농가에서 수거한 돈분뇨 고형물을 원료로 하여 퇴비단에 공기를 공급하는 송풍방법을 4 가지(T1, T2, T3, T4)로 구분하여 33일 동안 퇴비화 실험을 수행한 결과를 종합적으로 분석 한 결론은 다음과 같다. 1. 처리형태별 각 퇴비단의 온도변화를 측정한 결과, 송풍을 실시한 퇴비단 T1의 온도는 퇴비화 개시 직후부터 급격하게 상승하여 퇴비화 1일 이내에 65oC까지 상승하는 결과를 보였다. 또한 송풍 처리구간의 온도변화 곡선을 보면 공기 배출통 로를 설치한 처리구 T3, T4가 단순 송풍구 T2에 비해 퇴비단의 온도가 더 높게 나타났다. 2. 퇴비단의 pH는 전체 처리구 모두에서 퇴비화 초기 단계에서는 pH 수준이 약간 낮아지다가 퇴비화 기간이 경과함에 따라 다시 상승하는 추세를 보였다. 3. 실험기간이 경과함에 따라 각 처리구별 퇴비의 수분함량은 점차적으로 감소하는 경향을 보였다. 수분 감소 정도는 T1, T2, T3, T4 모두 다 비슷한 수준을 나타냈다. 4. 퇴비중의 VS 함량은 전체 처리구 모두에서 퇴비화 기간이 경과함에 따라 감소하는 경향을 보였다. VS 감소 정도는 T1과 T2에 비해 T3와 T4에서 상대적으로 더 높은 비율로 나타났으며 T1과 T2는 비슷한 경향을 나타냈다. 5. 퇴비화기간이 경과함에 따라 EC의 변화는 크게 나타나지는 않았으나 T4에서는 약간 감소하는 경향을 나타냈다. 6. 송풍조건에 따른 각 처리구별 종자발아 지수는 T2와 T3에 서 양호하게 나타났으며 T1과 T4는 상대적으로 더 낮게 나타 났다. 7. 송풍조건에 따른 각 처리구별 부숙도는 전체 처리구 모두에서 퇴비화 개시 후 9일 이후부터는 부숙이 완료된 것으로 나타났다. 부숙도는 T2와 T3에서 양호하게 나타났으며 T1과 T4는 상대적으로 더 늦게 부숙 상태에 도달하는 것으로 나타났으며 종자 발아지수를 기준으로 할 때는 T2와 T3 처리구가 양호한 결과를 보였다.

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.

본 시험은 중산간지에서 수확시기 및 품종이 춘파연맥 (Avena sativa L.)의 생육특성, 사초수량 및 사료가치에 미치는 영향을 알아 보고자 축산기술연구소 남원지소 사초시험포장에서 실시되었으며, 수확시기로서 6월 9일과 6월 18일로 주구로 하고 숙기가 다른 Cayuse, Swan, Foothill, Cashel, Martlock, Winjardie 품종을 세구로 하는 분할구 배치 3반복으로 설계하였으며, 결과를 요약하면 다음과 같다. 품종에 따른 출수시작일은 조생종(Swan)의 경우 파종후 50일, 만생 품종(Foothill)은 77일 후에 출수가 시작되었다. 연맥의 건물 함량은 조생품종인 Swan은 6월 8일과 18일 수확시 각각 24.01%, 35.69% 였고 만생종 Foothill은 각각 14.02%, 22.84%였다. 수확시기별 생초수량은 6월 9일과 18일 수확시 Foothill 품종이 각각 ha당 62,666kg, 59,666kg으로 높았고, 조생종 Cashel 품종이 각각 54,222kg, 45,493kg으로 유의적으로 낮았다. 수확시기별 건물수량은 6월 9일 수확시에는 Cashel 품종이 10,169kg으로 높았으나 Martlock 품종이 6,272kg으로 낮았다. 그러나 6월 18일 수확시에는 모든 품종이 10,196~13,043kg으로 증가하였으나 품종간의 유의성은 인정되지 않았다. 조단백질 함량은 모든 품종에서 수확이 늦어짐에 따라 평균 14.0%에서 11.1%로 감소 되었으며, 반면 ADF, NDF 그리고 조섬유 함량은 높아졌다. 또한 in vitro 건물소화율도 수확이 지연됨에 따라 감소하였다. 이상의 연구결과를 종합하면 만생품종 Foothill은 중산간지 (해발 450m)에서 3월 중순에 파종하여 6월 10일과 20일경에 청예로 이용하는 것이 좋은 것으로 생각되며, 건초로 이용시 Martlock 품종을 제외한 모든 품종에서 사초로서 우수함을 알 수 있었다.

