KR100858296B1 - 지표면에서 표면 발산되는 메탄가스를 줄이는 방법 및 이를위한 바이오 매트와 메탄가스 저감시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 매립지나 지표면에서 표면 발산하는 메탄가스를 줄이는 방법 및 이를 위한 메탄가스 저감시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 매립지의 복토층이나 지표면을 통해서 대기 중으로 표면 발산하는 메탄가스를 매립지의 복토층 위나 지표면 위에 설치되며 호기성 메탄산화미생물이 활성화되고 메탄가스가 자유롭게 유동할 수 있는 비표면적, 공극률, 투수 계수를 갖고 대기의 온도 변화로부터 메탄산화미생물을 보호할 수 있는 열전도도를 갖는 바이오 메디아를 이용하여 바이오 활성층을 설치하고; 상기 매립지의 복토층이나 지표면에서 표면 발산되는 메탄가스가 상기 바이오 활성층을 통과하는 동안에, 대기확산에 의한 산소공급으로 활성화된 호기성 메탄산화미생물의 메탄산화반응에 의해서 메탄가스가 이산화탄소로 전환된 후 대기로 방출되도록 하는 것을 특징으로 하는 폐기물 매립지의 복토층이나 지표면에서 표면 발산되는 메탄가스를 줄이는 방법 및 이를 위한 메탄가스 저감시스템에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 바이오 활성층을 용이하게 형성하기 위하여, 호기성 메탄산화미생물이 활성화되고 메탄가스가 자유롭게 유동할 수 있는 비표면적, 공극률, 투수 계수를 갖고 대기의 온도 변화로부터 메탄산화미생물을 보호할 수 있는 열전도도를 갖는 바이오 메디아로 이루어진 매트 형상의 바이오 메디아층과, 상기 바이오 메디아층을 매트 형상으로 유지하는 상부보호시트 및 하부지지시트와, 상기 상부보호시트, 바이오 메디아층 및 하부지지시트를 서로 결합시키는 결합수단으로 이루어 진 바이오 매트에 관한 것이다.

메탄가스, 온실가스, 매립지, 동토, 메탄산화미생물, 왕겨, 복토층, 메산탄화능, 바이오메디아, 바이오 매트

Description

지표면에서 표면 발산되는 메탄가스를 줄이는 방법 및 이를 위한 바이오 매트와 메탄가스 저감시스템{METHOD AND SYSTEM FOR REDUCING OF METHANE EMISSIONS FROM THE SURFACE OF THE EARTH AND BIO-MAT FOR THE SAME}

도 1은 일반적인 매립지를 보여주는 개략적인 단면도,

도 2는 본 발명에 따라 중간복토층 표면에 바이오 활성층이 설치된 매립진행 중인 매립지를 보여주는 부분 단면도,

도 3은 본 발명에 따라 다수의 바이오 매트를 중간복토층의 표면에 적층 하여 바이오 활성층을 형성한 모습을 보여주는 단면도,

도 4는 본 발명에 따른 바이오 매트의 일 실시예를 보여주는 개략적인 사시도,

도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 바이오 메디아를 개념적으로 보여주는 도면,

도 6은 본 발명에 의한 바이오 매트의 제조공정을 보여주는 개략적인 측면도,

도 7은 본 발명에 따라 바이오 매트를 이용하여 매립지 복토층이나 지표면 위에 설치되는 메탄가스 저감시스템의 일례를 보여주는 단면도,

도 8은 본 발명에 따른 메탄가스 저감시스템의 다른 예를 보여주는 단면도,

도 9는 본 발명에 따른 메탄가스 저감시스템의 또 다른 실시예를 보여주는 단면도이다.

본 발명은 지표면에서 표면 발산되는 메탄가스를 줄이는 방법 및 이를 위한 바이오 매트와 메탄가스 저감시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 매립지의 복토층이나 지표면을 통해서 대기 중으로 표면 발산하는 메탄가스를 매립지의 복토층 위나 지표면 위에 설치되며 호기성 메탄산화미생물이 활성화되고 메탄가스가 자유롭게 유동할 수 있는 비표면적, 공극률, 투수 계수를 갖고 대기의 온도 변화로부터 메탄산화미생물을 보호할 수 있는 열전도도를 갖는 바이오 메디아를 이용하여 바이오 활성층을 설치하고; 상기 매립지의 복토층이나 지표면에서 표면 발산되는 메탄가스가 상기 바이오 활성층을 통과하는 동안에, 대기확산에 의한 산소공급으로 활성화된 호기성 메탄산화미생물의 메탄산화반응에 의해서 메탄가스가 이산화탄소로 전환된 후 대기로 방출되도록 하는 것을 특징으로 하는 폐기물 매립지의 복토층이나 지표면에서 표면 발산되는 메탄가스를 줄이는 방법 및 이를 위한 바이오 매트와 메탄가스 저감시스템에 관한 것이다.

지하(地下)에는 메탄가스를 비롯한 여러 종류의 가스상 물질이 매장되어 있다. 또한, 폐기물 매립지에서는 매립된 폐기물의 분해반응에 의해서 매립가스가 발생한다. 이러한 매립가스는 대부분 메탄과 이산화탄소로 이루어져 있다. 이와 같이 지하에 매장되어 있거나 매립지에서 발생하는 메탄가스는 지표면(地表面)이나 매립지 복토(覆土)층을 통해서 대기 중으로 방출된다.

메탄(CH₄)은 대기 중으로 방출되어 온실효과를 일으킨다. 온실효과는 지구상의 기후와 생태계에 적합한 환경을 유지해주는 측면도 있지만 온실가스가 지나치게 증가하면 지구온난화를 일으킨다. 지구온난화가 심해지면 기온이 상승하여 남극과 북극의 빙하와 고산지대의 만년설이 녹아 해수면이 높아지게 된다. 또한, 급격한 기후 변화로 육상 및 해양 생태계가 파괴되고, 농작물의 수확량이 감소하는 등 지구 전역에 광범위한 피해가 발생 된다. 이러한 지구온난화를 방지하기 위해서는 원인물질인 온실가스의 발생량을 제한할 필요가 있다.

최근 교토의정서에 의한 기후변화협약에 따라서 각 국가는 온실가스를 줄이기 위해서 발생원 및 발생량에 대한 조사와 함께 각 분야별로 온실가스 저감기술에 대해 많은 연구가 이루어지고 있다. 이러한 기후변화협약에서도, 메탄은 이산화탄소, 이산화질소, 염화불소탄소, 수소불화탄소 등과 함께 온실가스로 관리된다. 따라서 각 국가에서는 매립지에서의 메탄가스 발생량을 줄이기 위한 폐기물 관리, 전략, 정책, 규정 등을 수립하여 적극적으로 시행하고 있다.

메탄은 인위적으로 배출되는 전체 온실가스 양의 15 ~ 20%를 차지하고 있으며, 주로 농업, 축산, 생체(biomass)의 분해, 폐기물 매립 및 처리, 석탄채굴 및 석유 시추, 가스파이프의 누출 등이 배출원이다. 또한, 지구상에서 메탄의 연간 총발생량은 4~6.4억 톤으로 그 중 2~5천만 톤이 폐기물 매립지에서 발생하는 것으로 추정되고 있다. 그러나 현재 매립지에서 발생하는 매립가스의 50% 정도는 포집 및 추출되지 못하고 그대로 대기 중으로 방출되어 있다. 우리나라의 경우, 폐기물 매립지에서 발생하는 메탄의 양이 전체 메탄 발생량의 약 60%를 차지하는 것으로 나타났다.

