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ISSN : 2288-9167(Print)
ISSN : 2288-923X(Online)
Journal of Odor and Indoor Environment Vol.24 No.2 pp.144-160
DOI : https://doi.org/10.15250/joie.2025.24.2.144

Odor emission characteristics in solid waste landfills: A review

Kyung-Suk Cho*
Department. of Environmental Science and Engineering, Ewha Womans University
* Corresponding Author: Tel: +82-2-3277-2393 E-mail: kscho@ewha.ac.kr
26/05/2025 19/06/2025 22/06/2025

Abstract


This paper focuses on methods for quantifying landfill gas emissions, including odor, odor generation mechanisms, odor emission characteristics according to the time of waste deposition, and odor measurement data from landfills. This study analyzed the concentration ranges and median values of 22 odor compounds measured at landfill gas collection wells and various landfill surface locations across both domestic and international landfill sites. These locations included active operational areas, final cover surfaces, and leachate treatment zones. The odor with the highest measured concentration at the landfill gas collection well was H2S (with a median value of 818,616 μg m–3). During landfill operations and on the surface of uncovered landfill layers, the concentrations of NH3 (with a median value of 1,613 μg m–3) and H2S (with a median value of 279.5 μg m–3) were found to be high . Concentrations of toluene, xylene, ketones, and sulfide odors were also high at covered landfill surfaces. Additionally, NH3, styrene, and H2S had high concentrations in the leachate treatment area. The odor intensity, measured on the surface of covered sanitary landfills for domestic waste, ranged from 6 to 2,080 μg m–3 (dilution to threshold). The concentrations of NH3 and H2S were relatively high in domestic sanitary landfills. The odorous compounds that contributed the most to odor intensity were nitrogen-containing odors, sulfur-containing odors, and aldehydes. In order to effectively manage landfill odors in the future, research should be continuously conducted to accurately measure and predict odor emission fluxes from landfills. In addition, it will be necessary to develop emission reduction technologies that take into account landfill odor emission characteristics.


Municipal solid waste landfills , Landfill gas , Odor , Emission , Source

생활쓰레기 매립지의 악취 배출 특성에 관한 고찰

조경숙*
이화여자대학교 환경공학과

초록

    © Korean Society of Odor Research and Engineering & Korean Society for Indoor Environment. All rights reserved.

    1. 서 론

    매립은 전 세계적으로 고형 폐기물 처분의 가장 일반적인 방법 중 하나이다(Kaza et al., 2018;Huang et al., 2022;Liu et al., 2025). 특히 저소득 및 중상위 소득 국가에서 가장 일반적인 고형 폐기물의 최종 처분 방법은 매립으로, 전 세계적으로 발생하는 모든 도시고형폐 기물의 약 70%가 매립에 의해 처리되었다(Kaza et al., 2018). 매립지에서 유기성 폐기물은 미생물에 의해 분해되면서 매립가스(landfill gas)가 생성된다. 매립가스의 주성분은 이산화탄소(CO2, 40~45%)와 메탄(CH4, 55~60%)이지만, 황화합물(황화수소(H2S), 메틸메르 캅탄(MM), 다이메틸설파이드(DMS) 등), 질소 화합물(암모니아(NH3), 아민 등), 악취성 휘발성유기화합물(VOCs) 등과 같은 악취를 유발하는 화합물도 포함되어 있다(Zou et al., 2003;Scheutz et al., 2008;Majumdar et al., 2014). 따라서, 매립지는 온실가스(CO2, CH4, 아산화질소(N2O) 등)와 악취의 주요 배출원이다(Cho and Ryu, 2009;Park, 2012;Cheng et al., 2019).

    매립지 악취 관련 민원은 점점 심각한 사회문제가 되고 있으며, 특히 매립지에서 배출되는 악취 중 벤젠, 톨루엔, 다이메틸포름아마이드, 푸란 등과 같은 화합물은 발암성 물질로, 매립지 근무자와 주변 거주민의 건강에 악영향을 미칠 수 있다(Fang et al., 2012;Kim et al., 2014;Yun et al., 2017). 매립되는 폐기물의 조성, 매립 방식, 매립지의 지질지리학적 특성, 기상 조건 등 에 따라 매립지에서 배출되는 악취 조성 및 농도가 큰 차이가 있는 것으로 보고되고 있다(Liu et al., 2015;Wenjing, et al. 2015;Brancher et al., 2019;Zhang et al., 2021). 중국의 가장 큰 매립지 중 하나인 광저우의 생활쓰레기 매립지에서 매립작업별로 악취 배출량을 측정 비교하였다(Zhang et al., 2021). 그 결과, 폐기물 수거 차량에서 폐기물을 하역하여 쌓아두는 장소에서의 악취 배출속도는 45.79~603.69 OU (Odor Unit) m–2 s–1, 평균값은 202.62±206.41 OU m–2 s–1로 가장 높았다. 폐기물을 매립지에 투기하고 불도저로 압축하고 다지는 매립 작업 중 악취 배출 속도는 19.08~814.36 OU m–2 s–1(평균값 143.15±142.35 OU m–2 s–1)이었다. 일일 매립한 폐기물 표면을 HDPE(High-density polyethylene) 시트로 완전히 덮은 후 매립 작업이 전혀 진행되지 않은 저녁 8시에서 익일 새벽 4시 사이에 측정한 악취 배출 속도는 25.75~144.82 OU m–2 s–1, 평균값은 74.07±34.27 OU m–2 s–1이었다. 매립지 표면을 HDPE 시트로 덮어 놓음으로써 악취 배출을 줄일 수 있음을 확인 할 수 있었다. 그런데 익일 아침에 매립 작업을 위해 HDPE 시트를 벗겨내는 작업 중 배출되는 악취 배출속도는 45.79~347.38 OU m–2 s–1(평균값 140.93 ±87.22 OU m–2 s–1)로, 폐기물 매립 작업 중 배출되는 악취 속도와 거의 비슷하였다.

