Acidification of Pig Slurry with Sugar for Reducing Methane Emission during Storage

The major problem encountered during the storage of pig slurry (PS) is the release of huge amounts of greenhouse gases (GHGs), which are dominated by methane ($CH_4$). To reduce this, concentrated sulfuric acid has been used as an additive to control the pH of pig slurry to 5.0-6.0. However, other low-risk substitutes have been developed due to some limitations to its use, such as corrosiveness, and hazards to animal and human health. In this study, sugar addition was proposed as an eco-friendly approach for limiting $CH_4$ emission from PS during storage. The pH of PS has been reduced from $7.1{\pm}0.1$ (control) to $5.8{\pm}0.1$, $4.6{\pm}0.1$, $4.4{\pm}0.1$, $4.1{\pm}0.1$, and $4.0{\pm}0.1$, by the addition of 10, 20, 30, 40, and 50 g sugar/L, respectively. Lactate, acetate, and propionate were detected as the dominant organic acids and at sugar concentration above 20 g/L, lactate concentration represented 42-72% (COD basis) of total organic acids. For 40 d of storage, $20.6{\pm}2.3kg\;CO_2\;eq./ton\;PS$ was emitted in the control. Such emission, however, was found to be reduced to $8.7{\pm}0.4$ and $0.4{\pm}0.1kg\;CO_2\;eq./ton\;PS$ at 10 and 20 g/L, respectively. Small amount of $CH_4$ from PS at 10 g/L was emitted until 30 d of storage, while for rest of storage period, it has increased to $8.7{\pm}0.4kg\;CO_2\;eq./ton\;PS$ ( 40% of the control) when methanogens have recovered by increasing pH to 7.0. By the end of storage, VS and COD removal in the control reached 24% and 27%, while their ranges reached 15-4% and 12-17% in the sugar added experiments, respectively. It was found that more than 90% of COD removal was done by aerobic biological process.

메탄 배출 저감을 위한 설탕을 이용한 돈 슬러리의 산성화

돈 슬러리(Pig slurry, PS)가 저장되는 동안 상당량의 온실가스가 배출되고 있으며 메탄($CH_4$)이 주요 온실가스로 알려져 있다. 메탄 배출을 줄이기 위해서 진한 황산을 이용하여 돈 슬러리의 pH를 5.0-6.0까지 낮춰서 저장하는 방법이 사용되고 있다. 하지만 부식성이 있고, 사람과 동물에 위험하다는 단점이 있어 사용에 한계가 있다. 본 연구에서는 돈 슬러리가 저장되는 동안 배출하는 메탄을 줄이기 위해 친환경적 방법인 설탕 첨가를 시험해보고자 한다. 설탕을 이용한 돈 슬러리의 산성화 이후, 돈 슬러리의 pH는 7.1에서 설탕의 첨가량(10, 20, 30, 40, 50 g/L)에 따라 $5.8{\pm}0.1$, $4.6{\pm}0.1$, $4.4{\pm}0.1$, $4.1{\pm}0.1$, $4.0{\pm}0.1$으로 감소하였다. 주요 유기산으로는 lactate, acetate, propionate가 검출되었으며 20 g/L 이상의 농도에서는 lactate의 비중이 전체 유기산의 42-72%(COD 기준)까지 증가하였다. 대조군을 41일 동안 저장하는 동안 $20.6{\pm}2.3kg\;CO_2\;eq./ton\;PS$가 배출되었으며 10, 20 g/L에서만 메탄이 검출되었다. 특히, 10 g/L에서는 30일 이전까지는 소량의 메탄이 배출되었으나 그 이후부터는 메탄 배출량이 증가하여 $8.7{\pm}0.4kg\;CO_2\;eq./ton\;PS$(대조군의 40%)까지 도달하였다. 이러한 현상의 원인은 돈 슬러리의 pH 상승(pH 7.0)으로 인한 메탄생성균의 활성도 회복으로 판단된다. 저장 후 돈 슬러리 내 유기물 제거율은 VS 24%, COD 27%로 나타났지만 산성화를 할 경우 유기물 손실(VS 15-4%, COD 12-17%)을 크게 낮출 수 있음 보였으며 저장하는 동안 감소한 COD의 90% 이상이 호기 분해에 의해 일어난 것으로 보인다.