오리사 바닥 깔짚자동살포장치 개발 및 실증
Development and Field-evaluation of Automatic Spreader for Bedding Materials in Duck Houses
권경석a⋅우제석b⋅노재희c⋅오상익d⋅김종복e⋅김중곤f⋅양가영g,†⋅장동화h⋅최성민i Kwon, Kyeong-seok⋅Woo, Jae-seok⋅Noh, Je-hee⋅Oh, Sang-ik⋅Kim, Jong-bok⋅Kim, Jung-kon⋅
Yang, Kayoung⋅Jang, Donghwa⋅Choi, Sungmin
ABSTRACT
The automatic-spreader of bedding materials was developed to reduce labor cost, and to achieve successful biosecurity in duck houses. Algorithm of the device was designed to realize a concept of the automatic unmanned operation including entire processes such as loading and spreading of the bedding materials. From the field measurement, the relationship between the expected water content reduction and weight of bedding materials per unit area according to the operation condition of the devices was induced. In the case of the measurement of particulate matters during the process of spreading works, the results of using both conventional manual-spreader and automatic-spreader were exceeded the allowable limit of inhalable and respirable dust, respectively. But, workers using automatic-spreader could be free from harmful aero-condition because they did not stay inside the facility during the spreading works. In addition, from the Duck hepatitis virus PCR test, influence on pulmonary tissue of the duck was not found.
It could be expected that the development of the automatic-spreader of bedding materials for duck house can contribute to the advancement of duck breeding facilities.
Keywords: Automatic spreader; bedding materials; duck house; field-evaluation; rice hulls
Ⅰ. 서 론
오리는 국내 5대 축종 중 하나로 2018년 기준 13.3천억 원 의 생산액을 기록하였으나, 사육 농가 수가 2020년에 527개소
로 2011년 대비 46% 감소하였으며 사육수수 또한 지속적인 감소 추세를 보이고 있어 (KOSTAT, 2020), 오리 사육업의 반등을 위한 전환점 마련이 요구되고 있다.
오리는 음수량이 많고 분에 수분함량이 높아 바닥재가 질 어지기 쉬워 빈번한 바닥 관리가 요구된다. 일반적으로 바닥 재의 수분함량, 즉 함수비가 25% 이상이면 젖어 있는 상태로 간주할 수 있으며 (Collet, 2012), 그 이상의 수분함량이 조성 될 경우 ‘caking’ 현상이 쉽게 발생할 수 있다. 바닥재의 수분 함량이 증가하면, 각종 세균, 진균 등의 증식이 용이하여 (Bilgili et al., 2009; Dunlop et al., 2015; Dunlop et al., 2016), 오리의 발바닥피부염 (FPD; Foot Pad Dermatitis), 흉부 깃털 쓸림 등이 발생할 수 있어 도체 품질의 하락 및 동물복지적인 문제가 야기될 수 있다. Dunlop et al. (2016)은 바닥재의 수분 함량과 세균, 진균의 생물학적, 화학적, 물리적 특성과 관련한 Water activity와의 관계를 규명하기 위한 연구를 수행한 바 있다. 뿐만 아니라, 바닥의 수분 함량 증가는 자극성 물질인 암모니아, 황화수소 및 냄새물질 발생 (Homidan et al., 2003;
Miles et al., 2011)과도 밀접한 관련이 있다. 이에 따라 오리 사육농가에서는 바닥재의 수분조절을 목적으로 왕겨나 톱밥 등과 같은 깔짚을 주기적으로 뿌려준다. NIAS (2018년)의 연 구결과에 따르면, 깔짚을 자주 살포하는 육용오리 농가의 경 우 2주령 이후 평균 2∼4일에 1회, 4주령 이후 1일 1회 살포하
aResearcher, Ph.D., National Institute of Animal Science, Rural Development Administration
b Senior Researcher, Ph.D., National Institute of Animal Science, Rural Development Administration
cResearcher, Ph.D., National Institute of Animal Science, Rural Development Administration
dResearcher, M.S., National Institute of Animal Science, Rural Development Administration
eSenior Researcher, M.S., National Institute of Animal Science, Rural Development Administration
fResearcher, Ph.D., National Institute of Animal Science, Rural Development Administration
g Post Doc., National Institute of Animal Science, Rural Development Administration
h Post M.S., National Institute of Animal Science, Rural Development Administration
i Assistant Researcher, National Institute of Animal Science, Rural Development Administration
† Corresponding author
Tel.: +82-63-238-7412, Fax: +82-63-238-7447 E-mail: [email protected]
Received: November 4, 2020 Revised: November 25, 2020 Accepted: December 2, 2020
는 경우도 있으며, 주로 하절기보다 동절기에 단열 효과 증진, 바닥 수분 집중 관리 등을 이유로 자주 살포를 실시하는 것으 로 나타났다. 깔짚 살포 시 발생하는 과도한 노동력을 이유로 깔짚 살포를 포기하거나 주기를 길게 가져가는 농가도 존재 하는 것으로 보고되었으며 종오리의 경우 육용오리보다 살포 주기가 짧은 것으로 나타났다. 깔짚의 살포 방식은 리어카나 손수레를 이용하여 사람이 직접 살포를 하거나 (42.9%) 차량 형, 궤도형의 퇴비살포기를 이용하여 (47.6%) 깔짚을 뿌려주 는 것으로 조사되었으며, 설문 조사 결과, 깔짚 살포에 소요되 는 노동력의 비중은 전체작업 (100)을 기준으로 약 36.1±26.9%
로 응답하였다 (NIAS, 2018). 깔짚 살포 방식, 작업자의 성별 에 따라 깔짚 살포에 소요되는 시간은 상이하나, 평균적으로 5천수 기준 1개동 살포에 40∼120분의 시간이 소요되어 노동 집약적인 작업인 것으로 나타났다.
