Ammonia and Hydrogen Sulfide Monitoring in Broiler Barns and Cattle Barns

계사 및 우사 내 암모니아 및 황화수소 노출농도 평가

박지훈*·석지원*·이상아*·권오훈*·이경숙**·허용***·윤충식****

*서울대학교 보건대학원 환경보건학과

**농촌진흥청 국립농업과학원

***대구가톨릭대학교 산업보건학과

****서울대학교 보건환경연구소

Ammonia and Hydrogen Sulfide Monitoring in Broiler Barns and Cattle Barns

Jihoon Park *, Jiwon Seok*, Sangah Lee*, Ohhun Kwon*, Kyungsuk Lee **, Yong Heo***, and Chungsik Yoon****

*Department of Environmental Health Sciences, Graduate School of Public Health, Seoul National University

**National Academy of Agricultural Science, Rural Development Administration

***Department of Occupational Health, Catholic University of Daegu

****Institute of Health and Environment, Graduate School of Public Health, Seoul National University

ABSTRACT

Objectives: There are many hazardous agents at livestock farms. In particular, gases can be detrimental to both workers and animals. This study evaluated ammonia and hydrogen sulfide concentrations in broiler hen barns and beef cattle barns according to sampling location and height.

Methods: Three broiler hen barns and three beef cattle barns were selected for gas monitoring in this study.

Ammonia and hydrogen sulfide concentrations were measured using a direct-reading instrument which could measure the target gases simultaneously. Gas monitoring was conducted at human breathing height and animal breathing height at three points in each livestock farm.

Results: Ammonia concentrations at the broiler hen barns ranged from 3.3 to 12.5 ppm by sampling location and height, but hydrogen sulfide was not detected. In the beef cattle barns, ammonia ranged from 3.1 to 16.3 ppm and low concentrations of hydrogen sulfide were detected at some animal breathing heights. The gas concentrations detected at each livestock farm were significantly higher in the animal breathing zones than in human breathing zones ( p<0.0001).

Conclusions: We found a difference in gas concentrations between human breathing zones and animal breathing zones. Gas monitoring should be conducted to improve the related environment considering both workers’ and animals’ health and safety.

Keywords: Ammonia, beef cattle, breathing zone, broiler, hydrogen sulfide

†

Corresponding author: Department of Environmental Health Sciences, Graduate School of Public Health, Seoul National University, 1 Gwanak-ro, Gwanak-gu, Seoul 151-742, Tel: +82-2-880-2734, Fax: +82-2-745-9104, E-mail:

[email protected]

Received: 16 September 2015, Revised: 12 October 2015, Accepted: 13 October 2015

I. 서 론

국내 축산업은 축산기술의 발달과 사육방식의 변 화로 인해 과거에 비해 현대화된 시설에서 대규모 집중 사육이 이루어지고 있다. 사육농가 수는 줄어 든 반면 사육되는 가축의 수가 증가함에 따라 가축 관리를 위한 환경관리의 필요성이 증대되고 있는데, 특히 가축의 생산성과 직접 관련된 쾌적한 사육환경 조성이 중요해졌다. 그러나 국내 축산업이 양적인 측 면에서 급속히 확장되었지만 환경 관리의 질적 측면 에서는 경제적 부담으로 인해 아직도 많은 사육 농 가에서 과거 사육방식에 비해 괄목할만한 개선이 이 루어지지 못하고 있다.

최근 사육환경 관리의 편리성 때문에 밀폐형 사육 시설(confined animal feeding operation)이 보급되어 대규모 가축 사육이 이루어지고 있는데, 이는 가축 생산성 관리와 축사 내부 환경 제어가 용이한 장점 이 있지만 공기 교환의 어려움으로 인해 가축 분비 물이나 분뇨로부터 발생하는 가스, 분진 등 유해물 질에 대한 작업자나 가축의 노출 위험이 높아지는 단점이 있다.

특히, 축사에서 발생할 수 있는 오 염물질 중 암모니아와 황화수소는 미생물에 의한 혐 기성 분해과정에서 생성되는데, 작업자와 사육 가축 의 안전보건 측면에서 매우 위험함은 물론 악취문제 와 같이 지역사회의 환경 측면에서도 유해하다. 국 내에서는 암모니아와 황화수소에 대한 직업적 노출 기준을 정하고 있는데, 암모니아의 8시간가중평균치 와 단시간노출기준치는 각각 25 ppm, 35 ppm, 황화 수소는 각각 10 ppm, 15 ppm으로 정하고 있다. 고 농도의 암모니아와 황화수소에 노출될 경우 호흡기 능 저하로 인한 저산소증이나 심할 경우 질식사로 이어질 수 있어 공기 교환이 어려운 밀폐형 축사에 서는 특별한 관리가 필요하다.

축산업은 일반 제조업과는 달리 단위 작업 별 분 업화가 어려워 작업장에서 행해지는 모든 작업을 담 당하게 되는데, 가축 사육형태나 작업 유형에 따라 물리적, 화학적, 생물학적 및 인간공학적 요인 등 광 범위한 유해요인에 대한 노출이 불가피한 직업 특성 을 가지며,

축 종이나 작업의 특성, 사육규모 및 축 사 시설 형태 등 다양한 변수로 인해 작업자의 노 출 특성을 규명하기 매우 어렵다. 축산작업장은 가 축 분뇨의 저장과 발효가 일정기간 동안 지속적으로

진행되므로 해당 작업자는 물론 사육되는 가축 또한 상시적으로 유해가스에 대한 노출이 불가피한 환경 이다. 특히, 사육환경은 축산 제품의 품질문제와 직 결되므로 가축 생산성에 직간접적 영향을 미칠 수 있으며 동물의 복지 측면에서도 환경관리는 매우 중 요하다.

