국내 매립지 토양의 메탄산화균 군집분포 특성 비교분석에 관한 연구

윤수철 ( Su-chul Yoon ),이진수 ( Jin-soo Lee ),김상민 ( Sang-min Kim ),이남훈 ( Nam-hoon Lee ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2018 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2018 No.-

메탄은 산업혁명 이후 중요한 온실가스로서 이슈화되고 있으며, 온실가스에 의한 지구온난화 중 20%가 메탄에 의해서 발생하고 있다. 이에 따라 기후 변화와 관련된 전 지구적 위험을 평가하고 대책을 마련하기 위하여 IPCC(Intergovernmental Panel on Climate Change)에서는 메탄에 대한 배출량을 감축시키기 위한 국제적인 노력을 기울고 있다. 특히 매립지에서 발생하는 메탄을 처리하기 위해서 국내에서는 바이오가스발전, 연소처리, 메탄 산화 등의 기술을 적용하고 있지만, 실질적으로 발생하는 메탄의 약 29%만이 처리되고 있는 상황이며, 이에 메탄처리 효율을 높일 수 있는 기술이 필요한 실정이다. 따라서 최근에는 자원으로 회수가 어려운 저농도로 발생하는 메탄을 제거하는 처리 방안으로서 메탄을 분해하는 미생물을 이용한 생물학적 산화 기술에 관한 연구가 활발하게 진행되고 있으며, 비교적 경제적인 기술로 메탄을 처리할 수 있고, 매립지의 규모에 상관없이 적용할 수 있다는 큰 장점이 있다. 위와 같이 현재 생물학적 산화 기술 연구에 대한 필요성이 확대되는 반면에 현장적용의 기초자료로서 확보되어야 할 국내 매립지들의 호기성 메탄산화균의 군집분포에 대한 현황 및 특성에 관한 세부적인 연구는 미흡한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 국내에서 선정한 2개의 매립지(C 매립지, S 매립지)에서 채취한 매립토에 분포되어있는 메탄산화균을 분리 배양한 후 16S rRNA 염기서열 분석법을 통하여 군집을 분석하고 특성을 비교함으로써 추후 메탄산화균을 활용한 기술 적용의 기초자료가 될 수 있을 것으로 기대된다. 사사: 이 논문은 환경부의 “글로벌 탑 환경기술개발사업” 중 “Non-CO₂ 온실가스 저감기술개발 사업단” (과제번호 :2017002410008)에서 지원받았으며 이에 감사드립니다.

메탄의 최적산화조건을 위한 충전매질의 CO₂ 흡수속도 평가

윤수철 ( Su-chul Yoon ),유명수 ( Myoung-soo Yu ),이남훈 ( Nam-hoon Lee ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2018 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2018 No.-

폐기물 매립지에서 폐기물이 매립되어 최종처분 되는 과정에서 유기물질이 혐기성 분해되어 메탄과 이산화 탄소가 주요 조성물인 매립가스가 발생하게 된다. 특히 메탄과 이산화탄소는 대표적인 온실가스로서 페기물 매립지는 온실가스 배출원으로 지목되고 있다. 국내 폐기물 분야의 온실가스 배출량은 2014년 기준 15.4백만톤 CO_2eq로 국가 총 배출량의 2.2%를 차지하였으며, 폐기물 매립 부분이 7.3 백만톤 CO_2eq로 폐기물 분야 전체 배출량의 47.5%로 가장 높은 비율을 차지하고 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. 유럽 등 여러 국가에서 중소규모 매립지에서 미생물을 이용하여 CH₄를 산화시키는 기술인 메탄산화시스템을 제시하였다. 이러한 생물학적 산화시스템은 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. 이러한 생물학적 메탄산화기술은 미생물의 서식환경에 따라 메탄산화효율이 좌우되므로 최적의 환경으로 조정해야 할 필요성이 있다. 매립지에서 발생하는 CO₂는 토양의 수분에 흡수되어 탄산화로 인해 토양의 pH를 떨어뜨리며 고농도의 CO₂는 호기성 미생물이 서식하는 최적 산화효율을 감소시킨다. 그러므로 매립지에서 발생하는 CO₂는 메탄산화의 중요한 영향 인자라고 판단할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 호기성 메탄세균의 최적 산화 조건을 위한 CO₂ 흡수 충전 매질을 선정하고자 각 충전 매질의 CO₂ 흡수속도를 평가하고자 하였다. 사사: 이 논문은 환경부의 “글로벌탑 환경기술개발사업” 중 “Non-CO₂ 온실가스 저감기술개발 사업단” (과제번호: 2017002410008)에서 지원받았으며 이에 감사드립니다.

