매립지 현장에 바이오커버를 설치한 후 240일 간 기온과 강수량 변화를 나타냈고 광양시 기상관측소의 기온과 강수량 데이터를 사용하여 겨울(0-61일), 봄(62-153일), 여름(154-240일)으로 바이오커버 운전기간을 구분하여 실험하였고 연구 결과를 토대로 본 연구에서는 PBC2 의 충전 소재 중 토양의 함량을 줄이고 perlite를 추가하여 바이오커버의 통기성을 높이고 고효율의 메탄 산화 작용을 기대하였으나, 그 효과는 미미하여 안정적인 메탄 제거 효율을 얻기 위해서 바이오커버 충전소재의 종류 및 혼합비율에 대한 보다 심도있는 연구를 통한 최적 조건을 도출할 필요가 있다.
<h1>결과 및 고찰</h1> <h2>현장 메탄 산화 분해능 평가</h2> <p>Fig. S1에 매립지 현장에 바이오커버를 설치한 후 240 일 간 기온과 강수량 변화를 나타내었다. 기온과 강수량 데이터 는 기상청에서 제공하고 있는 자료를 사용하였으며, 바이오 커버가 설치된 광양시 내에 위치한 광양시 기상관측소의 기온과 강수량 데이터를 사용하였다. 기온 결과를 토대로 1월 부터 2월까지 겨울(0-61일), 3 월부터 5월까지 봄(62-153일), 6월부터 8월까지 여름(154-240일)으로 바이오커버 운전기간 을 구분하였다. 시간에 따른 바이오커버의 유입가스와 표면 배출 가스의 메탄 농도와 이를 통해 계산한 메탄 제거율을 Fig. 2 에 나타내었다. 겨울철에는 평균기온이 \( 3.7^{\circ} \mathrm{C} \) 이고 유 입가스의 메탄 농도는 평균 \( 35.5 \% \) 이었다. 설치 초기인 25 일 차 경과 후에는 PBC1 가 \( 85.5 \% \) 의 메탄 제거 효율을 나타냈 고 54 일 경과 후에는 \( 60.7 \% \) 의 제거효율을 나타내었다. PBC2 의 경우, 28 일째와 54 일째의 메탄 제거 효율은 각각 \( 36.8 \% \) 와 \( 29.2 \% \) 로 PCB1보다 메탄 제거능이 낮았다. 그런데 88 일 경과 후 PBC1 과 PBC2 의 메탄 제거 효율이 각각 \( 27.4 \% \) 와 \( 19.4 \% \) 로 급락하였다. 121 일째에 메탄산화세균의 활성을 높 이기 위해 지렁이 분변토를 \( 0.8 \mathrm{~m}^{3} \) 씩 추가로 혼합하여 주었 다. 재접종 후 PBC1의 메탄 제거 효율은 \( 90.7 \% \) 로 향상되었 고, 151일차까지 36.6-97.3\%의 메탄 제거 효율(평균 78.3\%) 을 보였다. PBC2의 경우도, 지렁이 분변토를 추가한 후 메 탄 제거 효율은 \( 98.9 \% \) 로 향상되었고, 151 일째까지 18.5\( 99.5 \% \) 의 메탄 제거 효율(평균 \( 78.5 \% \) )을 보였다. 그런데 178 일 경과 후 바이오커버의 충전 소재의 균열이 육안으로 관 찰되었고, PBC1과 PBC2 의 메탄 제거 효율은 각각 \( 19.9 \% \) 와 \( 0 \% \) 까지 감소하였다. 메탄 제거 효율이 낮아진 원인이 바이 오커버 소재 균열에 의한 채널링때문으로 판단하여 바이오 커버의 충전 소재를 발굴한 뒤 재혼합하여 다시 채워주는 과정을 진행하였다. 재혼합 이후 PBC1 은 메탄 제거 효율이 214 일차에는 \( 19.1 \% \), 240 일차에는 \( 42.6 \% \) 로 약간 증가하였다. PBC2의 경우도 마찬가지로 메탄 제거 효율이 214 일차에는 \( 35.8 \% \), 240 일차에는 \( 13.3 \% \) 로 증가하다가 감소하였다.