매립지에서는 폐기물의 혐기적 분해과정을 통해 매립가스가 생성된다. 일반적으로 도시폐기물 1 톤당 \( \ 135 \sim\ 375\) \( \mathrm{m}^{3} \)의 매립가스가 생성되는 것으로 추정된다. 매립가스는 폐기물 매립 후 3개월부터 배출되기 시작하여 20~50년동안 배출된다. 매립가스 배출 속도는 0 에서 \( 11 \mathrm{~m}^{3} \) \( \operatorname{ton}^{-1} \mathrm{y}^{-1} \) 까지 급속하게 증가한 후, 감소하기 시작하여 30-50 년 후에는 매립가스가 거의 배출되지 않는다. 우리나라 뿐만 아니라 선진국에서도 가스포집설비가 설치되지 않은 매립지가 여전히 많으며 시간이 많이 경과하거나 매립 규모가 작아 매립가스 배출량이 적은 매립지가 많이 존재하다. 이러한 매립지의 바이오필터(폐쇄형 설비)나 바이오커버(개방형 설비) 등과 같은 생물학적 방법을 이용하여 메탄을 비롯한 매립가스를 관리하는 것이 경제적이다. 생물학적 설비 \( 1 \mathrm{~m}^{3} \) 당 \( 0.01 \sim 2.5 \mathrm{~m}^{3} \mathrm{~h}^{-1} \)의 메탄 처리가 가능하며, 바이오커버의 경우 높이가 \( 1 \mathrm{~m} \) 이하인 것이 바람직하다. 일반적으로 바이오커버 보다는 개방형 설비인 바이오커버가 적어도 \( 15 \% \) 이상 저렴하다. 생물학적인 방법에 의해 메탄을 제거하는데 소요되는 경비가 휘발성 유기화합물을 처리 단가와 거의 비슷하다고 가정 했을 때, 설치비와 운전비는 각각 \( 0.5 \sim1.8 ~ \mathrm{~m}^{-3} \) (landfill gas) \( \mathrm{h}^{-1} \) 및 \( 0.07 \sim 0.1 \$ \mathrm{~m}^{-3} \) (landfill gas) \( \mathrm{h}^{-1} \) 정도 소요될 것으로 추정된다.
<h2>매립지의 메탄 배출 및 처리</h2> <p>매립지에서는 폐기물의 혐기적 분해과정을 통해 매립가스가 생성된다. 일반적으로 도시폐기물 1 톤당 \( \ 135 \sim\ 375\) \( \mathrm{m}^{3} \)의 매립가스가 생성되는 것으로 추정된다. 매립가스는 폐기물 매립 후 3개월부터 배출되기 시작하여 20~50년동안 배출된다. 매립가스 배출 속도는 0 에서 \( 11 \mathrm{~m}^{3} \) \( \operatorname{ton}^{-1} \mathrm{y}^{-1} \) 까지 급속하게 증가한 후, 감소하기 시작하여 30-50 년 후에는 매립가스가 거의 배출되지 않는다.</p> <p>매립가스 성상과 배출량은 매립 폐기물 조성, 매립물의 내부 및 외부 온도, 폐기물 수분함량, 매립지의 물리적 특성(매립높이, pH) 등에 영향을 받는다. 매립가스는 수증기로 포화된 상태로 배출되며, 메탄 \(30 \sim\ 70\%\) 및 이산화탄소 \(20 \sim\ 50\%\)로 구성되어 있다. 유기물이 혐기적으로 분해되면 메탄 및 이산화탄소 뿐만 아니라, 암모니아, 황화합물(황화수소, mercaptans, 황화메틸 등) 등은 악취가 동시에 생성되므로, 매립가스 중에 이들 악취가스가 포함되어 있다. 특히, 악취물질 중 황화수소는 악취에 대한 기여도가 가장 높은 가스 중의 하나로, 매립가스 중의 황화수소의 농도는 \( 0.7 \sim\ 1463.5 \mathrm{mg} \mathrm{~m}^{-3} \), 배출속도는 \( 0.3 \sim\ 633.5 \mathrm{mg} \mathrm{~m}^{-2} \mathrm{~h}^{-1} \) 정도로 추정되었다. 한편, 헥산, 톨루엔 및 쟈일렌 등과 같은 휘발성 유기화합물도 매립가스중에서 미량 검출된다.</p> <p>상기와 기술한 바와 같이, 매립지는 주요한 메탄 발생원인데, 영국의 경우, 매립지의 메탄 발생량은 \(1 \sim\ 2 \)\(\mathrm{Tg} {~y}^{-1}\)로 영국의 메탄 발생량의 \( 25 \sim\ 33 \% \) 정도 차지하는 것으로 추정되고 있다. 캐나다와 미국의 경우도 매립지로부터 배출되는 메탄 발생량은 인위적 메탄 발생량의 각각 \( 25 \% \)와 \( 34 \% \) 정도 차지하는 것으로 추정되고 있다. 