▲공장에서 흘러나오는 폐수(출처=셔터스톡)

해양 생태계를 오염시키는 원인 가운데 하나인 폐수. 폐수에 들어있는 엄청난 화학 성분과 물질은 환경 뿐 아니라 인간에게도 위험을 초래한다. 여기엔 미세 플라스틱 및 기타 쓰레기, 그리고 미량의 방사성 물질까지 매우 다양한 성분외에도, 정유나 기타 공장에서 발생하는 잔류 폐기물로 인한 장내 기생충이나 잠재적으로 유해한 병원성 미생물 등이 들어있기 때문. 그렇다면 폐수를 깨끗이 처리하고 방지할 수 있는 방안은 없을까?

방사성 물

헬싱키 대학의 연구팀은 최근 전기방사 나트륨 티탄산 섬유(electrospun sodium titanate fiber)를 오염수에 적용시켜, 물에 들어있는 방사성 스트론튬을 제거하는 과정을 가속화시키는 작업을 수행했다. 이는 방사성 핵종과 중금속을 분리해 효율적이고 지속가능한 재료로 공급될 수 있도록 전기방사 이온 교환 섬유를 활용하여 이온 교환량을 줄이는 방법을 결정함으로써 공정을 수행하기 위해 부피당 필요한 재료의 양을 줄일 수 있다.

연구팀에 참여한 과학자인 리스토 코이불라는 전기방사 물질의 장점은 이온 교환의 속도, 즉, 반응 속도라고 설명했다.

이 대학팀이 도입한 새로운 방식으로 폐수는 이제 이전보다 더 빨리 처리될 수 있게됐다. 환경적으로도 공정이 보다 적은 고체 방사성 폐기물을 남길 수 있어 긍정적인 결과로 평가된다. 연구에서는 전기방사 나트륨 티탄산염의 특성이 상업적으로 제조된 이온 교환 물질의 특성과 동일하다는 것도 발견됐다. 이온 교환기를 통과하면서, 물 속의 방사성 스트론튬이 나트륨으로 바뀌게 되는데, 이온 교환 용량이 소비되면 여과 물질은 스위치아웃 상태가 된다. 이로써 고체 방사성 폐기물을 제거하는 것이다.

▲폐수는 여러 환경과 인류에 지대한 영향을 끼친다.

필수 응용 프로그램 및 시설

수처리 기술의 목적은 도시 및 산업 폐수를 표층수로 안전하게 배출하고, 오염 및 지하수와 관련된 위험을 줄이는 것이다. 가장 직접적으로 관련된 문제라고 한다면 담수 부족과 영양염 부족, 그리고 기후 변화와 토양 침식, 화석 연료에 대한 의존도를 줄이려는 경제적 필요성으로 볼 수 있다. 이는 폐수가 재사용이 가능한 물과 에너지, 화학 물질, 영양소 및 복잡한 유기물에 대한 소중한 자원으로 여겨지는 이유이기도 하다. 이와 관련 폐수 처리에 필요한 몇 가지 시설 및 프로그램을 소개한다.

미생물 및 병원균

폐수 처리장에서는 유해한 유기 미량 영양소, 즉 의약품이나 호르몬, 항생제, 살충제, 소비 제품의 화학 물질 및 산업 화학 물질 등과 병원체 및 입자의 축적으로 인한 환경 및 건강 관련 위험을 피할 수 있어야 한다.

관개 수와 산업 공정 수, 가정 하수와 같은 응용 분야에 적합한 물을 만들기 위해 폐수와 지표수 및 지하수에서 미세 오염 물질과 병원체, 항생체 저항성 유전자를 제거해야 하는데, 이를 위해서는 생물학적 기술과 물리적 화학 기술이 연구될 필요성이 있다.

오염 장소

서유럽의 지하수 및 토양, 침전물 오염은 여전히 크고 복잡한 도시와 산업 오염 상황에 그대로 존재하는 위험이다. 이에 지자체 및 산업 현장 소유자는 자연 감소 과정을 응응 프로그램에 적용시키는 자연 기반의 솔루션을 제공할 수 있어야 한다. 가령 녹색 인프라 지하수 청소와 지하 열에너지 저장 기술, 침전물 복구 그리고 청소 및 재사용 등이다.

소금, 고분자 및 콜로이드

염수는 신선한 공정 수와 음용 수에 막대한 원천을 제공하는데, 축전식 탈염장치를 비롯해 전기 투석, 그리고 이들의 조합을 포함한 혁신적인 전기 화학 기술은 담수 생산 및 폐수, 자연수에서 염과 이온 종의 선택적 제거 및 회수에 드는 비용 및 에너지 수요를 줄이기 위해 연구되는 중이다.

고분자 및 미네랄 콜로이드 입자는 담수화 혹은 전기 화학 기술, 특히 식품과 음료 산업에서 가공된 물이나 지하수에서 음용수를 생산하는 것을 방해하는 요소다. 그외 석유 및 가스, 열에너지 생성수와 같은 산업수 응용 분야에서도 마찬가지다. 따라서 이러한 물질의 제거는 프로그램에서 연구되고 있는데, 가령 메탄이나 생물학적 응집체와 같은 페수 유기물의 복구 방법 등이다.

▲폐수처리장(출처=셔터스톡)

불법 약물에 관한 폐수 실험

환경적인 측면이 많이 고려되면서, 물을 정화하는데 사용되는 방법도 사회적 필요성과 관련이 깊어지고 있다. 식수원을 갖춰야 하고, 하수관 시스템의 배수에 관한 다른 문제를 해결할 필요성이 그 어느때보다 중요하기 때문이다.

하수 폐기물 분석 등의 수처리가 주로 불법 약물 남용을 파악하기 위해 추진되기도 한다. 대표적으로 뉴질랜드의 테즈먼 시장인 리처드 켐프쏜이 제안한 불법 약물에 대한 전국적 폐수 실험이다. 켐프쏜 시장은 폐수 실험은 어떤 약물이 돌아다니고 있는지를 알 수 있는 가장 정확한 수단일 수 있다고 강조했다.

이 정보는 경찰이나 공공 보건 당국이 치료에 대한 결정을 내리는데도 중요하게 작용한다. 경찰은 또한 이같은 폐수 실험이 불법 약물 소비의 정확한 측정을 비용 효율적이면서도 시의 적절한 비침습적 방법이라고 설명했다.

[researchpaper 리서치페이퍼=고진아 기자]

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