A pilot-scale biocover was installed at a sanitary landfill for municipal waste, and the removal of volatile organic compounds (VOCs) by the biocover was evaluated for a long period of 550 days. The biocover (2.5 m W × 5 m L × 1 m H) was constructed with the mixture of soil, perlite, earthworm cast and compost (6:2:1:1, v/v). The total VOCs concentration of the inlet gas into the biocover was 820.3 ppb~7,217.9 ppb, and the total VOCs concentration of the outlet gas from the surface of the biocover was 12.6 ppb~1,270.1 ppb. The average removal efficiency of total VOCs was 87.6 ± 11.0% (60.5% for minimum and 98.5% for maximum). Toluene concentration was the highest among the inlet VOCs, followed by ethylbenzene, m, p-xylene and o-xylene. These aromatic VOCs accounted for more than 50% of the total VOCs concentration. Other than these aromatic VOCs, hexane, cyclohexane, heptane, benzene, and acetone were major VOCs among the inlet VOCs. Compared with the VOC profiles in the inlet gas, the relative contribution of dichloromethane to the outlet VOCs emitted from the biocover layer increased from 0.1% to 15.3%. The average removal efficiencies of BTEX in the biocover were over 84% during the operation period of 550 days. The average removal efficiencies of hexane, cyclohexane and heptane in the biocover were 86.0 ± 18.9%, 85.4 ± 20.4% and 97.1 ± 4.0%, respectively. The removal efficiency of VOCs in the biocover decreased not only when the ambient temperature had fallen below 5oC, but also when the ambient temperature had risen above 23oC. Information on the VOCs removal characteristics of the biocover installed in the landfill field can be useful for commercializing the biocover technology for the treatment of VOCs.

To prevent environmental pollution caused by leakage of leachate from waste landfill, vinyl acetate-ethylene (VAE) resin is applied to liner and cover materials to improve their performance. Styrene, styrene butadiene rubber, and VAE are widely used as polymer resins that have excellent water resistance and durability. Further, VAE resin is known to have additional advantages such as adhesion to nonpolar materials and resistance to saponification as a copolymer. In this study, the effect of VAE content on the properties of liner and cover materials was studied. The water and air content ratios, bending and compressive strengths, water absorption ratio, and coefficient of permeability of these materials were measured. The liner and cover materials with 4 wt% VAE showed good properties.

In 2018, the Korean government introduced a landfill levy under the Framework Act on Resource Circulation. This was a fiscal measure to ensure that landfill waste disposal is priced so as to reflect its environmental cost and to help promote more sustainable waste management. This study aims to investigate the effectiveness of the landfill levy as a landfill policy instrument in Korea. In this study, a literature survey was conducted on the existing theoretical and empirical insights to the effectiveness of landfill taxes, including experiences in several EU countries. This survey shows that if landfill taxes are to be effective in terms of reducing the amount of waste going to landfills, the tax rate should be put at a fairly high level. It should be noted that the landfill tax rates should be set based on the external cost of landfill disposal. In addition, it appears that the landfill tax has not significantly affected generated waste per capita in the EU. The landfill tax can result in negative effects. Due to the reduction of waste sent to landfills, there is a risk that landfill operators will not be able to fulfil their financial obligations for closure and aftercare. Additionally, after closure and construction of the surface sealing, the emissions potential of the waste body remains more or less constant, resulting in the extended time-scale and uncertain funding of the post-closure period. This is a problem applicable to most landfills that contain inorganic waste. Thus, landfill operators should be stimulated by means of appropriate regulations to stabilize the waste body as much as possible to guarantee the lowest possible emission potential. This requires financial incentives, which are implemented to encourage operators to actively advance the stabilization of landfill waste.

유엔기후변화협약(UNFCC)은 온실가스 배출통계의 중요성을 강조함에 따라 모든 당사국들은 국가 온실가스 인벤토리 산정 보고서를 제출할 의무를 명시하고 있다. 국가 온실가스 인벤토리 분야에는 폐기물 분야도 포함되어 있으며, 특히 메탄배출량의 상당량을 차지하는 폐기물매립지에 대한 온실가스 배출량 산정은 매우 중요시되고 있다. 그럼에도 불구하고 국내 폐기물매립지는 아직까지 GPG(Good practice guidance) 2000에 기반하여 온실가스 배출량을 산정하고 있어 2006 IPCC 가이드라인을 기준으로 매립지 온실가스 배출량을 산정하고 있는 미국과 EU 국가 등과 비교하여 배출량 산정의 정확도가 낮은 문제점을 나타내고 있다. 이에 본 연구에서는 GPG 2000과 2006 IPCC 가이드라인(Tier 1, 2)을 기반으로 국내 폐기물매립지의 온실가스 배출량을 산정 및 비교함으로써 폐기물매립지 온실가스 배출량 산정방법의 문제점 및 개선방향을 제시하고자 하였다. 각 방법별 폐기물매립지의 국가 온실가스 배출량 산정 결과, 2015년 기준으로 2006 IPCC Tier 1의 배출량은 10,885 Gg CO2eq,로 가장 높게 나타났으며, 다음으로 2006 IPCC Tier 2(9,443 Gg CO2eq,), GPG 2000(7,727Gg CO2eq)순으로 나타났다. GPG 2000과 2006 IPCC 가이드라인 모두 FOD 모델을 기반으로 하고 있기 때문에 연도별 배출량 증감은 비슷하였으나 GPG 2000은 매립폐기물 전부를 하나의 단일 성상으로 가정한 반면 2006 IPCC에서는 폐기물 성상별로 배출계수를 적용하도록 하고 있어 배출량의 차이가 발생하였다. 다만 2006 IPCC에서는 국가 배출계수의 적용을 권고하고 있어 향후 이에 대한 지속적 개발 및 검증이 이루어져야 할 것이다.

