vol.88-[대학생 기자단-김태섭] 수질 정화의 새로운 패러다임

광암 아리수 정수센터(출처 지식백과 대한민국 구석구석)

광암 아리수 정수센터(출처 지식백과 대한민국 구석구석)

우리가 생활 속에서 사용하고 있는 물은 모두 처리과정을 거쳐 가정으로 공급되거나 자연으로 방류된다. 물을 처리하는 과정에도 에너지가 많이 사용된다. 하지만 물을 처리하는 과정에서 에너지가 생산된다면, 경제적, 환경적 측면에서 모두 긍정적인 효과를 기대할 수 있을 것이다.
물을 처리하는 방법에는 크게 두 가지 방법이 있다. 물리화학적으로 처리하는 방법, 생물학적으로 처리하는 방법이 그것이다. 그 중 생물학적 처리는 물속에 있는 오염물질과 조류를 발생시키는 영양염류 등을 미생물의 먹이로 사용하여 미생물이 오염물질을 먹이로 사용해 증식을 하고 오염물은 분해되어 사라지는 방법을 뜻한다. 이 방법의 장점으로는 화학적 처리에 비해 비용이 적게 들고 자연 친화적이라는 것이다.
생물학적 처리방법에도 크게 두 가지 방법으로 나눌 수 있다. 증식과정에서 산소를 사용하여 증식하는 호기성 처리방법과 산소 없이도 미생물이 증식하는 혐기성 처리방법이 있다. 이를 알기 쉽게 설명하자면 호기성 처리는 우리가 하는 호흡과 비슷한 과정이고 혐기성 처리는 발효와 비슷한 과정이라고 할 수 있다.
이 중에서 혐기성 처리방법은 오염된 물을 처리하는데 부족한 산소를 투입할 필요가 없을 뿐 아니라 미생물이 증식하여 생기는 침전물인 슬러지의 양도 호기성에 비해 적다. 그리고 물을 정화하는 최종 단계에서 호기성 처리에서는 이산화탄소 가스가 생성되는 반면에, 혐기성 처리에서는 에너지원으로 사용할 수 있는 메탄가스가 생성되므로 혐기성 처리가 호기성 처리에 비해 처리 시간은 더 느리지만 경제적인 방법이라고 할 수 있다.
혐기성 처리를 경제적으로 운용하기 위한 처리방법 중에는 혐기성 막 생물 반응기(AnMBR)라는 방법이 있다. 이 분야의 전문가인 배재호 인하대학교 교수님(대한상하수도학회장)을 만나 궁금한 점을 물어보았다.

배재호 교수

배재호 교수

– 현재 수질정화 방법으로 주로 어떤 방법이 사용되고 있는지요?
“하수를 처리할 때 하수 속에 있는 유기물을 처리하는 방법은 산소를 이용해 산화를 시켜 분해하고, 그 산화에 의해 미생물이 증식하게 되면 그 미생물에 의해 슬러지가 남게 됩니다. 물속의 질소 같은 영양염류를 처리하는 방법은 질산화(암모니아성 질소를 질산성 질소로 형태를 바꾸는 것) 및 탈질(질소를 물에서 제거시키는 것)이 있는데, 이 또한 질소를 산화시키기 위해서 산소를 주입해야 합니다. 그리고 탈질을 시키기 위해서는 다시 유기물의 투입을 통한 미생물의 분해 활동이 필요하지요. 이 방법이 지금까지의 하수처리에서 오염물질의 분해 및 배출 방법이었는데, 요즘 세계적인 하수처리의 트렌드가 물속의 유기물, 질소, 인 등 영양염류, 그리고 하수 자체를 재활용하여 자원으로 이용하는 방안으로 흘러가고 있습니다. 그래서 요즘 활발한 연구가 이루어지고 있는 부분이 혐기성 미생물 처리에 관한 부분이지요. 이 시스템을 이용하면 미생물이 증식하는 양이 호기성에 비해 적어서 처리 부산물인 슬러지의 발생양이 감소하고, 처리과정에 산소를 소모하지 않아 주입하는데 에너지를 사용할 필요가 없으므로 결과적으로 물을 정화하는데 드는 에너지, 비용 등 많은 면에서 더 경제적입니다.”

