Evaluation of Livestock Odor Reduction Efficiency for Odor Reduction Systems in Domestic Pig Farms

돈사용 스크러버 및 바이오커튼의 축산악취 저감효과 분석

Abstract

Various odor reduction systems are being operated at pig houses to improve livestock odor issues. However, the quantitative evaluation of odor reduction efficiency is not sufficiently conducted. The analysis of factors that affect the reduction efficiency also has not been sufficiently conducted. Therefore, in this study, the reduction efficiency of representative odor reduction facilities (bio-curtain, scrubber) operated by domestic pig houses was evaluated. The odor reduction efficiency was evaluated by sampling the air before and after the odor reduction facility in 6 pig houses. Livestock odors were evaluated for complex odors, ammonia, hydrogen sulfide, and VOC. To find factors for reduction efficiency, temperature, humidity, pH of washing resolution, type of washing water, and ventilation rate was measured. As a result, it was found that the scrubber system had the highest reduction efficiency. The reduction efficiency was found to be affected by the scrubber's washing resolution, filler, operating conditions, and size. Bio-curtains may have problems such as deterioration of fan performance due to ventilation fan load, groundwater pollution, and excessive use of groundwater.

Ⅰ. 서론

축산악취는 두 가지 이상의 악취물질이 복합적으로 구성되어 사람에게 불쾌감과 혐오감을 주는 냄새이다 (Yeo et al., 2019). 돈사에서 배출되는 축산악취는 대표적으로 암모니아(NH₃), 황화수소 (H₂S), 메탄, 이산화탄소, 휘발성유기물 등이 있으며 이 중에서 암모니아와 황화수소는 주요 축산악취 물질이다 (Kim et al., 2012). 축산악취의 주요 발생원은 분뇨이며, 밀집 사육과 사육 규모의 대형화로 인해 분뇨의 양이 증가함에 따라 축산악취의 발생빈도 및 농도도 증가하여 악취 민원 문제로 이어지고 있다. 특히 2016년 기준 가축분뇨 중 약 53%는 양돈 산업에서 발생하였다 (Yeo et al., 2019). 이로 인해 축산 악취 문제는 양돈 산업에서 해결해야할 중요 현안으로 부상하고 있다.

축산악취 민원에 대한 대응을 위해 정부에서는 2005년 악취방지법을 시행하면서 축산시설을 악취관리 대상으로 지정하고 개선사업을 수행하고 있다. 농림축산식품부에서는 축산 악취개선사업을 시행하여 기존 농가의 악취 저감 시설 설치 보조, 환기 방식 개선, 노후시설 현대화 등을 지원하고 있다. 환경부에서는 ‘제2차 악취방지종합시책’을 수립하면서 악취 민원을 2028년에 2017년 대비 57% 감축하는 것을 목표로 하고 있다 (Ministry of Environment, 2019). 이를 위하여 모든 악취배출시설에 악취방지 조치를 적용할 것을 의무화하고 있다. 양돈 농가의 악취 민원 발생 해소 및 악취방지를 위해 바이오필터, 바이오 커튼, 습식스크러버 등 다양한 악취저감장치들이 돈사에 설치되고 있다. 정부에서 저감 시설 설치 비용을 일부 보조하며, 법 제정을 통해 저감장치 설치를 의무화하고 있어 저감장치의 농가 보급은 점점 증가할 전망이다. 한편, 악취 저감 장치에 대한 운영방안 등이 명시화되지 않아 농가 운영에 따라 악취 저감 효율이 변동될 수 있다. 또한, 악취저감장치의 저감 효율에 대한 정량적인 평가 역시 부족한 상황이다.

