Possibility of aerobic stabilization technology for reducing greenhouse gas emissions from landfills in Korea

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Corresponding author([email protected])

국내 폐기물매립지 온실가스 감축을 위한 호기성 안정화 공법의 적용 가능성

반종기, 박진규*, 김경, 윤석표**, 이남훈

^✝

안양대학교 환경에너지공학과, (주)에코윌플러스*, 세명대학교 바이오환경공학과**

(2015년 11월 3일 접수, 2015년 11월 23일 수정, 2015년 11월 23일 채택)

Possibility of aerobic stabilization technology for reducing greenhouse gas emissions from landfills in Korea

Jong-Ki Ban, Jin-Kyu Park*, Kyung Kim, Seok-Pyo Yoon**, Nam-Hoon Lee

Department of Environmental and Energy Engineering, Anyang University

Ecowillplus Co, Ltd.*

Department of Biological and Environmental Engineering, Semyung University**

ABSTRACT

This study is to estimate the viability of aerobic stabilization technology for reducing greenhouse gas (GHG) emissions from landfills in Korea. In this study, methane emissions were estimated by applying Landfill gas estimation model (LandGEM) to Y landfill in Korea. By comparison of an anaerobic condition (baseline) and an aerobic condition, the amount of CO

eq savings was calculated. The CO

eq savings take place inside the landfilled waste during aeration due to the conversion of previously anaerobic biodegradation to aerobic processes, releasing mainly CO

. It was demonstrated that 86.6% of the total GHG emissions occurring under anaerobic conditions could be reduced by aerobic stabilization technology. This means the aerobic stabilization technology could reduce environmental contamination through early stabilization and GHG emissions considerably at the same time. Therefore, the aerobic stabilization technology is one of the optimal technologies that could be employed to domestic landfill sites to achieve sustainable landfill.

Keywords : Greenhouse gas, Sustainable landfill, Methane, Aerobic stabilization technology http://dx.doi.org/10.17137/korrae.2015.23.4.040

원저 ISSN 1225-6498

1. 서론

최근 사회는 지속가능한 사회(Sustainable society)를 요구하고 있으며, 이러한 요구는 폐 기물매립지에도 동일하게 요구되고 있다. 이러한 지속가능한 폐기물매립지에서 중요한 항목은 매 립지 사후관리 종료시점(End-point)과 위해성 (Risk)이다. 현재 국내⋅외 폐기물매립지 사후관 리기간은 보통 30년으로 제시되고 있으나, 사후 관리기간 선정에 특별한 과학적 근거가 제시된 것은 아니며, 일부에서는 30년에 대한 기간도 안 정화에 도달하기에는 부족할 것으로 우려를 나타 내고 있다

. 이는 현재 폐기물매립 종료 시 폐기 물매립지로 인한 주변지역 및 인체의 위해성을 최소화하기 위하여 최종복토로 밀폐(capping)가 이루어지면서 생물학적 분해에 가장 중요한 수분 이 공급되지 않기 때문이다

.

이러한 폐기물매립지의 밀폐가 이루어지는 근본 적인 원인은 폐기물매립지의 내부에서 발생하는 다양한 시⋅공간적 현상에 대한 과학적 자료가 부족하여 환경보호를 위한 예방적 방안으로 적용 하게 된 것이다. 그러나 이러한 차단기술은 주변 환경의 오염을 영구적으로 차단할 수 없으며, 폐 기물매립지의 밀폐는 안정화 기간을 증가시켜 주 변 환경에 대한 오염가능성을 증가시킬 뿐이다

.

따라서 지속가능한 폐기물매립과 관련하여 주변 환경에 미치는 위해성이 허용 가능한 수준에 도 달하기 위해서는 빠른 시간 내에 매립폐기물의 생화학적 특성에 기초한 기능적 안정화에 도달하 여야 한다

. 즉, 배출되는 오염물질의 농도가 주 변 환경과 평형 상태의 안정화 상태에 도달하여 야 한다. 또한 빠른 시간 내에 이러한 기능적 안 정화에 도달하기 위해서는 기존의 단순 사후관리 방식을 벗어나서 사후관리비용 및 사후관리기간 내에 조기 안정화를 위한 다양한 방안을 적용하 도록 하여야 한다. 결국 이러한 지속가능한 폐기 물매립에 도달하기 위해서는 폐기물매립지의 운 영 및 관리방안이 앞으로는 변해야 한다.

