I.서 론

양돈장의 악취는 농장 내 저장된 슬러리에서 발생된다 (Williams and Evans, 1981). 돼지가 섭취한 영양소 중 체 내에 축적되지 않고 분과 뇨를 통하여 배설된 물질이 농장 내부에 저장되고 발효되면 휘발성유기물이 만들어 진다 (Mackie et al., 1998; Spiehs and Varel, 2009). 이들의 농도 및 강도에 따라 사람들이 느끼는 악취의 정도가 달라진다 (Zahn et al., 2001).

Williams (1984)과 Hobbs et al. (1997)은 축산시설에서 발 생되는 악취의 지표물질로 휘발성지방산, 인돌류, 페놀류 및 황화합물 등 4종류를 제시하였다. 이 중 페놀류와 인돌 류가 돈사에서 발생되는 주요 냄새물질로 제시되고 있다 (Schaefer, 1977; Williams and Evans, 1981; O'Neill and Phillips, 1992). 페놀류의 대표물질인 페놀과 p-크레졸은 L- 타이로신의 분해로 생성되고, 인돌류의 대표물질인 인돌과 스카톨은 L-트립토판의 분해로 생성된다. 페놀류와 인돌류 가 가축의 대장 점막을 통해 흡수되면 간으로 이동하여 독 성이 없는 물질인 글루쿠로니드, 황산 및 무기태황으로 전 변된다 (Smith and Williams, 1966). 이들 물질은 뇨를 통하 여 배설되고, 분과 뇨가 혼합되면 분의 β-글루쿠로니다아제 에 의해 글루쿠로니드가 분해되어 다시 페놀류 및 인돌류 가 생성된다. 악취물질은 뇨 보다 분에 더 많이 분포되어 있지만, 뇨에는 악취강도가 높은 p-크레졸이 많이 함유되어 있기 때문에 악취강도는 분 보다 뇨에서 3배 더 높다 (Hales et al., 2012).

돈사 피트의 혐기적인 조건에서 분뇨가 저장되면 혐기미 생물에 의해 분해되어 불쾌한 냄새가 발생되는데, 이 때 휘발성지방산의 함량이 높다 (Cho et al., 2013). 일반적으로 휘발성지방산을 구성하는 물질들의 상대적인 비율은 일정 하다. 단쇄지방산 중에서 아세트산과 프로피온산이 각각 84%와 10%이며 이들 두 물질이 총 단쇄지방산의 대부분 을 차지한다 (Cho et al., 2013). 하지만 아세트산, 프로피온 산 및 부티르산으로 구성된 단쇄지방산은 악취감지 최소농 도가 높기 때문에 이성체지방산보다 악취강도가 낮다 (Spiehs and Varel, 2009).

돼지 분뇨의 악취물질 중 p-크레졸의 악취강도는 뇨와 분에서 각각 97.6%와 67.3%로 뇨에서 강하였다 (Parker et al., 2013). 그러나 비육돈사의 공기 배출구에서 측정한 악 취강도는 부티르산, 인돌, p-크레졸이 각각 35.2, 22.9, 22.9% 이었다 (Trabue et al., 2008). 돼지 슬러리를 농경지 에 살포한 다음 악취강도를 측정하였을 때, p-크레졸, 스카 톨, 휘발성지방산이 각각 79.5, 12.3, 4.8% 이었다 (Parker et al., 2013). 저장된 돼지 분뇨의 악취강도는 인돌, 스카톨, p-크레졸이 각각 69.7, 22.3, 4.7% 이었다 (Trabue et al., 2008). 따라서, 돼지 분뇨에서 악취강도가 높은 물질들이 분과 뇨에 어느 정도 수준으로 함유되어 있는지 평가하여 핵심 악취물질의 농도를 낮추는 적용방안을 모색할 필요가 있다.

본 연구의 목적은 초지 또는 농경지에 살포되는 퇴비와 액비에 의해 발생될 수 있는 악취민원에 대처하기 위하여, 돼지의 분과 뇨에 존재하는 악취물질 농도를 비교 분석하 였다.

II.재료 및 방법

1.실험 설계 및 공시동물

체중 71.2 ± 6.6 kg 비육돈 16두를 28일간 대사케이지에서 사육하면서 한국돼지사양표준 (2012)을 기준으로 배합한 사 료를 급여하였다. 돼지는 자유채식양의 90% 수준으로 1일 2회 (09:00, 16:00) 동량으로 나누어 사료를 섭취하였으며, 물은 자유채식 하였다.

