• 유기물자원화
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• 제23권4호
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• pp.74-85
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• 2015

최근 들어서 국내에서도 가축분뇨를 이용한 바이오가스화 시설이 늘어나고 있다. 국내에서 운용 중인 가축분뇨 혐기소화 시설이 모두 다 혐기소화 원료로서 돼지분뇨 슬러리를 이용하고 있다. 일반적으로 돼지분뇨 슬러리는 97%내외의 물과 3% 정도의 고형물로 구성된다. 돼지분뇨 슬러리에는 옥수수 입자등과 같이 돼지가 섭취한 사료 중에서 미처 소화되지 못하고 배설되는 고형성 물질이 함유되어 있다. 입자성 물질은 혐기소화 과정에서 바이오가스 생성효과를 낮추는 요인이 된다. 따라서 본 연구에서는 기계적 분쇄 처리에 의해 고형물의 입자 크기를 감소시킴에 따른 메탄 생성효과의 변화정도를 분석하였다. 또 한편으로는 돼지분뇨 슬러리중의 고형물 농도 수준이 메탄 생성량에 미치는 영향을 분석하였다. 그리고 각각의 실험조건에서 발생된 바이오가스 중에 포함된 메탄의 농도를 분석하였다. 실험결과, 입자성 고형물을 분쇄 처리함에 따라 돼지분뇨 슬러리중의 미세 입자 농도가 증가하였다. 또한 고형물을 분쇄 처리한 경우가 분쇄하지 않은 원 슬러리를 사용하는 경우보다도 메탄 생성량과 메탄 함량이 높게 나타났다.

• 유기물자원화
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• 제21권4호
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• pp.62-71
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• 2013

본 연구는 돼지분뇨 슬러리를 이용하여 혐기소화 하는 과정에서 소화원료 중에 포함된 고형물의 크기를 감소시키는 전 처리 기술의 적용에 따른 메탄생성 효율을 분석하기 위하여 수행되었다. 소화원료의 입자 크기 감소는 혐기소화 과정에서의 가수분해 정도를 높여서 혐기소화 효율을 증진시킨다. 본 시험에서 적용한 전 처리 방법으로는 오존을 이용한 방법, 캐비테이션을 이용한 방법 그리고 분쇄장치를 이용하여 물리적으로 고형물 크기를 줄이는 방법 등을 적용했다. 전 처리 방법에 따른 메탄가스 발생량은 분쇄 방법, 오존 적용, 캐비테이션 적용 방법 순으로 높게 나타났으며, 두 가지의 전 처리 방법을 병합하여 적용하는 복합공정으로 처리하였을 경우에는 분쇄 처리 후 오존 처리, 캐비테이션 처리 후 오존 처리, 분쇄 처리 후 캐비테이션 처리를 적용하는 순으로 전 처리효과가 높게 나타났다. 돼지분뇨 슬러리를 두 가지 조합의 병합 공정으로 처리하였을 경우 단독 공정에 비해 메탄 발생량이 약 20% 이상 증가하였다. 평균 메탄함량 역시 분쇄 처리 후 오존 처리를 병합한 처리구에서 높게 나타났다. 돼지분뇨 슬러리를 소화원료로 이용하여 시험용 소화조 운영하였을 때 가스 발생량 평균값과 메탄의 평균농도는 전 처리를 하지 않은 경우에는 각각 298.8L와 55.7%인 반면에 전 처리를 실시한 시험구에서는 각각 325.9L와 59.7% 수준을 나타냄으로써 돼지분뇨 슬러리의 경우에서도 전 처리의 효과가 있는 것으로 나타났다. 전 처리를 하였을 경우가 처리하지 않은 구에 비해 바이오가스 중의 메탄함량은 높고 CO2 함량은 상대적으로 더 낮게 나타났다. 돼지분뇨 슬러리에 대해 전 처리를 수행하였을 경우가 전 처리를 하지 않은 경우에 비해 유입 VS당 가스발생량도 더 많았다.