한편, 지구온난화의 영향으로 시베리아 서부지역의 동토(凍土)가 녹고 있다. 북극과 가까운 시베리아 서부지역에 형성된 동토의 넓이는 약 100만㎢에 달한다. 이 지역의 기온은 세계에서 가장 빠른 속도로 상승, 지난 40년 동안 섭씨 3도가량 높아졌다. 문제는 동토층이 녹으면 그 속에 묻혀 있는 최대 700억 톤으로 추정되는 메탄가스가 대기로 방출된다는 점이다. 이는 전세계 메탄 매장량의 4분의1에 해당하는 막대한 양이다. 시베리아 서부의 동토가 녹는 데는 앞으로 100년이 걸리고 1년에 7억 톤의 메탄이 방출된다고 가정할 때 대기 중 온실가스의 비율은 그동안 예상했던 것보다 2배 높아지고, 이는 지구온난화를 10∼25% 가중시킬 것으로 예상된다. 따라서 매립지 복토층이나 시베리아 동토의 지표면을 통해 대기 중으로 표면발산되고 있는 메탄가스를 줄이는 방법이 절실히 요청되고 있다.

본 발명은 매립지 복토층이나 동토의 지표면을 통해서 방출되는 메탄가스를 이산화탄소로 전환하여 온실가스를 줄이고 지구온난화를 억제하기 위한 기술이다. 메탄은 분자 1개당 승온 효과가 이산화탄소의 20~60배에 달한다. 또한, 메탄은 약 12년의 짧은 기간에 대기에서 반응이 나타나기 때문에 기후 변화에 대한 영향이 매우 크다. 따라서 메탄을 이산화탄소로 전환하면 온실효과를 20배 이상 줄일 수 있다.

도 1은 일반적인 매립지를 보여주는 개략적인 단면도로서, 도시된 바와 같이, 일반적인 매립지(1)는 소정 높이로 쌓아올린 폐기물층(2) 위에는 일일복토층(6)과 중간복토층(4)을 설치하고, 최상단 폐기물층(2) 위에는 최종복토층(8)을 설치하는 구조를 갖는다. 또한, 상기 매립지(1)에는 침출수 집수시설(7)과 매립가스 추출시설(9)이 갖추어진다.

이와 같이, 폐기물층(2) 위에는 매립 진행 단계에 따라서, 일일복토층(6), 중간복토층(4) 및 최종복토층(8)이 설치된다. 일일복토층(6)은 쓰레기가 날리는 것을 방지, 침출수 발생량 감소, 매립가스 방출 방지, 현장의 접근성 등을 목적으로 이루어진다. 그리고 중간복토층(4)은 매립된 표면이 장기간 노출될 경우에 행하게 되는 것으로, 그 기능은 일일복토와 마찬가지이나, 그 외에도 그 위에 다시 매립 작업을 하는 경우 차량이 다닐 수 있는 도로의 기반 역할을 한다. 또, 복토를 하는 방법은 일일복토의 경우와 마찬가지이나 두께를 최소한 30cm 이상으로 두껍게 한다.

일반적으로 대규모 매립지는 폐기물층의 표면이 1~2년 이상, 장기간 노출되는 경우가 많으므로 반드시 중간복토층(4)을 설치한다. 그러나 이러한 중간복토층은 건설폐기물과 일반토사로 이루어진 것이 일반적이므로 실질적으로 메탄가스를 차단하는 기능이 취약할 뿐만 아니라 대기의 기후변화와 폐기물층의 부등침하에 의해서 생긴 균열을 통해서 메탄가스가 방출되게 된다. 즉, 매립진행 중인 매립지에서 발생하는 메탄가스의 대부분은 중간복토층을 통해서 대기 중으로 방출되는 것이다.

이어, 최종복토층(8)은 매립지 안으로 빗물이 스며드는 것을 막고, 매립된 폐기물층을 주위 환경과 분리함으로써, 지표수의 오염을 방지하며, 바람에 의한 쓰레기의 비산을 막고, 사람과 동물이 쓰레기와 접촉하지 못하도록 한다. 또한, 최종복토층(8)은 메탄가스나 가스상 물질이 대기 중으로 발산되는 것을 막는 기능을 한다.

예를 들어, 최종복토층(8)은 하부로부터 가스의 포집과 배출을 위한 가스배제층(gas collection layer), 점토층과 지오멤브레인 등으로 구성된 차수층(barrier layer), 투수 계수가 큰 물질로 이루어진 배수층(drainage layer), 침식을 방지하기 위한 보호층(protective layer) 등으로 구성된다. 또한, 상기 가스배제층에는 메탄의 추출을 위한 가스추출시설이 설치된다. 그러므로 최종복토층(8)이 설치된 위생 매립지(1)에서는 메탄가스가 대기 중으로 방출되는 양이 많이 감소된다.

그러나 이러한 최종복토층도 대기의 기후 변화와 폐기물층의 부등침하에 의해서 균열이 생기면, 이 균열을 통해서 메탄가스가 대기중으로 방출되게 된다. 특히, 대기의 기후변화와 폐기물층의 부등침하를 막는다는 것은 현실적으로 불가능한 것이므로 최종복토층에 균열이 생기는 것은 불가피하다. 예를 들어, 가스포집을 실시하는 매립지에서도 전체 발생량의 약 40~50%에 이르는 메탄이 대기 중으로 발산되고 있으며, 실제로 가스추출시설(9)이 설치되어 있는 우리나라 광역위생 매립지 중 12개소에서의 메탄의 표면 발산량은 최저 25.8L/㎥·d에서 최고 1770.1L/㎥·d를 나타내었다.

결국, 기존의 최종복토시설의 차단층이나 중간복토만으로 매립지에서 발생하는 메탄가스의 방출을 완전히 차단하는 것은 불가능하다고 볼 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해서 그동안 여러 가지 기술이 제시되었다.

먼저, 본 발명자는 등록특허 제10-392185호에 개시한 바와 같이, 폐기물층과 중간복토층 사이에 미생물 활성 반응층을 설치하는 방안을 제시한 바 있다. 이 기술은 폐기물층에서 발생하는 메탄가스가 미생물 활성 반응층을 통과하는 동안에, 이 미생물 활성 반응층의 호기성 메탄산화미생물이 메탄가스를 이산화탄소로 전환하는 것이다.

이 종래 기술은 미생물 활성 반응층을 중간복토층이나 최종복토층의 하부에 설치하는 것을 특징으로 한다. 따라서 메탄산화미생물이 대기의 기후변화에 영향을 받지 않는다는 장점은 있으나, 대기 중의 산소가 미생물 활성 반응층으로 확산하지 않기 때문에 호기성 메탄산화미생물의 활성을 위해서 별도의 공기공급수단을 미생물 활성 반응층에 구비하여야 하는 단점이 있었다.

이러한 종래 기술의 문제를 해결하기 위해서, 등록특허 제10-487610호에서는, 중간복토층 또는 최종복토층의 배수층과 보호층 사이에 설치되는 반응벽체(미생물 활성 반응층)에 과산화마그네슘(MgO₂) 또는 과산화칼슘(CaO₂)으로 구성된 산소생성제를 포함시켜 메탄산화미생물의 활성을 유지하기 위한 산소를 지속적으로 공급하도록 하였다. 이 발명은 반응벽체에 별도로 공기공급수단을 설치할 필요가 없어 구조가 단순하게 되고 에너지 소모량은 줄일 수는 있는 장점은 있으나, 과산화 마그네슘, 과산화칼슘 등의 산소생성제를 반응벽체에 넣어야 하므로 그와 관련된 비용이 별도로 추가되고 산소생성제에서 방출되는 산소가 유한성을 갖는 문제가 있었다.