– 혐기성 막 생물반응기(AnMBR : Anaerobic Membrane Bio-Reactor)를 이용하면 혐기성 처리의 단점을 보완할 수 있다고 들었습니다. 실제 그런지요?
“혐기성은 호기성 처리에 비해 처리속도가 느립니다. 처리되는 물의 수질이 나쁘다는 것도 단점입니다. 하지만 실제로 이런 인식들은 혐기성 반응기에 막을 이용한 아이디어인 혐기성 막 생물반응기(AnMBR)의 아이디어를 적용 시킨다면 호기성과 비슷한 처리 효율을 기대할 수 있습니다. 첫째로는 호기성에 비해 느린 처리 속도인데, 이는 막을 이용하여 더 많은 미생물을 체류할 수 있게 한다면 비슷한 속도로 처리할 수 있게 됩니다. 두 번째는 처리수의 수질입니다. 이는 현재 혐기성 처리를 고농도의 폐수 등에만 적용시키기 때문에 처리수의 수질이 좋지 않다는 인식이 있지만, 실제 낮은 농도의 하수 등에도 혐기성 처리의 아이디어를 적용시키면 방류 기준에 적합한 수준으로 처리가 가능합니다. 처리수의 온도 부분에서도 생산되는 에너지의 양에서 조금 차이가 있을 뿐 큰 문제없이 처리 가능하다는 연구결과들이 많습니다. AnMBR에서는 처리속도, 처리 수질 등은 호기성 처리와 비슷하지만 처리 부산물인 슬러지의 양이 1/5 정도로 감소하고 처리 후에 생성된 메탄가스를 에너지로 사용할 수 있는 긍정적인 방향으로 개발이 많이 되고 있습니다.”

중수(재생)처리장치

중수(재생)처리장치

– 혐기성 막 생물반응기(AnMBR)를 실제 현장에서 적용하는 사례가 많은지요? 또 앞으로 활성화 하기 위해선 어떤 발전 방안이 있는지요?
“이 기술은 현재에도 여러 방안으로 개발 중에 있는 첨단 기술이므로 실제적으로 현장에서 적용하여 운영하고 있는 사례는 없습니다. 미국, 호주에서도 실제 현장에 적용하려다 운전상, 효율상의 문제 등으로 철회한 적이 있어요. 실질적으로 가장 큰 문제는 막(Membrane : 정수기 필터 등에 사용 되는 막의 형태)의 비용이지요. 이는 저렴한 재질의 개발로 해결해야 할 문제입니다. 그리고 물속에 있는 오염물질 중에는 부영양화로 인해 조류를 발생시키는 주 원인인 질소, 인 형태 물질도 포함되어 있는데, 이 또한 제거해야 할 물질들 중의 하나입니다. 영양염류의 회수에도 상당한 비용이 사용되고 있는데, 추후에는 저비용회수의 방법이 개발되어야 하고 현재는 물속에 녹아있는 영양염류의 형태를 제거하지 않고 바로 농업에 활용하여 영양분의 형태로 사용할 수 있는 방안도 제시 되고 있다. 현재 국내에서도 파일럿 크기의 반응기가 운영되고는 있습니다. 하지만 앞으로 더 큰 크기의 현장(프로토타입, 풀스케일)에 적용시키기 위해서는 비용적인, 기술적인 면에서 최적의 설계가 필요합니다.”

혐기성 막 생물반응기(AnMBR). 이 기술은 현재 연구 중이긴 하나 앞으로 발전될 가능성이 많은 기술이다. 실제적으로 더 좋은 기술이 적용되면 실생활에서 우리가 쓰는 물도 이 기술이 적용되길 기대할 수 있다.

김태섭 푸른아시아 대학생기자