양돈장 내의 환경 요인에 따른 내부 유해인자의 변동 모니터링
Monitoring of Internal Harmful Factors According to Environmental Factors in Pig Farm
이성원
a⋅김효철
b⋅서일환
c,†Lee, Seong-Won⋅Kim, Hyo-Cher⋅Seo, Il-Hwan
ABSTRACT
With the decrease of the agricultural population in Korea, the workers who is vulnerable to labor are increasing in agricultural industry because of aging, feminization of population. They are exposed in poor working environment with higher temperature and concentrations of dust, gas. Higher concentration of harmful gas and dust can cause chronic and acute disease to workers depending on exposure intensity and frequency. In order to improve the working environment in the livestock facilities, It is important to secure monitoring data of the thermal environment and the concentration of harmful gases and fine dust. Multi-point measurement was performed to analyze the regional environmental conditions in the pig rooms. When analyzing the working environment, video monitoring was conducted to analyze the concentration changes of ammonia, hydrogen sulfide and fine dust according to worker movement and work type. Ammonia and hydrogen sulfide monitoring result showed 1.5∼2 times higher concentrations than other work when working in the pigs living zone, and 2∼4 times higher than other work when working to increase the activity of pigs. In the case of fine dust, the result was 1.3 times higher than the worker’s exposure standard in a specific work. The concentrations of gases and dusts from pig farms are not of concern for acute poisoning in normal work, but there is a risk of chronic respiratory disease if they are continuously exposed. Accordingly, there is a need for development of work environment monitoring device tailored to workers and preparation of alternatives.
Keywords: Ammonia, environmental monitoring, fine dust, harmful factor, pig house, thermal conditions
Ⅰ. 서 론
우리나라 농업인구는 전체인구수 대비 1990년 15.4%에서 2018년 4.5%로 지속적으로 감소하고 있다. 농업인구 중 65세 이상 인구는 2018년 44.7%로 고령화되고 있으며, 여성 농업 인구가 꾸준히 증가하고 있다. 국내 농업인구의 감소와 함께 양돈장 등 축산업에서 외국인 노동자의 수가 꾸준히 증하고 있으며, 상시고용의 경우 2010년 3,549명에서 2015년 5,279명 으로 증가하고 있다 (Eom et al., 2017). 농업인구의 고령화, 여성화, 외국인 노동자 증가로 인하여, 축산농가의 열악한 환 경조건에 노출되는 취약계층이 증가하고 있다.
Fig. 1을 보면 국내 양돈장은 사육농가 수는 꾸준히 감소하 는 동시에 사육두수는 소폭 증가하고 있어 농가 당 돼지 사육
두수가 높아지는 밀집화, 대형화가 진행되고 있다. 사육밀도 의 증가는 밀폐된 돈사 내부에 유해가스, 분진, 미생물의 농도 를 높이고 사육환경을 악화시킨다 (Throne et al., 2009). 사육 환경의 악화는 돼지의 증체량 감소 및 폐사율 증가를 일으키 며, 생산성이 감소된다 (Cho and Kim, 2011; Vermeer et al., 2014). 유해환경은 가축의 영향을 줄 뿐 아니라 축사에서 작업 을 수행하는 작업자에게도 나쁜 영향을 미친다. 돈사 내부의 악화된 환경에 노출된 작업자는 호흡기성 질병, 현기증, 안구 염증 등의 위험이 증가한다. 특히 강제환기식 돈사와 같이 밀 폐된 공간에서 작업을 하는 노동자는 만성 호흡기성 질병에
a MS student, Department of Rural Construction Engineering, Jeonbuk National University
b Researcher, National Institute of Agricultural Sciences
c Assistant professor, Department of Rural Construction Engineering, Jeonbuk National University
† Corresponding author
Tel.: +82-63-270-2520, Fax: +82-63-270-2517 E-mail: [email protected]
Received: November 14, 2019 Revised: December 11, 2019 Accepted: January 06, 2020
Fig 1. Number of pigs per farm by year (Korean Statistical Information Service, 2019)
걸릴 위험에 상시 노출되어 있으며, 분뇨 처리나 분뇨 탱크 청소와 같은 특정 작업의 경우 고농도의 유해가스로 인한 질 식 및 중독사고의 발생 위험이 높다 (Bruce and Sommer, 1987;
Crook et al., 1991; Kim et al., 2005; Gautam et al., 2018). 이와 같은 작업자의 작업환경을 고려하여 2016년부터 농어업인의 안전보험 및 안전재해예방에 관한 법률이 시행되고 있으며, 농작업자의 건강과 안전을 위한 업무상 재해 예방 기술 개발 이 필요한 실정이다. 특히 재해 예방 기술 개발을 위해서는 양돈장 내 작업자가 노출되고 있는 작업환경에 대한 현장 모 니터링을 통한 데이터 구축이 시급하다.
