광주·전남의 상수원인 주암호와 동복호는 10년 전부터 수질이 상당히 좋아졌다. 주암호와 동복호를 자세히 들여다보면 푸른 수초로 이뤄진 인공섬들이 둥둥 떠 있다.

그 섬 중간에 물을 뿜어 대는 작은 분수가 예쁘게 눈에 띈다. 생태복원 및 수질환경개선 전문기업 청호환경개발(주)에서 개발한 ‘태양광을 이용한 인공식물섬’이다.

지류지천에서 흘러들어온 비점오염원들은 인공섬내부의 세라믹볼에 있는 미생물에 의해 분해·제거하고, 수생식물인 갈대와 노랑꽂창포가 질소·인을 제거하는 등 세라믹볼이 상수원의 수질을 개선하는 주인공 역할을 톡톡히 하고 있다.

미생물의 담체 ‘다공성팽창세라믹’

1994년 상하수도전문기업으로 출발했던 청호환경개발(주)(대표이사 임형엽)이 세라믹에 관심을 갖게 된 계기는 버려지는 물의 재생에 대한 관심 때문이었다.

“하수처리장에서 오·폐수를 고도처리 후 방류하지만 사실 처리장에서 모두 처리한다 해도 계절별로 미처리된 채 하천으로 방류되는 사례들이 많다. 정부에서 생태하천복원사업에 노력하고 있지만 하천에 기계적·화학적 시설은 한계가 있다. 이러한 관심 때문에 탄생한 것이 ‘다공성팽창세라믹’이다.”

임 대표가 말한 이 제품은 황토, 점토 등의 천연 광물과 유기물을 조합해 1,200℃의 고온에서 소성시켜 팽창 발포를 시킨 다공성팽창세라믹이다. 또 고온 소성으로 팽창 발포시킨 만큼 화산석과 같은 천연 여재보다 강도가 높고 알갱이 모양도 고르며, 미세구조 및 물성을 다양하게 변화시켜 물에 뜨게도 할 수 있고, 물에 가라앉게도 할 수 있다.

수질정화용 세라믹볼의 경우 내부의 미세 다공성 구조의 공극에 미생물을 고착시켜 만들어지게 된다. 이렇게 탄생된 세라믹볼을 오염된 물속에 넣으면 미생물이 오염원을 제거하는 방법으로 수질을 개선할 수 있다.

여기서 세라믹볼은 미생물의 안전한 집, 즉 담체가 되는 셈이다. 청호환경개발(주)이 개발하는 세라믹은 버려지는 슬러지 등의 폐기물과 물을 재사용함과 동시에, 환경적인 의미를 더해 한마디로 두 마리의 토끼를 잡는 셈이다.

물 위에 떠 있는 생태부도

‘태양광을 이용한 인공식물섬’은 폭기장치를 적용하여 수질개선뿐만 아니라 아름다운 경관 창출의 효과도 있다. 한여름 더운 낮 동안에 플랑크톤으로 이뤄진 조류가 많이 증식한다.

이때 수표면의 물은 높고, 수중은 수온이 낮다. 인공식물섬은 수표면이 뜨거워지는 한 낮에만 태양광 발전에너지를 이용하여 심층수를 끌어 올리고 섬 주변으로 폭기시켜 대류작용으로 조류를 방지한다.

한 낮에만 사용하므로 배터리는 필요하지 않다. 폭기로 인해 물속에 있던 오염물질들도 끌어올려지고 인공섬으로 뿌려지면, 식생기반재 아래에 위치해 있는 다공성팽창세라믹볼이 물속에 있던 오염물질을 분해하고, 갈대나 노랑꽂창포의 뿌리가 인이나 질소 등 흡수하여 제거한다. 여기에 갈대나 노랑꽃창포의 뿌리는 어류의 산란 장소나 치어의 안전을 위한 서식처로도 사용된다.

수질정화 인공습지-생태학습장 방문객에 인기

여름철 도시의 하수처리장 방류수에서 나는 악취는 사람들의 코를 쥐게 만든다. 이러한 방류수나 생활하수, 산업폐수 등의 점오염원 처리에는 다공성팽창세라믹을 이용한 ‘수질정화 인공습지’를 적용하면 큰 효과가 있다.

원리는 자연유하식 식생정화습지로 탈질반응, 산화·분해, 접촉산화, 흡착·여과의 4단계 반응이 주된 정화단계다. 유입수가 습지 내부에서 상·하·좌·우 번갈아 통과하면서 세라믹담체에 서식하는 미생물에 의해 유기물질 및 질소를 제거한다.

또한 세라믹의 금속성 이온에 의한 인 제거 기능도 있어 고효율의 자연친화적인 수질정화 습지라 할 수 있다. 아울러 세라믹볼은 수생식물의 식생기반재 역할도 담당하고 있다. 이로써 습지생태계의 복원이 유리하며, 생태학습장으로의 활용도가 높다. 담체를 투여했다고 그 즉시 정화가 되는 것은 아니다.

대체적으로 최소 3년의 시간이 흘러야 효과를 볼 수 있다. 그것은 습지가 형성되고 생태계와 균형을 이뤘을 때 순기능의 효과가 나타나기 때문이다. 이 외에 비점오염원 및 농경오염원 처리를 위한 ‘생태복원형 정화습지’도 눈에 띄는 기술이다.

이중목적의 얕은 습지 구성으로 초기강우 시 도로나 교량, 시가지, 농경지 배수 등에서 흘러 들어오는 오염원을 습지에 머물러 정화 후 방류하게 해 비점오염원 처리에 효과적이다.