조기 안정화에 있어서 가장 중요한 물질은 폐기 물매립지에 매립되어 있는 유기물질이다. 폐기물 매립지 내부의 유기물질은 일반적으로 혐기성 조 건에서 분해가 이루어지며, 부산물로 메탄(CH

) 과 이산화탄소(CO

)가 발생한다. 메탄은 온실가 스 물질 중 하나이지만, 발열량이 높아 전 세계적 으로 자원화에 많이 이용되고 있다. 그러나 매립 가스를 자원화 하기 위해서는 폐기물의 매립량이 일반적으로 백만톤 이상 되어야 경제성이 나오는 것으로 알려져 있어

중소규모 폐기물매립지들은 실질적으로 매립가스 자원화가 이루어지지 않고 있으며 대부분의 메탄가스가 대기 중으로 배출되

본 연구에서는 국내 폐기물매립지에서 배출되는 온실가스를 저감하기 위한 호기성 안정화 기술의 적 용 가능성을 평가하였다. 대상매립지는 국내 Y 매립지로 LandGEM 모델을 이용하여 메탄 배출량을 산 정하였으며, 온실가스 저감량(CO

eq)은 혐기성 조건(베이스라인)과 호기성 조건에서의 배출량을 비교 하여 산정하였다. 호기성 조건에서의 온실가스 저감은 폐기물매립지 내부로 공기를 주입 시 혐기성에 서 호기성으로 전환되면서 부산물로 메탄대신 이산화탄소가 발생되기 때문이다. 평가결과 호기성 안정 화 기술은 기존 혐기성 대비 86.6%의 온실가스를 감축하는 것으로 나타났으며, 이는 조기안정화를 통 한 주변 환경오염 저감과 동시에 온실가스를 대폭 저감시킬 수 있는 것을 의미한다. 따라서 호기성 안 정화 기술은 지속가능한 매립관점에서 보았을 때 국내 폐기물매립지에 적용할 수 있는 가장 적합한 기 술 중 하나로 판단된다.

주제어 : 온실가스, 지속가능한 매립, 메탄, 호기성 안정화 기술

고 있는 실정이다. 또한 기존에 매립가스 자원화 시설을 설치하였던 폐기물매립지들 중 가스 발생 량이 감소하여 경제성 문제로 인하여 자원화 시 설의 운영을 중지하면서 가스발생속도는 낮지만 폐기물매립지의 규모로 인하여 다량의 메탄가스 들이 대기 중으로 배출되고 있다

. 이에 전 지구 적으로 지구온난화와 관련하여 온실가스 감축이 당면과제로 부각되면서 이들 폐기물매립지에서 배출되는 메탄가스의 저감이 요구되고 있다. 온실 가스 저감에 관한 폐기물매립지의 새로운 관리방 안이 요구되면서 기존에는 에너지 소모량에 대한 문제로 매립지 운영 시 적용되지 않았던 호기성 안정화 기술이 부각되고 있다.

호기성 안정화 기술은 폐기물매립지 내부를 호 기성 조건으로 유지시켜 폐기물의 분해를 촉진시 킬 뿐만 아니라 폐기물 분해 시 이산화탄소만을 배출하여 온실가스 저감에도 매우 효과가 있는 기술이다. 그럼에도 불구하고 블로워를 통해 공 기를 매립지 내부로 주입 시 블로워의 에너지 소 모량으로 인해 적용되지 않고 있다가 미국과 유 럽 등에서 사후관리 중이거나 자원화가 종료된 폐기물매립지들을 중심으로 점차 사용이 증대되 고 있다

. 이는 장기간인 30년간 소요되는 사후 관리기간 및 소요되는 사후관리비용과 비교하여 호기성 안정화 기술을 적용하였을 때 사후관리기 간 및 비용을 단축시킬 수 있으며, 특히 폐기물 매립지의 밀폐화로 30년이라는 사후관리기간이 폐기물매립지의 안정화를 보장하지 못하면서 사 후관리중인 폐기물매립지들을 대상으로 호기성 안정화 기술의 적용이 점차 증가되고 있는 것이 다

. 더욱이 온실가스도 저감시킴과 동시에 Clean development mechanism (CDM) 및 온실 가스 배출권 거래제 등을 통한 탄소배출권의 확 보가 가능해지고, 조기토지이용과 주변 환경오염 의 가능성이 저감되는 등의 환경편익도 얻을 수 있는 것으로 알려져 있으며, 독일, 오스트리아, 이탈리아 및 미국 등의 매립지에서 성공적으로 적용된 사례가 보고되고 있다

. 그러나 국내에서 는 아직 호기성 안정화 공법의 적용성에 관한 연 구 사례가 적으며, 특히 호기성 안정화 공법으로

인한 온실가스 저감 잠재량에 관한 연구는 없는 실정이다.