2.분뇨 채취

대사케이지에서 20일간의 적응 기간 후 분과 뇨는 전분 채취법으로 매일 채취하였고, 이때 분과 뇨는 분리하여 채 취한 후 균질화 과정을 거쳐 악취분석용 시료를 채취하였 다. 채취된 시료는 분석 전까지 －20°C에 보관하였다.

3.악취물질 분석

휘발성유기물 분석용 시료는 Jensen et al. (1995)의 방법 에 따라 준비되었고, 휘발성지방산을 분석하기 위한 시료 는 25% 인산용액으로 전처리하여 준비한 후 가스크로마토 그래피 (6890N, Agilent, USA)를 이용하여 분석하였다. 주 입구와 검출기의 온도는 250°C로 하였고, Split ratio는 휘발 성유기물 5:1과 휘발성지방산 10:1로 설정하였다. 컬럼은 직경 0.25 mm, 길이 30 m의 DB-1과 HP-INNOWax를 각각 사용하였고, 검출기는 두 물질 모두 FID (Flame Ionization Detector)를 이용하였다.

4.통계처리

모든 실험은 각각 4반복으로 실험을 하였으며, 실험결과 에 대한 통계분석은 SAS (Statistical Analysis System, 1996) package GLM (General Linear Model)을 이용하여 분산분 석을 실시하였고, 평균간 차이는 Duncan (1955)의 다중검정 법에 의해 95% 유의수준으로 분석되었다.

III.결과 및 고찰

1.비육돈의 분과 뇨에 함유된 휘발성유기물의 농도 비교

분과 뇨에 함유된 페놀류와 인돌류 농도는 Table 1과 같다. 페놀류 농도는 분과 뇨에서 각각 0.50과 257.80 ppm으로 페놀류는 대부분 뇨에 함유되어 있었다 (p<0.05). 페놀 농도 는 분과 뇨에서 각각 0.05와 6.89 ppm이고, p-크레졸 농도 는 분과 뇨에서 각각 0.46과 250.87 ppm으로 분보다 뇨에 서 높았다 (p<0.05). 페놀은 분보다 뇨에 축적된 비율이 138 배 높았으며, p-크레졸은 분보다 뇨에 축적된 비율이 545 배 더 높았다. 페놀류의 대부분은 p-크레졸이었으며, p-크 레졸은 페놀류 농도의 93~96% 정도를 차지하고 (Cho et al., 2013) 페놀은 p-크레졸의 10% 이하로 존재한다는 연구 결과 (Spoelstra, 1977)와 일치하였다. 포유동물의 장관에서 타이로신이 미생물에 의해 분해되고, 이들 분해산물이 체 내로 흡수되어 최종적으로 뇨를 통하여 배설되는 과정을 생각하면 페놀류농도가 뇨에서 높은 것은 당연하다고 하 겠다.

인돌류 농도는 분과 뇨에서 각각 1.04와 1.77 ppm으로 분과 뇨의 차이가 없었다 (p>0.05). 인돌 농도는 분과 뇨에 서 각각 0.60과 1.71 ppm으로 분보다 뇨에서 높았다 (p<0.05). 스카톨 농도는 분과 뇨에서 각각 0.45와 0.06 ppm으로 뇨보다 분에서 더 높았다 (p<0.05). 인돌과 스카 톨은 미생물에 의한 트립토판의 분해로 생성되는데, 인돌 의 농도는 뇨에서 높고 스카톨은 분에서 더 높다는 연구결 과와 일치하였다 (Spoelstra, 1977).

돼지 분뇨에서 p-크레졸이 악취에 미치는 강도는 뇨와 분에서 각각 97.6%와 67.3% 이고 (Parker et al. 2013), 돼 지 슬러리를 농경지에 살포한 다음 느끼는 악취강도는 p- 크레졸과 스카톨이 각각 79.5%와 12.3% 정도 되었다 (Parker et al. 2013). 휘발성유기물 중에서 악취물질의 농도 및 강도가 가장 높은 물질이 p-크레졸이라고 하면, 돼지 분 뇨를 고액분리 하였을 때 퇴비로 이용되는 고체보다 액비 로 이용되는 액상물질에서 악취가 훨씬 강할 것으로 예측 된다. 또한 가축의 분뇨에 포함된 p-크레졸은 타이로신의 분해로 생성되기 때문에 사료의 단백질 농도를 낮추면 타 이로신의 섭취를 줄일 수 있어서 대장말단으로 이동되는 양이 감소되어 악취를 제어할 수 있을 것이다 (Mackie et al., 1998).