아울러, 종래의 미생물 활성 반응층이나 반응벽체는 불규칙한 폐기물층이나 최종복토층의 배수층 위에 바이오 메디아를 직접 포설하기 때문에 균일한 두께로 미생물 활성 반응층을 설치하기 위해서는 많은 양의 바이오 메디아가 필요할 뿐만 아니라 설치작업이 어려워 시공비가 상승하는 문제점이 있었다.

본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해서 이루어진 것으로서, 본 발명의 주된 목적은 호기성 메탄산화미생물이 활성화되는 바이오 활성층(즉, 미생물 활성 반응층)을 메탄가스가 방출되는 지표면이나 매립지의 복토층 표면 위에 설치함으로써 대기확산으로 공급되는 산소에 의해서 활성화된 호기성 메탄산화미생물의 메탄산화 반응을 이용하여 표면 발산되는 메탄가스를 이산화탄소로 전환한 후 대기로 방출되도록 하는 폐기물 매립지의 복토층이나 지표면에서 표면 발산되는 메탄가스를 줄이는 방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 메탄가스가 방출되는 매립지 복토층이나 시베리아 동토의 지표면 위에 설치되는 바이오 활성층을 용이하게 설치하기 위하여 공장에서 제작 가능한 바이오 매트를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 매립지 복토층이나 동토의 지표면 위에 바이오 매트를 한 층 또는 그 이상의 층으로 적층 하여 일정 두께의 바이오 활성층을 설치 함으로써, 매립지의 복토층이나 지표면에서 표면 발산되는 메탄가스를 줄이는 메탄가스 저감시스템을 제공하는 것이다.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 폐기물 매립지의 복토층이나 지표면에서 표면 발산되는 메탄가스를 줄이는 방법은, 메탄가스가 방출되는 매립지의 복토층이나 지표면 위에 호기성 메탄산화미생물이 활성화되고 메탄가스가 자유롭게 유동할 수 있는 비표면적, 공극률, 투수 계수를 갖고 대기의 온도 변화로부터 메탄산화미생물을 보호할 수 있는 열전도도를 갖는 바이오 메디아를 이용하여 바이오 활성층을 설치하고; 상기 매립지의 복토층이나 지표면에서 표면 방출되는 메탄가스가 바이오 활성층을 통과하는 동안에, 대기확산에 의한 산소공급으로 활성화된 호기성 메탄산화미생물의 메탄산화반응에 의해서 메탄가스가 이산화탄소로 전환된 후 대기로 방출되도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 폐기물 매립지의 복토층이나 지표면에서 발산되는 메탄가스를 줄이기 위한 바이오 매트는, 호기성 메탄산화미생물이 활성화되고 메탄가스가 자유롭게 유동할 수 있는 비표면적, 공극률, 투수 계수를 갖고 대기의 온도 변화로부터 메탄산화미생물을 보호할 수 있는 열전도도를 갖는 바이오 메디아로 이루어진 매트 형상의 바이오 메디아층과; 상기 바이오 메디아층을 매트 형상으로 유지하도록 함과 아울러 대기의 기후 변화로부터 상기 바이오 메디아층을 보호하는 상부보호시트와; 상기 바이오 메디아층을 매트 형상으로 유지하도록 함과 아울러 메탄가스가 자유롭게 유동할 수 있도록 하는 하부지지시트와; 상기 상부보호시트, 바이오 메디아층 및 하부지지시트를 서로 결합시켜 입자 상태인 바이오 메디아가 흩어지거나 한쪽으로 쏠리는 것을 방지하는 결합수단을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

아울러, 본 발명에 따른 매립지의 복토층이나 지표면에서 발산되는 메탄가스를 줄이기 위한 시스템은 바이오 매트를 매립지의 복토층이나 지표면 위에 한 층 또는 여러 층으로 적층 하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 바이오 메디아는, 비표면적 10㎡/g 이상, 공극률 40% 이상, 투수 계수 1×10^-3cm/sec 이상 및 열전도도 0.1W/m·K 이하의 조건을 만족하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 바이오 활성층은, 비표면적 10㎡/g 이상, 공극률 40% 이상, 투수 계수 1×10^-3cm/sec 이상 및 열전도도 0.1W/m·K 이하의 조건을 만족하는 바이오 메디아를 매트 형상으로 만든 바이오 매트를 적층 하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 바이오 메디아는 왕겨, 팽연왕겨, 탄화왕겨, 분쇄왕겨, 펠렛왕겨로부터 선택된 어느 하나이거나 또는 이들을 혼합하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 바이오 메디아는 퇴비, 왕겨, 팽연왕겨, 탄화왕겨, 펠렛왕겨, 이토, 우드 칩, 고무 칩, 슬러지 탄화생성물, 건설폐자재(모래, 자갈), 톱밥, 제올라이트, 활성탄, 폐합성수지(PET, PP, PE, 플라스틱) 칩으로부터 선택된 것들을 혼합하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 매립지의 복토층이나 지표면에서 표면 발산하는 메탄가스를 줄이는 방법 및 이를 위한 바이오 매트와 메탄가스 저감시스템의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따라 중간복토층 표면에 바이오 활성층이 설치된 매립진행 중인 매립지를 보여주는 부분 단면도이다. 도시된 바와 같이, 폐기물층(2) 위에는 일정 두께로 중간복토층(4)이 설치되고, 각 폐기물층(2)의 경사면에는 일일복토층(6)이 경사지게 설치되어 있다. 그리고 상기 중간복토층(4)의 표면에는 대기와 접촉하도록 일정 두께로 바이오 활성층(10)이 설치되어 있다.

상기 바이오 활성층(10)의 두께는 바람직하게 10~300mm이다. 상기 바이오 활성층(10)은 다양한 크기의 입자 물질로 이루어진 바이오 메디아(10)로 이루어진다. 이때, 상기 바이오 활성층(10)의 두께가 10mm이하이면, 메탄산화미생물과 메탄가스가 접촉할 수 있는 시간이 짧아 산화작용이 충분하게 이루어지지 못하여 메탄가스가 이산화탄소로 전환되지 못한다. 반면에 바이오 활성층(10)의 두께가 300mm이상이면 대기에서 확산되는 산소가 바이오 활성층의 저면까지 확산하지 못하여 호기성 조건을 조성할 수 없게 된다.

상기 폐기물층(2)에서 발생하는 메탄가스(CH₄)는 중간복토층(4)과 바이오 활성층(10)을 통과하여 대기중으로 방출된다. 그리고 상기 바이오 활성층(10)은 대기와 접촉되므로 대기 중의 산소(O₂)는 대기확산을 통해서 바이오 활성층(10)으로 유 입된다. 이에 따라서 상기 바이오 활성층(10)은 호기성 상태가 조성되므로 바이오 활성층(10)에서 활성화된 메탄산화미생물은 바이오 활성층(10)을 통과하는 메탄가스(CH₄)를 이산화탄소(CO₂)로 전환시킨다. 그리고 이산화탄소는 바이오 활성층(10)의 표면을 통해서 대기중으로 방출된다. 이와 같이, 본 발명에 따른 바이오 활성층(10)은 그 저면을 통해서 유입되는 메탄가스(CH₄)를 이산화탄소(CO₂)로 전환시켜 대기로 방출하기 때문에 메탄가스(CH₄)가 대기로 방출되는 경우에 비해 20배 이상으로 온실가스를 줄이는 효과가 있다.

도 3은 본 발명에 따라 다수의 바이오 매트(30)를 중간복토층의 표면에 적층 하여 바이오 활성층을 형성한 모습을 보여주는 단면도이고, 도 4는 이러한 바이오 매트의 일 실시예를 보여주는 개략적인 사시도이다.

