KR101880139B1 - 슬러리 돈사의 온실가스 발생량 분석 장치 - Google Patents
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Abstract
본원 발명은 슬러리 돈사에서 발생하는 온실가스의 발생량을 분석하는 방법 및 그 장치에 대한 것으로 보다 구체적으로는 슬러리 돈사의 분뇨 상부에 띄워져 축산분뇨에서 발생하는 온실가스를 포집할 수 있도록 구성되는 플로팅 챔버(floating chamber); 상기 플로팅 챔버(floating chamber)와 연결되어 포집된 온실가스를 균일화하는 공기 혼합기(air mixer); 및 상기 공기 혼합기(air mixer)와 연결되어 균일화된 온실가스로부터 온실가스의 성분 및 발생량을 측정하는 가스분석부를 포함하는 슬러리 돈사의 온실가스 발생량 분석 시스템과 이를 이용한 온실가스의 발생량을 분석하는 방법에 대한 것이다. 본원 발명은 슬러리 돈사에서 메탄 등을 포함한 온실가스 배출량의 측정에 있어서 매우 효과적이고 편리한 방법이므로 이를 통하여 축산에서 발생하는 온실가스 문제를 해결하는 기초적인 정책자료를 제공할 수 있는 장점이 있다.
Description
본원 발명은 슬러리 돈사에서 발생하는 온실가스의 발생량을 분석하는 장치에 대한 것이다.
보다 구체적으로는 슬러리 돈사의 분뇨 상부에 띄워져 축산분뇨에서 발생하는 온실가스를 포집할 수 있도록 구성되는 플로팅 챔버(floating chamber); 상기 플로팅 챔버(floating chamber)와 연결되어 포집된 온실가스를 균일화하는 공기 혼합기(air mixer); 및 상기 공기 혼합기(air mixer)와 연결되어 균일화된 온실가스로부터 온실가스의 성분 및 발생량을 측정하는 가스분석부를 포함하는 슬러리 돈사의 온실가스 발생량 분석 시스템과 이를 이용한 온실가스의 발생량을 분석하는 장치에 대한 것이다.
지구온난화를 유발하는 온실가스의 배출량은 인류가 산업사회를 맞이한 시점부터 지속적으로 증가해 왔으며 앞으로도 증가할 추세이다. 축산에서 온실가스 문제는 또 하나의 환경문제로 해결을 해야 되는 주요 사안으로 이슈화되고 있다. 1997년 일본 교토에서 온실가스 감축의무를 규정한 교토의정서(Kyoto Protocol)에 따라 EU 등 선진국은 2010년까지 1990년도 온실가스 대비 평균 5.2%를 줄이는 목표아래 현재 각 나라별 온실가스 감축현황을 IPCC에 보고하고 있다. 2002년 우리나라 온실가스 배출량은 세계 9위 국가이며(IPCC, 2002) OECD 회원국임을 감안할 때 2013년부터 온실가스 배출 규제대상국이 될 가능성이 매우 높아 짧은 시간에 온실가스 발생량의 측정과 이에 대한 데이터베이스를 확립할 필요가 있다.
그러나 현재까지 축사나 가축의 분뇨에서 발생하는 온실가스와 관련된 연구개발은 주로 가축 매몰지의 악취 또는 온실가스 처리시스템에 대한 것인 한국 등록특허 제1324359호와 같이 발생하는 가스를 처리하기 위한 것이거나, 동물의 분뇨로부터 메탄가스, 유기계 비료의 제조방법에 대한 것인 한국 공개특허 제2011-0134425호와 같이 발생하는 가스와 분뇨의 자원화에 대한 경우가 대부분인 실정이다.
본원 발명은 상기 문제점들을 해결하기 위해 개발된 것으로, 축산분야 중 양돈 농가의 온실가스 배출량을 분석하는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본원 발명에서는 양돈 농가에서 발생하는 메탄 발생량 등을 효과적으로 측정하고 이를 데이터베이스화하여 축산에서 발생하는 온실가스 문제를 해결하는 기초적인 정책자료를 제공하고자 한다.
