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15. 축산폐수가. 축산폐수발생량 원단위 및 폐수농도

표 4.15.1. 축산폐수 배출량 원단위 (단위 : L/두·일)
 

(출처 : 1. 전국 축산 분뇨 적정관리대책 연구: 환경과학연구협의회, 1990 ; 2. 첨단환경기술, 1995; 3. 하수도시설기준: 건설부, 1992 ; 4. 분뇨 및 축산폐수처리 기본계획 작성지침: 환경부, 1991) ; 5. 환경부 고시 1999 - 109호, 1999.7)

표 4.15.2. 축산폐수배출농도
 

(출처 : 한국환경과학연구협의회, 1990.1)

표 4.15.3. 축산폐수 배출원단위
 

(출처 : 첨단환경기술, 1995.1)

표 4.15.4 액비살포에 필요한 초지 및 농경지 면적 (단위 : ㎡/두)
 

(출처 : 환경부 고시 제 1999 - 110호, 1999.7)

나. 축산폐수가 환경에 미치는 영향

(1) 수질오염

  우리나라 가축분뇨의 총발생량은 연간 약 45,095천톤정도로 이중 우분뇨가 60.3%, 돈분뇨는 32.6%, 계분이 약 8.15%를 차지하고 있다. 축종으로는 소, 돼지, 닭 순으로 분뇨발생량이 높으나 현장에서는 분뇨의 특성상 양돈분뇨, 젖소분뇨가, 분보다는 뇨의 처리에 많은 애로를 겪고 있다. 1997년 우리나라에서 하루에 발생되는 축산폐수량은 19만 9천톤으로서 이중 33.%인 66,024톤이 규제미만 축산농가에서 발생하고 있어 이에 대한 특별한 관리가 요구되고 있다.

  일본의 경우, 1996년까지 발생한 축산관계의 불만내용 중 수질오염관련내용이 전체의 40%를 차지하고 있으며 가축종류별로는 양돈이 40%, 낙농 30%, 양계가 약 20%, 육우가 약 10%를 차지하고 있다. 축산폐수는 질소농도가 매우 높아(BOD : N = 100 : 20∼100 : 40) 호소의 부영양화에 큰 영향을 미치고 있다.

(2) 악취발생

  축산폐수의 악취성분으로서는 주로 암모니아, 황화수소, 휘발성지방산등으로 일본의 경우 1992년에 발생한 축산관계의 불만내용 중 악취관련이 전체의 61%를 차지하고 있으며 가축 종류별로는 양돈이 전체의 40%, 낙농 29%, 양계 22%, 육우 9% 순 이었다(출처 : 국립환경연구원 수질개선시스템개발에 관한 한·일 심포지움, 1995).

다. 관련법규

(1) 축산분뇨처리 관련 법률 변천사항

 1981년 환경보전법 대규모축산시설을 폐수배출시설로 규제

 1987년 폐기물관리법 축산시설의 규제를 강화

 1991년 오수 분뇨 및 축산폐수처리에 관한 법률로 일원화

 1994년 축산폐수관련법규 강화

 1995년 9개 축산폐수정화시설에 대한 표준설계도 작성

 1996년 배출허용기준 강화

 1997년 제 2차 개정을 통한 시설규모 규제 및 방류수 기준 강화

 1999년 축산폐수 배출량 원단위에 대한 고시 개정

(2) 우리나라 축산관련 법규

"오수·분뇨 및 축산폐수처리에 관한 법률" 이 있으며, 기타 간접 관련법규는 다음과 같다.

 - 헌법 제 35조 :환경권

 - 수질보전법 전문 : 수질보전 총괄

 - 수도법 : 제 3조 상수도보호구역의 지정 및 수질오염행위의 제한금지 등.

 - 건축법, 하천법, 국토이용관리법

(3) 외국의 축산관련 법규

(가) EC지역 (출처 : 畜産環境對策大辭典 : 日本 農文協編, 1995)

  "공통적으로 적용되는 축산분뇨와 관련한 환경보전 규정과 실행상의 특징" 과 관련하여, 축산분뇨 관련 EC이사회 지령 ('92)에 물의 질산염 농도가 50m/l이상이 될 위험이 있는 지역은 가축사육밀도가 1ha당 젖소 2두, 육우 4두, 번식돈 5두, 비육돈 16두, 산란계 133수로 제한하는 조치를 취할 것을 지시하고 있으며, 토지면적당 가축사육두수 허가제를 실시하고 있다.(초과 사육시 별도의 허가와 불이익이 돌아감). 서독의 경우 정부법에서는 폐기물관리법으로, 시행규정은 주별로 정하여 관리하되, 토양환원을 원칙으로 하고 있다(퇴비장 침출수, 사일레지 침출수도 비료로만 사용토록 함). 환경오염방지 초기단계에는 수질보전이 주 대상이었으나 최근에는 휘산질소에 의한 공기오염방지를 추가하였다.

