2006년 농림부의 가축분뇨처리시설 운영실태 조사결과를 기초로 국내 액비저장조 관리·이용 실태를 조사한 결과를 보면 전국에 설치된 액비저장조는 총 2,849기(축산 1,594, 경종 1,255기)이며 연간 액비 살포량은 139만 7천 톤, 살포면적은 26,165ha 으로 조사되고 있으나 저장조의 운영측면에서 보면 아직 전체적으로 체계화되지 못한 실정이다. 본고에서는 가축분뇨의 액비화가 자원으로서 어떠한 의미가 있으며 어떠한 방법으로 접근하는 것이 바람직한 것인가에 대하여 필자의 소회를 간단히 서술한 것이다. 1. 가축분뇨와 환경 (1) 가축분뇨의 자원순환 가축분뇨는 화학비료 사용이 일반화되기 이전, 부업규모의 축산이 주를 이루었던 시기에는 농촌에서 작물의 영양원 또는 토량 개량제로 활용 되었었다. 그러나 국민 소득증대와 식생활의 변화로 육류 소비량이 증가하여 가축사육두수가 늘어나고, 농업의 구조변화에 따라 급격히 규모화 됨으로써, 가축분뇨는 지역에 따라서는 농경지면적 대비 이용량의 한계를 초과하는 경우도 있게 되었다. 즉, 농경지로부터 생산된 사료(곡물, 농산부산물, 조사료 등)가 가축사육에 이용되고, 가축은 인간에게 유용한 축산물(고기, 우유, 모피 등)과 함께 지력증진에 필요한 분뇨를 생산하며, 이 분뇨는 다시 농지에 환원되어 곡물과 사료를 생산하는 밑거름이 되는 자원순환체계를 유지하는 것이 가장 바람직할 것이다. 그러나 이러한 균형이 깨어지게 되면, 분뇨는 환경오염문제를 일으키게 된다. 따라서 현실적인 가축분뇨 관리문제의 합리적 해결 방안은 가축과 경종작물과의 자원순환체계를 어떻게 유지할 수 있을 것이냐는 것이며, 이에 맞추어 좋은 가축분뇨 비료를 생산하는 것이 가장 중요한 방법이라 할 수 있다. (2) 가축분뇨의 가치 가축분뇨의 비료적 가치는 <표 1>에서 설명되고 있듯이 각종 영양분을 골고루 함유하고 있어 작물에게 유용하고, 퇴비는 지효성이지만 액비는 화학비료와 거의 동등한 속효성을 가지고 있다. 축분별 비료성분 함량은 계분>돈분>우분 순으로 높고, 비료 효율도 빠르다. 가축분뇨와 화학비료의 주요 차이점은 1) 가축분뇨는 각종 영양분을 골고루 함유하고 있어 작물에게 각종 영양소를 동시에 공급한다. 2) 가축분뇨는 각종 요인에 따라 그 성분이나 품질에 차이가 크다. 3) 퇴비는 지효성이나 액비는 화학비료와 거의 동등한 속효성이다. 4) 가축분뇨는 화학비료에 비해 운송, 사용이 불편하다. 5) 가축분뇨를 사용할 때마다 성분을 분석하여 사용량을 결정하여야 한다. 가축분뇨의 비료성분은 농경지에 시비할 수 있는 화학비료량과 비교하면 질소 87%, 인산 54%, 칼리53% 수준으로서 화학비료를 상당량 대체할 수 있다<표 2> 이처럼 가축분뇨는 관리에 따라 환경오염원이 될 수도 있지만 효율적 이용을 통해 자원의 재활용이라는 측면에서 중요한 자원이 된다. (3)가축분뇨의 처리와 이용 가축분뇨는 자기의 농경지내에 비료로 환원하는 것이 기본으로서 가장 일반적인 처리방법은 자가 경영경지 내 환원, 구비 등의 토양환원 이용이지만 사육규모가 커지게 되면서 토양환원의 한계를 초과함으로서 농장여건에 적용될 수 있는 여러 가지 처리방법이 요구된다. 분뇨의 이용촉진을 위해서는 지역적인 축산과 경종 농업과의 결합을 도모해야 하고, 분뇨저장시설, 운반수단, 유통계약의 확립 등 개개 농가의 노력이 요구되고, 공적기관, 단체 등의 협조, 행정조치도 동시에 이루어져야 할 것이다. 2. 