1. 양돈에 오존의 효과

 

(1) 살 균
오존 및 자외선에 의한 세균살균의 주요 원인은 세포막계의 파손에 의한 생물기능의 저해 및 DNA 손상, 세포질의 유출 등에 의한 것이라 한다.이것은 세포막상의 효소계가 산화되어 그 활성을 잃고, 보다 고도의 오존처리에 의해 각 물질이 파괴되는 실험에 의해서 증명되고 있다. 오존의 바이러스 불활성화 기구는 세균의 경우와는 달리 바이러스의 카프시드 단백질과 DNA 또는 RNA 본체에 모두 작용하며 그 두가지 작용이 불활성화에 관련되는 것이라 한다. 카프시드 단백질의 손상인 경우는 바이러스가 세포에 흡착되는 것을 저해함으로써 생기며, DNA 또는 RNA 손상의 경우는 바이러스의 증식기능을 잃게 되는 결과가 생긴다. 그러나 실제 바이러스의 불활성화 발현에 있어서는 카프시드 단백질의 손상보다는 DNA 또는 RNA의 손상이 주요 원인이 되고 있다. 가장 저항성이 큰 원생동물인 Cyst(아포)에서도 99% 불활성화에 필요한 농도시간 곱은 4 ㎎·분/ℓ이며, 오존이 매우 뛰어난 소독효과를 갖고 있음이 분명 하게 밝혀졌다. 그람음성 세균으로서 대장균에서는 오존농도 0.01 ㎖/ℓ, 접촉시간 1분에 99% 불활성화 되며, 바이러스에서는 1 ㎎/ℓ정도의 오존에서 1분 접촉시키면 동일한 불활성화 효과가 얻어지는 것으로 보이며 매우 강력한 소독제임을 알 수 있다.
                                   
(2) 탈 취
돈사에서 악취발생 물질을 산화시켜 알데히드(-CHO), 이산화탄소 등으로 분해시켜 독성과 악취가 없는 물질로 바꾸어 주는 오존의 탈취작용은 산화작용과 다른 잡취를 덮어버리는 마스킹 효과의 2가지인데, 주로 산화작용을 이용하여 악취 성분의 기(Radical)를 변화시키거나 분자구조를 파괴시키므로 악취가 제거된다.

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오존은

• 유지비가 거의 없고

• 관리가 용이하며

• 2차 부산물이 없고   

• 처리속도가 빠르다

• 설치가 간단하고 설비 비용이 들지 않는다.

단, 탈취방식의 선정은 돈사현장의 악취성분, 농도, 배기량에 의해 선정되어야 하므로 대규모로 돈사 전체의 일괄 탈취방식은 실패의 가능성이 있으므로 일정 평수(15~50 평)를 단위로 처리하는 모듈방식이 적합하다.

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① 오존의 암모니아 제거 화학식
     NH3+O3 → NO2+H++H2O 
     NO2+O3 → NO3+O2

② 메탄 제거 화학식
     3CH4(메탄)+4O3 → 3CO2+6H2O

③ 유기물분해      
④ 색도분해
⑤ BOD, COD 감소 

 

평수(15~50평)를 단위로 처리하는 모듈방식이 적합하다.                

 

 

2. 축산에서 오존의 이용 
 

(1) 축사 내 공기살균 탈취 
점점 사육규모가 대형화, 밀집화되고 있는 현실에 비추어 개별적인 대응보다는 축사군 전체의 균형적인 건강유지를 목표로 하는 것이 중요하다. 그런데 축사 내 환경이 적합치 않으면 보호 대응력이 떨어지고 스트레스, 고혈압, 위궤양 등이 다발하며 면역이 약해져서 쉽게 질병에 노출 된다고 한다. 특히 축사가 밀폐되는 동절기에는 온·습도, 환기, 소독, 영양 등에 대한 세심한 배려가 요구된다. 이는 결국 돈군, 계군 등의 질병감염 및 증체율의 감소를 막아 수익증대 효과를 얻기 위함이라고 하겠다. 여기에서는 오존과 자외선에 의한 축사 내  살균, 탈취에 의하여 동절기 축사관리 방법 및 효과에 대하여 설명한다.
                                                                