(나) 일본

  축산 관련법으로는 수질오탁방지법, 악취방지법, 폐기물의 처리 및 청소에 관한 법률, 하천법, 호소수질보전특별조치법, 대기오염방지법, 해양오염 및 해상화재의 방지에 관한 법률 등이 있다.

  축산폐수 규제에 직접 관계가 있는 법률은 수질오탁방지법과 호소수질보전특별조치법으로서 이들 법률에 따라 일정규모이상의 축사에 대해서는 축사의 구조, 사용방법, 오수처리방법등 신고의 의무화와 배수의 농도규제를 실시하고 있다. 그리고 오염이 심한 동경만, 이세만(伊勢灣), 뢰호내해의 3해역과 가스미가우라, 비와호 등의 10개 호소에서는 COD, 질소,인 등의 총량규제를 실시하고 있다.

라. 축산폐수 처리현황

(1) 축산폐수처리 관련기술

(가) 1988. 6월 축산폐수처리시설 표준화(6개처리기술)

액비화, 매립처분, 퇴비화, 토양침투, 살수여상, 산화구법

(나) 1992. 7월 축산폐수처리시설 2차 표준화

톱밥발효축사, 건조식 톱밥발효시설, 통풍식 및 교반식 톱밥발효시설

(다) 1995.11월 환경부에서 9개 축산폐수정화시설에 대한 표준설계도 작성제시

(기존시설 보완 및 신설)

 - 산화구법

 - 회분식 활성오니법

 - 톱밥토양여과시설

 - 저장액비화법

 - 톱밥발효돈사

 - 톱밥발효우사

 - 건조식톱밥발효시설

 - 통풍식톱밥발효시설

 - 교반식톱밥발효시설

(라) 1999. 8월 환경부, 건설교통부, 농림부, 축협중앙회에서 축산분뇨자원화시설 표준설계도 작성제시(퇴비사 2, 톱밥발효시설 4, 저장액비화시설 4개 시설)

(2) 축산폐수처리 현황(1998)

  축산폐수처리 현황을 살펴보면 공공처리시설, 간이축산페수처리시설 등 공공처리시설에서 처리되는 폐수량은 전체의 2.0%인 3,965톤에 불과하고, 67%인 133,891톤은 개별 처리되고 있으며, 규제미만 축산농가에서 발생하는 축산폐수 중 62,061톤은 자체 자원화하거나 미처리 방류되고 있다.

 소 1,548,491(허가 15.8%,신고 43.1%)  

 돼지 7,213,686(허가 57.9%,신고 36.9%)

 닭 78,280,632(신고 85.5%)

표 4.15.5 축산분뇨처리현황(허가대상)
 

(출처 : 환경부, 1998)

표 4.15.6 축산분뇨처리현황(신고대상)
 

(출처 : 환경부, 1998)

마. 축산분뇨처리기술

(1) 화력건조

  돈분과 수분조절재를 혼합 열원을 이용하여 강제건조 시킴는 방법으로 설치비가 사고, 병원균 사멸 등의 장점은 있으나, 과다한 연료비, 최종산물의 퇴비로서의 안정성 등에 문제가 있다.

(2) 생석회 안정화법

  돈분발효시 생석회 등을 분 중량의 3∼5%첨가하여 반응시킨후 장기간 건조하여 35∼45%의 적정함수율로 건조시키는 방법으로써, 토양을 중화시키고 악취저감에 효과 있으나, 설치시 넓은 부지면적 소요되고, 겨울철 건조효율 저하 및 건조장 주변 악취휘산 등의 문제점을 갖고 있다.

(3) 액비화(혐기성 저장탱크)

  가축분뇨 또는 뇨를 혐기상태 혹은 호기상태에서 부숙시켜 수분함량이 90%이상인 액상물로써 혐기상태의 경우 6개월 이상 저장시켜 사용토록하고 있다.

표 4.15.7 부숙기간에 따른 유기물질 제거율
 

(출처 : 국립환경연구소, 분뇨의 위생적처리와 비료화에 관한 연구, 1982)

표 4.15.8 축산분뇨의 비료 성분
 

(출처 : 국립종축원)

 - 저장탱크의 용량이 작아 충분한 부숙을 하고 있지 못함.

 - 작물에 과잉 시비할 경우 작물의 고사

 - 액비를 살포할 수 있는 충분한 논밭 및 초지의 확보 곤란

 - 강우 유출로 인한 하천오염 심화

(2) 퇴비화

  가축배설물에 톱밥,벼짚 등의 수분조절재로 수분을 조절한 뒤 발효, 부숙과정을 거쳐 양질의 유기질 비료의 원료로 만드는 방법이다.