기후 변화가 점차 가속되는 현 상황에서 온실가스를 줄이고자 하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히 우리나라에서 발생하는 메탄가스 배출량은 2014년 기준 26.6백만톤 CO2eq 수준으로, 이중 약 27% (약 7.3 백만톤 CO2eq)는 폐기물 매립지에서 유출되고 있다. 또한, 국내 230개소의 매립지 중 대규모 매립지 17개 시설에서만 매립가스 자원화 시설을 운영하고 있으며, 매립지에서 발생하는 메탄의 29%만을 자원화로 이용하고 있다. 나머지 중소규모매립지를 포함하여 71%의 메탄은 무방비 상태로 대기상으로 유출되고 있다. 기존의 매립지 가스 처리방법으로는 매립가스에 포함된 메탄을 회수하여 에너지화하는 ‘매립가스자원화’ 및 매립가스를 소각처리하는 ‘연소방식’으로 구분할 수 있다. 매립가스자원화는 메탄가스 농도가 30%~40% 이상이고 매립가스 발생량이 2~3Nm3/min이상이어야 하는 단점이 있으며, 대규모 매립지에서만 경제성이 확보되는 한계가 있다. 연소처리는 중소규모 매립지에서도 적용은 가능하지만, 가스 포집 시설의 설치가 필요하고 처리 효율이 낮으며, 불완전 연소로 인해 다이옥신 등이 발생하는 단점이 있다. 매립지 규모별 메탄가스의 처리기술의 경제성을 비교하였을 때 매립지 규모에 상관없이 생물학적 산화기술이 연소처리에 비해 저비용으로 메탄을 처리할 수 있는 것으로 확인되었으며 폐기물 매립량이 600,000톤 이하인 경우에는 매립가스자원화보다도 경제적임을 확인할 수 있다. 생물학적 산화 시스템은 유럽 등에서는 중소규모 매립지에서의 탄소중립을 위하여 제시되었으며, 매립지 복토층에 서식하는 미생물을 이용하여 메탄을 이산화탄소로 산화시키는 기술이다. 미생물 복토층을 최적의 서식 조건으로 조성함으로써 메탄산화 효율을 증진시킬 수 있으며, 미생물의 메탄 산화 속도 및 매립 가스 발생량에 따라 메탄저감 효율이 좌우되며, 매립가스 발생량이 적은 경우 100%까지도 산화가 가능한 바이오필터와 같이 인위적인 메탄산화 시스템을 운영할 수도 있다. 이에 본 연구는 매립토, 퇴비, 부숙토 3가지의 시료를 대상으로 회분식 실험을 통해 메탄산화균의 활성도를 파악하였다. 또한 실험결과, 메탄산화가 가장 우수한 매립토를 대상으로 메탄산화균을 분리배양 하였으며, 이후 연속식 실험을 통해 메탄산화균의 메탄산화속도를 평가하였다.

The objective of this research was to estimate the greenhouse gas (GHG) emission factors for food, paper, and wood wastes through methane (CH4) flow analysis. The GHG emissions from a given amount of landfill waste depend on the carbon (C) flows in the waste: (1) carbon storage in landfills, (2) C in carbon dioxide (CO2) and CH4 generated in anaerobic waste decomposition, (3) C in CO2 and CH4 emitted to the atmosphere through vertical gas wells, (4) C in CO2 from CH4 oxidation through cover soils, and (5) C in CH4 emitted to the atmosphere through cover soils. This study reviews the literature on the ranges for DOCf (the fraction of degradable organic carbon that can decompose) and OX (oxidation factor) values of food, paper, and wood, with a particular focus on the role of lignin. There is an inverse relationship between lignin and the DOCf of paper and wood wastes. In this respect, the lignin content could be used as an abatement indicator for the DOCf of paper and wood. The literature review shows that the average DOCf values for food, paper, and wood were 0.72, 0.61, and 0.12, respectively. The country-specific DOCf value for wood (0.44) is significantly higher than the ranges reported in the literature, which implies that the country-specific DOCf for wood can overestimate GHG emissions compared to the DOCf obtained from the literature. The estimated GHG emissions factors were 1,055 kg-CO2e/ ton-wet waste for food, 1,367 kg-CO2e/ton-wet waste for paper, and 276 kg-CO2e/ton-wet waste for wood. Sensitivity analysis results showed that the most influential parameters were MCF (CH4 correction factor), DOCf, and OX. In order to reduce GHG emissions from landfill in Korea, landfill sites currently in operation should be converted from anaerobic to semi-aerobic.