하지만, 돈사 내부의 환경을 조절하는데 있어 작업환경만 을 고려할 경우 적정한 사육환경을 해칠 수 있기 때문에 돈사 내부의 사육환경에 대한 이해가 요구된다. 사육환경에 대한 모니터링을 위해 돈방 내부에 온습도, 가스, 미세먼지 센서를 설치하여 장기간 실시간 모니터링을 수행해야 한다. 하지만 가스와 미세먼지 센서의 경우 온습도 센서에 비해 돈사 내부 의 환경에 취약하여 쉽게 오작동을 일으켜 측정에 어려움이 있다. 돼지의 경우 열환경 변화에 따른 스트레스에 의해 면역 력의 저하가 발생할 수 있기 때문에 열환경 변화를 중심으로 분석이 이루어졌다. 열환경을 효과적으로 분석하는 것은 어 렵기 때문에 본 연구에서는 돈사 내의 위치별, 시간별, 계절별 로 나누어 열환경 분석을 진행하였다.
유해가스 및 분진이 사육환경에 미치는 영향에 대한 연구 는 많이 이루어져 왔다. Stombaugh et al. (1969)는 100 ppm 이상의 암모니아 농도에서 돼지의 사료 소비량과 증체량이 감소하고, Curtis et al. (1977)는 50∼75 ppm 범위의 농도에서 돼지의 면역력이 저하되어 질병에 취약진다고 제시했다.
Curtis et al. (1977)는 황화수소의 경우 10 ppm 이하의 농도에 서 돼지의 성장에는 악영향이 거의 없지만 10 ppm 이상의 농도에서 만성 중독을 일으킬 수 있다고 제시하였다. Smith et al. (1979)는 황화수소의 농도가 100∼1,000 ppm, 1,000 ppm 이상의 농도에서는 돼지에게 각각 아 급성, 급성 중독을 유발 시킨다고 제시한 바 있다. Seo et al. (2014)는 양돈장 내에서의 소모성 질병에 대한 대기 중 확산 현상 분석을 위해 축산 에어 로졸을 포집하여 현장 내 바이러스 확산 모니터링과 전산유 체역학 시뮬레이션을 이용한 바이러스가 포함된 에어로졸 확 산 모델링을 수행한 바 있으며, Oh et al. (2019)은 돈사 내 온도 및 황화수소와 암모니아의 농도를 사육과 작업환경을 고려한 양돈장 내 지역별 환기효율성을 분석하기 위한 시뮬 레이션 해석을 수행한 바 있다. 이와 같이 작업환경의 중요성 이 커지고 있는 반면, 작업자가 노출되고 있는 작업환경에 대한 국내 기초데이터는 매우 부족한 실정이며, 작업환경에 대해 분석하더라도 돈사 내부에 고정하여 환경을 측정할 경 우 작업자가 측정범위에서 떨어진 구역에서 작업할 경우 데
이터를 얻기 어렵기 때문에 작업 동선과 종류에 맞추어 작업 환경을 분석하기 위한 대안이 필요하다. 해외에서는 작업자 가 노출되는 작업환경에 대한 기준을 일반적으로 암모니아 20 ppm, 황화수소 10 ppm, 흡입성 분진 2.5 mg/㎥, 호흡성 분진 0.23 mg/㎥ 이하로 제시하고 있다 (Chapin et al. 1998;
Donham et al., 1995; Reynolds et al., 1996).
본 연구에서는 양돈장 내에서 농작업 시 작업자가 노출되 는 환경을 작업 동선과 작업의 종류에 따라 평가하기 위하여 장기적인 열환경 및 유해인자 환경 모니터링을 수행하였다.
환경 모니터링 결과를 바탕으로 기간별 열환경 분석을 수행 하였으며, 작업의 종류에 따라서 작업자가 노출되는 양돈장 내부의 가스, 분진의 농도 변화을 분석하여, 작업자의 노출 위험 정도를 파악하고자 하였다.
Ⅱ. 재료 및 방법
1. 연구대상농장
실험 대상농장은 13,300 ㎡ 면적에 이유자돈, 비육돈, 육성 돈, 모돈 (임신돈), 종돈을 포함하여 약 15,000 두 규모를 사육 하는 상업용으로 운영되고 있는 양돈장이다. 돈사는 연령별 로 7채의 건물로 구분되어 있으며, 작업자와 돼지가 이동할 수 있는 통로를 제외하면 각 연령별 건물은 독립적으로 구성 및 운영되고 있다. 대상농장은 남쪽을 제외한 3면이 산으로 둘러싸여 있으며, 해발고도 77∼84 m 사이에 있다.
실험 농장은 작업자가 이동하고 돼지의 출하를 위한 중앙 복도가 있으며, Fig. 2(c)와 같이 돈사 내부에 있는 보조덕트, 창문 및 문과 접해있다. 문은 작업자가 돈사 내부에 출입할 경우를 제외하면 폐쇄한다. Fig. 2(a)와 Fig. 2(c)에 표시된 중 앙 덕트와 배기팬의 경우 외부와 직접적으로 연결되어있다.