가축분뇨 액비 용어의 정의 (1)액비의 정의 가축분뇨 액비라 함은 가축의 사육과정에서 배출되는 분·뇨 및 청소수의 혼합물 또는 기타 가축분뇨 처리 과정(혐기발효 폐액 등)에서 발생되는 물질을 비료로 활용할 목적으로 수집·저장하고 일정기간을 경과 부숙시켜 병원성 미생물 및 잡초종자 사멸, 이분해성 물질 분해 등 위생·경종적 안정화된 액상물을 말한다. (2)가축분뇨 액비화의 필요성 축산농가에서 가축분뇨 관리방법은 축사의 입지, 축산농가의 환경 및 각종 환경규제 등 주변 여건에 따라 각기 다르다. 어떤 특정한 분뇨 처리수단을 일관되게 모든 축종과 축산농가에 공통으로 적용하는 것은 현실적으로 불가능하다. 국내에서 가장 많이 이용하고 있는 퇴비화 방식도 그 나름으로의 장단점을 가지고 있다. 반면에 가축분뇨를 액비화하여 직접 농경지에 살포하는 것은 현재까지 실용화에서 많은 어려움을 겪고 있으나 국내 여건으로 보아 여러 가지 장점을 갖고 있는 것이 현실이다. 가축분뇨 액비화는 가축분뇨를 액상으로 처리하여 부재료 구입의 문제점을 최소화 할 수 있을 뿐만 아니라 부수적으로 대체연료를 생산하며 분뇨 처리비용을 퇴비화보다 크게 절감시킬 수 있는 장점이 있다. 그러나 액비화는 장거리 이송처리가 불가능하고 살포시 취급이 퇴비보다 상대적으로 불리하다는 단점이 있다. 축사의 뇨폐수는 정화처리 후 방류시 현행 수질규제기준을 충족시키는데 한계가 있다. 따라서 정화처리 시설을 설치한 축산농가도 정화 후 방류수의 액비화는 환경측면에서 매우 바람직한 수단이라고 판단된다. 특히 슬러리 형태의 축사는 외국에서는 가축분뇨를 액비로 농경지에 직접 살포하는 것을 전제로 활용하는 분뇨 처리 수단이다. 그러나 국내에서는 액비화에 대한 실효성을 고려하지 않고 도입됨으로서 슬러리 축사 이용농가가 현재 어려움을 겪고 있다. 수분함량이 95% 이상인 액상의 분뇨를 퇴비화하기 위하여 과다한 부재료를 사용함으로서 처리비용 상승은 물론 부재료로 인한 C/N율 과다로 퇴비가 부숙되지 않고 생산된 퇴비의 품질도 낮아 어려움을 겪고 있는 것이 현실이다. 이와 같은 문제점은 소 사육농가보다 농경지를 확보하지 않고 있는 돼지 사육농가에서 더 큰 문제점으로 지적되고 있다. 따라서 이러한 문제점을 해결할 수 있는 대안으로서 가축분뇨 슬러리(액비)의 직접 이용기술 도입이 필요하다고 판단된다. 3. 가축분뇨의 액비 제조방법 (1)축종별 가축분뇨의 특성 축산기술연구소에서 1997년부터 2000년까지 3년간 축종별 분·뇨배설량, 비료성분 함량, 오염물질 농도 등을 연구소 및 농가현장에서 조사하여 다음과 같이 기준을 제시하였다. 농가마다 사육여건과 방식에 차이가 있고, 같은 축종 내에서도 사육조건 및 가축분뇨 처리 방식에 따라 축산분뇨의 배출량, 물리적 성상 및 화학성분 조성에 많은 차이가 발생하기 때문에 양축농가는 기초자료를 중심으로 농가여건에 따라 조정하여 사용하는 것이 합리적이다. (2)액비제조 방법 1) 호기성 액비화 액상의 가축분뇨를 교반하면서 공기를 불어넣어 폭기처리하는 방법으로, 퇴비화와 같이 호기성 미생물로 유기물을 분해시켜 액비를 제조한다. 미생물의 영양원은 분뇨에 포함되어 있는 유기물로서 액비제조에 필요한 유기물은 충분하다고 할 수 있다. 뇨의 경우 유기물이 없으면 영양분이 부족하여 부숙이 잘 진행되지 않는다. 그러나 실제로 축사에서 분과 뇨를 분리시킨다고 해도 분의 일부가 뇨 속에 포함되어 있기 때문에 큰 문제는 되지 않는다. 호기성 미생물이 활동하기 위해서는 산소공급이 필수적이다. 액상분뇨는 호기성 미생물이 액 중의 용존산소를 쉽게 이용해서 용존산소가 거의 없기 때문에 공기를 액 중에 강제적으로 공급하는 폭기처리를 하지 않으면 액 중의 산소가 없어서 호기성 미생물이 활동할 수 없게 된다. 