밀폐형 스마트 육계사에서 습식 스크러버 작동이 악취와 온·습도에 미치는 영향

Abstract

축산업 대형화에 따라 발생하는 환경 문제가 이슈화되면서 축산시설에서 발생하는 암모니아 저감 연구가 매우 시급한 실정이다. 전체 암모니아 배출량 중 농업 부문에서 배출되는 암모니아가 78.7%이며, 이 중 축산 분뇨로 인한 배출량이 97.8%로, 축사에서 발생하는 악취는 인근 주민들의 불편함뿐만 아니라 사육하는 가축의 건강 및 품질 문제, 농장 관리인과 일꾼의 건강에도 영향을 끼친다. 따라서 본 연구의 목표는 밀폐형 스마트 육계사에 악취 저감을 위한 습식 스크러버를 적용하여 이에 대한 암모니아와 이산화탄소 저감을 확인하고, 습식 스크러버 운영으로 인해 밀폐형 스마트 육계사의 온·습도 변화를 파악하여 습식 스크러버의 적합성을 검토하는 것이다. 본 연구에서는 밀폐형 스마트 육계사(Smart-closed poultry house)에 습식 스크러버를 사용하여 사육 기간 중 발생하는 암모니아 농도 저감 효율을 확인하기 위해 분무율과 풍속 변화를 변수로 선정하여 성능 평가를 진행하였으며, 각 노즐 유량과 fan의 풍량을 측정하였다. 각 구동 조건은 습식 스크러버를 약 2시간 동안 구동하면서 암모니아와 이산화탄소 저감을 비교·분석하여 실험에 사용된 습식 스크러버의 문제점을 파악하였다. 계사 내부이자 returning duct 중간에 설치된 2번 센서와 습식 스크러버 통과한 후의 5번 센서를 기준으로 암모니아, 이산화탄소, 온·습도, 습식 스크러버 수조 물의 EC와 pH를 측정하였으며 1.02 LPM 노즐 유량과 42.43 CMM fan으로 습식 스크러버를 구동했을 때 39.4%의 암모니아 저감을 나타내었다. 이산화탄소의 경우, 0.54 LPM 유량과 42.43 CMM fan으로 습식 스크러버를 구동했을 때 29.9%의 이산화탄소 저감을 확인하였다. 해당 실험을 통해 노즐 유량이 줄어들 수록 계사 내부의 온도가 올라가는 것을 확인하였으며, 실험 당일엔 비가 와 높은 습도가 측정되었다. 그러나, 0.54 LPM 노즐과 42.43 CMM fan 조건과 1.02 LPM 노즐과 12.60 CMM fan 조건으로 습식 스크러버를 운영했을 때 비교적 낮은 습도를 유지할 수 있었다. 더불어, 습식 스크러버 수조 물의 EC와 pH에 따라 물을 오랫동안 교체하지 않을 시 암모니아와 이산화탄소 저감이 어려우므로 수조의 물을 자주 교체해주는 것이 습식 스크러버의 효과를 증대할 수 있는 가장 좋은 방법이다. 따라서, 본 연구를 통해 계사 내부에 심한 악취가 발생하는 경우, 습식 스크러버를 구동하여 악취를 줄이고, 계사 내부의 온도를 낮추어 과습을 최소화하는 것을 제안한다. 또한, 유량과 풍량을 조절하여 온·습도 뿐만 아니라 암모니아와 이산화탄소와 같은 축산 가스를 관리하고, 습식 스크러버의 용액을 주기적으로 교체하여 효과적인 악취 저감 시스템을 운영하는 것을 추천한다. 향후 습식 스크러버가 밀폐형 육계사에 미치는 다습 현상에 대한 문제점을 세부적으로 파악하여 개선한다면 습식 스크러버가 축사시설에도 더 효과적으로 적용될 수 있을 것으로 보인다. 이를 통해 축산시설에서 발생하는 암모니아와 이산화탄소 농도를 저감하는 효과를 겸비하여 축산 스마트팜 기술과 축산 환경 향상에 기여할 수 있을 것이다.

As environmental problems arising from the enlargement of the livestock industry become an issue, research on ammonia reduction occurring in livestock facilities is very necessary. 78.7% of the total ammonia emissions are from the agricultural sector, of which 97.8% are from livestock manure. And the odor generated from livestock farms affects not only the inconvenience of nearby residents but also the health and quality of livestock, as well as the farm managers and workers. Therefore, the goal of this study is to apply a wet scrubber in the smart poultry house to reduce odor to mitigate ammonia and carbon dioxide concentration, and to examine the suitability of the wet scrubber by understanding the temperature and humidity changes at the smart poultry house. In this study, the performance evaluation was conducted by selecting the spray rate and air volume as variables to evaluate the efficiencies of ammonia and carbon dioxide reduction. To identify the problem of the wet scrubber, each driving condition was applied to compare and analyze ammonia and carbon dioxide reduction for about 2 hours of wet scrubber operation. The EC and pH of scrubber water, ammonia, carbon dioxide, temperature and humidity, were measured based on Sensor 2 installed in the middle of the returning duct and Sensor 5 after passing through the wet scrubber. The efficiency of ammonia reduction was about 39.4% when the wet scrubber was operated at 1.02 l/min nozzle flow rate and 42.43 m3/min fan. In the case of carbon dioxide, it was confirmed that the carbon dioxide was reduced by 29.9% when the wet scrubber was driven with a fan at 0.54 l/min nozzle flow rate and 42.43 m3/min of fan. Additionally, the temperature inside the smart poultry house increased as the nozzle flow rate decreased. However, when the wet scrubber was operated under 0.54 l/min of nozzle flow rate with 42.43 m3/min of fan, and 1.02 l/min of nozzle flow rate with 12.60 m3/min fan conditions, the relatively low humidity was observed. In addition, it was difficult to reduce ammonia and carbon dioxide after using the wet scrubber water for a long period of time, so frequent replacement of water is recommended to increase the effectiveness of the wet scrubber. Therefore, it is proposed to reduce odor by operating a wet scrubber and minimize over-humidity by lowering the temperature inside the poultry house. Moreover, it is also recommended to manage livestock gases such as ammonia and carbon dioxide as well as temperature and humidity by adjusting flow and air volume, with a frequent replacement of wet scrubber solution for the efffective odor reduction system. For further study, the wet scrubber can be applied more effectively to the livestock facility if the problem of the humidity control at the smart poultry house is identified in detail and improved. Furthermore, this contribution would improve the technology of smart livestock farms and their environment by understanding the effect of ammonia and carbon dioxide mitigation.