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대도시는 필연적으로 엄청난 양의 쓰레기 처리 문제에 직면하게 됩니다. 이 문제를 해결하는 가장 보편적인 방법은 도시 외곽이나 적절한 위치에 쓰레기 매립지를 조성하는 것입니다. 하지만 여기에는 단순히 땅을 파고 쓰레기를 버리는 일 이상의 복잡한 공학적 과정이 필요합니다.

이곳은 서울 마포구의 월드컵공원 안의 하늘공원입니다. 난초와 지초가 만발해 난지도라 불렸던 곳, 한강 서쪽 변에 위치한 여의도만 한 꽃섬이 1978년부터 1993년까지 15년간 서울의 쓰레기를 매립하며 높이가 거의 100m나 되는 거대한 쓰레기 산이 되었습니다. 그러다가 2002년 한일 월드컵축구대회의 개막식이 상암의 서울월드컵경기장으로 결정되면서, 쓰레기 산 난지도가 새로운 모습으로 바뀌게 됩니다. 불모의 땅이 생명이 숨 쉬는 땅으로 복원되면서 하늘공원과 노을공원의 쓰레기 침출수는 정화 후 한강에 방류되며, 매립가스는 인근지역의 난방에 사용되고 있습니다. (그림 및 글 출처)

이제부터는 구독자 410만 채널인 <Practical Engineering>의 The Hidden Engineering of Landfills 영상과 서울시의 월드컵공원 소개 자료를 바탕으로, 쓰레기 매립지와 관련된 다양한 공학 이야기들을 탐구해 봅시다. 이어지는 글은 이 영상의 스크립트를 우리말로 번역하고 스냅샷을 적절히 삽입하여 작성했습니다. 하늘공원(과 노을공원) 관련 이야기를 살짝씩 섞고 일부 내용은 글로 읽기 편하도록 임의로 편집했음을 미리 말씀드립니다.

이곳은 캘리포니아주 LA 외곽의 푸엔테 힐스 매립지입니다. 1957년에 처음으로 쓰레기가 이곳에 버려졌고, 그 후에도 계속 트럭이 들락거렸습니다. 지난 50여 년 동안 LA 카운티에서 무언가를 버렸다면 이 쓰레기 산 어딘가에 묻혀 있을 가능성이 높습니다. 심할 때는 매년 약 400만 톤의 쓰레기가 버려진 미국에서 가장 큰 쓰레기 매립지였습니다.

2013년에 폐쇄되면서 56년 동안의 도시인의 일상과 소비 패턴이 담긴 타임캡슐이 탄생했습니다. 하지만 푸엔테 힐스는 매립지 공학 그 자체의 타임캡슐이기도 합니다.

고형 폐기물 산업의 핵심은 ‘환경이나 공중 보건에 심각한 악영향을 주지 않으면서 버릴 수 있는 능력’을 갖추는 것입니다. 재활용할 수 있는 쓰레기도 있지만, 보관할 가치가 없는 폐기물은 항상 존재합니다. 쓰레기는 인간이 살아가는 데 있어 피할 수 없는 요소입니다. 그리고 이 쓰레기 처리가 얼마나 복잡한 문제인지 알게 되면 놀라실 겁니다. 1950년대에 푸엔테 힐스 매립지가 처음 문을 열었을 때는 단순히 쓰레기를 버리는 땅구덩이에 불과했습니다. 하지만 매립지가 폐쇄될 무렵에는 쓰레기를 버리는 ‘고도로 설계된’ 땅구덩이가 되었습니다.

이 미친 세상에는 온갖 쓰레기가 있지만, 그중 비중이 가장 큰 건 바로 여러분과 제가 쓰레기통에 버리는 물건들입니다. 이 폐기물들은 일반적으로 도시 수준에서 수거가 이루어지기 때문에 전문 용어로 ‘도시 고형 폐기물’이라고 합니다. 수거된 쓰레기를 관리하는 방법은 여러 가지이고, 그중 가장 보편적인 방법은 매립지에 묻는 것입니다. 그리고 매립지 엔지니어링에서는 매립지를 어디에 만들지가 매우 중요합니다. 저장할 수 있는 폐기물의 양을 최대로 늘리면서 비용과 환경에 미치는 영향을 최소로 줄여야 하므로 적합한 부지 선정 문제는 거대한 기하학 문제로 변합니다.