활성탄과 제올라이트 이용 메탄 흡착 성능 비교

장재경 ( Jae Kyung Jang ),이유경 ( Yookyung Lee ),백정현 ( Jeonghyun Baek ),황정수 ( Jeongsu Hwang ),유영선 ( Young Sun Ryou ) 한국농업기계학회 2022 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.27 No.2

대표적인 온실가스인 이산화탄소(CO₂) 대비 메탄(CH₄)은 23~25배 더 강력한 온실효과가 있는 것으로 알려져 있다. 축산업은 전 세계 온실가스 배출량의 14.5%를 차지하고, 이 중 소가 배출하는 양이 65%로 발표되어 최근 소에서 발생하는 메탄가스 저감기술 개발에 관심이 높아지고 있다. 소에서 발생하는 메탄의 95%는 호흡 과정에서 발생한다. 따라서 이 연구에서는 소 호흡 시 발생하는 메탄가스를 소에 직접 적용할 수 있는 형태로 개발하기 위하여 흡착에 의한 메탄 저감 디바이스 개발을 위한 기초 연구를 수행하였다. 흡착실험을 위해 반응기는 내경 4cm, 높이 40cm, 부피 약 500mL 크기의 원통형으로 제작하였다. 반응기 상부와 하부에는 미세공극이 타공된 메탈 막을 장착하여 가스가 담체 충진층으로 잘 분산되도록 하였다. 흡착용 담체는 입상 활성탄(4*8)(180g)과 제올라이트(420g)를 이용하였으며, 가스는 하단으로 유입, 상향류하여 상단에서 배출되도록 하였다. 실험은 약 70% 메탄을 포함하는 모사 가스를 400mL/min으로 공급하면서 메탄 저감 효과를 분석하였다. 메탄분석은 바이오테크 5000(영국) 이용하였다. 이 결과 제올라이트(Zeolite)를 사용하였을 때, 메탄은 68.6±0.5%에서 64.2±1.3%로 감소하여 약 4.4%가 감소하는 것으로 나타났으며, 이산화탄소는 29.7±0.2%에서 28.4±0.9%으로 1.3% 감소하는 것으로 나타났다. 입상 활성탄(4×8)을 사용하였을 때는 메탄과 이산화탄소는 63.6±0.2%와 28.2±0.1%로 각각 5.0%와 1.5%가 제어되었다. 메탄과 이산화탄소 측정 농도인 퍼센트(%) 단위를 ppm으로 환산하면, 처리된 메탄과 이산화탄소 농도는 각각 43,500~50,000ppm과 13,000~14,500ppm 정도 처리가 가능한 것으로 나타났다. 소 호흡 시 발생하는 메탄 챔버 연구 사례에서 메탄(CH₄), 이산화탄소(CO₂) 농도 측정 농도는 각각 0~700ppm, 이산화탄소 0~5,000ppm 정도인 것을 고려하였을 때 활성탄과 제올라이트를 이용하였을 때, 소 호흡 시 발생하는 메탄가스를 효과적으로 처리할 수 있을 것으로 판단되었다.