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.

폐기물매립지에서 함수율은 폐기물의 분해속도뿐만 아니라 폐기물의 분해율에도 영향을 미치는 것으로 알려져 있으며, 이에 매립지 내부의 수분을 인위적으로 증가시켜 매립가스 발생량을 증대시키는 bioreactor 공법이 연구되고 있다. 따라서 향후에는 국내외 매립가스 자원화를 계획 및 진행하고 있는 폐기물매립지를 대상으로 bioreactor 공법이 적용될 것으로 예상되며, 이를 위해 매립지 내부의 함수율 변화에 따른 매립가스 발생특성이 예측되어야 할 것이다. 그러나 기존 연구들에서는 실내실험 및 현장 실증실험을 통하여 bioreactor 공법 적용에 따른 조기안정화 및 매립가스 발생량 증대 효과만을 나타내었을 뿐 함수율 변화가 폐기물의 분해도 및 분해속도에 미치는 영향을 수치적으로 나타내지 않아 bioreactor 공법 적용에 따른 정확하고 신뢰성 있는 매립가스 발생량 예측이 어려운 점이 있다. 이에 본 연구에서는 매립지 내부에서의 함수율 변화가 메탄발생 특성에 미치는 영향을 평가하여 향후 함수율 변화에 따른 메탄발생량 및 발생속도 예측의 기초자료로 이용하고자 하였다. 시료는 가연물 중 매립지에 가장 높은 비율로 매립되는 종이를 대상으로 하였다. 각 반응조별 초기 함수율은 10%, 20%, 30%, 40%, 50%로 설정하였으며, 초기함수율 10~40%의 반응조들은 가스발생이 중지되었을 때 함수율을 10%씩 증가시켜 최종적으로는 모든 반응조의 함수율이 50%에 도달하도록 실험을 진행하였다. 실험결과 메탄발생이 최초 중지되는 시점의 각 반응조별 메탄발생 비율은 50% 반응조 대비 10%는 0.4%, 20%는 0.8%로 메탄발생이 매우 미미하였으며, 30%는 6.5%, 40%는 28.9%로 매우 적은 메탄발생 비율을 나타내었다. 이후 각 반응조마다 메탄발생이 중지되는 시점에 함수율을 10%씩 증가시켜 모든 반응조의 최종 함수율이 50%가 되도록 하였으며, 실험 종료 후 메탄발생 비율은 초기함수율 50% 대비 10%는 3.5%, 20%는 7.0%, 30%는 25.1%, 40%는 49.6%로 나타났다. 이론적으로는 초기 함수율이 낮아도 최종 함수율이 동일하면 유기물의 분해속도는 달라도 최종 함수율이 나타내는 메탄발생량과 동일한 값을 나타내어야 하나 초기함수율 10~40% 반응조 모두 초기함수율 50%가 나타내는 메탄발생량에 훨씬 못미치는 메탄발생량을 나타내었다. 따라서 메탄발생량과 연관하여 초기함수율은 매우 중요 인자이며, 메탄발생이 중지되는 시점에 수분을 추가로 주입하면 메탄발생이 다시 시작되나 최종 메탄발생량은 초기 함수율이 낮을수록 크지 않을 것으로 판단된다.