당연히 구덩이를 팔 거라고 짐작하시겠죠? 하지만 구덩이 파기는 비용이 많이 들고, 파지 않으면 아무런 비용도 들지 않는다는 점을 생각해 보세요. 흙을 파내어 쓰레기로 대체하기 위해 수천 톤의 흙을 파내고 다시 다른 곳으로 운반하는 일 모두에 비용이 듭니다. 또한 지하수 수위도 고려하고 지질도 적합해야 합니다. 지하 깊은 곳에 무언가를 건설하고 작업해야 하는 어려움도 피해야 합니다. 그렇기 때문에 대부분의 매립지는 땅 위의 공중 공간(air space)에 지어집니다.

한편, 위쪽으로는 한계가 없어 보이지만 무엇이든 탑을 높게 쌓아본 사람이라면 잘 알 것입니다. 쓰레기 더미가 높아질수록 안정성이 떨어지기 때문에 경사를 완만하게 줄여야 합니다. 그리고 바닥에 가해지는 압력도 높아져 침하와 시설물 파손으로 이어질 수 있습니다. 시각적인 문제도 있습니다. 쓰레기 더미는 커질수록 점점 더 큰 흉물이 되어갈 뿐입니다.

매립지에는 먹이를 찾는 새들이 몰려들 수 있으므로 공항에 너무 가까워서는 안 됩니다. 또한 집, 공원, 놀이터처럼 사람들이 모이는 장소와도 거리를 유지해야 합니다. 범람원과 야생동물 서식지 역시 피해야 할 곳입니다. 그리고 쓰레기를 버릴 부지만 필요한 것이 아닙니다. 들어오고 나가는 트럭의 무게를 재는 저울 설비, 각종 공사 장비를 보관할 창고, 거의 쉬지 않고 드나드는 엄청난 수의 트럭들을 감당할 정도의 공간과 교통 시스템도 확보해야 합니다. 그러니 지질학, 지리학, 정치학, 고고학, 홍보학, 생물학 등 온갖 공학 관련 학위를 취득한다면 매립지를 선정할 때 많은 도움이 될 것입니다.

매립지를 확보했다고 해서 쓰레기를 마구 버릴 수는 없습니다. 그 이유를 보여드리겠습니다. 구덩이를 파고 쓰레기를 버리기 시작하겠습니다. 아직까지는 큰 문제가 없습니다. 하지만 곧 비가 올 거예요.

문제가 즉시 나타나지는 않습니다. 물론 위 사진은 비라기보다는 홍수에 가깝지만, 요점은 분명합니다. 이 모든 물은 쓰레기들 사이의 틈을 통해 바닥으로 내려와 결국에는 밑바닥의 토양으로 스며들 것입니다. 당연한 이야기일 수 있지만, 어쨌든 말씀드리겠습니다. 우리는 ‘쓰레기 주스’가 토양으로 스며드는 것을 결코 원하지 않습니다. 가장 큰 이유는 지하수 오염 때문이고, 나아가 매립지의 한계 용량을 넘어서면 온갖 환경 문제로 이어질 수 있기 때문입니다.

따라서 현대의 매립지에서는 바닥을 특수 처리하여 폐기물과 밑바닥 토양을 분리합니다. 이를 바닥 라이너(bottom liner)라고 합니다. 보통은 두꺼운 플라스틱 시트를 조심스럽게 덧대고 용접하여 차수막을 만듭니다. 플라스틱 용접부 사이에도 공기압을 테스트하여 누수가 없는지 확인합니다. 두꺼운 점토를 압축하여 차수층을 만드는 방법도 있습니다. 사실 대부분은 두 기술을 혼용하여 서로 다른 차수층이 겹쳐 있는 복잡한 구조가 만들어집니다.