본 시험은 병원성 사상균에 길항작용이 있고 식물의 생육을 촉진하는 세균을 이용하여 연작 및 비연 작토양에 있어서 옥수수(Zea may L.)의 생산성을 증대시킬 수 있는 방안을 제시하고자 수행되었다. 옥수수는 전남대학교 농과대학 부속동물사육장내 vinyl house에서 자연광 상태에서 p o t ( 30 × 50 c m ) 로 재배한 다음 파종 후 50일 및 90일에 수확하여 건물중을 조사하였으며, 시험토양은 연작 및 비연작지의 양토와 버미큘라이트를 1:1 로 혼합하여 사용하였다. 본 시험에 이용된 세균은 목초근권에서 직접 분리한 Bacillus subtilis 였다. 연작 및 비연작 토양 모두 B. subtilis 처리구에서 옥수수의 건물중이 B. subtilis 무처리구보다 그리고 병원성 사상균 처리구보다 증가되었다. 그리고 비연작 토양에서 생장한 옥수수의 건물중은 연작토양에서 보다 증가하였다. 옥수수의 생장에 있어서 B. subtilis 접종효과는 연작토양보다 비연작토양에서 좋게 나타났다. 그러나 연작 및 비연작토양 모두 병원성사상균을 접종함으로써 옥수수의 건물중은 현저하게 감소되었다.

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.

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.

It is projected that swine manure solids can be used for heating agricultural facilities. Therefore, this study focused on the possibilities of using swine manure as a solid fuel instead of composting it. Moisture content, ash content, volatile content, calorific value, TGA (thermogravimetric analysis), and elements in the swine manure were determined. After dehydrating the manure completely in a drying oven, its calorific value and ash content were measured. They appeared to be 3,517 kcal/kg and 16.6%, respectively, which satisfies the standard value of livestock solid fuel: heating value of 3,000 kcal/kg or above and ash content of 30% or below. Based on this result, it is concluded that using swine manure solids as a solid fuel is possible. Furthermore, when the chemical elements of C, H, O, N, S, Cl, etc. in the manure were analyzed, there was 33.75 ~ 45.98% of carbon and 31.55 ~ 41.20% of oxygen, which indicates that most of the manure was composed of combustible materials. However, there were cases where the percentage of water content in the manure exceeded 70%, implying that costs for dehydration would become expensive because it needs to be lowered to 20% in order to be used for energy source. Therefore, in order to use the swine manure as an energy source, minimizing the manure’s percentage of water content at the farm without any outside financial input is the biggest task to be solved.

