The sanitary landfill method not only stops leakage of leachate and landfill gas to the outside, it also prevents water or air ingress. These methods significantly reduce the environmental contamination of landfills. Recently, landfilling of organic wastes such as sewage sludge and food waste has been forbidden, and landfilled wastes are dried. In addition, the water supply from outside is blocked, and the inside of the landfill remains very dry using the sanitary landfill method. At present, municipal solid-waste landfills have a generalized landfill-gas recovery and energy conversion. However, delayed decomposition of waste due to drying of the landfill will prolong the post-management period and reduce the amount of landfill gas after final disposal, which has a serious impact on the economics. In this study, a leachate recirculation facility was installed at the SUDOKWON landfill site in Incheon to prevent drying of the inside of the landfill. We investigated the effects of leachate recirculation on landfill gas evolution by observing the changes in water content and landfill-gas collection. As a result, the amount of landfill gas collected after recycling the leachate for about 34 months showed an increase of about 71% compared to the control. Therefore, the increase of water content through leachate recirculation greatly influences landfill-gas production, and it can increase the return from the landfill-gas energy project.

핀란드 등의 유럽국가와 미국에서는 이미 오래전부터 매립지로 침출수를 재순환하고 있다. 이들 국가는 크게 두가지 목적으로 침출수를 재순환한다. 첫째, 소규모 매립지의 경우 별도의 침출수 처리시설이 없어 침출수처리 목적으로 매립지 내부로 침출수를 재순환하는 것이고, 두 번째는 건조한 지역의 매립지에서 수분공급을 통한 폐기물 분해활성화를 위해 재순환하는 것이다. 이러한 분해활성화는 매립가스 증산과 매립지 조기 안정화에 기여한다. 이들 국가의 재순환 방법은 단순히 살수차를 이용하여 매립현장에 침출수를 직접 살포하는 방식에서부터, 매립지 내 폐기물 층에 수평형 또는 수직형의 주입시설을 설치하여 매립지 내부로 주입하는 형태의 방식도 적용하고 있다. 국내의 경우, 최근까지 침출수를 매립지로 재순환할 수 있는 법적 근거가 없었으나, 2016년 4월에 그 근거가 마련되었다. 즉 매립지로 반입되는 폐기물의 성상이 하수슬러지 등 유기성 폐기물의 직매립 금지로 인해 매우 건조화 되었고, 또한 복토 기준 강화로 인해 매립지 내부로 우수의 유입도 크게 차단되어 매립지 내부가 많이 건조화 되었다는 것을 정부에서도 인식한 것이다. 본 연구에서는 수도권매립지 제2매립장내 2개블럭에 대하여 침출수 재순환을 통한 함수율 변화와 이에따른 매립가스 포집량 변화를 관찰하여 매립가스 증산에 어떠한 영향을 미치는지 파악하고자 하였다. 이에 3c, 4c 두 개 블록에 침출수 재순환시설을 설치하여 2013년 10월부터 2016년 12월까지 약 24만 m³의 침출수를 재순환하고 매립량 및 매립경과기간이 유사한 3d, 4d 블록과 함께 매립가스 포집량 등을 조사하였다. 그 결과 매립가스 포집량이 순메탄량 기준으로 대조구역 대비 1차년도 28.2%, 2차년도 36.7%, 3차년도에 60.6%의 증가율을 나타낸 것으로 조사되어 침출수 재순환이 매립가스 증산에 크게 영향을 미치며 이를 통해 매립가스 자원화사업에 큰 기여를 할 수 있을 것으로 판단되었다.