    매립지 악취를 관리하고 저감 대책을 수립하기 위해서는 매립지의 악취 발생기작, 악취 농도 등 정성적·정량적 정보가 기본적으로 필요하다. 이러한 정보를 토대로 매립지로부터 악취 발생량을 예측하고, 관리 정책 및 저감 기술의 도입 전략을 효율적으로 수립할 수 있다. 따라서, 본 총설 논문에서는 악취를 포함하여 매립 가스 발생량을 정량화할 수 있는 측정 방법별 장단점을 정리하고, 매립가스 중 악취 발생 특성을 정리하였다. 또한, 국내외 매립지에서 측정한 악취 농도를 분석하여 매립지 악취 배출 특성과 악취 기여도가 높은 화합물 종류를 평가하였다.

    2. 매립가스 배출량 정량화 방법

    매립가스 배출량을 정량화하기 위해 사용되는 기술은 측정 범위에 따라 Fig. 1과 같이 분류할 수 있다 (Mønster et al., 2019).

    2.1 정성적인 정찰 방법(Qualitative reconnaissance method)

    정성적인 정찰 기술(qualitative reconnaissance techniques)은 매립가스가 많이 배출되는 핫스팟(hot spot)을 찾거나, 매립지 표면에서 특정 화합물의 농도를 주기적으로 모니터링하기 위해 휴대용 가스 센서를 이용하거나 가스를 포집하여 분석장치를 이용하여 측정하는 방법이다(Gonzalez-Valencia et al., 2015;Lando et al., 2017). 일반적으로 매립지 표면에서 측정한 특정 화합물의 농도는 이 화합물의 배출량과 상관관계가 없기 때문에, 이 방법으로는 매립가스 플럭스(flux)를 측정할 수 없다(Gonzalez-Valencia et al., 2015;Lando et al., 2017).

    2.2 챔버 방법(Chamber method)

    매립지 표면에서 매립가스 배출량을 측정하는데 많이 이용되는 방법은 챔버(chamber) 법으로, 소규모 매립지 또는 균질한 배출량을 가진 매립지의 배출량을 정량화하는 데 적합하다(Aghdam et al., 2018). 이 방법은 정적 챔버법(static chamber)과 동적 챔버법(dynamic chamber)으로 구분된다. 정적 챔버법은 특정 매립지 표면에 챔버를 설치하여 시간에 따른 챔버 내 가스 농도 변화를 측정하는 방법으로, 일반적으로 1시간 이내에 측정이 완료된다. 측정하는 지점이 핫스팟이 포함되지 않으면 매립지 전체의 매립가스 배출량이 과소평가 될 수도 있고, 핫스팟이 많이 포함되면 과대평가 될 수 있다(Conen and Smith, 2000;Christophersen and Kjeldsen, 2001;Scheutz et al., 2008;Scheutz et al., 2011). 동적 챔버법은 매립지 표면에 챔버를 설치하고 공기나 합성 캐리어 가스를 지속적으로 챔버 내부에 불어넣으면서 유출 가스 중 특정 화합물의 농도를 측정하여 플럭스를 측정하는 방법이다. 챔버 내부 가스가 캐리어 가스로 희석되기 때문에 매우 낮은 플럭스는 정량화하기 어렵다(Huber-Humer and Lechner, 2001;Hutchinson and Livingston, 2001).

    2.3 에디 공분산 방법(Eddy covariance method)

    에디 공분산(Eddy covariance) 방법은 지표와 대기 사이에서 가스의 난류 이동을 측정하는 방법으로, 경관적 규모(landscape-sclae)의 플럭스를 통합적으로 측정 할 수 있는 방법이다. 이 방법은 균일한 배출이 있는 평평한 지형의 매립지에 적합한 방법으로, 변화하는 대기 조건에서 장기 및 단기간 매립가스 배출량을 측정 하는데 유용한 방법이다(Schroth et al., 2012;Xu et al., 2014).

    2.4 방사형 플룸 매핑 방법(Radial plume mapping method)

    방사형 플룸 매핑(Radial plume mapping) 방법은 1990년대 후반에 개발된 방법으로, 하나 이상의 레이저와 거울을 사용하여 하풍(downwind)과 교차 플룸(crossplume) 농도를 측정한다. 측정 결과와 모델링한 풍향 프로파일과 결합하여 상풍(upwind) 지역 표면의 매립가스 배출량을 계산할 수 있다. 레이저 측정값은 가시성에 따라 달라지므로 매립지 지형에 따라 달라질 수 있으므로, 전체 매립지 측정을 위해서는 여러 번의 측정할 필요가 있다(Hashmonay et al., 2001;Abichou et al., 2010;Goldsmith et al., 2012).