지난 해에 국내에서 1년간 발생한 가축분뇨의 양은 총 46,233천톤으로서 1일 단위로 환산하면 하루에 약 12만 6천 6백톤 이상에 달한다. 이 양은 음식물 쓰레기를 비롯한 여타 유기성 폐기물 발생량에 비해 볼 때 훨씬 많은 양이어서 단일 품목으로는 최다 발생량을 기록하는 것으로 볼 수 있다. 다행스럽게도 가축분뇨는 퇴비화나 액비화 방법에 의해 유기성 비료자원으로서 토양으로 환원되어질 수 있는 관계로 영양물질 순환사이클에 의해 순조롭게 처리되어 왔다. 그러나 지속적으로 감소하고 있는 농경지 면적 감소 문제와 더불어 최근 들어 대두된 악취문제나 방류수질 기준 강화 그리고 지역단위 오염총량제 등과 같은 제한적 요소들에 의해 가축분을 이용한 자원화방법을 다각화해야 할 필요성이 높아졌다. 지금까지 가축분뇨는 퇴비화나 액비화 외에도 바이오가스 발생원으로 이용되어 왔다. 하지만 바이오가스화의 경우 시설비 부담완화와 발효 후 혐기소화액 처리문제 등을 해결할 수 있는 방안에 대한 연구가 더 필요한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 가축분을 직접 연소원으로 사용하는 에너지 자원화기술을 개발하기 위한 방법을 설정하고 그 효과를 분석하였다. 우분과 톱밥 등의 유기성 물질을 원료로 하여 펠릿형태를 비롯한 입상화 형태로 연소물을 가공하는 방식을 적용하였다. 우분을 전 처리하는 방법에 따라 최종 가공 연소물의 열량가에 차이가 발생하였다. 우분을 건식 혐기소화 하였을 경우 열량가가 낮아지는 결과를 보였다. 신선 우분과 건식 소화 후 채취한 우분의 수분을 완전히 제거한 다음에 측정한 고위발열량은 각각 3,836 kcal/kg와 1,956 kcal/kg 로서 혐기소화 후 우분의 열량가가 더 낮았다. 우분을 톱밥과 혼합하여 퇴비화 하였을 경우에는 퇴비화가 진행됨에 따라 열량가가 낮아졌다. 톱밥과 혼합 후 퇴비화를 개시한 시료와 1차 부숙된 시료 그리고 2차 부숙(완숙)단계에 들어간 시료의 고위발열량은 각각 3,829 kcal/kg, 3,787 kcal/kg, 3,686 kcal/kg 인 것으로 나타났다. 또한 신선우분을 물리적 가압방법에 의해 압착하여 수분을 감소시킨 우분은 동일한 건물량을 기준하여 측정한 신선우분에 비해 고위발열량이 높아지는 결과를 보였다.

국내 축산 농가의 규모가 점차 대형화 되어 감에 따라 단위 지역에서 발생하는 가축분뇨의 양도 증가하고 있는 추세이다. 2013년 말 통계자료를 기준하여 분석하면 국내에서 1년간 발생한 가축분뇨 총량은 47,235천톤에 이른다. 이 중의 80.7에 해당하는 42,129천톤이 퇴비화방법으로 처리되었고 8.5%에 이르는 3,997천톤이 액상 비료화 하는 방법에 의해 처리되어 비료자원으로서 순환되었다. 최근 들어 국내에서도 가축분뇨를 혐기소화하는 시설이 지속적으로 증가하고 있다. 이에 따라 혐기소화 과정에서 발생되는 혐기소화액이나 혐기소화 공정에서 발생되는 슬러지의 적정 처리기술의 개발 및 보급에 대한 기술수요가 발생하고 있다. 특히 최근 몇 년 사이에 가축분뇨 혐기소화 분야에서도 건식 혐기소화에 대한 관심이 높아지고 있으며 파일롯 반응조 형태를 비롯한 실험적 기술들이 개발되고 있는 상황이다. 건식 혐기소화 과정에서 발생하는 혐기소화 슬러지는 전 처리 과정 없이 곧 바로 퇴비화 처리가 가능하다는 특성이 있다. 따라서, 본 연구에서는 습식 혐기소화 과정과 건식 혐기소화 과정에서 발생한 소화슬러지를 대상으로 하여 퇴비화를 수행하였을 때의 특성변화 현상을 분석하였다. 대조군으로 사용한 신선 가축 분에 비해 부숙온도가 10℃ 이상 낮게 유지되었으며 유기물 변화, 고형분 분해 등을 비롯한 여타 퇴비화 특성관련 요소의 변화정도에서 차이를 보였다. 그러나 혐기소화 잔재물에 대한 퇴비화 방식에 따라 퇴비화 효과가 다르게 나타나는 관계로, 본 연구를 통하여 혐기소화 시설에서 발생하는 소화잔재물에 대한 적정 퇴비화 조건을 구명하고자 하였다.