현재까지 대부분 연구는 돈사 내부의 악취 발생 특성이나 악취물질에 대한 연구와 화학적, 생물학적 첨가에 대한 효율 평가가 수행되어 왔다 (Kang et al., 2006; Kim et al., 2007; Kim et al., 2012; Jang et al., 2020). 악취 저감시설의 경우 대부분 바이오필터, 액비순환시스템에 대한 연구가 수행되어 왔다 (Song et al., 2007; Ha et al., 2015; Jeong et al., 2019). 바이오 커튼, 스크러버 등 최근 양돈 농가에서 적용되고 있는 악취 저감장치에 대한 저감 효율은 일부 연구에서 평가가 이루어 졌으나 대부분 단발성 측정으로 이루어진 실험이거나 단일 악취 가스에 대해서만 저감 효율 평가가 이루어졌다. 특히, 돈사 악취 민원에 중요한 요소인 복합 악취에 대한 저감 효율 평가는 이루어지지 않고 있다. Jeon et al. (2010)은 수세탈취시스템의 악취저감 효율을 평가하기 위해 단일 악취 가스(암모니아, 황화수소, 메틸메르캅탄 등)의 저감 효율을 측정하였다. Song et al. (2012)은 바이오 커튼을 적용한 돈사에서 이산화염소 가스분무의 악취저감 효과를 암모니아 측정을 통해 평가하였다. Oh et al. (2016)은 습식 및 플라즈마 이온 방식의 공기정화기를 대상으로 돈사의 악취물질에 대한 저감효과를 복합악취, 암모니아, 황화수소 등을 통해 평가하였다. 다만, 해당 연구는 실제 돈사에 적용된 시스템을 평가하지 않았으며, 복합악취는 세정 후가 더 증가하는 결과가 나타났다.

이처럼 돈사의 악취 저감 시설에 대한 저감 효율 평가와 관련한 연구가 활발하게 이루어지지 않았다. 대부분의 선행 연구는 저감 효율 평가를 암모니아 등의 단일 악취 가스를 통해 평가하였다. 축산악취의 경우 2가지 이상의 악취물질이 혼합하여 작용하는 악취이며, 악취방지법 등에서 복합악취 농도를 규제 기준으로 두고 있어 이에 대한 평가가 필요하다. 따라서, 단일악취 가스인 암모니아, 황화수소와 함께 복합악취에 대한 악취저감장치의 저감 효율 평가가 이루어져야 한다. 또한, 계절별로 악취 발생 특성이 달라지고 측정 시기에 따라 악취 농도가 달라지므로 반복적인 측정 실험을 통한 저감 효율 평가가 필요하다. 이에 본 연구에서는 국내 양돈 농가에 설치된 대표적인 악취 저감 시설들에 대하여 복합악취, 암모니아, 황화수소, 휘발성 유기 화합물 (Volatile Organic Compounds, VOC)에 대한 저감 효율을 평가하고 악취 저감 효율에 영향을 주는 요인에 대하여 분석하고자 하였다. 이를 위하여 국내 양돈 농가 7곳을 방문하여 총 24번의 악취 포집 및 측정을 수행하고 온도, 습도, 환기량, 세정수 등의 요인을 함께 분석하였다. 악취 저감 효율을 평가하고 저감 효율에 영향을 주는 요인에 대하여 분석하였다.

Ⅱ. 재료 및 방법

1. 대상 악취 저감 시설 및 농가

광역축산악취개선사업에 참여 중인 농가에서 운영중인 저감시설 현황 (2016, 2017년)을 분석한 결과, 축사 내부 악취 저감 기술로 액비 재순환시스템이 35.3%, 미생물 등의 약품을 살포하는 안개분무 시설이 20.9%를 차지하고 있었다. 또한, 외부 저감기술로는 퇴비사 밀폐화가 25.6%, 탈취탑 (스크러버) 24.8%, 바이오커튼 23.9% 등으로 나타났다. 액비 재순환 시스템의 경우 다양한 선행 연구를 통해 악취저감 효율에 대한 정량적인 평가가 이루어졌다. 본 연구에서는 돈사의 악취 저감 시설 중 배출되는 공기를 저감시키는 외부 저감 기술에 대한 악취저감 효율을 평가하고자 하였다. 퇴비사 밀폐화는 돈사에서 배출되는 악취를 저감하는 직접적인 기술이 아니므로 본 연구의 대상 악취 저감 시설에서 제외하였다. 따라서, 스크러버, 바이오커튼 시설을 대상 악취 저감 시설로 선정하고 악취 저감 효율을 평가하고자 하였다.

바이오 커튼, 스크러버 시설의 악취 저감 효율을 평가하기 위하여 본 연구에서는 2021년부터 2022년 6월까지 총 6곳의 농가를 23번 방문하여 악취 포집을 수행하였다. 악취 포집 및 저감 효율 평가를 진행한 농가 정보는 Table 1과 같다.