① 호흡기질병 예방                                                     
호흡기질환을 유발하는 원인은 다양하지만, 돈사 내 상재한 세균수나 암모니아, 메탄 등의 가스, 적정 온·습도 유지는 특히 중요하다. 살균 및 탈취원리는 전술하였고, (표1)은 살균 탈취램프를 설치한 충남 홍성 지역의 7개 양돈농장의 돈사 내 낙하 세균수를 측정한 결과이며, 균수가 설치전의 10% 이내로 유지되는 것을 확인할 수있었다. 또 돈사 내의 상재 세균 및 냄새나 가스농도가 낮아지므로 호흡에 필요한 산소공급을 위한 정도만 환기해 줌으로써 온도차에 의한 스트레스를 줄여 호흡기 질환을 예방하고 감소시킬 수 있다. 전염성 질병을 전파하는 파리, 모기, 날벌레, 쥐 등도 자연히 감소 및 없어지게 된다. 

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② 바이러스성 질병 (TGE, PED 등) 예방 
겨울철 온도가 낮아지면서 바이러스성 전염병이 빈발하게 된다. 그런데 바이러스는 거의 공기를 통해서 세균의 세포를 이용하여 감염되므로 바이러스의 불활성화와 돈사 내 상재 세균수의 감소가 중요하다. 오존 및 자외선에 의한 살균 및 바이러스 불활성화는 돈군 내의 감염된 개체에 의한 수직감염이나 돈분에 의한 전염은 차단하기 어려우나 공기중으로 전파는 바이러스 불활성화와 상재 세균수의 감소로 전염을 거의 예방할 수 있다.     

 

③ 대장균성 설사
돈사에 만연되어 있는 대장균성 설사에 있어서는 오존 및 자외선에 의한 살균에 의해서는 직접적으로 예방할 수 없다. 현재 오존살균램프를 설치한 일부 농장에서의 대장균성 설사의 감소는 장치의 직접적인 효과라기보다는 청정한 돈사에서 장기간 성장한 돼지가 건강하여 감염되었더라도 증상으로 나타나지 않는 것으로 생각된다.

 

④ 방문객에 의한 전염의 차단
방문차량에 의한 전염의 차단은 소독약 분무방법으로 법제화되어 있고, 방문객에 대한 소독은 농장 자체적으로 소독약 분무장치나 바닥에 소독액을 희석한 물을 뿌려 사용하고 있는데, 방문자 출입구에 오존·자외선 살균장치를 설치하여 살균하면 불쾌감이나 겨울철 결빙을 방지할 수 있다.
         
⑤ 난방비 등의 절감
오존 및 자외선을 이용한 살균탈취로 돈사 내 공기가 청정해지면 환기량이 줄어 동절기 난방비 및 팬 동력비를 절감할 수 있고, 질병이 감소하므로 약품 사용비 및 인건비 등 부대비용이 절감될 것으로 생각된다.

 

(2) 음용수 살균
축사에서는 대부문 지하수를 음용수로 이용하고 있다. 그런데 지하수 자체가 오염되어 있거나 비상 시를 대비하여 수조에 저수하여 이용하는 경우에 공기중 또는 작업, 배관에서의 역오염으로 음용수가 음용에 적합하지 않은 경우가 빈번히 발견된다. 식수 부적합이 세균, 대장균 등이 원인일 경우엔 오존과 자외선을 이용한 살균장치로 간단히 정수하여 안전하게 이용할 수 있으며, 부수적으로 물탱크에 이끼의 발생을 차단하여 용존산소량을 유지할 수 있고, 배관의 슬라임 발생을 억제하여 좋은 물을 음용케 할 수 있다. 

 

(3) 축산분뇨 처리
현재 축산농가가 전국에 걸쳐 분포되고 사육두 수 증가와 함께 배출되는 분뇨에 대한 정부의 환경관리 체제가 강화됨에 따라 축산분뇨처리 문제가 축산농가에 큰 부담으로 되는 것이 현실이다.

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먼저 기존의 생물화학적 처리방식은 다음과 같다.
시설 초기에는 생물학적 처리가 가능하나 6개월 정도 후에는 질소화합물로 인해서 처리효율이 낮아지고, BOD는 낮으나 COD 색도제거가 불가능하며, 난분해성 물질의 처리가 어렵고 활성탄에 오염부하가 많아 유지관리가 안된다. 더욱이 축산분뇨는 가축의 분뇨 및 세척수로서 오염농도가 높고 복합적인 처리과정을 필요로 하므로 설비시 최종 처리수의 수질기준의 적합여부와 색도 등을 고려한다면 오존처리는 거의 필수적이라 할 수 있다. 