한편, 오리사의 바닥 관리를 위해 차량형 혹은 궤도형의 퇴비살포기가 시설을 출입하는 과정 중 외부 오염물질의 교 차오염 가능성에 대하여 지적된 바 있다. 특히, 2014∼2015년 발생한 고병원성조류인플루엔자는 총 378건으로 그 중 오리 가 295건 발생된 것으로 조사되었는데 (MAFRA, 2016) 역학 조사 결과, 고병원성조류인플루엔자 발생 오리 농가 중 상당 수 농가에서, 깔짚 투입과정 시 차량의 출입, 즉 차량의 바퀴 를 통해 외부 오염물질이 내부로 유입되어 직접접촉에 의한 질병 전파가 실시되었을 것이라 추정된 바 있다.
이에 따라 본 연구에서는 오리 사육 농가의 깔짚 살포 시 소요되는 노동력의 감소 및 차단방역 달성을 위해 바닥재를 자동으로 관리할 수 있는 깔짚자동살포장치에 대한 개발을 실시하였다. 또한, 장치 도입에 따른 현장 적용성, 깔짚 살포
작업에 따른 오리 성장 및 안정성에 대한 영향 평가를 실시하 고자 하였다.
Ⅱ. 재료 및 방법 1. 깔짚자동살포장치 설계
깔짚자동살포장치의 기본 개념은 축산시설환경 전문가, 축 산기자재 산업체, 오리 사육업 종사자의 의견을 반영하여 결 정하였다 (Fig. 1).
외부 오염물질의 시설 내 유입을 방지하기 위하여 H 빔 철골구조물 및 비닐하우스 천정부에 레일식 구조물을 설치하 여 바닥면과의 접촉을 최소화하여 시설 길이 방향에 대한 전 후 운행 방식을 통해 깔짚을 살포할 수 있도록 설계하였다.
이때 전원은 레일을 따라 설치되는 전선을 이용하여 직접 공
Fig. 1 Schematic diagram and component name of automatic- spreader for bedding materials in duck house
(a) Side view of the device (b) Schematic diagram of parts of conveyer and blade Fig. 2 Schematic diagram of automatic-spreader for bedding materials in duck house (KIPO, 10-2018-0131694)
급된다. 장치의 크기는 1100 mm (W), 1412 mm (L), 2500 mm (H)이며, 전후 운행을 위한 레일 구조물, 깔짚 보관 호퍼 (상⋅
하부), 깔짚 무게 감지 장치 (로드셀), 깔짚 이송 컨베이어, 깔 짚 살포 블레이드로 구성된다. 장치 내 깔짚의 공급은 기존 가금 사육시설의 사료공급 파이프를 이용하여 오거체인방식 에 따라 외부의 깔짚 저장 창고에서 자동으로 이송되도록 설 계하였다. 장치 내 공급된 깔짚은 왕겨 기준 최대 180 kg 까지 상⋅하부 호퍼 내에 선적이 가능하다. 장치 내부에서의 깔짚 이송은 하중 및 구동 부하를 줄이기 위하여 체인 컨베이어 벨트를 적용하였으며, 왕겨 등과 같은 깔짚의 원활한 이송을 위해 체인 구동부에 ‘ㄴ’자 형 블레이드를 추가하였다 (Fig.
2(b)) 이때 이송을 위한 모터의 출력은 1마력, 감속비율은 5:1 이다. 내부에서 장치 전면부로 이송되는 깔짚은 장치 전면에 설치되는 2기의 살포 블레이드를 통해 전 방향으로 살포될 수 있다. 1마력, 최대 3,500 rpm 출력을 갖는 각 블레이드 구동 부에는 가변 저항을 설치하여 사용자가 출력을 조절할 수 있 도록 구성하였으며, 최대 폭 16.0 m 까지 깔짚이 살포될 수 있도록 모터의 출력, 깔짚 토출구의 단면적, 블레이드의 형상 에 대한 사전 시험을 실시하였다. 본 장치는 ‘현수형 가금시설 깔짚자동살포장치’라는 명칭으로 산업재산권 출원을 실시하 였다 (KIPO, 10-2018-0131694). 또한, 장치 전면부에 무선통 신 모듈 및 온⋅습도, 이산화탄소, 암모니아 센서가 설치되어 내부 환경 계측을 실시하며 필요 시, CCTV를 설치하여 사용 자의 모바일 기기를 통해 깔짚 살포 시 혹은 평상시에 오리사 내부를 원격 감시할 수 있도록 장치를 구성하였다.
