본 논문에서는 호기적 조건하에서 메탄을 산화하여 제거하는 생물학적 방법을 소개하고 메탄산화세균 활성을 이용해 다양한 물질을 충전재로 활용하는 바이오필터 혹은 바이오커버가 개발되고 있음을 설명한다. 그중 메탄산화세균은 토양에 서식하는 대표적인 토양세균으로 토양은 매립지에서 복토재로 활용되고 있다. 매립지 메탄 배출 저감을 위한 바이오필터 또는 바이오커버의 충전재로 활용되는 토양, compost, peat, paper pellet의 효과에 대해 확인할 수 있다.
<h2>Bench 규모 바이오필터/바이오커버에 의한 메탄 제거</h2> <p>가스포집설비가 설치되지 않은 매립지, 시간이 많이 경과하거나 매립규모가 작아 매립가스 배출량이 적은 매립지의 경우, 온실가스인 메탄 배출을 최소화하기 위해 바이오필터 혹은 바이오커버 등과 같은 생물학적 방법을 활용하고자 하는 연구가 최근 들어 매우 활발하게 진행되고 있다. 이러한 생물학적 방법은 호기적 조건하에서 메탄을 산화하여 제거하는 메탄산화세균 활성을 이용하는 것으로, 토양, compost, peat 및 지렁이 분변토 등 다양한 물질을 충전재로 활용하는 바이오필터 혹은 바이오커버가 개발되고 있다. 지금까지 개발된 bench-scale의 바이오필터 혹은 바이오커버의 메탄산화 속도를 Table 3에 정리하였다.</p> <p>메탄산화세균의 토양에 서식하는 대표적인 토양세균이며, 토양은 매립지에서 복토재로 활용되고 있다. 따라서 매립지 복토용 토양을 비롯하여 논/밭 토양, 산림토양, 습지 토양 등을 이용한 바이오필터 혹은 바이오커버에 대한 연구가 많이 보고되고 있다. 토양을 충전재로 이용할 경우, 메탄산화속도는 15 에서 \( 240 \mathrm{~g}- \) \( \mathrm{CH}_{4} \mathrm{~m}^{-2} \mathrm{~d}^{-1} \)이었고, 특히, 매립지의 상부 복토층에서 채취한 토양을 활용했을 때 메탄산화속도가 \( 435 \mathrm{~g}-\mathrm{CH}_{4} \mathrm{~m}^{-2} \mathrm{~d}^{-1} \)로 가장 높은 메탄산화속도를 얻을 수 있었다. 매립지복토에서 채취한 토양과 실험실에서 3년 동안 메탄제거실험에 사용한 토양을 대상으로 메탄산화속도를 비교한 결과, 전자의 메탄산화속도는 \( 26 \mathrm{~g}-\mathrm{CH}_{4} \)\( \mathrm{m}^{-2} \mathrm{~d}^{-1} \), 후자는 \( 128 \mathrm{~g}-\mathrm{CH}_{4} \mathrm{~m}^{-2} \mathrm{~d}^{-1} \) 로, 장기간 메탄으로 농화 배양한 토양의 메탄산화활성이 향상됨을 알 수 있었다.<p>Im 등은 매립지 복토재를 활용한 실험실 규모의 바이오커버를 설치하여 바이오필터 높이별로 메탄산화속도에 대한 속도론적 연구를 수행하고 산소농도와 메탄산화속도와의 상관성을 조사하였다. 그 결과, 산소 농도가 높은 상층부에서의 메탄산화속도는 \(7,597 \sim 1,322\) \(\mathrm{nmol}\)-\( \mathrm{CH}_{4} \mathrm{~kg}\)-\(\mathrm{dry}\) \(\mathrm{soil}\)\( { }^{-1} \) \( \mathrm{s}^{-1} \)이었으며, 산소가 거의 존재하는 않는 하층부의 메탄산화 속도는 \(614 \sim37 \) \(\mathrm{nmol}\)- \( \mathrm{CH}_{4} \mathrm{~kg}\)-\(\mathrm{dry}\) \(\mathrm{soil}^{-1} \mathrm{~s}^{-1} \)이었다. 한편, Park 등은 토양에 지렁이 분변토 혹은 활성탄 입자를 6 : 4(w/w) 비율로 혼합하여 실험한 결과, \( 234 \mathrm{~g}-\mathrm{CH}_{4} \mathrm{~m}^{-2} \mathrm{~d}^{-1} \)의 비교적 높은 메탄산화속도를 얻을 수 있었다.</p> <p>Compost는 매립지 메탄 배출 저감을 위한 바이오필터 혹은 바이오커버의 충전재로 가장 많이 사용되고 있다. 식물 잔재물, 도시폐기물, 하수슬러지 등 다양한 유기물로부터 제조한 compost를 대상으로 연구가 수행되고 있고, compost를 충전재로 활용한 생물장치의 메탄산화속도는 \( 50 \sim 700 \mathrm{~g}-\mathrm{CH}_{4} \) \( \mathrm{m}^{-2} \mathrm{~d}^{-1} \)로 토양에 비해 성능이 우수함을 알 수 있다. 특히, 숙성이 잘 된 compost를 활용하면 메탄산화속도가 590 혹은 \( 700 \mathrm{~g}-\mathrm{CH}_{4} \mathrm{~m}^{-2} \mathrm{~d}^{-1} \)까지 향상되었다. 한편, compost에 토양, paper pellet, wood chip, 톱밥 등을 혼합한 compost 혼합물을 충전재로 사용할 경우, 메탄산화속도는 \(47 \sim475\) \(\mathrm{g}\)- \( \mathrm{CH}_{4} \mathrm{~m}^{-2} \mathrm{~d}^{-1} \) 이었고, compost와 wood chip을 혼합한 경우가 가장 우수한 메탄산화속도를 얻을 수 있었다.</p> <p>토양 및 compost 외에 peat 및 paper pellet 등을 충전재로 활용한 연구가 보고되고 있다. 한편, 악취 및 휘발성 유기화합물 저감을 위한 바이오필터에서는 폴리우레탄, 세라믹 등과 같은 합성 혹은 불활성(inert) 물질로 만든 충전재가 많이 사용되고 있지만, 메탄 저감용 생물장치에서는 이러한 합성 혹은 불활성충전재를 활용하는 연구로 유리 입자를 활용한 연구 외에는 거의 진행되지 않았다.</p>