현재까지 국내에서 축산 작업장 환경에 대한 평가 연구가 이루어져 의미 있는 결과들이 제시되었지만, 대부분 양돈 또는 일부 양계 작업장을 대상으로 제 한적으로 수행되어 국외에 비해 다양한 방법론적 접 근이 이루어지지 못하였다. 따라서 본 연구의 목적 은 육용 닭을 사육하는 계사와 육용 한우를 사육하 는 우사를 대상으로 축사 내 암모니아와 황화수소의 노출 농도를 평가하고, 특히 사람의 호흡기 위치와 가축의 호흡기 위치에 따른 노출 농도 수준 차이를 비교하는 것이다.

II. 재료 및 방법 1. 연구대상

연구대상 농가는 국내 전라북도 소재 육계(broiler hen)를 사육하는 계사 3곳과 경상북도 소재 비육우 (beef cattle) 를 사육하는 우사 3곳을 선정하였으며, 2015 년 6월부터 8월까지 여름철에 조사를 실시하였 다. 계사의 경우 환기방식과 개방유무에 따라 유창 형과 무창형 계사로 나눌 수 있는데, 선정된 계사는 모두 밀폐형태로 이루어진 무창형 시설을 갖추고 있 었다. 우사의 경우 전면 개방형태 축사 시설을 갖추 고 있으며, 축사 한 개 동 내에 송아지를 사육하는 공간과 육성우를 사육하는 공간이 별도로 분리되어 있어 각 해당 공간에서 측정을 실시하였다.

2. 측정방법 및 자료처리

본 연구에서의 전반적인 측정 개요는 Fig. 1과 같 다. 암모니아와 황화수소 농도 측정은 전기화학적 원 리를 이용한 센서가 내장된 복합가스측정기(Multi- RAE Lite, RAE Systems, San Jose, CA, USA)를 이용하였으며, 암모니아와 황화수소 및 산소농도에 대한 동시 측정과 실시간 자료의 기록이 가능하다.

측정기기의 암모니아와 황화수소에 대한 측정 가능

범위는 0-100 ppm이며, 분해능(resolution)은 암모니

아 1 ppm, 황화수소 0.1 ppm이다. 측정기기의 보정

은 순도 99.9% 이상의 순수 공기를 이용한 영점 (zero) 보정과 50 ppm의 암모니아와 25 ppm 황화수 소 표준 가스(Calgaz Inc., Houston, TX, USA)를 이 용한 스팬(span)가스 보정을 실시하여 측정값의 정 확성을 확인하였다. 해당 가스측정과 병행하여 IAQ- CALC Air Quality Meter(IAQ CALC, Model 7545, TSI Inc., Shoreview, MN, USA) 를 이용하여 축사 내 온도 및 습도를 측정하였고, 열선풍속계(Veloci CALC air velocity meter, Model 7515, TSI Inc., Shoreview, MN, USA) 를 이용하여 해당 측정위치에

서의 공기 유속을 동시 측정하였다. 측정위치는 계 사와 우사를 세 구역으로 등분하여 각 구역에서 작 업자와 사육되는 가축의 노출을 고려하여 사람의 호 흡기 높이 (1.5 m)와 가축의 호흡기 높이(계사: 0.2 m, 우사: 0.5 m)에서 조사 당시의 농가 상황에 따라 30- 60분 동안 5초 간격으로 측정하였다. 계사의 경우 건물의 입구와 끝 벽면까지의 거리 기준으로 입구로 부터 1/3 지점, 중간지점, 2/3 지점으로 구분하여 각 해당 지역에서 측정하였다. 구분한 세 지점 중 1/3 지점은 입구와의 거리가 가까운 지점에 위치하며, 2/

3 지점은 입구로부터 멀리 떨어진 위치로써 입구 반 대편 벽면에 설치된 환기 팬과 가까운 지점이다. 우 사에서도 세 지점으로 구분하여 측정하였으나, 한 곳 은 송아지(calf)를 사육공간, 다른 두 곳은 육성우 (rearing calf) 를 사육하는 공간이었다(Fig. 2).

축사에서 측정한 암모니아와 황화수소 농도 값은 Shapiro-Wilk 검정 후 정규성을 확인하였으며, 자료 가 기하정규분포를 함에 따라 대표 값으로써 기하평 균(geometric mean, GM)과 기하표준편차(geometric standard deviation, GSD) 로 나타내었다. 가스 농도 와 동시에 측정한 온도 및 습도, 공기 유속의 경우 정규분포를 보임에 따라 평균(mean)과 표준편차 (standard deviation, SD)로 대표 값을 나타내었다. 각 축사 별 암모니아 및 황화수소 노출농도에 대한 기 Fig. 1. Outline of the gas monitoring in this study.

Fig. 2. A schematic diagram of sampling sites (top: poultry barn, bottom: cattle barn).

