축산분뇨 종류별 처리실태와 농장의 현실

축산분뇨 종류별 처리실태와 농장의 현실

 곽 정 훈 (축산연구소 축산환경과 가축분뇨자원화연구실) 

 

1. 머리말

 

2004년도 말(농림부, 2005. 9) 기준 우리나라 농림업 생산액은 약 37조2,886억원이며, 품목별로는 미곡, 돼지, 한·육우, 우유, 계란 등이 순으로, 이들 5대 품목은 농림업 생산액의 51%를 차지하는 것으로 조사되었다. 특히 축산업이 우리나라 농림생산부분에 아주 주요한 부분을 차지하게 되었으며, 앞으로도 생활수준의 향상으로 축산물의 소비량은 계속적으로 증가될 것으로 예상되어 지고 있다. 특히 양돈분야는 총 생산액이 33,668억원으로 농림생산액 중 2위를 차지하고 있어 양돈농가들의 긍지를 높게 하고 있다.

이와 같이 양돈업은 높은 생산성으로 급속하게 발전되어 왔으나, 한편으로는 돼지분뇨의 처리에 어려움을 크게 겪고 있는 것으로 조사 발표되고 있다. 양돈협회(2004)에서 전업규모 양돈농가 3912호를 설문조사 결과 양돈업 종사시 가장 큰 애로점이 분뇨처리라는 응답이 67.9%로 조사되었으며, 다음으로 자금조달, 경영수지 부실 등으로 조사되었다. 따라서 양돈농가들이 양돈업을 경영하는데 있어서 분뇨처리의 애로를 해결하기 위해 양돈농가들이 설치하여 운영하고 있는 처리방법에 대해 좀 더 세부적인 조사로 현장의 문제점을 해결하는 것이 매우 시급한 상황으로 누구나 인식하고 있다. 현재 양돈농가에서 설치되어 운영되고 있는 분뇨처리방법은 매우 다양한 형태를 띠고 있으나, 여기에서는 양돈농가들이 분뇨처리의 기본으로 삼고 있는 퇴비화방법과 정화처리시설에 대하여 실제 농장에서의 현장조사 결과를 중심으로 하여 문제점 및 해결방안을 제시하고자 한다.

 

2. 양돈농가의 분뇨처리 유형 실태조사 결과

 

대한양돈협회(2004)에서 조사 발표한 자료를 보면, 돼지 분뇨처리 방법이 주로 퇴비화(2001년 32%, 2003년 29.3%) 및 퇴비화+액비화(2001년 24.2%, 2003년 17.0) 방법을 이용하고 있는 것으로 나타났다.

 

또한 농가에서의 분뇨처리방법에 있어 위탁처리 농가의 경우 2001년도에 비하여 2003년도에는 12.8%로 줄어드는 경향을 보이고 있지만, 해양배출에 의한 처리의 경우 10.7%에서 22.6%로 급격히 증가되고 있는 것으로 나타났다.

그리고 양돈농가에서 생산된 퇴비 및 액비의 처리는 자가 이용이 약 23% 정도이며, 나머지는 타인 또는 무료공급 등의 방법으로 처리하고 있는 것으로 조사되었다.

 

3. 돼지 분뇨 배설량 및 특성

 

가. 돼지의 성장단계별 분뇨 발생량

돼지의 분뇨 배설량은 성장단계에 따라 크게 차이가 날 수 있으나 일관 사육하는 농가에서의 전체 돈군의 평균 체중이 약 60kg을 기준했을 때의 평균 1일 두당 분뇨 배설량은 4.22kg(분 1.61kg, 뇨 2.61kg)이 매일 배설되는 것으로 조사되었으며, 돈분뇨의 수분함량은 각각 76.3%, 98.5%로 조사되었다.

