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송풍량이 음식물쓰레기 발효건조에 미치는 영향
Effects of Air-flow Rate on Bio-drying of Food waste 원문보기

유기물자원화 = Journal of the Korea Organic Resources Recycling Association, v.26 no.2, 2018년, pp.65 - 73  

유정숙 (한경대학교 바이오가스연구센터) ,  윤영만 (한경대학교 바이오가스연구센터)

초록
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본 연구는 음식물쓰레기의 발효건조를 위한 최적 운전조건을 도출하기 위하여 0.75, 1.00, 1.25, $1.50L/min{\cdot}kg$의 송풍조건에서 발효건조 회분식 반응기를 20일간 운전하였으며, Modified Gompertz 모델을 이용하여 발효건조 기간 중 반응기내에서의 유기물 분해반응속도를 분석하였다. 유기물 분해 반응속도 분석에서 최대 유기물 분해량 (P)은 송풍량 0.75, 1.00, 1.25, $1.50L/min{\cdot}kg$에서 각각 2.31, 2.52, 2.27, 1.88 kg이었으며, 최대 유기물 분해속도 ($R_m$)는 송풍량 0.75, 1.00, 1.25, $1.50L/min{\cdot}kg$에서 각각 0.33, 0.45, 0.28, 0.18 kg/day를 보여 송풍량 $1.00L/min{\cdot}kg$에서 우수한 유기물 분해효율을 보였다. 발효건조 반응기의 지체성장시간 (${\lambda}$)은 송풍량 0.75, 1.00, 1.25, $1.50L/min{\cdot}kg$에서 각각 2.10, 1.48, 1.15, 1.06 일로 나타나 $0.75L/min{\cdot}kg$의 적은 송풍조건에서 가장 긴 지체성장시간을 보여 송풍량의 증가는 지체성장시간을 단축시키는 것으로 나타났다. 음식물쓰레기 발효건조 반응기의 운전에서 수분 제거율은 발효건조 반응기 운전 초기에서 중기로 갈수록 송풍량 증가와 함께 증가하다가 발효건조 반응기 운전 말기에는 송풍량 $1.00L/min{\cdot}kg$에서 가장 높은 수분 제거율을 보여 발효건조의 최적 송풍조건은 $1.00L/min{\cdot}kg$으로 나타났다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This study was carried out for 20 days in a bio-drying batch reactor under the blowing conditions of 0.75, 1.00, 1.25, and $1.50L/min{\cdot}kg$ in order to optimize the operating conditions for the bio-drying of food wastes. The decomposition rate of organic matter during the bio-drying o...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 특히, 발효건조 과정에서는 수분의 증발과 유기물의 분해가 동시에 일어남에 따라 발효건조 과정 중 유기물의 분해효율을 평가하기 위해서는 발효건조 반응기의 물질수지 분석을 통한 접근이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 음식물쓰레기의 발효건조를 위한 최적의 운전조건을 파악하기 위하여 발효건조반응기의 물질수지를 분석을 통해 송풍량에 따른 유기물 분해 효율을 평가하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
음식물쓰레기의 퇴비화에 있어 음식물쓰레기의 발효 및 건조 효율을 증가시켰을 때 장점은 무엇인가? 발효건조 기술은 기본적으로 수분증발을 위한 에너지원을 원료 중의 유기물 분해를 통해 얻는다는 점에서 퇴비화 기술과 유사한 원리를 가지고 있으나, 공정의 효율 측면에서 교반 및 송풍량 제어를 통해 미생물의 반응열을 극대화 시키고, 증발수분의 배출을 원활히 하여 음식물쓰레기의 발효 및 건조 효율을 증가시키는 특성이 있다. 이러한 음식물쓰레기의 발효 및 건조효율의 증가는 퇴비화 반응기의 체류시간을 줄이고, 유기물의 분해효율을 증가시켜 초기투자비 및 운전비 등 경제성을 크게 향상시키는 장점이 있다7). 발효건조 과정에서 발효단의 온도는 미생물의 활성화 수준에 따라 중온 (Mesophilic), 고온 (Thermophilic), 냉각(Cooling)상태로 단계적으로 전이되고, 이 과정에서 발생하는 미생물 반응열은 수분의 증발에 이용된다8).
음식물쓰레기의 재활용 방법 중 음식물쓰레기의 퇴비화는 무엇인가? 8%가 바이오가스화 등으로 재활용되고 있다1). 음식물쓰레기의 퇴비화는 호기성의 생물학적 처리과정을 통해 유기물을 안정화시켜 농업생산 등에 이용하는 토양개량제를 생산하는 방법으로 음식물쓰레기의 재활용 방법으로 널리 활용되고 있다. 안정적인 음식물쓰레기의 퇴비화를 위해서는 초기 수분함량이 55%에서 70% 범위로 조정되어야 하며, 초기 수분함량이 과다한 경우 호기성 조건이 불량하여 미생물의 활성이 떨어지는 문제가 발생하거나 침출수의 유출로 인하여 2차적인 환경문제를 야기하는 문제가 발생한다2,3,4).
안정적인 음식물쓰레기의 퇴비화를 위해 적정범위의 초기 수분함량 조정이 필요한 이유는? 음식물쓰레기의 퇴비화는 호기성의 생물학적 처리과정을 통해 유기물을 안정화시켜 농업생산 등에 이용하는 토양개량제를 생산하는 방법으로 음식물쓰레기의 재활용 방법으로 널리 활용되고 있다. 안정적인 음식물쓰레기의 퇴비화를 위해서는 초기 수분함량이 55%에서 70% 범위로 조정되어야 하며, 초기 수분함량이 과다한 경우 호기성 조건이 불량하여 미생물의 활성이 떨어지는 문제가 발생하거나 침출수의 유출로 인하여 2차적인 환경문제를 야기하는 문제가 발생한다2,3,4). 따라서 음식물쓰레기의 초기 수분함량을 조절하기 위하여 톱밥 등의 수분조절재가 이용되고 있으며, 수분조절재는 음식물쓰레기의 퇴비화과정 초기에 생성되는 각종 유기산에 대하여 완충제 역할을 수행하여 퇴비화 과정 중 적정한 pH(6~8)를 유지시킨다2).
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참고문헌 (15)