임 대표이사는 “담양군의 하수처리장 방류수에 적용돼 습지 방문객들에게 큰 호응을 얻고 있다. 2001년 5월에 담양천 자연형하천 조성사업으로 준공해 하루 8,000톤의 처리수를 방류한다. 5~6월에는 노란창포가 꽃을 피워 습지의 아름다움을 보려는 방문객의 명소가 되고 있다”며, 성공적인 습지조성에 뿌듯함을 느낀다고 전한다.

임 대표이사는 “4대강의 지류지천으로 유입되는 하수를 정화하기 위해 약품을 넣거나 전력을 사용하는 수질정화장치를 설치할 수 없다. 따라서 지류·지천에 이러한 시설을 띄워 놓기만 한다면 본천의 물이 지류로 오기 전에 세라믹을 거쳐 양질의 물로 정화가 될 것”이라고 확언했다.

청호환경개발(주)은 환경부에 의해 EI과제(차세대 에코이노베이션기술개발사업)를 부여받았다. 이 과제는 환경 분야의 좋은 기술들을 개발 완료했을 때 현장에서 바로 사용할 수 있도록 하는 실증화사업이다. 이 과제를 수행하기 위해서는 공격적인 투자가 필요했다.

이런 환경부의 과제를 수행하는 과정에서 앞에서 언급됐던 황토와 하수슬러지, 레드머드 등을 이용해 공극이 많은 여재(濾材·여과에 사용하는 다공질 재료의 이름)를 생산하고 있으며, 이런 여재들을 모아 방음벽을 만들기도 한다.

이 외에도 세라믹의 용도와 종류에 따라 경량콘크리트 구조물, 경량콘크리트 패널, 층간소음재, 단열재, 원예재료, 내화재료, 토목용 성토재, 수질정화용 메디아, 여과재 등 다양한 분야에 적용되고 있다.

이처럼 청호환경개발(주)은 여러 분야에서 이 세라믹을 사용 가능하도록 연구에 매진하고 있다. 이처럼 가장 효율적으로 활용될 수 있는 기술과 제품을 개발하는 것이 환경부에 의해 주어진 핵심 연구과제였다.

청호환경개발(주)에서 만든 다공성팽창세라믹중 ‘MPEC1’은 수질정화습지, 물 재이용에 활용된다. 이 세라믹 내에 바실러스, 니트로박터, 니트로소모나스 등의 미생물이 유용한 미생물로 자리 잡고 수질정화의 역할을 담당한다.

이 미생물들이 다공성팽창세라믹 안에서 유기물과 질소를 제거한다. 더불어 ‘PEC1’ 세라믹은 황토, 레드머드 등의 금속성 이온에 의해 인을 제거한다. 도시 비점오염원의 기름, 유기물질을 제거하는 ‘M-PEC2’ 세라믹은 아시네토박터, 칼코아세티쿠스 미생물을 활용한다.

‘M-PEC3’ 세라믹은 바실러스, 광합성홍균 등을 주입해 오염원에 설치하면 하수도와 맨홀, 우수받이 축산폐수의 심한 악취를 없애는 데 탁월하다.

이외에도 ‘PEC2’ 세라믹은 비중 0.8 이하의 가벼운 세라믹으로 옥상 식생 기반재나 빗물재이용 여과용 여재로 주로 이용된다.

병원성균 및 대장균군을 살균하는 역할에는 ‘M-PEC4’ 세라믹을 사용하며, 미생물은 바실러스균을 사용한다.

유용 미생물의 효율적 분석 연구 ‘키포인트’

청호환경개발(주)에서 취급하는 미생물들 가운데는 물이 없어도 사멸되지 않는 종류와 물이 없으면 바로 사멸하는 종류 등 크게 2가지로 나눌 수 있다. 일반적으로 물이 없으면 미생물이 죽지 않을까 하는 염려가 있지만 반드시 물이 필수적이지는 않다.

물이 없어도 되는 미생물은 포자상태로 존재하다가 물이 들어오면 스스로 배양하는 식으로 자신들의 생명을 이어간다. 실제로 아시네토박터와 바실러스 미생물은 물이 없어도 상관없지만 악취제거에 쓰이는 로더박터는 물이 필수적인 미생물이다.

임 대표이사는 “미생물이 온도에 민감해 겨울처럼 특정계절에 활동을 중지하는 등의 단점을 보완하기 위한 차원에서도 세라믹 담체는 필수적이라고 말한다. 미생물이 다른 종류의 미생물과 경쟁해서 이기려면 숫자가 많아야 한다.

즉 숫자가 많다는 것은 유용하게 선택한 미생물들을 담체 내 공극이라는 많은 집속에 넣어 보호하는 것”이라며 “사실 미생물은 극한의 온도 아래의 상황이 아니면 활동에 약간의 제한이 있을 뿐 사멸하지는 않는다”고 미생물의 특징을 소개했다.

임 대표이사는 이러한 환경적 장점 때문에 세라믹 개발 연구에 온 정열을 쏟으며, 관련 미생물들은 전남대학교와 공동연구를 수행하면서 각 분야에 필요한 미생물 균주를 얻고 있다. 때문에 대학 관계자들과 매주 만남을 통해 관련 기술들에 대한 정보를 교환하고 있다.

임 대표이사는 “현재 기업들이 경기불황이 이어지면서 LNG 등 많은 연료비가 사용되는 공장을 폐쇄하는 분위기지만 우리 회사는 더욱 새로운 기술연구와 지역발전을 위한 차원에서 공장건설의 필요성을 인식하고 과감히 약 23억 원 이상을 투자해 전남 장성군에 관련공장을 건설했다”며, “그런 만큼 끊임없는 연구개발과 인재육성으로, 깨끗한 물 공급을 위해 기능성이 뛰어난 세라믹 등의 재료들을 만들어 환경기업인으로서의 역할에 최선을 다할 것”이라는 비전을 밝혔다.

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