• 유기물자원화
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• 제21권1호
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• pp.53-61
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• 2013

본 연구에서는 혐기소화액을 여과함과 동시에 퇴비화가 이루어지도록 하는 기능을 지닌 퇴비단 여과상과 이 퇴비단 여과상에서 발생하는 열로 외부 측벽이 가온되는 방식의 혐기소화조를 이용하여 돼지분뇨 슬러리로부터 발생하는 메탄생성 효율을 분석하였다. 혐기소화조의 형태는 약 $250m^3$ 규모의 긴 장방형 구조로 구성하여 운영하였다. 이 혐기소화조 내에 돼지분뇨 슬러리를 투입하여 혐기 소화하는 과정에서의 메탄생성 특성을 조사하였고, 또 한편으로는 혐기소화 폐액을 처리하는 방안으로서의 퇴비단 여과상의 소화폐액 여과효과를 분석하였다. 돼지분뇨 슬러리는 본 실험 시설인 장방형 중온성 혐기소화조에서 25일 동안 소화되었으며, 이 과정에서 발생한 소화폐액은 톱밥층과 왕겨층 등의 2겹의 층으로 구성된 퇴비단 여과상을 통과시키는 방법으로 처리하였다. 또한 퇴비단 여과상을 통과한 후의 최종 여과액을 대상으로 하여 액비로서의 이용가치를 가늠하기 위해 비료성분 함유량을 분석하였다. 혐기소화조에서 배출된 소화폐액의 성분을 분석한 결과 BOD, COD, SS, T-N 그리고 T-P 의 농도는 각각 1,800 mg/L, 3,500 mg/L, 11,800 mg/L, 1,200 mg/L, 그리고 350 mg/L 수준을 나타냈다. 이 소화액을 톱밥층과 왕겨층 등의 2겹의 층으로 구성되어 여과상 역할을 하는 퇴비단 여과상에 통과시킨 후에 채취한 여과수의 BOD, COD, SS, T-N 그리고 T-P 농도는 여과상 유입수에 비해 각각 97%, 62%, 89%, 39% 그리고 57% 수준의 감소정도를 보였다. 퇴비단 여과상을 거친 후 소화폐액의 질소, 인산, 칼륨의 농도는 각각 1,024, 111 그리고 407 mg/L 수준이었다. 또한 소화폐액 내의 chlorophenol, benzenedicarboxylic acid, dodecane, hexadecane dimethyloctane 등의 유기성 오염물질은 퇴비단 여과상을 거치는 과정에서 95%이상 제거되었다.

• 유기물자원화
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• 제30권4호
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• pp.109-122
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• 2022

현재 국내 양돈농가에서 발생하는 돼지분뇨 성상은 수분함량이 97% 정도인 슬러리 형태가 대부분이다. 돈사에서 배출되는 돼지분뇨 슬러리는 돼지의 분뇨와 돈사 내부 청소 물 등이 혼합된 성상의 액상물질이다. 본 연구에서는 공기공급 여부와 저장기간의 경과에 따른 돼지분뇨 액비의 부숙정도와 성상변화를 분석하기 위하여, 국내에서 운용 중인 액비화시설의 후단 공정에서 채취한 돼지분뇨 슬러리를 재료로 하여 120일 동안 실험을 수행하였다. 밀폐형 회분식 반응조를 이용하여 실험을 수행한 결과, 돼지분뇨 슬러리 액비의 부숙도는 공기공급구가 비공급구에 비해 더 양호하였으며 액비 저장기간이 경과 함에 따라서 액비가 부숙완료 상태로 빨리 전환되는 경향이 있었다. 실험개시 시에 97.90% 수준이던 액비의 수분함량 평균값이 실험 완료 시에는 공기공급구의 경우 96.82%, 비 공급구는 97.33% 수준을 나타냄으로써 공기공급구에서의 수분함량 감소가 상대적으로 더 높았다. 실험개시시에 8.82 수준이었던 액비의 pH는 실험완료 시에 공기공급구에서는 7.57, 비 공급구에서는 8.75 수준으로 변화하였다. 액비 중의 질소함량은 실험개시 시에 평균 0.198 mg/L 수준이었으나 실험완료 시에는 공기공급구에서는 0.076 mg/L, 비 공급구에서는 0.121 mg/L 수준으로 낮아졌다. 액비 중의 인산(P₂O₅)농도는 저장기간의 경과에 따라 비폭기처리구가 폭기처리구에 비해 감소 정도가 상대적으로 더 높았다. 실험결과를 종합해볼 때 돼지분뇨 액비에 공기를 공급하는 경우 그리고 저장기간을 길게 하였을 때 액비품질이 개선되는 것으로 판단된다.