Efforts were made to identify the optimum operational condition of Semi-continuously Fed and Mixed Reactor (SCFMR) to treat the dairy cow manure and saw dust mixture. Step-wise increase in organic loading rates (OLRs) and decrease in hydraulic retention times (HRTs) were utilized until the biogas volume became significantly decreased in SCFMR at mesophilic temperature (35oC). The optimum operating condition of the SCFMR fed with TS 15% dairy cow manure and saw dust mixture was found to be at HRTs of 30 ~ 35 days and its corresponding OLRs of 3.5 ~ 4.3 kgVS/ m3-day. The optimum ranges of biogas and methane production rates were 1.36 ~ 1.47 volume of biogas per volume of reactor per day (v/v-d) and 1.0 ~ 1.14 v/v-d, respectively. This result was due to the high alkalinity concentration of SCFMR fed with the original substrate, dairy cow manure and saw dust mixture whose alkalinity was more than 10,000 mg/L as CaCO3. The parameters for the reactor stability, the ratios of volatile acids and alkalinity concentrations (V/A) and the ratio of propionic acid and acetic acid concentrations (P/A) appeared to be 0.07 ~ 0.09 and 0.38 ~ 0.43, respectively, that were greatly stable in operation. The Total Volatile Solids (TVS) removal efficiency based on the biogas production was 39 ~ 45% at the optimum HRTs. Free ammonia toxicity was not experienced at above 160mg/L due to the acclimation of high concentration of ammonia by the high reactor TS content above 9.0%.

Anaerobic mesophilic batch tests of dairy cow manure, dairy cow manure/saw dust mixture and dairy cow manure/ rice hull mixtures collected from bedded pack barn were carried out to evaluate their ultimate biodegradability and two distinctive decay rates (k1 and k2) with their corresponding degradable substrate fractions (S1 and S2). Each 3 liter batch reactor was operated for more than 100 days at substrate to inoculum ratio (S/I) of 1.0 as an initial total volatile solids (TVS) mass basis. Ultimate biodegradabilities of 37 ~ 46% for dairy cow manure, 32 ~ 40% for dairy manure/saw dust mixture and 31 ~ 38% for dairy cow manure/rice hull mixture were obtained respectively. The readily biodegradable fraction of 90% (S1) of dairy manure BVS (So) degraded with in the initial 29 days with arange of k1 of 0.074 day−1, where as the rest slowly biodegradable fraction (S2) of BVS degraded for more than 100 days with the long term batch reaction rate of 0.004 day−1. For the dairy manure/saw dust mixture and dairy manure/rice hull mixture, their readily biodegradable portions (S1) appeared 71% and 76%, which degrades with k1 of 0.053 day−1 and 0.047 day−1 for an initial 30 days and 38 days, respectively. Their corresponding long term batch reaction rates were 0.03 day−1.

국내 축산농가의 양측규모가 커져감에 따라 가축분뇨의 발생량 또한 지속적으로 증가하여 2013년 말에는 총 47,235,000 톤에 달하였다. 가축분뇨는 음식폐기물이나 일반 산업폐기물 등과 같은 각종 유기성 폐기물에 비해 발생량이 많은 편이지만, 염류나 유해성 물질 함유량이 낮은 관계로 총 발생량의 89.2%에 달하는 42,129,000톤이 퇴비화나 액비화와 같은 방법으로 자원화 되었다. 또한 혐기성소화에 의해 바이오가스화 되어지는 물량도 점차 증가하고 있는 추세이다. 나머지 양의 분뇨는 정화(8.6%, 4,062,000톤)나 기타 방법에 의해 처리되어졌다. 가축분뇨 연료화는 이 기타 방법에 속하는데 최근 들어서 가축분뇨 처리 관련 산업현장에서 관심이 높아져 가고 있다. 본 연구에서는 연소원료로서의 가축분뇨 이용가능성을 평가하기 위해 부숙시킨 가축분을 펠릿화한 뒤 그 특성을 분석하였다. 가축분 펠릿은 6~10 mm 두께로 제조하였다. 가축분 펠릿의 수송성과 관계되는 내압축 강도는 펠릿의 건조 정도와 비례하였는데 수분함량이 20% 내외 정도로 건조된 경우 약 20~30 kg/cm² 에 달하는 내압축성을 가지는 것으로 나타났다. 연료가치를 결정하는 요소인 저위발열량은 우분 > 돈분 > 계분의 순으로 높았는데 이는 각 축종별 분뇨중의 섬유소와 무기물 함량의 차이에 기인한 것으로 볼 수 있다. 건조 축분의 저위발열량은 약 2,900~3,300 kcal/kg 정도로 분석되었으며, 톱밥 등의 수분조절재를 첨가하여 부숙시킨 경우 저위발열량이 증가하는 경향을 보였다. 젖소분을 대상으로 한 원소분석 결과 생분뇨의 경우 C, H, O, N, S 함량이 각각 45%, 6%, 34%, 2%, 0,17% 인 반면에 톱밥을 혼합한 젖소분뇨의 경우에는 탄소함량이 48% 수준으로 증가하였다. 이상의 결과를 종합해보면 가축분을 연소원으로 사용할 수 있는 가능성이 있는 것으로 판단되며 가축분의 연료가치를 향상시키기 위해서는 발열량을 더 높일 수 있는 대안 수립이 필요한 것으로 보인다.