2. 깔짚자동살포장치 작동 알고리즘
깔짚자동살포장치의 구동 알고리즘은 Fig. 3에 도시된 바 와 같다. 먼저 사용자가 장치 제어부에 깔짚 목표 탑재량에 대한 입력을 실시하고 시작 명령 하달 시 깔짚 공급 장치를
통해 외부 깔짚 보관 창고에서 장치 내 호퍼로 깔짚을 투입한 다. 호퍼 하단에는 무게 감지를 위한 로드셀이 설치되어 있어, 사전에 설정한 깔짚 목표 탑재량에 도달할 경우 깔짚 공급 중지 및 살포 시작 명령을 하달한다. 이후 깔짚자동살포장치 가 레일을 따라 전진 주행을 시작하며 깔짚 살포 블레이드와 중앙 컨베이어 구동부 작동을 통해 폭 방향으로 균일하게 깔 짚 살포를 실시하게 된다. 이때, 장치 제어부에서 사전에 장치 의 전진, 후진 속도, 살포 블레이드의 출력을 설정할 수 있다.
레일의 양 끝단에는 시점 센서와 종점 센서가 설치되어 있다.
깔짚 살포 과정 중 만약 장치가 종점 센서까지 도달하지 못하 였으나 호퍼 내 깔짚이 소진될 경우, 시점 센서까지 장치가 자동으로 복귀하며 초기 깔짚 목표 탑재량만큼 재공급을 위 한 작업을 실시한다. 목표 중량에 도달할 경우, 깔짚 살포 중 단 지점으로 복귀하여 살포 과정을 재개하는 방식으로 장치 가 구동된다.
3. 현장 실증 오리 농가
깔짚자동살포장치의 시범 운전 및 수분 저감효과 조사를 위한 현장 실증 농가는 전라북도 익산시에 소재한 육용 오리 사 (A 농가)로 H빔 구조의 판넬식 구조이며 폭 16.0 m, 길이 90.0 m의 크기를 갖는다 (Fig. 4(a)). 총 2개동으로 1개 동당 5,000 수 사육을 실시하며 환기 방식은 양측의 윈치커튼을 개 방하여 자연환기를 실시한다. 왕겨를 깔짚으로 사용하며 장 치 설치 전 깔짚의 살포는 병아리 입추 시 1회, 2∼3주령 시 3∼4일에 1회, 3∼4주령 시 2∼3일에 1회, 이후 출하 직전까지 1일 1회 실시하며 손수레를 이용하여 인력에 의해 작업을 실 시한다 (Fig. 4(b)). 1개동 살포에 소요되는 시간에 작업자의 성별에 따라 상이하며 평균적으로 40∼90분 가량 소요되는 것으로 나타났다.
깔짚자동살포장치 적용에 따른 오리의 생산성, 안정성 조
Fig. 3 Operation algorithm of automatic-spreader for bedding materials
사를 위한 현장 실증 농가는 총 2개 농가로 전라북도 김제시 에 소재한 B 농가는 폭 15.0 m, 길이 95.0 m 크기의 육성사 4개동을 보유하고 있으며 전체 사육수수는 20,000∼30,000 수 규모이다. 왕겨를 깔짚으로 이용하고 있으며 장치 설치 전, 깔짚 살포 작업은 깔짚 살포용으로 개조된 퇴비살포기를 이 용하여 실시되었다. C 농가는 전라남도 나주시에 위치하며, 육성사는 총 12개 동으로, 사육수수는 40,000∼50,000 수 규 모로 동당 크기는 폭 16.0 m, 길이 95.0 m 이다. 깔짚의 살포는 퇴비살포기를 이용하며 추가로 트랙터를 이용하여 로터리 작 업을 실시하였다.
4. 깔짚자동살포 장치의 설치
깔짚자동살포장치의 설치 과정은 Fig. 5와 같다. A 농가에 대한 설치는 2018년에 실시되었으며, B, C 농가에 대한 설치 는 2019년도에 각각 실시되었다. Fig. 5(a)에 도시된 바와 같이 H 빔 구조를 갖는 오리사 천정 하단에 레일을 용접하여 설치 하고, Fig. 5(b)와 같이 현수형 구조로 깔짚자동살포장치가 설 치되었다. 최종적으로 설치 완료된 깔짚자동살포장치의 모습
은 Fig. 5(c)와 같다.
5. 깔짚자동살포장치 가동에 따른 수분 함량 측정 깔짚자동살포장치의 설치 전후에 대하여 A 농가에서 2018 년 3월부터 12월까지 장치 설치 전, 그리고 장치 가동 전후 바닥재 수분함량에 대한 측정 및 분석을 실시하였다.