이에 본 연구에서는 현장분석결과를 기초로 호 기성 안정화 공법 도입에 따른 온실가스 저감 잠 재량 분석을 실시하여 국내 폐기물매립지 온실가 스 관리방안으로서의 호기성 안정화 공법의 적용 가능성을 살펴보고자 하였다.

2. 연구내용 및 방법

2.1 베이스라인(Baseline) 온실가스 배출 량 산정방법

온실가스 저감 잠재량을 산정하기 위한 베이스 라인은 혐기성 매립지로 운영 시 배출되는 메탄 가스 발생량(BE

)이 된다. 분해 시 발생하 는 이산화탄소는 생물학적 기원으로 간주되어 온 실가스 배출량에 포함되지 않는다

. 또한, 매립 지에 공기주입 시 전력소모에 의해 발생되는 온 실가스 배출량과 호기성 조건에 의해 대부분의 매립가스가 이산화탄소로 배출되지만 현장 실험 에서 나타난 것처럼 약간의 메탄가스가 배출되는 것으로 가정할 경우 공기 주입에 의해 발생하는 이러한 온실가스 배출량(PE

)을 차감하면 식(1)과 같이 온실가스 저감 잠재량(ER)을 산정 할 수 있다.

ER = BE

– PE

……… (1)

베이스라인이 되는 혐기성 상태로 운영 시 배

출되는 메탄가스 발생량은 식(2)의 Landfill gas

estimation model (LandGEM) 모델을 이용하였

으며

, 메탄잠재발생량(L0)는 식(3)을 이용하여

산정하였다. 발생되는 매립가스 중 일부는 복토

층에 의하여 산화되기 때문에 30%의 산화율

(OX)을 고려하였다. 2006 Intergovernmental

panel on climate change (IPCC) 가이드라인에

서는 산화율의 기본값으로 10%로 나타내고 있

지만

, 많은 기존 문헌들에서 과소평가되고 있는

것으로 보고하고 있다. Liptay et al.

은 24∼

35%의 메탄산화율을 나타내고 있으며, Chanton et al.

은 복토층 토양 특성에 따라 22∼55%의 산화율을 보고하고 있다. 이에 본 연구에서는 메 탄산화율을 30%로 가정하였다.



 

 

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

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 ×  

 … (2)

여기서,

BE

=

n = L

=

k = M

= t = OX =

경과시간에 따른 누적메탄발생량 (㎥ CH4/year)

매립기간

메탄잠재발생량(㎥ CH4/ton) 메탄발생속도상수(year^-1) i년도에 반입된 폐기물 양(ton) 경과시간(year)

산화율(%)



_ 

×

×

_ ×

_ ×

_{× }



 ×  



……… (3)

여기서,

MCF : 메탄보정계수(Methane Correction Factor) DOC : 분해가 가능한 유기탄소량

DOC

: DOC 중에서 미생물에 의해 동화될 수 있는 비율

Gc : 가스 전환비율(%)

0.717 : 0℃에서의 메탄밀도 (kg/m

)

F : 매립가스 중에서 메탄이 차지하는 부피 비율

본 연구에서는 LandGEM 모델에 필요로 하는 L

(메탄잠재발생량)와 k(메탄발생속도상수)값을 기존 국내외 문헌에서 제시하고 있는 변수들을 이용하여 산정하였다. 폐기물 조성별 DOC, DOC

는 2006 IPCC 가이드라인의 기본값

을 적용하 였으며, k는 IPCC 2006 가이드라인과 기존 연구 자료를 이용하여 폐기물 조성별 k값을 산정하였

다

. 폐목재의 경우에는 기존 연구자료를 기초

로 DOC

를 0.18로 가정하였다. Ximenes et al.

은 46년 동안 매립된 폐목재를 대상으로 탄소소 실율을 측정한 결과 약 18%의 탄소가 제거된 것으로 나타내고 있으며, Park et al.

은 각재와 판재 형태 폐목재의 DOC

로 0.17과 0.18로 제시 하고 있다.

또한 L

산정 시 본 연구에서는 가스 전환 비 율을 고려하였다. DOC는 생화학적으로 분해 가 능한 탄소의 양을 나타내고 DOC

는 혐기성 조건 하에서 DOC 중 실제로 생물학적으로 분해되는 유기탄소의 비율을 나타낸다. 그러나 실제 매립 지의 경우 유기물이 분해되기 위해서는 유기물의 가수분해에 의해 유기물 인근의 수분에 용존된 후 분해가 이루어지나 이때 중력에 의하여 수분 이 이동하여 일부 분해 가능한 탄소는 침출수로 배출되며 상당량의 탄소는 매립지에 그대로 존재 하게 된다.

Bogner and Spokas

는 매립지 내에 잔존하는 고정탄소의 비율이 75% 이상인 것으로 나타내 고 있으며, Park et al.