고유가 및 국제적 환경규제 강화와 더불어 우리나라는 2013년 온실가스 감축 의무대상국으로의 편입이 가시화되고 있다. 따라서 농업분야의 신재생에너지 사업기반 마련을 위해 가축분뇨를 비롯한 농축산바이오매스의 혐기성소화 방식을 통한 바이오가스 생산 및 에너지화 기술 개발의 필요성이 증대되고 있다. 또한 농업부문의 급속한 시장개방으로 외국산 축산물의 수입이 본격화됨에 따라 국내 축산업의 경쟁력 제고와 축산업 과정에서 필연적으로 발생하는 가축분뇨의 해양배출 금지에 대비한 육상처리시설 기반 확보가 필요하다. 가축분뇨 및 농축산바이오매스의 혐기성소화 기술 적용은 장래 해양배출 금지에 따른 처리시설 기반확보와 동시에 온실가스를 저감하는 환경적 기능, 메탄가스와 같은 재생에너지 생산 그리고 소화슬러지는 퇴･액비화 후 양질의 유기질 비료로 활용하는 등 자원순환 기능을 동시에 달성할 수 있다. 이에 본 연구에서는 다양한 가축분뇨 및 농축산 바이오매스를 대상으로 회분식 혐기성소화 실험을 통해 각 연구대상 통합시료의 분해속도 및 생분해 특성을 평가하고, 가축분뇨 및 농축산바이오매스의 혐기성통합소화 플랜트 설계 기초자료를 제시하고자 하였다. 혐기성 통합 소화 대상 농축산바이오매스는 동계사료작물 청보리, 하계사료작물 사료용 옥수수, 가축분뇨는 우분을 연구대상으로 하였다. 가축분뇨와 Energy Crop의 혼합비는 VS기준으로 60 : 40이었으며, 식종균은 D시의 하수처리장의 중온혐기성소화균을 채취하여 순응적응시켜 이용하였다. 최종생분해도평가는 Graphical Statistic Analysis Method와 BMP Test를 적용하였다. 실험기간 120일동안 우분의 최종생분해도는 72~73%이었으며 가축분뇨와 사료작물의 혼합비 60:40 조건에서 우분+옥수수 통합시료는 83~85%, 우분+청보리 통합시료는 80%의 최종생분해도를 나타내었다. 우분의 전체 생분해성 유기물 중 빠르게 분해되는 분율(S1)은 78%으로 k1(0.087day-1)의 속도로 25일 안에 빠르게 분해하였으며, 느리게 분해되는 S2 분율은 22%로써 k2(0.004day-1)의 속도로 95일의 긴 시간동안 분해하였다. 우분+사료용 옥수수 통합시료(혼합비 60:40)의 S1은 25일 동안 BVS 중 80%가 0.090day-1(k1)의 속도로 빠르게 분해하였으며, S2는 95일 동안 k2, 0.004day-1의 속도로 BVS의 20%가 분해되었다. 우분+청보리 통합시료(혼합비 60:40)의 S1은 30일 동안 BVS 중 76%가 0.069day-1(k1)의 속도로 빠르게 분해하였으며, S2는 90일 동안 k2, 0.009day-1의 속도로 BVS의 24%가 분해되었다.