오존은 그 산화력을 이용해 폐수의 탈색, 탈취, BOD·COD 제거, 페놀 및 시안 분해, 살균, 최종 방류수 외관개선, 난분해성 물질이 분해되도록 분자구조 변화 등의 작용을 하는데 많이 이용되고 있으며, 처리설비를 위해서는 분뇨의 수질분석, 전문가의 설계 및 지원, 파일럿테스트 등이 필수적이다.

 

(4) 기타 제언 
축사에서 오존을 이용하는 경우 오존의 특성 및 오존발생장치의 내용에 대한 충분한 이해가 필요하며, 특히 안전하게 이용할 수 있도록 세심한 주의가 필요하다. 

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첫째, 축사내 공기 살균·탈취 및 음용수 살균에서는 순수 오존(Pure Ozone) 발생방법인 광화학적 방식의 오존 발생장치를 이용하는 것이 안전하다. 고전압방전식 발생장치는 고농도(5,000~30,000 ppm)오존을 생성하므로 잘못 누출될 경우 치명적인 위험에 노출될 수 있으며, 특히 질소화합물(Nox)을 다량 생산하므로 사람의 생활공간에서는 주의를 요한다.

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둘째, 축산 분뇨처리는 고농도오존을 발생시키는 고전압방전식의 발생장치를 이용해야 하며, 반응탑에 반드시 잉여오존 파괴 장치를 설치하고 오존누출을 방지해야 한다.

          

셋째, 공기 살균·탈취는 오존과 자외선을 병행 이용하여야 한다. 오존만으로  충분한 살균을 하려면 공기중에 0.3~0.5 ppm을 유지해야 하지만, 그러한 농도는 축사내의 가축뿐만 아니라 인체에도 유해하므로 오존농도를 0.1 ppm 이하(0.01~0.04 ppm)로 유지하여 탈취하고, 살균은 자외선(254 nm)을 병행 이용해야 한다. 

 

 

3. 양계에서의 오존의 효과

(1) 양계에서의 오존의 필요성
양계산업에서의 최대 숙제인 생산성 향상을 위해서 양계인 뿐만 아니라 관련 업체는 물론 관련 기관에서 신제품 개발을 위해 지속적인 노력을 해왔으나, 싼값에 얻을 수 있는 물에 대해서는 대부분 등한시 되어왔다. 특히 세균은 32 ℃의 물에서 20분 마다 2배로 증식이 된다. 그렇다면 세균 1마리가 7시간 후에는 100만 마리로 증식된다는 계산이 나온다. 

1일 령의 병아리는 체중의 85%, 성계는 55~60%가 수분이다. 이같이 높은 수분 함량 때문에 닭들은 짧은 시간 동안이라도 물을 단수시킬  경우에 성장을 비롯하여 생명에 위험을 초래한다. 닭은 체내 지방의 98%, 체내 조직 단백질의 50%를 잃어도 살 수 있으나, 체내 수분을 10%만 잃으면 심한 심리적 타격을 받으며 20%이상 잃으면 폐사한다.

이 처럼 물은 닭들의 생명을 유지하는데 매우 중요한 역할을 한다. 그러므로 닭들에게 오염된 물이나 세균이 있는 물을 공급할 경우 제아무리 좋은 환경과 높은 품질의 육계사료나 기능성 사료를 제조하기 위해 약초 등을 사용한다고 해도 절대로 좋은 품질의 닭을 기대할 수 없다. 이처럼 양계에서 중요한 부분을 차지하고 있는 물을 대부분의 농가에서는 중요하게 생각하지 않고 있다. 특히 여름철에는 고온다습한 기후로 인하여 많은 양의 물을 필요로 하는 이때에 세균에 오염된 지하수가 공급될 때에 예상밖에 큰 피해를 볼 수가 있다. 그러한 바, 닭에게 공급하는 물의 중요성을 조명해본다.