의 연구에서도 전체 탄 소의 60% 이상이 매립지 내부에 탄소가 고정되 었고 나머지 40%만이 가스와 침출수로 배출되 며, 이때 가스로 배출되는 탄소의 비율은 배출탄 소 중 약 30-40%인 것으로 나타내고 있다.

따라서 본 연구에서는 기존 연구 자료들을 참 고하여 고정탄소를 제외하고 가스로 배출되는 탄 소의 양을 분해가능탄소 중 50%로 가정하여 가 스 발생량을 예측하였다. [Table 1]은 L

를 산정 하기 위해 적용한 폐기물 성상별 매개변수 값이 며, [Table 2]는 각 폐기물 성상별 k값을 나타 낸 것이다.

매립폐기물 전체의 L

와 k값은 식(4)와 식(5)

를 이용하여 폐기물 성상별 L

와 k값을 물리적

조성(waste fraction

)에 가중치를 적용하여 산정

하였다. 가중치 적용 시 사용한 매립폐기물 물성

및 매립량은 환경부 보고 자료를 이용하였으며,

향후 매립폐기물 물성 및 매립량은 최근 데이터

자료와 동일한 것으로 가정하였다.



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

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 _{}  

  



 _ ×   _  ……… (5)

2.2 공기주입에 의한 온실가스 배출량

본 연구 대상 매립지인 Y 위생매립지는 경상북 도에 위치한 계곡형 매립지(매립면적 143,900 m

, 매립용량 2,609,000 m

)로서 1999년부터 생 활폐기물과 사업장폐기물을 대상으로 매립을 시 작하여 현재 운영 중이며, 가스 배제공에서 메탄 농도를 측정한 결과 약 48%정도를 나타내고 있 어 혐기성 분해가 매우 활발하게 진행되고 있다.

본 연구에서는 Y 매립지에 송풍기, 공기분배기, 공기주입용 수직정, 모니터링 관측정 등으로 구 성된 호기성 안정화 장치를 설치하여 호기성 안 정화 실험을 진행하였으며, 세부 실험방법은 기 존 연구결과에 나타내었다

. 실험결과 현장실험 에서 호기성 안정화를 위해 사용된 전력량은 전 력계의 값의 기록을 통해 계산한 결과 1일 평균 34 kWh로 조사되었으며, 송풍기 가동에 소모되

는 전략 사용량은 매립층 조건과 상관없이 일정 량의 공기를 주입하기 때문에 일정하게 유지된 다. 다만, 매립층 조건에 따라 매립지 내부의 공 기 영향반경은 달라지지만 설치된 송풍기의 용량 중 매립지 내로 주입하지 않고 대기 중으로 우회 시킨 공기량이 전체 송풍량의 52 % 수준이었다.

이에 현장실험을 통해 배출되는 메탄발생량을 줄 이기 위하여 전량 공기를 매립지 내부로 주입하 면서 공기 영향반경은 동일한 것으로 가정하였 다. 따라서 현장 실험을 통해 주입된 공기의 영 향을 받은 매립지의 부피는 총 19,360 m

으로 매립지 1 m

당 1.76×10-3 kWh/day의 전력이 필요할 것으로 산정되었으며, 매립층 조건이 달 라지더라도 본 연구에서 제시된 전력 소모량을 초과하지 못할 것으로 판단된다.

Y 매립지에 호기성 안정화 공법을 적용하는 시 점은 매립 종료 다음 해인 2034년부터 적용하는 것으로 가정하였다. 호기성 안정화를 위해 공기 주입을 통해 배출되는 온실가스의 양은 식(6)과 같이 전기 사용을 통한 온실가스 배출과 공기 주 입 시 일부 메탄으로 배출되는 메탄가스 발생량

Item DOC DOCf Gc MCF F

Food 0.2664 0.80

0.5 1 0.5

Paper 0.4055 0.56

Wood 0.3596 0.18

Rubber/Textile 0.5842 0.12

Others 0.2297 0.43

[Table 1] Parameters Used in This Study

Item k

Food 0.185

Paper 0.060

Wood 0.030

Rubber/Textile 0.025

Others 0.180

[Table 2] Methane Generation Rate Constant Used in This Study

의 합으로 산정하였다. 호기성으로 전환되지 않 고 혐기성 분해에 의해 배출되는 메탄가스 발생 량은 현장실험에서 추출되었던 가스의 조성을 고 려하여 혐기성 운영 시 발생되는 메탄가스 발생 량(BEanaerobicCH

)의 5%로 가정하였다

.