본원 발명에서는 상기 과제를 해결하기 위하여 슬러리 돈사의 분뇨 상부에 띄워져 축산분뇨에서 발생하는 온실가스를 포집할 수 있도록 구성되는 플로팅 챔버(floating chamber); 상기 플로팅 챔버(floating chamber)와 연결되어 포집된 온실가스를 균일화하는 공기 혼합기(air mixer); 및 상기 공기 혼합기(air mixer)와 연결되어 균일화된 온실가스로부터 온실가스의 성분 및 발생량을 측정하는 가스분석부를 포함하는 슬러리 돈사의 온실가스 발생량 분석 장치를 제공한다.
본원 발명에 따른 온실가스 발생량 분석 시스템에 있어서, 상기 플로팅 챔버(floating chamber)는 중공이 형성된 평판 형태의 지지부와 상기 지지부 상부에 형성되는 온실가스를 포집할 수 있는 반구형 포집부로 형성될 수 있다.
본원 발명에 따른 온실가스 발생량 분석 시스템에 있어서, 상기 포집부에는 외부의 공기가 공급되는 외부공기 공급부가 형성될 수 있다.
본원 발명에 따른 온실가스 발생량 분석 시스템에 있어서, 상기 외부공기 공급부로 공급되는 외부 공기는 오일리스 컴프레서(oil-less compressor)에 의해서 공급될 수 있다.
본원 발명에 따른 온실가스 발생량 분석 시스템에 있어서, 상기 공기 혼합기(air mixer)는 플로팅 챔버(floating chamber)로부터 공급되는 포집된 온실가스의 농도를 균일하게 하기 위하여 내부에 혼합용 팬이 설치될 수 있다.
본원 발명에 따른 온실가스 발생량 분석 시스템에 있어서, 상기 플로팅 챔버(floating chamber)는 슬러리(slurry) 돈사의 바닥에 구성되는 슬래이트(slat) 하부에 수집되는 분뇨의 상부에 설치될 수 있다.
본원 발명에 따른 온실가스 발생량 분석 시스템에 있어서, 상기 플로팅 챔버(floating chamber)는 균일한 온실가스의 포집 및 혼합을 위하여 다수개가 설치될 수 있다.
본원 발명에 따른 온실가스 발생량 분석 시스템에 있어서, 상기 공기 혼합기(air mixer)와 가스분석부는 축사의 외부에 설치되고 플로팅 챔버(floating chamber)와는 샘플링 라인으로 연결될 수 있다.
본원 발명에 따른 온실가스 발생량 분석 시스템에 있어서, 상기 가스분석부는 가스 크로마토그래피-전자 포획 검출기(GC with elctron capture detector: GC-ECD) 및 TGA를 이용하는 것일 수 있다.
또한, 본원 발명에 따른 온실가스 발생량 분석 시스템에 있어서, 상기 가스분석부는 분석된 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)의 농도로부터 온실가스 발생량을 계산하였다.
이상에서 설명한 바와 같이 본원 발명은 슬러리 돈사에서 메탄 등을 포함한 온실가스 배출량의 측정에 있어서 매우 효과적이므로 이를 데이터베이스화하여 축산에서 발생하는 온실가스 문제를 해결하는 기초적인 정책자료를 제공할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본원 발명의 일 구현예에 따른 온실가스 발생량 분석 시스템을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 본원 발명의 일 구현예에 따른 플로팅 챔버(floating chamber)를 나타낸 것이다.
도 3은 본원 발명의 일 구현예에 따른 공기 혼합기(air mixer)를 나타낸 것이다.
도 4는 본원 발명의 일 구현예에 따른 슬러리(slurry) 돈사 내부에 설치되는 플로팅 챔버(floating chamber)의 설치 위치를 개념적으로 나타낸 것이다.
도 5는 본원 발명의 일 구현예에 따른 슬러리(slurry) 돈사 내부에 설치되는 플로팅 챔버(floating chamber)와 샘플링 라인의 실제 설치 모습을 나타낸 것이다.
도 6은 본원 발명의 일 구현예에 따른 슬러리(slurry) 돈사 외부에 설치되는 공기 혼합기(air mixer)의 실제 설치 모습을 나타낸 것이다.