Table 1 Information of target pig house

측정 대상 농가에서는 Fig. 1과 같이 악취 저감 시설을 설치 및 운영하고 있었다. 대상 농가 중 A, B, C 농가는 바이오커튼을 운영 중이었으며, C, D, E, F 농가는 스크러버를 운영 중이었다. 바이오커튼은 대부분 돈사 측벽에 설치되어 운영되며, 스크러버는 농가별로 설치 규모 및 형태가 상이하였다.

Fig. 1 Target odor reduction system

A, B, C 농가는 바이오 커튼을 육성돈사, 자돈사, 임신사에 설치하여 운영하고 있었다. A와 B 농가는 단겹이 바이오 커튼을, C 농가는 2겹의 바이오 커튼을 적용하고 있었다. C 농가의 경우 스크러버 시설 또한 자돈사와 비육사 등에 설치하여 운영하고 있었다. C, D, E 농가는 스크러버 시설을 악취저감 시설로 운영하고 있었다. 각 농가에 설치된 악취 저감 시설은 돈사 유형, 돈사 크기, 사육 규모 등에 따라 시설의 규모가 다르고 운영 방식이 다르게 적용되고 있었다. 따라서 농가에서 악취 포집 및 측정 시 농가의 현재 운영 상황을 함께 조사하여 저감 시설의 효율에 영향을 주는지를 판단하였다. 악취 저감 효과 분석을 위한 현장 실험은 2021년 6월부터 2022년 5월까지 시행하였다 (2021년 6월, 7월, 8월, 9월, 10월 측정; 2022년 4월, 5월 측정).

2. 축산악취 및 환경 요인 측정 장비

악취 저감 시설의 저감 효율 평가를 위하여 복합악취와 암모니아, 황화수소, VOC를 측정 대상 물질로 선정하였다. 2005년 악취방지법의 시행으로 악취공정시험법에서는 악취의 배출허용기준을 측정하는 방법으로 공기희석관능법과 기기분석법을 제시하고 있다. 이 중 복합악취의 경우 공기희석 관능법을 통해 평가하고 있다. 본 연구에서는 관능평가를 위해 휴대용 악취 포집장치 (KM2000, Odotech, Korea)를 활용하여 악취저감시설 전후의 공기를 포집하였다. 휴대용 악취 포집장치는 장치 내부에 공기 포집백을 설치한 뒤, 포집백과 포집장치 사이 공간의 공기를 배출함으로서 음압을 형성하여 장치 외부의 공기를 간접적으로 포집한다. 악취저감시설 전과 후에서 사용할 악취 포집장치를 구분하여 포집장치 1대는 저감시설 전의 공기만 포집하고 나머지는 저감시설 후의 공기만을 포집하였다. 이를 통해 혼용으로 인해 발생할 수 있는 기저 축산악취에 대한 간섭을 배제하였다.

암모니아, 황화수소, VOC 등의 단일 악취 가스 측정을 위해 본 연구에서는 복합가스측정기 (Multi-Rae IR, Honeywell, U.S.A.)를 사용하였다. 악취저감시설 전후의 온도와 습도를 측정하기 위하여 소형 온습도 센서 (UX100-03, Onset computer corp., U.S.A.)를 사용하였다. 악취 포집 및 측정과 함께 온도와 습도를 측정하여 포집 및 측정 당시의 온도와 습도 데이터를 저장하였다. 악취저감시설의 세정수에 대한 pH 측정을 위해 ECpH 센서 (HM-100, HM DIGITAL INC., U.S.A.)를 사용하였으며, 돈사의 환기량 측정은 후드형 풍량계 (Testo-420, Testo SE & Co. KGaA, Germany)을 이용하여 측정하였다. 현장 실험에 사용한 장비는 Fig. 2와 같다.