2.비육돈의 분과 뇨에 함유된 휘발성지방산의 농도 비교

분과 뇨에 함유된 휘발성지방산의 농도는 Table 2와 같 다. 단쇄지방산 농도는 분과 뇨에서 각각 863과 4,547 ppm 으로 분보다 뇨에 많이 함유되어 있었다 (p<0.05). 아세트산 농도는 분과 뇨에서 각각 567과 4,252 ppm으로 분보다 뇨 에서 높았다 (p<0.05). 프로피온산 농도는 분과 뇨에서 각각 176과 188 ppm, 부티르산은 각각 120과 107 ppm으로 두 성분 모두 분과 뇨에서 차이가 없었다 (p>0.05). 휘발성지방 산 중에서 아세트산과 프로피온산의 농도비는 분에서 각각 65와 20% 이었으며, 뇨에서는 각각 93과 4%로 휘발성지방 산의 대부분은 아세트산과 프로피온산으로 구성되어 있었 다. 하지만 이들은 악취감지 최소농도가 높기 때문에 악취 에 미치는 강도는 높지 않다 (Spiehs and Varel, 2009).

이성체지방산 농도는 분과 뇨에서 각각 118과 87 ppm으 로 분과 뇨에서 차이가 없었다. I-부티르산 농도는 분과 뇨 에서 각각 33과 14 ppm으로 뇨 보다 분에서 높았으며 (p<0.05), I-발레르산 농도는 분과 뇨에서 각각 85와 72 ppm으로 차이가 없었다.

악취강도가 상대적으로 높은 이성체지방산의 농도는 분 과 뇨 간에 차이가 없었으며 휘발성지방산이 분과 뇨의 악 취강도에 미치는 영향은 크지 않을 것으로 판단된다. 가축 의 사료로 이용되는 강피류에 많이 함유된 셀룰로오스와 헤미셀룰로오스는 다당류 또는 단당류로 분해된 다음 아세 트산, 프로피온산, 부티르산으로 전변되는데, 이들의 섭취 로 발생되는 냄새가 악취에 미치는 영향은 크지 않을 것으 로 생각된다.

IV.요 약

초지 또는 농경지에 살포되는 퇴비와 액비에 의해 발생 될 수 있는 악취민원에 대처하기 위하여, 돼지의 분과 뇨 에 존재하는 악취물질 농도를 비교 분석하였다.

1.비육돈의 분과 뇨에 함유된 휘발성유기물의 농도 비교

페놀, p-크레졸 및 페놀류 농도는 분 보다 뇨에서 높았 으며 (p<0.05), 분 보다 뇨에 축적된 비율이 페놀은 138배, p-크레졸은 545배 높았다. 인돌 농도는 분 보다 뇨에서 높 았으며, 스카톨은 뇨 보다 분에서 높았다 (p<0.05).

휘발성유기물은 대부분 뇨로 배설되었으며, 이 중 농도 및 악취강도가 가장 높은 물질인 p-크레졸이 뇨에 많이 함 유되어 있다. 돼지 분뇨를 고액분리 하였을 때 퇴비로 이 용되는 고체보다 액비로 이용되는 액상물질에서 악취가 훨 씬 강할 것으로 예측된다.

2.비육돈의 분과 뇨에 함유된 휘발성지방산의 농도 비교

아세트산과 단쇄지방산 농도는 분 보다 뇨에서 높았으며 (p<0.05), 부티르산과 프로피온산은 차이가 없었다 (p> 0.05). 이성체지방산 중 I-부티르산의 농도는 뇨 보다 분에 서 높았지만 (p<0.05), I-발레르산과 이성체지방산은 차이가 없었다 (p>0.05).

휘발성지방산 중에서 아세트산과 프로피온산은 분에서 각각 65와 20%, 뇨에서는 각각 93과 4%로 휘발성지방산의 대부분을 차지하였지만 아세트산과 프로피온산을 포함하는 단쇄지방산은 악취강도가 낮다. 반면에 악취강도가 상대적 으로 높은 이성체지방산은 분과 뇨 간에 차이가 없기 때문 에 휘발성지방산이 악취강도에 미치는 영향은 크지 않을 것으로 판단된다.

이상의 연구결과를 종합하면, 돼지 분뇨의 악취물질 중 악취강도가 높은 p-크레졸은 뇨에 많이 함유되어 있기 때 문에 퇴비와 액비 생산과정 중 액상처리 시 악취강도가 매 우 높을 것으로 추정된다. 다만, 악취강도는 휘발성지방산 의 농도 변화에 따라 차이가 있을 것으로 생각된다.