Ta bl e 1 . B as ic in fo rm atio n on th e s am p lin g f ar m s Fa rm Lives to ck type An im al ty p e S am p ling ar ea Sam p li n g lo ca tio n (h eight)

Fa ci lity ty pe V en ti lation ty pe Vo lu m e (W ×L × H , m

) Nu m b er o f an im al s An im al density (anim al/m

)

B ro ile r a g e (day s) Wo rk er s A P ou lt ry B ro il er he n

1/3 sp ot of building HB ( 1 .5 m ) AB ( 0 .2 m ) W indo wless M ec hanical 23 ×8 5× 3 3 2,000 1 6 .37 2 9 2 C enter o f bu il din g 2/3 sp ot of building B P ou lt ry B ro il er he n

1/3 sp ot of building HB ( 1 .5 m ) AB ( 0 .2 m ) W indo wless M ec hanical 12 ×9 0× 3 2 0,000 1 8 .52 1 4 3 C enter o f bu il din g 2/3 sp ot of building C P ou lt ry B ro il er he n

1/3 sp ot of building HB ( 1 .5 m ) AB ( 0 .2 m ) W indo wless M ec hanical 12 ×9 0× 3 1 7,000 1 5 .74 1 4 3 C enter o f bu il din g 2/3 sp ot of building D C attl e B eef cattle

Calf area HB ( 1 .5 m ) AB ( 0 .5 m ) O p en building N at u ral 24 ×8 6× 3 1 50 0.07 - 3 R earing calf area (1) R earing calf area (2) E C attl e B eef cattle

Calf area HB ( 1 .5 m ) AB ( 0 .5 m ) O p en building N at u ral 24 ×4 4× 3 7 1 0 .07 - 4 R earing calf area (1) R earing calf area (2) F C attl e B eef cattle

Calf area HB ( 1 .5 m ) AB ( 0 .5 m ) O p en building N at u ral 22 ×4 0× 3 6 1 0 .07 - 2 R earing calf area (1) R earing calf area (2)

H B : Hum an brea thing zone, AB: Anim al breathing zone.

Ta bl e 2 . D es cri p tiv e s ta tis tic s o f ta rg et ga se s an d e n vi ro n m en ta l co nd it io n s Farm An im al ty p e Sa m p li n g location S am p ling he ig ht

Sa m p li n g tim e (m in ) N

C oncen tr ation (ppm )

Ox y g en (%) T em p erature (

C) R elati v e h u m idity (%)

Air v el o city (m /sec) Am m onia H y d rogen sulf ide G M (GS D ) R ange GM (GS D ) R ange Mean ±S D M ean± S D M ea n±S D M ean± S D A Bro il er

1/3 spot H B 30 3 6 0 8 .8 (1 .4 ) 6 .0-5 4.0 N D

ND 20 .8 ±0.1 23.8± 0.2 7 8 .2 ± 1 .3 -

A B 30 3 6 0 9 .9 (1 .1 ) 9 -1 4.0 N D N D 2 0 .7 ±0.1 24.3± 0.1 7 4 .1 ± 1 .2 Ce nter of b u ilding H B 35 4 2 0 15.4 ( 1 .6 ) 9 .0-2 6.0 N D N D 2 0 .8 ±0.1 24.4± 0.2 7 3 .5 ± 0 .9 A B 30 3 6 0 16.8 ( 1 .2 ) 11.0-32.0 N D N D 2 0 .7 ±0.1 24.4± 0.1 7 3 .3 ± 0 .6 2/3 spot H B 45 5 4 0 7 .1 (1 .3 ) 5 .0-1 7.0 N D N D 2 0 .9 ±0.0 24.6± 0.1 7 1 .7 ± 1 .7 A B 30 3 6 0 15.9 ( 1 .9 ) 4 .0-3 5.0 N D N D 2 0 .7 ±0.2 25.1± 0.3 6 4 .8 ± 1 .4 B Bro il er

1/3 spot H B 30 3 6 0 1 .3 (1 .4 ) 1 .0 -3 .0 N D ND 20 .9 ±0.0 27.0± 0.4 7 0 .3 ± 1 .3 0 .2±0 .1 A B 35 4 2 0 2 .7 (1 .4 ) 1 .0 -6 .0 N D ND 20 .9 ±0.1 27.4± 0.2 6 7 .5 ± 2 .2 0 .2±0 .1 Ce nter of b u ilding H B 30 3 6 0 1 .1 (1 .3 ) 0 .0 -2 .0 N D ND 20 .9 ±0.1 28.8± 0.3 6 0 .2 ± 1 .7 1 .0±0 .4 A B 40 4 8 0 3 .3 (1 .2 ) .0-5 .0 N D N D 2 0 .8 ±0.1 30.1± 0.2 5 5 .6 ± 1 .0 0 .9±0 .2 2/3 spot H B 30 3 6 0 7 .0 (1 .1 ) 6 .0 -8 .0 N D ND 20 .9 ±0.0 27.0± 0.2 7 1 .8 ± 1 .0 0 .3±0 .1 A B 30 3 6 0 10.5 ( 1 .1 ) 8 .0-1 6.0 N D N D 2 0 .9 ±0.2 27.8± 0.3 7 0 .0 ± 1 .0 1 .1±1 .0 C Bro il er

1/3 spot H B 30 3 6 0 1 .3 (1 .5 ) 0 .0 -3 .0 N D ND 20 .8 ±0.1 29.9± 0.5 5 7 .6 ± 2 .2 0 .7±0 .4 A B 35 4 2 0 2 .5 (2 .3 ) 0 .0 -9 .0 N D ND 20 .9 ±0.1 27.8± 0.3 6 6 .5 ± 1 .9 0 .2±0 .1 Ce nter of b u ilding H B 45 5 4 0 5 .5 (1 .2 ) 4 .0 -7 .0 N D ND 20 .9 ±0.1 30.8± 0.2 5 7 .1 ± 0 .9 0 .8±0 .2 A B 30 3 6 0 7 .3 (1 .1 ) 6 .0-1 2.0 N D N D 2 0 .8 ±0.1 30.4± 0.1 5 8 .4 ± 1 .1 1 .1±0 .3 2/3 spot H B 45 5 4 0 7 .0 (1 .1 ) 6 .0 -8 .0 N D ND 20 .9 ±0.0 31.6± 0.2 5 2 .9 ± 1 .3 0 .5±0 .1 A B 45 5 4 0 11 .7 (1.2) 8 .0-1 9.0 N D N D 2 0 .9 ±0.1 31.9± 0.1 5 6 .2 ± 1 .3 0 .9±0 .7 To ta l HB -- 4.9 (2 .3 ) 0 .0-5 4.0 N D N D 2 0 .8 ±0.1 27.1± 2.8 6 6 .8 ± 8 .4 0 .2±0 .2 A B 6.4 (2 .0 ) 0 .0-3 5.0 N D N D 2 0 .7 ±0.1 27.9± 2.4 6 2 .2 ± 7 .4 0 .6±0 .6