PE

=

(EC

×EF

)+(BE

×0.05)

……… (6) 여기서,

PE

:

EC

: EF

:

공기주입시 온실가스 배출량 (t CO

/yr)

연간 전력 사용량 (MWh/yr) 전력배출계수 (0.443 t CO

/MWh)

온실가스 저감 잠재량을 산정하기 위한 사후관 리기간으로 혐기성 운영 시에는 법정 사후관리기 간인 30년으로 하였다. 공기주입 시 안정화 기간 은 혐기성 조건보다 분해속도 및 안정화가 빠르 게 진행되나 매립폐기물 특성, 기후 등 다양한 요인에 의해 영향을 받기 때문에 정확한 안정화 기간을 산정하기에는 어려운 부분이 있다. 이에 본 연구에서는 공기 주입 시 필요한 안정화 기간 을 최대한 길게 고려하여 20년으로 가정하였다.

3. 결과 및 고찰

3.1 호기성 안정화 공법에 의한 온실가스 저감 잠재량

[Fig. 1]은 혐기성 조건으로 운영 시 Y 매립지 의 온실가스 발생량을 예측한 것으로 2033년 매 립종료 후 2034년에 최대 메탄발생량(3.05 m

-CH

/min)을 나타낸 후 급격히 감소하는 경 향을 나타내어 사후관리종료시점인 2063년에는 0.14 m

-CH

/min을 발생시키는 것으로 예측되 었다.

[Fig. 2]는 매립지 사후관리방법에 따라 이산 화탄소로 환산한 온실가스 배출량을 나타낸 것이 다. 최종 온실가스 발생량을 살펴보면 혐기성으 로 사후관리를 진행 시 30년간 발생되는 이산화 탄소(CO

eq)는 약 147,915톤이며, 공기주입 시 에는 20년간 발생되는 이산화탄소(CO

eq) 양이 폐기물매립지 직접 배출로 4,931톤, 송풍기 전기 사용으로 인한 배출량(Secondary emissions)이 14,818톤, 총 19,749톤으로 혐기성 사후관리 대 비 약 86.6% 정도의 온실가스가 저감되는 것으 로 산정되었다([Table 3] 참조). Ritzkowski and Stegmann

의 연구에서도 현장 호기성 실 험을 통해 혐기성 운영과 비교하여 약 83%의 온실가스 배출량을 절감할 수 있는 것으로 보고

Year

2000 2010 2020 2030 2040 2050 2060

M et ha ne e m is si on (m 3 -C H 4 /m in) 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5

Landfill closure

[Fig. 1] Estimation of methane emissions over time from Y landfill.

Year

2035 2040 2045 2050 2055 2060

C O 2 e qui va le nt ( ton C O 2 )

0.0 2.0e+4 4.0e+4 6.0e+4 8.0e+4 1.0e+5 1.2e+5 1.4e+5 1.6e+5

Anaerobic Landfill aeration

Completion of landfill aeration

[Fig. 2] Comparison of CO2eq. emissions by anaerobic and aerobic stabilization technology.

하고 있다. 따라서 폐기물매립지의 사후관리 시 매립지 내부로의 공기주입은 폐기물매립지의 조 기안정화를 통한 주변 환경오염 저감뿐만 아니라 온실가스 발생량도 대폭 저감시킬 수 있는 것으 로 나타났다.

3.2 국내 폐기물매립지에서의 호기성 안 정화 기술 적용 가능성

폐기물매립지에서 운영 시 가장 중요한 부분은 매립이 진행되는 동안 주변환경의 오염을 유발시 키지 말아야 하며, 매립 종료 시에는 모니터링 및 관리가 더 이상 필요하지 않는 안정화상태에 도달하는 것이다. 특히 국내와 같이 인구밀집도 가 높은 국가에서는 빠른 시일 내에 토지의 효율 적 활용을 고려하면 이러한 부분은 더욱 부각되 고 있다.

우리나라의 경우 현재 「폐기물관리법시행령」

제35조에는 사후토지이용 제한 기간을 30년 이 내로 하여 사후관리를 하도록 하고 있다. 그러나 매립된 폐기물 성상과 폐기물매립지 현장 조건 등에 따라 30년이 경과하여도 안정화에 도달하 지 못할 수 있다. 특히 밀폐화(capping)가 이루 어지는 국내 폐기물매립지 특성상 폐기물매립지 의 사용이 종료된 후에도 안정화 기간이 장기간 소요될 것으로 판단된다. 또한 안정화에 소요되 는 시간과 관련하여 폐기물매립지에 적용되는 여 러 차수 및 차단 기술들은 안정화가 이루어지기 전에 기능을 상실할 수도 있다는 것이다

. 안정 화는 폐기물매립지 내에 잔류하는 오염물질과 환 경의 정화능력이 동일선상에 오는 것을 의미한 다. 몇몇 오염물질들의 경우에는 이러한 시점에 도달하기까지 수백 년 이상 소요되는 것으로 평

가되고 있다

. 이 경우 폐기물매립지란 용기의 내구년수를 훨씬 초과하기 때문에 어떤 적절한 대책이 필요하다.