먼저, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 바이오 활성층(10)은 메탄가스가 방출되는 매립지의 중간복토층(4)이나 지표면 위에 바이오 매트(30)를 한 층 또는 그 이상의 층으로 적층하여 이루어진다.

상기 바이오 매트(30)는 도 4에서 보는 바와 같이, 비교적 얇은 두께를 갖는 사각 매트로서, 작업자가 운반하거나 설치하기 용이한 크기로 이루어진다. 예를 들어, 상기 바이오 매트(30)의 두께는 5~100mm이고, 폭과 길이는 각각 1000~2000mm 정도이다. 즉, 상기 바이오 매트(30)의 두께가 5mm이하이면, 바이오 메디아(11)가 충분하게 적층되지 않아 비표면적을 충분히 얻을 수 없고 두께가 100mm이상이면, 바이오 매트(30)의 제작이나 운반이 어렵게 된다.

상기 바이오 매트(30)는 바람직하게 공장에서 제작되어 매립지나 지표면과 같은 현장으로 운송된다. 작업자는 운송된 바이오 매트(30)를 중간복토층(4)이나 지표면 위에 한 층이나 그 이상의 층으로 깔아놓아서 바이오 활성층(10)을 쉽게 설치할 수 있다. 따라서 상기 바이오 활성층(10)의 두께는 적층되는 바이오 매트(30)의 수에 따라 결정된다. 또한, 본 발명에 따른 바이오 활성층(10)은 비교적 평평한 중간복토층(4)이나 지표면 위에 설치하므로 바이오 활성층(10)의 두께를 얇게 하는 것이 가능하다.

이와 같이, 본 발명에 따른 바이오 매트(30)는 메탄가스가 대량으로 방출되는 매립지나 지표면에 바이오 활성층(10)을 용이하게 설치할 수 있도록 한다. 즉, 본 발명에 따른 바이오 매트(30)를 사용하면, 바이오 활성층(10)를 설치하는데 필요한 인력과 비용을 크게 줄일 수 있다. 또한, 상기 바이오 매트(30)는 설치가 용이할 뿐만 아니라 철거도 가능하다. 예를 들어, 종래 기술에 따른 미생물 활성층은 설치하는 것이 어려울 뿐만 아니라 철거가 불가능하였다. 또한, 상기 바이오 매트(20)는 고정핀을 지표면에 꽂아서 쉽게 고정할 수 있다.

그러나 상기 바이오 매트(30)는 사각 매트나 롤 형상으로 이루어지므로, 중간복토층(4) 위에 새로운 폐기물층(2)을 쌓을 경우, 기존 중간복토층(4) 위에 설치되었던 바이오 매트(30)를 철거하여 새롭게 설치된 중간복토층(4) 위에 다시 설치하여 재사용할 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 바이오 매트(30)는 전체 매립지에 사용되는 바이오 메디아를 줄일 수 있어 바이오 활성층(10)의 설치 비용을 절감할 수 있다.

한편, 본 발명의 바이오 활성층(10)은 호기성 메탄산화미생물의 생물학적 산화작용을 이용하여 메탄가스를 이산화탄소로 산화시키는 것이다. 따라서 상기 바이오 활성층(10)은 호기성 메탄산화미생물의 생물학적 영향 인자 즉, 호기성 조건, 온도조건(15~35℃), 수분조건(10~30%) 등의 반응조건을 만족할 수 있어야 한다. 또한, 상기 바이오 활성층(10)은 메탄가스(CH₄)의 유동과 산소(O₂)의 확산이 원활하여야 할 뿐만 아니라 이들 가스물질과 메탄산화미생물간의 접촉기회가 충분히 많아야 한다. 아울러, 상기 바이오 활성층(10)은 대기와 접하고 있으므로 대기의 기온, 풍속, 강우, 대기압 등과 같은 대기의 기후 변화에 따른 영향을 최소화할 수 있어야 한다.

이를 위해서, 본 발명에 따른 바이오 활성층(10)은 이러한 물리적 조건을 만족할 수 있는 바이오 메디아(Bio Media)를 선택하여 이루어진다. 즉, 상기 바이오 메디아는 바이오 활성층(10)의 저면으로부터 유입되는 메탄가스(CH₄)가 저항을 받지 않고 유입할 수 있으며 대기로부터 산소(O₂)가 원활하게 확산할 수 있는 공극률과 투수 계수를 가져야 한다. 또한, 상기 바이오 메디아는 메탄산화미생물이 활성화하고 산화작용이 원활하게 이루어질 수 있는 비표면적과 수분함량을 가져야 한다. 그리고 상기 바이오 메디아는 대기의 기후변화로부터의 영향을 가능한 한 차단할 수 있는 열전도도와 내구성을 가져야 한다.

이에 따라, 본 발명에 따른 바이오 메디아는 비표면적 10㎡/g 이상, 공극률 40% 이상, 투수 계수 1×10^-3cm/sec 이상 및 열전도도 0.1W/m·K 이하의 조건을 만 족하는 것이 바람직하다. 여기서, 비표면적은 메탄산화미생물이 활착하는 표면을 제공하고 메탄가스와의 접촉을 증대시켜 산화반응을 촉진한다. 그리고 공극률과 투수 계수는 메탄가스와 이산화탄소가 큰 저항 없이 유동할 수 있도록 함과 아울러 대기중의 산소가 쉽게 확산할 수 있도록 하고 배수가 잘 되도록 하여 호기성 조건을 만족하도록 한다. 또한, 열전도도는 대기의 기온변화로부터 메탄산화미생물의 온도조건이 유지될 수 있도록 한다. 따라서 본 발명에 따른 바이오 메디아는 상기한 물리적 특성을 모두 만족하는 소재를 선택하거나 또는 여러 가지 소재를 혼합하여 이러한 물리적 특성을 만족하도록 조성한다.

도 5는 본 발명에 따른 바이오 메디아를 개념적으로 보여주는 도면이다. 먼저, 도 5a에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 바이오 메디아(11)는 왕겨나 가공왕겨와 같은 단일 소재로 이루어질 수 있다. 상기 가공왕겨는 팽연왕겨, 탄화왕겨, 분쇄왕겨, 펠렛왕겨로부터 선택된 어느 하나의 것이거나 이들을 혼합한 것이다. 왕겨(rice hulls)는 벼를 도정할 때 나오는 벼 껍질로서, 타원형 주머니 형태로 내부에 공간이 형성되어 비표면적이 클 뿐만 아니라 다공성이라서 흡착성이 크고 수분함량이 적당하다. 또한, 왕겨는 비중이 낮아 가볍고 단열성이 우수하며, 입자 간 결합력이 낮아서 공극률, 투수 계수도 크다. 아울러 왕겨는 또한 리그닌, 규산함량이 높아 분해 안정성이 높고 자연 산물이므로 2차 환경문제를 일으키지 않는 장점이 있다.

이러한 왕겨는 단일 소재만으로도 비표면적 10㎡/g 이상, 공극률 40% 이상, 투수계수 1×10^-3cm/sec 이상 및 열전도도 0.1W/m·K 이하의 조건을 만족할 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 바이오 메디아(11)는 왕겨나 가공왕겨만으로도 이루어질 수 있다. 한편, 왕겨만으로 이루어진 바이오 메디아(11)의 경우, 메탄산화미생물과 메탄산화미생물의 생육에 필요한 영양물을 공급하기 위하여 퇴비를 혼합하는 것이 가능하다. 미설명 부호 32와 34는 입자 상태의 바이오 메디아(11)를 보호하기 위해서 후술 되는 보호시트와 지지시트이다.

