorous compounds were significantly (p<0.05) increased. Taken together, these results suggest that Rodobacter capsulata could be utilized to reduce odor from pig manure in the spring and fall when the average temperature is around 20℃. However, alternative odor-reducing technology is needed to be developed to apply onto pig manure during the hot summer season (35℃).

초지 또는 농경지에 살포되는 퇴비와 액비에 의해 발생될 수 있는 악취민원에 대처하기 위하여, 돼지의 분과 뇨에 존재하는 악취물질 농도를 비교 분석하였다. 1.비육돈의 분과 뇨에 함유된 휘발성유기물의 농도 비교페놀, p-크레졸 및 페놀류 농도는 분 보다 뇨에서 높았으며(p<0.05), 분 보다 뇨에 축적된 비율이 페놀은 138배, p-크레졸은 545배 높았다. 인돌 농도는 분 보다 뇨에서 높았으며, 스카톨은 뇨 보다 분에서 높았다(p<0.05). 휘발성유기물은 대부분 뇨로 배설되었으며, 이 중 농도 및 악취강도가 가장 높은 물질인 p-크레졸이 뇨에 많이 함유되어 있다. 돼지 분뇨를 고액분리 하였을 때 퇴비로 이용되는 고체보다 액비로 이용되는 액상물질에서 악취가 훨씬 강할 것으로 예측된다. 2.비육돈의 분과 뇨에 함유된 휘발성지방산의 농도 비교아세트산과 단쇄지방산 농도는 분 보다 뇨에서 높았으며 (p<0.05), 부티르산과 프로피온산은 차이가 없었다(p> 0.05). 이성체지방산 중 I-부티르산의 농도는 뇨 보다 분에서 높았지만(p<0.05), I-발레르산과 이성체지방산은 차이가 없었다(p>0.05). 휘발성지방산 중에서 아세트산과 프로피온산은 분에서 각각 65와 20%, 뇨에서는 각각 93과 4%로 휘발성지방산의 대부분을 차지하였지만 아세트산과 프로피온산을 포함하는 단쇄지방산은 악취강도가 낮다. 반면에 악취강도가 상대적으로 높은 이성체지방산은 분과 뇨 간에 차이가 없기 때문에 휘발성지방산이 악취강도에 미치는 영향은 크지 않을 것으로 판단된다. 이상의 연구결과를 종합하면, 돼지 분뇨의 악취물질 중 악취강도가 높은 p-크레졸은 뇨에 많이 함유되어 있기 때문에 퇴비와 액비 생산과정 중 액상처리 시 악취강도가 매우 높을 것으로 추정된다. 다만, 악취강도는 휘발성지방산의 농도 변화에 따라 차이가 있을 것으로 생각된다.

This study is conducted to screen compounds affecting ruminal fermentation under in vitro incubation. Saponin, chitosan, metformin, zinc acetate, zinc chloride, zinc oxide, zinc sulfate, ascorbic acid, oil-coated ascorbic acid, nicotinic acid, eastern herb cocktail, charcoal extract and garlic sources (lyophilized and extract) were added to rumen culture fluid at 1.25% of substrate (100% timothy) volume at 24 h incubation. pH, total gas, ammonia, VFAs were measured. Ascorbic acid increased total gas production indicating fermentation level. All zinc compounds significantly decreased (p<0.05) although zinc sulfate increased propionate of volatile fatty acid (p<0.05). In following experiment, ascorbic acid, oil-coated ascorbic acid, garlic lyophilized, herb cocktail and zinc sulfate were added to rumen culture fluid at 2.5% of substrate with 3, 6, 12 and 24 h incubation. Zinc sulfate decreased both ruminal fermentation and VFAs production but ascorbic acid enhanced total gas production. Ascorbic acid increased fermentation regardless of supplement concentration although excessive zinc sulfate decreased fermentation. These results suggest that optimal level of trace compounds might affect ruminal fermentation in ruminant.