Fig. 2 Measurement devices of livestock odor and environmental factor

3. 축산악취 및 환경 요인 측정 방법

저감 효율을 평가하기 위하여 저감장치 전후에서의 악취를 포집 및 측정하였다. 단, 안개 분무의 경우 안개 분무 전과 분무 후에 대하여 돈사 내부에서 악취를 포집 및 측정하였다. 지면에서 1.5 m 떨어진 높이에 센서를 설치하기 위하여 삼각대를 이용하여 센서와 휴대용 악취포집기를 고정하였다. 고정 후, 해당 높이에서 악취저감시설 전후의 악취측정 및 포집을 수행하였다. 복합악취 및 단일가스 평가는 Yeo et al.(2019)에서 수행한 방법을 적용하였다. 복합악취 평가를 위해 휴대용 악취포집기를 이용하여 10 L⋅min^-1의 악취를 포집하였다. 암모니아, 황화수소, VOC는 복합가스측정기를 이용하여 측정하였으며, 5분 동안의 측정된 값의 평균을 측정 농도로 정의하였다. 악취 포집과 동시에 소형 온습도 센서를 설치하여 악취저감시설 전후의 온도와 습도를 함께 측정하였다. 온도와 습도는 악취를 측정 및 포집하는 시간동안 측정하였으며, 1초 간격으로 데이터를 측정하였다. 내외부의 온습도와 함께 저감 효율에 중요한 영향을 주는 저감시설 세정수의 pH를 측정하였다. 저감시설에서 분사되는 세정수를 별도로 채수하여 ECpH 센서를 통해 pH를 측정하였다. 이와 함께 환기량에 대한 영향을 파악하기 위해 대상 돈사의 환기팬 풍량도 함께 측정하였다. 환기팬의 풍량은 후드형 풍량게를 돈사 환기팬에 부착하고 3번 측정한 결과의 평균값으로 설정하였다. 후드형 풍량계 설치가 어려운 경우에는 풍속 측정기를 이용하여 환기팬의 풍속을 측정하고 환기팬의 면적을 곱해 간접적으로 풍량을 산정하였다.

스크러버 시설에 대하여 악취 포집 및 측정은 Fig. 3과 같이 수행하였다. 한편, 바이오커튼은 악취저감시설 후에 해당하는 측정지점이 열린 외부 공간이다. 따라서, 바이오 커튼으로 부터 멀리 떨어진 지점에서 악취를 측정 및 포집하는 경우 외부 공기에 의한 영향을 받을 수 있다. 특히, 주변 풍속이 빠르거나 대기가 불안정한 상태에서는 난류 혼합 등의 영향으로 배출되는 악취와 외부의 신선한 공기가 희석될 수 있다. 또한, 커튼 내부의 배출구 위치에 따라 커튼 외부면에서의 악취 농도가 달라질 수 있다. 따라서, 실제보다 악취 농도가 낮게 측정되어 저감효율이 과대평가될 위험이 존재한다. 본 연구에서는 이러한 문제를 해결하기 위하여 바이오커튼 외부에 엘보우 덕트를 부착하여 돈사에서 배출된 공기가 외부 풍환경 영향을 받지 않도록 하였다 (Fig. 4). 덕트에 구멍을 뚫고 내부에 포집기 및 센서와 연결된 튜브를 넣어 악취 포집과 측정을 수행하였다. 또한, 바이오 커튼의 높이별로 3개 지점(상단, 중단, 하단), 길이별로 3개 지점 (좌, 중, 우)을 구분하여 총 9개 지점에 대해 악취를 측정하였으며, 9개 지점에서 측정한 평균값을 저감 후 결과로 활용하였다.

Fig. 3 Odor sampling and measurement before and after scrubber

Fig. 4 Odor sampling and measurement in bio-curtain using elbow duct

4. 축산악취 농도 평가 방법

센서를 통해 측정한 암모니아, 황화수소, VOC는 기기에 입력된 농도 값 (ppm)을 기준으로 악취저감 시설 전후의 농도로 악취 저감효율을 평가하였다. 복합악취의 농도는 현장에서 포집한 시료를 대상으로 악취공정시험방법 (ES 09301)에 따라 평가하였다. 현장의 원시료 상태를 유지하기 위해 포집된 축산악취 시료를 24시간 이내에 실내 실험실로 가져와 관능평가를 시행하였으며, 상황에 따라 48시간 이내에는 관능 평가를 실시하여 농도를 평가하였다.