    2.5 항공 물질수지 방법(Aerial mass balance method)

    항공 측정을 사용한 물질수지 방법은 전체 매립지의 매립가스 배출량을 측정 할 수 있는 방법이다. 매립가스 중 특정 화합물의 농도를 항공기를 사용하여 매립지에서 하풍 플룸(downwind plume)을 가로질러 측정하고, 측정된 농도를 기반으로 2D 평면의 농도를 모델링하고 여기에 대기 자료를 결합하여 2D 평면에서의 특정 가스의 플럭스를 계산하는 방법이다. 이 방법은 정확한 기상 데이터와 고정밀 계측기를 부착한 항공기가 필요하다(Cambaliza et al., 2017;Allen et al., 2019).

    2.6 추적 가스 분산 방법(Tracer gas dispersion method)

    추적 가스 분산(tracer gas dispersion) 방법은 정적 방법과 동적 방법으로 구분된다. 정적 추적 가스 분산법은 하류 플룸의 한 개 이상의 고정 지점에서 특정 화합물 농도와 추적 가스를 동시에 측정한다. 정적 추적 가스 방법은 매립지에서 특정 화합물 배출량 측정에 많이 사용되었으나, 점점 동적 추적 가스 분산 방법으로 대체되고 있다(Galle et al., 2001;Börjesson et al., 2007). 동적 추적 가스 분산법은 하풍 플룸을 가로질러 운전하면서 특정 화합물 농도와 추적 가스를 측정하는 방법이다(Scheutz et al., 2011;Foster-Wittig et al., 2015a;Foster-Wittig et al., 2015b;Mønster et al., 2015). 추적 가스로 육불화황(SF6) 및 N2O와 같은 강력한 온실 가스가 사용되었으나, 최근에는 아세틸렌(C2H2)이 사용되고 있다.

    2.7 차등 흡수 LiDAR 방법(Differential absorption LiDAR, DIAL method)

    차등 흡수 LiDAR (Differential absorption LiDAR, DIAL) 방법은 레이저를 대기 중으로 발사하고 후방 산란 부분을 측정하고, 측정 결과를 근거로 2D 모델링하고 풍속 및 풍향 결과를 이용하여 특정 화합물의 배출량을 예측하는 방법이다. 이 방법은 비용이 많이 소요되고 데이터 처리가 복잡한 방법으로 주로 석유화학 산업 단지의 VOC 배출량 예측에 활용되었으나, 매립지의 메탄 배출량 정량화에도 활용되었다 (Babilotte et al., 2010;Innocenti et al., 2017;Bourn et al., 2019).

    3. 매립가스 중 미량 화합물 종류, 발생원 및 농도

    매립지에서 배출되는 매립가스의 주성분은 이산화탄소와 메탄이지만, 수백 종의 미량 화합물이 포함되어 있다. 미량 화합물의 부피는 전체 매립가스 부피의 약 1% 정도 차지하는데 이를 미량가스라고 한다(Young and Parker, 1983;US EPA, 1997). 비록 미량가스의 양을 적으나 인간과 주변 환경에 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 미량 화합물 중 악취성 물질은 불쾌감과 건강에 악영향을 미칠 수 있다. 또한, 염화불화탄소와 할로 카본은 오존층을 파괴하는 온실가스이며, 일부 알칸과 방향족 화합물은 대기 중의 질소 산화물과 결합하여 2차 대기 오염 물질을 형성할 수 있다(Canzano et al., 2010).

    3.1 미량 화합물 발생원 및 발생 기작

    매립지에서 미량 화합물의 생성과 배출 과정을 Fig. 2에 도시하였다. 미량 화합물은 매립 폐기물에 포함된 화합물이 직접 휘발되어 생성되거나, 매립 폐기물의 생물학적 분해에 의해 생성 될 수 있다(Duan et al., 2021). 또한, 여러 종류 화합물들의 화학적 혹은 생물학적 반응에 의해 생성되기도 한다(Duan et al., 2021).

    일반적으로 폐기물 발생원에서 폐기물이 수거되어 매립지로 이송되는 동안에는 폐기물 내 환경은 호기성인 것으로 보고되고 있다(Statheropoulos et al., 2005;Tan et al., 2017). 매립지에 폐기물이 매립된 초기에는 산소가 완전히 소모될 때까지 호기적 조건에서 폐기물의 분해가 일어나지만, 그 후 폐기물의 혐기성 생분해가 시작되어 산 생성, 아세트산 생성 및 CH4 생성 단계로 분해가 진행된다. 각 분해 단계에서 발생하는 주요 미량 화합물의 종류를 Fig. 3에 도시하였다(Davoli et al., 2003;Staley et al., 2006;Canzano et al., 2010;Chiriac et al., 2011;Moreno et al., 2014).