커피잔재물 개질 활성탄과 복토 토양의 혼합비율에 따른 메탄 저감 평가

김란희 ( Ran-hui Kim ),박진규 ( Jin-kyu Park ),윤수철 ( Su-chul Yoon ),이남훈 ( Nam-hoon Lee ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2019 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2019 No.-

폐기물 매립지는 폐기물 분야에서 배출되는 온실가스 양의 47.5%를 차지하고 있어, 매립지에서의 메탄 저감을 위해 매립가스 자원화가 대표적으로 활용되고 있다. 그러나 대규모 매립지를 제외한 중·소규모의 매립지에서는 매립가스의 회수 및 이용이 어려워 대부분의 메탄이 대기 중으로 배출되고 있는 실정이다. 이에 중·소규모 매립지들을 대상으로 비교적 경제적이며, 저농도의 메탄을 처리할 수 있는 생물학적 메탄산화 기술이 연구되고 있다. 생물학적 메탄산화 기술은 호기성 조건에서 메탄산화세균을 이용하여 메탄을 산화하는 것으로 메탄산화세균의 성장 및 활성을 위한 다양한 담체를 개발하고자 하는 연구들이 활발히 진행되고 있다. 생물학적 메탄산화효율을 향상시키기 위한 최적 담체의 조건은 넓은 비표면적과 메탄가스의 균일한 확산을 위해 다공성 물질이어야 하기에 최근에는 탄소계 물질을 개질하여 메탄 흡착이 가능한 활성탄을 이용하고자 하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 탄소계 물질 중 커피잔재물을 개질한 활성탄을 이용하여 매립지 복토층 표면을 통해 대기 중으로 방출하는 메탄을 흡착반응과 담체로써의 메탄 산화반응에 의한 메탄저감을 평가하고자 하였으며, 매립지 복토 토양과 개질한 활성탄의 혼합비율을 다르게 하여 메탄저감효율의 차이를 비교·분석하고자 하였다. 본 연구에서는 커피잔재물을 0.7M KOH를 사용하여 활성탄으로 개질한 후, 매립지 복토 토양와 활성탄의 혼합비율에 따른 메탄저감능력을 평가하고자 하였다. 커피잔재물 개질한 활성탄의 물리적 특성으로 원소분석, WHC, TOC, 겉보기밀도, pH를 분석하였다. 메탄저감을 평가하기 위해 총 10g의 활성탄과 매립토에 대한 혼합비율을 1:9(Case 1), 2:8(Case 2), 3:7(Case 3), 4:6(Case 4), 5:5(Case 5)로 설정하여 110ml 세럼병에 비율별로 섞어서 주입한다. 메탄을 20% 주입하여 밀봉한 뒤 1일 1회 세럼병 내부 가스 농도를 Gas Chromatography로 측정한다. 메탄 20%를 주입하여 7일간 실험을 진행한 결과, 메탄저감율은 Case 1, Case 2, Case 3의 경우는 15%로 동일하게 나타났으며, Case 4는 16%로 가장 높은 메탄 저감율을 보였으며, Case 5는 6%로 가장 낮은 저감율을 보였다. 메탄산화속도는 Case 1, Case 2, Case 3의 경우 13.4 mmol/g·day로 나타났으며, Case 4는 14.3 mmol/g·day, Case 5는 5.4 mmol/g·day로 나타났다.

활성탄과 제올라이트 이용 메탄 흡착 성능 비교

장재경 ( Jae Kyung Jang ),이유경 ( Yookyung Lee ),백정현 ( Jeonghyun Baek ),황정수 ( Jeongsu Hwang ),유영선 ( Young Sun Ryou ) 한국농업기계학회 2022 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.27 No.2

