Variations of Physical Properties Depending on the Height of Reactor in Vertical Composting Process

수직형 퇴비화공정에서 반응조 높이구간별 퇴비화물질의 물성변화에 관한 연구

The material compressions in the vertical composting reactor affect to the biodegradation rates of the organic wastes. This study investigated the variations of physical properties of the composting materials according to the height of reactor due to affect to the settlement in the vertical composting reactor. The variations of decreased temperature after peak temperature showed the different patterns depending on the reactor heights. The variation width of re-increased temperature after peak temperature was reduced as the mixing operations were increased, and increased as the height of reactor elevated. The moisture content and the variation width of the moisture content were increased higher as the height of the reactor became higher. The variations of the bulk density at each height of vertical reactor showed the same tendency comparing with those of the moisture content. The relationship between bulk density and moisture content had shown the quadratic equation (r2=0.94). The dry solid contents at each reactor height were decreased as the height of reactor were increased. The results of the variation of the physical properties during the composting process were caused by the downward compression of the material into the reactor. Settlement rate in the vertical composting reactor was estimated about 2.184cm/day. To increase the biodegradation efficiency in the vertical reactor, the conditions of air path in the composting material matrix have to be investigated afterwards.

다량의 유기성 폐기물을 신속히 처리하기 위한 대용량의 반응조 개발이 이루어짐에 따라 대형 반응조 내부에서 재료물질 자체의 물리적 특성변화가 퇴비화에 미치는 영향을 파악하기 위한 연구가 시도되고 있다. 특히 좁은 공간에서 단위 면적당 처리량을 높일 수 있는 수직형 반응조에서는 재료가 갖는 자체적인 무게로 인한 침하 현상이 발생하여 퇴비화공정에 영향을 미치게 된다. 본 연구에서는 수직형 퇴비화 반응조 내에서의 수직 높이구간별로 재료물질의 온도, 수분함량, 용적밀도, 고형물함량, 침하거리 등의 물리적 성상 변화를 측정하여 수직형 반응조에서의 침하현상에 의한 효과를 파악하고자 하였다. 이를 위하여 수직형 퇴비화 반응조를 제작하여 계분과 톱밥을 혼합한 퇴비화 재료를 투입한 후 일정한 공기 유량을 주입하면서 퇴비화기간 동안의 반응조 높이별 물리적 성상 변화를 측정 하였다. 실험결과, 각 높이구간별로 최대온도 이후의 온도 재상승에 의한 변동폭은 교반횟수가 증가함에 따라 감소하고 있으며, 각 수직 높이 구간별로는 수직높이가 높아질수록 온도상승폭이 증가하고 있다. 수분함량 변화는 하층부에서의 증발수분이 상층구간으로 이동하게 됨으로써 반응조 높이가 높아질수록 수분함량이 높아지는 결과가 나타났다. 용적밀도는 수분함량 변화와 유사한 경향을 나타내었으며, 수분함량과 용적밀도와는 2차식($R^2=0.94$)의 관계를 보이고 있다. 각 높이구간에서의 고형물 함량은 수직높이가 높아질수록 감소하는 것으로 나타났다. 이와 같은 수직형 반응조에서의 높이구간별 물리적 성상변화는 퇴비화 재료물질의 침하현상에 기인한 것으로 나타났으며, 퇴비화 재료물질의 침하거리를 시간에 따른 1차식($R^2=0.91$)으로 나타내면 Ls(침하거리, cm)=$2.184{\times}T$(시간, day)와 같은 관계식을 얻을 수 있었다. 이러한 수직형 반응조내 재료물질의 침하현상은 자유공기공극(FAS)을 폐쇄시키고 공기투과성(air permeability)을 감소시켜 국부적으로 공기흐름을 저해하거나 혐기성 상태를 유발시키는 원인이 된다.