물 속 ‘인(P)’ 제거해 녹조 잡는다…친환경 나노 합성복합체 개발

KIST, 농작물 부산물 이용…인(P) 흡착 후 ‘자연퇴비’로 활용 가능
박순주 기자 | eco@ecomedia.co.kr | 입력 2019-09-05 14:43:01
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▲ 복합체 흡착원리 규명 <자료=KIST>
[환경미디어=박순주 기자] 버려지는 농작부산물을 활용해 녹조현상을 일으키는 오염물질 ‘인(P)’을 효과적으로 제거할 수 있는 친환경 나노 합성복합체가 KIST에 의해 개발됐다.

개발된 물질은 인을 흡착한 후 자연퇴비로도 사용 가능해 녹조 제거 및 광범위한 산업협장에 적용될 것으로 기대된다.

한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 물자원순환연구센터 정경원 박사팀은 국민의 식수원을 위협하는 녹조현상을 예방하기 위해 물 속 인(Phosphorus, 燐)을 효과적으로 제거할 수 있는 친환경 나노 합성복합체를 개발했다고 5일 밝혔다.

매년 되풀이 되고 있는 낙동강 본류 전 구간에 발생하는 녹조현상은 1300만 영남주민의 식수원 안전을 위협하고 있다.

녹조현상은 부영양화된 호수나 하천에서 식물성 플랑크톤이 대량 증식해 발생하는 현상으로 주로 수온이 높아지는 6월경부터 발생한다.

특히 조류의 성장에 필요한 영양염류(질소·인) 중 인(P) 농도 증가로 물 속 부영양화를 일으켜 녹조현상을 유발한다.

따라서 녹조현상을 선제적으로 대응하기 위해서는 인(P)이 물 속으로 유입되는 것을 사전에 차단하는 것이 매우 중요하다.

최근 친환경 바이오차(Biochar)를 이용, 흡착공정을 통한 다양한 물 속 오염물질을 제거하는 연구가 진행되고 있다.

바이오차는 높은 오염물질 제거효율과 함께 환경적·경제적 장점을 바탕으로 기존 활성탄을 대체할 수 있는 물질로 각광을 받고 있다.

하지만 바이오차는 일반적으로 음전하를 띄고 있어 음이온계 오염물질을 효과적으로 제거하기에 한계가 있었다.

KIST 정경원 박사팀은 먼저 농작부산물인 왕겨의 표면에 토양 내 다량 함유되어 있는 마그네슘과 알루미늄을 기반으로 한 무독성 무기입자(금속이중층수산화물)을 코팅하고, 공동 열분해(co-pyrolysis) 과정을 통해 보다 쉽고 간단한 방법으로 나노 복합체를 개발했다.

연구진은 또 별도의 추가적인 장치 없이 실제 현장에 쉽게 적용이 가능한 복합체를 개발했으며, 여러 다양한 환경조건에서도 안정적으로 인을 제거하는 것을 확인했다.

또한 KIST 정경원 박사팀은 실험을 통해 개발한 ‘바이오차 복합체’가 같은 온도조건에서 합성한 바이오차 대비 5배 이상 향상된 ‘인’의 흡착성능을 확인했고, 흡착공정에서 가장 중요한 요인으로 알려진 농도(pH)의 조절 없이도 약 98%이상의 높은 제거효율을 얻을 수 있었다.

연구진은 흡착 성능뿐만 아니라, 인산염 제거 시 흡착원리를 규명하고, 반복·재이용에 따른 제거율 감소 이유 등에 대해서도 제시했다. 이렇게 ‘인’이 흡착된 바이오차의 경우, 훌륭한 자연퇴비로도 활용이 가능하다는 장점도 있다.

정경원 KIST 물자원순환연구센터 박사는 “연구를 통해 개발된 복합체는 인(P) 뿐만 아니라 다른 음이온성 오염물질인 비소나 염색 폐수 등에도 높은 제거효율을 보이기 때문에, 다양한 산업현장에 적용될 것으로 기대한다”고 밝혔다.

KIST는 현재 경상북도(경북도청)와 정부산하기관(한국건설기술연구원, 한국전자통신연구원, 한국수자원공사, 구미전자정보기술원)간의 협동 연구를 통한 낙동강 녹조제어 통합 플랫폼 개발에 착수해 연구에 매진 중이다.

이 연구는 과학기술정보통신부(장관 유영민) 지원으로 KIST 기관고유사업과 국가과학기술연구회(NST) 창의형 융합연구사업으로 수행됐으며, 연구결과는 ‘Composites Part B : Engineering’ (IF : 6.86, JCR 분야 상위 2.000 %)에 최신호에 게재됐다.

*용어 설명
-바이오차(Biochar): 산소공급이 제한된 조건에서 농작부산물, 목재 등을 포함한 다양한 종류의 바이오매스를 열분해 시켜 만들 수 있는 고상의 물질을 통칭한다.

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