퇴비화전의 50∼80% 수준

◇ 퇴비화의 조건

 온 도 : 30 이상 2∼3일에 50∼70

 수분과 공기 : 60∼70%(40%이하 증식 억제)

 공 극 율 : 30%이상

 C/N비 : 6∼7전후(우분 20∼30, 돈분10∼13, 계분 9∼10)

*축산분뇨건량 1kg당 4,000∼5,000kcal (수분1kg증발 약 700kcal 필요 )

표 4.15.9 톱밥,돈분,퇴비중의 유기탄소 및 질소함유량
 

(3) 축산폐수처리(생물학적처리)

◇ 전처리시설

표 4.15.10 전처리시설에서의 오염물질 제거율
 

◇ 활성슬러지공정

단위공정

저류조 ⇒ 유량조정조 ⇒ 스크린 ⇒ 1차침전지 ⇒ 폭기조 ⇒ 2차침전지 ⇒ 방류

표 4.15.11 활성슬러지공정에서의 축산분뇨처리율
 

◇ 산화구공정

단위공정

저류조 ⇒ 유량조정조 ⇒ 스크린 ⇒ 1차침전지 ⇒ 폭기조 ⇒ 2차침전지 ⇒ 방류

표 4.15.12 산화구공정에서의 축산분뇨처리율
 

바. 문제점

(1) 축산폐수는 발생량에 비해 오염부하량이 매우 큰 폐수로 미처리시 하천의 수질악화와 호소의 부영양화를 초래하며 악취 및 해충피해 등으로 쾌적한 생활환경을 해치는 주요 오염원의 하나로 인식되고 있다.

(축산폐수발생량은 총 폐하수발생량의 0.8%에 불과하나, BOD부하량을 기준으로 8.9%)

(2) 분뇨에 포함된 병원성 미생물에 의한 지하수 오염 우려가 있다.

(3) 법규의 강화로 인한 기존시설의 성능개선 향상 미흡. 국내축산업의 영세성으로 축산폐수방지시설 설치농가 및 방지시설의 처리율이 낮아 실제적인 오염저감효과는 크지 않은 실정이다.

(4) 설계/시공의 부적정 및 운전관리의 미흡하다.

(5) 토양환원시 토양중 영양염 축적 증대된다.

사. 미래환경축산을 위한 연구방향( 대구대 축산학과, 남기홍)

(1) 가축사료로 이용하는 방안

  기존사료에 첨가되는 축분의 형태나 영양소 함량은 다양하여서 한마디로 첨가량을 제시할 수 없는 형편이며(Sweenten,1980), 또 축분에 함유되어 있다가 축분을 사료로 이용하였을 때 문제가 되는 As나 Cu와 같은 중금속, 항생제, 잔류약품(Penicillin과 Oxyteacycline 등), 홀몬제(McCaskey 등, 1985) 등은 축분내에 함유된 병원균문제와 함께 아직도 해결되어야 할 문제들이며 더 많은 연구가 이루어져야 한다.

(2) Biogas발생원으로 이용하는 방안

  축분을 혐기적인 상태로 발효시키면 약 60%의 CH_4, 38%의 CO₂가 발생되며 2%에 해당되는 H₂O, NH₃, H₂S,등이 발생되는데(Smith, 1980) 이 중 CH₄는 훌륭한 에너지원으로 이용(Hashimoto 등, 1980)된다. biogas 생성은 축분의 pH, 염기도, 휘발성산의 농도, 온도, 이용 가능한 영양소 수준, 독성물질의 잔존량 여부 등에 따라서 발효의 정도는 영향을 받게 된다(Morris 등, 1977). 환경적인 여건 외에도 혼합방법, screening 방법, pumping 방법(Sweeten, 1978), sum의 형성(Converse 등, 1977), grit의 축적(Sagley 등, 1985) 등에 따라서 biogas 새성량은 지대한 영향을 받으며 또 발효과정에서 이용되는 기계의 작동기술이나 환경여건을 알맞게 맞추어 주는 기술의 숙련정도 역시 biogas의 경제성에 큰 영향을 미치는 것으로 보고(Fontenot 등, 1983)되고 있다. 한가지 분명한 사실은 축분을 이용한 biogas의 생성을 경제적으로 타산이 맞는 단계까지 끌어 올리기 위해서는 아직도 더 많은 연구가 필요하다.(Edwards와 Daniel, 1992).