폐기물매립지에서 매립된 폐기물의 혐기성분해과정에서 발생하는 매립가스는 주요 성분인 메탄(CH4), 이산화탄소(CO2)와 수분, 황화수소(H2S), 실록산(Siloxane) 등의 미량물질을 포함하고 있다. 매립가스 중 메탄은 신재생에너지로서 활용가치가 높은 반면, 이산화탄소와 더불어 온실가스로서 관리해야 하는 대상으로 주목받고 있다. 또한 매립가스 중 황화수소는 매립지 주요 악취물질로 알려져 있어 적절한 매립가스 제어를 통한 매립장 환경관리가 요구되고 있다. 매립가스는 복토재료, 복토두께, 가스포집정 설치 형태, 기상조건, 매립된 폐기물의 종류 및 양 등의 인자에 의해 다양한 배출특성을 가진다. 매립장 환경관리 및 매립가스 자원화 사업을 위해 합리적인 매립가스 관리가 필요하며, 이를 위해 매립지 현장에서의 장기적인 모니터링을 통해 매립가스 배출특성을 파악할 필요가 있다. 본 연구에서는 S매립지를 대상으로 최근 11년간(2005년~2015년) 수행한 매립가스 배출량 현장모니터링 결과를 이용하여 매립지 운영형태, 배출경로, 시간경과 및 계절적 영향에 따른 매립가스 배출특성을 분석하였다. 매립지 운영형태는 매립이 종료된 매립장(사용종료 매립장)과 매립이 진행중인 매립장(사용중 매립장)으로 분류하였고, 배출경로는 강제포집, 간이소각기, 표면발산의 세 경로로 구분하여 매립가스 배출특성을 평가하였다. 또한 시간경과에 따른 배출특성의 변화경향을 파악하고, 계절적 변동분석도 실시하였다. 매립가스 배출특성을 분석한 결과, 사용중 매립장의 경우, 2015년 기준 강제포집효율은 94.4%로, 통상적으로 매립종료시 또는 최종복토시 매립가스 회수율(80~95%) 범위에 해당하였다. 조사대상 매립장이 최종복토 상태가 아니라 매립이 진행중인 매립장임을 감안하면, 가스포집･이송시설 및 복토면의 관리상태가 양호한 것으로 판단되었다.

수도권매립지의 경우 하수슬러지 등 유기성 폐기물의 직매립금지로 인하여 매립되는 폐기물의 건조화가 심각한 상태이다. 현재 매립지 내부 함수율은 미생물에 의해 분해활동이 원활히 이루어지는 45%에 크게 못미치는 30% 수준으로 나타났다. 이같은 현상은 비단 수도권매립지에 국한된 문제가 아닌 전국 매립지에 해당되는 현상일 것이다. 또한, 매립종료 후 최종복토 후에는 우수의 유입도 차단됨에 따라 매립지 내부 건조화 문제는 더욱 더 심화되는 것은 자명한 사실이다. 이와같이 건조화가 심화되면 폐기물분해 지연에 따라 매립지 사후관리 기간은 더욱 길어지게 되며 그만큼 각 매립지 관리주체들의 비용부담은 증가하게 될 것이다. 정부는 이러한 문제점의 해결을 위해 금년 4월 폐기물관리법 시행규칙을 개정하여 매립지 내부로 침출수를 재순환할 수 있는 침출수매립시설환원정화설비 관련 규정을 시행하였으며, 침출수를 매립지로 재순환하여 매립지 건조화 문제를 최소화할 수 있는 방안을 마련하였다. 비록 침출수외에 폐수 같은 다른 수분 공급원의 재순환까지 허용하는 적극적인 수단은 아니지만, 침출수를 재순환함에 따라 매립지 건조화가 심화되는 것은 방지할 수 있을 것으로 기대된다. 본 연구에서는 침출수 재순환에 따른 매립지 내부 수분 분포파악을 위하여 전기비저항 탐사를 수행하여 매립지 내부의 수분분포 특성 파악을 위한 적정 탐사기법을 개발하고자 하였다. 일반적으로 전기비저항 탐사는 지하 매설물이나 지질현황 파악을 위하여 쓰이며, 저수지 등의 제방 안정성 파악에도 많이 사용되고 있다. 그러나 매립지의 경우 다양한 폐기물들이 매립되어 있어 토질이나 저수지 제방과 같이 매질이 균질한 상태가 아닌, 매우 불균질한 상태이며, 계절에 따른 온도변화, 중간 복토층에 따른 비저항 탐사 값의 간섭현상 등 다양한 변수가 존재하여 결과값의 해석에 많은 어려움이 있다.