우리나라의 축산업은 1980년대 이후로 전업화 및 대규모화가 진행됨에 따라 급격히 성장하였으나, 이와 동시에 늘어나는 가축분뇨의 처리문제가 크게 대두 되었다. 2016년 국내 가축분뇨 발생량은 46,988 천 톤에 해당하며, 이중 양돈 분뇨가 18,464 천 톤으로 전체 발생량의 42.3%를 차지하였다. 일반적으로 국내 대부분의 양돈 농가는 슬러리 형태의 돈사 구조이며, 발생하는 분뇨의 성상은 액상 형태이다. 슬러리(액상 가축분뇨)는 액비화 시, 공기를 주입하여 호기성 미생물의 유기물 분해를 유도하기 때문에 액비화 효율을 높이기 위해서는 폭기 방법에 대한 연구가 선결되어야 한다. 따라서 본 연구는 액비화 효율 개선을 위해 기존 폭기 방식과 순산소(산소농도 95%) 처리 시 액비의 이화학 특성 변화의 차이를 분석하여 향후 양질 액비를 만드는 기술 개발의 기초자료로 이용하고자 수행하였다. 시험에 이용된 반응기는 폴리에틸렌(PE) 소재로 약 1.5m3 규모로 제작 하였으며, 순산소에 의한 액비화 효율을 평가하기 위해 무폭기(대조구), 일반폭기, 순산소로 처리구를 설정하였다. 일반 폭기의 경우 ‘가축분뇨 처리시설 표준설계도’에 근거하여 반응기 내에 약 30 L/m3･min의 공기를 주입하도록 설계하였으며, 순산소 처리구는 6 L/m3･min의 공기를 주입한 후 비교 실험을 수행하였다. 액비화 과정 중 온도변화를 관찰한 결과, 액비화 개시 온도는 25℃였으며, 실험 개시 48시간 후에 순산소 처리구의 온도가 47℃ 일반폭기가 32℃ 비폭기가 30℃로 상승하여 순산소 처리구의 유기물 분해가 더 빨리 진행되는 것을 관찰할 수 있었다. 액비화 과정 중 암모니아 발생농도를 관찰한 결과, 순산소 처리구의 경우 액비화 개시 5일 이후에 는 160 ppm으로 가장 높은 암모니아 발생량을 관찰할 수 있었으나, 점차 감소하여 20일 이후에는 검출되지 않았다. 하지만 일반 폭기구의 경우 액비화 개시 20일 까지 약 440 ppm의 암모니아 농도가 검출되었다. 일반적으로 순산소는 유기성 질소의 질산화를 촉진시켜 암모니아 기화를 방지한다고 알려져 있으며, 본 실험에서도 이와 같은 결과를 관찰할 수 있었다. 이를 액비 내 총켈달 질소(TKN)의 농도 변화와 비교 분석한 결과, 실험이 끝난 후 순산소 처리구의 액비 내 질소함량은 0.078%, 일반 폭기구는 0.059%로 조사되어 위 실험과 일치하는 결과를 얻을 수 있었다.

