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ISSN : 1598-6616(Print)
ISSN : 2287-6731(Online)
Journal of Korean Society of Odor Research and Engineering Vol.11 No.4 pp.203-208
DOI : https://doi.org/10.11161/jkosore.2012.11.4.203

매립지의 메탄가스 자원화와 악취 특성

박 찬 진
인천대학교 도시환경공학부

On the Making Resources of Methane Gas & Odor Characteristics in Landfill Sites

Chan-Jin Park
School of Urban & Environmental Engineering, University of Incheon

Abstract

The characteristics of odor generation with the production of resources by utilization of methane gasesin landfill sites was investigated, and the effect of making resources with landfill gases on the reductionof odor was analyzed in recent years. The greenhouse gas was estimated to reduce from the range of1,334,940~209,875 tCO2e with the period of 2008~2017, and the effective odor was diminished withconsiderable amount. The more effective methods of odor removal with the utilization of waste gaseswere estimated by studies of similar cases to acquire standard methods of making energy resources bywaste gases.

1. 서 론

 쾌적한 인간의 삶을 위하여 중요한 요소는 환경과 교통 그리고 기후특성이라고 할 수 있으며 인간의 생활에서 발생되는 폐기물의 적정 처리는 매우 중요한 과제라고 할 수 있을 것이다. 삶의 질이 개선됨에 따라 폐기물의 양이 급증하여 소각과 매립에 의한 처리가 이루어지고 있는데 양자 모두 장단점을 지니고 있다. 매립의 경우 소각에 의한 유해물질의 발생을 방지할 수 있으나 매립지내에서 발생하는 침출수와 악취로 인하여 복합적인 환경문제를 유발할 수 있다(Kim et al., 2011).

 매립지 관리의 가장 중요한 요소는 온실가스인 메탄과 악취 발생의 적정 처리라는 것은 누구도 부인할 수 없을 것이다. 폐기물의 화학적 변화로 발생되는 매립가스중 메탄은 지구온난화를 촉진시키는 매우 강한 온실가스로서 최근 수년간 매립지에서는 CDM (청정개발체제) 사업의 일환으로 메탄가스 처리를 통한 발전 사업을 진행시켜 왔다(Son et al., 2011). 단순한 쓰레기 매립지였던 지역이 이제는 새로운 발전 에너지원으로 변모해가는 상황이다.

 본 연구는 매립지의 메탄회수를 통한 발전사업과 동시에 발생되는 악취의 특성이 점진적으로 변화하고 있다는 상황을 인식하고 이에 대한 다각적인 분석을 진행하고자 하였다. 이를 위하여 최근 수년간 회수되는 매립가스의 연도별 추이와 예측 그리고 매립지 인접지역의 악취 농도 특성을 조사하고 상호관계를 검토하였다. 이를 토대로 메탄과 악취를 동시에 저감시키는 바람직한 매립지 관리방안을 검토하고자 하였다.

2. 연구 방법

 매립지의 가스자원화는 매립장에서 발생되는 온실가스인 메탄을 포집하여 발전용 연료로 사용하는 것이다. 이를 통하여 신재생에너지 활용과 온실가스 저감성과를 동시에 기대할 수 있으며 화석연료 이용 절감의 성과를 거둘 수 있게 된다.

 수도권매립지는 인천광역시 서구 백석동 일원에 위치하며 전체 4권역의 매립지역으로 구성되어 있다. 제 1매립장은 1992년부터 2000년까지 매립이 진행되었으나 매립이 완료되었으며 이후 현재까지 제2매립장이 매립되고 있는데 향후 2014년도부터 제3, 제4 매립장이 사용될 계획으로 있다. 매립지의 각 매립장 특성을 Table 1에 나타내었다(SLC-b, 2010).