도 7은 본원 발명의 일 구현예에 따른 온도에 따른 ORP 측정결과를 나타낸 것이다.
도 8은 본원 발명의 일 구현예에 따른 측정날짜별 TKN의 측정결과를 나타낸 것이다.
도 9는 본원 발명의 일 구현예에 따른 측정날짜별 NH4 +-N의 측정결과를 나타낸 것이다.
도 10은 본원 발명의 일 구현예에 따른 측정날짜별 NO3 --N의 측정결과를 나타낸 것이다.
도 11은 본원 발명의 일 구현예에 따른 측정날짜별 TS와 VS의 측정결과를 나타낸 것이다.
도 12는 본원 발명의 일 구현예에 따른 측정날짜별 TC의 측정결과를 나타낸 것이다.
도 13은 본원 발명의 일 구현예에 따른 샘플별 N2O의 농도의 측정결과를 나타낸 것이다.
도 14는 본원 발명의 일 구현예에 따른 측정날짜별 CH4의 발생량을 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 15는 본원 발명의 일 구현예에 따른 측정날짜별 CH4의 발생량을 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 2는 본원 발명의 일 구현예에 따른 플로팅 챔버(floating chamber)를 나타낸 것이다.
도 3은 본원 발명의 일 구현예에 따른 공기 혼합기(air mixer)를 나타낸 것이다.
도 4는 본원 발명의 일 구현예에 따른 슬러리(slurry) 돈사 내부에 설치되는 플로팅 챔버(floating chamber)의 설치 위치를 개념적으로 나타낸 것이다.
도 5는 본원 발명의 일 구현예에 따른 슬러리(slurry) 돈사 내부에 설치되는 플로팅 챔버(floating chamber)와 샘플링 라인의 실제 설치 모습을 나타낸 것이다.
도 6은 본원 발명의 일 구현예에 따른 슬러리(slurry) 돈사 외부에 설치되는 공기 혼합기(air mixer)의 실제 설치 모습을 나타낸 것이다.
도 7은 본원 발명의 일 구현예에 따른 온도에 따른 ORP 측정결과를 나타낸 것이다.
도 8은 본원 발명의 일 구현예에 따른 측정날짜별 TKN의 측정결과를 나타낸 것이다.
도 9는 본원 발명의 일 구현예에 따른 측정날짜별 NH4 +-N의 측정결과를 나타낸 것이다.
도 10은 본원 발명의 일 구현예에 따른 측정날짜별 NO3 --N의 측정결과를 나타낸 것이다.
도 11은 본원 발명의 일 구현예에 따른 측정날짜별 TS와 VS의 측정결과를 나타낸 것이다.
도 12는 본원 발명의 일 구현예에 따른 측정날짜별 TC의 측정결과를 나타낸 것이다.
도 13은 본원 발명의 일 구현예에 따른 샘플별 N2O의 농도의 측정결과를 나타낸 것이다.
도 14는 본원 발명의 일 구현예에 따른 측정날짜별 CH4의 발생량을 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 15는 본원 발명의 일 구현예에 따른 측정날짜별 CH4의 발생량을 측정한 결과를 나타낸 것이다.
이하, 본원 발명에 대해 상세하게 설명하기로 한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본원 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
이하, 본원 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면과 같이 본원이 속하는 기술 분야에서 일반적인 지식을 가진 자가 쉽게 실시할 수 있도록 본원의 구현 예 및 실시 예를 상세히 설명한다. 특히 이것에 의해 본원 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한을 받지 않는다. 또한, 본원 발명의 내용은 여러 가지 다른 형태의 장비로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 구현 예 및 실시 예에 한정되지 않는다.
본원 발명에서는 슬러리 돈사의 분뇨 상부에 띄워져 축산분뇨에서 발생하는 온실가스를 포집할 수 있도록 구성되는 플로팅 챔버(floating chamber); 상기 플로팅 챔버(floating chamber)와 연결되어 포집된 온실가스를 균일화하는 공기 혼합기(air mixer); 및 상기 공기 혼합기(air mixer)와 연결되어 균일화된 온실가스로부터 온실가스의 성분 및 발생량을 측정하는 가스분석부를 포함하는 슬러리 돈사의 온실가스 발생량 장치를 제공한다.