Ta bl e 2 . Cont in ued Farm An im al ty p e Sa m p li n g location S am p ling he ig ht

Sa m p li n g tim e (m in ) N

C oncen tr ation (ppm )

Ox y g en (%) T em p erature (

C) R elati v e h u m idity (%)

Air v el o city (m /sec) Am m onia H y d rogen sulf ide G M (GS D ) R ange GM (GS D ) R ange Mean ±S D M ean± S D M ea n±S D M ean± S D D B eef cattl e

Ca lf H B 55 6 6 0 3 .6 (1 .7 ) 1 .0 -7 .0 N D ND 20 .9 ±0.0 29.2± 0.3 6 1 .1 ± 0 .4 0 .4±0 .2 A B 50 6 0 0 11 .8 (1.3) 7 .0-1 9.0 N D N D 2 0 .9 ±0.0 31.9± 0.2 6 1 .1 ± 2 .2 0 .1±0 .1 R earing calf (1) H B 40 4 8 0 7 .6 (1 .3 ) 4 .0-1 6.0 N D N D 2 0 .9 ±0.0 33.2± 0.2 5 8 .2 ± 1 .2 0 .1±0 .1 A B 55 6 6 0 20.6 ( 1 .3 ) 6 .0-3 0.0 N D N D 2 0 .8 ±0.1 34.0± 0.3 5 7 .6 ± 1 .0 0 .2±0 .1 R earing calf (2) H B 40 4 8 0 12.1 ( 1 .1 ) 9 .0-1 6.0 N D N D 2 0 .9 ±0.0 34.1± 0.4 5 8 .7 ± 0 .1 0 .2±0 .1 A B 50 6 0 0 10.5 ( 1 .1 ) 6 .0-1 2.0 N D N D 2 0 .9 ±0.0 34.3± 0.2 6 0 .4 ± 1 .9 0 .1±0 .1 E B eef cattl e

Ca lf H B 30 3 6 0 2 .4 (1 .8 ) 0 .0 -6 .0 N D ND 20 .9 ±0.0 33.8± 0.4 5 5 .8 ± 0 .5 0 .1±0 .1 A B 40 4 8 0 47.6 ( 1 .3 ) 9 .0-7 8.0 0 .6 (2 .3 ) 0 .1 -1 .6 20 .9 ±0.0 35.1± 0.7 5 6 .9 ± 0 .3 1 .1±0 .6 R earing calf (1) H B 35 4 2 0 3 .6 (1 .6 ) 1 .0 -8 .0 N D ND 20 .9 ±0.0 33.3± 0.3 5 2 .5 ± 0 .6 0 .2±0 .1 A B 30 3 6 0 13.6 ( 1 .2 ) 7 .0-2 2.0 1 .1 (2 .6 ) 0 .1 -4 .1 20 .9 ±0.0 33.5± 0.2 5 5 .6 ± 0 .3 0 .2±0 .1 R earing calf (2) H B 30 3 6 0 5 .9 (1 .7 ) 0 .0-2 2.0 N D N D 2 0 .9 ±0.0 34.9± 0.2 5 2 .5 ± 0 .6 0 .6±0 .3 A B 35 4 2 0 29.7 ( 1 .4 ) 7 .0-4 4.0 0 .3 (2 .4 ) 0 .1 -0 .8 20 .9 ±0.0 34.5± 0.2 5 5 .6 ± 0 .3 0 .3±0 .2 F B eef cattl e

Ca lf H B 3 0 3 6 0 3 .2 ( 1 .2 ) 0 .0 -4 .0 N D

ND 20 .8 ±0.1 24.8± 0.3 7 2 .7 ± 0 .5 0 .2±0 .1 A B 35 4 2 0 9 .8 (1 .2 ) 6 .0-1 5.0 0 .5 (1 .7 ) 0 .2 -1 .0 20 .7 ±0.1 28.2± 0.9 6 0 .3 ± 1 .2 0 .2±0 .1 R earing calf (1) H B 50 6 0 0 2 .5 (1 .4 ) 1 .0 -4 .0 N D ND 20 .8 ±0.1 26.1± 0.3 6 9 .6 ± 0 .6 0 .6±0 .2 A B 50 6 0 0 5 .3 (1 .2 ) 0 .0 -7 .0 N D ND 20 .6 ±0.1 26.5± 0.8 6 7 .8 ± 0 .8 0 .5±0 .3 R earing calf (2) H B 30 3 6 0 1 .0 (1 .3 ) 0 .0 -3 .0 N D ND 20 .9 ±0.0 27.4± 0.4 6 7 .1 ± 0 .9 0 .3±0 .1 A B 30 3 6 0 5 .9 (1 .3 ) 2 .0 -8 .0 0.5 (1 .8 ) 0 .1 -1 .0 20 .6 ±0.2 28.0± 0.4 6 6 .0 ± 1 .0 0 .2±0 .1 To ta l HB -- 4.9 (2 .3 ) 0 .0-5 4.0 N D N D 2 0 .8 ±0.1 27.1± 2.8 6 6 .8 ± 8 .4 0 .2±0 .2 A B 6.4 (2 .0 ) 0 .0-3 5.0 N D N D 2 0 .7 ±0.1 27.9± 2.4 6 2 .2 ± 7 .4 0 .6±0 .6

HB: Hu m an b reat hi ng zo ne , A B : A n im al b reat hin g z o ne ,

N: Nu m b er o f sam p le s,

I n stru m en t re sol uti o n s: am m o n ia 1 .0 p p m , hy d ro g en sulfid e 0 .1 p p m ,

No t de te ct ed,

No da ta.

