Globally, concern about emerging infectious diseases of livestock is growing. For the disposal of the animal carcass, it is necessary to recycle the carcass into an agriculturally usable product. The objective of this study was to investigate the composting conditions of liquid by-product obtained from degradation of animal carcass.
Optimum conditions of liquid fertilizer were investigated using different microorganisms, pHs, and volumes of microorganisms (
Liquid fertilizer of by-product using pig carcass was decomposed with optimum conditions(LP, pH 7, injection of 0.5 mL/100 mL) in 56 days after composting, and was suitable for official standard of commercial fertilizer.
최근 2010년도 구제역 발생으로 5,600여개 농장에서 총 사육두수의 33,3%의 돼지, 3.4%의 한육우, 8.4%의 젖소 등 345만두의 가축을 살처분하여 약 3조원의 경제적 손실액이 발생하였다(Animal Plant &. Fisheries Quarantine & Inspection Agency, 2011; Kang, 2011; Kim
하지만 일부 부실 매몰지는 침출수 누수와 악취 발생 등에 의해 주변의 토양, 지하수 및 하천오염 등 2차 환경 피해를 일으키고 있으며(Kim
따라서 본 연구는 폐가축사체를 랜더링 및 알칼리 가수분해 처리 후 생성된 액상부산물을 이용하여 액비를 제조하기 위해 부숙시 최적 미생물, 미생물 주입량 및 pH를 구명하여 액비의 품질을 평가하였다.
본 연구는 폐가축사체의 농업적 재활용을 위해 폐가축사체를 랜더링 처리 및 알칼리 가수분해 처리 후 부숙시켰다. 랜더링 처리는 국립축산과학원 축산자원개발부내에 있는 폐사체 가축처리 활용관에서 실시하였으며, 실험에 쓰인 재료는 축산자원개발부 내의 돈사에서 자연사한 돼지를 이용하였다. 알칼리 가수분해는 랜더링 처리 후 나온 부산물을 이용하여 수산화칼륨(KOH)으로 가수분해하였으며, 가수분해를 통해 생성된 액상부산물로 부숙과정을 거쳤다.
가축사체 랜더링 부산물은 가수분해장치를 이용하여 130℃, 3기압에서 2시간 동안 처리하여 액상형태로 분해되었다. 본 연구에 사용된 가축사체 액상부산물을 액비화하기 위한 공시 액상부산물의 특성은 Table 1에서 보는 바와 같다. 공시 액상부산물의 초기 pH는 13.45이었으나 CO2 gas를 이용하여 pH 7.09로 중화시켰으며, 질소의 함량은 1.09%이었고, 인산(P2O5) 및 칼리(K2O)는 각각 0.339 및 4.05%를 함유하고 있었고, 유기물 함량은 6.09%이었다.
Chemical properties of liquid by-product obtained from alkaline(KOH) hydrolysis method after rendering process for treating pig carcass(wet weight)
가축사체 액상부산물을 이용한 액비부숙화 실험의 전처리는 폐돼지사체를 랜더링 처리 한 후 생성된 부산물을 액상형태로 분해하기 위해 수산화칼륨(KOH)으로 가수분해하여 액상형태의 부산물로 만들었다. 알칼리(KOH) 가수분해 처리는 시중에 유통되는 45% KOH 액상원액을 그대로 사용하였으며, 폐돼지사체 무게의 20%되게 주입하여 처리하였다. 처리 조건은 130℃, 3기압의 고온⋅고압에서 2시간 동안 처리하였으며, 처리 후 CO2 가스를 주입하여 중성화시켰다.
분해과정에서 멸균 처리 된 가축사체 액상부산물은 3종류의 미생물을 주입하여 부숙시켰으며, 이후 간이 부숙도를 판정하였다. 부숙 시키기 위한 미생물은 유산균과 효모를 혼합한
최적 조건하에서 가축사체 액상부산물 액비의 부숙기간과 부숙기간에 따른 액비 품질을 평가하기 위해 20 L의 반응조에 가축사체 액상부산물 10 L를 반응조에 채우고, pH 7 조건에서 LP 미생물 50 mL/10 L를 주입하였으며, 산소를 연속폭기(0.03∼0.04 m3 O2/m3/min)하여 112일 동안 실온에서 부숙시켰다. 간이 부숙도 평가(RDA, 2010)는 부숙기간 동안 14일에 한 번씩 총 8차례 하였으며, 28일, 56일 및 112일에 시료를 채취하여 비료의 주성분인 전질소, 인산, 칼리, 석회, 고토, 나트륨 및 유기물 함량을 각각 분석하였고, 비료의 유해성분인 Zn, As, Cd, Cr, Cu, Hg, Ni 및 Pb의 함량을 각각 분석하였다(RDA, 2006).