이어, 도 5b는 왕겨를 비롯한 여러 소재들을 혼합하여 만들어진 바이오 메디아를 개념적으로 보여주는 도면이다. 도시된 바와 같이, 이 바이오 메디아(11)는 퇴비, 왕겨, 이토, 우드 칩, 라버 칩, 모래, 자갈, 슬러지 탄화생성물(슬러지를 열로 태워서 남은 다공성 물질), 톱밥, 제올라이트, 활성탄, 폐합성수지 칩으로부터 선택된 하나 이상의 소재를 혼합하여 조성된다.

이들 소재들은 입경이 다른 입자들로 이루어지고 각 입자들은 물질적 특성도 서로 다르다. 여기서, 퇴비, 이토, 제올라이트, 활성탄 및 톱밥은 메탄산화미생물의 활성에 필요한 영양물질을 공급함과 아울러 비표면적을 크게 하고 수분함량을 높이는 역할을 한다. 우드 칩과 라버 칩은 공극률과 투수 계수를 크게 하고 열전도도를 낮춘다. 또한, 모래나 자갈 등으로 이루어진 건설폐자재는 공극률과 투수 계수를 크게 하고 물리적 강도를 높이는 역할을 한다. 따라서 본 발명의 바이오 메디아(11)는 이들로부터 선택된 소재를 적절히 혼합하여, 비표면적 10㎡/g 이상, 공극률 40% 이상, 투수계수 1×10^-3cm/sec 이상 및 열전도도 0.1W/m·K 이하의 조건을 만족하도록 조성된다.

한편, 본 발명에 따른 바이오 메디아(11)에는 메탄산화미생물이 포함된다. 일반적으로 호기성 메탄산화미생물(methanotroph)은 매립지, 늪지, 농경지, 탄화수소화합물로 오염된 토양 등과 같이 비교적 평이한 조건에서 발견된다. 상기 메탄산화미생물은 바람직하게 절대 호기성 미생물이며 넓은 환경조건에서 생존하고 활성도를 유지할 수 있는 것을 선택한다. 이러한 메탄산화미생물로는 메틸로모나스(Methylomonas), 메타노모나스(Methanomonas), 메틸로코커스(Methylococcus), 메틸로시우스(Methylosius), 메틸로박터(Methylobater), 메틸로마이크로비움(Methylomicrobium), 메틸로시스티스(Methylocystis) 등이 있다.

본 발명에 따른 바이오 메디아(11)는 메탄산화미생물이 접종되지 않는 상태로 현장에 설치될 수 있다. 이 경우, 중간복토층이나 지표면 위에 바이오 활성층(10)을 설치한 후 일정 시간이 지나면 자연적으로 바이오 메디아에 호기성 메탄산화미생물이 활착하게 된다. 그러나 자연적으로 메탄산화미생물이 활성화하는 데는 많은 시간이 걸리므로 본 발명에 따른 바이오 메디아(11)는 바람직하게 인위적으로 메탄산화미생물를 접종한다. 이를 위해, 바이오 활성층(10)이 설치될 매립지나 토양에서 메탄산화미생물을 채집한 후 이를 배양하여 바이오 메디아(11)에 접종한다. 또한, 현장과 유사한 환경하에서 만들어진 퇴비를 이용하여 메탄산화미생물을 제공할 수도 있다.

이어서 도 2와 도 3에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 바이오 활성층(10)은 매립지의 복토층 표면에 설치되거나 지표면 위에 설치된다. 상기 바이오 활성 층(10)의 상면은 항상 대기와 접촉되어 있으므로 대기의 기후 변화에 영향을 받게 된다. 예를 들어, 강풍과 강우는 바이오 메디아(11)를 흩어지게 하거나 침식시킬 수 있다. 그리고 고온과 저온, 장마와 가뭄은 메탄산화미생물의 활성에 악영향을 미칠 수 있다. 아울러, 태양 광선은 바이오 메디아(11)의 내구성을 약화시키고 메탄산화미생물의 생존을 위협한다.

따라서 본 발명의 바이오 활성층(10)의 상면에는 도 4 및 도 5에서 보는 바와 같이, 대기의 기후 변화로부터 바이오 메디아(11)와 메탄산화미생물을 보호할 수 있도록 상부보호시트가 설치된다. 상기 상부보호시트(32)는 입자상의 바이오 메디아(11)가 흩어지거나 침식되는 것을 방지한다. 또한, 상기 상부보호시트(32)는 이산화탄소(CO₂)가 자유롭게 방출될 수 있도록 하고, 대기로부터 산소(O₂)와 물(H₂0)이 자유롭게 확산하거나 유입될 수 있도록 한다. 또한, 상기 상부보호시트(32)는 햇빛을 차단하고 수분증발은 억제하여 메탄산화미생물의 생육환경을 조성한다. 이러한 조건을 만조하기 위하여, 상기 상부보호시트(32)는 일정한 공극률을 갖는 부직포나 직포, 또는 망 구조의 토목섬유나 일정 공극률을 갖는 제지(종이)시트로 이루어진다. 또한, 상기 상부보호시트(32)는 열전도도가 낮은 재질로 이루어져 대기의 기온 변화로부터 메탄산화미생물을 보호할 수 있도록 한다.

다시 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 바이오 매트(30)는 호기성 메탄산화미생물의 활성에 유리한 환경을 조성하고, 메탄가스 및 산소가 자유롭게 유동할 수 있는 바이오 메디아(11)로 이루어진 일정 두께의 바이오 메디아층(31)과, 상기 바 이오 메디아층(31)을 매트 형상으로 유지하고 이산화탄소와 산소가 잘 통과할 수 있도록 함과 아울러 대기의 기후 변화로부터 바이오 메디아(11)를 보호하는 상부보호시트(32)와, 상기 바이오 메디아층(31)을 매트 형상으로 유지하도록 함과 아울러 메탄가스가 잘 통과하도록 하는 하부지지시트(34)와, 상기 상부보호시트(32)와 하부지지시트(34) 그리고 바이오 메디아층(31)을 서로 결합하여 입자 상태의 바이오 메디아(11)가 흩어지거나 한쪽으로 쏠리는 것을 방지하는 결합수단(35)으로 이루어진다.

상기 상부보호시트(32)는 입자상의 바이오 메디아(11)가 유실되는 것을 방지하고, 바람, 대기온도, 강우, 강설 및 자외선 등 기상조건에 의한 외부영향을 최소화한다. 또한, 상기 상부보호시트(32)는 산소의 확산과 이산화탄소의 방출을 자유롭게 하는 동시에 수분의 증발을 억제하는 역할을 한다. 바람직하게 상기 상부보호시트(32)는 부직포나 직포 또는 망사로 이루어진다. 또한, 상기 상부보호시트(32)는 자외선에 강하고 기계적인 내구성이 강한 소재로 이루어진다.

그리고 상기 하부지지시트(65)는, 입자 상태의 바이오 메디아(11)가 유실되는 것을 방지하여 매트 형상을 유지할 뿐만 메탄가스가 저항 없이 자유롭게 유입되도록 한다. 상기 하부지지시트(34)는 망사나 부직포 또는 직포로 이루어진다.

이때, 상기 상부보호시트(32)와 하부지지시트(34)는 서로 같은 공극률을 가지거나 서로 다른 공극률을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 하부지지시트(34)의 공곡률은 바이오 메디아(11)가 유실되지 않는 범위 내에서 상기 상부보호시트(32)의 공극률보다 크게 형성할 수 있다. 반대로, 상기 상부지지시트(32)는 산소의 확산과 이산화탄소의 방출이 가능한 범위 내에서 상기 하부지지시트(34)의 공극률보다 작게 형성될 수도 있다.