돈사는 Fig. 2(a)과 같이 12개의 구역으로 나누어져 있고 작업 자용 복도가 돈사 중앙에 위치되어 있다.
실험 비육사는 밀폐형이며, 음압식 환기시스템을 적용하였 다. Fig. 2(a) 외부와 연결되어 있는 0.5 m2 면적의 원형입구를 갖는 중앙 덕트가 양쪽에 있으며, 우측 중앙 덕트는 내부 공기 를 외부로 배기하며, 좌측 중앙 덕트는 입기구로 작동한다.
건물 내부의 중앙 복도와 연결되어 있는 보조 덕트 2개는 길 이 방향으로 0.005 m2 크기의 구멍 16개가 뚫려있으며, 덕트 입기구로 활용된다. 외부의 공기가 비육사의 복도를 통과한 후 돈방으로 입기된다. Fig. 2(b)와 같이 0.66 m 직경의 (2) 배기팬 2개와 0.5 m 길이의 (1) 배기팬 3개를 활용하여 배기를 하며, Fig. 2(c)의 복도 쪽으로 설치된 12 개의 창문을 음압식 입기구로 사용한다. 환기 방식은 계절별, 열량지수별로 조절 되고 있으며, 여름철 돈사 내부의 환기시스템의 작동 유무는
열량지수 1,500을 기준으로 하며, 온도와 습도는 각각 25℃, 60%이다. 열량지수란 온도와 습도의 정도를 함께 보는 척도 로 온도 (℃) × 습도 (%)로 표현된다. 돈사 내부의 열량지수는 1,800을 넘으면 혹서기 피해가 발생 될 수 있기 때문에 적정 열량지수인 900∼1,300을 유지하는 것이 좋다 (Kim, 2018).
돈사 내부의 열량지수가 1,500 이상인 경우, 최대 환기가 작동 되며, 1,500 이하인 경우, 일반 및 최소 환기가 작동된다. 비육 돈의 출하는 소규모 출하와 전체 출하로 나눠져 있으며 출하 는 각 돈방에서 소규모로 매주 진행되며, 2달에 한 번씩 대청 소와 함께 대규모 출하가 진행된다. 소규모 출하하는 경우 작업을 위해 출입구가 1∼4시간 동안 개방되어 있다. 대규모 로 출하하는 경우 모든 창문을 개방하고 최대 출력으로 배기 팬과 입기팬을 작동시킨다. 대규모 출하가 끝난 직후 짧게는 2∼3일 길게는 5일 정도를 대청소 및 환기 기간으로 빈 돈사 로 유지된다.
계절에 따라서 환기시스템이 다르게 작용하며, 하절기에는 최대환기를 위하여 좌측 중앙 덕트와 보조 덕트가 상시 작동 한다. (2) 배기팬은 상시 작동되지만 (1) 배기팬은 열량지수가 1,500 이하일 때 좌측과 우측에 있는 정사각형의 배기팬 2대 가 가동된다. 열량지수가 1,500을 초과하는 경우, 모든 팬이 가동된다. 창문은 모두 위를 향하도록 30도 각도로 열어 놓는 다. 환절기에는 좌측 중앙 덕트와 보조 덕트가 상시 작동한다.
(2) 배기팬은 작동하지 않으며 열량지수가 1500 이하일 때 양 측에 있는 2대의 정사각형의 배기팬이 가동된다. 열량지수 1,500을 초과하는 경우 모든 팬이 가동된다. 창문은 상단만 위를 향하도록 30도 각도로 열어 놓는다. 동절기에는 최소 환 기를 위하여 보조 덕트만 상시 작동한다. (2) 배기팬은 작동하 지 않으며 양측에 있는 2개의 (1) 배기팬만 가동된다. 창문은 상시 폐쇄한다.
2. 실험방법 (Experimental procedure)
실험대상돈방은 Fig. 3에서와 같이 비육돈사 내 10개의 돈 방 중 하나, 10개의 자돈사 중 하나를 선정하였다. 실험돈방은 농가 관리인과의 심층면담을 통하여 모니터링 장비의 설치 용이성과 상대적으로 생산성이 떨어지고 폐사가 발생하여 환 경적인 문제가 예상되는 곳으로 선정하였다.