지난 2008년에 발표된 가축분뇨 배출원단위 산정결과에 따르면 한우는 1일 약 8 리터의 분과 5.7 리터의 뇨를 배출하고 젖소는 각각 19.2 리터와 10.9 리터의 분과 뇨 그리고 7.6 리터의 세정수를 배출한다. 가축분뇨처리와 관련된 정책방향은 발생된 분뇨를 최대한 자원화하고 부득이한 경우에 정화 등의 방법을 적용하여 처리하는 것이다. 가축분뇨 자원화방법은 퇴비화와 액비화 그리고 에너지자원화로 구분될 수 있다. 가축분뇨 에너지자원화 방법은 지금까지는 혐기소화에 의한 바이오가스화가 주를 이루어 왔으나 최근 들어서 고체연료화에 대한 관심이 높아지고 있다. 목재펠릿, 고형연료나 Bio-SRF 또는 가축분뇨 고체연료는 직접연소원으로 사용되기 때문에 가열과정에서의 특성 분석에 대한 연구가 다방면으로 진행되어지고 있다. 본 연구에서는 우분 펠릿을 대상으로 하여 열분석기를 이용한 가열과정을 거치는 과정에서 나타나는 특성을 분석하였다. 실험온도는 20℃ 에서부터 800℃ 까지 범위를 설정하였으며 승온은 10℃/mim 수준으로 하였다. 샘플 10 g ± 0.2 mg을 취하여 가열하였고 가스(Protective + Purge Gas) 유량(N2 and CO2)은 60 mL/min 수준으로 하였다. 적용온도 20℃ 부터 130℃ 까지 사이에서 발생한 질량변화는 한우 분에 포함되어 있는 수분의 양에 해당하며 그 양은 한우 분 시료 전체 무게의 15% 수준에 달하는 것으로 나타났다. 가열온도 20℃부터 280℃까지는 질량변화가 없는 것으로 보아 한우 분의 경우 280℃ 까지 열적으로 안정한 것으로 판단된다. 이 결과는 한우 분의 연소 시 표면온도가 280℃에 이르기 전까지는 연소가 이루어지지 않는 것으로 해석할 수 있다. 280℃부터 450℃에서의 질량 변화는 한우 분에 존재하는 휘발성물질(VOCs)의 기화에 기인한 것으로 판단되며 이때 질량변화를 시간에 따른 속도로 변환했을 경우 330℃에서 VOCs 발생량이 최대치를 나타낸 것으로 분석되었다. 젖소 분의 가열실험 결과도 한우 분과 비슷한 특성을 보였다.

지난 2015년을 기준으로 하여 국내에서 발생된 가축분뇨의 양은 연간 4,653만톤에 달한다. 이중 90.2%인 4,199만 1천톤은 퇴비(80%, 3,724만 4천톤)나 액비(10.2%, 474만 7천톤)로 전환되어 농경지에 재순환되었다. 그러나 가축분뇨 퇴비와 액비의 주요 수용처인 농경지 면적이 지속적으로 감소(‘86,214만 1천ha → ‘16,164만 4천 ha)되고 있는 상황에서 환경관련 규제(악취관련 규정, 오염총량제, 농가 퇴･액비 관리강화, 방류수 수질기준 강화 등)가 강화되고 있는 추세에 있어 기존의 퇴･액비 자원화방법을 일정 부분 분담할 수 있는 가축분뇨에너지자원화 기술개발 필요성이 한층 더 높아지고 있다. 가축분뇨 에너지자원화 방법의 대표적인 사례로서 지금까지는 혐기소화에 의한 바이오가스 회수방법이 일반적이었지만 최근 2~3년 이래로 가축분뇨 고체연료화 방법이 또 하나의 가축 분 에너지 자원화방법으로 대두되었다. 축종별로 차이가 있기는 하지만 일반적으로 가축분뇨중의 약 15% 정도가 고형성 물질로 구성되어 있으며 이 고형물중의 약 80~90%는 유기물질이다. 2015년에 발생한 가축분뇨 중 우분이 28.8%를 차지하였고 젖소분이 12.3%, 돈분이 39.7%, 계분이 15.9% 그리고 기타가축 분뇨가 3.3수준이었다. 소나 말, 돼지 분뇨에 비해 닭의 분뇨는 무기물질 함량이 상대적으로 더 높았다. 이는 닭이 모이를 섭취하면서 함께 들어간 모래가 근위라는 소화기관에서 먹이를 잘게 부수는 역할을 하다가 배출되기도 하고 사료 중에 포함된 칼슘이나 인, 기타 광물질 그리고 분뇨수거과정에서 함유되기도 하는 것에 기인한 것으로 판단된다. 완전건조 상태의 우분과 돈분(모돈, 분만돈, 자돈) 그리고 계분의 열량 값(고위발열량)은 각각 3,836 kcal/kg, 3,667kcal/kg(모돈), 3,273kcal/kg(분만돈), 3,153kcal/kg(자돈) 그리고 2,840kcal/kg 수준이었다.