Table 1. State of sites in landfill sites

 이미 매립이 완료된 제1매립지와 현재 매립이 진행중인 제2매립지에서 제반 악취성분과 메탄가스가 발생되고 있으며 각 매립층에 설치되어 있는 다수의 가스회수시스템이 메탄을 포함한 매립지가스(LFG)를 포집하여 중앙소각시설로 보내진다(SLC-c, 2010). 모아진 가연성 악취가 메탄연소와 함께 상당부문 소각으로 사라지면서 체감 악취 강도가 변화하고 있는 것으로 생각된다. 그러나 아직까지 이와 관련된 악취성분의 정량적인 조사와 연구가 미비한 상황이다.

 이에 따라 본 연구팀은 수도권매립지를 중심으로 최근 수년간 현장의 악취세기를 일반 부지경계지역을 중심으로 분석하였다. 또한 포집가스중 온실가스인 메탄의 CDM사업의 일환으로 진행되어 온 가스처리 특성을 검토하였으며 이를 토대로 연도별 온실가스처리용량과 매립지 인접지역의 악취세기의 두가지 항목에 대한 경향을 분석하고 상호 연관성을 검토 분석하였다.

3. 결과 및 고찰

 매립지의 가스자원화는 매립장에서 발생되는 매립가스를 포집하여 발전시설의 연료로 사용하는 것이다. 이를 통하여 매립가스를 폐기물자원화의 개념에서 온실가스 저감효과를 기대할 수 있으며 화석연료 이용절감의 대체 성과를 거둘 수 있게 된다. 아울러 악취성 분량의 동시 저감효과가 기대되므로 매립가스활용은 매우 중요하다고 판단된다.

3. 1 가스자원화 특성

 일반적으로 매립가스는 유기성폐기물의 혐기성발효에 의하여 발생되며 다음의 반응이 주된 반응으로 간주되고 있다(Ahn et al., 2010).

 nC6H10O3+nH2O=3nCH4+3nCO2                     (1)

 인구증가에 의한 폐기물 발생 증가로 메탄 발생량도 비례적으로 증가되고 있다. 최근에는 고순도 메탄을 정제하여 차량연료 및 도시가스로 병행 사용하는 추세이다. 그중에서도 발전은 현재 가장 광범위하게 적용되고 있으며 청정개발체제의 사업일환으로 향후 사업확대 가능성이 높은 특징이 있다.

 Table 2에 최근 수년간 진행되어 온 매립가스 자원화 사업으로부터 발생하는 연간 온실가스 저감량을 나타내었다(SLC-c, 2007). 베이스라인 배출량은 청정개발체제 사업인 자원화사업을 하지 않을 경우의 온실가스 발생량이고 예상배출 감축량은 베이스라인 배출량과 사업활동 후의 배출량의 차이를 나타낸다. 그림에서 알 수 있듯이 온실가스는 2008년도부터 2017년까지 1334940~209875 tCO2e를 저감할 수 있음을 확인할 수 있었는데 2007년도부터 증가하기 시작한 온실가스 감축량은 2009년도에 최대수치를 보이다가 점차 감소하여 2016년도가 지나면서 급격하게 감소함을 나타내고 있다. 이는 제1매립장과 제2매립장내 폐기물의 화학적변화로 인하여 나타나는 메탄발생량의 변화로 생각된다(SLC-c, 2007). 최근 수년간 매립지 발생가스량의 평균 70%가 가스포집시스템으로 회수되므로 나머지 30% 발생가스는 대기중으로 발산된다고 볼 수 있다. 그러므로 악취성분 중 가연성물질은 가스회수 시스템으로 포집된 이후 연소나 발전시스템으로 이송된 후 완전히 소각처리 되고 대기중으로 빠져 나가는 매립지가스의 악취가 주요 악취발생 요인이라고 생각된다. Table 3은 매립가스의 악취성 화학 성분들을 요약한 것이다(Kim, 2011).