양돈장 내 작업환경 모니터링을 위하여 온도, 가스 및 먼 지의 농도를 돈방 내부에서 상시 측정하는 것이 이상적이 다. 그러나, 양돈장 내부의 높은 가스 및 분진 농도와 습도 로 인하여 가스 (암모니아, 황화수소 등) 또는 분진측정용 센서의 오작동으로 열환경 모니터링을 수행하는 데 한계가 있었다. 이를 극복하기 위하여 온습도는 돈사 내 설치하여, 지속적인 모니터링을 실시하며, 2주 간격으로 주기적으로 실험돈사를 방문하여 유해인자 모니터링을 병행하여 수행 하였다. 돈사 내 환경 모니터링은 2017년 9월부터 진행하여 2019년 3월까지 수행되었다. 열환경 모니터링은 온습도를 중심으로 측정하였으며, 돼지가 열환경 변화에 민감하며, 열환경 모니터링의 경우 장기간 실시간 모니터링이 가능하 기 때문에 열환경 모니터링의 주 대상으로 고려하였다. 유 해인자 모니터링은 암모니아, 황화수소, 미세먼지의 농도를 중심으로 측정하였으며, 농어업인 안전 재해 예방법을 고려 하여 작업자를 주 대상으로 고려하였다. 유해인자 모니터링 의 위치는 작업자의 이동 동선에 따라서 비육사, 자돈사, 급이기, 분뇨저장소 (분뇨 저장 탱크, 액비처리기)를 포함하 고 있다.
열환경 모니터링을 위하여 비육사와 자돈사 실험돈방에 온
Fig. 2 Schematic diagram for experimental hog room with exhaust
fans, duct inlets and window inlets Fig. 3 View and location of experimental pig farm
습도 데이터 로거를 설치하였다 (HOBO U23–001, Onset inc., USA). 온습도 데이터 로거는 작업자의 작업동선에 방해되지 않도록 하였으며, 작업환경 측정을 위하여 사람이 호흡하는 일반적인 위치로 가정하여 바닥에서 1.5 m 높이에 9개의 센서 를 내부에 설치하였으며, 복도에서부터 유입되는 입기공기의 온습도 측정을 위해 입기구에서 약 50 cm 떨어진 위치에 한 개의 센서를 추가로 설치하여 총 10개의 온습도 센서를 설치 하였다 (Fig. 4). 데이터는 매 5분 간격으로 저장하였으며, 2주 에 한번씩 주기적인 모니터링을 수행하면서, 데이터를 백업 하고 외부의 오염물질을 제거하는 등 모니터링 장비 관리를 수행하였다. 실험기간 동안의 외부기상 조건 (풍향, 풍속, 조 도, 온도, 습도)을 파악하기 위하여 기상관측기를 외생변수를 줄이기 위해 나무나 사람의 영향을 받지 않는 위치에 설치하 였다.
유해인자 모니터링은 2주 간격으로 수행하였으며, 내부의 환기팬과 덕트의 영향성을 분석하기 위해 다기능 환경 계측 기 (KIMO, AMI 310, France)를 이용하여 풍속, 온도, 습도 측정하였다. 벽체 온도에 의한 영향을 파악하기 위하여 적외 선 온도 측정기 (TESTO, 831, Germany)를 사용하였으며, 암 모니아 측정기 (WANDI, GAS Tiger 2000, China), 황화수소 측정기 (Graywolf Sensing Solutions, Graywolf Direct Sense, Ireland), 입경별 미세먼지 (GRIMM, Grimm Model 11-A Aerosol Spectrometer, Germany) 농도를 분석하였다. 작업환 경에 대한 정밀 모니터링을 위하여 농장의 작업자에게 해당 하는 장비를 착용시켰으며 (Fig. 5), 작업자의 호흡기에서 반 경 30 cm 이내의 위치에서 데이터를 매 20초 간격으로 측정 하였다. 작업 동선 및 작업의 종류에 따른 유해환경 노출 정 도를 파악하기 위하여 머리에 영상기록장치 (GoPro Hero 5, GoPro, USA)를 설치하여 작업을 촬영한 후, 측정 장비의 농
도와 작업내용 및 해당 작업을 한 위치를 연계하여 분석을 수행하였다.
외부 기상데이터는 용이한 확보를 위하여 해당 지역에서 가장 높은 지역이면서 상대적으로 바로 옆에 나무 등 장애물 이 없어 공간이 확보된 지역을 선정하여 자동기상관측기 (AWS, Automatic weather station, U30, Onset Inc., USA)를 설 치하였다.
축사 내부의 온도를 평가하기 위해 지역별 균일성, 시간에 따른 열적 안정성, 온도 편차를 분석하였다. 지역별 균일성은
(a) Monitoring locations (b) Data logger installation
Fig. 4 Monitoring locations for temperature and humidity data loggers
Fig. 5 Installation of gas and dust monitoring equipments to the farm worker including video recorder
돈방의 위치별 온도의 최고점과 최저점의 편차로 나타냈으며, 열적 안정성은 12시간 간격의 온도 편차로 일교차를 나타낸 다. 측정 지점별로 하루 동안의 최대온도와 최소온도의 차이 인 일교차로 나타내었다. 일교차가 크다는 것은 열적 안정성 이 떨어지는 것을 의미하며, 동시에 돼지가 느끼는 온도의 편 차가 커짐으로써 기후적 스트레스로 인한 면역력 저하가 예 상되며, 이로 인하여 생산성이 낮아지거나 질병에 취약할 수 있다. 열적 적정성은 계절별 평균온도를 기준으로 하여 온도 분포의 편차를 바탕으로 분석하였다. 유해인자 모니터링을 통하여 얻은 현장 데이터는 작업자에게 부착시킨 카메라를
바탕으로 비디오 분석을 한 작업 동선 자료와 비교 분석하여 특정 작업, 상황, 환경에 따라 노출되는 유해가스와 미세분진 의 농도데이터를 정리하였다.