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(2) 좋은 물이란?
닭에게 공급하는 기장 좋은 물은 pH범위가 6.5~7.5 사이의 신선한 물이다. pH가 6.5 이하인 산성의 물은 닭의 생산성을 떨어뜨리는 동시에 급수시설을 손상시킬 수 있으며, pH가 7.5이상의 알카리성 물은 염소의 함량이 높은 물로 급수에 따르는 시스템을 손상시킬 수 있다. 특히 뽑아 올린 지하수가 신선한 물이라 할지라도 급수 공급장치나 배관 등이 불량하면 닭에게 오염된 물이 공급될 수 있으므로 요오드화합물 등을 이용하여 급수라인을 정기적으로 청결하게 해주어야 한다. 급수 시스템관리에 있어 가장 중요한 것이 급수라인 내부에 붙어있는 유기물이다. 이 유기물은 세균이 번식하는 보고가 된다. 그러므로 수시로 이 유기물을 제거하여 지하로 부터 뽑아 올린 신선한 물을 최단 시간 내에 닭들이 먹을 수 있도록 해야 한다.

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(3) 계사의 급수방법
계사에서 쓰이는 급수기는 원통형, 일자형, 니플형 등이 있다. 이 급수기들은 각각 장단점이 있는데, 중요한 것은 급수 파이프 라인을 계사 위쪽에 설치하지 말고 니플형과 같이 최대한 낮춰야 한다. 그 이유는 계사 바닥보다 위쪽의 기온이 높아 짧은 시간내에 물의 온도를 높여 줌에 따라 세균의 번식이 빨라지기 때문이다. 특히 기온이 높은 여름철의 경우에 단열이 잘 설치되어 있지 않은 계사에서는 계사 바닥의 온도보다 물의 온도가 높아 세균이 빠르게 번식할 뿐만 아니라 더위에 시달리는 닭의 체온을 끌어 내릴 수가 없기 때문이다. 이 때문에 여름철 급수는 지하수를 끌어올린 즉시 닭들이 먹을 수 있도록 하는 것이 가장 좋으며, 중간에 물 저장탱크의 설치는 단수에 대한 걱정이 없을 경우 가능한 설치하지 않는 것이 좋다. 만약에 설치를 할 경우에는 별도의 살균장치를 설치하고 물의 온도가 상승하지 않는 범위에서 하는 것이 바람직하다.

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(4) 물의 살균처리
최근 물에 대한 중요성이 확산되면서 오존 등 관심이 높아가고 있고, 실제로 현장에서 사용하여 많은 효과를 보고 있는 것으로 조사 되었다. 이에 대하여 어떤 효과가 있는지 알아보기로 한다.

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(미국 DEL 농업주식회사 매트 T. 로이) “오존은 물속의 바이러스, 세균, 곰팡이, 효모에 대한 뛰어난 살균효과와 정화작용으로 수인성 질병을 억제시키며, 환경에 전혀 무해하므로 그 활용과 잠재성이 커져가고 있다. 본고에서는 양계산업에 오존의 활용가치와 실례를 소개하고자 한다”  오존은 지난 1세기동안 유럽 국가들의 음료수 정화법으로 이용되어져 왔고, 1984년 이래 대부분의 병에 담긴 음료수는 오존으로 정화되어 시판되고 있다. 이것은 오존이 무엇보다 안전하게 물을 정화시킬 수 있는 가장 강력한 산화제이기 때문이다. 오존은 염소보다 빨리 세균을 파괴시키고, 또한 용해산소를 증가시키면서 물속에 해로운 잔류물이나 부산물을 전혀 남기지 않는 특징을 가지고 있다. 양계장에서 이 오존으로 살균처리된 물을 이용할 경우, 화학제품의 사용과 관리비용 감소등으로 경제적 이득을 증대시킬 수 있다.

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(a) 오존의 특징과 기능

오존은 활성산소이며, 3개의 산소원자(O3)로 이루어져 있고, 자연상태에서 공기가 태양의 자외선(UV rays)이나 번개에 노출될 때 생성되는 매우 강력한 산화제이다. 우리는 폭풍 번개가 지나간 후 쉽게 오존의 깨끗하고 상쾌한 냄새를 맡을 수 있다. 오존은 모든 세균, 바이러스, 곰팡이, 진균과 효모를 파괴시킬 수 있는 뛰어난 살균력을 가지고 있다. 또한 어떤 다른 일반 화학제품보다 더 빠르고 효과적으로 물을 정화시키는 것으로 입증되고 있으며, 특히 염소보다 3,124배 더 빠르게 세균을 파괴시킬 수 있다. 사진은 단 한번의 오존의 처리 전(왼쪽), 후(오른쪽)의 세균의 변화를 나타낸 것이다. 오존의 다른 중요한 기능은 물에 녹아 있는 금속과 무기질을 산화시켜 침전을 일으키고, 이 침전물을 쉽게 여과하여 원수(源水)에서 제거할 수 있다는 점이다. 오존은 설비기구나 파이프에 생기는 유해 금속과 무기질의 축적을 막을 수 있으므로, 급수기와 같은 기구는 더 이상 막히지 않아 기구 청소와 관리시간을 단축시킬 수 있고, 급수 파이프라인을 처음 설치했을 때처럼 항상 깨끗하게 유지할 수 있다. 또한 오존은 살충제나 황화수소와 같은 화합물을 산화하고 파괴하므로 원수의 유해한 냄새나 불쾌한 악취를 제거할 수 있다.