• 유기물자원화
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• 제22권4호
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• pp.62-71
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• 2014

폭기방식에 따른 돼지분뇨 슬러리의 액비화 효과를 분석하기 위하여 3 가지 형태의 산기방식을 적용하였다. 첫 번째 형태는 기존에 일반적으로 사용되는 산기방식으로서 바닥부분에 고정식으로 설치된 산기장치를 통해 공기를 상향식으로 공급하는 방식이다. 두 번째 방식은 기존 바닥부분 고정 설치식 산기장치를 현수식으로 적용하여 시험용 반응조 바닥으로부터 약 10 cm정도 띄워서 설치하였다. 세번째 방식은 액비조 내의 돼지분뇨 슬러리를 펌프로 흡입하여 다시 액비조로 보내는 순환용 배관에 벤추리 방식의 공기 공급부를 설치하여 배관 내를 흐르는 액비에 공기를 혼합하는 방식의 반응조이다. 고액분리한 돈분뇨 슬러리를 시험용 반응조에 주입 후 1 주일간 정치시켜 고형물을 침전시킨 다음에 폭기 시험을 개시하였다. 바닥 고정식 폭기방식의 반응조에 투입된 원 슬러리 중의 유기물과 T-N, T-P, BOD 농도는 각각 1.82%, 4,400 mg/L, 360 mg/L, 13,542 mg/L 이었으며 폭기 실시 후 채취한 슬러 중의 유기물과 T-N, T-P, BOD 농도는 2.01%, 4,400 mg/L, 420 mg/L, 16,824 mg/L 수준이었다. 본 연구에서 시험용으로 제작, 사용된 배관 내 혼합방식의 시험구에서의 상기 수질분석 항목의 농도는 각각 1.58%, 3.700 mg/L, 260 mg/L, 15,735 mg/L 에서 1.96%, 4,000 mg/L, 340 mg/L, 18,098 mg/L 수준으로 변화하였다. 바닥 폭기방식과 배관 내 혼합방식의 두 가지 폭기조의 중층 부분에서의 측정한 상기 수질분석 항목의 농도는 변화정도는 각각 10.4%, 0%, 16.7%, 24.2%와 24.0%, 8.1%, 30.8%, 15.0% 인 것으로 분석되어 배관 내 혼합방식에서의 혼합효과와 액비조 내 액비성분의 균질도 정도가 상대적으로 더 높은 것으로 분석되었다. 폭기조 표면에 생성되는 거품 층의 두께는 배관 내 혼합방식이 더 얇게 형성되는 결과를 보였다.

• 유기물자원화
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• 제25권1호
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• pp.103-110
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• 2017

우리나라 양돈 농장 내 돈사의 대부분은 고밀도 사육에 적합한 피트형 구조를 가지고 있다. 피트형 돈사는 돼지의 배설물이 바닥의 공간에 장기간 저장되는 구조로서 기존의 돈사에 비해 분뇨 처리를 위한 노동비용이 크게 절감되는 장점이 있다. 그러나 피트에 저장된 분뇨슬러리는 암모니아를 비롯하여 다양한 냄새물질을 지속적으로 배출하여 돼지와 근로자의 건강을 위협하게 된다. 축산업의 역사가 오래된 축산 선진국에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 슬러리 첨가제, 스크러버, 바이오필터 등을 개발하였으며 우리나라 역시, 점차 고밀도 사육 방식이 확산됨에 따라 냄새저감 수단에 대한 수요가 빠르게 증가하고 있다. 특히 최근에는 돈사 피트에 직접 투여하는 미생물제의 보급이 빠르게 확대되고 있다. 미생물제는 구매 비용이 높다는 단점에도 불구하고 운반, 저장, 사용이 편리하고 상대적으로 유지비가 저렴하여 소규모 양돈 농가에서 많이 선택되고 있다. 이러한 미생물제와 비교하여 유사한 효과를 발휘하면서도 비용이 훨씬 저렴한 냄새저감 수단으로서 수용성 탄수화물이 있다. 수용성탄수화물이란 설탕, 포도당, 당밀과 같이 분자량이 적은 단당류 또는 이당류 등을 포함하며 분뇨슬러리에 용해된 이후 빠르게 미생물에 의해 이용될 수 있는 탄소화합물을 의미한다. 분뇨 내 미생물은 투여된 수용성 탄수화물을 분해하여 이산화탄소 및 각종 유기산을 생산함으로 슬러리를 산화시키는 효과를 발휘한다. 산화된 슬러리 내에서 비이온성인 암모니아는 이온성인 암모늄 이온으로 전환되어 휘발성을 잃게 된다. 본 연구에서 대표적인 수용성 탄수화물인 설탕을 돈분뇨 슬러리(120kg)에 0.1%(w/w) 투여함으로서 슬러리의 pH를 8.2 수준으로 유지하였고 암모니아의 휘발은 10일 평균 33% 저감하는 효과를 얻었다. 결론적으로 본 연구의 결과를 돈사 현장에서 활용한다면 미생물제에 비해 보다 저렴한 비용으로 피트 슬러리의 암모니아 휘발을 저감할 수 있을 것으로 예상된다.