Ⅲ. 결과 및 고찰
1. 열환경 모니터링 결과
열적 안정성은 12시간 간격의 온도 편차로 일교차를 나타 낸다. Fig. 6은 2018년 3월 (환절기)과 7월 (여름)에 대한 열적
(a) March 2018
(b) July 2018
Fig. 6 Thermal stability during (a) March (change season) and (b) July (summer) comparing internal air temperature and outside weather conditions
안정성을 나타낸 그래프이다. 하절기 Fig. 6(b)는 환절기 Fig.
6(a)에 비하여 외부온도의 일교차가 7∼10℃로 상대적으로 낮 은 편이지만 환기량을 높게 유지하기 때문에 내부 온도의 편 차가 커지며, 외기의 일교차와 비슷한 패턴으로 변화하는 것 을 알 수 있다. 이와 같이 하절기에는 환기량을 높여 외부의 기상에 많은 영향을 받으며, 평균 온도는 약 29.4℃, 최저 온도 평균 24.6℃, 최고 온도 평균 32.8℃로 Rural Development Administration (2014)에서 제공하고 있는 일반적인 비육사의 적정 사육온도 범위인 15∼20℃를 초과한다. 열적 안정성은 기상상태와도 밀접한 관련이 있다. Table 1과 같이 일교차는 맑음>흐림>강우 순으로 흐리거나 비가 오는 날은 하루 종일 온도가 낮게 유지되어 축사 내부의 열적 안정성은 상대적으
로 좋다. Fig. 7과 같이 하절기 강우 시에는 외부 온도의 일교 차가 낮아지고 낮 기온이 다른 기상에 비해 비교적 낮아, 축사 에서는 낮은 환기량을 유지하기 때문에 외부의 일교차의 영 향이 적어져 내부의 열적 안정성이 좋은 것을 나타내고 있다. 환절기는 일교차가 10∼15℃로 상대적으로 높은 일교차를 보 인다. 환절기는 하절기에 비해 내부의 열적 안정성이 좋은 것 을 알 수 있다. 이는 환절기가 하절기에 비해 온도가 낮아 적 은 환기량을 유지하기 때문에 외기의 영향을 적게 받는 것을 알 수 있다.
지역별 균일성은 실험돈방 내의 특정 시점별로 내부의 온 도분포를 통하여 평가할 수 있다. 돈사 내 위치별 온도 편차는 유입공기의 특성 및 환기구의 위치에 큰 영향을 받는다. 실험
Stability (℃) Whole period Clear Cloudy Rainy
Summer
Max. 8.19 8.19 7.59 4.40
Avg. 4.02 5.23 3.84 1.50
Min. 0.02 0.55 0.02 0.02
Change seasons
Max. 6.28 6.28 5.64 4.12
Avg. 1.50 1.69 1.71 0.67
Min. 0.02 0.02 0.03 0.02
Table 1 Thermal stability based on daily temperature change at each monitoring points during summer and change seasons according to outside weather conditions.
Fig. 7 Temperature distributions pattern during summer season according to outside weather conditions
Fig. 8 Temperature contour when the uniformity is lowest
Regional temperature difference (℃) Whole period Amount of clouds
rainy period Clear period Cloudy period
Summer
Max. 10.56 10.56 4.03 2.20
Avg. 1.44 1.61 1.22 0.99
Min. 0.03 0.03 0.03 0.20
Turning of seasons
Max. 7.32 5.16 5.05 7.32
Avg. 2.15 2.23 1.99 2.33
Min. 0.44 0.50 0.44 0.67
Table 2 Thermal uniformity based on regional temperature difference at each monitoring points during summer and change seasons according to outside weather conditions.
돈방에서는 중앙에 설치된 2개의 덕트가 각각 배기구와 입기 구로 작동하고 있다. Fig. 8은 돈방내 온도 편차가 10.56℃로 가장 큰 시간의 4시간 전후의 온도분포를 나타낸 것이다. 외 기 온도가 올라감에 따라 환기량이 높아져 지역별 온도 분포 의 차이가 발생한다. Table 2에서와 같이 하절기의 경우 환절 기에 비해 기본적인 환기량이 높아 외부의 공기의 영향을 많 이 받아 지역별 온도의 균일성이 떨어지는 것을 알 수 있다.