관능평가에 필요한 희석 시료 제조를 위해 축산악취가 포함되지 않는 무취 공기 샘플을 제조하였다. 무취 공기 샘플은 자체제작한 무취공기 생성기를 이용하여 Fig. 5와 같이 제조하였다. 무취공기 생성기는 실리카겔을 이용하여 공기 중의 수분을 제거하고 활성탄을 이용하여 공기 중의 악취 성분을 제거하여 무취공기를 생성한다. 희석배수에 따라 악취시료를 5명의 패널에게 제공하여 관능평가를 수행하였다. 다음 단계의 악취 시료 평가 전에 99% 질소 가스를 이용하여 유리주사기, 5방 분배기 등의 모든 장비를 세척하고, 실험실 내를 환기하여 깨끗한 실험환경을 유지하였다. 1회 평가 이후 패널들에게 충분한 휴식 시간을 제공한 후 다음 평가를 수행하였다. 악취 샘플 1개에 대하여 각 패널들로부터 측정된 데이터 중 최대와 최솟값을 제외한 나머지 값들의 기하평균 값을 축산 악취 농도로 산정하였다.

Fig. 5 Olfactometry method for evaluation of livestock odor sample

Ⅲ. 결과 및 고찰

1. 바이오 커튼 악취 저감 효율 평가 결과

바이오 커튼을 적용하고 있는 A, B, C 농가에 대하여 악취 저감 효율을 평가한 결과는 Table 2와 같다. A 농가는 자돈을 입식시켜 위탁 사육하는 농가로 바이오 커튼을 통해 축산악취 저감을 수행하고 있다. 또한, 돈사 외부와 바이오 커튼 내부에 차아염소산나트륨을 희석한 세정수를 분사하고 있다. 세정수의 pH는 6.8로 측정되었다. 복합악취에 대한 저감 효율은 51.9%로 나타났으며 암모니아, 황화수소, VOC의 저감효율은 각각 48.1, 56.4, 60.0%로 나타났다. 측정 당시 농가에서 바이오 커튼 하단을 지표면으로부터 0.2 m 개방하고 있어 이로 인한 영향으로 저감 효율이 다른 농가에 비해 높게 나타났다.

Table 2 Odor reduction efficiency of bio-curtain

B 농가는 임신사 측벽에 바이오 커튼을 설치하여 악취를 저감하고자 하였으며, 바이오커튼 내부에 세정수를 분사하여 추가적인 악취저감 효과를 유도하고 있었다. B 농가에서 사용하는 세정수를 측정한 결과, pH는 7.7로 나타났으며 지하수를 세정수로 활용하고 있었다. 측정 당시 세정수는 2분 간격으로 30초 동안 분사하는 주기로 운영하고 있었으며, 계절별로 분사 주기를 농장주가 변경하였다. 복합악취에 대하여 30.7%의 저감이 이루어졌으며, 암모니아와 황화수소, VOC의 경우 각각 43.8, 32.1, 31.9%의 저감이 이루어졌다. 세정수의 pH가 높아 암모니아에 대한 저감 효율이 낮은 것으로 판단된다. 또한, 측정 당시 커튼 내부의 노즐 일부에 노폐물 등이 끼여 노즐 분사가 이루어지고 있지 않았으며, 분사 압력이 노즐마다 달라 균일한 세정수 분사가 이루어지지 않았다. 이로 인해 전반적인 악취 저감 효율이 낮은 것으로 사료된다.

C 농가는 임신사에 바이오 커튼을 설치하여 운영 중이며 커튼 내부에 세정수를 분사하여 악취를 저감시킨 후에 외부로 세정 공기를 배출하고 있었다. 세정수는 이온수를 사용하고 있으며 pH는 약 7.8의 약 염기성으로 나타났다. 세정수의 분사 주기는 40초 간격으로 20초 동안 분사를 수행하였다. 2021년 8월과 9월 2번 측정을 진행하였으며, 각각의 측정 결과는 Table 2와 같다. 평균적으로 복합악취는 39.3% 저감이 이루어졌으며, 암모니아, 황화수소, VOC는 각각 51.2, 28.6, 4.3%로 나타났다. VOC의 경우 8월 측정에서는 저감이 이루어지지 않았으며 9월 측정에서도 저감 효율이 8.7%로 나타나 VOC에 대한 저감이 거의 이루어지지 않았다. 또한, 세정수의 pH가 높아 암모니아에 대한 저감 효과가 낮게 나타났다. 본 연구에서 측정한 3개 농가에 설치된 바이오커튼의 평균적인 악취 저감 효율을 산정한 결과, 복합악취는 40.3% 저감이 이루어졌다. 암모니아, 황화수소, VOC의 경우 각각 48.5, 39.1, 25.1%로 저감이 이루어졌다.

