지구의 표면온도는 지난 150 년 동안 0.5 ℃ 증가하였고, 이러한 평균기온의 상승은 부분적으로 지구온난화 가스의 농도 증가로 인한 것이라는 것이 정설로 받아들여지고 있다. 지구온난화 가스 중 CH4은 GWP가 CO2에 비해 21 배나 크며, 인위적 발생원에 의한 전체 지구온난화의 약 22%가 CH4에 의한 것이라 보고되고 있다. 이 중 폐기물 매립지는 가장 큰 CH4 발생원이다. 하지만 CH4의 일정 부분은 매립지의 복토층을 통하여 대기 중으로 발산되기 전 생물학적 반응을 통해 산화되는 것으로 알려져 있으며, 이러한 생물학적 반응은 매립지의 표면을 통한 CH4의 대기 발산량을 저감시키는 하나의 대안으로 고려되고 있다. 많은 연구자들에 의해 매립지의 복토층을 통한 CH4 발산량을 산정하는 수학적 모델이 개발되어 왔지만, IPCC에 따르면 생물학적 산화과정에 대한 신뢰성있는 모델이 없기 때문에 CH4의 전체 발산량 추정에 있어 토양에서의 CH4 산화를 고려할 수 없다고 한다. 따라서 본 연구에서는 kinetic parameter나 porosity 등과 같이 쉽게 얻을 수 있는 몇몇 인자들을 이용해 매립지 최종복토층에서 methanotrophs에 의한 생물학적인 CH4 산화와 이에 필요한 O2의 확산을 고려한 매립가스의 수직 분포와 최종 발산량을 알아내는 것을 목적으로 하였다. 회분식 실험을 통해 토양내에서의 각 가스의 확산계수와 생물학적 반응 상수를 구하였고, 매립지의 복ㄱ토층을 모사하는 주상 실험을 통해 깊이별 가스의 농도 분포화 CH4 표면 발산량 등을 구하였다. 그리고 CH4과 O2 농도의 수직 분포와 CH4의 표면 발산량을 예측하는 수학적 모델을 개발하였다. 컬럼 해체 후 깊이별로 methanotrophs의 생물학적 반응 상수를 구한 결과 CH4의 최대 산화율은 37.06~7596.91 nmol kgsoil-DW-1S-1 이었고,  이것은 O2의 농도 분포와 일치함을 알 수 있었다. 약 28일의 컬럼 운전 후 함수율과 유기물 함량의 변화량을 측정하였다. t-검정 결과, 함수율은 변화가 없었고 유기물 함량은 실험 후 증가하였다. 주상 실험 결과, 컬럼의 하부에서 주입하는 가스의 유량이 증가함에 따라 주입 반대 방향으로 이루어지는 O2의 확산이 작게 측정되었다. 이는 매립지 내부와 외부의 압력 차이에 따라 O2의 확산이 영향을 받음을 의미하고, 이러한 점은 매립지 표면을 통해 발산하는 CH4의 정량화 방법의 개선에 도움을 줄 수 있다. 수학적 모델을 통해 매립 가스의 주입 유량과 상대확산계수의 민감도를 분석한 결과, 매립 가스의 주입유량은 표면 발산량에 영향을 많이 주고, CH4 산화량과 산화율에 큰 영향을 주는 것은 상대 확산계수로 나타났다. 이것은 토양의 공극률이 O2가 확산되는 깊이에 영향을 주기 때문이다.

주요어 : 폐기물매립지 최종복토층, 매립가스, CH4 산화, O2 확산, 확산 계수, 물질이동