장치 설치 이후, 단위 면적당 깔짚 살포 중량 산정을 위해 (a) Internal view of A farm (b) Spreading bedding materials by human power
Fig. 4 Internal view of A farm (a) and scene of spreading bedding materials by human power (b) before installation of automatic spreader
(a) Installation of rail parts (b) Driving parts of automatic-spraeder (c) Test operation of automatic-spreader Fig. 5 Installation process of automatic-spreader for bedding materials at A farm
Fig. 6 Measurement location for water content and weight of bedding materials
Fig. 6과 같이, 시설 폭 방향에 따라 1 m × 1 m 크기의 아크릴 판을 배치 (W-1∼W-8)한 후 장치 가동 후 아크릴 판 위에 포집된 깔짚의 무게를 중량법으로 직접 측정하였다. 또한, 깔 짚 살포 전후 바닥재의 수분함량 변화 측정을 위해 P-1∼P-7 지점에 대하여 함수비 측정센서 (5TE, Decagon Device, Inc.) 를 이용하여 바닥재 표토 부위에 대한 수분함량 측정을 실시 하였다 (Fig. 7).
6. 깔짚자동살포장치 가동 시 미세먼지 발생 수준 조사 2019년 12월 B, C 농가에서 깔짚 살포 작업 시 발생되는 입경별 미세먼지 농도 수준에 대한 측정을 실시하였다. 실험 은 기존의 퇴비살포기 (Fig. 8) 및 본 연구를 통해 개발된 깔짚 자동살포장치를 이용한 깔짚 살포 작업 시 작업자의 평균 호
흡기 높이에서의 입경별 미세먼지 농도 수준을 측정하고자 하였다 (Fig. 9). 광산란방식의 직독식 미세먼지측정장치 (OPC, Portable Aerosol Spectrometer, Grimm, Inc.)를 이용하 였으며 PM10, PM2.5, PM1.0, 흡입성, 흉곽성, 호흡성 분진에 대 한 측정 및 분석을 실시하였다.
7. 깔짚자동살포장치 가동에 따른 오리 안정성 평가 깔짚자동살포장치 가동에 따른 오리의 안전성 평가는 B, C 농장의 해당 장치 미설치동 및 설치동에서 각각 수행되었 다. 실험은 오리 입식 후 4∼5주령 도달 시 실시하였으며 질병 발생 유무를 판별하기 위하여 바닥 분변, 폐 조직의 시료를 확보하였다. 바닥 분변 시료는 각 농장의 장치 설치 유무에 따라 1개 동당 4개씩 총 8개 시료에 대하여 50 ml 멸균튜브에 (a) Conventional way of spreading bedding
materials at B farm
(b) Conventional way of spreading bedding materials at C farm
Fig. 8 Conventional way of spreading bedding materials at B and C farm (a) Operating scene of automatic-spreader for
bedding materials
(b) Measurement of water content of bedding materials at animal occupied zone
Fig. 7 Measurement of water content before and after spreading-process of rice hulls using automatic-spreader for bedding materials
채취하였다. 각 실험동의 오리 8수를 대상으로 경정맥에 T61 신경안정제를 5 ml 씩 투여하여 20분간 안락사를 실시하였으 며, 이후 오리의 흉곽을 절개하여 폐 조직 시료를 좌우 각각 1 g 씩 채취하였다. 채취된 폐 조직 시료는 10% 중성포르말린 고정액이 담긴 50 ml 튜브에 고정하였다. 오리의 안락사 및 부검 전 과정은 국립축산과학원 소속 수의연구사들에 의해, 분석은 중부대학교 생명과학분석센터에서 실시되었다. 분변 시료의 경우 일반 세균 수, E. coli. 에 대한 동정 및 호흡기 질환과 관련된 duck hepatitis virus에 대한 PCR 검사를 실시하 였다. 폐 조직 시료의 경우 호흡기 질환 관련 면역세포의 특이 동정을 파악하고자 하였다.
Ⅲ. 결과 및 고찰
1. 장치 설치 전 일령별 바닥재 수분함량
깔짚자동살포장치 도입 이전 A 농가에서 측정한 일령별 지점별 (음수기 주변, 그 외 영역) 수분함량 측정 결과에 대한 요약은 Table 1과 같다.