환경적 문제 이외에도 장기간의 사후관리기간 은 사후관리이행보증금과 관련해 문제가 발생할 수 있다. 「폐기물관리법」 제51조에서는 폐기물 매립지를 설치한 자가 사후관리이행보증금을 폐 기물관리법시행령」 제30조에 따라 산출하여 환 경개선특별회계에 예치하도록 하고 있는데 30년 이후 폐기물매립지가 안정화되지 못하였을 경우 사후관리비용 부족에 대한 문제가 도출될 수 있 다. 따라서 지속가능한 폐기물매립지로 향하기 위해서는 경제적으로 허용 가능한 범위 내에서 다양한 노력을 통해 조기에 안정화에 도달하도록 하여야 하며, 이와 함께 시민들의 폐기물매립지 에 대한 기존인식이 전환되도록 하여야 한다.

현재 유럽과 미국에서 침출수 농도 저감, 폐기 물 안정화 촉진을 통한 사후관리기간 단축 등의 목적으로 다양한 실내 실험 및 현장 실험을 통해 공기주입 기술의 적용가능성 평가 및 성공사례가 보고되고 있다

. 독일에서는 AEROflott® 기술이 라는 명칭으로 공기주입 기술이 사용되어 현재 7개 매립지에 적용되어 3개 매립지는 폐기물매 립지의 안정화를 달성하였으며, 4개 매립지는 안 정화가 진행 중에 있다. 이탈리아에서는 AIRFLOW® 기술이라는 명칭으로 공기주입 기술 이 적용되고 있으며, 2002년에 Modena 매립지 에 적용된 것을 시작으로 다른 2개 매립지에 2005년부터 3년간 적용되어 폐기물매립지의 안 정화를 이루어냈다. 오스트리아는 Mannersdorf 매립지 일부를 대상으로 처음 시범 적용을 하였 으며, 2008년부터 Tyrol 매립지에 공기를 매립

CO2eq emissions (tons CO2eq)

Secondary emissions (tons CO2eq)

Total emissions (tons CO2eq)

CO2eq savings (tons CO2eq)

CO2eq savings

(%)

Baseline 2034-2064 147,915 - 147,915 - -

Aeration 2034-2054 4,931 14,818 19,749 128,166 86.6

[Table 3] CO2eq Emissions and Savings for Anaerobic (baseline) and Aerated Y Landfill

지 하부에 주입하고 배출되는 가스는 매립지 복 토재가 biofilter 역할을 하여 배출가스를 처리하 는 공법을 적용하고 있다. 미국에서는 호기성 매 립지에 대한 연구가 1970년대 초부터 시작되었 으나, 폐기물매립지 내부온도가 90℃까지 상승하 는 문제로 1990년대 초까지 연구가 활발하지는 않았다. 이후 1990년 후반부터 South Carolina와 Georgia의 매립지들에 대규모로 호기성 실험이 진행되면서 이후 20개 이상의 매립지들에 호기 성 기술이 적용되었다. 국내에서는 지금까지 폐 기물매립지 사후관리에 공기주입 기술이 적용된 사례는 없다. 그러나 최근 증가하는 기존 폐기물 매립지의 사후관리 문제점은 새로운 해결방안을 요구하고 있으며, 이에 공기주입 기술은 현 시점 에서 가장 적합한 기술이 될 것이다.

여기서 중요한 것은 국내 폐기물매립지 관리 정책이 기존의 단순 사후관리방식에서 폐기물매 립지의 조기안정화를 통한 지속가능한 폐기물매 립지로 방향전환이 필요하다. 폐기물매립지의 사 후관리는 환경적 관점에서는 매우 중요한 우선순 위이나, 폐기물매립지 운영자 입장에서의 사후관 리는 경제적 관점에서 우선순위가 아닐 수 있다

2)

. 지금까지는 환경적 관점에서의 수동적인 사후 관리로 폐기물매립지에서 오염물질이 유출되지만 않도록 하였으며, 시간경과에 따라 폐기물매립지 내부에서의 생화학적 반응을 통해 안정화를 기대 하는 방식이었다. 그러나 폐기물매립지의 밀폐화 가 이루어지면서 시간은 더 이상 안정화와 관련 된 영향인자가 아니며, 이러한 수동적 사후관리 는 지속가능한 폐기물매립지의 개념에도 부합하 지 않는다

. 따라서 호기성 안정화를 통한 적극 적 사후관리를 진행하기 위해서는 이 기술이 폐 기물매립지 운영자에게 경제적 이익이 있으며, 사후관리기간 단축을 통한 비용절감이 발생하여 야만 한다.