대표적인 온실가스인 이산화탄소(CO₂) 대비 메탄(CH₄)은 23~25배 더 강력한 온실효과가 있는 것으로 알려져 있다. 축산업은 전 세계 온실가스 배출량의 14.5%를 차지하고, 이 중 소가 배출하는 양이 65%로 발표되어 최근 소에서 발생하는 메탄가스 저감기술 개발에 관심이 높아지고 있다. 소에서 발생하는 메탄의 95%는 호흡 과정에서 발생한다. 따라서 이 연구에서는 소 호흡 시 발생하는 메탄가스를 소에 직접 적용할 수 있는 형태로 개발하기 위하여 흡착에 의한 메탄 저감 디바이스 개발을 위한 기초 연구를 수행하였다. 흡착실험을 위해 반응기는 내경 4cm, 높이 40cm, 부피 약 500mL 크기의 원통형으로 제작하였다. 반응기 상부와 하부에는 미세공극이 타공된 메탈 막을 장착하여 가스가 담체 충진층으로 잘 분산되도록 하였다. 흡착용 담체는 입상 활성탄(4*8)(180g)과 제올라이트(420g)를 이용하였으며, 가스는 하단으로 유입, 상향류하여 상단에서 배출되도록 하였다. 실험은 약 70% 메탄을 포함하는 모사 가스를 400mL/min으로 공급하면서 메탄 저감 효과를 분석하였다. 메탄분석은 바이오테크 5000(영국) 이용하였다. 이 결과 제올라이트(Zeolite)를 사용하였을 때, 메탄은 68.6±0.5%에서 64.2±1.3%로 감소하여 약 4.4%가 감소하는 것으로 나타났으며, 이산화탄소는 29.7±0.2%에서 28.4±0.9%으로 1.3% 감소하는 것으로 나타났다. 입상 활성탄(4×8)을 사용하였을 때는 메탄과 이산화탄소는 63.6±0.2%와 28.2±0.1%로 각각 5.0%와 1.5%가 제어되었다. 메탄과 이산화탄소 측정 농도인 퍼센트(%) 단위를 ppm으로 환산하면, 처리된 메탄과 이산화탄소 농도는 각각 43,500~50,000ppm과 13,000~14,500ppm 정도 처리가 가능한 것으로 나타났다. 소 호흡 시 발생하는 메탄 챔버 연구 사례에서 메탄(CH₄), 이산화탄소(CO₂) 농도 측정 농도는 각각 0~700ppm, 이산화탄소 0~5,000ppm 정도인 것을 고려하였을 때 활성탄과 제올라이트를 이용하였을 때, 소 호흡 시 발생하는 메탄가스를 효과적으로 처리할 수 있을 것으로 판단되었다.

공기주입과 복토층 메탄산화를 통한 중소규모 매립시설의 메탄가스 유출저감 효과 검토

김유리,김진성,신현진,박상아,문세흠 한국폐기물자원순환학회 2017 한국폐기물자원순환학회 학술대회 Vol.2017 No.11

우리나라의 메탄가스 배출량은 2014년 기준 26.6백만톤 CO2eq 수준으로, 이중 약 27% (7.3 백만톤 CO2eq)는 폐기물매립지에서 유출되고 있다. 매립지에서의 메탄유출을 저감하는 가장 이상적인 방법은 매립가스를 포집하여 에너지화하는 “매립가스 자원화” 방식이다. 그러나, 이를 위해서는 가스포집시설, 가스정제시설 및 발전설비 등의 설비투자가 필요하며, 매립가스 발생량이 2~3 N㎥/min (메탄가스 농도 35%~50%)이상의 대규모 매립지에서만 경제성 확보가 가능하다고 알려져 있다. 이런 이유로 230개소의 매립지 중 17개 시설에서만 매립가스 자원화 시설을 운영하고 있으며, 대부분의 중소규모 매립지에서는 메탄유출에 대한 별다른 대책이 없는 실정이다. 본 연구에서는 중소규모의 매립지 5개소를 선정하여 “공기주입을 통한 호기성 매립지 전환” 및 “매립지복토층을 이용한 생물학적 메탄산화 기술”의 메탄저감 성능과 경제성을 검토하였고 “매립가스 자원화”와 비교하였다. 매립가스 자원화를 검토하기 위한 매립가스 발생량은 LandGem 모델을 이용하여 산정하였으며, 폐기물의 성상(메탄잠재발생량 및 메탄발생속도추정)및 매립량은 환경부 통계자료를 이용하였다. 공기주입에 따른 호기성전환 비율은 주입압에 따른 유효반경을 산정하여 추정하였으며, 복토층에서의 메탄산화 효율은 문헌조사를 통해 결정하였다. 기술검토 결과 공기주입과 복토층 메탄산화기술을 조합하는 경우 70~85% 수준까지 메탄유출을 저감할 수 있는 것으로 추정되었으며, 중소규모 매립지의 경우 매립가스 자원화와 비교하여 상대적으로 우수한 경제성을 나타냈다.