열적 적정성은 계절별로 적정 사육온도와 온도 모니터링 데이터를 비교하여 적정한 사육환경이 잘 유지되고 있는지를 검토하였다. 열적 적정성이 떨어지는 것은 초기 설정된 돈사 내부의 환경과 격차를 나타낸다. 즉, 돈사 열환경의 이상 (Ideal)값과의 현실 (Real)값의 차이로 설명할 수 있다. 일반 적으로 환절기가 하절기에 비해 열적 적정성이 우수하다 (Table 3). 환절기의 경우 환기량이 낮아 온도 조절이 용이한 반면, 하절기는 외부의 온도가 높으며, 환기량도 높아 온도 조절의 어려움을 겪기 때문이다. Fig. 9는 하절기 전체 기간과
강우 시 적정온도 대비 측정온도의 편차를 나타낸 것으로, 강 우 시 편차가 양의 값 (적정온도보다 높음)으로 치우쳐져 있 다. 이는 강우 시 외기 온도가 낮음에도 불구하고, 환기량이 줄어들기 때문에 오히려 돈방 내부의 온도가 올라가는 것을 확일할 수 있다. 이와 같이 내부의 열환경은 외부의 온도와 함께 환기량에 매우 밀접한 관계가 있음을 확인할 수 있다.
2. 암모니아와 황화수소 모니터링 결과
2주 간격으로 수행한 주기적 환경 모니터링을 통하여 작업 자가 노출되는 작업환경에 대한 평가를 수행하였다. 비디오 분석을 통하여 시간에 따라 작업자가 이동하는 경로는 착용 한 카메라와 돈사 내부 CCTV로 추적하였다. Fig 10과 같이 이동동선은 작업의 종류와 작업하는 장소에 따라서 차이가 발생하며, 청소작업의 경우 일정한 패턴으로 이동하는 반면 동물과 관련된 출하, 상태관리 시에는 패턴이 없이 복잡한 작 업동선을 나타내고 있다.
유해가스 모니터링 결과 돼지 청소 작업과 같이 활동성이 높은 작업을 진행할 경우 암모니아와 황화수소의 농도가 급 격히 상승하였다 (Fig. 11). 청소 작업이 끝나고 대상 지역을 벗어날 경우 다시 급격히 감소되는 것을 볼 수 있다. Table 4를 보면 청소작업의 경우 돼지가 생활하고 있는 공간에 들어 갈 경우와 작업자가 이동할 수 있는 통로에서 작업할 경우로 나누어지는데 암모니아와 황화수소의 경우 돼지 생활 구역에 서 작업을 진행할 때와 돼지가 없는 작업자용 통로에서 작업 을 진행할 때 농도 변화를 보였다. 암모니아의 경우 돼지 생활 구역이 작업자용 통로에서 보다 평균적으로 2.3배 높은 농도 상승을 보였으며, 황화수소의 경우 평균적으로 1.4배 높은 농 도상승을 보였다. 또한 돈사 내부에서 작업자와 돼지의 활동
Temperature deviation (%) Whole period Amount of clouds
Rainy period Clear period Cloudy period
Summer
+2 < 17.63 16.06 19.69 27.60
+2∼+1 11.68 10.99 10.62 17.86
+1∼0 14.38 14.51 14.38 13.15
-1∼0 16.02 15.71 15.70 20.13
-1∼-2 15.70 15.07 15.75 16.53
-2 > 24.60 27.66 23.87 4.73
Turning of seasons
+2 < 5.49 4.45 7.82 3.51
+2∼+1 14.40 14.41 13.86 14.54
+1∼0 29.84 29.84 27.20 35.53
-1∼0 27.82 27.12 28.34 28.45
-1∼-2 16.01 16.36 16.88 14.08
-2 > 6.33 7.83 5.90 3.90
Table 3 Thermal suitability based on temperature deviation between monitored and ideal rearing temperature at each monitoring points during summer and change seasons according to outside weather conditions.
Fig. 9 Comparison of the temperature deviation between whole periods and rainy periods in summer
성에 따라 암모니아와 황화수소의 농도 변화가 있었다. 돈사 내에서 작업자가 청소, 백신투약 사료배합 및 배분과 같이 활 동성이 높은 작업을 수행했을 경우보다 단순히 돼지의 상태 나 내부 기기를 확인하는 것과 같이 활동성이 낮은 작업을 수행했을 경우 암모니아와 황화수소의 농도는 각각 평균 4.5 배, 2.1배 증가하였다. 암모니아와 황화수소의 일반적인 작업 자 노출 기준농도는 각각 25 ppm (TWA), 10 ppm (TWA)으로 양돈장에서는 기준치를 빈번하게 초과하였다. 작업 위치별로 작업자가 청소를 하는 도중 돼지 점유 구역에 진입하는 경우 작업자가 호흡하는 위치에서의 암모니아와 황화수소의 농도 가 급격히 상승하고 있다.