호기적 처리방식은 연속폭기 방식과 간헐폭기 방식이 이용되고 있으며, 일부에서는 에너지 사용량을 절감하기 위하여 저장조에 저장 후 살포 직전에 폭기와 교반을 하여 악취를 감소시킨 후 농경지에 이용하기도 한다. 호기적 처리방식은 분뇨 중의 난분해성 유기물의 분해를 촉진시켜 단기간에 완숙된 액비를 제조할 수 있다는 장점도 있으나, 폭기 중에 질소성분의 손실이 크기 때문에 액비비료 이용측면에서는 불리한 면도 있다. 호기성 처리는 악취물질이 대기 중에 휘산되기 때문에 악취가 없고, 셀룰로오즈, 헤미셀룰로오즈는 분해되어 세분화 혹은 액상으로 되고 리그닌만 남아 내용액 전체가 액상으로 되며 점도도 낮아진다. 또한 대장균, 기생충란, 병원성미생물, 잡초종자 등이 사멸되고, 수분이 감소되며 질소는 20~30% 저하된다. 액비 중의 pH는 8~9로 상승된다. 가) 폭기처리 - 폭기의 목적은 슬러리에 용존산소량을 높여 유기물의 분해를 촉진하고 냄새를 제거, 고형분의 침전과 스컴형성을 억제하는데 있다. - 폭기가 불충분하면 혐기성 발효가 진전되어 표면에 스컴이 발생하고, 추운지방에서는 동결하기 쉬우며, 액비를 폭기, 교반하면 균일한 호기성발효가 일어난다. - 폭기장치는 수중폭기펌프에 의한 폭기방법과, 브로워에 의한 폭기방법이 있다. 연속 폭기를 할 경우 돈분 슬러리 가축분뇨 톤당 1시간에 1~5㎥의 공기를 연속 공급하여 발효온도를 40℃ 이상으로 유지시킬 필요가 있다. 나) 교반 - 슬러리 가축분뇨를 계속 순환시켜 고형물의 침전과 스컴 형성을 방지하며, 저장액비 표면의 공기와 접촉시켜 발효를 촉진시킨다. - 농작물에 사용하기 위해 저장한 가축분뇨 액비는 높이별 비료성분의 농도가 달라 비료성분의 균일시비가 어렵고 농작물에 피해를 끼칠 우려가 있으므로 액비살포 전 충분히 교반해야 한다. 다) 고액분리 - 슬러리 부피를 15~20% 감소시킨다. - 고액분리를 하면 액상분의 성분함량이 감소하며 고형분 함량이 줄어 액비화가 용이하다. - 농지환원 시용시 암모니아 휘산이 감소한다. - 액상화하는데 간편하며 폭기량을 줄일 수 있다. - 농경지 살포시 지표에 스컴이 남지 않는다. 2) 고온호기성소화 기술 고온호기성소화 기술은 1969년 Kambhu에 의해 처음 시도되어 TSS(총현탁고형물)농도가 3∼5%의 범위 내에서 적용이 가능한 기술로서 대장균 등의 병원성 미생물의 제거 목적으로 상당한 연구가 수행되었다. 하지만, 기술의 효율성 확보를 위한 제반기술들의 미비로 인해 현장 적용이 어려웠으나 현재에 와서는 경제성 확보에 필요한 기술들이 개발되어 고농도 유기성 폐수의 처리방법으로 입지를 굳히고 있다. 가) 특징 - 빠른 분해효율, 병원성균의 급속한 사멸로 인한 토지 환원의 염려를 해소, 적은 잉여슬러지 발생 등의 장점들에 의해 퇴비화와 슬러지 소화처리에 유리하다. - 빠른 분해효율에 의해 체류시간이 감소되고, 건설비용이 절약되는 동시에, 비정상 운전조건이 발생되었을 때에 빠르게 복구될 수 있어 공정의 안정성이 향상된다. - 염분농도가 매우 높거나, 유해성분에 의해 야기된 독성이 있는 고농도 폐수처리에 적합하다. - 고온의 유지특성으로 인해 병원성 미생물을 사멸하여 가축분뇨의 토지 이용 시 병원성 미생물에 대한 염려를 해소해 준다. 나) 고온호기성소화시 생성되는 발효액비의 성상 - 고온호기성소화시에 자가 발열에 의한 고온의 유지로 병원성 미생물이 대부분 사멸되고, 고온미생물에 의한 유기물의 제거 및 단백질성분의 분해에 의한 암모니아의 발생으로 인해 pH가 상승하게 되며, 고온에서의 pH 상승으로 암모니아 탈기에 의해 질소가 제거된다. - 고온호기발효장치는 회분식 장치로서 고농도(BOD 30,000ppm 이상)의 유기성고형물을 기질로 이용하는 고온미생물에 의해 반응 1일차에 병원성미생물의 사멸 온도인 60℃에 도달하고 이후 지속적인 고온유지효과로 인해 병원성미생물을 100%사멸한다. 병원성미생물의 사멸은 생산된 액비의 토지 환원시 중요한 요소로서 작용한다. |