    3.2 미량 화합물의 종류, 조성 및 농도

    매립가스 중 미량 화합물은 특성에 따라, 비메탄 유기 화합물(non-methane organic compounds, NMOCs), 비메탄 탄화수소(non-methane hydrocarbons, NMHCs), 휘발성 유기화합물(volatile organic compounds, VOCs), 휘발성 화합물(volatile compounds, VCs) 및 악취 화합물(odorous compounds, OCs)로 분류할 수 있다(Duan et al., 2021). 또한, 화학구조와 기능기에 따라 황 화합물(sulfur compounds, 유기 및 무기 황 화합물), 산소 화합물(oxygenated compounds, 알코올, 케톤, 알데하이드, 에스테르, 아세테이트, 산, 프란, 휘발성 지방산 등), 방향족 화합물(aromatic compounds, 벤 젠환을 가지고 있는 화합물), 지방족 탄화수소(aliphatic hydrocarbons, 직쇄형, 분지형 또는 고리형 알칸 및 알켄), 할로겐화 화합물(halogenated compounds, 불소, 염소, 브롬을 포함한 화합물), 테르펜(terpenes, 5개 탄소로 구성된 이소프렌을 가진 화합물) 및 질소 화합물(nitrogen compounds, 유기 및 무기 질소 화합물)로 분류하기도 한다(Staley et al., 2006;Duan et al., 2021).

    Duan et al. (2021)은 문헌에 보고된 매립가스 중 미량 화합물 농도를 정리하여 보고하였는데, 미량 화합물의 총농도는 103~107 μg m–3로, 매립지 주변 대기 중 미량 화합물 농도보다 103~104배 정도 높았다. 황 화합물과 방향족 화합물의 농도가 가장 높고, 그 다음은 지방 족 탄화수소으로, 이들의 평균 농도 105~106 μg m–3 범위이었다. 산소화 화합물, 테르펜 및 할로겐화 화합물의 농도는 상기 3가지 그룹 화합물의 농도의 약 1/10 수 준이었다. 복토가 완료된 매립지에 비해, 폐기물 매립 작업 중이나 복토가 없는 매립지의 미량가스의 농도가 높았으며, 특히 산소화 화합물의 농도가 상대적으로 높았다. 복토가 완료된 매립지에서는 황 화합물, 방향족 화합물 및 테르펜의 농도가 상대적으로 높았다. 침출수 배출 지역에서는 산소화 화합물과 암모니아 농도가 상대적으로 높았다.

    3.2.1 황 화합물

    매립지에서 황화합물의 거동을 Fig. 4에 도시하였는 데, 무기 황화합물과 유기 황화합물은 여러 종류의 미생물 작용에 의해 다양한 황화합물의 형태로 전환된다 (Zhang et al., 2023;Zhang et al., 2024). 매립가스 중 황화합물은 석고 건식벽체와 같은 황산염이 포함된 폐기물에서 미생물 황산염 환원을 통해 생성되거나, 유기성 폐기물에 포함된 유기 황화합물의 미생물 분해에 의해 생성된다(Zhang et al., 2013;Ko et al., 2015;Chen et al., 2017). DMS 및 다이메틸다이설파이드(DMDS) 와 같은 일부 유기 황화합물은 유기성 폐기물에 함유된 것이 직접 휘발되어 발생 될 수도 있지만, 이런 기작에 의한 발생량은 미생물에 의한 황산염 환원 또는 폐기물 분해 과정에서 생성되는 양에 비하면 매우 적다(Wu et al., 2010).

    매립지에서 폐기물 분해의 초기 단계 동안 많은 양의 유기 황화합물이 생성되고 배출되며(Fig. 3, Kim, 2006;Zhang et al., 2013;Lou et al., 2015), CH4 생성 단계에서는 H2S가 상대적으로 더 많이 생성되고 배출된다. 고온 조건이나 침출수 재순환이 있는 매립지에서는 일반적으로 미생물 활동이 증가하여 황 화합물의 생성 및 배출이 더 많은 것으로 보고되고 있다(Kim, 2006;Moreno et al., 2014;Ko et al., 2015;Tan et al., 2017).

    황 화합물은 대부분의 매립지에서 미량 화합물 중 가장 높은 농도로 검출되는 대표 성분이다. Kim et al. (2005), Kim et al. (2006)은 우리나라 매립지 6곳에서 매립가스 배출구에서 황화합물(H2S, MM, DMS, DMDS 및 CS2)의 농도를 측정한 결과, 황화합물의 평균농도는 6.3–3.8 × 106 μg m–3이었고, 황 화합물의 90% 이상은 H2S이었다. 폐기물 매립 연한이 짧은 신생 매립지에서의 H2S 농도는 수십만에서 수백만 μg m–3 이었으나, 매립 연한이 오래되었거나 매립이 종료된 매립지에서의 H2S 농도는 10 μg m–3 미만이었다(Kim, 2006). Moreno et al. (2014)도 매립 연한이 짧은 매립지에서 매립가스 배출구에서 H2S 농도를 측정한 결과, 2.7 × 106 μg m–3로 이었다. 대량의 건설 및 철거 폐기 물을 매립지에 처분하면 석고판에 함유된 높은 농도의 황산염으로 인해 H2S 발생량이 증가하였다(Lee et al., 2006).

    MM과 DMS는 매립가스에 함유된 대표적인 유기황 화합물로, 매립가스 배출구에서의 이들의 농도는 5 × 104 μg m–3 미만이었다. 매립지 표면에서 배출되는 이들의 농도는 H2S 다음으로 높은 농도로 검출되었으나, 경우에 따라서는 H2S 농도보다 높게 검출되는 경우도 있었다(Shon et al., 2005;Song et al., 2007;Duan et al., 2014;Yue et al., 2014).