The objective of this RDA-ARS cooperative study is to develop a biochar odor removal system to reduce swine odor from deep-pit swine farm. This study is divided into two phases: The first phase determines the swine odor removal potential of biochar made from various feedstocks and thermal processing conditions using a laboratory-scale biochar sorption column system. The second phase determines the effectiveness of a pilot-scale biochar swine odor removal system. It consists of designing and fabrication of a prototype, and installation of the prototype in a selected Korean swine farm. The effectiveness of the on-farm, pilot-scale biochar odor removal prototype will be determined by comparing influent and effluent odorant concentrations. Pine, oak, solid-separated swine manure, coconut shell, and poultry litter were selected as biomass feedstocks for producing biochar. Pellets of these biomass feedstocks were pyrolyzed at 350℃ and 500℃ using a Lindburg electric box furnace equipped with a gas tight retort. Some of these were also partially activated with steam at 700℃. In addition, Korean swine manure compost and imported coconut shell char were steam activated using a commercial rotary kiln system in Korea. All biochar samples were analyzed for their elemental compositions, volatile matter, fixed carbon, ash contents, size, density, and surface area. Selected odorous volatile organic compounds (VOCs) were pre-concentrated using preconditioned stainless steel sorbent tubes filled with Tenax TA® sorbent. The odorants captured by the sorbent tubes were then analyzed using a thermal desorption-gas chromatography-mass spectrometry system. For the laboratory sorption experiments, fresh manure samples from finishing swine farms with flushed (North Carolina) and deep-pit (Kentucky) manure management systems were collected from commercial swine farms in the U.S.

국내에서 발생되는 가축분뇨의 양은 1일 12만톤 이상에 달한다. 이는 음식물쓰레기를 포함한 각종 폐 유기성 물질의 발생량 중에서 많은 편에 속한다. 그러나 가축분뇨는 전체의 15% 정도가 고형성 물질로 구성되어 있고 이 고형물중의 80~90%가 유기물이므로 생물학적으로 분해가 잘 되는 물질이다. 이런 이유로 가축분뇨는 부숙 과정을 거친 후 유기성 퇴비나 액비 등으로 이용되어져 왔다. 지난 2015년을 기준으로 보면 가축분뇨 전체 발생량 4,653만 톤 중에서 각각 80.0%와 10.2%에 달하는 3,724만여 톤과 475만 톤에 달하는 가축분뇨가 퇴비화와 액비화 방법에 의해 처리되었다. 그러나 최근 들어 가축사육 농가의 규모가 대형화 되어감에 따라 일부 특정한 지역에서는 발생된 가축분뇨의 총량을 경작지가 소화하는데 어려움이 발생할 수 있다는 우려가 있다. 근래에는 퇴비화와 액비화 방법 이외의 기술로서 바이오가스화 방법이 도입되어 가축분뇨 처리현장에 적용되었으나 아직은 그 비중이 높지 않다. 따라서 본 연구에서는 우분을 대상으로 하여 고체연료화 하는 기술을 개발하고, 그 적용효과를 분석하였다. 첫 단계로서는 우분의 수분상태에 따라 가공방법을 달리 적용할 수 있는 가공장치를 개발하여 그 효과를 분석하였다. 수분이 60% 이하일 경우에는 막대 형태의 펠릿으로 그리고 60% 이상일 경우에는 둥근 구 형태로 우분 고체연료를 가공할 수 있었다. 각각의 가공장치를 이용하여 제조한 우분 고체 연료의 크기는 막대 형태는 6~10 mm, 구 형태는 3~20 mm 사이로 가공되었다, 구 형태의 고체 연료는 선별기를 이용하여 일정한 크기별로 분리할 수 있었다. 가공된 우분 펠릿의 건조는 천일 건조, 대류형 열풍기 건조, 적외선 건조, 과열 중기 건조 방법을 적용하였다, 건조 시간은 천일 건조 > 대류형 열풍기 건조 > 적외선 건조 > 과열 중기 건조 방법의 순으로 나타 났다. 과열 증기 건조는 건조시간은 짧지만 건조용량을 대형화하는 기술을 추가적으로 개발할 필요가 있다. 가공 후 건조된 상태인 우분 펠릿의 겉보기 비중은 약 250~350 kg/m³ 수준이었으며, 건조된 우분 펠릿의 저위발열량은 3,000~3,200 kcal/kg 수준이었다.