악취제거·가격경쟁력 향상·수출 노력…첨단농업 연계 프로그램 개발돼야 4. 가축분뇨 발효액비의 이용효과 (1)돈분뇨 발효액비의 시용이 감자와 배추의 생육에 미치는 영향 (*돈분뇨을 이용한 고온호기성 발효액비 시비 (2004. 농촌진흥청) 고온호기성소화 발효액비를 고랭지의 대표품종인 감자와 배추에 시용하여 작물의 생육 및 수량에 미치는 영향을 알아보았다. 액비를 분석하여 질소함량을 산출하고 이를 작물별 시비량으로 환산하여 난괴법 3반복으로 시험하였으며 살포방법은 시험토양을 경운한 후 파종 또는 정식 5~7일전에 맑은 날을 택하여 처리별로 고르게 살포하였고, 파종 또는 정 직전에 로타리를 하였다. 1) 감자의 생육 및 수량의 영향 감자의 생육 및 수량에 대한 2년간의 평균성적을 보면 출아일과 개화기는 처리간에 차이가 없었으나 경장 및 경수에서는 전반적으로 액비와 화학비료 동반처리가 관행처리인 밑거름 전량을 화학비료(요소)를 사용한 처리에 비해 생장량이 증가하는 경향을 보였으며 총서수량 및 상서수량에서 30%~50%의 액비를 화학비료와 동반 시비한 것이 가장 높은 수량을 보였다. 2) 배추의 생육 및 수량의 영향 액비처리 30% 및 50%의 시용구가 지상부생장이 전반적으로 양호하였으며 그 결과 상품수량에서도 관행인 100% 화학비료 시용구에 비해 증수경향을 보였다. (2) 우분액비가 옥수수의 생산성에 미치는 영향 1) 요약 액상발효우분의 시용수준을 분뇨중의 질소 함량으로 환산하여 0, 200, 400kgN/ha/년 수준으로 시용하였으며, 추가적인 질소비료의 수준은 요소 N으로서 0, 100, 200kgN/ha/년을 2회분활 시용하였다. - 옥수수를 재배 관행에 의해 적기에 수확, 생초량을 측정해서 채취 칭량 후 건물생산량을 산출하였다. 2) 건물수량에 미치는 영향 - 무비구에서의 건물수량을 100%(79.5g)으로 볼 때 액상발효우분의 시용수준 200kgN/ha 시용구에서는 173%(173.5g), 400kgN/ha 시용구에서는 293%(233.0g)으로 액상발효우분의 시용수준이 증가함에 따라 건물 수량 또한 증가하는 경향을 나타내었다. - 요소 N의 시용시에도 그 시용수준이 100 및 200kgN/ha로 증가함에 따라서 각각 170%(135.5g) 및 209%(166.5g)까지 증가하는 경향을 보였지만 액비 시용수준의 증가에 비해서는 낮은 효과를 나타내었다. 5. 경종농가가 필요로 하는 액비로의 전환 향후 가축분뇨를 이용한 액비의 가치를 확대하기 위해서는 가축분뇨의 단순 액비화보다는 경종농가가 필요로하는 고부가가치형 유기액비화를 제조할 수 있는 연구가 필요하다. 경종농가가 요구하는 고급유기액비의 기본조건으로는 1) 생육장해가 일어나지 말 것 2) 화학비료에 없는 유기물의 다양한 효과 3) 악취가 없을 것 4) 가격이 경제적이어야 할 것 5) 취급이 용이할 것 등이 필요하다. 이를 위해 액비화의 연구개발방향은 장기적인 농업비전과 기술개발의 목표를 토대로 한 전략수립을 명확히 할 필요가 있으며, 특히 지역적 특성에 기반을 둔 경종 관점에서 세부전략이 수립되어야 한다. 향후 지역환경과 조화되지 못하는 축산은 지속될 수 없다는 관점에서 가축분뇨 액비화 프로그램은 액비 유통시스템, 액비의 등급화 및 위생적 액비제조기술, 이용기술개발, 액비의 수출, 미래 첨단농업과 연계한 신기술 개발에 초점을 두어야 한다. |