하지만 이상의 해법에는 여전히 문제가 있을 수 있습니다. 이제 비가 오면 매립지가 물로 가득 차게 됩니다. 그러면 안정성과 침하 문제가 생깁니다. 습기로 인해 쓰레기가 더 빨리 부패하여 악취가 나고 온도도 높아집니다. 게다가 매립지 위에서 작업을 수행하기도 어려워집니다. 쓰레기 늪이 형성되어 트럭이 쓰레기를 쏟아버릴 방법이 사라지기 때문이죠.

따라서 쓰레기 주스를 밑바닥 토양으로 스며들지 않게 하면서 동시에 배출할 방법이 필요합니다. 그런데 쓰레기 주스는 전문 용어가 아닙니다. 정확한 용어는 침출수(leachate)이므로 이제부터 침출수라고 하겠습니다. 모든 현대식 매립지에는 폐기물을 최대한 건조하게 유지하고 앞서 언급한 문제들을 피하기 위해 정교한 침출수 배출 시스템이 갖춰져 있습니다. 일반적으로 이 시스템은 구멍이 뚫린 파이프를 모래층에 심어 침출수를 집수정으로 모은 다음 밖으로 배출하는 형태입니다.

이제 배출하는 침출수를 처리하는 문제가 생겼습니다. 그리고 사실 침출수 관리는 매립지 운영비에서 매우 큰 비중을 차지한답니다. 어떤 매립지에서는 침출수를 별도의 오수 처리 공장으로 보내기도 합니다. 어떤 매립지에서는 침전지, 증발, 생물학적 처리를 이용하거나, 심지어 특별한 식물을 이용하여 처리하기 쉬운 다른 폐기물로 바꿔 현장에서 직접 해결하는 방법을 사용하기도 합니다(식물이 만들어낸 폐기물은 다시 매립지에 묻어버리고요).

하늘공원과 노을공원에는 200m 간격으로 총 31개의 집수정을 설치하고, 모아진 침출수를 근처의 침출수 처리장으로 보내 안전하게 정화한 다음 한강으로 흘려보내고 있습니다.

한편, 다음에 고민해야 할 대상은 매립지 바닥에 쌓여 있는 쓰레기 자체입니다. 매립지에서는 ‘부피’가 가장 중요하다는 사실을 기억하세요. 부지를 찾고 인프라를 구축하는 데 많은 노력을 기울인 만큼 최대한 많은 쓰레기를 묻어야 합니다. 쉽게 짐작할 수 있듯이, 도시 쓰레기는 밀도가 그다지 높지 않습니다. 여러분도 쓰레기봉투가 찢어지지 않도록 적당한 양만 채워서 버리고 계실 겁니다. 즉, 도시 쓰레기는 더 압축하여 밀도를 높일 여지가 많습니다. 그래서 쓰레기 수거 트럭은 한 번에 더 많이 싣기 위해 쓰레기를 압축하는 장비를 갖추고 있습니다.

그리고 매립지에서도 다시 한번 압축합니다. 매립지에서는 거대한 이빨과 거대한 칼날이 달린 대형 롤러 압축기를 사용하여 쓰레기를 등급별로 분류하고 압축하여 최대한 많은 양을 묻곤 합니다. 비용도 절약하고 공간도 잘 관리하는 요령이죠. 하지만 밀도만이 유일한 문제는 아닙니다.

하늘공원의 깨끗한 이미지와는 달리, 아직 운영 중인 현직 쓰레기 매립장은 다소 역겨운 곳입니다. 우리가 곁에 두고 싶지 않은 물건들을 수용하는 것이 매립지의 목적이기 때문이죠. 이 모든 것을 한 곳에 모아두면 해충, 악취, 바람에 날리는 쓰레기, 화재, 먹이를 찾아 모여드는 새들 등 많은 문제가 발생합니다. 이 문제들을 완화하기 위해 대부분의 매립지에서는 매일 일과의 마지막은 쓰레기 더미를 무언가로 덮으며 마무리합니다. 이 ‘일일 덮기(daily cover)’에도 방법이 다양합니다. 가장 기본적으로는 하루를 마무리할 때 작업면 위에 흙을 덮는 방법이 있습니다.