  1. Ministry of Environment, "The reuse and reduction of food waste", (2017). 

  2. Haug, R. T., "The practical handbook of compost engineering", CRC Publishers, Ltd., Boca Raton, Florida, USA. (1993). 

  3. Morin, S., Barrington, S., Adhikari, B. and Gregoire, B., "The development of an urban composter", In: Proceedings from the September 2004 Technical Meeting, Composting Council of Canada, Toronto, Ontario. (2004). 

  4. Chang, K. W., Lee, I. B. and Lim, J. S., "Changes of physico-chemical properties during the composting of korean food waste", J. of KOWREC, 3(1), pp. 3-11. (1995). 

  5. Pace, M. G., Miller, B. E. and Farrell-Poe, K. L., "The Composting Process". Utah State University Extension, Logan, Utah, USA. (1995). 

  6. Won, J. S., Lee, S. M., Ra, J. D., Seo, G. T. and Jang, C. M., "Evaluation of a module-type drying apparatus for the composting of food waste", J. of Korea Society of Waste Management, 32(2), pp. 200-206. (2015). 

  7. Park, J. R., Bae, S. J., Lee, H. H., Hong, S. C., Jang, S. H. and Lee, D. H., "Recent trends in bio-drying technology and physico-chemical characteristics of residue from SRF production facilities", J. of Korea Society of Waste Management, 32(5), pp. 415-428. (2015). 

  8. Cai, L., Chen, T. B., Gao, D., Zheng, G. D., Liu, H. T. and Pan, T. H., "Influence of forced air volume on water evaporation during sewage sludge bio-drying", Water Res. 47(13), pp. 4767-4773. (2013). 

  9. Seo, J. Y., Park, J. W. and Lee, Y. H., "Effects of operating temperatures on decomposition and physico-chemical properties of food wastes", J. of KOWREC, 8(1), pp. 97-102. (2000). 

  10. Adhikari, B. K., Barrington, S., Martinez, J. and King, S., "Effectiveness of three bulking agents for food waste composting", Waste Management, 29, pp. 197-203. (2009). 

  11. Zhang, D. Q., He, P. J., Jin, T. F. and Shao, L. M., "Bio-drying of municipal solid waste with high water content by aeration procedures regulation and inoculation", Bioresource Technology, 99, pp. 8796-8802. (2008). 

  12. Kim, J. D., Park, J. S., In, B. H. and Kim, D., Namkoong, W., "Evaluation of pilot-scale in-vessel composting for food waste treatment", Journal of Hazardous Materials, 154, pp. 272-277. (2008). 

  13. Kwag, J. H., Kim. J. H., Jeong. K. H., Cho, S. H., Ahn, H. K., Choi, D. Y., Jeong, M. S., Lee, S. C., Kang. H. S. and Ra, C. S., "A study on the characteristics using pig manure under aerobic air flow rate during composting", J. Lives. Hous. & Env., 17(2), pp. 131-138. (2011). 

  14. Cai, L., Chen, T. B., Gao, D. and Yu, J., "Bacterial communities and their association with the bio-drying of sewage sludge", Water Research, 90, pp. 44-51. (2016). 

  15. Jung, J. H. and An, J. H., "The influence of air feed rate on the composting process of food waste", J. of KSEE, 23(6), pp. 1013-1021. (2001). 

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