폐기물매립지에서 온실가스 발생량 예측을 위하여 사용되는 1차 반응모델(First-order decay, FOD)에 적용되는 중요한 변수 중 하나는 메탄발생잠재량(Methane generation potential, L0)이다. L0는 메탄생성에 가장 이상적인 조건에서 폐기물 중량단위 당 발생할 수 있는 메탄의 양으로 일반적으로 메탄수율이라고 나타내기도 한다. 그러나 폐기물매립지에서의 L0는 매립지 내부의 수분, 온도 등의 환경적 조건과 폐기물 크기 등의 물리적 특성에 의해 메탄발생이 영향을 받기 때문에 일반적으로 정의되는 L0와 혼동을 나타낼 수 있다. 이러한 물리적 및 환경적 요인 때문에 폐기물매립지에서의 L0는 실내실험 결과보다 낮게 나타나며, 따라서 폐기물매립지에서의 사용되는 L0 용어에 대한 기본적 가정은 메탄발생을 위한 이상적 조건이 아닌 실제 매립지 조건으로 고려되어야 한다. 이에 본 연구에서는 앞에서 나타낸 용어의 정의를 기준으로 기존 연구문헌에서 폐기물매립지의 L0산정을 위해 적용한 방법들을 고찰하여 향후 L0 산정 및 방법론 개발에 기초자료로 활용되고자 하였다. L0 산정방법을 크게 구분하면 화학양론적 방법(Stoichiometric method), 실내실험 방법, 모델일치(Model fitting) 및 회귀분석, IPCC(Intergovernmental panel on climate change) 방법론으로 구분할 수 있다. 화학양론적 방법은 폐기물의 원소조성에 기초한 Buswell 식 또는 폐기물의 탄수화물(Carbohydrates), 단백질(Proteins), 지질(Lipid)의 함량에 기초하여 이론적인 L0값을 산정 후 생분해가능 비율(Biodegradable portion, BF)을 곱하여 L0값을 계산할 수 있으나 BF 산정에 어려움이 있다. 실내실험은 일반적으로 폐기물 성상별 L0에 폐기물 조성 가중치를 적용하여 L0값을 산정하고 있다. 성상별 L0값을 산정하기 위해서는 일반적으로 BMP(Biochemical methane potential) 실험이 사용되나 BMP 결과를 L0로 나타내기에는 문제점이 있다. 이는 BMP 결과는 혐기성 분해의 이상적 조건에서 도출되었기 때문에 L0 보다는 DOC(Degradable organic carbon)와 의미가 매우 유사하며, 모의매립조(Lysimeter) 또는 현장 실험보다 높은 값을 나타내기 때문에 조정계수를 적용하여 L0값을 산정하여야 한다. 모의매립조 실험의 경우에는 수리전도도(Hydraulic conductivity)와 연관되어 실제 매립지보다 짧은 수리학적 체류시간을 가지게 되는 문제점이 있다. 이는 매립지에서 침출수로 유출되는 DOC 비율은 2% 미만으로 보고되고 있으나 모의매립조는 상당비율의 DOC가 침출수로 유출되기 때문에 L0 산정 시 침출수로 유출되는 DOC비율을 고려하여야 한다. 모델 일치 및 회귀분석은 실제 매립지에서의 측정 데이터를 기초하기 때문에 가장 정확하나 데이터 확보를 위한 장기간의 시간이 소요된다. IPCC 방법론의 경우 DOC 및 DOCf를 산정하여 L0를 산정할 수 있으며, DOC 산정을 위해서는 BMP 실험을 이용한 방법과 폐기물의 방사성 탄소함유량(Radiocarbon content)에 기초한 생물학적 기원 탄소량 산정방법이 있다. DOCf는 셀룰로오스(Cellulose)와 헤미셀룰로오스(Hemi-cellulose)가 전부 메탄으로 전환된다는 가정 하에 측정된 메탄수율로 나누어 계산할 수 있다.

Because methane-producing bacteria (MPB) and sulfate-reducing bacteria (SRB) compete for anaerobic utilization of organic matter, the methane generation potential (Lo) decreases logarithmically with the decrease in the COD/SO4 ratio. The Lo correction coefficient equals the Lo at a particular COD/SO4 ratio divided by the maximum Lo. An Lo correction coefficient was derived each year based on the COD/SO4 ratios of waste added to the landfill. The methane generation potential was multiplied by the Lo correction coefficient in order to correct the LFG (landfill gas) generation calculation. At the second Sudokwon landfill site (2000 ~ present), the COD/SO4 ratio decreased from 11.6 in 2000 to 4.8 in 2014. Thus, the Lo correction coefficient decreased from 0.89 in 2000 to 0.42 in 2014. The LFG 2008-2014 production correction was calculated using the model equation (Scholl canyon), and was almost the same (91 ~ 113%) as the quantity measured, including LFG that was collected, flared, or allowed to diffuse through the landfill. The methane oxidation correction factor, calculated from the concentrations of nitrogen and oxygen within the landfill gas, was between 0.92 and 1 for the first landfill site and between 0.96 and 1 for the second landfill site. Air ingress into the landfill had a negligible effect on gas generation.

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.