양돈 산업에서 냄새 관리는 생산성, 돼지 생산에 따른 수익성 및 지속 가능성 여부 등 다양한 측면에서 영향을 미친다. 따라서, 양돈 산업에서 발생되는 불쾌한 냄새 발생을 최소화하고 효과적으로 제거할 수 있는 방법으로 다양한 냄새 저감 미생물을 이용한 축산환경개선제에 대한 많은 연구가 진행되고 있다. 이처럼 미생물 제제는 배설량 감소에 의해 유해가스 발생 억제, 사육환경 개선을 통한 생산성 향상 및 환경개선 효과를 기대할 수 있다. 특히, Bacillus 속은 항균성 물질을 세균의 세포 밖으로 분비하여 병원균에 대한 길항작용이 있으며, Bacillus amyloliquefaciens 는 유기물 분해, 인산 및 질산화합물 분해, 유해가스 제거 및 항생물질 생성 등의 특징을 가지고 있다. 따라서, 본 연구에서는 돈분으로부터 분리된 Bacillus amyloliquefaciens 와 Bacillus butanolivorans 두 미생물을 이용하여 NH3 저감을 위한 기초실험으로서 연구하였다.

최근 들어 축산업의 규모 확대, 혁신도시건설로 인한 인구이동의 결과 농촌지역 지자체의 냄새 관련 민원이 급증하는 추세이다. 축산냄새의 저감을 위해서는 몇 가지 동원 가능한 수단을 거론할 수 있으나 현재 우리나라의 축산농가 실정을 고려해 볼 때 가장 현실적인 방법은 미생물을 이용한 방법이라고 할 수 있다. 우리나라 양돈의 경우 유럽, 미국의 경우와 달리 한가족이 운영 가능한 소규모(1000천두)의 농장이 다수를 차지하고 있는데 이러한 영세한 규모에서 활용 가능한 냄새저감 방법으로는 미생물제재의 돈사바닥 살포를 거론할 수 있으며 실제 많은 농가에서 이를 활용하고 있다. 그러나 앞서 언급한 축산선진국들의 경우 환경개선을 목적으로 미생물을 이용하는 경우는 많지 않다. 본 고찰에서는 축산냄새저감을 목적으로 과거 선진국에서 이루어진 미생물 활용의 예를 거론하고 우리나라와 차이점이 무엇이며 또한 그 원인이 무엇인지 논의하였다. 아울러 축산냄새저감을 위해 장래에 수행이 필요한 연구를 제시하였다.

가축의 장관 내에서 분비된 요소는 분해 효소에 의해 NH3 가스로 분해되고, 발생된 NH3 가스는 가축의 성장을 저해할 수 있으며, 밀폐된 공간에서는 호흡기 계통의 질병을 유발할 수 있다고 알려져 있다. 이처럼 분뇨에서 발생되는 NH3 가스는 축산 농가뿐만 아니라 주변 농가에 많은 피해를 주고 있어 효율적으로 제거해야 한다. 분뇨와 같은 유기물로부터 생성되는 악취는 생물학적 과정에 의해 기인이기 때문에 미생물을 이용하여 악취제거를 하는 것은 분뇨 내의 미생물 다양성 변화를 통해 악취저감을 시도하려는 많은 연구들이 진행되었고, 악취제거 미생물은 30개 속 100여 종의 균주가 보고되고 있다. 따라서, 본 연구에서는 돈분으로부터 분리 된 Bacillus butanolivorans를 이용하여 생물학적 처리방법을 적용하기 위한 기초실험으로서 최적성장 조건 및 NH3 저감능을 관찰하였다.