    3.2.2 질소 화합물

    NH3와 아민은 지질과 단백질이 함유된 식품 및 과일 폐기물, 가축 및 가금류 폐기물 등에 포함된 유기질소 화합물이 분해되면서 생성된다(Fang et al., 2012;Lou et al., 2015). 이들은 폐기물의 C:N 비율이 낮거나 혐기성 조건에서 많이 생성되는데(Kissel et al., 1992), 특히 트라이메틸아민(TMA)은 아미노산의 혐기성 분해로 생성된다(Wilber and Murray, 1990). 매립가스 배출구에서 측정한 NH3 농도는 1.2 × 105~4.8 × 105 μg m–3 로 상대적으로 농도가 높았고(Moreno et al., 2014), 매립 지표면에서 측정한 NH3의 평균 농도는 1.0 × 103~4.0 × 103 μg m–3 이었다(Fang et al., 2012;Fang et al., 2015;Lim et al., 2018;Cheng et al., 2019). 매립지에 하수 슬러지가 유입되면 NH3 농도가 증가하였고(Fang et al., 2012), 침출수 집수조와 처리장 부근에서는 NH3 농도가 높은 경향이 있었다. 매립가스 중 TMA 평균 농도는 33.4 μg m–3 (범위 7.7~252.9 μg m–3 )로 NH3에 비해 상대적으로 매우 낮았다.

    3.2.3 산소화 화합물

    미량 화합물 중 산소화 화합물인 알코올과 케톤계 화합물은 매립된 폐기물의 호기성 대사 중간체로 생성될 수 있으며 혐기성 조건에서도 생성될 수 있다(Young and Parker, 1983;Statheropoulos et al., 2005;Tan et al., 2017). 따라서, 폐기물의 수거, 이송 과정을 포함하여 폐기물 매립 초기 단계에서 이들 화합물이 많이 생성된다(Fig. 3). 매립지에서 폐기물의 분해 과정이 산 생성 및 아세트산 생성 단계에 들어가면 매립 폐기물 중 유기물의 가수분해로 인해 휘발성 지방산(VFAs), 특히 아세트산, 뷰틸산 및 케톤의 발생량이 많아진다. 폐기물의 분해 단계가 메탄 생성 단계로 들어가면 산소화 화합물의 농도는 급격히 떨어진다(Fig. 3). 케톤, 에틸아세테이트 및 VFAs의 평균 농도는 1.1 × 103~3.8 × 104 μg m–3이었고, 플라스틱 폐기물이 많으면 케톤 배출량이 증가할 수 있다(Hodgson et al., 2000;Fang et al., 2012).

    3.2.4 방향족 화합물

    미량 화합물 중 방향족 화합물은 종이 폐기물, 플라스틱 포장재, 용매가 포함된 폐기물, 석유 제품 폐기물 등에서 직접 휘발되어 방출될 수 있다(Komilis et al., 2004;Mustafa et al., 2017). 또한, 리그닌을 포함한 폐기물의 혐기성 분해 과정에서 방향족 화합물이 형성될 수 있다(Wilber and Murray, 1990). 벤젠, 톨루엔, 에틸벤젠 및 쟈일렌은 매립가스 배출구와 매립지 표면에서 빈번하게 검출되는 방향족 화합물로(103~105 μg m–3), 이 중 톨루엔의 농도가 가장 높은 경우가 많았다(Tassi et al., 2009). 그런데, 매립 연한이 오래된 매립지에서의 방향족 화합물 농도는 100 μg m–3 이하이었다(Kim, 2006;Kim et al., 2006).

    3.2.5 지방족 화합물

    매립지에서 포화 및 불포화 지방족 탄화수소는 플라스틱 포장재, 세제, 용매, 냉매, 폐식용유 및 살충제가 분해되어 발생 될 수 있다(Komilis et al., 2004;He et al., 2015). 분자량이 적고 용해도가 낮은 C2~C6 알칸·알켄 화합물은 매립된 폐기물의 초기 분해 단계에서 주로 발생된다(Duan et al., 2014;Tan et al., 2017). 반면 분자량이 큰 C6 이상의 알칸·알켄 화합물은 메탄 생산 단계에서 많이 발생된다(Chiriac et al., 2011;Zhang et al., 2012). 노난, 데칸, 우데칸 및 도데칸은 매립가스에서 검출되는 화합물로, 농도는 103~105 μg m–3로 보고되고 있다.

    3.2.6 할로겐화 화합물

    할로겐화 화합물은 드라이클리닝 용제, 냉매, 에어로졸, 거품 발생제, 연질 폼 플라스틱, 페인트 제거제 등으로부터 직접 휘발되기도 하고(Young and Parker, 1983;Slack et al., 2005;Liu et al., 2017), 고분자 할로겐화 화합물이 분해되어 저분자 할로겐화 화합물이 생성되기도 한다(Vogel and McCarty, 1985;Scheutz et al., 2010). 다른 미량 가스와 비교할 때 매립가스 중 할로겐화 화합물의 비율은 낮으며, 이들의 평균 농도는 0.1~104 μg m–3 범위이었다. 매립가스에서 검출되는 대표적인 할로겐화 화합물은 테트라클로로메탄, 1,2- 디클로로에틸렌, 트리클로로에틸렌, 테트라클로로에틸렌 및 클로로벤젠이다(Chiriac et al., 2007;Tassi et al., 2009).

