Bio-drying은 호기성 미생물에 의해 폐기물 내 생분해성 유기물질이 분해될 때 발생하는 열을 이용하여 폐기물 내 함유된 수분을 신속히 건조시키는 공정으로써, 기계적·생물학적 처리시설에 적용되어 후단의 기계적 선별 공정에서의 선별 효율 향상에 따른 고형연료의 생산성(품질 및 수율) 증대와 함께 선별 잔재물의 매립 처분량 최소화를 가능케 한다. 본 공정에 대한 연구분야는 실제 상용시설에서 처리되는 생활폐기물을 필두로 슬러지와 분뇨에까지 확장되었으며, 많은 연구자들에 의해 투입물질의 혼합비, 초기 수분 함량, 초기 유기물 함량, 팽화제(종류 및 크기), 공기공급(유량, 시간, 방향), 온도(외기, 공급공기, 폐기물 내부, 반응기 외벽), 교반(시점, 주기), 식종(시점, 투입량), 체류시간 등에 의한 영향에 대한 연구가 진행된 것으로 조사되었다. 본 논문에서는 이러한 연구결과를 종합하여 bio-drying 공정에서의 수분 제거와 운전인자들과의 관계를 정리하였으며, 운전인자 중 공기공급량과 폐기물 내부 또는 배출가스 온도의 영향이 수분 제거에 지배적인 것으로 확인되었다.
한편, 국내에서는 기계적 선별 공정으로만 구성된 약 20여 개소의 생활폐기물 고형연료화 시설에서 폐기물 투입량 대비 25 ~ 40%의 고형연료가 생산되고 있으나, 30 ~ 50%에 달하는 선별 잔재물이 배출되는 것으로 조사되었다. 이러한 선별 잔재물의 물리·화학·생물학적 특성을 생활폐기물과 비교하면, 물리적 조성과 저위 발열량에서 차이를 보임이 파악되었다. 특히, 물리적 조성별로는 수분 함량을 제외하고, 기타 분석 항목에서의 차이는 크지 않은 것으로 분석되었으며, 이는 선별 잔재물을 이용한 bio-drying 공정에 대한 연구결과가 생활폐기물의 영역에서도 통용될 수 있는 것을 의미한다.
본 논문의 연구결과로써, 공기공급량 자동제어 시스템에 의해 공기공급량이 변화됨에 따라 배출가스 온도가 설정된 제어범위 내에서 안정적으로 유지될 수 있음이 확인되었다. 또한, 배출가스 온도가 상승(상한치 초과)할 때에는 공기공급량의 증가에 의해 수분 제거속도가 가속화된 반면, 배출가스 온도의 하강(하한치 미만)할 때에는 공기공급량이 감소함으로써 배출가스 온도의 반등과 함께 수분 제거속도 또한 재상승되었다. 한편, 단일 방향의 공기공급에 기인하는 폐기물 내부 수분의 불균질한 수직 분포는 공기공급 방향의 전환에 의해 균질화될 수 있었다. 이와 더불어, 공급공기의 편류에 의한 폐기물 내부 온도의 불균질한 수평 분포가 확인되었으며, 이는 상용운전 시, 폐기물 내부 온도가 아닌 배출가스 온도로 공정을 제어하는 것이 효과적이고 직관적임을 의미한다.
Bio-drying 공정에 의한 폐기물의 무게 감량은 대부분 수분 제거에 의한 것(기여도로서 82 ~ 85%)이므로, 무게 감량률이 높을수록 수분 제거율이 높음을 의미한다. 또한, 수분 제거율이 높을수록 고형물(유기물) 분해량 대비 수분 제거량이 증가하는 것으로 확인되었다. 열수지 측면에서 보면, 본 공정에서의 주요 건조 열원은 유기물 분해열(대사열)이므로 발생된 대사열의 증발잠열로의 전환율이 높아야만 높은 수분 제거율이 달성될 수 있다. 한편, 공급공기의 수분 제거능은 배출가스 온도에 절대적인 영향을 받는 것으로 확인되었으며, 이는 공기공급량과 수분 제거능은 반비례 관계임을 의미한다. 수분 제거속도는 대체로 공기공급량에 비례하나, 과다한 공기공급은 폐기물 내부 및 배출가스 온도를 낮추는 냉각효과를 유발하여 건조 성능이 감소되는 요인으로 작용함이 파악되었다.