술통계분석과 작업자 및 가축 호흡기 위치 간 노출 농도 비교를 위해 Student t-test, 축사 간 농도 비교 를 위해 분산분석과 사후검정을 통한 다중비교분석 을 실시하였다. 자료처리를 위한 모든 통계분석은 SAS 9.4(SAS Institute, Cary, NC, USA) 를 이용하 여 수행하였다.

III. 결 과 1. 대상 축사의 기본 특성

측정대상 축산농가에 대한 기본 정보는 Table 1과 같다. 육계를 사육하는 A, B, C 농가에서는 모두 밀 폐형 사육시설인 무창형(windowless) 계사를 갖추었 으며, 대상 계사의 환기는 양쪽 벽면에 설치된 공기 유입구를 통해 외부 공기가 공급되고 내부 공기는 팬이 가동됨으로써 외부로 배출되는 형태의 강제환 기방식으로 이루어진다. 즉, 계사 내부의 온도와 습 도 등 환경 조건이 자동화 시스템에 설정된 기준 범 위를 넘었을 때 자동으로 팬이 순차적으로 가동되는 방식이다. 각 계사에서는 농장주를 포함하여 2-3명 의 작업자가 상시적으로 계사를 출입하며 사육 관리 를 하고 있었으며, 사육되는 육계의 마리 수는 17,000- 32,000 마리로 집약적 사육이 이루어지고 있었다. 사 육되는 닭의 일령(broiler aged-days) 수는 A, B, C 농가 각각 29일, 14일, 14일로써 일령이 오래될수록 계사 내부에 육계 분뇨의 배설량 축적이 증가하게 된다.

축산농가 D, E, F는 한우를 사육하는 농가로 축사 시설은 모두 전면개방형태(open building)로 되어 있 어 내부의 공기는 자연환기방식을 통해 유입 또는 배출되며, 곳곳에 공기 순환을 위한 팬이 설치되어 있었으나 실제 가동하지 않은 상태였다. 각 해당 우 사는 생후 2개월 이내의 송아지를 사육하는 공간과 생후 약 2년까지의 육성우가 사육되는 공간으로 분 리되어 있으며, 각 축사 당 총 61-150 마리의 소가 사육되고 있었다.

2. 축사 별 암모니아 및 황화수소 노출 농도 대상 계사와 우사에서 측정한 암모니아와 황화수 소 및 기타 환경 조건을 측정한 기술통계량은 Table 2 와 같다. 해당 축사에서 구분한 구역 별 작업자의 호흡기 위치와 가축의 호흡기 위치에서 측정한 결과 로써 평균농도와 농도범위를 나타내었다. 모든 계사

와 우사에서 암모니아 농도가 검출된 반면에, 황화 수소의 경우 일부 우사에서 낮은 농도로 검출된 것 외에 대부분 축사에서 검출되지 않았다. A 계사에 서 측정한 암모니아의 평균 농도는 각 측정지점과 측정높이에 따라 7.1 (GSD; 1.3)-16.8 ppm (GSD;

1.2) 의 분포를 보였으며, 작업자의 호흡기 위치보다 가축의 호흡기 위치에서의 농도가 높은 결과를 보였 다. B 계사에서의 암모니아 농도는 1.1 (GSD; 1.3)- 10.5 ppm (GSD; 1.1)으로 닭의 일령이 같은 C 계 사에서의 암모니아 농도 1.3 (GSD; 1.5)-11.7 ppm (GSD; 1.2)와 비슷한 수준을 나타내었으며, B와 C 계사에서도 작업자 호흡기 위치보다 가축의 호흡기 위치에서 높은 농도 수준을 보였다. 암모니아 농도 가 모든 계사에서 검출된 반면, 황화수소의 경우 모 든 계사에서 검출이 되지 않았다.

우사에서의 가스 측정결과, D 축사의 각 측정지점 과 측정높이에 따라 측정한 암모니아의 평균농도는 3.6 (GSD; 1.7)-20.6 ppm (GSD; 1.3) 수준을 보였으 며, E 축사에는 2.4 (GSD; 1.8)-47.6 ppm (GSD; 1.3), F 축사에서는 1.0 (GSD; 1.3)-9.8 ppm (GSD; 1.2)을 나타내어 같은 축 종임에도 각 농가 별 농도차이가 큰 결과를 보였다. 계사에서 측정한 결과와 같이 우 사에서의 측정 높이에 따른 암모니아 농도 또한 가 축 호흡기 위치에서의 노출 농도가 작업자의 호흡기 위치에서보다 높은 수준을 보였다. 황화수소의 경우 일부 우사 내 측정지점에서 낮은 농도로 검출되었는 데, 가축의 호흡기 위치에서 0.3 (GSD; 2.4)-1.1 ppm(GSD; 2.6) 으로 검출되었고, 작업자의 호흡기 위 치에서는 검출되지 않았다.