폐기물매립지는 대기 중으로 배출되는 인위적인 메탄 배출량의 상당 비율을 차지하고 있으며, 메탄은 기후변화에 상당부분 기여하는 물질 중 하나로 잘 알려져 있다. 이에 폐기물매립지에서 발생되는 온실가스로 인한 주변 환경오염 저감과 온실가스 관리 등을 위해서는 먼저 정확한 온실가스 배출량 산정이 필요하다. 그러나 폐기물매립지에 매립되는 폐기물의 불균질성과 매립된 폐기물의 분해에 관여하는 인자가 많기 때문에 장기간에 걸쳐 물리화학적 및 생물학적 반응을 통해 발생되는 온실가스의 배출량을 정확히 측정한다는 것은 매우 어렵다. 지금까지 폐기물매립지에서의 온실가스 발생량 예측을 위하여 다양한 모델들이 제안되었는데, 대부분의 모델은 1차 반응모델(First-order decay, FOD)에 기초하고 있다. 1차 반응모델로 가장 대표적인 모델은 IPCC(Intergovernmental panel on climate change)에서 제시한 FOD 모델과 미국 EPA(Environmental protection agency)에서 개발한 LandGEM(Landfill gas emissions estimation model) 등이다. 1차 반응모델에 적용되는 모델 변수들은 일반적으로 2006 IPCC 가이드라인에서 제시하고 있는 기본값을 적용하고 있으나 모델 변수는 온실가스 배출량 산정의 정확성에 결정적 영향을 미치기 때문에 폐기물매립지에서 모델을 이용한 온실가스 배출량 산정 결과의 신뢰도를 향상시키기 위해서 해당 매립지 특성에 맞는 변수값을 산정할 수 있는 방법론이 우선적으로 개발되어야 한다. 이에 본 연구에서는 장기간 동안 S 폐기물매립지에서 발생하는 온실가스를 측정한 결과를 기초로 메탄 및 탄소 물질수지를 이용하여 1차 반응 모델의 주요 변수인 DOC(Degradable organic carbon), DOCf(Fraction of degradable organic carbon which decomposes), R(CH4 recovery efficiency), OX(Oxidation factor), k(CH4 generation rate constant), Lo(CH4 generation potential)를 산정하고 산정된 변수값을 검증하여 온실가스 모델변수 산정방법론을 개발하고자 하였다. 연구결과 BMP(Biochemical methane potential) 실험을 통해 산정된 메탄발생량값은 최적 조건에서 평가된 값이기 때문에 DOCf를 1.0로 가정하였을 경우 DOC를 산정할 수 있는 것으로 나타났다. 또한 본 연구에서 메탄 및 탄소 물질수지를 이용하여 도출된 주요 변수값들을 모델에 적용하여 평가된 온실가스 발생량과 기존에 측정된 온실가스 발생량을 비교하였을 때 매우 유사하게 나타나 탄소물질 수지를 이용하여 1찬 반응모델의 변수들을 매우 정확하게 산정할 수 있는 것으로 나타났다. 이외에도 1g의 폐기물(습윤기준) 중 매립지에 저장되는 DOC는 0.07g으로 분석되었으며, 침출수로 유출되는 DOC 비율은 전체 DOC 중 1.3%로 계산되었다. 따라서 본 연구를 통해 제안된 탄소 물질수지를 이용한 모델 변수 산정 방법은 폐기물매립지 온실가스 모델 적용에서 모델 변수들 및 예측값의 정확성을 향상시킬 수 있게 되었다.

폐기물 매립지에서는 폐기물의 혐기성 소화에 의해 매립가스가 발생하며 CH4가 그 중 40-60%의 부피를 차지하는 것으로 알려져 있다. Intergovernmental Panel on Climate Change(IPCC)는 5th Assessment Report(AR5)에서 폐기물 부문이 전체 온실가스 배출량 중 3%에 달하며 그 중 매립지에 의한 배출량을 43%라고 보고하였다. CH4는 지구온난화지수가 이산화탄소의 21배에 달하는 온실가스지만(UNEP, 2002), 회수하면 화석연료를 대체할 에너지로 활용할 수 있다. 온실가스 저감과 CH4를 청정 에너지원으로 활용하려면 매립가스 발생량 예측의 불확도를 낮춰야 하고 이를 위해서는 매립가스 발생 특성에 대한 이해가 선행되어야 한다. 규모가 큰 매립지는 매립장이 여러 구역으로 나뉘어 있고 구역 별로 매립량, 매립 폐기물 조성, 매립 공사시기 등이 달라 매립 구역 별로 매립가스 발생 특성이 다를 수 있다. 그러나 매립구역 별 매립가스 발생 특성에 대해서는 국내뿐만 아니라 국외에서도 연구가 수행된 사례가 없다. 본 연구에서는 수도권매립지 제2매립장 포집정 모니터링 자료를 이용해 매립가스 포집량을 계산하고, 매립구역 별로 매립가스 발생 특성을 평가하였다. 수도권 매립지 제2매립장에서는 246일에 걸쳐 699개 포집정에 대해 매립가스 유량, 온도, 성상, 포집압력 등을 모니터링하였다. 포집정 별로 이상기체 상태방정식을 적용하여 각 날짜별 CH4 포집량을 파악하였고, 각 매립구역에 위치한 포집정들의 포집량의 합을 매립구역에서 발생량으로 보아 매립구역별 발생량을 계산하였다. 계산된 매립구역 별 발생량을 날짜에 대해 적분해 연간 발생량을 ArcGIS를 이용하여 시각화하였고, 매립구역 별로 다른 양의 매립가스를 배출하는 것을 확인하였다. 25개 매립구역에 대해 246일 간 발생량 데이터를 바탕으로 일원분산분석을 수행하였고, 검정통계량 F=819.04, 유의확률은 P(F≥819.04)≒0이었다. 이로부터 매립구역에 따라 매립가스 발생 특성에 유의한 차이가 있다는 결론을 유의수준 5%에서 내릴 수 있다. 최종매립연도와 CH4 발생량을 회귀분석하였으나 상관계수가 극히 낮아 매립 경과만으로 구역별 발생 양상을 설명할 수 없음을 확인하였다. 이에 매립구역 별 매립가스 발생 양상이 다르게 나타나는 원인에 대한 추가 연구가 필요할 것으로 사료된다. 또한 이를 토대로 매립가스 발생량 모델의 배출계수를 매립구역별로 산정하면 매립가스 발생량 예측이 더 정확해질 것으로 기대된다.