Age of duck (days)
11∼20 21∼30 31∼40
Total 12.9±5.2% 19.6±7.5% 26.1±6.5%
Near drinking
nipple line 19.0±8.7% 29.0±14.7% 37.8±7.3%
The rest of
measurements 8.4±3.3% 12.6±5.4% 17.3±6.7%
Table 1 Results of water content measurement at ground according to measurement locations and age of duck
전 측정지점에 대한 평균치는, 11∼20일령의 경우 12.9±5.2%, 21∼30일령의 경우 19.6±7.5%, 31∼40일령의 경우 26.1±6.5%
로 일령 증가에 따라 바닥재의 수분함량 또한 증가하는 추세 를 보이는 것으로 나타났다. 음수기 주변 영역의 경우, 오리의 잦은 음수 및 놀이 활동 시 바닥으로 소산되는 물방울 등의 영향으로 배수 시설이 설치되어 있음에도 불구하고, 그 외 지 역 대비 상대적으로 높은 깔짚 수분 함량을 보이는 것으로 나타났다. 음수기 주변의 수분함량 측정 결과, 11∼20일령의 경우 19.0±8.7%, 21∼30일령의 경우 29.0±14.7%, 31∼40일령 의 경우 37.8±7.3%로 관측되었다. 오리사 바닥재의 수분 함량 범위 및 관리 기준에 대하여 보고된 사례가 거의 없으나, 일반 적으로, 가금 사육시설 기준 바닥재의 수분함량이 25% 이상 이면, “젖어있는” 상태로 간주할 수 있으며 35∼40% 범위 이 상일 경우 각종 질병을 유발하는 병원성 미생물이 증식하기 좋은 환경으로 알려져 있다. 따라서, 수분함량이 25% 이상이 넘어가기 시작하는 3주령부터, 더욱 바닥관리에 주의가 필요 할 것으로 판단된다. 특히, 출하 직전인 5주차 이후의 경우, 음수니플 인근에서 80∼90%를 상회하는 수분함량이 일부 관 측되었으며, 해당 측점 인근에 위치하는 오리의 경우, 깃털이 상당수 이물질과 함께 젖어있는 것을 확인할 수 있었다.
2. 장치 가동에 따른 수분 함량 변화
깔짚자동살포장치의 주행 속도에 따른 장치 가동 전후의 지점별 수분함량 측정에 대하여 일부 발췌한 결과는 Table 2, 3, 4와 같다. Table 2는 장치가 0.60 km/h의 속도로 전진 주행 시 깔짚 살포 전후의 지점별 수분함량 측정 결과이다.
이때, 음수기 주변 영역 (P-1, 7)의 경우, 평균 15.1%, 그 외 지역의 경우 약 12.6%의 수분함량 저감 효과가 관측되었다.
단위면적당 깔짚 살포 중량 측정 결과의 경우 평균 (W-1∼8) (a) Operating scene of automatic-spreader for
bedding materials at C farm
(b) Measurement of particulate matters using OPC (Optical Particle Counter)
Fig. 9 Measurement of particulate matters using OPC device after spreading bedding materials
0.449 kg/m2 으로 산출되었으며 이를 시설 전체 면적 (폭 16.0 m, 길이 90.0 m)에 균일하게 살포한다고 가정할 경우, 약 646.56 kg의 깔짚이 소모될 것이라 추정할 수 있다. Table 3은 0.72 km/h 주행 조건 시 측정 결과로, 음수기 주변 영역 (P-1, 3, 7)에서 평균 11.4%, 그 외 지역에서 평균 6.0%의 수분함량 저감 효과가 관측되었다. 해당 조건의 경우, 단위면적당 깔짚 살포 중량은 0.224 kg/m2 으로 시설 전체 면적 환산 시 322.56 kg 이 소요될 것으로 예상되었다. Table 4는 0.86 km/h 주행 조건 시 측정 결과로, 음수기 주변에서는 평균 6.8%, 그 외 지역에서는 2.6%의 수분함량 저감 효과가 관측되었는데, 깔 짚 살포 전 바닥재의 수분 함량이 10% 미만인 지점의 경우, 깔짚 살포 전후에 따라 유의한 차이를 보이지 않는 것으로 나타났다. 해당 실험 조건의 경우, 단위면적당 살포 중량은 0.104 kg/m2 으로 전체 면적 환산 시 149.76 kg의 깔짚이 요구 된다.
바닥재의 수분함량 저감 정도는 살포 전 바닥재의 수분함 량 상태, 깔짚을 살포하는 장치의 전진속도, 살포 블레이드의 출력 등과 같은 작동 조건 및 그에 따른 깔짚 살포 중량에 따라 매우 상이하다. 또한, 당시 각 측정지점 바닥재의 구성 성분에 따라 저감 정도가 다를 수 있다. 장치 작동 조건에 따 른 지점별 수분함량 저감 측정 결과를 종합하면, Fig. 10에 도시한 바와 같이 단위면적당 깔짚 살포 중량에 따라 수분함 량 감소량이 선형 관계를 보이는 것으로 나타났다 (Eq. 1, R2=0.72).
Water content reduction (%) = 19.0 × weight of bedding materials (kg/m2) + 1.9 (1) 도출된 관계 곡선을 이용하여 바닥재 관리를 위한 깔짚의 살포 중량을 결정하거나 수분함량 감소량에 대한 간략한 수 준의 예측이 가능하다. 예를 들어, 단위 면적당 0.3 kg의 깔짚 을 살포할 시 평균 7.6%의 수분함량 저감 효과를 기대할 수 있으며, 폭 16.0 m, 길이 90.0 m 크기의 오리사에 전 작업을 실시할 경우, 총 432 kg의 깔짚이 소요될 것으로 예측할 수 있다. 동일한 방법으로 0.5 kg/m2의 깔짚 살포 시 평균 11.4%
의 수분 저감 효과를 기대할 수 있다.