바이오리엑터형 매립장은 1970년대 석유파동(Oil-shock) 이후 미국 등을 중심으로 석유를 대체할 수 있는 에너지원의 하나로서 폐기물 분해과정에서 발생되는 메탄가스를 매립지로부터 최대한 단시간에 많이 회수하고자 하는 목적으로 활발히 개발 되었다. 즉, 매립지를 바이오리엑터라는 거대한 생물반응조의 개념으로 접근하여 폐기물이 활발하게 분해가 될 수 있도록, 수분 등을 인위적으로 공급하는 등의 방법을 통하여 폐기물 분해를 촉진하는 새로운 매립지 관리방식이다. 한편, 국내 폐기물 매립시설은 하수슬러지(2003년) 등 유기성폐기물의 직매립 금지로 인하여 매립지에 반입되는 폐기물의 특성이 무기화, 건조화 되고 있으며, 또한 악취방지 등 주변지역 환경개선을 목적으로 매립지 복토기준을 강화하여 시행하고 있다. 이에 따라 매립지로 유입되는 수분은 급격히 감소하여 매립층 내부는 매우 건조화 되고 있다. 만약 이 같은 현상이 지속되면 매립가스 발생량이 감소하여 매립가스 발전사업에 차질이 발생하고, 또한 안정화에 오랜 시간이 소요됨에 따라 그만큼 매립지 사후관리에 어려움이 발생할 것이다. 이와 같은 이유로 국내에도 바이오리엑터형 매립장 제도의 도입이 절실히 요구되고 있다. 수도권매립지관리공사는 이 같은 바이오리엑터형 매립지의 현장적용을 위하여 2013년부터 수도권매립지 제2매립장 7단 3C, 4C 두 개블럭 약 15만㎡에 침출수 재순환시설을 설치하여 2013년 10월부터 2015년 8월말 현재까지 약 18개월간 일평균 약 428㎥, 총 168,570㎥의 침출수를 재순환하였다. 그 결과, 폐기물층내 함수율 변화는 주입전 대비 평균 약 3% 증가하였으며, 같은 기간 매립가스 포집량은 순메탄 기준으로 대조구역의 상대적 감소량 대비 평균 36.7% 증대된 것으로 나타나 침출수 재순환으로 인한 수분공급으로 매립지내 생물분해가 촉진되고 있는 것으로 판단된다.

국내 폐기물 매립시설은 하수슬러지(2003년) 및 음식물류 폐기물의 직매립금지(2005년)로 인하여 매립 폐기물 특성이 수분이 많은 폐기물 중심에서 소각재, 건설폐기물 등 건조한 폐기물 중심으로 바뀌었고, 또한 매립지의 최종복토층 설치기준 강화로 인해 강우 침투가 제한되어 매립지의 건조화는 급속히 진행되어 미생물 분해 활동에 제한이 생길 정도록 건조화 되고 있다. 이같은 현상이 지속되면 매립가스 발생량이 감소하며, 안정화에 장기간 소요되어 그만큼 매립지 사후관리에 오랜시간이 소요될 것이다. 이에따라 주요 선진국들에서는 일찍이 매립지내에 침출수 등을 재순환하여 매립가스 발생증대 및 안정화를 촉진시키는 제도를 도입하여 바이오리엑터 공법 기술개발에 노력을 기울이고 있으며, 국내에서는 수도권매립지관리공사를 중심으로 활발히 실증연구가 진행중에 있다. 한편, 수도권매립지 제2매립지 7단 2개 블록에 약 9개월간 일평균 408.7m³, 총 7.4만m³ 주입한 결과, 폐기물 층내 함수율 변화는 3m 깊이에서 주입 전 대비 평균 3.25%증가, 8m 깊이에서는 주입전 대비 4.68% 증가하였으며, 같은 기간 매립가스 포집량은 순메탄 기준으로 대조구역 대비 평균 29.3% 증대되었으며, 전년 동월대비 기준으로는 약 10% 증가하는 것으로 나타나 침출수 재순환으로 인한 함수율 증가로 매립지내 생물분해가 촉진되고 있는 것으로 판단된다.