    4. 매립지 악취 배출 특성

    국내외 매립지에서 측정한 악취 농도 자료 중, 국내 악취방지법에 의해 규제되고 있는 22종 화합물 중심으로 악취 배출 특성을 고찰하였다.

    4.1 가스 배출 지점별 악취 농도

    국내외 매립지에서 매립가스 추출공과 매립지 표면 (매립 작업 중, 복토 표면 및 침출수 처리 지역) 위에서 측정한 22종 악취 농도 범위와 중간값을 Table 1에 정리하였다(Davoli et al., 2003;Zou et al., 2003;Kim et al., 2005;Shon et al., 2005;Dincer et al., 2006;Kim, 2006;Kim et al., 2006;Chiriac et al., 2007;Kim et al., 2008;Sadowska-Rociek et al., 2009;Takuwa et al., 2009;Tassi et al., 2009;Fang et al., 2012;Ying et al., 2012;González et al., 2013;Duan et al., 2014;Moreno et al., 2014;Ning et al., 2015;Cheng et al., 2019;Wang et al., 2019;Yao et al., 2019;Duan et al., 2021). 매립가스 추출공에서 측정한 H2S 농도 범위는 6.30-3,828,188 μg m–3 (중간값 818,616 μg m–3)로, 22 종 화합물 중 H2S의 농도가 가장 높았다. H2S 이외에 MM, DMS 및 DMDS의 중간값도 각각 6,081, 12,880 및 835.8 μg m–3로 황화계 악취의 농도가 상대적으로 높았다. 매립가스 추출공에서 측정한 NH3의 농도 범위는 10.7-299,805 μg m–3이고, 중간값은 100,131 μg m–3 이었다. 또한, 방향족 악취인 톨루엔과 쟈일렌의 검출 농도의 중간값은 각각 215,627 및 166,852 μg m–3로 상대적으로 높은 수준이었다.

    폐기물 매립 작업 중 혹은 복토를 하지 않는 폐기물 매립층 표면 위에서 측정한 각 물질별 악취 농도를 비교한 결과, NH3 농도의 중간값(1,613 μg m–3)이 상대적으로 가장 높았고, 그 다음 H2S의 농도가 높았다(중간값 279.5 μg m–3). 복토층 표면 위에서 측정한 악취 측정값은 톨루엔(중간값 150.6 μg m–3)과 쟈일렌(중간 값 82.29 μg m–3)이 상대적으로 높았고, 케톤류와 황화계 악취 농도도 높았다. 침출수 처리 지역에서 측정한 악취 농도 중, NH3 농도(중간값 2,325 μg m–3)가 상대적으로 가장 높았고, 스틸렌(중간값 289.4 μg m–3) 및 H2S(중간값 195.7 μg m–3)의 농도가 높았다.

    4.2 국내 위생매립지 복토층의 악취 배출 특성

    수도권 매립지을 비롯하여 국내 위생매립지의 복토 층 표면에서 측정한 악취 농도를 Table 2에 정리하였다 (Son et al., 2007;Jeon et al., 2014;Yun et al., 2017). Jeon et al. (2014)는 매립지 입지 위치별(내륙 혹은 해안 지역), 매립 규모별(수도권, 광역도시 혹은 소도시) 로 생활쓰레기의 매립이 진행 중인 9곳의 위생매립지를 선정하여 조사하였다(수도권, 부산, 대구, 대전, 여수, 통영, 서산, 춘천, 충주 매립지). Son et al. (2007)은 춘천에 위치한 생활쓰레기를 매립하고 있는 위생매립지에서, Yun et al. (2017)은 전남 소재 생활쓰레기 위생 매립지에서 악취 농도를 측정하였다.

    관능법으로 측정한 복합악취 강도는 공기희석배수로 최소 6에서 최고 2,080이었다. 국내 위생매립지의 특성에 따라 악취 농도의 차이는 보였지만, NH3와 H2S의 농도가 상대적으로 높았다. 복토층 위에서 측정한 NH3 의 중간값은 54.4에서 15,480.8 ppb 이었고, H2S 중간 값의 범위는 1.0~212.1 ppb이었다. 질소계 악취인 트리 메틸아민(중간값 0.1~83.4 ppb)과 황화계 악취인 MM (중간값 0.2~54.8 ppb), DMS(중간값 0.2~75.6 ppb) 및 DMDS(중간값 0.1~11.9 ppb)도 거의 모든 매립지에서 검출되었다. 알데히드계 악취로 아세트알데히드, 프로핀알데히드 및 부틸알데히드가 주로 검출되었다.

    국내 위생매립지에서 복합악취 강도에 기여하는 악취 화합물별 기여도를 계산한 결과를 Table 3에 정리하였다. 대부분의 위생매립지에서 복합악취 강도에 기여율이 높은 악취는 질소계 악취(트리메틸아민 및 NH3), 황화계 악취(H2S, MM, DMS 및 DMDS)와 알데히드계 악취(아세트알데히드, 부틸알데히드, 프로핀알데히드 및 이소발레르알데히드)이었다.

