An Assessment on the Behavior of Nitrogenous Materials during the First High-rate Phase in Composting Process

퇴비화 공정의 1차 발효단계에서 질소성 물질의 거동 평가

Composting of N-rich wastes such as food waste and wastewater sludges can be associated loss of with substantial gaseous N, which means loss of an essential plant nutrient but may also lead to environmental pollution. We investigated the behavior of nitrogenous materials during the first high-rate phase in composting of food waste. Air dried food waste was mixed with shredded waste paper or wood chip and reacted in a bench scale composting reactor. Samples were analyzed for pH, ammonia, oxidized nitrogen and organic nitrogen. The volatilized ammonia nitrogen was also analyzed using sulfuric acid as an absorbent solution. Initial progress of composting reaction greatly influenced the ammonification of organic nitrogen. A well-balanced composting reaction with an addition of active compost as an inoculum resulted in the promoted mineralization of organic nitrogen and volatilization of ammonia. The prolongation of initial low pH period delayed the production of ammonia. It was also found that nitrogen loss was highly dependent on the air flow supplied. With an increase in input air flow, the loss of nitrogen as an ammonia also increased, resulted in substantial reduction of ammonia content in compost. The conversion ratio of initial nitrogen into ammonia was in the range of 28 to 38% and about 77~94% of the ammonia produced was escaped as a gas. Material balance on the nitrogenous materials was demonstrated to provide an information of importance on the behavior of nitrogen in composting reaction.

음식쓰레기, 슬러지 등과 같이 C/N비가 낮은 폐기물을 호기성으로 퇴비화하는 경우 질소 성분이 많이 손실될 수 있으며, 이는 비료성분의 손실, 악취를 비롯한 환경오염 발생 등을 유발할 수 있다. 본 연구에서는 퇴비화 공정에서 질소성 물질의 보존방법을 도출하기 위한 기초 연구로 음식쓰레기를 실험실 규모로 퇴비화하면서 일반적인 호기성 퇴비화 공정에서 일어나는 질소의 거동을 분석하였다. 음식쓰레기는 종이나 나무조각과 혼합하여 퇴비화하였으며, 질소성 물질의 거동을 평가하기 위해 퇴비시료에 포함된 암모니아, 산화성 질소, 유기성 질소를 측정하였다. 배가스로 손실되는 질소도 황산으로 흡수시켜 정량하였다. 퇴비화 반응의 활성화 여부가 유기성 질소의 무기화에 큰 영향을 미치는 것으로 조사되었다. 활성이 좋은 퇴비를 식종한 경우 반응 초기부터 유기성 질소의 무기화가 활발히 진행되어 많은 양의 질소가 손실된 반면 초기의 낮은 pH 기간이 길어지면 유기성 질소의 분해가 지연되는 것으로 나타났다. 암모니아 손실량은 주입된 공기량의 영향이 큰 것으로 판단되며, 암모니아 손실이 증가하면 퇴비의 암모니아 함량이 크게 감소하였다. 질소에 대한 물질수지 분석을 통하여 초기 질소의 28~38%가 암모니아로 전환되었으며, 전환된 암모니아의 77~94%가 가스로 손실된 것으로 나타났다.