이렇게 하면 매립지의 소중한 공간을 덮개 흑들이 차지해 버리는 문제가 생깁니다. 아침에 쓰레기를 실은 트럭이 도착하기 전에 다시 걷어낼 수도 있지만, 엄청난 양의 흙을 다시 옮겨야 하는 지루한 작업입니다. 대안으로는 방수포를 사용하거나 주물모래, 스티로폼, 종이, 파쇄된 타이어와 같이 불활성이 강한 특정 폐기물을 덮개로 사용하는 방법이 있습니다. 어차피 매립될 쓰레기이므로 더 보기 싫은 쓰레기를 감추는 데 사용하면 일석이조입니다. 이 대안은 침출수가 폐기물 안에 고이지 않게 하여 바닥의 배출 시스템까지 계속 내려가도록 유도하는 데에도 도움이 될 수 있습니다.

이상적으로 매립지는 수십 년 동안 운영되며 가능한 한 많은 폐기물을 압축해 묻으면서 천천히 채워집니다. 그리고 운영 기간 내내 지하수, 지표수, 침출수, 대기질 등을 지속적으로 검사하여 한도를 넘어서지 않는지 확인해야 합니다. 매립지는 일반적으로 작은 셀 단위로 건설됩니다. 한 셀이 가득 차면 그 위에 흙을 덮고(중간 덮개) 그 위에 새로운 셀을 시작합니다.

그러다가 언젠가 공중 공간의 꼭대기에 도달하는 날 수명을 다하게 됩니다. 하지만 매립지는 폐쇄하는 일조차 결코 만만치 않습니다. 물론 모든 쓰레기를 덮어 산처럼 밀폐된 쓰레기 무덤을 만들어야 합니다. 최종 덮개는 밑으로 물이 스며들지 않도록 해야 합니다. 그래야 언젠가는 침출수가 더는 흘러나오지 않게 되어 침출수 처리 문제에서 해방될 수 있습니다. 또한 냄새와 해충 등 쓰레기와 함께 발생하는 모든 문제를 차단해야 합니다. 그리고 영원히 그 역할을 해야 하죠. 따라서 바닥 라이너와 마찬가지로 매립지의 최종 덮개는 일반적으로 압축된 토양, 막, 천 등 여러 층으로 이루어진 복잡한 시스템입니다. 마지막으로, 세월이 흘러도 토양이 침식되거나 손상되지 않도록 그 위에 잔디도 깔아야 합니다.

하늘공원에서는 최종 덮개를 상부복토라고 합니다. 하늘공원의 상부복토는 다음 그림과 같이 쓰레기 위에 50cm 두께로 흙(지지층)을 덮고 그 위에 물이 스며드는 것을 막는 차수막(차단층)을 깐 다음, 다시 흙을 1m 이상 덮어 식물이 자랄 수 있도록 하였습니다. 덕분에 지금과 같이 훌륭한 테마 공원이 될 수 있었습니다.

여기서 끝이 아닙니다. 재미난 부분이 남았습니다. 폐기물이 봉인되었다고 해서 아무런 변화가 없는 것은 아닙니다. 실제로 매립지 내부에서는 수많은 화학반응과 생물 활동이 활발하게 일어나고 있습니다. 이러한 반응의 대부분은 메탄이나 황화수소 같은 가스를 생성하여 압력, 열, 냄새를 발생시키며, 무엇보다 폭발 가능성을 만들어냅니다. 따라서 매립지 폐쇄 절차에는 가스를 포집하는 통로를 설치하는 과정이 포함됩니다. 일반적으로는 수집 지점까지 수직으로 파이프를 꽂고 송풍기를 이용하여 지속해서 공기를 빨아들입니다.