호기성 안정화 기술과 관련하여 기존문헌에서 폐기물매립지 공기주입 방안에 관한 경제성 분석 에 관한 자료는 상당히 제한적이며, 일부 자료에 서 제시하고 있는 비용은 폐기물 1m

당 0.45∼7

€(565∼8,792원)로 공기주입기간에 따라 매우

다양한 범위를 나타내고 있다

. 이 비용은 유럽에서 적용된 프로젝트를 기준으로 하고 있으 며 시설설치비와 운영비용을 포함한 것이며, 공 기주입기간은 2∼8년 정도를 나타내고 있다. 미 국에서는 호기성 매립에 폐기물 1톤당 3∼

5$(3,330∼5,550원)으로 보고하고 있다

. 여기 서는 파이프 설치비용, 공기 및 침출수 주입 시 설, 가스 모니터링 시설비용이 포함되어 있다.

이와 같이 지역, 매립지 특성, 공기주입기간에 따라 호기성 안정화 기술의 비용은 크게 다르지 만 혐기성 조건에서 소요되는 사후관리비용과 비 교하여 공기주입기술은 약 10∼25% 비용을 저 감시킬 수 있는 것으로 나타내고 있다

.

그럼에도 불구하고 호기성 안정화 기술의 경제 성 평가 시 불확실한 요소가 많이 있기 때문에 다른 방면에서 경제성을 높이는 방안을 찾아야 한다. 우선, 환경편익을 고려하면 호기성 안정화 기술의 경제성은 더욱 높아질 수 있다. 최근 온 실가스 배출권거래제 시행으로 각 분야에서는 할 당된 온실가스 이내로 배출량을 줄여야 하며, 폐 기물 분야의 경우 폐기물매립지가 온실가스 저감 잠재량이 가장 크다. 따라서 폐기물매립지에 호 기성 안정화 기술을 적용할 경우 온실가스 저감 뿐만 아니라 저감량에 대하여 향후 탄소배출권을 획득할 수 있어 호기성 안정화 기술의 경제성을 높일 수 있다. 특히 주변환경 오염방지, 침출수 농도와 양의 저감에 따른 침출수 처리 및 운영비 용 절감, 조기 사후토지 이용까지 고려하면 호기 성 안정화 기술의 경제성은 더욱 높아질 수 있다.

이외에도 최근에는 폐기물매립지 내부 지열 활 용방안에 관한 연구가 진행 중에 있다. [Fig. 3]

에서 나타낸 바와 같이 매립지 내부에 수직 또는

수평 형태로 밀폐형의 열교환선(Heat exchange

loop)을 설치하여 매립지 내부의 열을 회수 후

열펌프(Heat pump)를 통해 인근 건물 등에 열

을 공급하는 방식이다

. 기존연구에서는 현장평

가를 통해 혐기성 폐기물매립지 내의 지열을 건

물 내 열 공급원으로 활용하였을 때 열펌프를 설

치하지 않고 지중열교환기(Ground coupled heat

exchanger)만 설치하였을 때에는 투자비 회수기

간이 3.9년 소요되는 것으로 나타났으며, 열펌프 까지 설치하였을 때는 6.9년 소요되는 것으로 보 고하고 있다

. 따라서 폐기물매립지에서의 열을 회수 후 침출수 처리시설이나 매립지 인근 비닐 하우스에 열에너지를 공급하는 것도 호기성 안정 화 기술의 경제성을 높일 수 있는 방안으로 판단 된다.

사회전반에 걸쳐 지속가능한 사회를 추구함으 로 인해 폐기물 관리정책에도 많은 변화가 이루 어지고 있으며, 폐기물매립지와 관련한 최근의 핵심적인 키워드는 지속가능한 매립으로 나타낼

수 있다. [Fig. 4]는 지속가능한 매립을 위한 폐 기물매립지 특성을 나타낸 것이다. 지속가능한 매립을 위하여 지금까지 매립 제로화, 매립지 정 보화, 온실가스 저감 등 다양한 정책 및 방안을 도입되고 있다. 매립지에 매립되는 폐기물의 양 과 온실가스 발생량을 저감하기 위하여 음식물쓰 레기 직매립 금지, 종량제 봉투 도입, 소각 및 기계적-생물학적 전처리 시설 등의 중간처리 시 설 도입, 재활용 비율 증가 등 다양한 정책이 도 입되어 왔으며, 향후에도 이러한 정책 기조는 지 속될 것이다. 또한 지금까지 블랙박스처럼 정보

(B) Horizontal

[Fig. 3] Geothermal heat exchanger configuration for closed landfills²²⁾

[Fig. 4] Perspectives for sustainable landfill.