2. 스크러버 악취 저감 효율 평가 결과

C 농가는 자돈사와 비육사에 스크러버 시설을 설치하여 운영하고 있다. C 농가의 스크러버는 국내에서 제작한 제품을 사용하고 있었다. 자돈사는 세정수로 플라즈마수를 사용하고 있었으며, 비육사는 pH 8.3인 지하수를 사용하고 있었다. C농가에 설치된 스크러버의 악취저감 효율은 Table 3과 같다. 평균적으로 복합악취는 52.3% 저감 되었으며, 암모니아, 황화수소, VOC는 각각 42.3, 24.0, 48.8% 저감되었다. 해당 농가의 경우 암모니아는 42.3%로 낮은 저감 효율이 나타났다. 이는 pH가 높은 세정수를 사용하여 암모니아에 대한 저감 효율이 낮아졌기 때문이다. 스크러버 시스템의 충진재가 세정수로 충분히 적셔지지 못한 것으로 나타나 분사 노즐의 압력 혹은 개수 조절이 필요하였다. 또한, 스크러버 내부에 청결 상태의 개선이 필요하였다. C 농가 스크러버의 저감 효율 향상을 위해 개선이 필요한 부분은 Fig. 6과 같다.

Table 3 Odor reduction efficiency of scrubber (C farm)

Fig. 6 Components that need improvement to improve reduction efficiency in C farm

D 농가는 자돈사와 비육사, 번식사에 스크러버 시설을 운영하고 있다. 유럽형 스크러버 시스템을 수입 및 제작하여 운영하고 있었으며 세정수로 지하수를 활용하고 있었다. 세정수의 pH는 자돈사의 경우 4.2로 나타났으며 번식 및 자돈사는 5.7로 나타났다. 해당 돈사는 세정수를 지하 저류조에 저장 및 순환하여 스크러버에 사용하고 있다. 저류조로 유입되는 세정수는 탁도가 높고 거품이 많은 것으로 나타났다. 따라서 저류조에서 저장되고 재순환되는 과정에서 미생물이 번식하여 세정수의 pH가 낮아진 것으로 사료된다. D 농가에 설치된 스크러버 시스템의 악취저감 효율은 Table 4와 같다. 8번 측정을 시행하였으며 평균적으로 복합악취는 74.6% 저감이 가능하였으며, 암모니아, 황화수소, VOC는 각각 78.0, 58.4, 70.3% 저감이 가능하였다. 전반적으로 악취 저감 효율이 높게 나타났다. 특히, 암모니아의 경우 낮은 세정수의 pH로 인해 저감 효율이 높게 나타났다. 또한, 스크러버 내부의 청결 상태, 세정수 분사 상태가 양호하였다. 스크러버 내부의 충진재 두께가 두꺼워 악취 공기가 세정수와 접촉하는 시간이 길어져 세정 효율도 증가한 것으로 판단된다. 각 돈사에서는 사육 가능 두수 대비 적은 사육두수를 유지하고 있다. 비육돈사는 2,080두를 사육할 수 있으나 현재 1,487 두를 사육 중이며, 자돈사는 744 두 (사육 가능 두수 1,330 두), 번식사는 219 두 (사육 가능 두수 309 두)를 사육하고 있다. 이로 인해 배출되는 악취, 암모니아 농도가 적은 점도 효율이 높게 산정된 원인으로 작용되었다.

Table 4 Odor reduction efficiency of scrubber (D farm)

E 농가는 임신돈사 및 자돈사에 유럽형 스크러버 시설을 설치하여 운영하고 있다. 세정수는 지하수이며 분뇨를 일정량 첨가하여 미생물이 번식할 수 있도록 하고 재순환하여 사용한다. E 농가의 악취저감 효율은 Table 5와 같다. 임신돈사에 설치한 스크러버의 악취 저감 효율이 높게 나타났다. 스크러버 시스템 내부의 충진재가 D 농가와 동일하게 두꺼워 세정 효율이 높게 측정되었다. 또한, 미생물의 영향으로 세정수 pH가 낮아져 암모니아 저감 효율이 높아진 것으로 판단된다.

