돈사 환기팬 가동률에 따른 탈취탑의 암모니아 배출 저감 성능 및 세정수 교체 시점 평가 = Evaluation of Ammonia Emission Reduction Performance and Scrubbing Water Replacement timing of a Wet Scrubber under Different Exhaust Fan Operating Rate in a Swine Barn

국문 초록 (Abstract)

탈취탑 성능은 돈사 환기량 변화에 따른 암모니아 부하와 세정수 교체 시점에 영향을 받으나, 이를 현장 운전조건과 연계하여 평가한 연구는 제한적이다. 본 연구에서는 강제 환기식 밀폐형 돈사에 설치된 물 세정식 탈취탑을 대상으로, 계절별 환기 조건을 모사한 환기팬 가동률 30%, 50%, 70%, 100%의 변화에 따른 탈취탑 기초 성능, 암모니아 배출 저감 효과 및 세정수 성분 변화를 평가하였다. 이때 암모니아 농도는 각 조건에서 14일간 탈취탑 유입 및 배출 공기 중에서 실시간 측정하고 실측 환기량을 반영하여 암모니아 배출량을 산정하였다. 그 결과, 탈취탑의 기초 성능 지표인 L/G는 0.72~2.23L/m3 범위로 나타나 선행연구에서 제시된 권장 범위에 부합하였으며, 환기팬 가동률별 암모니아 배출 저감율은 각각 40.75%, 52.09%, 57.90%, 60.58%로 평가되었다. 그리고 세정수 성분 중 암모늄 질소와 전기전도도는 탈취탑 가동기간 경과에 따라 증가하였으며, 환기팬 100% 가동 조건에서 가장 높은 수준을 나타냈다. 전기전도도는 세정수 상태를 간편하게 반영할 수 있는 관리 지표이며, 포화 상태는 공기 중 암모니아의 용해 구동력이 감소됨을 나타낸다. 이에 전기전도도의 포화 양상이 뚜렷하게 관찰된 환기팬 100% 조건의 11일째 값을 기준으로 다른 가동률 조건의 세정수 교체 시점을 추정한 결과, 환기팬 가동률 30%, 50%, 70%별로 시험종료 시점인 14일 이후 각각 35일, 37일, 9일이 추가로 경과하면 포화 상태에 도달할 것으로 예측되었다. 본 연구는 돈사 환기팬 가동률 변화에 따른 탈취탑의 암모니아 배출 저감 성능을 배출량 기준으로 제시하고, 세정수 전기전도도 포화값을 활용한 교체 시점 추정 방법을 제안하였다는 점에서 의의가 있다. 이는 현장 조건에서 탈취탑 성능 유지를 위한 세정수 관리 의사결정에 활용될 수 있음을 시사한다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The performance of a wet scrubber is influenced by ammonia loading associated with changes in swine barn ventilation rate and the timing of scrubbing water replacement; however, studies evaluating these factors under field-operating conditions remain limited. In this study, a water-based wet scrubber installed in a mechanically ventilated enclosed swine barn was evaluated under four ventilation fan operation rates, 30%, 50%, 70%, and 100%, simulating seasonal ventilation conditions. The basic performance, ammonia emission reduction efficiency, and changes in scrubbing water characteristics were assessed. Ammonia concentrations at the inlet and outlet air of the wet scrubber were continuously measured over 14 days for each condition, and ammonia emissions were calculated based on measured ventilation rates. As a result, the L/G ratio ranged from 0.72 to 2.23L/m³, which was within the recommended range reported in previous studies. The ammonia emission reduction efficiencies at exhaust fan operating rates of 30%, 50%, 70%, and 100% were 40.75%, 52.09%, 57.90%, and 60.58%, respectively. And the concentrations of ammonium nitrogen and electrical conductivity (EC) in the scrubbing water increased over the operation period, with the highest values observed under the 100% fan operation condition. Electrical conductivity showed potential as a practical indicator of scrubbing water condition, and its saturation indicates a reduced capacity for ammonia absorption. Based on the EC saturation observed on day 11 under the 100% fan operation condition, the replacement timing of scrubbing water for other fan operation rates was estimated. The results indicated that saturation would respectively occur after an additional 35, 37, and 9 days at exhaust fan operating rates of 30%, 50%, and 70% beyond the 14-day experimental period for the respective conditions. This study quantified the ammonia emission reduction performance of a wet scrubber under varying ventilation conditions based on ammonia emission rates and proposed a method for estimating scrubbing water replacement timing using EC saturation levels. These findings provided practical implications for decision-making in scrubbing water management to maintain wet scrubber performance under field conditions.