Fig. 10 Relationship between weight of bedding materials per unit area (kg/m2) and expected water content reduction (%)
P-1* P-2 P-3* P-4 P-5 P-6 P-7*
Before 19.6±1.1 11.0±1.1 28.6±3.2 7.2±0.8 7.6±1.6 13.8±4.1 32.2±2.3
After 14.1±2.6 10.0±1.8 22.1±1.9 5.1±0.4 5.7±0.5 8.5±4.3 23.7±1.0
* Measurement point located at drinking nipple line
Table 4 Results of water content measurement when speed of automatic-spreader was 0.86 km/h (Unit : %)
P-1* P-2 P-3 P-4 P-5 P-6 P-7*
Before 41.5±3.3 38.4±4.2 41.4±3.4 37.0±2.5 40.7±3.5 37.9±1.4 45.5±0.8
After 25.9±1.9 23.5±2.1 25.8±2.0 25.5±4.9 28.3±4.8 29.1±2.2 30.9±0.9
* Measurement point located at drinking nipple line
Table 2 Results of water content measurement when speed of automatic-spreader was 0.60 km/h (Unit : %)
P-1* P-2 P-3* P-4 P-5 P-6 P-7*
Before 31.7±0.9 25.5±1.9 35.3±1.8 27.8±1.1 24.6±0.9 24.4±2.5 48.0±8.3
After 23.4±2.0 21.4±0.5 25.3±4.3 24.9±1.9 16.8±0.8 15.2±4.7 32.1±4.9
* Measurement point located at drinking nipple line
Table 3 Results of water content measurement when speed of automatic-spreader was 0.72 km/h (Unit : %)
3. 깔짚자동살포장치 가동에 따른 미세먼지 발생 수준 B 농장의 깔짚자동살포장치 및 기존 농가에서 이용 중이던 퇴비살포기를 이용한 깔짚 살포 전 후의 미세먼지 측정 결과 는 Fig. 11, 12, 13, 14, 15, 16과 같다. 깔짚자동살포장치 설치
동의 살포 전 PM10, PM2.5, PM1.0의 평균 농도는 각각 0.63±0.19 mg/m3, 0.22±0.04 mg/m3, 0.05±0.01 mg/m3 수준이 었으며 흡입성 분진의 평균 농도는 1.55±1.14 mg/m3, 호흡성 분진의 평균 농도는 0.33±0.05 mg/m3 수준으로 측정되었다.
살포 직후 PM10, PM2.5, PM1.0의 농도 최댓값은 각각 5.89, 1.02,
Fig. 12 Dust concentration of PM2.5 before and after spreading bedding materials using manual-spreader (M-S) and automatic-spreader (A-S) at B farm
Fig. 13 Dust concentration of PM1.0 before and after spreading bedding materials using manual-spreader (M-S) and automatic-spreader (A-S) at B farm
Fig. 11 Dust concentration of PM10 before and after spreading bedding materials using manual-spreader (M-S) and automatic-spreader (A-S) at B farm
Fig. 14 Dust concentration of inhalable dust before and after spreading bedding materials using manual-spreader (M-S) and automatic-spreader (A-S) at B farm
Fig. 15 Dust concentration of thoracic dust before and after spreading bedding materials using manual- spreader (M-S) and automatic-spreader (A-S) at B farm
Fig. 16 Dust concentration of respirable dust before and after spreading bedding materials using manual- spreader (M-S) and automatic-spreader (A-S) at B farm
0.13 mg/m3으로 측정되었으며 평균 농도의 경우, 각각 2.37±1.63, 0.47±0.27, 0.08±0.03 mg/m3로 나타났다. 흡입성 및 호흡성 분진 농도의 최댓값은 17.85, 1.97 mg/m3 수준으로 Donham et al. (2000)이 제시한 양계시설 근로자의 호흡기 건 강을 고려한 분진노출허용기준 대비 약 7.4배, 12.3배 수준으 로 산정되었다. 흡입성 및 호흡성 분진의 평균 농도의 경우 각각 5.16±0.59, 0.88±0.55 mg/m3 수준으로 앞선 기준치 대비 약 2.15배, 5.5배를 초과하는 것으로 나타났다. 퇴비살포기를 이용한 실험 동의 깔짚 살포 전 PM10, PM2.5, PM1.0의 평균 농도는 각각 0.66±0.11, 0.23±0.03, 0.06±0.00 mg/m3 수준이었 으며 흡입성 분진의 평균 농도는 1.20±0.66 mg/m3, 호흡성 분 진의 평균 농도는 0.35±0.04 mg/m3 수준으로 관측되었다. 살 포 직후 PM10, PM2.5, PM1.0의 농도 최댓값은 각각 7.11, 1.35, 0.15 mg/m3으로 측정되었으며 평균 농도의 경우, 각각 2.17±1.12, 0.49±0.18, 0.09±0.02 mg/m3으로 오리깔짚자동살 포장치 설치 동의 실험 결과와 큰 차이를 보이지 않았다.