도 1은 본원 발명의 일 구현예에 따른 온실가스 발생량 분석 시스템을 개략적으로 나타낸 것으로 슬러리 돈사의 분뇨 상부에 띄워져 축산분뇨에서 발생하는 온실가스를 포집할 수 있도록 구성되는 플로팅 챔버(floating chamber)(10) 상기 플로팅 챔버(floating chamber)와 연결되어 포집된 온실가스를 균일화하는 공기 혼합기(air mixer)(20) 및 상기 공기 혼합기(air mixer)와 연결되어 균일화된 온실가스로부터 온실가스의 성분 및 발생량을 측정하는 가스분석부(30)를 포함하여 구성된다.
외부의 신선한 공기를 플로팅 챔버에 일정하게 공급할 수 있도록 설계하는 것이 바람직하고 또한 플로팅 챔버에 포집 되어진 온실가스를 유량 조절이 가능하게 외부 샘플링을 할 수 있도록 설계하는 것이 더욱 바람직하다.
플로팅 챔버에 공급되어지는 신선한 외부 공기는 불필요한 오염을 방지하기 위하여 오일리스 컴프레서(oil-less compressor)에 의해서 공급되는 것이 바람직하고, 유량계를 통하여 조절 할 수 있도록 하는 것이 더욱 바람직하다. 또한 플로팅 챔버에 의해 포집된 공기는 감압형태의 오일리스 컴프레서(oil-less compressor)에 의해 공기 혼합기(air mixer) 거쳐서 일정유량으로 배출되게 하는 것이 바람직하다.
도 2는 본원 발명의 일 구현예에 따른 플로팅 챔버(floating chamber)(10)를 나타낸 것으로, 상기 플로팅 챔버(floating chamber)는 중공이 형성된 평판 형태의 지지부(11)와 상기 지지부 상부에 형성되는 온실가스를 포집할 수 있는 반구형 포집부(12)로 형성될 수 있다.
플로팅 챔버는 슬러리(slurry) 피트에 설치되어지는 관계로 분뇨 위에 띄울 수 있도록 설계 제작하였고 스테인리스 재질을 사용하여 반구 형태로 제작될 수 있다. 축산분뇨에서 온실가스 발생 특성상 다수개를 설치하는 것이 데이터의 신뢰성을 위하여 바람직하고, 본 발명의 일 구현예에서는 10개 세트의 플로팅 챔버를 설치하였다.
한편, 설계 조건에 따라서는, 도면에 도시되지 않았지만 지지부(11)는 외측벽 일측에서부터 중공으로 향하도록 형성된 홈부가 형성될 수 있다.
이러한 홈부는 또 다른 일예에 따라서, 중공부까지 연통되도록 구성될 수도 있다.
이러한 홈부는 외측벽에서부터 중공으로 향할수록 직경이 점점 커지도록 구성될 수 있으며, 이러한 홈부는 지지부(11)에 복수 개 형성될 수 있다.
또한, 홈부는 이의 측방향으로 가지처럼 복수 개 형성된 배관이 구성될 수 있는데, 이 배관은 가스만 통과될 수 있을 정도의 작은 직경을 갖고, 단부는 홈부와 연통되고 다른 단부는 지지부(11)의 내측벽 또는 반구형 포집부(12)의 일측까지 연결될 수 있다.
이러한 구조에 따라, 홈부를 통해 가스가 유입될 때, 분뇨 또는 축사에 뒤섞인 이물질이 함께 홈부에 유입되어도, 배관으로는 유입되지 못하여 가스의 유입을 방해하지 않을 수 있는 이점이 있다.
또한, 홈부로 유입된 이물질은 홈부에 잔여하거나, 상술된 바와 같이 중공과 연통된 경우에는 중공으로 이물질이 다시 배출되도록 유도할 수 있다.
또 다른 설계 조건에 따라서는, 중공의 높이방향을 따라 지지부(11)의 중공 내측으로는 분사부가 구성될 수 있는데, 상기 분사부는 복수 개의 홈부 방향으로 형성된 복수 개의 노즐이 구성되고, 외부로부터 소스를 공급받을 수 있도록 호스가 연결될 수 있다.
