분뇨악취저감제의 효능효과

분뇨악취저감제의 효능효과

출처:우진B&G(주) 중앙연구소 하상우 이학박사

 

가축분뇨는 유기물 및 무기물, 미량원소 등으로 이루어진 복잡한 화학물질의 집합체로서 화학비료 사용이 일반화된 1970년대 이전까지는 유익한 작물영양원 및 토양 개선제로서 농업분야의 필수 자원 중의 하나이었다. 그러나 1970년대 이후부터 농촌의 노동력 부족과 화학비료의 사용으로 가축분뇨는 농가가 처리해야 할 폐기물로 전환하게 되었고, 또한 소규모 부업형 축산에서 대규모 전업형으로 집단화됨에 따라 대량의 가축분뇨가 국부적으로 대량 발생하게 되어 축산분뇨의 환경오염문제가 심화되었다. 게다가 축산분뇨는 자체에 함유 및 발생되는 악취성분이 대기를 오염시키고, 해충의 서식처로 제공이 되어 위생적인 문제를 야기시킴으로써 지역주민들로부터 축산업 자체가 혐오산업으로 인식하게 만들었다. 이러한 결과들은 빈번한 축사의 이동 및 축사부지 확보의 어려움, 축산물 가격 불안정 등과 같이 축산산업의 발전을 위축시키는 큰 요인이 되고 있다.
이러한 문제점들을 인식하고 1990년 중반 "청정 돼지고기 생산지"로 알려진 "제주도"에서 처음으로 축산환경 개선사업을 시작하게 되었다. 그 당시 축산환경 개선사업에 참여한 많은 농가로부터 악취감소와 파리발생 감소, 가축분뇨의 액비 및 퇴비화 촉진, 가축의 생산성 향상 등과 같은 효과를 얻었다는 결과에 힘입어 전국적으로 축산환경 개선사업이 확대되게 되었다. 2004년 현재 중앙부서 및 지방 자치단체에서 예산 약 100~150억원을 지원하는 대규모 국가 프로젝트 사업으로 발전하였으며, 모든 축산농가가 환경개선 제제를 사용한다고 할 정도로 시장의 규모도 급속도로 성장하게 되었다. 더불어 환경개선 제제를 제조 및 판매하는 회사도 기하급수적으로 증가하게 되었고, 그 만큼 제품의 종류도 매우 다양화되어 소비자의 선택에 있어서 혼란이 가중되고 있는 실정이다.
"축산 환경개선제"란 가축분뇨의 악취 제거 및 파리 발생억제, 액비 및 퇴비화 촉진 등과 같은 다양한 기능을 가진 제품으로 정의 하지만, 축산 환경개선제의 기능 중에서 가장 큰 이슈가 되는 것은 악취저감 효과이다.
따라서 본 글에서는 유통되고 있는 분뇨 악취저감제의 특징 및 축산 환경개선제의 악취저감 효과, 소비자들이 유념하여 할 사항 등에 관련하여 언급하고자 한다.

1. 유통되고 있는 분뇨 악취저감제(축산 환경개선제)의 분류 및 특징

현재 유통되고 있는 환경개선 제제의 종류를 필자는 제제의 성상 및 구성성분, 작용기전 등과 같이 크게 3그룹으로 분류하고 있으며, 각 분류에 따른 제제의 장단점은 아래와 같다.

가. 성상에 따른 분류

(1) 액상형 : 액상형 제제는 일반적으로 유용미생물의 배양액 또는 식물추출물을 제품화한 것으로 사용방법은 음수투여 및 적용대상에 직접 분사 혹은 뿌려서 사용하고 있다. 일반적으로 대상 가축이나 장소에 다양한 방법으로 활용할 수 있는 장점이 있는 반면에 고농도의 미생물이 함유되어 제품의 가격이 비싼 편이고, 보관시 냉장 및 냉동 보관을 해야 되는 보관상의 불편함이 있다. 농장 방문시 농가에서 필자에게 가장 많이 물어보는 질문 중의 하나가 "미생물을 냉동시키면 미생물이 죽지 않느냐?"는 질문이다. 이에 대한 방법을 제시하면 아래와 같다.
미생물 보관법에서 가장 우수한 방법은 급속 냉동(-72℃이하)하여 보관하는 것이 최선의 방법이지만, 이러한 시설을 보유한 곳은 전문기관이 아니고서야 힘들고, 전문 기술이 필요하기 때문에 사실상 일반화 되기에는 어려운 점이 있다. 따라서 소비자들에게 가장 좋은 방법은 냉동고에 보관하되, 미생물의 손상을 최소화하기 위해서는 냉동과 해동을 자주 시키지 말고 필요한 양 만큼을 분활하여 냉동시키는 것이 가장 바람직하다고 생각된다. 단, 생균(Live cell)의 형태가 아닌 아포(spore)의 형태로 출시되는 미생물 액상제품의 경우에는 실온에 보관하여도 안전하지만, 장기 보관 시에는 타 미생물에 의한 오염 가능성이 항상 존재하기 때문에 냉장 및 냉동 보관을 추천하고 싶다.