 

나. 양돈농가에서의 계절별 스크레퍼에 의한 수거 돈분의 수분함량 변화

양돈농가에서 스크레퍼를 이용하여 돈분뇨를 수거하는 농가에서의 돈분의 수분함량을 조사한 결과를 여름철에는 수거 돈분의 수분함량이 85% 이상 되는 농가수가 48%나 되었으며, 90% 이상인 농가도 18%나 되는 것으로 조사되었다. 그러나 가을철에는 수거 돈분의 수분함량이 85% 이상인 농가의 비율이 26%로 상대적으로 가을철에 돈사내 물 사용량이 적은 것으로 조사되었다.

 

4. 양돈농가에서 설치 운영 중인 퇴비화 시설

 

가. 퇴비화 시설 운영의 문제점

양돈농가에서 설치하여 운영하고 있는 퇴비화 방법은 크게 단순 퇴적퇴비화, 퇴적송풍식 및 기계교반 퇴비화 시설로 일정규모 이상 사육하고 있는 농가에서는 주로 기계교반 퇴비화 시설을 이용하여 돼지 분뇨를 퇴비화 처리하는 것으로 알려져 있다.

우리가 일상적으로 퇴비화 시설을 설치하여 운영하고 있는 양돈가들은 퇴비화 시설의 효율 극대화를 이루면서 돼지 분뇨를 처리하는 것으로 아고 있으나 실제로는 양돈농가에서 자기 농장에 설치한 퇴비화 시설의 세밀한 운영현황에 대해 파악하고 있지는 못한 것으로 조사되었다.

예를 들어 ① 퇴비화 시설의 지붕이 스레트 등 got빛 비투과성 재질로 설치, ② 퇴비화시설 옆면을 윈 치커텐 또는 기타의 것으로 막아놓은 양돈농가, ③ 매일 생산되는 돼지 분뇨의 정확한 양 측정, ④ 돈분뇨의 수분함량에 따른 퇴비화 시설에 투입되는 수분량, ⑤ 퇴비화 시설에서의 수분 감소율 및 감소량 등에 대한 조사 및 분석이 제대로 되어 있지 못해 양돈농가에서 퇴비화 시설의 가동효율에 한계를 보이는 경우가 종종 있다.

따라서 양돈농가들은 농장에 설치된 퇴비화 시설의 이론적인 수분증발 가능량에 대해 조사 분석해 봄으로써 퇴비화 시설에서의 처리효율을 높일 수 있을 것으로 생각된다.

 

나. 돈분뇨 퇴비화 시설에서의 수분증발 가능량

1) 증발에 필요한 열에너지

가축분뇨 등의 수분을 함유한 재료에서 태양에너지, 바람 및 각종의 연료 등의 열에너지를 이용하여 증발이 가능하며, 물 1kg을 증발시키는데 필요한 열에너지(증발열, 기화열)는 25℃에 582.8kcal, 100℃에 539.8 kcal이나, 실제 1kg의 수분을 증발시키는데 필요한 열량은 약 1,000kcal 정도 필요하다.

 

2) 태양열에 의한 퇴비화 시설에 에너지 공급 가능량

태양에너지의 열량은 지표면이 받는 일사량으로 표현되며, 우리나라의 평균 일사량은 평균 3,000kcal/m2/일,(여름 4000, 겨울 2000) 정도로서 태양에너지의 일사량에 의한 수분증발 가능량은 1일 1m2당 여름에는 약 4.5kg, 겨울에는 약 2.0kg의 증발이 가능한 것으로 조사되었다. 따라서 양돈농가에서는 이를 참고로 하여 퇴비화 시설의 지붕을 투과재(투명FRP, 썬라이트 등)의 투과율이 약 60% 이상을 사용하여 설치하면 연중 평균 태양에너지를 이용하여 퇴비화 시설 1㎡당 약 2ℓ(3,000kcal/m2/일 × 60% ≒ 2,000kcal/m2/일) 정도의 수분증발이 가능하게 된다.