이어 상기 바이오 메디아층(31)은 비표면적 10㎡/g 이상, 공극률 40% 이상, 투수계수 1×10^-3cm/sec 이상 및 열전도도 0.1W/m·K 이하의 조건을 만족하는 바이오 메디아로 이루어지고, 그 두께는 5~100mm이다. 상기 바이오 메디아층(31)은 퇴비, 왕겨, 팽연왕겨, 탄화왕겨, 펠렛왕겨, 이토, 우드 칩, 고무 칩, 슬러지 탄화생성물, 건설폐자재(모래, 자갈), 활성탄, 톱밥, 제올라이트, 폐합성수지 칩으로부터 선택된 하나 이상의 것을 혼합하여 이루어진 바이오 메디아로 이루어진다.

그리고 상기 상부보호시트(32)와 하부지지시트(34) 그리고 바이오 메디아층(31)은 니들펀칭(needlepunching)에 의해서 서로 결합한다. 즉, 상부보호시트(32)와 하부지지시트(34)는 니들펀치의 과정에서 상부보호시트(32)와 하부지지시트(34) 사이를 가로질러서 연결되는 다수의 결합 섬유사(35; needlepunched fibers)에 의해서 결합한다. 이와 같이 본 발명에 따른 바이오 매트(30)는 다수의 결합 섬유사(35)에 의해서 상부보호시트(32)와 하부지지시트(34)가 일체로 결합하므로 그 사이에 개재되어 있는 입자 상태의 바이오 메디아(11)가 이탈되거나 한쪽으로 쏠리는 것을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 바이오 매트(30)는 두께가 얇고 유연하기 때문에 표면이 고르지 않는 복토층 표면에 설치하기 편리하다. 그리고 본 발명의 바이오 매트(30)는 가벼운 입자상의 소재로 이루어지고 다공성이므로 바람을 흡수할 뿐만 아 니라 물이 그대로 스며들기 때문에 강풍에 의해서 바이오 매트(30)가 날리거나 강우시 물에 휩쓸려 떠내려가지 않는다. 아울러, 바람이나 강수에 의해서 바이오 매트(30)의 일부가 유실되는 경우라도 가볍고 유연하기 때문에 인명사고가 발생하지 않고 신속하게 복구할 수 있다.

도 6은 본 발명에 의한 바이오 매트의 제조공정을 보여주는 개략적인 측면도로, 일정한 두께와 폭을 갖는 부직포로 이루어진 하부지지시트(34) 위에 호퍼(41)를 통해서 왕겨와 퇴비 등을 포함하는 바이오 메디아(11)를 일정한 두께로 포설하고, 그 위에 동일한 폭을 갖는 상부보호시트(32)를 덮은 다음, 상기 하부지지시트(34)의 저면에 설치된 진공흡입기(43)로 이들을 강하게 흡입하여 상기 상부보호시트(32)와 바이오 메디아(11)를 압축하여 고정한 상태에서, 상기 상부보호시트(32)의 상부에서 상하로 진동하는 니들펀칭기(45)에 설치된 다수개의 니들(46)에 의해 상부보호시트(32)에서 분리된 섬유사(35)가 니들(46)의 보조 니들에 걸려서 하부지지시트(43)의 섬유사들과 서로 엉키도록 함으로써 상기 상부보호시트(32)와 하부지지시트(34) 그리고 바이오 메디아(11)를 서로 결합시키는 것이다.

이어서, 상기 니들펀칭기(45)를 통과한 바이오 매트(30)는 시공 및 운반이 용이하도록 커터(48)에 의해서 사각판 형상으로 절단되거나 또는 일정길이로 절단된 후 롤 형상으로 권취된다. 이와 같이 본 발명에 따른 바이오 매트는 공장에서 제조가 가능하고 운반이 용이한 특징으로 갖는다.

도 7은 본 발명에 따라 바이오 매트를 이용하여 매립지 복토층이나 지표면 위에 설치되는 메탄가스 저감시스템(50)의 일례를 보여주는 단면도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 메탄가스 저감시스템(50)은 바이오 매트(30)를 한 층 이상으로 적층하여 바이오 활성층(10)을 형성하는 것이다. 상기 바이오 매트(30)는 메탄가스가 대량으로 방출되는 중간복토층(또는 최종복토층)의 균열이나 핫스폿을 완전히 덮을 수 있도록 설치된다. 그리고 이웃하는 바이오 매트(30)는 테두리가 서로 겹치도록 설치하여 이음부에서 메탄가스가 방출되는 것을 방지한다. 상기 핫스폿(hot spot)은 중간복토나 최종복토에서 매립장 내부의 매립가스 대량발생에 따른 ESP(Exopolymeric Substances)생성 등으로 복토표면으로 메탄가스가 집중적으로 발생하는 부분을 말한다.

한편, 본 발명에 따라 2층으로 적층되는 상 바이오 매트(30-2)와 하부 바이오 매트(30-1)는 서로 다른 공극률을 갖도록 할 수 있다. 예를 들어, 상기 하부 바이오 매트(30-1)는 상부 바이오 매트(30-2)에 비해서 공극률이 커서 유입된 메탄가스가 수평방향으로 확산이동할 수 있도록 구성된다. 반대로 상기 상부 바이오 매트(32-2)는 하부 바이오 매트(30-1)보다 공극률이 작아서 폐기물층(2)에서 올라온 메탄가스가 바로 대기로 방출되는 것을 방지하고 하부 바이오 활성층(10-1)에서 수평방향으로 유동하면서 일정시간 동안 체류하도록 한다. 이 때, 상기 상부 바이오 매트(30-2)와 하부 바이오 매트(30-1)의 공극률은 바이오 메디아(11)의 조성비를 조절하여 그 공극률을 조절하거나 상부호보시트(32)나 하부지지시트(34)의 공극률을 조절하여 이루어진다.

이와 같이, 상부 바이오 활성층(10-2)의 공극률보다 하부 바이오 활성층(10-1)의 공극률을 크게 함으로써 바이오 활성층(10)으로 유입된 메탄가스를 수평으로 확산시켜 메탄가스와 메탄산화미생물간의 접촉 기회를 늘림으로써 메탄산화반응의 효율을 향상시킬 뿐만 아니라 메탄가스가 곧 바로 방출되는 수직 채널이 생기지 않도록 한다.

이어서, 도 8은 본 발명에 따라 바이오 매트를 이용하여 매립지 복토층이나 지표면 위에 설치되는 메탄가스 저감시스템의 다른 예를 보여주는 단면도이다. 도시된 바와 같이, 본 실시예의 메탄가스 저감시스템(50)은 여러 층으로 적층된 바이오 매트(30) 사이에 공기공급관(60)을 설치하여, 산소를 원활하게 공급할 수 있도록 한 것이다. 즉, 복토층(4)의 균열이나 핫스폿을 통해서 메탄가스가 대량으로 표면 발산될 경우, 많은 양의 메탄가스를 처리하기 위해서는 바이오 활성층(10)를 두껍게 설치하여야 한다. 이와 같이, 바이오 활성층(10)의 두께가 두껍게 되면, 표면에서 확산되는 산소가 바이오 활성층(10)의 하부까지 확산되지 못하는 문제가 있다. 따라서 이러한 경우에는 불가피하게 별도의 공기공급관(60)을 설치하여 인위적으로 산소를 공급하는 것이다. 또한, 상기 바이오 매트(30)에 과산화마그네슘(MgO₂) 또는 과산화칼슘(CaO₂)으로 구성된 산소생성제를 넣거나 상기 바이오 매트(30) 아래에 넣어서 메탄산화미생물의 활성을 유지하기 위한 산소를 공급하는 것도 가능하다.

