전기식 센서를 이용한 기계식 퇴비화 시설 퇴비단 온도 모니터링, 부숙도 측정 및 모델링
Monitoring of Temperature on the Compost Pile in the Mechanical Composting Facility using Electric Sensors and Modeling Compost Maturity
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초록
본 연구는 기계 교반식 퇴비화시설에서 전자식 센서 온도를 이용하여 퇴비단의 온도를 모니터링하고 부숙도를 예측하는 모델을 개발하기 위하여 수행하였다. 실험은 국내 하절기에 스크류식 교반기가 장착된 기계식 퇴비화 시설에서 돼지분뇨를 이용하여 60일동안 수행하였다. 퇴비단의 온도는 퇴비단 사이 내벽에 전자식 온도 센서를 퇴비화 기간을 기준으로 4지점(7, 14, 21 및 28일) 설치하여 매일 온도를 모니터링하였고, 퇴비시료는 60일동안 매일 채취하였다. 퇴비 부숙도는 Solvita 방법을 사용하여 분석하였다. 데이터의 다중비교, 상관분석 및 모델링은 R 소프트웨어의 stat 패키지를 이용하여 분석하였다. 퇴비단의 평균 온도는 퇴비화 후 7, 14, 21 및 28일 지점에서 각각 39.1±3.9, 36.4±4.3, 31.3±4.5 및 35.4±8.1로 나타났다. 퇴비화 7, 14, 21 및 28일 지점 퇴비의 평균 부숙도는 각각 3.61±0.60, 4.13±0.59, 4.26±0.47 및 4.32±0.56으로 유의적인 차이를 나타냈다(p<0.05). 퇴비화 기간과 0일, 3일, 7일 및 14일 누적 온도간에 유의적으로 음의 상관관계를 나타냈으며(p<0.05), 각각 -0.329, -0.382, -0.507 및 -0.634의 상관성을 나타냈다. 퇴비화 기간과 0일, 3일, 7일 및 14일 누적 부숙도간에 유의적으로 양의 상관성을 나타냈으며(p<0.05), 각각 0.410, 0.550, 0.727 및 0.840의 상관성을 나타냈다. 가장 높은 상관성을 나타내는 퇴비화 기간 및 14일 평균 온도를 변수로 사용하여 14일 누적 평균 부숙도를 예측한 모델의 예측치와 관측치의 선형 모델은 y = 0.026 x d – 0.021 x mt.x_14d + 4.336(R2=0.7612, p<0.001)으로 나타났다. 본 연구는 기계식 퇴비화 시설에서 온도 모니터링은 부숙도를 예측하는 기초데이터로서 가치를 가질 것으로 사료되며, 본 모델은 부숙도 예측을 통해 국내 퇴비의 비효성을 쉽고 빠르게 평가할 수 있는데 기여할 수 있을 것으로 사료된다.
Abstract
This study monitored temperature using electronic sensors and developed a prediction model for compost maturity. The experiment used swine manure in a mechanical composting facility equipped with a screw-type agitator, and the composting process was conducted for 60 d during the summer season in South Korea. Four electronic temperature sensors were installed on the inner wall between the compost piles on Days 7, 14, 21, and 28 for daily temperature monitoring. Compost samples were collected daily for 60 d, and compost maturity was analyzed using the Solvita method. Multiple comparisons, correlations, and modeling were performed using the stat package in R software. The average compost pile temperatures was 39.1±3.9, 36.4±4.3, 31.3±4.5, and 35.4±8.1 on days 7, 14, 21, and 28, respectively, after composting. The average compost maturity according to the composting date was 3.61±0.60, 4.13±0.59, 4.26±0.47, and 4.32 ±0.56 on days 7, 14, 21, and 28, respectively. A significant negative correlation was observed between the compost composting periods (seven, 14, 21, and 28 d) and the temperature of all compost piles (p<0.05), where the correlation coefficients were -0.329, -0.382, -0.507, and -0.634, respectively. A significant positive correlation was observed between the compost composting periods (seven, 14, 21, and 28 d) and the maturity of the compost (p<0.05), where the correlation coefficients were 0.410, 0.550, 0.727, and 0.840, respectively. The model for predicting the maturation of the 14 d average compost pile according to the compost composting period and the average temperature for 14 d was y=0.026 x d – 0.021 x mt.x_14 d (mean temperature for 14 d) + 4.336 (R2=0.7612, p<0.001). This study can be considered a basic reference for predicting compost maturity by the proposed model using electronic temperature sensors.
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