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(b) 안전성

오존은 일정한 유지와 보관을 해야 하는 까다로운 화학제와는 달리 현장에서 바로 생성되어 물에 녹기 때문에 환경이나 건강에 무해하다. 예를 들어 염소는 물속에 유기물과 반응하면 클로라민, PCB, 트리할로메탄이나 다른 발암성 물질과 같은 유해한 부산물을 생성한다. 이와는 달리 오존은 물에 어떤 해로운 잔류물이나 부산물도 남기지 않아 안전하다. 즉, 오존처리한 음수는 다음과 같은 중요한 작용을 수행한다.

 

• 수인성 병원체의 제거 및 감소   

• 용해산소의 증가   

• 물속의 금속과 무기질의 침전 및 제거  

• 유해한 소독 부산물(DBPS)의 제거   

• 증체율의 증가

• 폐사율의 감소   

• 열에 대한 저항성 증가   

• 사료 효율의 증강   

• 산란율의 증강

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(c) 농장의 사용

표1은 100,000수 계군의 육계농장에서 오존의 음수처리 효과를 확인하기 위한 시험결과이다. 전체 계군중에서 50,000수는 오존음수 살균기로(AGP -2000)처리된 음수를 공급하였고, 나머지 50,000수는 일반 염소소독 처리된 음수를 공급한 대조군으로 정하였다(다른 모든 사양조건은 동일하게 한다).

 

표1의 결과와 같이 7주의 육성기간 동안 오존처리된 음수를 섭취한 시험군은 대조군보다 2,000수 더 많은 46,800수가 생존하였고, 마리당 평균체중도 2.50 kg으로 대조군의 2.42 kg보다 높게 나타났다. 즉, 오존정화 음수를 섭취한 계군은 생존율 증가와 더불어 평균체중이 증가함을 알 수 있다. 다른 야외 시험보고에 따르면 오존의 이용으로 보데텔라(bordetella)로 인한 손실을 15% 에서 3%로 감소시키는 것으로 나타났다.

결론적으로 양계산업에서 오존의 활용은 생존율 증가, 사료효율 증대와 체중증가, 열에 대한 내성 및 산란율을 증가시키는데 도움을 준다. 무엇보다도 오존처리된 음수를 통하여 화학제품 등의 약품비 절감과 사료비 감소로 농장에 경제적인 이득을 줄 수 있다. 또한 오존은 물의 정화와 질병억제를 통해서 앞으로 양계산업에 혁명을 일으킬 수 있는 무한한 잠재성을 가지고 있다.

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(d) 오존에 의한 계사내 공기의 위생실험
무창 및 개방 계사 내의 낙하 대장균수에 대하여 무창 및 개방계사 모두 오존 탈취 후 낙하 대장균수가 감소하는 경향을 보였다. 특히 개방계사에서는 오존 탈취 후 낙하 대장균 수가 확인되지 않았다. 이때부터 오존을 계사 내에 방출하여 계사 내의 부유 대장균을 사멸시켜 낙하 대장균수를 감소시키는 위생적 효과를 보였다. 또한 낙하 세균수를 조사하기 위해 사용한 배지는 대장균수 측정용의 배지를 사용하였다.

이것은 계사의 내부가 분뇨에 의하여 세균으로 오염되어 있으므로 계사 내의 공기 정화를 보는 지표에 병원성 세균으로 대장균수를 측정하였다. 이 실험결과 계사 내부에 오존방출이 대장균수의 감소에 효과가 있다는 것은 대장균 이외에 병원 미생물의 살균효과도 기대되므로 계사 내부의 위생관리에 효과가 있다는 것을 알려주고 있다.