제4차 전국폐기물 통계조사(‘13.3, 환경부)에 따르면 현재 국내에서는 년간 1,593천톤의 소각재가 발생하며 그중 대부분인 1,227천톤(약 77%)은 단순매립으로 처리되고 있고, 단지 366천톤(약 23%)의 소각재만이 재활용되고 있다. 그러나 최근 수도권 자치단체의 “매립폐기물 제로화” 선언, 매립부담금, 순환자원 사용 확대 등을 주요골자로 하는 “자원순환사회 전환촉진법” 제정 등이 추진되고 있어 그 어느 때 보다도 더욱 새로운 대안모색이 절실히 요구되고 있다. 본 연구는 대부분 매립에 의존하던 생활폐기물 소각 바닥재를 매립지내 매립가스 소각후 발생되는 배가스를 이용하여 탄산화과정을 통해 지구온난화물질인 CO2는 소각재에 포집하고 소각재는 유해 중금속의 용출이 억제된 순환골재로 재활용하고자 하는 실증연구로 진행되었다. 반입된 소각재는 불순물 제거, 입도선별, 철분류 등의 전처리를 거친후 2차 입도선별을 통하여 100 mesh 이상의 큰 입자는 입자표면에 탄산염층을 생성하는 건식 탄산화 공정과 탈염 공정 등 안정화 과정을 거쳐 순환골재로 재생되며, 생산된 순환골재의 도로용 보조기층재로서의 적합여부를 확인하기 위하여 한국건설생활환경시험연구원에 순환골재 시험분석을 의뢰한 결과 도로보조기층용 순환골재(KS규격 KS F 2474)와 비교한 결과 기준에 적합한 것으로 확인되었다. 본 연구는 환경부 차세대 핵심환경기술 개발사업의 연구비 지원으로 수행되었으며, 이에 감사드립니다.

국가 환경정책의 방향이 폐기물 제로형 자원순환사회로 전환된 이후, 우리나라의 2012년 폐자원에너지 생산량은 약 5,657천 TOE로 국가 1차에너지의 약 2.2% 수준에 그치고 있다. 이는 2007년의 폐기물 에너지화율 1.9%에서 얼마 증가하지 않았음을 고려할 때, 폐자원 에너지화 기술의 지속적 개발과 적용이 필요함을 알 수 있다. 매립가스는 우리나라 폐기물 재생에너지원 중 바이오가스부분의 44%를 차지하는 대단히 중요한 신재생에너지원으로 2015년 시행될 의무재생연료 사용기준인 RFS와 관련하여 그 중요성이 커지고 있다. 본 연구는 매립가스에서 CO₂와 N₂를 분리, 정제하여 바이오가스 연료기준에 적합한 고순도 메탄가스를 생산하는 실험을 수행하였다. 매립지 가스의 주요 성분은 CH₄, CO₂ 및 포집 과정에서 유입되는 N₂, O₂ 이외에 H₂S, 수분 등 여러 미량물질이 포함되어있다. 바이오가스 연료품질기준에 적합한 메탄가스 생산을 위해서는 매립가스에 적합한 가스분리 및 CH₄ 회수기술이 필요한 상태이다. 조성변화가 심한 매립가스의 특성을 감안하여 CO₂ 및 CH₄의 조성 변화에 비교적 대응이 용이한 분리막 공정을 CO₂ 주 분리공정으로, 소량성분인 N₂와 O₂등의 정제를 위해 PSA공정을 후처리공정으로 하는 혼합처리공정을 설계하여 1.0Nm³/min 규모의 실증플랜트를 수도권 매립지 내에 설치하여 실험을 수행하였고 각 공정의 CH₄의 회수성능을 평가하였다. 2단 직렬 재순환 분리막 공정은 7 ~ 10bar의 압력을 유지하여 운전하였으며 PSA공정은 분리막공정의 후단압력을 이용하여 운전하였다. 운전 조건인 1단, 2단 분리막 면적비와 PSA 압력변동 운전시간은 유입되는 매립가스의 성상에 따라 상이하였으며, 시설 운전 결과 생산가스의 CH₄ 농도는 평균 96%로 바이오가스 품질기준인 CH₄ 95%를 안정적으로 만족시키며 CH₄ 회수율은 71.3%로 나타났다.