도 9는 본 발명에 따라 바이오 매트를 이용하여 매립지 복토층이나 지표면 위에 설치되는 메탄가스 저감시스템의 또 다른 예를 보여주는 단면도이다. 도시된 바와 같이, 본 실시예의 메탄가스 저감시스템(50)은 바이오 매트(30)가 여러 층으 로 적층된 바이오 활성층(10)에 히팅관(70)을 설치한 것이다. 상기 히팅관(70)에는 온수나 열 매체가 유동하는 플렉시블 관이다. 상기 히팅관(70)은 겨울철에 기온이 떨어져서 메탄산화미생물의 활성온도를 맞추기 어렵게 되거나 강설로 인하여 이산화탄소의 표면방출이 어렵게 된 경우에 사용된다. 즉, 상기 히팅관(70)는 바이오 활성층(10)을 가열하여 적정온도 범위를 유지하거나, 바이오 활성층(10)의 표면에 쌓여있는 눈을 녹여서 이산화탄소의 표면방출이 원활하고 대기확산을 통한 산소공급이 원활하게 이루어지도록 한다.

또한, 본 발명에 따라 바이오 매트가 적층된 바이오 활성층(10)에는 수분을 공급하기 위한 다공관(도시되지 않음)이 설치될 수 있다. 따라서 가뭄이나 건조한 날씨로 인하여 메탄산화미생물의 생육에 적합한 수분함량을 유지하기 어려운 경우에는 상기 다공관을 통해서 물을 살수할 수 있다.

상술한 이와 같이, 본 발명에 따른 바이오 매트(30)로 이루어지는 바이오 활성층(10)은 매립지의 복토층(4) 위에 설치되므로 복토층(4)를 통해서 표면 발산되는 메탄가스의 발생량에 맞춰서 적정한 두께로 설치할 수 있을 뿐만 아니라 복토층(4)에 전면적으로 설치하지 않고 메탄가스가 대량으로 방출되는 균열이나 핫스폿 부분에만 부분적으로 설치할 수도 있기 때문에 바이오 활성층(10)을 보다 경제적으로 설치할 수 있게 된다. 이러한 점에서 복토층 하부에 전면적으로 설치하는 종래의 미생물 반응층에 비해서 설치 및 유지관리가 용이하고 비용이 절감되는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 바이오 매트(30)로 이루어지는 바이오 활성층(10)은, 매립지의 복토층(4)에서 표면 발산하는 메탄가스를 이산화탄소로 전환하여 대기중으로 방출하는 것이므로 메탄가스와 이산화탄소 그리고 산소가 큰 저항 없이 유동할 수 있는 바이오 메디아로 이루어진다. 따라서 본 발명에 따른 바이오 메디아는 왕겨와 같이 공극률과 비표면적이 큰 소재로 이루어진다. 이러한 점에서 별도의 공기배출관이 반드시 구비되어야 하는 종래의 미생물 활성층과는 그 구조가 구별될 뿐만 아니라 설치 및 유지관리가 용이하고 비용이 절감되는 효과가 있다.

또한, 종래에는 복토층에 균열이 생길 경우, 그 하부에 설치된 미생물 활성층에서 미처리된 메탄가스가 복토층의 균열을 통해서 대량으로 방출되는 문제가 발생하였고, 이를 방지하기 위해서 복토층의 균열을 보수하여 막으면, 미생물 활성층 내부의 압력이 상승하여 다른 쪽 균열을 통해서 메탄가스가 방출되어 그때 마다 균열을 보수하는데 많은 노력과 비용이 소요되는 문제가 있었으나, 본 발명에 따른 바이오 활성층(10)은, 매립지의 복토층(4)의 표면에 설치되고 가스가 큰 저항 없이 유동할 수 있는 구조이므로 보수가 용이할 뿐만 아니라 내부의 압력이 상승에 의하여 다른 쪽으로 방출되는 현상이 없으므로 보수에 따른 노력과 비용이 크게 절감된다.

그리고, 상기 바이오 매트(30)를 설치하기 전에, 상기 복토층의 표면에 일정 두께로 왕겨를 포설하여, 복토층의 표면을 평탄하게 함으로써 바이오 활성층(10)이 수평하도록 하는 것이 바람직하다.

이상에서는 매립지의 중간복토층(4) 표면에 바이오 활성층(10)을 설치하는 것을 중심으로 설명하였으나, 매립지의 일일복토층이나 최종복토층의 표면에 바이 오 활성층(30)을 형성하거나 시베리아 동토의 지표면에 바이오 활성층(10)를 형성하는 경우에도 동일하게 적용될 수 있으며 이러한 것에 본 발명의 보호범위가 미칠 것이라는 점은 당해 분야의 기술자에 의해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

또한, 당해 분야의 전문가는 본 발명의 기술적 사상으로부터 다양한 변형 예를 산출할 수 있으며, 이러한 것들도 본 발명의 청구범위에 기재된 기술적 사상을 벗어나지 않는 한 본 발명의 보호범위에 속하는 것임을 밝혀둔다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 매립지의 복토층이나 지표면에서 표면 발산되는 메탄가스를 줄이는 방법 및 이를 위한 바이오 매트와 메탄가스 저감시스템은 호기성 메탄산화미생물이 활성화되는 바이오 활성층을 매립지의 복토층이나 지표면의 표면에 설치하여 표면 발산하는 메탄가스를 이산화탄소로 전환하여 대기중으로 방출함으로써 온실가스의 발생량을 20배 이상 줄이는 효과가 있다.

본 발명은 바이오 활성층을 균열이나 핫스폿이 형성된 곳에만 선택적으로 설치할 수 있고, 표면 발산하는 메탄가스의 양에 따라 바이오 활성층의 두께를 자유롭게 결정할 수 있으며, 메탄산화미생물의 활성에 필요한 공기와 수분을 대기로부터 직접 공급받기 때문에 공기 및 수분공급을 위한 시설이나 산소생성제가 필요 없어 보다 적은 비용으로 바이오 활성층을 설치할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은, 사각형상으로 이루어진 바이오 매트를 이용하여 바이오 활성층을 형성하므로, 바이오 활성층의 설치가 매우 용이하고, 바이오 활성층의 두께를 조절하기가 편리할 뿐만 아니라, 필요시 기 설치된 바이오 매트를 철거하여 재 사용할 수 있으므로 바이오 활성층의 설치에 필요한 인력과 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

아울러 본 발명은 호기성 메탄산화미생물의 활성에 유리한 환경을 조성할 수 있으며 대기의 기후변화로부터 메탄산화미생물을 보호할 수 있는 바이오 메디아를 제공하여 보다 저렴하고 용이하게 바이오 활성층을 설치할 수 있도록 함으로써 매립지의 복토층이나 시베리아 동토의 표면으로부터 방출되는 메탄가스를 저감시켜서 지구온난화를 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (21)

1. 폐기물 매립지의 복토층이나 지표에서 대기중으로 표면 방출되는 메탄가스를 호기성 메탄산화미생물을 이용하여 생물학적으로 분해하여 표면 발산되는 메탄가스를 줄이는 방법에 있어서,

   메탄가스가 방출되는 매립지의 복토층이나 지표면 위에 메탄가스가 자유롭게 유동할 수 있는 공극률와 투수계수를 갖는 바이오 메디아를 매트형상으로 만든 바이오 매트를 한 층 이상 적층하여 호기성 메탄산화미생물이 활성화되고 바이오 활성층을 설치하고;