이때, 소스는 물이나 수증기인데, 이러한 소스를 노즐을 통해 홈부로 분사함으로써, 이물질이 홈부로 유입되어도, 이물질에 하중이 증가되어 바닥으로 가라앉아 상기 배관으로 이물질이 유입될 가능성을 미연에 방지할 수 있다.
이에 따라, 배관이 홈부의 상, 하부에 형성되면 안되고, 측부에 구성되어야 하는 것이다.
도 3은 본원 발명의 일 구현예에 따른 공기 혼합기(air mixer)를 나타낸 것으로 상기 공기 혼합기(air mixer)는 플로팅 챔버(floating chamber)로부터 공급되는 포집된 온실가스의 농도를 균일하게 하기 위하여 내부에 혼합용 팬이 설치되는 것이 바람직하다. 도 3의 나타낸 공기 혼합기의 경우에는 상부에 혼합용 팬을 설치하였고 공기 혼합기의 크기와 형태는 다양하게 변화 시킬수 있으며, 내부로 유입되는 온실가스 및 내부의 오염을 모니터링 할 수 있도록 재질은 투명한 아크릴 또는 유리 재질로 구성되는 것이 바람직하고, 돈사 등의 축사의 외부에 설치되는 것을 감한할 때 아크릴 등의 소재가 더욱 바람직하다. 또한 공기 혼합기는 다수개가 플로팅 챔버(floating chamber)와 직렬 또는 병렬로 연결하는 것이 온실가스의 농도를 균일하게 하는데 있어서 더욱 효과적이다.
본원 발명에 따른 온실가스 발생량 분석 시스템에 있어서, 상기 플로팅 챔버(floating chamber)는 슬러리(slurry) 돈사의 바닥에 구성되는 슬래이트(slat) 하부에 수집되는 분뇨의 상부에 설치될 수 있다. 더욱 바람직하게는 상기 플로팅 챔버(floating chamber)는 균일한 온실가스의 포집 및 혼합을 위하여 다수개가 설치될 수 있다.
도 4는 본원 발명의 일 구현예에 따른 슬러리(slurry) 돈사 내부에 설치되는 플로팅 챔버(floating chamber)의 설치 위치를 개념적으로 나타낸 것으로, 돈 분뇨의 특성상 분뇨점도에 따라 발생 온실가스가 점도가 낮은 쪽으로 모여 일정농도 이상이 되면 한쪽으로만 방출되는 채널링(channelling) 현상을 대비하기 위하여 같은 위치에 3개 또는 4개를 설치하였고 돈 분뇨를 배출하기위하여 슬러리 피트가 한쪽 방향으로 흐르게 설계되어 있으므로 돈사 위치별로 제작된 플로팅 챔버를 육성돈사에 10지점을 선정하여 설치하였다.
본원 발명에 따른 온실가스 발생량 분석 시스템에 있어서, 상기 공기 혼합기(air mixer)와 가스분석부는 축사의 외부에 설치되고 플로팅 챔버(floating chamber)와는 샘플링 라인으로 연결될 수 있다.
도 5는 본원 발명의 일 구현예에 따른 슬러리(slurry) 돈사 내부에 설치되는 플로팅 챔버(floating chamber)와 샘플링 라인의 실제 설치 모습을 나타낸 것으로 육성돈이 샘플링 라인의 훼손을 방지하기 위하여 제작 설치된 모습을 나타내었다.
도 6은 본원 발명의 일 구현예에 따른 슬러리(slurry) 돈사 외부에 설치되는 공기 혼합기(air mixer)의 실제 설치 모습을 나타낸 것으로 신선한 외부 공기를 일정량을 제어하여 투입할 수 있도록 각 플로팅 챔버에 유량계를 설치하는 것이 바람직하다. 또한 플로팅 챔버로부터 돈사 내부에서 연결된 샘플링 라인은 돈사 외부에서 샘플링을 할 수 있도록 오일리스 컴프레서(oil-less compressor)와 유량계로 구성하는 것이 더욱 바람직하다.