지난 2012년에 발생한 국내 가축분뇨 46,489천톤의 38.2%에 해당하는 17,748천톤이 양돈분야에서 발생하였다. 돼지분뇨중 슬러리형태의 분뇨는 수분이 약 97 ~ 8% 수준으로 높은 편이어서 액상비료화(액비화) 처리가 용이하다. 국내에서 현재 운영되고 있는 돈분뇨 슬러리 액비화 기술은 액비화시설 내에서 폭기과정과 저장과정을 거쳐서 비료성분이 있는 액상비료로 전환하는 것이다. 그러나 이 기술을 적용하는데 있어 액비저장조 하부에 슬러지가 침적되는 문제로 인해 액비화시설 운영농가 등 일선 산업현장에서 상당한 어려움을 겪고 있는 실정이다. 본 연구에서는 200리터 용량의 사각형 액비화 반응조들을 제작하여 돈분뇨 슬러리를 액비화하는 과정에서의 부숙기간별 액비화 특성을 조사하였다, 각 반응조는 실험실 온도 26±2℃ 조건하에 비치된 상태로 공기를 공급한 시험구와 공급하지 않은 시험구로 구분하여 운영하였다. 또한 동일한 조건하에서 현수식 담체의 적용여부에 따른 액비의 부숙특성을 분석하였다. 각 처리구별 액비온도는 공기공급구에서 약 2℃ 정도 높았다. 암모니아 발생은 비폭기구에서 전반적으로 높게 나타났다. 액비화 개시 7일 후에 액비조 높이별로 측정한 pH는 폭기구에서는 상층, 중층, 하층에서 각각 8.19, 8.20, 8.23 수준으로 상층부로 갈수록 pH가 낮은 경향을 보인 반면에 비폭기구에서는 각각 8.15, 8.14, 8.06 수준을 나타내 상층부로 갈수록 높아지는 상반된 결과를 보였다. SS 농도는 비폭기구가 하층부가 상대적으로 높은 경향을 보인 반면에 폭기구에서는 액비조 높이별 SS농도 차이가 상대적으로 적었다. 담체를 적용한 처리구에서는 액비중의 SS 농도가 약간 낮아지는 경향을 보였다.

지난 2012년 기준으로 국내 가축분뇨의 발생량은 46,489천톤에 달했다. 가축분뇨에는 식물생장에 필요한 질소와 인, 칼륨 그리고 각종 미량영양소들이 함유되어 있기 때문에 적절한 퇴비화 과정을 거친 가축분 퇴비는 주 좋은 유기성 비료자원으로 활용되어질 수 있다. 실제로 지난해에 발생한 가축분뇨중의 약 81%에 달하는 7,656천톤이 퇴비화 과정을 거쳐 비료자원으로서 자연에 순환되었다. 우리나라 가축분뇨 퇴비화 기술은 안정적 수준에 도달하였으므로 현재 가축분 퇴비화 분야의 주요 관심사중의 하나는 퇴비의 품질을 높이는 것이다. 연구에서는 150리터 용량의 장방형 퇴비화 반응조들을 제작하여 유우분, 한우분, 돈분, 계분을 각각의 반응조에 넣은 뒤 퇴비화를 개시하였다. 각 축종별 분뇨는 공기를 공급한 시험구와 공급하지 않은 시험구로 구분하여 퇴비화기간의 경과에 따른 퇴비단의 온도변화와 암모니아 발생량을 측정하였다. 각 축종별 퇴비시료를 채취하여 화학성분 분석을 실시하였다. 퇴비단 온도는 계분 송풍처리구에서 가장 짧은 기간 내에 상승하여 76℃까지 도달한 후 낮아지는 결과를 보였다. 퇴비화 개시 7일 후에 암모니아는 돼지분뇨 송풍처리구에서 735mg/L 수준으로 가장 높게 나타났다. CO₂농도는 각 축종별로 젖소 1450mg/L, 돼지 875mg/L, 한우 1125mg/L, 닭 816mg/L 수준을 보였다.