가축사체 액상부산물의 액비화시 부숙도 평가는 농촌진흥청 가축분뇨 퇴⋅액비 이용기술 매뉴얼(RDA, 2010)에 표기된 가축분뇨액비 부숙지표와 부숙도 간이 판정기준에 근거하여 냄새, 색깔, 점성, 부숙 중 최고 온도 및 공기주입 여부를 평가하였다(Table 2). 일반적으로 액비 제조시 사용되는 자재들은 크게 유기물과 무기물로 나누어지며, 유기물에는 동물부산물(혈분, 골분, 어분, 생선 등), 식물부산물(깻묵, 쌀겨, 콩깻묵 등)이며, 무기물에는 재, 맥반석 및 패화석 등이 속한다(An
Indicators and simplified judgement for compost maturity of liquid pig fertilizer(RDA, 2010)
가수분해한 가축사체 액상부산물 및 가축사체 액상부산물 액비의 화학적 특성을 조사하기 위한 분석은 농촌진흥청의 비료의 이화학적 검사 방법(RDA, 2006)에 준하여 현물로 분석하였다. 가수분해한 가축사체 액상부산물 및 가축사체 액상부산물 액비는 황산으로 습식분해한 후 Kjeldahl 증류법(질소 자동분석기, Gerhardt Vapodest 50 carousel, Germany)으로 분석하였으며, P2O5는 Vanadate법(UV2550PC, Pekinelmer)으로 분석하였다. 유기물(O.M)은 회화법으로 분석하였고, K2O, CaO, MgO, Na2O 및 유해 중금속함량(As, Cd, Hg, Pb, Cr, Cu, Ni 및 Zn)은 시료를 산으로 분해한 후 ICP(ICPE-9000, Shimadzu)로 분석하였다. pH는 pH meter(S230 Conductivity meter, Mettler Toledo)를 사용하였다.
부숙 미생물 종류별 액비 효율
부숙 미생물 종류별 액비 효율은 가축사체 액상부상물에 각각의 다른 미생물을 주입하여 28일 동안 부숙시켰으며, 관능적인 방법으로 부숙도를 판정하였다(Fig. 1). 부숙 미생물 종류별 가축사체 액비부산물의 부숙은 부숙 시작 시점부터 28일 동안 LP(
부숙 미생물(LP) 주입량별 액비 효율
LP(
pH별 액비 효율
액비화 과정 중 가축사체 액상부산물을 pH 5, 7, 9 및 11로 조절하여 28일 동안 관능적인 방법을 통하여 부숙도를 판정한 결과는 다음 Fig. 3에서 보는 바와 같다. pH 7 조건은 다른 pH 조건보다 부숙이 빨리 일어났으며, 간이 부숙도의 총 점수가 50점으로 완숙 상태가 되었다. pH 5 조건은 pH 7 조건과 부숙 상태가 비슷한 경향이었지만 부숙 후 28일에 색깔 변화가 크지 않아 총 45점으로 중숙 평가를 받았다. pH 9 및 11 조건은 부숙 후 28일 동안 비슷한 경향으로 부숙되었고, 또한 최종 점수도 각각 42점으로 중숙 평가를 받았다. pH에 따른 액상부산물은 7일간 부숙시켰을 때 모든 조건에서 어떠한 큰 변화가 없었으며, 부숙 14일 경과 후에 pH 5 및 7 조건에서 온도가 50℃ 이상으로 올라가 온도 점수 10점을 받게 되었다. pH 9와 11에서는 pH 7에 비해서 온도가 올라가는 속도가 조금 늦어 부숙 28일 경과 후 50℃ 이상 올라갔다. 냄새의 경우에는 pH 9 및 11 조건(5점)이 다른 pH 조건(10점)에 비해서 점수가 낮았다.