3. 측정지점 및 높이에 따른 암모니아와 황화수소 농도 측정지점과 높이에 따른 암모니아 농도 차이에 대 한 결과는 Table 3과 같다. 황화수소의 경우 대부분 의 축사에서 검출이 되지 않아 자료 분석에서는 제 외하였고, 암모니아 농도 자료만을 이용하였다. Fig.

3은 계사 내에서 구분한 측정 지점인 입구로부터 1/

3 지점, 중간지점, 2/3 지점에서의 작업자 및 가축의

호흡기 위치에 따른 암모니아 농도분포를 나타낸 것

이다. 작업자 호흡기 위치 기준 계사 입구 쪽 1/3 지

점에서의 평균 암모니아 농도는 3.3 ppm (GSD; 2.7),

중간지점 7.5 ppm (GSD; 2.7), 2/3 지점은 7.1 ppm

(GSD; 1.3)으로 출입구와 가까운 지역보다 내부 공

기 순환이 어려운 중간지역과 내부 공기가 밖으로 내보내어 지는 지역과 가까운 2/3 지점에서 높은 수 준을 보였다 (p<0.0001). 가축 호흡기 기준 계사 입 구 쪽 1/3 지점에서의 평균 암모니아 농도는 4.0 ppm (GSD; 2.2), 중간 지점 7.2 ppm (GSD; 1.9), 2/

3 지점은 12.5 ppm (GSD; 1.5)로 측정지점에 따른 농도차이를 보였다 (p<0.0001). 같은 측정지점에서 측정 높이에 따른 암모니아 농도는 계사 내부 1/3 지점과 2/3 지점에서의 작업자 호흡위치와 가축 호

흡위치는 유의한 차이를 보였으나(p<0.0001), 중간 지역에서는 차이를 보이지 않았다(p=0.22).

Fig. 4 는 우사 내에서 구분한 측정지점인 송아지 구역, 육성우 지역 (1), 육성우 지역 (2) 에서의 작 업자 및 가축의 호흡기 위치 별 암모니아 농도분포 를 나타낸 것이다. 작업자 호흡기 위치 송아지 사육 구역에서의 평균 암모니아 농도는 3.1 ppm (GSD;

1.7), 육성우 사육구역 (1)은 4.4 ppm (GSD; 1.7), 또 다룬 육성우 사육구역 (2) 에서는 8.1 ppm (GSD;

Table 3. Comparison of ammonia concentrations between sampling locations according to livestock type

Livestock type

Sampling

location N

Concentration (ppm) Ammonia

p-value

HB

AB

GM(GSD) Range GM(GSD) Range

Poultry

1/3 spot 2,280 3.3 (2.7) 1.0-54.0 4.0 (2.2) 1.0-14.0 < 0.0001

Center 2,520 7.5 (2.7) 1.0-32.0 7.2 (1.9) 2.0-24.0 0.2197

2/3 spot 2,700 7.1 (1.3) 5.0-17.0 12.5 (1.5) 4.0-35.0 < 0.0001

MSE 33.8 68.5

F-value 271.9 823.5 -

Overall p-value < 0.0001 <0.0001

R-squared 0.17 0.32

Beef cattle

Calf 2,880 3.1 (1.7) 1.0-7.0 16.3 (2.0) 6.0-79.0 < 0.0001 Rearing calf (1) 3,120 4.4 (1.7) 1.0-16.0 13.1 (1.8) 1.0-30.0 < 0.0001 Rearing calf (2) 2,580 8.1 (1.8) 1.0-22.0 12.3 (1.9) 2.0-44.0 < 0.0001

MSE 36.8 6.0

F-value 598.2 74.00 -

Overall p-value < 0.0001 < 0.0001

R-squared 0.29 0.03

*

Number of samples,

HB: Human breathing zone,

AB: Animal breathing zone.

Fig. 3. Distribution of ammonia concentration by sampling location and height at poultry farms.

Fig. 4. Distribution of ammonia concentration by

sampling location and height at cattle farms.

1.3) 으로 구역간 암모니아 농도 차이를 보였다 ( p<0.0001). 가축 호흡기 기준 송아지 사육구역에서 의 평균 암모니아 농도는 16.3 ppm (GSD; 2.0), 육 성우 사육구역 (1)에서는 13.1 ppm (GSD; 1.8), 육 성우 사육구역 (2)은 12.3 ppm (GSD; 1.9)로 육성우 사육구역에 비해 송아지 사육구역에서 상대적으로 높은 암모니아 농도가 검출되었다(p<0.0001). 같은 측정지점에서 측정 높이에 따른 암모니아 농도는 계 사와는 달리 모든 측정지점에서 작업자의 호흡기 위 치보다 가축의 호흡기 위치에서 높은 수준을 보여 호흡기 위치에 따른 유의한 차이를 보였다(p<0.0001).

계사와 우사 내의 호흡기 위치에 따른 개별 측정지 역간 암모니아의 농도차이를 사후검정을 이용하여 다중 비교 분석한 결과는 Fig. 5와 같다. 계사의 1/

3 지점, 중간지점 및 2/3 지점 간 암모니아 농도는 차이를 보였으며(p<0.05), 우사의 경우 송아지 사육

구역과 육성우 사육구역 간 농도는 유의한 차이를 보였으나(p<0.05), 육성우 사육구역 간 암모니아 농 도는 유의한 차이를 보이지 않았다.