생물학적 메탄산화 기술개발을 위한 메탄산화균의 산화능 평가

문세흠,유명수,윤수철,이남훈 한국폐기물자원순환학회 2018 한국폐기물자원순환학회 학술대회 Vol.2018 No.05

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.

특별세션 2 : 환경에너지대학원 인재양성 프로그램 연구성과 발표회 ; 메탄산화미생물을 이용한 매립지 메탄산화효율에 관한 실험연구

김윤섭,홍지혜,이병헌,( Rajib Pokhrel ),이희관 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2013 한국폐기물자원순환학회 심포지움 Vol.2013 No.4

폐기물 매립지는 인위적인 메탄 배출원으로, 지구적인 차원으로 볼 때 연간 20-70 Tg 의 메탄이 발생하여 대기로 배출되는 것으로 평가되고 있으며, 이것은 인간활동에 의해 배출되는 전체메탄의 약 11%에 해당하는 것이다. 매립지에서 발생하는 메탄은 매립지의 효율적인 관리를 통해 연료의 생산, 전력 생산 등의 자원화가 가능하고 상당한 기술의 적용이 이루어지고 있기 때문에 온실가스의 저감과 아울러 경제적인 이익을 추구할 수 있는 분야로 인식되고 있다. 매립지 복토토양을 통한 매립가스의 이동에 영향을 주는 요인으로는 액체나 고체성분의 가스 흡수나 복토층의 메탄산화와 같은 생물학적 활동에 따른 반응 등이다. 이외에도 기온, 기압, 강우 등의 기상조건은 메탄의 발생, 압력차이의 변화, 토양의 가스투과도 저하 등 메탄을 비롯한 매립가스의 배출에 대하여 여러 가지 영향을 미치며 일별 또는 계절별 변동을 야기하는 것으로 알려져 있다. 바이오필터의 장기적이고 안정적 운전에 있어 가장 중요한 인자가 충전물질의 수분 함량이다. 충전물질은 보통 완전 포화상태가 아니며, 또한 자유수(free-flowing water phase)도 없다. 그러므로 실제로 운전 중에 함수율을 맞추기는 매우 어렵다. 함수량이 적정 범위를 벗어나는 경우 물리적·생물학적인 영향도 준다. 현재 연구가 진행되고 있는 매립지 복토토양의 메탄산화 증진기술은 세가지의 범주로 나누어 볼 수 있다. 첫 번째는 매립지 복토토양의 환경조건을 메탄산화미생물의 최적조건이 유지될 수 있도록 조절하는 것, 두 번째는 메탄산화속도 및 메탄산화의 양을 증가시킬 수 있도록 하는 재료를 복토층에 설치하는 것, 세 번째는 매립지의 가스를 포집하여 이를 별도의 바이오필터에 적용하여 메탄을 산화시키는 방법 등이다.

폐기물매립지에서 함수율 변화가 메탄발생에 미치는 영향

박진규,이남훈 한국폐기물자원순환학회 2017 한국폐기물자원순환학회 학술대회 Vol.2017 No.11

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.

생물학적 메탄산화 기술개발을 위한 메탄산화균의 산화능 평가

문세흠 ( Se-heum Moon ),유명수 ( Myoung-soo Yu ),윤수철 ( Su-chul Yoon ),이남훈 ( Nam-hoon Lee ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2018 한국폐기물자원순환학회 춘계학술발표논문집 Vol.2018 No.-

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 처리효율이 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 서식조건으로 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.