The objective of this study was to determine the CH4 oxidation factor (%) and the CH4 oxidation rate (g m−2 d−1) in landfill cover soil. To quantify in-situ rates of CH4 oxidation, CH4 and CO2 fluxes were measured on a landfill site using the static chamber technique. The CH4 oxidation factor obtained in this study through the mass balance method ranged between 41% and 61%, which is much higher than the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) default value of 10%. The higher CH4 oxidation factor derived in this study can be explained by the CH4 bottom flux in addition to the soil texture. The CH4 oxidation factors were observed to increase with decreases in CH4 bottom flux. Therefore, when CH4 bottom fluxes are high in a landfill, using a gas collection system can enhance CH4 oxidation factor. The CH4 oxidation rates were estimated to range from 16.6 g m−2 d−1 to 20.8 g m−2 d−1. In addition, this study was conducted to evaluate the effects of vegetation on the CH4 oxidation factor. The results showed that the CH4 oxidation factors for bare soil, vegetated soil, and soil adjacent to a gas well were 57%, 70%, and 44%, respectively. The results indicate that vegetation on landfill covers can increase the CH4 oxidation factor because of increasing soil porosity.

The purpose of this study is to investigate the regional waste discharge and characteristics in Incheon Metropolitan City, and to evaluate the potential energy recovery for combustible wastes being discharged from Incheon province as well as currently being landfilled in the Sudokwon Landfill Site. Approximately, 2,466 ton and 0.879 kg/(capita·day) were estimated for annual average discharge of domestic wastes and daily domestic waste discharge rate per person in Incheon during the period from 2007 to 2013. The least squares methodology indicates those values to decrease to 1,120 ton and 0.347 kg/(capita·day), respectively in year 2021. The assessment of potential energy recovery for the landfilled household solid wastes indicated that total energy of 1.00 × 107 GJ and 212 billion Won of electric charges could be recovered and saved each year. For the construction wastes, recoverable annual energy and electric charges were 1.04 × 107 GJ and 269 billion Won, respectively.

The Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) recommended the first order decay (FOD) model for estimating methane emissions from solid waste landfills. However, selecting appropriate parameter is a major challenge in methane emission modeling. The degradable organic carbon (DOC) and the fraction of degradable organic carbon which decomposes (DOCF) are the two primary parameters in the methane generation potential (L0). The DOC is the amount of organic carbon that can be decomposed by biochemical reactions in microorganisms. Chemical analysis methods are currently available to measure the DOC including using total organic carbon and element analysis methods. However, chemical analysis methods are not appropriate for determination of the DOC, which indicated that the DOC should be measured by biochemical tests. In addition, these methods should consider a fossil carbon content that needs a complex and high cost of analysis. The DOCF is an estimate of the fraction of carbon that is ultimately degraded and released from landfills. However, no methodology is provided for determination of the DOCF in landfills. Therefore, the purpose of this study was to suggest methodologies for the determination of DOC and DOCF in solid waste landfills. A biochemical methane potential (BMP) test could be used to calculate the DOC because the BMP represents an upper limit on the methane potential of a waste, which corresponds to a maximal amount of degraded organic carbon. The calculation was based on the assumption that the DOCF is 100%. In this study, two methodologies were suggested to determine the DOCF in landfills. The first one uses a new equation (DOCF = 2.76W-0.44) with moisture content in the landfill that actual methane flux data are unavailable. Moisture content is a major ecological parameter on the anaerobic biodegradability of the solid waste in the landfill. Another methodology is to use L0,Landfill/L0,BMP ratio. The L0,Landfill could be determined by a regression analysis if methane flux data were available.