매립지의 메탄 발생 속도는 \( 0.0002 \sim\ 4,000 \mathrm{~g}-\mathrm{CH}_{4} \mathrm{~m}^{-2} \mathrm{~d}^{-1} \)로 추정된다. 한편, 매립지의 토양 미생물에 의해 메탄은 산화과정을 통해 제거되는데, 매립지의 메탄 산소 속도는 \( 7 \sim\ 170 \mathrm{~g}-\mathrm{CH}_{4} \mathrm{~m}^{-2} \) \( \mathrm{d}^{-1} \)로 측정되었다.</p> <p>일부 매립지에서는 매립가스를 포집할 수 있는 가스포집정이 설치되어 있는뎨, 일반적으로 생성된 매립가스의 \( 40 \sim 60 \% \) 정도 회수 가능하다. 매립지에 전면적으로 표면차수시트를 설치할 경우, \( 90 \% \)까지 매립가스를 회수 가능할 것으로 보고되고 있다.</p> <p>매립지에서 배출되는 메탄을 함유한 매립가스는 회수하여 에너지 등으로 자원화하거나 태워버리거나 복토의 토양미생물을 이용하여 산화제거할 수 있다(Table 1). 매립가스를 연소시켜 연소열을 에너지원으로 자원화하는 방법은 온실가스 저감과 동시에 신재생에너지를 확보하는 차원에서 매우 이상적인 방법이나, 매립가스 중 메탄 함량이 \( 30 \% \) 이상이고 매립가스 발생량이 \( 50 \mathrm{~m}^{3} \mathrm{~h}^{-1} \)인 경우에만 적용 가능하다. 매립가스 포집정이 설치된 매립지의 경우, 1톤의 \( \mathrm{CO}_{2} \) 환산톤에 해당되는 메탄가스를 에너지원으로 자원화하는데 소요되는 설치비와 운전비는 3.1 ＄US 정도 소요된다. 촉매를 이용하여 메탄가스를 충전탑에서 \( 600 \sim 800^{\circ} \mathrm{C} \)에서 산화시키는 화학적 산화방법은 메탄가스 농도가 \(0.1 \sim1 \%\)로 저농도 일 때 적용 가능한 방법이다. 또한, 메탄을 메탄올로 전환하여 자원화하고자 하는 방법도 연구되고 있다</p> <p>매립지에서 폭발위험을 방지하기 위해 매립가스를 에너지 회수 없이 단순히 태워버리기도 한다. 이러한 단순 소각방법도 가스 포집정이 설치된 매립지에서 적용 가능하며, 매립가스 중의 메탄농도가 \( 20 \% \) 이상이어야 하고 매립가스 발생량이 \(10 \sim 15\) \( \mathrm{m}^{3} \mathrm{~h}^{-1} \)일 때 적용 가능하다. 또한, 매립가스 소각시 dioxins과 같은 2차 오염물질이 발생하는 문제점이 있다.</p> <p>우리나라 뿐만 아니라 선진국에서도 가스포집설비가 설치되지 않은 매립지가 여전히 많으며 시간이 많이 경과하거나 매립 규모가 작아 매립가스 배출량이 적은 매립지가 많이 존재하다. 이러한 매립지의 바이오필터(폐쇄형 설비)나 바이오커버(개방형 설비) 등과 같은 생물학적 방법을 이용하여 메탄을 비롯한 매립가스를 관리하는 것이 경제적이다. 생물학적 설비 \( 1 \mathrm{~m}^{3} \) 당 \( 0.01 \sim 2.5 \mathrm{~m}^{3} \mathrm{~h}^{-1} \)의 메탄 처리가 가능하며, 바이오커버의 경우 높이가 \( 1 \mathrm{~m} \) 이하인 것이 바람직하다. 일반적으로 바이오커버 보다는 개방형 설비인 바이오커버가 적어도 \( 15 \% \) 이상 저렴하다. 생물학적인 방법에 의해 메탄을 제거하는데 소요되는 경비가 휘발성 유기화합물을 처리 단가와 거의 비슷하다고 가정 했을 때, 설치비와 운전비는 각각 \( 0.5 \sim1.8 ~ \mathrm{~m}^{-3} \) (landfill gas) \( \mathrm{h}^{-1} \) 및 \( 0.07 \sim 0.1 \$ \mathrm{~m}^{-3} \) (landfill gas) \( \mathrm{h}^{-1} \) 정도 소요될 것으로 추정된다.</p> <p>한편, 우리나라의 매립지 및 매립가스 처리 현황을 살펴보면, 현재 전국 생활폐기물 매립지는 226개소가 있으며, 총 면적과 용량은 각각 \( 29,250,900 \mathrm{~m}^{2}, 379,634,700 \mathrm{~m}^{3} \)이다. 이들 매립지 중에서 매립가스를 자원화하고 있는 곳은 전체의 \( 4.4 \% \)(10개소)에 불과하고, 일부 매립지에서는 소각처리를 하고 있으며, 대부분의 매립지에서 매립가스를 대기 중으로 확산시켜 처리하고 있다.</p>