3. 미세먼지 모니터링 결과
미세먼지는 암모니아, 황화수소와는 다른 패턴으로 Table 4와 같이 돼지가 없는 작업자용 복도와 돼지 생활 구역에서 의 농도 차이가 크지 않았다. 또한, 물청소작업의 경우 일반 적으로 많은 양의 물을 공기 중으로 분사하여 이루어지기 때문에 돈사 내부에서 작업함에도 휴게공간이나 돼지 상태 확인과 같이 미세먼지가 낮은 농도로 나타나는 작업처럼 상 대적으로 미세먼지의 농도가 낮아졌음을 알 수 있으며, 일반 적인 청소작업과 돼지 생활 구역에서의 청소작업과 비교하 였을 때 0.5배 더 낮게 나타났다. Fig. 13은 작업별 미세먼지 의 농도를 분석한 결과의 일부를 나타낸 것이다. 작업하지 않을 때의 양돈장 내 평균 분진농도 (PM10 기준)는 약 347
Fig. 11 Ammonia and hydrogen sulfide concentrations during cleaning in October 19, 2017 (a) Cleaning work in farrowing house
(b) Cleaning and shipping work in finishing house Fig. 10 Tracking work line by video analysis according to working
types
Task Ammonia Hydrogen sulfide Inhalable dust PM10 PM2.5
unit ppm ppm ㎍/㎥ ㎍/㎥ ㎍/㎥
Rest room 4.2 1.3 463 428 193
Vaccination 9.8 7.2 861 724 359
Cleaning with water 14.8 5.3 482 481 310
Cleaning 13.5 5.5 881 880 741
Cleaning (pig zone) 30.7 7.6 940 811 436
Feed Mixing and feeding 54.7 8.5 1012 711 523
Pig checking 6.3 3.2 518 491 220
Shipping (Out door) 1.0 0.4 258 174 38
Table 4 Average concentrations of hydrogen sulfide, ammonia and dust exposed by workers in two years
(a) Corridor zone (b) Pig occupation zone
Fig. 12 Cleaning work in the experimental pig rooms
Fig. 13 Dust concentrations by size distributions during cleaning and feed mixing works in October 19, 2017
μg/m3인 반면 사료배합 작업의 경우 호흡성 분진의 농도가 기준치인 일반적인 작업자 노출 기준치인 2,500 μg/㎡
(Donham et al., 1995)을 1.3배 초과하여 3,300 μg/m3까지 상 승하였다. 대상 돈사에서 사용하는 사료는 건식으로 환기량 이 낮은 밀폐된 공간에서 배합이 진행되기 때문에 작업자의 호흡기에 미치는 영향이 큰 것으로 판단된다 (Fig. 13). 백신 투약 작업의 경우 특정 시간에 호흡성 분진 평균 1800 μg/m3 로 급격히 상승하며, 급격한 상승 전후로 평균 1000 μg/m3으 로 높은 농도로 나타나는 것을 볼 수 있다. 이는 투약 전후로 돼지가 급격하게 움직이기 때문에 주위의 먼지의 농도가 순 간적으로 상승하는 것으로, 백신작업이 반복적으로 이루어 지기 때문에 작업자가 높은 농도에 지속적으로 노출될 위험 이 있다 (Fig. 14).
Ⅳ. 결 론
양돈장의 내부 환경 모니터링은 사육환경의 평가 및 개선 방안 마련을 중심으로 이루어져 왔다. 사육환경과 함께 취약 한 환경에 노출되는 작업자의 작업환경에 대한 관심이 필요 하며, 본 연구에서는 작업자의 작업환경에 대한 현장 모니터 링을 사육환경과 병행하여 실시하였다. 작업경로와 작업의 종류에 따른 암모니아, 황화수소, 입경별 미세먼지의 농도분 포를 측정하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 돼지 생활 구역의 작업은 노출되는 암모니아의 농도가 기준을 초과하였으며, 황화수소의 경우 바닥에 가라앉는 특성을 고려하였을 때 기 준보다 높은 농도상승 백신 투약, 청소, 사료배합과 같은 작업 은 평균적으로 800 μg/m3이상의 환경에 지속적으로 노출되는 결과를 보였다. 양돈장에서 발생하는 가스 및 분진의 농도는 일반적인 작업에서는 급성중독의 우려를 할 수준은 아니지만, Fig. 14 Dust concentrations by size distributions during vaccination works in October 27, 2017
Fig. 15 Feed mixing and vaccination works in the experimental pig house captured by video analysis
지속적으로 노출되는 경우 만성호흡기성 질환의 위험이 있다. 작업자의 작업환경을 지속적으로 평가하고 대안을 마련하기 위해서는 더 많은 데이터의 확보가 필요하며, 기존의 무거운 장비를 활용하여 모니터링하기에는 작업의 불편함이 있어 향 후에는 작업자가 착용할 수 있는 소형화 및 경량화된 웨어러 블 기반의 작업환경 모니터링 장비의 개발이 필요하다.