   상기 매립지의 복토층이나 지표면에서 표면 방출되는 메탄가스가 상기 바이오 활성층을 통과하는 동안에, 대기확산에 의한 산소공급으로 활성화된 호기성 메탄산화미생물의 메탄산화반응에 의해서 메탄가스가 이산화탄소로 전환된 후 대기로 방출되도록 하는 것을 특징으로 하는 폐기물 매립지의 복토층이나 지표면에서 표면 발산되는 메탄가스를 줄이는 방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 바이오 메디아는, 공극률 40% 이상, 투수계수 1×10^-3cm/sec 이상의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 폐기물 매립지의 복토층이나 지표면에서 표면 발산되는 메탄가스를 줄이는 방법.
3. 삭제
4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 바이오 메디아는 왕겨, 팽연왕겨, 탄화왕겨, 분쇄왕겨, 펠렛왕겨로부터 선택된 어느 하나이거나 이들을 혼합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 폐기물 매립지의 복토층이나 지표면에서 표면 발산되는 메탄가스를 줄이는 방법.
5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 바이오 메디아는 퇴비, 왕겨, 팽연왕겨, 탄화왕겨, 분쇄왕겨, 펠렛왕겨, 이토, 우드 칩, 고무 칩, 슬러지 탄화생성물, 건설폐자재(모래, 자갈), 톱밥, 제올라이트 활성탄, 폐합성수지 칩으로부터 선택된 하나 이상의 것을 혼합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 폐기물 매립지의 복토층이나 지표면에서 표면 발산되는 메탄가스를 줄이는 방법.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 퇴비에는 메탄산화미생물이 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 폐기물 매립지의 복토층이나 지표면에서 표면 발산되는 메탄가스를 줄이는 방법.
7. 제 1항에 있어서,

   상기 복토층은 메탄가스가 방출되는 매립지의 중간복토층이나 최종복토층인 것을 특징으로 하는 폐기물 매립지의 복토층이나 지표면에서 표면 발산되는 메탄가스를 줄이는 방법.
8. 제 1항에 있어서,

   상기 지표면은 메탄가스가 방출되는 지표면인 것을 특징으로 하는 폐기물 매립지의 복토층이나 지표면에서 표면 발산되는 메탄가스를 줄이는 방법.
9. 제 1항에 있어서,

   상기 바이오 활성층의 두께는 10~300mm인 것을 특징으로 하는 폐기물 매립지의 복토층이나 지표면에서 표면 발산되는 메탄가스를 줄이는 방법.
10. 호기성 메탄산화미생물이 활성화되고 메탄가스가 자유롭게 유동할 수 있는 비표면적, 공극률, 투수 계수를 갖고 대기의 온도 변화로부터 메탄산화미생물을 보호할 수 있는 열전도도를 갖는 바이오 메디아로 이루어진 매트 형상의 바이오 메디아층과;

    상기 바이오 메디아층을 매트 형상으로 유지하도록 함과 아울러 대기의 기후 변화로부터 상기 바이오 메디아층을 보호하는 상부보호시트와;

    상기 바이오 메디아층을 매트 형상으로 유지하도록 함과 아울러 메탄가스가 자유롭게 유동할 수 있도록 하는 하부지지시트와;

    상기 상부보호시트, 바이오 메디아층 및 하부지지시트를 서로 결합시켜 입자 상태인 바이오 메디아가 흩어지거나 한쪽으로 쏠리는 것을 방지하는 결합수단을 포함하여 이루어지고;

    메탄가스가 방출되는 매립지의 복토층이나 시베리아 동토의 지표면에 설치되어 폐기물 매립지의 복토층이나 지표면에서 발산되는 메탄가스를 줄이기 위한 바이오 매트.
11. 제 10항에 있어서,

    상기 바이오 메디아는 공극률 40% 이상, 투수계수 1×10^-3cm/sec 이상의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 바이오 매트.
12. 제 10항 또는 제 11항에 있어서,

    상기 바이오 메디아는 왕겨, 팽연왕겨, 탄화왕겨, 분쇄왕겨, 펠렛왕겨로부터 선택된 어느 하나이거나 이들을 혼합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 바이오 매트.
13. 제 10항 또는 제 11항에 있어서,

    상기 바이오 메디아는 퇴비, 왕겨, 팽연왕겨, 탄화왕겨, 분쇄왕겨, 펠렛왕겨, 이토, 우드 칩, 고무 칩, 슬러지 탄화생성물, 건설폐자재(모래, 자갈), 톱밥, 제올라이트, 활성탄, 폐합성수지 칩으로부터 선택된 하나 이상의 것을 혼합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 바이오 매트.
14. 제 10항에 있어서,

    상기 바이오 메디아층의 두께는 10~100mm인 것을 특징으로 하는 바이오 매트.
15. 제 10항에 있어서,

    상기 상부보호시트와 하부지지시트는 직포나 부직포 또는 제지(종이)시트이고, 상기 결합수단은 니들펀치에 의해서 상부보호시트와 하부지지시트를 가로지르는 섬유사인 것을 특징으로 하는 바이오 매트.
16. 제 10항 또는 제 15항에 있어서,

    상기 상부보호시트와 하부지지시트는 공극률이 서로 다른 것을 특징으로 하는 바이오 매트.
17. 매립지의 복토층이나 지표면에서 표면 발산되는 메탄가스를 저감하기 위하여 메탄가스가 방출되는 매립지의 복토층이나 지표면 위에 바이오 활성층을 설치하여 호기성 메탄산화미생물을 이용하여 메탄가스를 생물학적으로 분해하는 메탄가스 저감시스템에 있어서,

    상기 바이오 활성층은, 호기성 메탄산화미생물이 활성화되고 메탄가스가 자유롭게 유동할 수 있는 비표면적, 공극률, 투수 계수를 갖고 대기의 온도 변화로부터 메탄산화미생물을 보호할 수 있는 열전도도를 갖는 바이오 메디아로 이루어진 매트 형상의 바이오 메디아층과, 상기 바이오 메디아층을 매트 형상으로 유지하는 상부보호시트 및 하부지지시트와, 상기 상부보호시트, 바이오 메디아층 및 하부지지시트를 서로 결합시키는 결합수단으로 이루어진 바이오 매트를 매립지의 복토층이나 지표면 위에 한 층 또는 여러 층으로 적층 하여 이루어진 것을 특징으로 하는 매립지의 복토층이나 지표면에서 발산되는 메탄가스를 줄이기 위한 메탄가스 저감시스템.
18. 제 17항에 있어서,

    상기 여러 층으로 적층된 바이오 매트 사이에는 공기를 주입하기 위한 공기 주입관이 설치되는 것을 특징으로 하는 매립지의 복토층이나 지표면에서 발산되는 메탄가스를 줄이기 위한 메탄가스 저감시스템.
19. 제 17항에 있어서,

    상기 여러 층으로 적층된 바이오 매트의 상부보호시트와 하부지지시트는 공극률이 서로 다른 것을 특징으로 하는 매립지의 복토층이나 지표면에서 발산되는 메탄가스를 줄이기 위한 메탄가스 저감시스템.
20. 제 17항에 있어서,

    상기 바이오 매트 사이에는 열 매체를 주입하기 위한 히팅관이 설치되는 것을 특징으로 하는 매립지의 복토층이나 지표면에서 발산되는 메탄가스를 줄이기 위한 메탄가스 저감시스템.
21. 제 17항에 있어서,

    상기 바이오 매트의 내부나 여러 층으로 적층된 바이오 매트의 아래에 과산화마그네슘(MgO₂) 또는 과산화칼슘(CaO₂)으로 구성된 산소생성제를 넣는 것을 특징으로 하는 매립지의 복토층이나 지표면에서 발산되는 메탄가스를 줄이기 위한 메탄가스 저감시스템.

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