가 차단되어 왔던 폐기물매립지에 대하여 실시간 으로 모니터링을 통해 불법폐기물 차단, 폐기물 반입 및 매립 정보 구축, 실시간 환경 모니터링 등을 통한 정보화 시스템이 구축될 예정이다.

그러나 이들 정책은 폐기물매립지 운영 기간 동안에 해당되는 정책이며, 실질적으로 폐기물매 립지 사후관리와 관련된 정책은 거의 없는 실정 이다. 특히 온실가스 감축과 관련하여 온실가스 배출권 거래제도가 시행되었으나 폐기물매립지에 대한 온실가스 저감 대책은 전무한 상황이다. 또 한 사후관리방안도 단지 시간 경과에 따라 자연 적으로 안정화가 이루어지는 수동적 사후관리만 이루어져 지속가능한 매립지와는 거리가 매우 먼 실정이다. 더욱이 폐기물매립지의 밀폐화로 이제 는 더 이상 시간은 안정화를 보장해 줄 수 없는 요소이기 때문에 지속가능한 매립을 위하여 적극 적으로 사후관리기간 단축을 위한 다양한 방안이 도입되어야 한다. 따라서 호기성 안정화 기술은 지속가능한 매립관점뿐만 아니라 온실가스 감축 측면에서 보았을 때 매립지 사후관리에 적용할 수 있는 적합한 기술 중 하나로 판단된다.

4. 결론

폐기물매립이 종료된 후 고도의 토지이용의 조 기 실현과 온실가스 및 사후관리 비용 저감을 위 하여 폐기물매립지 사후관리기간에 따라 다각적 인 안정화 조치를 강구하여야 한다. 이에 본 연 구에서는 폐기물매립지 현장에 호기성 안정화 공 법을 적용하여 현장 데이터를 기초로 온실가스 저감 잠재량의 산정 및 호기성 안정화 공법의 국 내 적용 가능성을 평가하였으며 다음과 같은 결 론을 얻었다.

1) 호기성 안정화 기술은 혐기성 사후관리 대비 약 86.6%의 온실가스 저감량을 나타내어 폐기물 매립지 사후관리 시 매립지 내부로의 공기주입 은 폐기물매립지의 조기안정화를 통한 주변 환 경오염 저감뿐만 아니라 온실가스 발생량도 대

폭 낮출 수 있는 것으로 나타났다.

2) 국내 폐기물매립지 관리 정책의 경우 기존의 단 순 사후관리방식에서 폐기물매립지의 조기안정 화를 통한 지속가능한 폐기물매립지로 방향전 환이 필요하다. 지금까지는 환경적 관점에서의 수동적인 사후관리로 폐기물매립지에서 오염물 질이 유출되지만 않도록 하였으며, 시간경과에 따라 폐기물매립지 내부에서의 생화학적 반응 을 통해 안정화를 기대하는 방식이었다. 그러나 폐기물매립지의 밀폐화가 이루어지면서 시간은 더 이상 안정화와 관련된 영향인자가 아니며, 이러한 수동적 사후관리는 지속가능한 폐기물 매립의 개념에도 부합되지 않는다.

3) 호기성 안정화를 통한 적극적 사후관리를 진행 하기 위해서는 이 기술이 폐기물매립지 운영자 에게 경제적 이익이 있으며, 사후관리기간 단축 을 통한 비용절감이 발생하여야만 한다. 최근 국내에서는 온실가스 배출권거래제 시행으로 할당된 온실가스 이내로 배출량을 줄여야 하며, 폐기물 분야의 경우 폐기물매립지가 가장 온실 가스 저감 잠재량이 가장 크다. 따라서 폐기물 매립지에 호기성 안정화 기술을 적용할 경우 온 실가스 저감 뿐만 아니라 저감량에 대하여 탄소 배출권을 획득함으로써 호기성 안정화 기술의 경제성을 높일 수 있을 것이다. 특히 주변 환경 오염방지, 침출수 농도와 양의 저감에 따른 침 출수 처리 및 운영비용 절감, 조기 사후토지 이 용, 열 회수 방안 등을 고려하면 호기성 안정화 기술의 경제성은 더욱 높아질 것이다. 따라서 호기성 안정화 기술은 지속가능한 매립관점에 서 보았을 때 국내 폐기물매립지 사후관리에 적 용할 수 있는 가장 적합한 기술 중 하나로 판단 된다.

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