감사의 글
본 연구는 한국에너지기술평가원 산업기술혁신사업 (과제 번호: 20194210100020)의 지원에 의해 이루어진 것임.
REFERENCES
1. Bruce, J. M., and M. Sommer, 1987. Environmental aspects of respiratory disease in intensive pig and poultry houses, including the implications for human health.
Proceedings EC Meeting Aberdeen 29-30.
2. Chapin, A., C. Boulind, and A. Moore, 1998. Controlling
odor and gaseous emission problems from industrial swine facilities. Yale Environmental Protection Clinic.
3. Cho, J. H., and I. H., Kim, 2011. Effect of stocking density on pig production. African Journal of Biotechnology 10(63): 13688-13692. doi:10.5897/AJB11.1691.
4. Curtis S. E., J. G. Drummond, and J. Simon, 1977. Atmospheric ammonia affects swine health. Illinois Research 19: 8-9.
5. Crook, B., J. F. Robertson, G. S. Travers, E. M. Botheroyd, J. Lacey, and M. D. Topping, 1991. Airborne dust, ammonia, mircoorganisms and antigens in pig confinement houses and respiratory health of exposed farm workers. American
Industrial Hygiene Association Journal 52: 271-279.
6. Eom, J., B. Woo, and Y. Kim, 2017. Employment status of foreign workers in agriculture and policy tasks. Korea
Rural Economic Institute basic research report.
7. Gautam, R., Y. Heo, G. Lim, E. Song, K. Rogue, J. Lee, Y. Kim, A. Cho, S. Shin, C. Kim, G. Bang, J. Bahng, and H. Kim, 2018. Altered immune responses in broiler chicken husbandry workers and their association with endotoxin exposure. Industrial Health 56(1): 10-19. doi:
10.2486/indhealth.2017-0049.
8. Donham, K. J., S. J. Stephen, J. Reynolds, P. Whitten, J.
A. Merchant, L. Burmeister, and W. J. Popendorf, 1995.
Respiratory dysfunction in swine production facility workers:
Dose‐response relationships of environmental exposures
and pulmonary function. American Journal of Industrial
Medicine 27(3): 405-418. doi:10.1002/ajim.4700270309.
9. Kim, H. A., K. S., Kim, K. R., Kim, K. H., Kim, and Y. Heo, 2005. Immunologic alteration demonstrated at the economic animal husbandry workers. Toxicological
Research 21(2): 121-128 (in Korean).
10. Kim, N., 2018. Heatwave-responsive livestock specification management. National Institute of Animal Science Nongsaro.
11. Korean Statistical Information Service, 2019. Livestock trend survey statistical information report, 39, Korea.
12. Oh, B. W., S. W. Lee, H. C. Kim, and I. H. Seo, 2019.
Analysis of working environment and ventilation efficiency in pig house using computational fluid dynamics. Journal
of Korean Society of Agricultural Engineers 61(2): 85-95
(in Korean). doi:10.5389/KSAE.2019.61.2.085.13. Seo, I. H., I. B. Lee, O. K. Moon, and K. S. Kwon, 2014.
Aerodynamic approaches for estimation of waste disease spread in pig farm through airborne contaminants. Journal
of the Korean Society of Agricultural Engineers 56(1):
41-49 (in Korean). doi:10.5389/KSAE.2014.56.1.041.
14. Smith, R. P., R. C. Cooper, T. Engen, E. R. Hendrickson, M. Katz, T. H. Milby, J. B. Mudd, A. T. Rossano, and J. Remond, 1979. Hydrogen Sulfide University Park Press, Baltimore.
15. Stombaugh, D. P., H. S. Teague, and W. L. Roller, 1969.
Effects of atmospheric ammonia on the pig. Journal of
Animal Science 28(6): 844-847. doi:10.2527/jas1969.286844x.
16. Reynolds, S. J., K. J. Donham, P. Whitten, J. A. Merchant, L. F. Burmeister, and W. J. Popendorf, 1996. Longitudinal evaluation of dose‐response relationships for environmental exposures and pulmonary function in swine production workers. American Journal of Industrial Medicine 29(1):
33-4. doi:10.1002/(SICI)1097-0274(199601).
17. Rural Development Administration, 2014. Pig-specification management general-summer pig specification, Crop Technology Information, 34 (in Korean).
18. Thorne, P. S., A. Ansley, and S. S. Perry, 2009.
Concentrations of bioaerosols, odors, and hydrogen sulfide inside and downwind from two types of swine livestock operations. Journal of Occupational and Environmental
Hygiene 6(4): 211-220. doi:10.1080/15459620902729184.
19. Vermeer, H. M., K. H. De Greef, and H. W. J. Houwers, 2014. Space allowance and pen size affect welfare indicators and performance of growing pigs under comfort class conditions. Livestock Science 159: 79-86. doi:10.1016/
j.livsci.2013.10.021.