Table 5 Odor reduction efficiency of scrubber (E farm)

마지막으로 F 농가는 자돈사에 스크러버 시설을 설치하여 운영하고 있다. 국내에서 제작한 모듈 스크러버 시스템을 설치하여 운영하고 있으며 세정수는 지하수에 탈취제(솔잎, 바나나 향)을 첨가하여 사용하고 있었으며 pH는 7.7로 나타났다. F 농가의 악취저감 효율은 Table 6과 같다. 평균적으로 복합악취는 45.0% 저감이 가능하였으며, 암모니아, 황화수소, VOC는 각각 52.7, 13.6, 20.0% 저감이 가능하였다. 해당 농가에 설치된 스크러버의 경우, 앞의 C, D, E 농가와 달리 모듈 형식으로 환기팬 하나당 스크러버 시스템이 연결되는 방식이다. 따라서 세정기 크기 자체가 작고 악취 공기와 세정수와의 접촉 시간도 적어 세정 효율이 낮은 것으로 판단된다. 또한, 세정수 또한 지하수에 탈취제를 첨가한 것으로 암모니아에 대한 효율이 높지 않았으며, 황화수소와 VOC 모두 저감 효율이 떨어지는 것으로 나타났다.

Table 6 Odor reduction efficiency of scrubber (F farm)

스크러버의 시설의 규모가 크고 유지관리가 양호한 D, E 농가에서 저감 효율이 매우 높게 나타났다. C 농가의 경우, 스크러버 관리 및 운영 등의 한계로 인해 저감 효율이 낮게 산정되었다. 내부의 청소상태가 미흡하였으며, 세정수 종류(pH) 및 세정수 분사 압력 등이 D, E 농가와 다른 점이 저감 효율이 저하된 주요 원인으로 나타났다. 모듈형 스크러버를 사용하는 F 농가는 저감 효율이 대부분 50% 이하로 나타나 효율이 높지 않았다. 이는 모듈형 스크러버의 크기 자체가 작아 악취 공기와 세정수의 접촉 시간이 짧아 효율이 저하되고, pH가 7.7인 지하수를 세정수로 사용하는 것이 주요 원인으로 나타났다. 또한, 모듈형 스크러버의 경우 세정수 교체 주기가 짧고 여러 대의 스크러버를 상시 관리해야 하므로 유지관리 측면이 어려운 한계가 있다. 이처럼 스크러버 시스템의 경우, 시설 및 운영에 따라 저감 효율의 편차가 매우 큰 것으로 나타났다. 4개 농가에 설치된 스크러버의 평균적인 저감 효율 산정 결과, 복합악취는 63.1% 저감이 이루어졌다. 암모니아, 황화수소, VOC의 경우 각각 63.4, 47.8, 53.3%로 저감이 이루어졌다.

3. 악취 저감 시설별 저감 효율 분석 결과

본 연구에서 측정한 악취저감시설의 저감효율을 비교한 결과는 Fig. 7과 같다. 그림에서 오차막대는 데이터의 표준편차를 의미한다. 스크러버 시스템이 가장 저감효율이 높게 나타났다. 각 농가의 악취 저감 효율은 측정 당시의 농가 및 저감 시설의 청소상태, 세정수의 교체주기 등에 따라 일부 변동은 존재하였다.

Fig. 7 Comparison of odor reduction efficiency by odor reduction system

바이오 커튼을 적용한 농가의 악취저감효율은 스크러버 시설에 비해 상대적으로 낮게 나타났다. 내부에 분사되는 세정수의 종류, 분사주기 등에 의해 저감 효율이 영향을 받는다. 한편, 바이오 커튼은 환기 팬이 설치된 영역을 밀폐하여 악취 확산을 막는 방식으로 이로 인한 환기팬 부하가 발생하고 성능 저하로 이어진다 (Ajami et al., 2019). 또한, 세정수를 재순환하지 않고 악취와 혼합된 세정수들이 지면에 모이게 되므로 이에 대한 대응도 필요하다.