(3) 미생물을 이용한 퇴비화 방안

  호기적인 방법으로 처리된 축분은 비록 영양소의 손실을 가져오기는 하지만 부피를 줄일 수 있고, 건물 무게를 줄일 수 있으며, 냄새나 파리문제 등을 줄이고, 목초 종자발아에 크게 기여할 수 있으며(Sweeten, 1980), 또 퇴비화 도중에 생기는 열에 의하여 축분내에 함유된 병원균을 파괴시키는 잇점도 있다(Goulueke, 1987). 그러나, 우리나라 대부분의 축산 농가에서 실시하고 있는 것처럼 축분을 야외에 아무렇게나 퇴적해 두고 비가 와도 덮어주지 않는 식의 퇴비화는 안된다. 공기에 의하여 건조(자연건조나 인공건조)시킬 경우에는 정기적으로 뒤집어 주어야 한다(Sweeten, 1980). Sweeten(1980)은 적정한 퇴적깊이(1∼1.3cm), 퇴적된 축분의 뒤집는 기간(2∼3일) 등을 제시하였으며 수분의 함량은 40∼55%, C:N 비율은 30:1∼40:1, 인공건조를 위한 건조기간은 1주일 정도로 제시하였다. 퇴적된 축분에 미생물을 이식시켜 주는 방법도 값싸게 양질의 퇴비를 생성하는 길이 되며 동시에 냄새나 파리문제 해결에도 도움이 될 수 있어서(Howes, 1966) 우리 축산농가에서도 시도해 볼 가치가 있는 좋은 방법이다. 그러나 퇴비가 잘 만들어진다고 해도 제때 판로를 찾지 못하면 퇴비 내의 영양소 변화가 계속될 것이며 계속되는 영양소 변화는 상품화 가치를 떨어뜨리게 되는 어려움도 있다(Loehr, 1968 ; Sweeten, 1988).

(4) 농토에 직접비료로 이용하는 방안

  Bizer와 Sims(1988). Wolf 등(1988)이 보고한 연구결과에 따르면 축분은 시비한 후 11일이 지나면 벌써 축분 내에 함유된 총 질소중 37%는 기화(volatilization)해 버린다고 하였다. 이러한 지식없이 축분을 논밭(또는 과수원, 목초지 등)에 계획성 없이 뿌린다면 식물에서는 영양소 결핍증상이 나타날 수 있으며(Powers 등, 1975) 또 지나치게 많은 양을 시비한다면 NH₃, 아질산염, NO₃, 수용성 염 등에 의하여 작물은 중독증상을 보일 것이며 생산량의 감소를 초래하게 될 것이다(Weil 등, 1979).

  과량의 축분 시비는 N뿐만 아니라, 토양중에 축적되는 P의 양도 심각한 문제로 대두되고 있다고 보고되어 있다. 이들의 연구결과에 의하면 토양중의 P축적은 식물생장에 필요한 영양소들 간의 불균형을 유발시켰으며 As와 Cu같은 중금속들도 축적되는 현상이 나타났다고 한다. 최근 보고에 따르면(Muleller, 1994) P, K, Zn, Cu 등이 토양 중에 축적되는 양은 토양의 깊이와 시비년수에 따라 비례적으로 증가 하였다. 축분에 의한 공해 발생을 예방하는 차원에서 위와 같은 연구는 앞으로도 많이 이루어져야 할 것이다.

아. 대 책

(1) 축산분뇨처리기술도 축산경영을 계속하여 발전시키기 위해서는 축산경영기술의 하나로 인식의 전환이 필요하다.

(2) 축사형태/처리시스템, 축산분뇨 자원화, 재이용률에 대한 국내현황조사 및 이를 토대로 한 장기적 축산폐수 대책수립이 필요하다.

(3) 액비화도입시는 토지의 확보면적, 살포방법, 저장탱크 확보방안 등을 종합적으로 고려하여야 한다.

(4) 퇴비화시 가능한한 분과 뇨를 분리하여 분만을 퇴비화하여야 한다.

(5) 축산폐수의 생물학적 처리시 처리시설의 유입부하를 감소시키기 위해 반드시 전단계에 스크린 설치가 필요하다.

(6) 고도처리/유지관리가 쉬운 축산분뇨처리시스템의 연구 개발이 요구된다.

참고문헌

1. 국립환경연구원, (1995), 수질개선시스템 개발에 관한 한·일 심포지움

2. 한국농촌경제연구원, (1992), 가축배설물처리 및 이용에 관한 연구

3. 환경과학연구협의회, (1990), 전국 축산 분뇨 적정관리대책 연구

4. 환경부, (1995), 오수·분뇨 및 축산폐수처리에 관한 법률

5. 환경부, (1994), 오수·분뇨 및 축산폐수처리 실적 및 계획

6. 환경부, (1995), 축산폐수정화시설표준설계도서작성용역보고서

7. 畜産環境對策大辭典, (1995), 日本 農文協編

8. 日本環境六法, (1994)

9. 우리나라 가축분뇨관리 기술현황, (1999), 첨단환경기술

10. 국립환경연구원, (1999), 오수 및 축산폐수관리반 교재

작성자 : 수질공학과 환경연구관 권오상(공학석사)