• 한국농공학회지
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• 제40권2호
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• pp.18-28
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• 1998

현재의 가축분뇨처리 형태와 축종별 적용대상은 표 3과 같이 분류되며, 축분 퇴비화 뇨오수 정화방식의 고액분리 형태에서 분뇨혼합물의 동시처리 즉, 깔감축사(소, 돼지), 슬러리 발효 퇴비화를 통한 무방류 시스템으로 변화되는 추세이다. 이러한 현상은 최근의 방류수질 규제강화에 따른 무방류화 저비용 단순화를 지향하고 있으며, 무방류화의 가장 큰 걸림돌은 톱밥과 같은 수분조절재 부족이라 할 수 있다. 현재 이용되고 있는 주요 시스템별 개선안은 다음과 같다. $\square$ 주요 처리 시스템 적용의 문제제기 $\circ$ 축분발효시설 - 톱밥 등 부자재 무이용을 위한 축분의 예비 건조시설 이용 - 교반식 발효기의 악취확산방지를 위하여 밀폐형 하우스 및 강제환기 장치 설치에 의한 악취 포집 및 탈취 - 중소규모 발효시설 개발 $\circ$ 화력건조 - 예비건조를 통한 톱밥, 연료비용 절감 - 악취방치 장치부착 의무화 $\circ$ 활성오니 정화시설 - 시설 운전관리 단순화 - 1차 고액분리를 통한 유입수 오염부하량 감소 및 균일화 $\circ$ 깔감축사 - 경제적으로 흡수를 극대화할 수 있는 수분조절재의 조합비 결정 및 혼합물을 깔감으로 재이용 기술개발 $\circ$ 슬러리 발효퇴비화 시설 - 톱밥 등 수분조절재 사용량 절감기술 - 증발량 극대화 기술개발 및 소요에너지 최소화기술개발 우리나라는 사계절이 뚜렷하여 외기상에 따라 편차가 심하며, 고밀도 사육 및 지역적 편중성, 경지면적 협소, 고비용 시장구조 등의 축산환경을 고려한다면 근원적으로 가축분뇨문제 해결한다는 것은 결코 쉬운 일이 아니다. 이는 저공해 사료개발에서부터 분뇨가 발생단계에서 분리, 수거할 수 있는 수거시설, 고효율 분뇨처리시스템의 정립, 액비 및 퇴비의 가공, 토양환원되었을 때 작물생장장애, 액비, 퇴비의 유통, 가축분뇨처리 정책 및 규제법 등의 각 분야에서 복합적 노력이 필요하다.

• 한국축산시설환경학회지
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• 제18권1호
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• pp.35-44
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• 2012

본 조사연구는 충남의 번식돈과 비육돈 농장을 포함한 전업규모 100개 양돈장을 대상으로 경영관리 실태와 분뇨처리 시스댐을 조사 분석하여 합리적인 경영관리 지표설정과 적정 분뇨처리시스템 모델 개발에 필요한 기초척 자료를 얻고자 실시한 결과를 요약하면 다음과 같다. 첫째는, 양돈장 경영관리중 평균 전문컨설팅 참여는 1년에 "4.56회"를 받는 것으로 조사되었고, 농장별 및 경력층간에는 유의한 차이없이 비슷한 수준으로 교육참여횟수를 보였다. 백신예방접종프로그램은 5점 만점 중 "3.86점"으로 보통이상 수준이었다. 번식돈과 비육돈 농장간에는 유의한 차이를 보였는데, 번식돈 농장이 4.13점으로 비육돈 농장 3.63점 보다 유의하게(p<0.01) 우수한 성적을 보였다. 방역위생관리는 평균 "3.27점"으로 보통수준으로 관리되고 있으며, 농장간에는 번식돈농장이 3.50점으로 비육돈 농장 3.07점 보다 유의하게(p<0.01) 양호한 관리상태를 보였다. 자금관리는 평균 "2.82점"으로 보통 이하 수준으로 운영되고 있어 사업계획이나 자금경영관리를 연간수요에 따라 집행되어야 할 것이다. 그리고 기술력 보유수준은 평균 "3.21점"으로 보통이상의 수준으로 평가 되었는데, 장차 축산국가와의 FTA 등에 대비한 기술 경쟁력확보에 최선을 다해야 할 것으로 생각된다. 둘째는, 양돈장에서 경쟁력 강화분야로는 "돼지의 질병과 치료"를 가장 희망하였고(43.4%), 그 다음은 친환경 생산관리(37.4%) 기술을 더욱 강화해야 할 것으로 뽑고 있었다. 셋째는, 양돈장의 분뇨수거시스템은 대부분의 농장에서 "슬러리시스템(44.0%)과 스크래퍼법(43.0%)"으로 돼지분뇨를 수거하는 것으로 조사되었는데, 농장여건에 따라 적절한 수거 시스템을 설치하여 활용하는 것이 바람직 할 것으로 사료된다. 넷째는, 돼지 분뇨처리는 많은 농장에서 "수거후 경지환원"을 가장 많이 이용(32.3%)하는 것으로 나타나, 분뇨의 저장기간, 온도, 방법 등 효율적인 처리방법과 적정 작목선정을 통한 경지환원이 이루어져야 할 것으로 판단된다. 앞으로는 친환경 자연순환시스템으로 경지에 환원하여 지력보전과 함께 우량 경종작물이 성장 할 수 있도록 자연순환형 분뇨처리와 이용 시스템이 구축되어야 할 것으로 생각된다.