(2) 분말형 : 분말형은 액상형의 보관상의 단점을 보강하기 위하여 만들어진 형태로, 사료에 일정비율로 혼합하여 가축에 투여한다. 하지만, 대게의 분말형 제품의 수분은 10% 이하로써 제품의 함습을 방지하지 않으면 타 미생물에 오염이 되어 제품의 변질이 발생되므로 개봉된 제품은 밀봉을 확실하게 하여야 한다.
건조방법에 따라 분말형은 3가지 타입으로 분류된다.
첫째, 기계적인 건조 : 유용 미생물 배양액 및 추출물을 동결건조기(freeze dryer)나 분무건조기(spray dryer)를 사용하여 제품의 수분을 공기 중으로 분산 및 제거시켜 분말화 시킨 것으로, 전자의 경우는 광합성 세균 및 유산균 등과 같이 내열성이 약한 유용미생물을, 후자의 경우는 아포(spore)를 생성하고 내열성이 강한 바실러스류(혹은 추출물) 등을 분말화 하고자 할 때 가장 많이 사용한다. 기계적인 건조로 된 분말형은 균체의 함유량이 높고, 물에 잘 녹기 때문에 음수용으로도 사용할 수도 있지만, 제품의 가격이 비싸다는 단점이 있다.
둘째, 부형제를 이용한 단순 흡착 건조 : 다공성 광물질 및 곡물에 유용미생물 배양액을 일정 비율로 흡착시켜 건조시킨 제품으로 생산량이 많아 가격이 저렴하다는 장점을 가지고 있으며, 광물질에 의한 악취저감 효과도 기대할 수가 있다.
셋째, 고체배양(숙성) : 곡물에 유용미생물을 접종시킨 후 일정시간동안 숙성 배양한 후 건조시킨 제품으로 가장 대표적인 균으로는 Aspergillus oryzae, Bacillus subtilis, Lactobacillus plantarum, Sacchromyces cervisiae 등이 있다.
고체 배양된 제품은 가격적인 면에서 비싼 편이지만, 유용미생물의 균체와 숙성과정에서 생성되는 다양한 유기산, 아미노산, 효소 등과 같은 생리활성 물질을 함유하고 있어 일석이조의 효과를 얻을 수는 특징이 있다.

나. 구성성분에 따른 분류

(1) 유용 미생물(Probiotic)
미생물을 이용한 제품에는 2가지 부류가 있다.
첫째, 분뇨의 악취성분을 대사과정의 일부분으로 이용하여 증식하는 미생물만을 사용하여 만든 제품으로써 가축의 생활환경을 개선함으로써 부가적으로 농가의 수익성을 증대시키는 특징이 있다. 가장 대표적인 미생물로는 광합성 세균(Photosynthetic bacteria)이다.
둘째로는 가축 장내 미생물 균총을 안정화시켜 소화촉진과 사료효율 향상으로 생산성을 증대시키고, 완전히 소화된 분변이 배출되어 악취감소 효과를 얻을 수 있는 미생물을 가지고 만든 제품이다. 가장 대표적인 미생물로는 Lactobacillaceae와 Streptococcaceae, Bacillus coagulans 등이 있다.

(2) 규산염
규산염은 미 국방성에서 야전군 수통의 물이 상하지 않고 몸에 더 좋은 상태로 보존될 수 있는 방법을 연구하다가 실용화된 광물질이다. 현재 규산염은 무공해 청정제로서 반도체 산업과 같은 최첨단 산업에서 식품용기에 이르기까지 널리 사용되는 신소재로서 미국 FDA(미연방 식품의약국)에서 식품 첨가제로 그 무해성을 인정하고 있다. 규산염의 종류에는 제오라이트 및 벤토나이트, 일라이트 등이 있다. 그 중에서 유해가스 포집력이 가장 우수하여 축산업에서 가장 널리 사용되고 있는 것이 제오라이트(Zeolite)이다.
제오라이트란 "끓는(zeo) 돌(lite)"이라는 의미로 명명된 광석으로써, 구조는 AlO4와 SiO4가 산소를 공유하면서 일정한 결정성을 이루어 3차원적으로 무한히 연결된 구조를 가지고 있고, 미세한 다공질로 구성되어 있어 물리적 흡착력(질소, 인산가리 등 각 90~95%)과 화학적 양이온 치환작용(70~140meg/100g)이 뛰어나 암모니아 및 황화수소와 같은 유해 gas를 20배까지 흡수, 흡착하는 능력을 가진다고 한다.