    국내 위생매립지의 복토층 표면에서의 배출되는 복합악취의 배출계수는 337~60,316 OU (Odor unit) m–2 d–1 범위이고, 악취물질의 배출계수는 4.7~361.9 mg m–2 d–1로 보고되었다(Jeon et al., 2014). 이탈리아 위생 매립지 복토층 표면에서 측정한 복합악취 배출계수는 2,592~104,544 OU m–2 d–1이었다(Capelli and Sironi, 2018;Zhang et al., 2021). 중국 위생매립지의 일일복토와 중간복토 표면의 악취물질 배출계수는 각각 1,551와 539 mg m–2 d–1이었다(Du et al., 2023).

    4.3 매립지 Odor Wheel 정보를 통한 악취 특성

    다양한 냄새를 시각적으로 표현하여 냄새를 분류하고 분석하는 데 사용되는 도구인 odor wheel은 특정 냄새를 묘사하고 냄새 원인 물질을 파악하는데 유용하다. 매립지에 배출되는 악취의 화학적 정보와 함께 사람들이 해당 악취를 어떻게 느끼는지에 대한 후각적 정보를 동시에 제공하는 매립지 Odor Wheel (Table 4)이 선 행연구자에 의해 제안되었다(Decottignies et al., 2009). 매립지에서 배출되는 악취 중, 양배추, 양파와 같은 야채류 썩은 냄새나 달걀 썩은 냄새를 물질은 DMS, DMDS, MM, 다이메틸 트라이설파이드, 알릴 메르캅 탄 및 H2S와 같은 황화계 악취이었다. 이 중 H2S, MM, DMS 및 DMDS는 매립지에서 빈번하게 검출되며 악취 기여도가 높은 물질이다. 암모니아 냄새와 생선 비린내를 유발하는 매립지 악취 물질로서 NH3, 다이메틸 아민 및 메틸 아민이 검출되었다. 분뇨와 하수 냄새 유발 물질로 인돌과 스카톨이, 용매와 석유 냄새 범주에 속하는 악취 물질로서 메틸 메타크릴레이트, 톨루엔, m-쟈일렌, 스틸렌, 쿠멘 및 에틸벤젠이 검출되었다. 흙 냄새와 곰팡이 냄새 유발 물질로서 자스민, 2-메틸 이 소보르네올, 2,4,6-트라이클로로아니솔, cis-3-헥센-1-올, 및 β-사이크로시트랄이 검출되었다. 테르펜, 파인 및 담배 냄새 유발 물질은 α-피넨, β-피넨, 멘톨 및 β-사이크로시트랄로 밝혀졌다. 과일 냄새와 달콤한 냄새 유발 물질로 d-리모넨, 메틸 에틸 케톤, 뷰틸알데하이드 및 아세트알데하이드가 매립지에서 검출되었다. 훈제 냄새 등 탄내 유발 물질로 구아이아콜 및 피란이, 부패한 동물사체 냄새 유발 물질로 피리딘, 푸트레신 및 카다베린이 검출되었다. 산패한 냄새 범주에 속하는 악취 물질로서 헵타날, 뷰틸산, 프로피온산 및 아세트산와 같은 유기산이 매립지 악취 물질로 검출되었다. 질량 가스크로마토그래피(GC-MS)에 냄새 탐지 포트(odor detection ports, ODP)를 결합한 GC-MS olfactometry(GC-MS/O)로는 후각적으로는 검출되었으나 기기분석법으로 거의 검출이 되지 않았던 화합물이 검출되었다. 이는 이들 화합물은 기기분석 장비의 검출한계 미만의 농도로 배출되었기 때문으로 사료된다(Fisher et al., 2018;Cho, 2024).

    5. 결 론

    매립지의 악취 발생기작 및 악취 배출 관련 정성적· 정량적 정보는 매립지 악취를 관리하고 저감 대책을 수립하기 위해 필요하다. 본 총설 논문에서는 악취를 포함하여 매립가스 발생량의 정량화 방법, 악취 발생 기작, 폐기물의 매립 시간에 따른 악취 배출 특성, 그리고 국내외 매립지에서 악취를 측정한 선행연구 결과를 취합 정리하고 분석하였다.

    악취를 포함한 매립가스 배출량을 정량화하기 위한 방법은 측정 범위에 따라, 정성적인 정찰 방법, 챔버 방법, 에디 공분산 방법, 방사형 플룸 매핑 방법, 항공물질 수지 방법, 추적 가스 분산 방법 및 차등 흡수 LiDAR 방법 등이 있다. 챔버 방법은 약 1 m2 범위, 에디 공분산 방법은 약 100 m2 범위, 추적 가스 분산 방법은 매립지 전체를 대상으로 매립가스 배출량 측정에 적합하다.

    매립지 악취는 매립 폐기물에 포함된 화합물이 직접 휘발되어 생성되거나, 매립 폐기물의 생물학적 분해에 의해 생성 되거나, 여러 종류 화합물들의 화학적 혹은 생물학적 반응에 의해 생성되기도 한다. 폐기물의 매립 초기단계부터 산생성단계까지는 알코올계, 에테르계, 케톤계, 지방산계, 유기황화합물계 및 분자량이 작은 알칸계/알켄계(C2~C5) 악취가 주로 배출되는 경향이 있다. 그런데, 메탄생성단계에서는 H2S, 방향족계 및 분자량이 큰 알칸계/알켄계(>C6) 악취가 많이 배출되는 경향이 있다.