본원 발명에 따른 온실가스 발생량 분석 시스템에 있어서, 상기 가스분석부는 가스 크로마토그래피-전자 포획 검출기(GC with elctron capture detector: GC-ECD) 및 TGA를 이용하여 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)를 분석하는 것이 바람직하다.
이하, 본원 발명의 슬러리 돈사의 온실가스 발생량 분석 시스템을 이용하여 실제 양돈 농가에서 발생하는 온실가스 분석의 방법을 상세히 설명한다.
<슬러리 돈사의 온실가스 배출 측정>
경기도 화성에 위치한 양돈농가로 육성돈 사육두수가 연 평균 350두를 유지하고 있고, 육성돈사는 윈치커튼 방식이며 슬러리 피트형태로 분뇨를 저장하고 있는 대표적인 농가를 선정하여 가스 샘플링 및 분뇨 분석을 진행하였다.
본원 발명의 온실가스 발생량 분석 시스템을 이용하여 시료를 채취할 수 있었으며 가스 시료 채취를 위하여 플로팅 챔버의 정상상태 조건을 유지하기 위하여 돈사 외부의 신선한 공기를 5 내지 9 L/min의 조건으로 포집 전에 1시간 동안 공급한 후 1 L/min 조건으로 감압 오일리스-컴프레서를 이용하여 5분 동안 테들러백에 포집하였다. 포집되어진 시료는 GC/ECD를 이용하여 CH4 와 N2O를 분석하였다. 분석된 CH4 와 N2O의 농도로 온실가스 발생량을 단위시간당 단위면적당 발생량(flux, mg/m2·s)을 다음의 계산식을 이용하여 계산하였다.
식: 
단, Flux: 단위 시간당 단위면적당 온실가스 발생량(㎥/s)
Coutput : 챔버의 농도(ppm)
Cinput : 외부공기의 농도(ppm)
Area : 챔버의 면적
P : 압력 (Pa = kg/(m*s2))
M : 분자량(kg/kmol)
R : 기체 상수(J/kmol ok)
T : 절대 온도(ok)
또한, 온실가스 발생원인 분뇨의 성분 및 특성 변화가 온실가스 발생량과의 상관관계를 알아보기 위하여 분뇨 시료를 피트 밑에서 500ml 폴리프로필렌 포집병에 채취하였다. 현장에서 분뇨시료의 온도, pH, ORP(Oxidation-Reduction Potential, 산화환원전위: 분뇨시료의 산화과정인지 환원과정인지를 분석할 수 있는 계측방법)를 측정하였다. 분뇨 시료를 냉장 보관하여 시료의 변질을 최소화 하였으며 TKN(Total Kjeldahl Nitrogen: 총킬달질소 총질소 양으로 킬달법으로 측정), NH4 +-N(암모니아성 질소, 시료 중 암모니아성 질소 이온농도를 측정하는 것으로 유기성질소가 암모니아성 질소로 변하고 다음에 아질산성질소로 산화되어 질산성질소로 변하는 질소순환과정임), NO3-N(질산성질소로 VS(Volatile Solid: 휘발성고형물) 온실가스의 양을 추정할 때 사용됨), TC(Total Carbon: 메탄(CH4) 발생량 계산시 사용), TS(Total Solid: 총고형물로 온실가스의 양을 추정할 때 사용됨), BOD(Biochemical Oxygen Demand: 생물화학적 산소 요구량으로 유기물농도에 해당함), CODmn (Chemical Oxygen Demand-Titrimetric Method-Acidic Permanganate, 화학적 산소 요구량 과망간산칼륨법: 유기물농도측정), SS(Suspended Solid: 현탁고형물로 시료속에 포함되어 녹아있는 고형물)의 분석을 수행하였다.