</p> <p>최근 매립지 현장에서 파일럿규모 바이오커버를 적용하고 메탄 산화능을 평가하는 연구들이 이루어지고 있다. Bogner 등은 미국 플로리다의 Leon county 매립지에 정원 폐기물 로 구성된 바이오커버를 깊이 \( 30 \mathrm{~cm} \), 깊이 \( 60 \mathrm{~cm} \) 크기로 설 치하고 1 년이상 모니터링을 지속한 결과, \( 20-70 \% \) 의 메탄 산 화능을 나타내었다. Geck 등은 네덜란드 북부에 위치한 매립장에서, \( 1060 \mathrm{~m}^{2} \) 규모의 capillary barrier를 제작하고 약 7개월간 메탄 산화능을 확인하였고, 해당 연구에서 메탄 제거 효율은 최소 \( 24.5 \% \), 최대 \( 99.6 \% \) 그리고 평균값은 \( 75.3 \% \) 였다. 또 덴마크에서는 정원 폐기물을 바탕으로 제 작한 바이오커버 현장 적용 평가를 2011년, 2014년, 2017년 에 이어 지속해오고 있으며, 각각 메탄산화능은 \( 70.2-100 \% \), \( 76-83 \%, 76-82 \% \) 이었다. 위의 파일럿규모 바이오커버 연구들과 비교해보았을때, 본 연구에서는 PBC1 와 PBC2 가 채널링이 발생했을 때의 산화 효율을 제외하고 각각 평균 \( 70.2 \% \) 와 \( 63.2 \% \) 의 메탄 산화 효율을 나타내었으며 타 연구 와 비교시 비슷한 수준의 효율을 얻어 내었다고 보여지며, 또한 바이오커버의 현장적용시 매립지 가스의 불균일성 문 제가 발생함을 확인할 수 있었다.</p> <p>PBC1 와 PBC2 의 충전 소재에는 지렁이 분변토, 음식물 쓰 레기 퇴비가 첨가되었다. 충전 소재의 조성은 바이오커버의 효율에 영향을 미치는 중요한 인자 중 하나이며, 이상적인 충전 소재는 비표면적이 크고, 통기성이 좋고 수분보유력이 높고 충분한 양의 영양염류를 포함해야 한다. 본 연구에 서 사용된 충전 소재 재료 중 퇴비는 토양 등에 첨가하여 해 당 복합물의 물리화학적 특성을 변화시키고, 메탄 산화 군집의 활성을 높이는 것으로 알려져 있다. 특히 지렁이 분 변토는 질산화세균 뿐만 아니라 Methylobacter, Methylococcus, Methylocaldum 등의 Type I 메탄산화세균과 Methylocystis, Methylosinus 등의 Type II 메탄산화세균과 같은 이로운 세 균을 가지고 있으며, 토양내에서 \( \mathrm{C} / \mathrm{N} \) 비를 낮추어 주 고 통기성을 높여주어 메탄산화세균의 우점율을 높일 수 있 는 소재이다. 바이오커버에 지렁이 분변토를 첨가하였을 때 메탄산화세균의 다양성과 점유율이 상당히 증가하였다. 음식물 쓰레기 퇴비는 음식물 쓰레기를 발효하여 숙성 시킨 경제적이고 환경친화적인 토양 첨가제이다. 음식물 쓰레기 퇴비를 토양에 첨가하면 유기물 함량, 통기성과 토양 수분 보유력이 향상되고, 토양 미생물의 다양성이 증가되고 토양 효소 활성도 향상되었다. Perlite는 다공성 무 기 담체로서 비표면적과 공극률이 높기 때문에 영양염류가 충분히 공급된다는 전제하에 통기성을 향상시켜 안정적으로 대기와 바이오커버와의 가스교환을 가능하게 하는 것으로 알려져있다. 또한 perlite에 메탄산화세균을 접종한 결과, 메탄 산화 속도가 대조군보다 2 배 이상 증가하고 메탄산화 세균 수도 10 배 이상 증가하였다고 보고된 바 있다. 위 의 연구 결과를 토대로 본 연구에서 PBC2 의 충전 소재 중 토양의 함량을 줄이고 perlite를 추가하여 바이오커버의 통 기성을 높이고 고효율의 메탄 산화 작용을 기대하였으나, 그 효과는 미미하였다. 따라서 안정적인 메탄 제거 효율을 얻기 위해서는 바이오커버 충전소재의 종류 및 혼합비율에 대한 보다 자세한 연구를 통해 최적 조건을 도출할 필요가 있다.</p>