Fig. 6 은 계사와 우사에서의 측정높이에 따른 암모 니아 농도분포 차이를 나타낸 것이다. 계사에서의 작 업자 호흡기 위치에서의 암모니아 농도는 4.9 ppm (GSD; 2.3), 가축 호흡기 위치에서는 6.4 ppm (GSD;

2.0) 으로 가축이 더 높은 농도의 암모니아에 노출됨 을 알 수 있었다(p<0.0001). 우사의 경우 작업자 호 흡기 위치에서의 암모니아 농도는 4.0 ppm (GSD;

2.1), 가축 호흡기 위치에서는 11.6 ppm (GSD; 1.6) 으로 측정 높이에 따른 노출 농도의 차이를 보였다 (p<0.0001).

IV. 고 찰

현재까지 국내에서 축산업의 작업환경을 평가한 연구가 양돈업을 중심으로 일부 이루어진바 있으나 대부분 일회성 조사 형식으로 수행되었으며 평가 방 법도 연구마다 차이를 보여 업종 별 비교가 쉽지 않 았다. 본 연구에서는 계사와 우사를 대상으로 사육 시설 내에서 발생하는 암모니아와 황화수소 농도를 측정지점과 작업자와 가축의 호흡기 위치에 따라 노 출 수준을 비교 및 평가하였다.

축산 작업환경에서 많이 발생할 수 있는 대표적인 유해가스는 암모니아와 황화수소인데, 특히 계사와 우사에서는 양돈사와는 달리 황화수소 보다 암모니 아가 주된 오염물질이다. 무창형 계사의 경우 최근 많이 도입된 사육 방식인데, 밀폐형태의 사육공간으 로 인해 개방형 사육사에 비해 환기가 어려운 점이 있어 작업자는 물론 가축의 노출 위험이 높을 가능 성이 있다. Lee et al.

에 의하면 국내 무창형 계사 를 대상으로 암모니아 농도를 측정한 결과, 여름철 에는 4.3-6.3 ppm, 겨울철에는 3.5-16 ppm 수준인 것 으로 나타났으며, Shin et al.

의 연구에서는 6개 양 계사에 대해 14.5-42.1 ppm, Kim et al.

의 연구에서 는 무창형 계사에서 평균 18 ppm의 암모니아가 발 생하였다고 보고하였다. 국외 연구에서도 계사의 형 태에 따라 1-50 ppm 수준으로 각 연구 마다 결과 값 의 변이가 큰 것으로 나타났다.

각 연구마다 대 상 농가의 사육환경, 측정방법 등이 상이하여 직접 비교는 어려우나 본 연구에서는 무창형 계사에서 Fig. 5. Mean difference of ammonia concentrations

between sampling area by a post hoc test.

Fig. 6. Differences of ammonia concentration between

livestock farms according to the breathing zone.

1.1-16.8 ppm 으로 측정지점과 위치에 따른 변이가 큰 결과를 보였다. 황화수소의 경우 모든 계사에서 검 출이 되지 않았는데, 이전 연구에 의하면 계사에서 는 수십 내지는 수백 ppb 수준으로 검출되어 황화 수소보다는 암모니아를 주 대상으로 한 연구가 주를 이루었다.

한편, 우사에서의 암모니아 농도는 각 우사와 측 정위치에 따라 1.0-47.6 ppm으로 편차가 큰 결과를 보였으며, 평균농도는 4.0-11.6 ppm으로, 우사를 대 상으로 한 이전 연구에서도 보고한 8.0-12.0 ppm과 유사하였다.

우사에서의 황화수소 농도는 일부 일부 농가에서 1.0 ppm 이하를 보여 국외 리뷰논문 에서 8개 문헌을 고찰하여 보고한 황화수소의 평균 농도 0.26 ppm과 큰 차이가 없었다

.

본 연구에서는 축사 내에서 작업하는 작업자 호흡 기 위치와 사육되는 가축의 호흡기 위치에서의 가스 노출 농도를 비교하였는데, 유해가스의 발생원과 가 까운 가축의 호흡기 위치에서 고농도에 노출 가능함 을 확인하였다. 아직 가축의 유해가스 노출과 가축 건강 또는 생산성에 관련된 연구는 이루어진 바 없 으나 가축의 지속적인 가스 노출은 폐사로 이어질 수 있으며, 가축의 건강과 생산성 측면에서도 중요 하다고 할 수 있다.

본 연구에서는 가축의 호흡기 위치에서 높은 노출 농도 수준을 나타내었는데, 이 는 작업자의 호흡기 위치에 비해 암모니아의 발생원 과 가까이 위치한 것에 기인한 것으로 판단된다. 따 라서 축산 작업장을 대상으로 한 노출 평가에서는 작업자 노출과 더불어 가축의 노출도 고려되어야 할 필요가 있다.

계사에서 측정지점에 따른 농도 분포는 출입구와 가까운 지점에서의 암모니아의 평균농도가 3.3-4.0 ppm 인데 반해, 중간 지점과 배출구와 가까운 지점 에서의 농도는 7.1-12.5 ppm으로 높은 결과를 보였 다. 무창형 계사는 내부 공기가 팬에 의해서만 이루 어지므로 계사의 중간지점과 같이 공기 순환이 덜 이루어지는 곳에서는 유해가스가 정체되어 높은 농 도를 보인 것으로 예상되며, 배출구와 가까운 지역 에서는 팬에 의해 내부의 모든 공기가 통과하는 곳 이므로 높은 농도를 보인 것으로 판단된다. 가축의 호흡기 지역에서 측정한 공기 유속은 0.6 m/sec로 작 업자 호흡기 위치에서의 0.2 m/sec 비해 높은 수준 을 보였는데, 이는 측정 당시 작업자의 움직임에 따