이상의 연구결과로부터, bio-drying 공정의 건조 성능 및 효율 측면에서 공기공급량이 수분 제거에 영향을 미치는 강력한 운전인자임을 확인하였다. 또한, 유기물 분해에 관여하는 호기성 미생물의 대사 반응이 억제되지 않는 수준(배출가스 온도 기준, 45 ~ 50℃)으로 공기공급량을 제어하는 것이 가장 효과적인 수분 제거를 위한 상용 bio-drying 공정에 적용될 수 있는 적정 공기공급 방안일 것으로 판단된다.

Bio-drying process aims to rapidly remove moisture in waste by using heat generated when biodegradable organic material in waste is decomposed by aerobic microorganisms. As being applied to the mechanical-biological treatment (MBT) facility for production of solid recovered fuel (SRF) from municipal solid waste (MSW), not for conventional minimization of landfilling biodegradable wastes, this process enables to improve the productivity (quality and yield) of SRF and minimize final disposal of residues by enhanced separation efficiency of followed mechanical separation processes. Research on the bio-drying process has been extended to sludge and manure, starting with MSW treated in commercial facilities. Many researchers have identified effects of mix ratio of substrates, initial moisture content and organic content, bulking agent (type and size), aeration (flow rate, frequency, and direction), temperature (ambient, supplied air, inside and external wall of reactor), agitation (time and frequency), inoculation (time and mix ratio), retention time, etc. on the this process. Summarizing results from previous studies, relationships between operational parameters and moisture removal was figured out. It was also confirmed that effects of air-flow rate and exhaust gas temperature are predominant.
On the other hand, there are about twenty SRF production facilities, where consist of only mechanical separation processes, to treat MSW in South Korea. SRF production yield is 25 to 40% of input MSW, however, mechanically sorted residues is also discharged as 30 to 50%. Comparing its physico-chemico-biological properties with that of MSW, it was identified that there are differences in only physical composition and lower heating value. In particular, excepting for moisture content, the other properties of each component of the residues were similar to that of MSW, which means that the research results on the bio-drying process of the residues are not limited to that, but can also be used in the MSW field.
As the results of this study, the exhaust gas temperature could be stably kept in a set range as the air-flow rate was varied by the auto-controlled aeration system. The moisture removal rate could also be accelerated by increasing the air-flow rate when the temperature raised exceeding the upper limit, while the removal rate could be raised again with rebounded temperature by decreasing the air-flow rate when the temperature decreased below the lower limit. On the other hand, the vertical moisture gradient resulted from unidirectional aeration could be weakened by inverting the air-flow direction. In addition, horizontal temperature gradient in the waste matrix was occurred due to channelling of supplied air. This means that it is effective and intuitive to control the process with the exhaust gas temperature rather than the internal temperature of waste matrix in terms of commercial operation.
The mass reduction of waste was mainly due to moisture removal (80 to 85% as a contribution proportion) during bio-drying, so the higher the mass reduction, the higher the moisture removal. It was also confirmed that a higher conversion ratio of metabolic heat to latent heat of water evaporation leads to high moisture removal, because the metabolic heat generated by biodegradation of organic material is the main thermal source responsible for moisture removal in this process. On the other hand, it seemed that the moisture removing capacity of supplied air is absolutely affected by the exhaust gas temperature, which means that the air-flow rate and moisture removal capacity is inversely correlated. Although the moisture removal rate is generally proportional to the air-flow rate, it seemed that excessive aeration results in a cooling effect, which meansa a drop in temperature of waste matrix or exhaust gas, thereby lowers moisture removal performance.
From the above research results, it was confirmed that the air-flow rate is a powerful operational parameter influencing moisture removal in terms of drying performance and efficiency in the bio-drying process. In addition, it is suggested that controlling the air-flow rate not to inhibit microbial activity involved in organic degradation is the surest way to achieve rapid and effective moisture removal, which can be applied as an adequate aeration method in the operation of commercial-scale.