Development of a Burial-Composting System as a Hybrid Disposal Method for Pig Carcasses

Abstract

Recently livestock epidemics have been reported in South Korea and in various countries worldwide. Korea has implemented a stamping out policy, where infected livestock are buried in the soil near the farms where the infection transpired. Due to the long degradation time, burial site management costs are increasing, and the availability of land is restricted. Environmental problems, such as leachate and unpleasant odor, occur secondarily. As an alternative disposal method for improving the domestic situation, composting method has been considered. Despite the advantage of composting carcasses using compost materials in Korea, it is rarely used as compared to other disposal methods. This study aims to develop a new disposal method by improving the conventional soil burial and composting methods. Realistic and comprehensive database of soil burial and composting method by conducting field research, have been useful for developing effective disposal methods for infected carcasses. To understand pig carcass decomposition, pilot-scale test systems to simulate soil burial and composting were constructed in the field, and changes in temperature, pH, gas profiles and bacterial community were monitored inside the systems. Additionally, the relationship between odor gas and bacterial community were explored by a network analysis using expended local similarity analysis (eLSA). It was found that at locations where the pig carcasses were buried, different bacteria were involved in odor emission between soil and compost systems. Based on this information, “burial-composting” was proposed as a new hybrid disposal method suitable for domestic situations. It is a version of the soil burial method modified by covering carcasses with compost to achieve a final compost bed depth of 1−1.2 m during the soil burial process. To evaluate the feasibility and applicability of the burial-composting method, a pilot-scale system was constructed to dispose pig carcasses. This system maintained a temperature 10°C higher than that of the soil burial for a long period, and could speed up the degradation of the pig carcasses. Thermophilic bacteria (Sporosarcina and Truepera) as well as mesophilic bacteria (Steroidobacter) dominated in the system. Based on the odor gas fingerprints and the morphological properties of carcasses excavated after 346 days, it was estimated that the advanced decay stage was reached after 243 days. The carcass degradation rate by the burial-composting was faster than by soil burial, but slower than the composting method. The intensity of odor in the upper soil bed was lesser than the intensity of odor in the compost bed where the carcasses were buried. This result demonstrated that the upper soil bed performed the role of a biofilter for mitigation of odor gases emitted during degradation of the carcasses. In conclusion, this dissertation was to develop a new disposal method, which is suitable for the disposal of infected carcasses in countries where there is a shortage of land for burial sites, and there are complaints about composting facilities. The burial-composting system combines the advantages of the soil burial method and composting method, and is the best available technology that can degrade carcasses faster than the conventional soil burial method and minimize odor complaints.;최근 한국에서는 가축 전염병이 빈번하게 발생하고 있으며, 전세계적으로도 가축 전염병이 발생하고 있다. 한국은 살처분 정책을 시행하고 있으며, 감염 가축은 전염병이 발생한 농장 근처에 매몰하였다. 그러나 사체가 분해되는데 오랜 시간이 걸려 매몰지 관리 비용이 증가하고 토지 이용도 제한되었다. 또한 침출수와 악취 발생 등의 환경 오염도 문제가 되었다. 이러한 국내 상황을 개선하기 위한 대안으로 퇴비화 방법이 고려 될 수 있으나, 한국에서는 거의 사용되지 않고 있다. 본 연구의 목적은 기존 토양매몰법과 퇴비화법을 개선하여 새로운 사체 처리법을 개발하는 것이다. 우선, 돼지 사체 분해 과정을 이해하기 위해 파일럿 규모의 토양 매몰법과 퇴비화법 시스템을 현장에 구축하고, 시스템 내부의 온도, pH, 가스 프로필 및 미생물 군집의 변화를 모니터링 하였다. 현장 실험을 통해 얻은 종합적인 기초데이터는 새로운 감염사체처리법 개발에 유용하게 이용되었다. 또한 악취 가스와 미생물 군집 구조 사이의 관계를 확장된 지역 유사성 분석 (eLSA)을 이용한 네트워크 분석을 통해 알아보았다. 토양매몰법과 퇴비화법에서 서로 다른 미생물이 악취가스와 관련이 있었다. 본 연구에서는 현장 실험과 네트워크 분석을 통해 얻은 정보를 바탕으로, 국내 상황에 적합한 새로운 하이브리드 처리법으로 "매몰-퇴비화법"을 제안하였다. 이는 돼지 사체를 1~2m의 퇴비로 덮어 매몰하는 변형된 토양매몰법이다. 파일럿 규모의 매몰-퇴비화 시스템을 구축하여 돼지 사체의 분해 특성을 살펴보고, 적용 가능성을 평가하였다. 이 시스템은 기존 토양매몰법보다 10℃ 더 높은 온도를 오랜시간 유지할 수 있고, 중온성 세균뿐만 아니라 고온성 세균도 우점하여 빠른 사체 분해가 가능하다. 346일 후 발굴된 사체의 형태학적 특성 및 악취가스 결과에 기초하여, 243일 후 진보된 붕괴단계에 도달한 것으로 추정되었다. 매몰-퇴비화법에서의 사체 분해 속도는 퇴비화법보다는 느리지만 토양매몰법보다는 빨랐다. 상부 토양층의 악취 강도는 사체가 묻힌 퇴비층보다 작았고, 이는 상부 토양층이 악취 가스를 저감하는 바이오필터 역할을 함을 의미한다. 결론적으로 본 논문에서는 매몰지로 사용할 토지가 부족하고 퇴비 시설에 대한 거부감이 있는 국가에 적합한 새로운 감염사체처리법을 개발하고자 하였다. 토양매몰법과 퇴비화법의 장점을 결합한 매몰-퇴비화법은 기존의 토양매몰법보다 사체 분해 속도가 빠르고, 악취 발생을 줄일 수 있는 효과적인 기술이다.