 

3) 강제송풍

송풍에 의한 퇴비화 시설 내에서의 수분증발량 또한 중요한 부분을 차지하면 적정 추전량은 퇴비 더미 1㎥당 250ℓ/분 정도 공급하면 1일 발효조 1㎥당 약 2ℓ정도의 수분증발이 가능한 것으로 조사되었다.

 

4) 축종별 가축분의 에너지가

가축분 중에 함유된 유기물에 의한 에너지 발생 가능량은 건물기준으로 돼지분의 경우 4,149kcal/kg 정도이며, 현물상태에서는 699kcal/kg 정도의 에너지가 발생되며, 이 상태에서 100% 유기물이 분해된다는 조건하에서 생돈분 1kg으로 수분 약 699g을 증발시킬 수 있는 에너지를 함유하고 있으므로 돈분내 수분함량이 낮으면 낮을수록 에너지가가 높아 퇴비화 시설에서의 수분증발량을 향상시킬 수 있는 것으로 조사되었다.

 

5) 따라서 양돈농가에서는 퇴비화 시설 단위면적당 1일 수분증발량을 목표를 설정하여 퇴비화 시설을 운영하게 되면 상대적으로 분뇨처리 효율을 향상시킬 있을 것으로 생각된다. 예를 들어 퇴비화 시설 발효조 1㎡당 1당 수분증발 목표를 10ℓ로 계획하고 세부적으로 태양열에 의한 수분증발량 2ℓ/㎡/일, 강제송풍 2ℓ/㎡/일, 자체 발열 6ℓ/㎡/일을 목표로 하면 하루에 투입되는 수분함량과 증발에 필요한 양등을 산정할 수 있음을 참고로 하여 양돈농가 스스로 수분증발량 최대화를 위하여 퇴비화 시설 지붕 및 송풍방법 개선 등의 노력이 필요하다고 생각된다.

 

다. 기계교반 퇴비화 시설 운영실태 조사 결과

1) 발효조내 발효온도 변화

 

수거 돈분을 톱밥과 혼합하여 기계교반 퇴비화 시설에 투입 후 1일 2～3회 정도 교반해주는 시설에서의 발효조내 깊이별 발효온도와 수분증뱔량 변화를 조사한 결과 발효온도는 발효조에 돈분을 톱밥 등과 혼합하여 투입한 후 2∼3일이 경과한 후 발효온도가 60℃이상 상승하여 약 15일간 계속 유지되면서 수분증발량을 높게 하였다.

 

2) 발효조내 수분변화

기계교반 퇴비화 시설에서의 실제 수분증발량을 조사한 결과를 요약하면, 혼합물(돈분+톱밥)을 발효조에 투입시 적정 퇴비화 수분함량(65%) 보다 수분함량이 10% 정도나 높은 74.6%로 높게 조사되어 발효조 투입구 지점에서는 발효조내 수분감소량이 낮았으나 정상적인 퇴비화 시설의 관리로 발효조내 1일 수분증발량이 10ℓ이상/㎥/일 이상 되는 것으로 조사되었다.

 

5. 양돈농가에서 설치 운영 중인 활성오니 처리시설

 

가. 활성오니 처리 운영의 문제점

양돈농가에서 설치하여 운영하고 있는 정화처리방법은 주로 장기 폭기식 활성오니법을 설치하여 주로 운영하고 있으며, 정화처리시설을 설치하여 운영하고 있는 양돈가들은 정화시설의 처리효율을 높게 유지하기 위해 자기 농장에 설치한 정화처리시설의 세밀한 운영현황에 대해 파악하고 있지는 못한 것으로 조사되었다.

예를 들어 ① 원 폐수 유입농도의 특성, ② 원 폐수 발생량, ② 적정 희석수 투입량, ④ 폭기조내 미생물 성상, ⑤ 방류수의 특성 및 배출수량 등에 대한 조사 및 분석이 제대로 되어 있지 못해 양돈농가에서 정화처리시설의 안정적인 유지관리에 한계를 보이는 경우가 종종 있다.

