원승건 교수(대구대학교 생명환경대학 동물자원과)
농가 착유시스템 유형 따라
오염물질 농도변화 편차 커
효율적 처리기술 보급 시급
기존 간이정화조 적극 활용
세정수 특성 극복기술 개발
국내 축산업에서 배출되고 있는 가축분뇨의 처리는 정부의 자연순환농업 기조에 발맞춰 전체 가축분뇨 발생량의 90%가 퇴·액비의 형태로 자원화되고 있다. 한편, 낙농가는 가축분뇨 이외에 착유장 설비를 운영함에 따라 발생하는 세정수의 처리를 위한 추가적인 설비가 요구되고 있는 실정이다.
착유세정수란
착유세정수는 가축분뇨와 달리 위생적인 착유장 관리를 위해 사용되는 소독제 및 강산·강염기제제, 초유, 착유 중 배출되는 가축분뇨까지 다양한 성분을 함유하고 있어 축사에서 배출되는 분뇨와 분리하여 관리되어야 한다. 대부분의 농가는 착유중 세척수를 다량 사용함으로서 수질 오염 농도와 악취가 높지 않아 방류를 통해 실개천을 오염시키거나 그 동안 간이정화조를 이용해 단순히 저장 후 방류하는 시스템을 운영해 왔다.
그러나 지난 2012년 ‘가축분뇨 관리 선진화 종합대책’의 발표로 정화처리 방류수의 수질기준이 크게 강화되었으며 특히, 농가수준에서 처리하기 쉽지 않은 질소의 경우 2016년과 2019년에 단계적으로 강화되어 최종적으로 특정지역에서는 120mg/L 수준까지 낮춰야 하는 부담을 안고 있다.
하지만, 낙농가들이 보유하고 있는 간이정화조 수준으로는 이러한 기준을 충족시킬 수 없으며 강화되는 환경규제에 대처할 수 있는 기술의 확산이 요구되는 시점이다.
착유세정수의 발생량은 낙농가가 보유하고 있는 착유시스템과 계절에 따라 차이가 큰 것으로 보고되고 있으며 계절적 요인보다는 착유기 유형에 따라 그 변화가 더 심한 것으로 조사되었고(‘젖소 및 돼지 세정수 발생량 조사’, 국립축산과학원, 2008) 2014년 강원대학교 축산환경연구실에서는 중부지역 39곳의 낙농가를 대상으로 착유세정수의 성분을 분석한 바 착유시스템 유형에 따라 오염물질의 농도에 변화가 있었으나 그 편차가 매우 커 농가의 착유시설 관리에 대한 관행적 요인이 오염물질 농도에 더 큰 변화요인인 것으로 보고하였다.
앞서 언급한 바와 같이 착유세정수는 유성분을 상당량 함유하여 점성이 높고 유기물 대비 질소비율이 높은 특성이 있어 생물학적 처리시 공급되는 산소의 용해성이 낮으며 질산화와 탈질화 반응이 적절히 이루어지기 어려운 특성을 갖고 있어 일반적으로 널리 알려진 생물학적 처리공정으로는 처리가 쉽지 않은 실정이다.
이에 필자는 착유세정수 처리장치를 소개하고자 한다. 지난 2014년 강원대학교에서 연구 개발한 보급형 착유세정수 정화처리시스템은 낙농가가 기존에 보유한 간이정화조를 적극 활용하고 착유세정수가 가진 처리특성을 극복할 수 있는 시스템으로 사료된다.
효과적 처리방안
이 보급형 착유세정수 정화처리시스템은 생물학적 반응과 전기화학적 반응장치의 두 단계로 나눌 수 있는데 일차적으로 간이정화조에서 고형물 및 저장 중 발생하는 스컴이 제거된 세정수가 연속유입방식으로 생물막여과장치로 흘러가면서 2중으로 고형물농도 및 점도를 낮춰주고 장치 내부에 설치된 생물막여재에 부착성장하는 미생물들이 공급되는 산소와 함께 세정수 내 유기물 및 질소를 산화시켜 정화가 이루어지게 된다.
이러한 부착성장시스템은 부유성장시스템에 비해 계절적 온도변화요인이나 농가마다 발생 가능한 충격부하에 비교적 강한 것으로 보고되고 있다.
일반적으로 생물학적 질소제거는 암모니아태 질소가 아질산염과 질산염의 형태로 변화되는 질산화 반응과 무산소 상태에서 적당한 탄소원의 존재하에 이루어지는 탈질반응을 통해 최종적으로 질소가스의 형태로 제거되는 두 단계로 나누어 질 수 있어 보통은 호기적 조건과 무산소 조건의 형성을 위해 시간적이나 공간적으로 분리하는 방법을 사용하고 있다.
하지만, 이 생물막여과장치는 공기공급량을 최소한으로 유지함으로써 생물막 두께에 따라 산소농도 구배가 형성되어 생물막 내에서 질산화와 탈질화가 동시에 일어나는 메카니즘을 차용한 시스템이다. 이 메카니즘은 통상적인 두 단계의 질소제거 중 탈질시 요구되는 탄소원의 약 60%만 사용하더라도 탈질 반응이 이루어질 수 있어 유기물 대비 질소 비율이 낮은 착유세정수 처리에 효율적인 것으로 판단된다.
또한, 이 시스템은 생물막여과장치 후단에 전기화학반응장치가 설비되어 처리수를 고도처리함으로써 혹여 미처리된 오염물질을 제거하여 최종 유출수의 배출기준을 언제나 확보할 수 있도록 고안되었다. 으레 전기화학반응장치라고 하면 전력소모량이 높을 것으로 추측하게 되는데, 양극에는 반영구적으로 사용 가능한 불용성전극을 사용하고 농가여건에 맞춰 필요시에만 설비 혹은 설비 후 생물막여과장치 처리수 수준에 맞춘 가동이 가능하므로 농장여건 및 시기에 따라 선택적인 설비·운영이 가능하다. 강원대학교팀은 국내에서 겨울철에 가장 추운 지역인 화천에 이 시스템을 설치하여 안정적으로 착유세정수의 처리를 이행한 바 있다.
착유세정수의 적절한 처리는 전국 낙농가들이 안고 있는 여러 해결할 과제 중 가장 시급한 문제가 되었으며 경영을 좌우하는 중요한 요인이 되고 있으므로 본 기고를 통해 낙농가들의 착유세정수에 대한 인식 제고와 현 사안을 극복할 수 있는 계기가 되기를 기대해 본다.