최근 에너지 수요 증가로 인한 에너지 수급 불균형, 장기적인 화석연료 고갈 위험성, 기후변화 등으로 전 세계적인 에너지 확보 경쟁이 심화되고 있으며 에너지 안보가 모든 국가의 중요한 문제로 부상하고 있다. 이러한 신재생에너지에 대한 관심이 증가하면서 그 일환으로 열에너지 이용에 대한 관심도가 증가하고 있다. 특히 다양한 열원을 사용하여 저급의 에너지를 냉난방이나 급탕 등의 고급에너지로 변환시키는 열펌프 시스템을 이용한 열회수 기술이 널리 적용되고 있다. 공기, 수열, 지열 등의 열원이 적용되고 있으며, 최근에는 하천수, 하･폐수, 광산 등을 열원으로 이용한 연구 사례가 보고되고 있다. 폐기물매립지는 가용 토지자원 잠식뿐만 아니라 주변환경오염 방지 및 매립 종료 후 사후관리에도 많은 비용이 소요되는데, 일반적으로 폐기물매립지 내부는 혐기성 조건으로 운영되며 매립종료 후 30년 동안 사후관리를 의무화하고 있다. 이에 사후관리기간 단축방안 및 사후관리기간 동안 수익을 창출할 수 있는 부지활용방안이 필요하게 되었다. 유럽에서는 독일, 이탈리아 등을 중심으로 매립지 내부에 공기주입을 통한 폐기물의 분해 촉진 기술에 대한 연구가 증가하고 있다. 강제적으로 매립지 내부에 공기를 주입하여 매립지 내부를 호기성으로 전환시킬 경우 폐기물 내의 유기물 분해를 촉진시켜 사후관리 기간 감소 및 침출수 처리 비용 등을 절감시킬 수 있으며, 온실가스 저감효과도 입증되어 최근 CDM 사업으로도 적용되고 있다. 이와 별도로 적정 공기 및 수분의 주입은 폐기물매립지 내부 유기물질의 분해를 극대화할 뿐만 아니라 유기물 분해를 통한 열 발생도 증가시키고 있다. 이에 매립지 내부로 공기주입 시 폐기물의 안정화뿐만 아니라 매립지에서 발생하는 가스의 온도(약 50-80℃)에 주목하고 있다. 폐기물매립지에서의 열에너지 활용 가능성을 A 매립지를 통해 산출하면 A 매립지는 2011년까지 1,145,000톤의 생활폐기물을 매립하였으며, 이중 복토재, 수분, 불연성 물질, 그리고 일부 분해된 가연성 물질을 제외한 잔존 가연성 물질의 함량을 30%로 가정하면 가연성 물질의 양은 343,500톤으로 산정된다. 가연성 물질 중 가연물 함량 50%, 가연물 함량의 원소조성 중 탄소함량 50%로 가정하고 탄소성분에서도 미생물에 의한 분해 가능 탄소와 고정탄소가 있으며, 생분해가능 유기탄소를 60%로 가정 시 생분해가능 유기탄소의 양은 51,525톤이다. 생분해가능 유기탄소 1g당 24 kJ의 열이 배출된다고 가정하면 유기탄소가 호기성 조건에서 분해 시 발생 가능한 잠재열량은 1.24×1012 kJ(2.95×1011 kcal)을 가지게 된다. 이를 열펌프 회수가능열량을 3%로 가정하면 열량은 8.85×109 kcal이며, 난방부하용량 207,8 kW 열펌프의 필요 열량을 1년에 378,432 Mcal로 가정하면 열에너지 회수가능 연한은 약 23년으로 나타나게 된다. 열펌프와 화석연료의 경제성에 대하여 동일열량을 기준으로 살펴보면 전력가격은 산업용 판매단가는 106.83 원/kWh로 전력 1 kWh는 최종사용자 기준으로 860 kcal/kWh이므로 1 Mcal당 91.9원으로 열펌프 난방성능계수를 3.0으로 가정하였을 경우 열펌프의 에너지 비용은 30.6 원/Mcal로 산정된다. 이를 등유와 경유에 비교하면 등유는 1,092 원/L(발열량 8,950 kcal/L), 경유는 1,260 원/L(발열량 9,050 kcal/L)로 가정하였을 때 등유의 비용은 122.0 원/Mcal, 경유는 139.2 원/Mcal로 나타나 등유와 경유를 열펌프 사용으로 대체하였을 때 약 4배의 에너지 비용을 절감시킬 수 있다.