Table 2. Reduction of greenhouse gas with LFG generation (SLCc, 2007) (unit: tCO2e)

Table 3. Composition of LFG generation (Kim, 2011)

3. 2 체감 악취 특성

 매립가스에서 관찰된 황화합물의 종류와 농도 범위를 Table 4에 나타내었다(Kim, 2011). Table 4에서 알수 있듯이 매립지의 경우에는 황화합물인 황화수소와 멀캅탄 등이 주된 악취 원인으로 알려지고 있다. 현재는 온실가스와 대기오염물질을 통합관리하려는 추세이며 악취도 온실가스, 대기오염물질과 같이 종합적으로 관리할 수 있도록 추진함이 필요하다. 특히 환경기초시설에서의 악취발생원인은 온실가스 및 일반 대기 오염물질과 유사한 것으로 알려지고 있어 통합관리의 필요성이 더욱 강조되고 있는 실정이다. 그러므로 악취 인벤토리 관리를 위해서 상시 관리 기구를 만들어 악취 인벤토리를 구축하거나, CAPSS에 포함하여 대기오염물질과 통합관리토록 함이 필요하다.

Table 4. Composition of odor in LFG (Kim, 2011)

 연구팀에서는 수도권매립지 주변의 부지경계지역에 대하여 측정된 자료를(SLC-c, 2007; Chun, 2012) 검토하여 체감 취기 판단의 근거로 하고자 하였는데 전반적으로 악취의 정도가 연도 흐름에 따라 뚜렷하게 완화되고 있음을 알 수 있다. Table 5에서 알 수 있듯이 측정위치는 매립지정문과 제2매립지 북측경계지역과 북인천톨게이트 그리고 종합환경연구단지 북측지역 등 총 8개 지역이다.

Table 5. Location of odor sampling with landfill sites

매립지의 악취는 주로 폐기물의 운송과정이나 하역작업과 매립 그후 분해과정에서 주로 발생되며 운송과 하역과정의 악취는 생쓰레기 악취이며 분해로 인한 악취는 매립가스중 황화수소나 아민 그리고 암모니아와 멀캡탄류 등 악취 유발물질에 기인하는 것으로 볼 수 있으며 이에 대한 다양한 제어전략이 가능하다(Lee, 2012).

 악취의 세기는 풍속과 기압 등 기상상태의 변화에 따라 달라질 수 있고 주로 하절기를 중심으로 높게 나타나며 악취세기는 하절기에는 북쪽 지역 그리고 동절기에는 남쪽에서 빈번한 악취가 감지됨을 알 수 있다.

 우선 제1매립지역은 2000년도에 매립이 완료된 이후 복토안정화를 진행하였고 제2매립지역이 같은 해에 매립이 시작되어 2010년도 현재 6단 매립이 진행되고 있다.악취저감 대책으로 복토작업의 정기화 그리고 고압탈취차량과 고공분사기를 이용한 다양한 악취발생원의 악취저감 작업이 진행되고 있으나 근원적인 악취발생 억제가 용이하지 않아 주변 민가나 상업지역의 민원 대상이 되고 있는 실정이다(SLC-b, 2010).

 공기희석관능법으로 측정된 매립지 주위의 악취세기를 연도별로 나타낸 그림이 Fig. 1인데(SLC-b, 2010), 2005년도에는 높은 지역에서 15 정도까지도 측정되었던 악취농도가 전반적으로 감소되기 시작하여 2009년도에는 거의가 강도 3 정도로 매우 낮아진 사실을 확인할 수 있으며 이러한 현상이 전술한 바와 같은 매립가스 포집과 소각 및 자원화 사업과 관련이 있다는 것이 확실하다고 생각된다. 측정지역의 구체적인 위치를 다음의 Fig. 2에 도시하였다.

Fig. 1. Tendency of odor concentration near landfill sites (SLC-c, 2007).

Fig. 2. Location of odor sampling sites near landfill sites.