부숙기간별 부숙도 평가
최적 LP 미생물 주입량(0.5 mL/100 mL) 및 pH(7) 조건에서 112일(16주) 동안 부숙시켜 가축사체 액상부산물 액비의 부숙도를 평가한 결과는 Fig. 4에서 보는 바와 같다. 가축사체 액상부산물 액비는 부숙 후 28일에 간이 부숙도 점수가 50점으로 완숙 기준인 46점을 넘어 완숙 상태가 되었으며, 부숙 후 56일에는 온도가 60℃ 이상 상승하여 점수(55점)가 더 높아졌고, 이후 112일까지 온도가 조금씩 낮아져 실온에 이르렀다. 색깔 및 냄새의 경우에는 부숙 후 14일에 조사된 액비만 각각 5점으로 산소를 주입하지만 완전히 부숙이 되지 않아 큰 변화가 없었으며, 28일에 조사된 액비는 색깔 및 냄새의 점수가 각각 10점으로 맑고 짙은 갈색을 나타내었고, 가축사체 액상부산물 냄새가 없어졌다. 최적 LP 미생물 주입량 및 pH 조건에서 부숙도는 시간이 경과함에 따라 점수가 높아지는 경향이었으나, 이미 부숙 후 28일에 온도를 제외한 나머지 항목이 최고점이 되었으며, 이후 온도만 약간 상승하고 별다른 차이가 없었다. 최종적으로 농촌진흥청 축산과 학원에서 개발되어 순천시 농업기술센터로 보급된 가축분뇨 부숙도 측정기기(LMQ 2000, 코리아스펙트랄프로덕츠)를 이용하여 부숙도를 판정해본 결과, 112일 동안 부숙시킨 가축사체 액상부산물 액비는 냄새(황화수소 및 암모니아), 색도의 평가점수가 높아 완숙판정을 받았다.
액비 품질 평가
가축사체 액상부산물 액비의 주성분 및 기타성분(염화나트륨, 수분함량)을 분석한 결과는 Table 3에서 보는 바와 같다. 가축사체 액상부산물 액비의 부숙기간 중 28일, 56일 및 112일에 조사하여 비교한 결과 T-N, P2O5, K2O 등 주성분 함량은 대부분이 부숙 후 28 및 56일에 더 높은 함량을 나타내었다. 가축사체 액상부산물 액비의 부숙기간별 T-N 함량은 28일, 56일 및 112일에 각각 0.98, 0.94 및 0.81%로 부숙기간이 길어짐에 따라 약간 감소하는 경향이었지만, 시중의 일반적인 가축분뇨의 T-N 함량보다 3∼4배가량 많았다. 가축사체 액상부산물 액비의 부숙기간별 P2O5 함량도 T-N과 비슷한 경향으로 부숙기간이 길어짐에 따라 감소하는 경향이었다. 일반적으로 액비 제조시 부숙기간에 따른 질소나 인산의 함량은 미생물에 동화되거나 암모니아가스 등으로 휘산되어 유실된다고 보고되고 있으나(Park
[Table 3.] Principal components in liquid fertilizer of by-product using pig carcass(wet weight)
Principal components in liquid fertilizer of by-product using pig carcass(wet weight)
가축사체 액상부산물 액비의 유해성분 함량을 분석한 결과는 Table 4에서 보는 바와 같다. 가축사체 액상부산물 액비의 유해성분(Zn, As, Cd, Cr, Cu, Hg, Ni 및 Pb) 함량을 비료 공정 규격에서 가축분뇨발효액과 비교해 볼 때 각각의 함유할 수 있는 유해성분의 최대량보다 매우 낮은 함량을 나타내었다. 가축사체 액상부산물 액비의 부숙기간 중 28일, 56일 및 112일에 조사된 Cr의 함량은 각각 1.0, 0.7 및 0.6 mg/L으로 부숙기간에 따른 Cr의 함량 차이가 거의 없었으며, 가축분뇨발효액의 기준치인 30 mg/L 이하 보다 낮은 함량을 나타내었다. 또한 Zn의 경우에도 액비의 부숙기간 중 28일, 56일 및 112일에 각각 61.3, 53.9 및 52.1 mg/L로 가축분뇨발효액의 기준치인 130 mg/L 보다 낮은 함량을 나타내었으며, 부숙기간에 따른 Zn의 함량 차이는 없었다. 가축사체 액상부산물 액비의 부숙기간 중 조사된 As, Cd, Cu, Hg 및 Ni의 함량은 분석 결과 모두 검출되지 않아 기준치에 모두 적합하였고, 전처리(랜더링 및 알칼리 가수분해)로 인한 멸균으로 E.coli O157:H7 및 살모넬라는 검출되지 않았다.
[Table 4.] Hazardous components in liquid fertilizer of by-product using pig carcass(wet weight)
Hazardous components in liquid fertilizer of by-product using pig carcass(wet weight)