바이오리엑터 매립지는 폐기물 매립지를 생물반응기로 인식하여 매립지내 유기성 폐기물의 분해조건을 최적화하여 매립가스의 발생을 극대화하고 매립지를 조기 안정화 시키는 공법이다. 이러한 바이오리엑터 매립지에서 침출수는 매립지 상부로 침출수를 투입함으로서 폐기물의 분해를 유도하여 매립가스의 발생을 증가시키고 이를 에너지원으로써 활용이 가능하며 매립가스를 포집하여 온실가스의 배출을 최소화 할 수 있다. 또한 조기 안정화된 매립장은 공원, 스포츠 연습장 등의 효과적인 재이용으로 가치를 상승시킬 수 있다. 이에 대한, 바이오리엑터 매립지의 운영에 대하여 국내에서는 모형 매립조 수준의 연구가 이루어졌으나 실제 현장에서의 연구사례는 거의 없으며 이는 해외에서 이미 매립장에 바이오리엑터 매립공법을 적용하여 운영하고 있는 것과 비교하면 국내의 상황은 매우 뒤쳐져 있는 실정이다. 또한, 바이오리엑터 매립지에서 매립가스의 발생과 조기 안정화에 대한 기초적인 자료로써 매립폐기물의 분해정도에 대한 검토는 매우 중요한 부분이나 국내에서는 바이오리엑터 매립지에서 시간 경과에 따른 폐기물의 변화특성에 대한 검토가 이루어지지 않아 분해정도의 파악이 용이하지 않은 실정이다. 본 연구에서는 실제 현장 규모에서 매립폐기물의 특성을 검토하였다. 바이오리엑터 매립지 대상은 폐기물은 위생매립지로 조성되어 있는 수도권매립지 제 2 매립장의 매립폐기물을 매립기간에 따라 폐기물 특성조사를 실시하였다. 매립폐기물의 변화특성은 매립 깊이를 3m와 8m로 하여 침출수의 재순환이 이루어지지 않은 대조군과 침출수의 재순환이 이루어진 실험군에서 6개월 간격으로 두 번 채취하여 검토하였다. 매립폐기물의 특성 중유기물 함량을 평가한 결과, 대조군에서 3m의 경우 1차 채취에 비하여 1.51%가 감소하였고 8m의 경우 1.79%가 감소하였다. 실험군에서는 3m의 경우 2.36%가 감소하였으며, 8m의 경우 7.11% 감소하여 대조군에 비하여 유기물의 분해가 더 활발하게 일어난 것으로 나타났다.

Moisture content is an important factor in landfill gas production and effective landfill stabilization management at bioreactor landfills. Moisture content was experimentally estimated by applying the rainfall hydrograph theory through cover materials, such as the general and bio-solid soil, in the Sudokwon landfill site. The rainfall hydrograph theory was used to analyze the water balance, in which moisture can be strongly affected by infiltration in the water balance. Cover material characteristics, such as bulk density, porosity, specific gravity, and hydraulic conductivity, were used to estimate the water balance of the landfill site. From the results of the water balance, runoff was increased, but evaporation and infiltration were decreased with increasing rainfall rate for both general and bio-solid soil. As the bulk density increased in both general and bio-solid soil, runoff was increased, but infiltration was decreased, because hydraulic conductivity in the cover material was decreased with increasing bulk density. Finally, the moisture content of landfill waste increased linearly, with increasing infiltration through the cover materials, even though the increment in moisture content was decreased along the depth of landfill.

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.