이 시스템도 고려할 게 많습니다. 너무 세게 빨아들이면 매립지 안으로 산소가 유입되어 미생물들이 더욱 살기 좋게 만들고 화학반응을 일으켜 폐기물 내에서 화재가 발생할 가능성이 높아집니다. 또한 포집된 가스에는 습기가 많으므로 응축하여 별도로 걸러내야 합니다. 매립가스를 포집한 후에는 연소시켜 환경에 덜 해로운 성분으로 변화시켜 배출하곤 합니다.

혹은 열이나 전기를 생산할 수도 있습니다. 하늘공원에서는 이 가스를 연료 삼아 난방열로 만들어 인근 지역의 아파트와 월드컵경기장 등의 건물에 공급하고 있습니다.

일반적으로 매립지가 폐쇄되면 그 이후에는 할 수 있는 일이 많지 않습니다. 매립지는 결국 ‘봉인된 거대한 쓰레기 산’이기 때문입니다. 소유주는 폐쇄된 매립지를 최소 수십 년 동안 관리하면서 누출 여부를 검사하고, 공기질과 수질을 모니터링하고, 손상을 복구해야 합니다.

그래서 많은 매립지 운영자가 공원 조성에 관심을 보입니다. 저는 이 아이디어가 마음에 듭니다. “우리는 한때 혐오시설이었던 이곳을 대중이 즐길 수 있는 멋진 장소로 만드는 데 기꺼이 투자할 마음이 있습니다”라고 그들은 말합니다. 캘리포니아의 푸엔테 힐스에는 슬로프 트레일, 자전거, 미끄럼틀, 정원 등 큰 계획이 서 있습니다. 완공되면 하늘공원처럼 핫플레이스가 될 것 같습니다. 쓰레기 매립지를 바라보는 관점이 지금까지와는 다르게 변할 것입니다.

이처럼 이 세상의 고형 폐기물에 대한 생각과 관리 방식에는 개선의 여지가 많습니다. 매립지는 환경에 해로워 보이지만, 사실 제대로 설계된 매립지는 폐기물이 토양이나 대기, 지하수나 하천에 유입되지 않도록 하는 데 큰 역할을 합니다. 물론 폐기물을 아무 곳에나 매립할 수는 없습니다. 인구 밀도가 너무 높거나 공간이 부족한 곳이 많기 때문입니다. 하지만 매립지 인근은 환경에 미치는 영향이 상대적으로 적습니다. 제 요점은 고형 폐기물 처리에는 매립지가 놀라울 정도로 단점이 적은 방법이라는 사실입니다. 미래에는 우리가 만드는 모든 물건이 영원히 가치를 잃지 않는 유토피아가 되길 바랍니다. 하지만 지금 당장은 쓰레기를 안전하고 경제적으로 처리해 주시는 공공위생 엔지니어와 관련 종사자 분들께 감사하고 있습니다.

이 글의 주된 소스인 <Practical Engineering>은 <도시를 만드는 기술 이야기>의 저자가 운영하는 유튜브 채널입니다. 인상 깊게 읽은 책인데, 마침 빌 게이츠가 ‘겨울 휴가를 따뜻하게 덥혀줄 책’으로 추천했네요.

반가운 마음에 ‘나도 리뷰 하나 남겨볼까’ 고민하던 중 운 좋게 이 영상을 발견했습니다. 제목을 보자마자 전직 쓰레기 매립지로 유명한 하늘공원이 떠올랐습니다. 쓰레기 매립지는 도시를 만드는 데 꼭 필요한 기술이기도 하여 ‘바로 이거다!’ 싶었죠. 책 출간 후에 만들어진 영상이라서 책을 이미 읽은 독자에게도 흥미로운 보너스 콘텐츠 역할을 해 줄 테고요. 더욱이 동영상의 스크립트가 저자 블로그에 올라와 있어서 어렵지 않게, 즐겁게 편집할 수 있었습니다.