 

나. 양돈농가에서의 활성오니 처리시설 공정별 오염물질 제거 효과

양돈농가에 설치되어 운영되고 있는 활성오니 처리시설의 계절별 BOD 및 SS 등 오염물질의 제거율을 분석 제시하여 양돈농가에서의 정화처리 효율을 향상하기 위해 시험을 실시한 결과는 다음과 같다.

 

조사 양돈농가 원 폐수의 평균 pH는 평균 8.8로 정상적인 상태에서의 돈뇨 오수의 pH 농도인 평균 7.0 정도인 것에 비해 상대적으로 높게 조사되었으며, 농가 현장에서는 알카리성 소독약 제제를 사용하기 때문에 pH가 높아진 것으로 사료되며, 이는 양돈 뇨오수 정화처리시설 운영 시에 주요한 인자로 작용되므로 원 폐수의 pH를 적정하기 조정한 후 활성오니 처리시설에 유입시킬 필요가 있으며, 원 폐수의 BOD 5,737.5 mg/ℓ, COD 3,004.0 mg/ℓ, SS 4,185.4 mg/ℓ로 돈사 내에서 정상적으로 돈분뇨의 분리수거가 이루어지고 있는 것으로 조사되었으나, 돈사내 분뇨분리기 불량한 경우에는 활성오니 처리시설의 가동이 중단되는 농가가 종종 발생되는 경우도 있다. 방류수의 경우에는 BOD 및 SS 농도가 법적기준 이하로 방류되고 있었으나 SS 함량이 약간 높아 추가 관리가 필요한 것으로 조사되었으며, 이러한 현상은 양돈농가 중에서 돈사내 스크레퍼 또는 인력 등의 방법으로 분뇨를 분리하여 정화 처리하는 농가들께서는 활성오니 처리장에 유입되는 원 폐수 및 처리공정별 오염물질 농도를 수시로 검사함으로써 효율적인 분뇨처리가 가능할 것으로 생각된다.

 

6. 맺음말

 

돼지 분뇨처리에 있어서 가장 기본적이고 중요한 것은 자기농장의 돈사에서 배출되는 분뇨 특성을 정확하게 파악하여, 그 특성에 맞는 분뇨처리 방법을 선택하는 것이 양돈농가에서의 분뇨처리의 가장 기본임을 먼저 인지하여야 한다. 즉, 계절을 불문하고 돼지 분뇨를 적절히 처리하기 위해서는 돈사별로 발생되는 분뇨의 특성을 정확히 파악하여야 하며, 돈사 내에서 얼마나 분뇨분리를 잘 되고 있는가를 파악하는 것이 가장 중요하다고 할 수 있다.

돈사 내에서 수거된 돈분 내에 함유된 수분함량이 10% 차이가 날 때마다 톱밥이 1㎥씩 추가로 필요하다. 예를 들면 돈분 수분 75%일대 톱밥 필요량이 1㎥, 수분함량 85%이면 톱밥 2㎥의 톱밥이 필요하며, 이는 곧 양돈농가의 경제적인 부담을 주고 있는 것이다.

따라서 퇴비화 시설로 유입되는 돼지 분뇨의 수분함량이 너무 높으면 정상적인 퇴비화 처리가 이루어지지 않게 되며, 이는 곧 부실한 처리가 되므로 돈사 내에서 돈분내 수분의 유입을 최소화하는 노력만이 효과적인 돼지 분뇨의 퇴비화 처리가 가능하게 된다고 생각된다. 따라서 여기에서 제시한 태양열의 효율적인 이용과 강제송풍 및 발효조내 발효온도를 높게 유지함으로써 퇴비화 시설 단위면적당 돼지분뇨의 퇴비화 처리효율의 향상이 가능함을 잊지 말아야 할 것이다.