라 닭의 움직임이 활발해진 것에 기인한 것으로 예 상되며, 가축 호흡기 위치에서의 농도 증가에 영향 을 미쳤을 것으로 판단된다. 작업자와 가축 호흡기 높이에서의 암모니아 평균 농도는 각각 5.0 ppm (GSD; 2.3), 6.4 ppm (GSD; 2.0) 으로 수치상으로는 큰 차이가 없었으나 짧은 측정간격으로 인해 자료수 가 증가함에 따라 통계적으로는 유의한 차이를 보였 다. 우사의 경우 작업자 호흡기 위치에서의 암모니 아 농도 4.0 ppm(GSD; 2.1)보다 가축의 호흡기 위 치에서 11.6 ppm(GSD; 1.6)으로 높았으며, 황화수소 는 가축 호흡기 위치에서만 0.8 ppm(GSD; 2.7)으로 검출되어 측정 높이에 따른 유의한 차이를 보였지만 측정지점간 일정한 차이를 보이지 않았다. D 우사 에서는 육성우 사육구역에서의 암모니아 농도가 7.6- 20.6 ppm 으로 송아지 사육구역의 3.6-11.8 ppm에 비 해 높은 수준을 보였으나, E 우사에서는 송아지 구 역에서 2.4-47.6 ppm으로 육성우 사육구역에서의 3.6- 29.7 ppm 보다 높았다. 우사의 환기는 전면 개방형 으로 자연환기가 이루어지므로 외기의 풍속과 풍향 의 영향이 클 것으로 예상되나 본 연구에서는 풍속 과 풍향에 따른 농도의 변화를 파악할 수 없었다.

축산 작업환경은 농가의 사육방식에 따라 매우 다 르며, 축사 환경 또한 그 변수가 매우 많아 평가가 어렵다. 보고된 연구결과에 있어서도 제시되는 값들 의 차이가 커 변수의 영향을 찾아내기가 어려운 점 이 있다. 특히, 온·습도는 유해가스 발생량과 밀접 한 연관이 있는데, 온·습도가 증가함에 따라 가축 분뇨의 분해를 담당하는 미생물의 활동이 활발해져 암모니아와 황화수소의 발생이 증가하는 것으로 알 려져 있다.

본 연구에서는 암모니아와 황화수소 평가와 더불어 온·습도를 비롯한 환경변수들 조사 하였으나 측정일자 간 변화가 적어 가스 농도와의 유의한 상관관계를 보이지 않았다.

축사에서 발생하는 유해가스를 평가하는 방법과

결과 값이 연구마다 달라 직접 비교가 어려운 점이

있다. 과거에는 주로 일정시간 공기를 채취하여 그

결과 값을 가중평균으로 제시하였으나 암모니아와

황화수소와 같이 유해가스가 고농도로 발생할 경우

농도 변화에 대한 신속한 확인이 어렵다.

최근에

는 실시간 측정기기의 정확성이 많이 개선됨에 따라

이를 활용한 연구나 실제 일부 농가에서의 실시간

센서를 활용한 축사 환경 측정도 이루어지고 있다.

본 연구에서 활용한 직독식 방법은 측정시간 동안 평균농도와 실시간 농도변화를 모두 확인 가능하므 로 기기의 정확성과 정밀성만 확보될 경우 이를 활 용 범위가 넓어질 것이다.

본 연구에서는 일부 계사와 우사를 대상으로 유해 가스 노출에 관한 현장조사를 실시하였으나, 국내 모 든 계사와 우사를 대표하기에 제한 점이 있으며, 다 양한 변수조사를 통해 가스 발생과의 기인성과 그 영향을 파악하여 제어하는 것이 매우 중요하다. 따 라서 국내에서도 축산업의 작업환경 개선을 위한 법 적 제도 개선과 다양한 방법론적 접근을 통해 축 종 별 자료 확보가 지속적으로 이루어져야 할 것이다.

V. 결 론

본 연구에서 무창형 계사와 개방형 우사를 대상으 로 측정지점과 측정높이에 따른 암모니아와 황화수 소 노출 농도를 평가하였다. 계사 내 측정지점에 따 른 암모니아의 농도는 출입구와 가까운 지점에서 3.3-4.0 ppm 으로, 축사 중간지점과 배출구와 가까운 지점에서의 7.1-12.5 ppm에 비해 낮은 수준을 보였 다. 우사의 경우 송아지와 육성우 사육구역 구분에 따른 측정지점 간 농도 차이는 일정하지 않았다. 계 사 내 측정높이에 따른 암모니아 평균 농도는 가축 의 호흡기 위치에서 6.4 ppm 으로 작업자의 호흡기 위치의 5.0 ppm과 유의한 차이를 보였으며, 황화수 소는 모든 계사에서 검출되지 않았다. 우사 내 측정 높이에 따른 암모니아 평균농도는 가축 호흡기 위치 에서 11.6 ppm으로 작업자 호흡기 위치의 4.0 ppm 에 비해 높았으며, 황화수소의 경우 가축 호흡기 위 치에서만 0.8 ppm 수준으로 검출되어 측정 높이에 따른 노출 농도 수준의 차이를 보였다.

축산작업환경은 다양한 유해요인이 존재하여 작업 자와 가축의 건강, 가축의 생산성에 직간접적인 영 향을 줄 수 있다. 특히 축사로부터 발생하는 유해가 스는 가축의 폐사와 작업자의 질식사고로 까지 이어 질 수 있는 매우 위험한 요인으로 작업자는 물론 가 축 건강 측면에서도 보호를 위한 사전 관리가 필요하다.

감사의 글

본 연구는 농촌진흥청의 축산환경 선진화 개발사

업(No. PJ008678)과 한국연구재단의 BK 21 플러스 사업(No. 5280-20150100)의 지원을 받아 수행되었음.

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