스크러버의 경우 악취저감시설 중 가장 높은 저감 효율이 나타났다. 다만, 본 연구 실험 결과 스크러버 시스템의 내부 청소상태나 세정수 관리, 세정수 종류 등에 따라 효율의 차이가 크게 나타났다. 세정수를 산성 용액을 사용하는 조건에서 암모니아 저감 효율이 높았으며 복합악취에 대한 저감 효율도 높게 나타났다. 또한, 스크러버 내부의 청결 상태가 양호하고 충진재의 두께 두꺼울수록, 스크러버의 체적이 클수록 저감 효율도 높아지는 것으로 나타났다. 따라서 높은 악취 저감 효율을 얻기 위해 적절한 시스템 관리 및 운영이 요구된다.

Ⅳ. 결론

축산악취는 양돈 산업이 해결해야 할 중요한 현안으로 양돈 농가의 악취 저감을 위해 다양한 악취 저감시설들이 설치 및 운영되고 있다. 외부로 배출되는 공기를 저감하기 위한 바이오커튼과 스크러버에 대한 보급이 증가하고 있으나 이러한 시설에 대한 저감 효율 평가는 충분히 수행되지 않아 저감 효율에 대한 신뢰성이 부족한 실정이다. 이에 본 연구에서는 대표적인 외부 악취저감 시설인 바이오 커튼, 스크러버에 대해 저감 효율을 평가하고, 저감 효율에 영향을 주는 요인에 대하여 분석하였다. 6곳의 양돈 농가를 방문하여 악취 저감시설 전후의 공기를 포집 및 측정하여 악취 저감 효율을 평가하였다. 축산악취는 복합악취와 암모니아, 황화수소, VOC에 대하여 평가를 수행하였다.

악취저감 시설에 대한 저감 효율을 평가한 결과, 스크러버 시스템이 가장 저감 효율이 높은 것으로 나타났다. 복합악취는 평균적으로 63.1% 저감되었으며, 암모니아와 황화수소, VOC는 각각 63.4, 47.8, 53.3% 저감이 이루어졌다. 한편, 스크러버 시스템을 운영하는 농가마다 저감 효율에 대한 편차가 큰 것으로 조사되었다. 스크러버의 세정수, 충진재, 운영상황, 크기 등에 따라 저감효율이 영향을 받는 것으로 나타났다. 바이오 커튼의 경우 복합악취는 평균적으로 40.3% 저감 되었으며, 암모니아와 황화수소, VOC는 각각 48.5, 39.1, 25.1% 저감이 이루어졌다. 스크러버보다 저감효율이 낮았으며, 커튼 내부에 분사되는 세정수의 종류와 분사 압력 등에 효율이 영향받는 것으로 나타났다. 안개 분무의 경우 악취 저감에 대한 효율이 매우 낮게 산정되었다.

바이오 커튼은 환기팬 부하로 인한 팬 성능 저하와 지면 오염, 지하수의 과다한 사용 등의 문제가 있을 수 있다. 안개 분무는 저감 효율 자체가 낮고 내부의 습도를 과도하게 높여 환경 조절의 문제가 발생할 수 있다. 스크러버의 경우 저감 효율 자체는 높지만, 현재 국내에서는 대부분 유럽형 제품을 수입하거나 이를 국내에서 제작하여 설치 단가가 매우 높은 한계가 있다. 또한, 스크러버의 청소 상태, 운영 방법, 세정수 조건 등에 따라 저감 효율의 편차가 큰 것으로 나타났다. 또한, 국내 양돈 농가에 보급되는 스크러버의 경우, 현재 주로 유럽 제품을 수입하고 있는 것으로 나타난다. 유럽 제품의 경우 국내에 비해 운송 등으로 인해 설치 비용이 비싸고, 시설 고장에 대한 대응이 어려운 한계가 있다. 따라서, 스크러버 시스템의 국내 보급 활성화를 위해 국내 농가 현실에 맞춘 스크러버 시스템 개발이 필요할 것으로 사료된다. 본 연구를 통해 국내에 운영 중인 악취 저감 시설에 대한 정량적인 저감 효율 평가를 수행하였다. 향후에도 이러한 데이터를 지속적으로 확보하여 악취 저감 시설에 대한 평가 기준이나 운영 가이드라인 마련이 가능하며, 빅데이터 구축을 통해 저감 시설의 효율 향상을 위한 다양한 기술 개발이 가능할 것으로 예측된다.

감사의 글

본 결과물은 농림축산식품부의 재원으로 농림식품기술기획평가원의 2025축산현안 대응산업화기술개발사업의 지원을 받아 연구되었음(321085-5).