<분뇨성분 분석>
분뇨시료를 채취 후 현장에서 분석한 pH, ORP, 분뇨시료온도, 대기온도, 대기 상대습도를 측정하여 표 1에 나타내었다.
| 항목 | pH | ORP (mv) |
시료Temp (℃) |
외부Temp (℃) |
외부상대습도 (%) |
| 일자 | |||||
| 7월 28일 | 6.89 | -315 | 28.4 | 32.5 | 54 |
| 8월 05일 | 6.92 | -308 | 28.1 | 33.2 | 48 |
| 8월 11일 | 6.88 | -306 | 28.2 | 30.0 | 72 |
| 8월 18일 | 6.77 | -299 | 29.4 | 31.2 | 55 |
| 8월 25일 | 6.93 | -334 | 27.9 | 29.1 | 63 |
| 9월 01일 | 6.93 | -320 | 27.3 | 29.5 | 42 |
| 9월 08일 | 6.85 | -318 | 27.6 | 29.8 | 47 |
| 9월 16일 | 6.81 | -296 | 26.2 | 28.9 | 43 |
| 9월 23일 | 6.85 | -257 | 26.5 | 29.5 | 37 |
| 9월 30일 | 6.87 | -306 | 25.9 | 22.3 | 72 |
| 10월 07일 | 6.93 | -287 | 26.1 | 27.5 | 35 |
| 10월 14일 | 6.97 | -259 | 24.0 | 20.6 | 54 |
| 10월 21일 | 6.80 | -265 | 25.4 | 24.0 | 21 |
| 10월 28일 | 6.82 | -247 | 23.8 | 22.5 | 32 |
| 11월 04일 | 6.92 | -260 | 22.3 | 16.5 | 53 |
시료의 온도는 주변온도변화 둔감하게 나타났으며 상대 습도가 높은 날 즉, 비오는 날에도 pH, ORP, 시료온도에 영향을 미치지 않는 것을 알 수 있었다. pH는 분석 일 동안 변화가 없는 것을 볼 수 있다.
분뇨시료 온도와 ORP의 거동을 도 7에 나타내었다. ORP 농도는 산화전위가 점점 낮아짐을 볼 수 있으며 -247 내지 -344mV 까지 변화되었다. 이는 분뇨 중에서 호기성 미생물에 의한 질산화 반응이 이루어지고 있음을 추정할 수 있으며 ORP 분석 결과 탈질화 반응은 매우 미미한 상태로 추측되어지며 N2O의 발생은 거의 이루어지지 않을 것을 예상할 수 있었다.
TKN은 주변 환경에 관계없이 8,000ppm을 중심으로 안정적으로 유지하고 있으며 도 8에 나타내었다. 주변온도와 분뇨시료의 온도 변화에 NH4+-N 와 NO3--N 농도가 크게 변동되지 않는 것을 알 수 있었으며 도 9 및 도 10에 각각 나타내었다. 시료 온도에 따라 ORP 변화가 이루지고 있음을 볼 수 있다.
분뇨 시료중의 TS는 약 10%대에서 나타났으며 그중 VS의 함량은 일정한 비율로 나타남을 알 수 있었다. TC(건물중)는 44% 대에서 일정한 값을 유지하였다. 각각 도 11 및 도 12에 나타내었다.
<온실가스 성분 분석>
가스성분 분석은 N2O의 농도가 ppb 단위로 낮게 나타나기 때문에 정밀도를 높이기 위하여 GC/ECD와 TGA로 병행해서 분석하였다. N2O의 농도의 분석결과를 도 13에 나타내었다. 대기 중의 신선한 공기에 포함된 N2O의 농도는 약 300ppb를 나타내고 있으며 육성돈사 10곳에서 샘플링 한 가스 시료의 농도를 볼때 오차 범위 안의 농도가 나타남을 알 수 있었다. 이 결과는 분뇨분석에서 예측한 값과 일치함을 알 수 있었다. 슬러리 돈사에서는 N2O의 발생이 거의 없다고 판단되어진다.