    국내외 매립지에서 매립가스 추출공과 매립지 표면 (매립 작업 중, 복토 표면 및 침출수 처리 지역) 위에서 측정한 22종 악취 농도 범위와 중간값을 분석하였다. 그 결과, 매립가스 추출공에서 가장 높은 농도도 측정된 악취는 H2S이었다(중간값 818,616 μg m–3). 매립 작업 중 혹은 복토를 하지 않는 폐기물 매립층 표면 위에서는 NH3(중간값 1,613 μg m–3)와 H2S의 농도가 높았다(중간값 279.5 μg m–3). 복토층 표면 위에서는 톨루엔, 쟈일렌, 케톤류와 황화계 악취가, 침출수 처리 지역에서는 NH3, 스틸렌 및 H2S의 농도가 높았다. 국내 위생매립지의 복토층 표면에서 측정한 복합악취 강도는 공기희석배수로 최소 6에서 최고 2,080이었다. 국내 위생매립지의 특성에 따라 악취 농도의 차이는 보였지만, NH3 (54.4-15,480.8 ppb)와 H2S (1.0~212.1 ppb)의 농도가 상대적으로 높았다. 복합악취 강도에 기여율이 높은 악취는 질소계 악취, 황화계 악취와 알데히드계 악취이었다.

    매립지의 악취 배출 특성은 공간적 뿐 아니라 시간적으로 성상 및 농도의 변화가 심하기 때문에, 악취 배출 특성을 좀 더 정확하게 파악하기 위해서는 실시간으로 지속적으로 측정할 필요가 있다. 기존 악취 측정 방법과 비교할 때 전자코(e-nose)는 휴대하기 편리하고 비용이 상대적으로 낮으며 연속적인 데이터 제공이 가능하기 때문에, 불연속적이고 가변적인 매립지 악취를 지속적으로 측정하는데 유용한 방법으로 주목받고 있다 (Lotesoriere et al., 2024). 매립지의 악취 배출은 폐기물 성상 및 양, 분해 단계, 수분함량 및 기상 조건 등 여러 요인의 영향을 동시에 받기 때문에, 종래의 방법으로 악취 배출 메커니즘을 규명하고 방출 속도를 정량화 하는 것은 매우 어렵다. 따라서, 최근에는 통계적 및 수학적 접근법을 기반으로 하는 인공지능 기술을 활용하여 매립지 악취 배출 특성을 규명하고 배출계수를 정량화하고자 하는 연구도 진행되고 있다(Xu et al., 2022).

    생활쓰레기 직매립 금지는 수도권(2026년)부터 시작 해 전국(2030년)으로 확대될 예정이다. 매립되는 폐기물 성상은 악취 배출에 가장 크게 영향을 미치는 인자 중 하나이므로, 직매립 금지 정책이 매립지 악취 배출에 미치는 영향을 지속적으로 모니터링 하는 것이 필요하다. 또한, 매립지에서 배출되는 악취의 정성적 배출 특성에 대한 선행연구에 비해 정량적 악취 배출량 측정 연구는 많이 부족한 상황이다. 매립지의 악취 배출 관련 정량적 정보는 매립지에서 배출되는 악취가 주변 지역에 미치는 영향을 정확하게 평가하고, 저감 대책의 우선 순위를 결정하는데 매우 중요하다. 따라서, 매립 지에서 악취 배출 배출량을 정확하게 측정하고 예측하는 연구와 더불어 매립지 악취 배출 특성을 고려한 저감 기술 개발에 대한 지속적인 연구가 필요하다.

    감사의 글

    This study was supported by the National Research Foundation of Korea (NRF) grant funded by the Korea government, the Ministry of Science and ICT (MSIT) (No. 2022R1A2C2006615). This research was supported by Particulate Matter Management Specialized Graduate Program through the Korea Environmental Industry & Technology Institute (KEITI) funded by the Ministry of Environment (MOE).

    <저자정보>

    조경숙(교수)

    Figure

    JOIE-24-2-144_F1.gif

    Methods for quantifying landfill gas emissions (Mønster et al., 2019).

    JOIE-24-2-144_F2.gif

    Generation mechanism of trace gases in landfills (Duan et al., 2021).

    JOIE-24-2-144_F3.gif

    Time profiling of trace gases during wastes decomposition in landfills (Duan et al., 2021).

    JOIE-24-2-144_F4.gif

    Fate of sulfur compounds in landfills (Zhang et al., 2024).

    Table

    Odor concentrations measured at different sites in landfills (Davoli et al., 2003;Zou et al., 2003;Kim et al., 2005;Shon et al., 2005;Dincer et al., 2006;Kim, 2006;Kim et al., 2006;Chiriac et al., 2007;Kim et al., 2008;Cheng et al., 2019;Sadowska-Rociek et al., 2009;Takuwa et al., 2009;Tassi et al., 2009;Fang et al., 2012;Ying et al., 2012; González et al., 2013; Duan et al., 2014;Moreno et al., 2014;Ning et al., 2015;Wang et al., 2019;Yao et al., 2019;Duan et al., 2021)

    Odor concentrations measured on domestic landfill surface (Son et al., 2007;Jeon et al., 2014;Yun et al., 2017)

    Odor compounds contributed to odor quotient in domestic landfils (Jeon et al., 2014;Yun et al., 2017)

    Landfill odor showing odor category, odor descriptor and potential odorant (Decottignies et al., 2009)

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