Donham et al. (2000)의 기준치와 비교 시, 흡입성 및 호흡성 분진 농도의 최댓값은 27.81, 2.40 mg/m3 수준으로 각각 약 11.6배, 15.0 배 수준으로 산정되었다. 각 분진의 평균 농도의 경우 각각 5.74±5.02, 0.33±0.04 mg/m3 수준으로 앞선 기준치 대비 약 2.4배, 2.1배를 초과하는 것으로 나타났다.
농장 C의 깔짚자동살포장치 및 기존 농가에서 이용 중이던 퇴비살포기를 이용한 깔짚 살포 전 후의 미세먼지 측정 결과 의 경우, Donham et al. (2000)의 흡입성 및 호흡성 분진의 허용노출기준과 비교 시 깔짚자동살포장치 설치 동의 경우, 최댓값은 126.54, 29.72 mg/m3 수준으로 약 52.7배, 185.8 배 수준으로 산정되었다. 해당 분진의 평균 농도의 경우 각각 32.73±18.75, 6.85±4.27 mg/m3 수준으로 기준치 대비 약 13.6 배, 42.8배 초과하는 것으로 나타났다. 농장 B 대비 상대적으 로 높은 수준의 농도 값을 보이는 것으로 나타났는데 이는, 당시 바닥재와 깔짚의 건조 상태, 가동 조건 등의 차이에서 그 원인을 찾아볼 수 있다. 퇴비살포기를 이용한 실험 동의 깔짚 살포 직후 흡입성 및 호흡성 분진 농도의 최댓값은
40.93, 5.44 mg/m3 수준으로 허용노출기준 대비 약 17.1배, 34.0배 수준으로 산정되었다. 평균 농도의 경우 각각 16.37±8.95, 2.81±1.22 mg/m3 수준으로 각각 6.8배, 17.6배를 초과하는 것으로 나타났다.
만약, 오리깔짚자동살포장치를 이용한 깔짚 살포 작업 시, 시설 내부에 근로자가 상주하여 지속적으로 장시간에 걸쳐 해당 농도에 노출될 경우 근로자의 폐기능에 유해한 환경이 조성될 가능성이 있는 것으로 판단할 수 있다. 단, 오리깔짚자 동살포장치의 경우, 근로자가 시설 내부로 출입하지 않고 시 설 외부에서 자동으로 기기를 작동시켜 앞서 언급한 유해 대 기 환경에 노출될 우려가 없다. 기존 퇴비살포기를 이용한 살 포 작업의 경우 근로자가 기기와 함께 실내에 위치함에 따라 폐기능에 유해한 대기 환경에 지속적으로 노출될 우려가 존 재한다고 추정할 수 있다.
4. 깔짚자동살포장치 가동에 따른 오리 안전성 분석 결과
오리 안정성 분석을 위해 B 농장 분변 채취 시료의 분석 결과 (Table 5), 깔짚자동살포장치 설치 동에서 채취한 시료의 일반세균수는 189,306±81,550개로 미 설치동의 203,331±126,445 개에 비하여 상대적으로 세균수가 적은 것으로 나타나 (p-value=0.25) 설치 동의 감염 정도가 적은 것으로 조사되었 다. E. coli도 설치 동의 7.2±7.0 (×107) cfu/ml과 비교하여 미 설치동의 8.5±8.9 (×107) cfu/ml에 비하여 다소 낮게 나타났다.
호흡기 질환과 관련되는 duck hepatitis virus 검출 PCR 검사의 경우 깔짚자동살포장치 설치 동 및 미설치 동의 시료 모두 음성을 띈 것으로 나타나 깔짚 살포에 따른 폐 조직에 미치는 영향은 없는 것으로 판단할 수 있다.
폐 조직을 이용한 검사 결과, Fig. 17(a)에 화살표로 표시된 바와 같이, 미 설치동 8수 중 1수에서 기관지 관련 림프조직 종대가 관측되었는데 이는 호흡기 자극으로 인해 면역 세포 가 활성화되어 발생된 것으로 추정 가능하다. 그 외 미설치동, 설치동의 시료 모두 특이 소견이 관찰되지 않았다.
Farm Pathogen Manual-spreader Automatic-spreader p-value
B farm
Bacteria
(number) 203,331±126,445 189,306±81,550 0.245055
E. coli
(cfu/ml) 8.50±8.94 (×107) 7.15±7.04 (×107) p<0.05
C farm
Bacteria
(number) 27,363±16,234 14,896±10,870 0.03939
E. coli
(cfu/ml) 4.5×105±5.0×105 3.1×105±6.6×104 p<0.05
Table 5 Number of bacteria and E. coli from manure samples at B and C farm
C 농장의 분변 시료의 경우 (Table 5), 일반세균 수는 설치 동에서 14,896.0±10,870 개로 미 설치동의 27,363.0±16,234개 보다 적은 것으로 나타났는데 이는 깔짚자동살포장치 설치에 따라 시설 내 출입이 상대적으로 감소하였기 때문에 기인한 결과로 추정 가능하다. E. coli 또한, 설치동의 결과가 3.1±6.6 (×105) cfu/ml로 미 설치동의 4.5±5.0 (×105) cfu/ml 대비 감염 량이 적은 것으로 나타났다.