최근 에너지절약 및 대체 에너지 자원 확보, 환경보호 등의 관점에서 안정적이고 친환경적인 신․재생에너지에 대한 관심이 증가하고 있으며 그 일환으로 지열에너지 이용에 대한 관심도 높아져, 국내에서는 2000년경부터 지열의 활용이 이루어지기 시작했다. 특히 열펌프(Heat pump)의 개발 및 발달로 저온의 열에너지 활용이 가능하게 되면서 다양한 열원을 대상으로 열에너지가 활용되고 있다. 열펌프 시스템은 다양한 열원을 적용하여 저급의 에너지를 냉난방이나 급탕 등의 고급에너지로 변환시키는 대표적인 고효율 에너지 기기이다. 열펌프를 이용하여 얻어지는 에너지 효율은 결국 열원측에서 얻을 수 있는 열원의 온도에 따라 결정되는데 주로 공기, 수열, 그리고 지열 등의 열원이 적용되고 있다. 이에 최근에는 하수열, 소각시설 등 환경기초시설 내의 미활용 열원을 대상으로 한 열펌프의 적용사례가 보고되고 있으나, 폐기물매립지의 경우에는 관련 연구가 미흡한 실정이다. 이에 본 연구는 폐기물매립지 내부로 공기 주입 시 발생하는 가스를 열원으로 한 열펌프의 적용 가능성을 평가하기 위한 기초연구로서 호기성 매립지 열원 회수 시스템을 실제 폐기물매립지에 설치 후 현장 실험을 하여 시스템 성능을 평가하고자 하였다. 본 연구 대상 매립지인 A 위생매립지는 경상북도에 위치한 계곡형 매립지(매립면적 56,500 m², 매립용량 1,278,000 m³)이며, 공기주입을 통한 추출가스 열 에너지의 이용 가능성을 평가하기 위해 호기성 안정화 장치, 열펌프, 축열조로 구성된 시스템을 설치하였다. 대상 매립지에 설치된 호기성 안정화 장치는 송풍기, 공기주입용 수직정, 가스 추출정, 바이오필터 등으로 구성되어 있다. 공기주입량은 100 m³/h이며 바이오필터에 투입되는 가스 추출량은 공기주입량과 동일하게 하였다. 가스 추출정은 공기주입정과 5m 거리를 두고 설치하였다. 매립지에서 추출된 가스는 열펌프의 부식을 방지하기 위해 바이오필터(우드칩)를 통해 암모니아와 황화수소를 제거된 후 열펌프에 투입되도록 하였다. 열펌프에 투입된 추출가스는 우선 증발기에서 냉매(R407)와 열교환을 통해 열에너지를 뺏기게 되며, 열을 흡수한 고온저압의 냉매는 압축기를 통해 고온고압의 상태가 된다. 이후 응축기를 거치면서 축열조로 순환하는 물과 열 교환하여 열에너지를 물로 전달하고 열을 빼앗긴 냉매는 저온고압의 상태로 팽창펌프로 들어가 저온저압의 상태가 되어 다시 증발기로 순환하게 된다. 축열조는 열펌프로 얻어지는 열에너지를 저장하는 것으로 물이 순환하여 열에너지를 저장하며 열펌프의 순환이 계속될수록 축열조의 온도는 상승하게 된다. 열펌프의 용량은 3 RT(Refrigeration ton)이며, 가스-냉매-물 방식이다. 실험결과 추출가스의 온도는 30-39℃를 나타났으며, 증발기에서는 평균 7.63 kW, 응축기에서는 평균 10.18 kW의 열량을 흡수하여 외기온도에 따라 증발기와 응축기 내에 유･출입되는 유체의 온도는 변화하였지만 안정적으로 열량을 흡수한 것으로 나타났다. 전력은 평균 3.1 kW가 소비된 것으로 나타났다. 열펌프의 난방성능계수(Coefficient of performance, COP)는 평균 3.2로 열펌프에 전력 1 kW 소비 시 3.2 kW의 열량을 발생시키는 것으로 나타났다. 기존 공기열원 열펌프는 외기온도가 낮은 동절기에는 COP가 낮아지는 문제점이 있으나 호기 성매립지의 경우에는 동절기에도 가스의 온도를 일정하게 유지시킬 수 있기 때문에 외기온도 저하에 따른 COP저하는 크지 않을 것으로 판단된다.

Heat is generated from decomposition of wastes as a result of chemical and biological processes in aerated landfills. The purpose of this study was to assess temperature and predict its variations in an aerated landfill. In the phase of aeration, temperature was increased slightly from 30 to 34oC until 65 days and then increased significantly from 34 to 74oC by termination of aeration. It indicates that the amount of oxygen supplied in the starting phase of aeration was insufficient to decompose organic carbon because oxygen supplied in the landfill was only consumed for methane oxidation. Additionally, to minimize the risk of self-ignition, drying and process inhibition, aerated landfills should be operated in a temperature range of 54 ~ 66oC through cooling by water addition and terminating or excessive oxygen supply. In this study, a stoichiometric modeling approach considering methane oxidation and decomposition of organic carbon has been suggested for predicting temperature variations in aerated landfills. As a result, the predicted temperature variations obtained the stoichiometric modeling led to similar results compared with measured temperature in aerated landfill. Therefore, it showed that the stoichiometric approach was appropriate for predicting temperature variation in aerated landfills. In addition, heat generation rates for methane oxidation and decomposition of organic carbon were 89.5 and 387.8 MJ/m3·yr, respectively.

종료 폐기물 매립지의 토지이용은 국토이용의 효율적 측면과 활용가능성을 높이는 유용성이 있으므로 매립지의 토지이용에 관한 적극적인 검토가 필요하여 연구에 착수하게 되었으며, 주요목적은 조기 녹화에 따른 경관향상과 악취, 비산먼지의 완화, 침출처리수 재활용가능, 매립지 건조 스트레스의 감소를 제시할 수 있고, 특히 STEM 관수시스템으로 적정수분을 제어 공급하는 방안이 주요 특징이다. 따라서 수목의 지속생육이 가능한 토양환경개선과 복토층 감소 및 식생활성화에 의한 환경개선효과를 기대할 수 있다. 수분과 시비량의 효율적인 조절이 가능한 STEM관수를 적용한 피복방안은 조경식물 포트재배 후 반출방안과 경사면 녹화이용 자생종 활용방안을 도입할 수 있으며. 이식 시에도 근권부를 포함한 생체량 전체를 기존 식재지에서 반출할 수 있다. STEM관수 및 웰빙토 사용시, 저심토 생육유지에 유리하고, 인력 및 장비, 환경오염저감에 상당히 효율적인 매립지 녹화기술 관수시스템이다.