• 유기물자원화
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• 제22권4호
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• pp.28-44
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• 2014

국내 경제성장에 힘입어 최근 30여 년 간에 걸쳐서 축산물 소비가 급격하게 늘어나고 있다. 이에 따라 국내 가축 규모는 전업화, 대형화 되는 추세에 있다. 가축 사육두수의 증가는 필연적으로 가축분뇨 발생량 증가를 초래하게 되었다. 농림축산 통계에 따르면 2013년 말 기준으로 약 47,235천 톤의 가축분뇨가 발생되었다. 이 분뇨를 처리하기 위해서 퇴비화, 액비화, 정화 그리고 혐기소화와 같은 다양한 가축분뇨 처리방법이 적용되고 있다. 가축분뇨를 퇴비화 처리 하는 시설에 있어서는 에스컬레이터식, 패들식, 스크루식 또는 로타리식 등의 4가지 종류의 교반시설이 적용되고 있다. 가축분뇨 액비화 시설의 경우에는 호기적 방법과 무산소적 방법 등의 2가지 시설이 운영되고 있다. 가축분뇨를 액비화하기 위해서 전국에 약 8천기에 달하는 액비화 시설이 설치, 운영되고 있다. 가축분뇨 정화처리 시설에서는 고액분리 처리, 2차 처리 그리고 고도 처리의 3가지 단계의 기술을 적용하고 있다. 2012년 말 기준으로 볼 때 혐기소화 처리방법에 의해서 처리된 돼지분뇨 슬러리는 약 21천 톤에 달한다. 가축분뇨 처리를 위해서 퇴비, 액비, 정화 시설, 혐기소화 시설 등을 선택함에 있어서 악취제거 효율을 높이는 것이 대단히 중요한 사안이 되었다. 본 연구에서는 국내에 설치된 가축분뇨처리 시설의 특징과 운영방식을 6년간에 걸친 시설 설치관련 서류 검토와 현장조사를 통하여 분석하였다.

• 한국환경농학회지
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• 제29권2호
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• pp.197-205
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• 2010

돈분 슬러리를 이용한 혐기성 소화과정에서 유기물 농도 및 식종슬러지의 식종비율, 소화조의 혼합강도 등의 최적 실험조건을 도출하고, 돼지의 성장에 따른 사료 급여 특성과 분뇨의 성상이 바이오가스 발생에 미치는 영향을 관찰하였다. 식종슬러지 비율 50%와 TS 농도 1% 수준에서 메탄함량은 45%이었고, 유기물 함량이 3~7 %로 증가할수록 메탄가스 함량도 증가되었다. 반응조의 혼합강도에 따른 총 누적가스 발생량은 식종슬러지의 식종비율에 따른 영향은 관찰되지 않았고, TS 농도 3%와 5%에서 혼합강도를 증가시켰을 때(80 $\rightarrow$ 160 rpm) 바이오가스 발생량도 증가되었다. 돈분폐수의 혐기소화 실험시 바이오가스를 회수하고자 하는 최적의 운전 조건은 투입되는 TS 농도 3~5% 정도의 유기물 농도와 50% 수준의 식종슬러지의 식종비율 그리고 반응조의 적절한 교반강도(120 rpm) 따라 결정될 수 있다. 돈분뇨 종류에 따른 가스발생량은 분만돈 분뇨의 바이오 가스 발생량이 높았고, gas 발생의 peak(20일)도 짧게 나타나 분해율이 가장 좋은 것으로 나타났다. 돼지의 사육 및 소비 형태에 따라 돼지의 사육 환경이 변화되며, 투입되는 사료의 급여 특성도 달라져 바이오가스 발생 특성도 차이가 있는 것으로 나타났다.