오리 duck hepatitis virus 검출 PCR 검사의 경우 깔짚자동 살포장치 설치 동 및 미설치 동의 시료 모두 음성으로 나타났다.
C 농장 오리 개체에 대한 폐 조직 검사 결과 (Fig. 18), 미 설치동 오리 8마리 중 1수에서 림프절 종대가 나타나고 (Fig.
18(a) 검은 삼각형 표시), 2수에서 기관지 실질조직의 염증세 포 침윤이 관찰되어 (Fig. 18(a), 화살표 표시) 호흡기 자극으 로 면역세포가 활성화되어 발생한 것으로 판단되었다. 설치 동 오리의 경우 8수 모두 폐조직에서 이상 소견이 발견되지 않았다.
Ⅳ. 결 론
본 연구에서는 오리 사육 농가의 깔짚 살포 시 소요되는 노동력 절감 및 차단방역달성을 목적으로 깔짚자동살포장치 (a) Samples from facility using manual-spreader
(b) Samples from facility using automatic-spreader
Fig. 17 Diagnosis of lung tissue samples according to spreading methods for bedding materials at farm B
를 개발하였고 이에 따른 농가 실증을 실시하였다. 구동 알고 리즘은 노동력의 추가 투입 없이 무인 자동화가 실현될 수 있도록 깔짚의 선적, 살포 등 전 과정이 자동으로 실시될 수 있도록 구성되었다. 깔짚 살포 중량은 장치의 전진 속도, 살포 블레이드의 출력 등 장치 가동 조건에 따라 상이한데, 본 연구 를 통해 도출한 경험식을 이용하여 깔짚 살포 중량에 따른 바닥재의 수분함량 저감 효과를 예측할 수 있다.
깔짚자동살포장치 및 현행 농가에서 이용하고 있는 퇴비살 포기를 이용한 깔짚 살포시의 미세먼지 발생 수준의 경우, 근 로자의 호흡기 건강을 고려한 분진허용노출기준을 모두 초과
하는 것으로 나타났다. 그러나 깔짚자동살포장치의 경우 근 로자가 시설 내부로 출입하지 않으며, 시설 외부에서 장치를 작동하거나, 사전에 설정된 작동 스케쥴에 따라 자동 운전을 실시함에 따라 유해한 대기 환경에 노출될 우려가 없다. 반면, 기존 퇴비살포기를 이용한 살포작업의 경우, 근로자가 작업 과 함께 실내에 위치함에 따라 장기간 해당 분진 환경에 노출 시 폐기능 저하 및 관련 호흡기 질환이 발생될 우려가 있을 것으로 판단된다.
깔짚자동살포장치 도입에 따른 오리의 안정성 검토 결과, 일반세균 수 및 E. coli가 깔짚자동살포장치 설치 실험 동에서 (a) Samples from facility using manual-spreader
(b) Samples from facility using automatic-spreader
Fig. 18 Diagnosis of lung tissue samples according to spreading methods for bedding materials at farm C
모두 낮게 나타났는데, 이는 퇴비살포기를 이용한 깔짚 살포 작업의 경우 근로자가 시설 내부로 반드시 기계 장치와 함께 출입하여야 하며, 그로 인해 외부 오염물질이 내부로 유입될 가능성이 상대적으로 크기 때문으로 추정 가능하다. 깔짚 살 포 시 공기 중으로 비산되는 미세먼지에 따른 영향성 분석을 위해 오리 폐조직 분석 결과, 일부 퇴비살포기를 이용하는 실 험 동 내 오리 개체에서 림프절 종대 및 염증세포 침윤이 관찰 되었으나 깔짚자동살포장치 설치 동의 경우 모든 개체의 폐 조직 시료에서 호흡기 질환 관련 이상 소견이 관찰되지 않았다.
본 연구를 통해 개발된 깔짚자동살포장치는 현재, 오리 사 육농가를 위한 ICT 융복합확산사업 지원 대상 품목 추가에 대한 정책 건의 중에 있으며, 장치 도입을 통해 오리 사육 농 가의 노동력 절감에 기여할 수 있을 것으로 판단되며, 동절기 고병원성조류인플루엔자와 같은 가축전염병 예방을 위한 차 단 방역 효과를 기대할 수 있다.
감사의 글
본 연구는 농촌진흥청 연구사업 (세부과제번호 : PJ01206703) 의 지원 사업과 2020년도 농촌진흥청 국립축산과학원 전문연 구원 연수과정 지원사업에 의해 이루어진 것으로 수행되었으 며 이에 감사드립니다.
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