채취한 시료의 CH4 농도를 7월 28일부터 8월 25일까지 5회 샘플링 한 결과를 발생량으로 환산하여 돈사 내 각 위치별 산출한 결과를 도 14에 나타내었다. 발생량을 산출한 결과 돈사 내 각 위치별 농도 편차가 크게 나타남을 알 수 있었으며 플로팅 챔버의 최적화 조건 및 안정화 상태(steady-state)가 이루어지지 않은 것으로 판단되어졌다. 돈사 피트 내 모든 플로팅 챔버를 분리 후 발생가스가 정체되는 현상을 방지하기 위하여 플로팅 챔버의 상부에 추가 홀을 가공하고 유입되는 신선한 공기가 분뇨를 직접 접촉하지 않게 하기위하여 T형 유니온을 부착하여 제 설치하고 가스를 샘플링한 후 발생량을 산출하였으며 안정한 결과를 얻을 수 있었다. 산출 결과를 도 15에 나타내었다. 육성돈 슬러리 돈사에서의 CH4 발생량은 0.15 ~ 1.02 mg/m2·s을 구할 수 있었다.
이상에서 설명한 바와 같이 본원 발명에 따른 슬러리 돈사의 온실가스 발생량 분석 시스템은 슬러리 돈사에서 메탄 등을 포함한 온실가스 배출량의 측정에 있어서 매우 효과적임을 알 수 있다.
10: 플로팅 챔버(floating chamber)
11: 지지부
12: 포집부
20: 공기 혼합기(air mixer)
30: 가스분석부
11: 지지부
12: 포집부
20: 공기 혼합기(air mixer)
30: 가스분석부
Claims (10)
- 슬러리 돈사의 분뇨 상부에 띄워져 축산분뇨에서 발생하는 온실가스를 포집할 수 있도록 구성되는 플로팅 챔버(floating chamber);
상기 플로팅 챔버(floating chamber)와 연결되어 포집된 온실가스를 균일화하는 공기 혼합기(air mixer); 및
상기 공기 혼합기(air mixer)와 연결되어 균일화된 온실가스로부터 온실가스의 성분 및 발생량을 측정하는 가스분석부를 포함하되,
상기 플로팅 챔버(floating chamber)는 중공이 형성된 평판 형태의 지지부와 상기 지지부 상부에 형성되는 온실가스를 포집할 수 있는 반구형 포집부로 형성되고,
상기 지지부는 외측벽 일측에서부터 중공으로 향하거나, 중공까지 연통되도록 구성된 홈부가 형성되고,
상기 홈부는 외측벽에서부터 중공으로 향할수록 직경이 점점 커지도록 복수 개 형성되며,
상기 홈부는 이의 측방향으로 복수 개 가지형태로 형성된 배관이 형성되되, 상기 배관의 일 단부는 홈부에 연통되고, 다른 단부는 지지부의 내측벽 또는 반구형 포집구의 일측까지 연결되며,
중공의 높이방향을 따라 지지부(11)의 중공 내측으로는 분사부가 구성되되, 상기 분사부는 복수 개의 홈부 방향으로 형성된 복수 개의 노즐이 구성되고, 외부로부터 물이나 수증기를 공급받을 수 있도록 호스가 연결되어, 노즐을 통해 물이나 수증기를 홈부로 분사함으로써, 이물질이 홈부로 유입되어도, 이물질에 하중이 증가되어 바닥으로 가라앉아 상기 배관으로 이물질이 유입되는 것을 방지하고,
상기 포집부에는 오일리스 컴프레서(oil-less compressor)에 의해서 공급된 외부의 공기가 공급되는 외부공기 공급부가 형성되며,
상기 공기 혼합기(air mixer)는 플로팅 챔버(floating chamber)로부터 공급되는 포집된 온실가스의 농도를 균일하게 하기 위하여 내부에 혼합용 팬이 설치되고,
상기 플로팅 챔버(floating chamber)는, 균일한 온실가스의 포집 및 혼합을 위하여 다수개가 설치되며, 슬러리(slurry) 돈사의 바닥에 구성되는 슬래이트(slat) 하부에 수집되는 분뇨의 상부에 설치되고,
상기 공기 혼합기(air mixer)와 가스분석부는 축사의 외부에 설치되고 플로팅 챔버(floating chamber)와는 샘플링 라인으로 연결되며,
상기 가스분석부는 가스 크로마토그래피-전자 포획 검출기(GC with elctron capture detector: GC-ECD) 및 TGA를 이용하는 것을 특징으로 하는 슬러리 돈사의 온실가스 발생량 분석 시스템. - 삭제
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