(3) 유익 미생물 성장촉진 인자(Prebiotic)
가축의 소화관에서 Lactobacillus 및 Bifidobacteria 등과 같은 유익 미생물의 생육인자로 작용하여 장내균총의 균형을 이루게 하여 유해가스 생성을 억제하는 것으로써 플락토올리고당, 키토올리고당 등이 알려져 있다.

(4) 기타
그 외 악취제거용 환경개선제로서 식물추출물 및 효소 등이 있다. 식물추출물 중에서 가장 많이 알려져 있는 것은 유카 추출물로서 암모니아 생성효소인 Urease를 불활성화 시켜 악취발생을 억제시킨다고 알려져 있다. 또한 효소는 가축의 사료소화율을 증대시켜 분변에서의 2차적인 악취발생을 억제시키는 것으로 알려져 있다.

다. 작용기작에 따른 분류

(1) 소취(消臭)작용 기작
소취작용이란 공간 내의 악취분자를 분해 흡착에 의해 무취물질로 변화시켜 제거하는 작용을 말한다. 소취작용에는 작용 매체에 따라 생물학적 소취(生物學的 消臭) 및 물리적 소취(物理的 消臭), 방향 소취(芳香 消臭), 탈취(敓臭) 등으로 나누어진다.
소화 및 분변 발효과정에서 발생된 암모니아 및 황화수소, 저급 휘발성지방산, 메틸메르캅탄 등의 악취 성분을 광합성 세균 및 식물성 유산균 등과 같은 유용 미생물이 직접 분해시키는 기전을 "생물학적 소취"라고 말하고, 제오라이트와 같은 규산염에 흡착시켜 악취를 감소시키는 작용을 "물리적 소취", 유카 추출물 및 목초추출물과 같이 악취보다 더 강한 향을 발산하게 함으로써 악취를 희석시키는 작용을 "방향 소취", 악취성분과 결합하여 공기 중으로 신속히 휘발시키는 작용을 "탈취(敓臭)"라고 한다.

(2) 소화작용 기작
소화작용 기작이란 사료의 소화율 및 장내 균총을 안정화 시켜 악취성분의 발생을 감소시키는 기작으로 장내균총을 안정화시키는 미생물, prebiotic, 효소 등이 포함된다고 할 수가 있다.

2. 환경개선제를 적용한 야외 실증 사례

가. 시험농장 Ⅰ (전라남도 순천시)

나. 시험농장 Ⅱ (전남 무안)

다. 시험농장 Ⅲ (경기 연천)

- 규모 : 모돈 450두 농장
- 적용방법 및 결과 : 분뇨 100톤당 PTB(광합성 세균) 1가론(약 3.8리터)을 1주 1회씩 총 5회 투여하였고, 분말제 환경개선제를 사료 1톤당 1kg씩 계속 첨가 급여 하였다. 40일 이후 악취와 파리가 현저히 감소하였다.

라. 시험농장 Ⅳ (연천군 군남면)

- 규모 : 양돈 4,500두
- 적용방법 및 결과 : 분말제인 에코바이오를 비육돈 사료 톤당 1kg을 계속 첨가 급여하고, 분뇨를 6개월 이상 발효를 시켰다. 이후 트랙터를 사용하여 경작지(군남면 남계리)에 분뇨를 살포(2004. 4월)하였다. 경작지 인근에 민가와 부대가 위치하여 민원이 발생할 수 있었지만 현재까지 민원발생이 없었다.

3. 환경개선제 선별시 반드시 고려해야 할 사항

소비자의 입장에서 각 제조회사의 제품에 대한 평가는 모든 제품을 직접 사용하지 않는 한 모든 제품의 효능을 느낄 수가 없다. 또한 사용하기 전에 직접 소비자가 제품의 성분 분석을 하여 제품을 판단한다는 것은 불가능하다고 생각된다. 하지만 아래와 같은 몇 가지 항목만이라도 소비자가 팜플렛 및 인터넷 등과 같은 다양한 정보매체 등으로 꼼꼼히 살핀다면 절반의 성공은 할 수 있다고 판단된다.

- 제품의 작용기작 및 효능이 입증되었는지?
- 제조사의 발효설비 및 전문인력이 제대로 갖추어져 있는지?
- 제품의 포장상태가 양호한지?
- 제조일자가 표시되어 있는지?
- 동물약품으로 등록되어 있는지?
- 제조사의 brand power가 있는지?
- 국가기관이나 기타 연구기관에서 사양시험을 했는지?
- 제품의 가격이 적절한 한 것인지?