 한편 최근에 제 2매립지 부지경계에서 측정된 자료를 살펴보면(Chun, 2012), Table 6에서 볼수 있듯이 겨울임에도 불구하고 작년 10월부터 금년도 2월에 이르기까지 복합취기수치가 점진적으로 감소되고 있음을 확인할 수 있는데 이는 최근 매립가스 이송관로 전량교체와 간이소각기 추가증설 등의 효과와 지속적인 CDM 사업의 결과로 판단되는 근거라고 생각된다.

Table 6. Odor concentration at the boundary of 2nd landfill site (Ryu, 2012)

3.3 메탄자원화와 악취 저감 대책

 매립지에서 지속적으로 발생되는 메탄은 최근에는 전술한 바와 같이 발전용 에너지로 활용되기 때문에 적용되는 관리기준을 설정할 필요는 없는 상황이다(Kim, 2011). 특히 바이오연료와 냉난방에너지로서 메탄의 활용가치가 매우 높고 온난화지수가 매우 높은 온실가스라는 사실 때문에 거의 모든 매립지에서 적극적으로 포집하고 이를 활용하고 있는 추세이다.

 한편 매립지 내에서 폐기물 산화로 인하여 발생되는 악취는 특성상 소량일지라도 민감한 취기를 발생시키므로 엄격한 관리기준을 설정하여 이를 적용하므로써 민원 등에 대한 합리적 대처가 필요하다. 이미 이에 대하여서는 악취관리지역을 설정하여 엄격하게 관리를 하고 있는 상황이다. 이에 따라 CDM 사업을 통하여 악취는 메탄 연소시 동시 저감되긴 하지만 보다 정량적인 인벤토리 구축이 필요하다고(Kim, 2011) 생각된다.

 매립가스중 악취 저감을 위한 BAT 수립에 필요한 정보를 획득하고 이를 메탄 저감과 연계하여 두 물질을 동시에 저감하면서 최대 효과를 거둘 수 있는 공통부분 BAT를 설정(Kim, 2011) 제시할 필요가 있다.

 매립지와 같은 환경기초시설의 악취와 메탄의 동시발생은 피할수 없는 현상이긴 하지만 최근의 정책방향은 온실가스인 메탄 관리에 주된 초점을 맞추고 있어 악취물질 관리가 소홀해질 개연성이 높은 상황이다. 실질적으로 메탄 활용 극대화를 위해 메탄 농축과 개질과정에서 고농도 악취물질이 2차 생성되어 탈루 배출될 개연성도 높다. 또한 비점오염원 상태의 악취배출에 대해서는 현재 무방비 상태이다. 악취에 초점을 맞춰 환경기초시설을 관리하면 메탄도 동시에 관리가 이뤄질 수 있는 시너지효과를 거둘 수 있다고(Kim, 2011) 여겨진다.

 최근 매립지의 매립가스와 관련된 연구가 매우 활발하게 진행되고 있으며(Choi et al., 2005; Jung, 2006; Lee et al., 2012), 교토의정서에 의거하여 온실가스 관리가 강화되는 추세이다. 이에 따라 발생 온실가스 회수율이 높아지면서 메탄가스자원화 및 악취발생량의 효과적인 처리가 동시에 이루어져 인접 주거지역의 민원이 상당부분이 해소되었다는 사실에서 본 연구의 결과를 다시 한번 확인할 수 있다.

4. 결 론

 본 연구 결과로부터 매립지에서 수년간 진행되어 온 온실가스 자원화 사업으로 상당한 메탄가스를 효과적으로 처리하고 동시에 폐기물 매립으로 인하여 발생되는 제반 악취물질을 흡인하고 이후 연소공정을 통하여 처리함으로써 악취강도를 저감시키는 데에 적지 않은 영향을 주고 있음을 확인할 수 있었다. 이에 따라 향후 좀 더 체계적인 연구를 통하여 가스 포집효율과 온실가스 사용률을 제고할수록 어느정도의 악취성분이 제거되는지에 대한 정량적인 조사가 이루어져야 할 것으로 생각된다.

사 사

 본 연구는 인천대학교 교내 연구비의 지원으로 이루어졌으며 이에 감사드립니다.

Reference

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