테라하임의 AquaMeta:

중금속 흡착 제거와 자원 재활용의 혁신적 기술

산업폐수 속 중금속, 효율적 처리와 자원 재활용이 해답

 

산업 활동의 증가와 함께 중금속 오염 문제가 심각해지고 있다. 중금속은 산업 폐수, 배기가스, 고형 폐기물, 토양 오염 등을 통해 환경과 인체 건강에 직접적인 영향을 미친다. 이에 따라 정부와 기업은 환경 보호와 지속 가능한 발전을 위해 중금속 처리 기술을 발전시키고 있으며, 관련 규제도 강화되고 있다. 중금속 폐수는 폐기물 소각, 매립지 침출수, 산업폐수, 그리고 처리시설의 특정 공정에서 발생할 수 있다. 중금속을 효과적으로 제거하기 위해서는 처리시설 내에서 중금속 발생 위치와 원인을 잘 이해하는 것이 중요하다.

산업폐수 중금속 오염 현황
환경부의 ‘산업폐수의 발생과 처리’ 보고서에 따르면, 2023년 기준 약 384만9000톤의 폐수가 공공 하수 및 폐수 처리 시설을 통해 방류되고 있다. 특히 도금업에서 배출되는 폐수가 중금속 오염의 주요 원인으로 지목되며, 목재·종이·인쇄업, 석유·화학·의약품 제조업에서도 다량의 중금속이 배출되는 것으로 나타났다.

 

국내에서는 “물환경보전법”에 의해 중금속 배출이 규제되고 있으며, 미국에서는 “청정수법(Clean Water Act)”을 기반으로 엄격한 관리가 이루어지고 있다. 중금속 배출량이 증가하는 추세에 따라 처리 시설과 관련기술의 필요성이 더욱 강조되고 있다.

 

▲ 표1. 중금속 폐수의 주요 발생처 ▲ 표2. 폐기물 처리시설에서 중금속 폐수 발생 위치와 발생원 ▲ 표3. 2023년 기준 산업폐수 배출업소 현황

 

중금속 처리 기술과 최신 동향
중금속 오염을 최소화하기 위해 다양한 폐수 처리 기술이 활용되고 있다. 주요 기술로는 ▲진공증발농축 ▲호기성/혐기성 폐수 처리 ▲전기분해 폐수 처리 ▲저온플라즈마 폐수 처리 ▲화학적 약품 처리 ▲흡착제 활용 포집 시스템 등이 있다. 이러한 기술의 선택 기준은 중금속 농도, 폐수량, 처리 비용, 환경 규제 기준 등을 고려하고 있으며, 최근에는 친환경적이고 에너지 효율적인 기술(예: 흡착법, 생물학적 처리)이 주목받고 있다.

 

AquaMeta, 흡착-응집제의 핵심 기술
국내 기업 테라하임(Terraheim)은 중금속 흡착·응집제인 AquaMeta를 개발하여 산업폐수 처리 분야에 혁신적인 변화를 가져오고 있다. AquaMeta 흡착-응집제는 두 가지 주요 소재 기술을 활용하여 개발되었다. 이를 통해 기존 흡착제 대비 높은 효율성과 친환경성을 갖춘것이 특징이다.

1. 은-하이드록시아파타이트(Hydroxyapatite) 기반 흡착제
AquaMeta의 핵심 소재 중 하나는 '은-하이드록시아파타이트(TerraSAN 및 TerraBIO의 기본 소재)'이다. 하이드록시아파타이트(Hydroxyapatite, Ca10(PO4)6(OH)2)는 생체적합성이 뛰어나며, 중금속 이온과 강한 화학적 결합을 형성하는 특성을 지닌다. 당사는 은을 포함하지 않은 하이드록시아파타이트를 대량 생산하여 중금속 흡착제로 활용하고 있다.

하이드록시아파타이트는 기존 흡착제 대비 pH 변화에 강하며, 납(Pb2+), 카드뮴(Cd2+), 구리(Cu2+) 등의 중금속 제거에 효과적이다. 또한, 생체적합성이 높아 친환경적인 소재로 주목받고 있다.

2. 다공성 실리카(Porous Silica) 기반 흡착제
또 다른 핵심 기술은 방열소재 필러로 적용되는 TerraHDM의 주성분인 다공성 실리카를 활용한 것이다. 다공성 실리카는 높은 표면적과 기공 구조를 지니고 있어 중금속 이온을 효과적으로 흡착할 수 있다. 또한, 정전기적 상호작용 및 화학적 결합을 통해 중금속 제거 성능을 극대화할 수 있다.

다공성 실리카는 특정 중금속에 대한 선택적 흡착이 가능하도록 표면 개질이 용이하며, 경량성과 재사용 가능성 또한 높아 지속가능한 폐수 처리 기술로 활용될 수 있다.

 

▲ 표4. 구성 소재의 주요 차이점과 용도 비교

첨단 공정을 통한 효율적 중금속 제거
중금속을 제거하기 위해서는 흡착제와 응집제의 균일한 분산이 필수적이다. 이를 위해 초음파 분산기나 고속 혼합기를 활용해 소재와 첨가제를 균일하게 혼합하는 공정이 적용된다. 또한, 중금속의 종류에 따라 실리카 표면을 개질(예: 실란 커플링제)해 흡착력을 강화할 수 있다.

 

산업폐수와 폐기물을 활용한 자원 순환
이 공정은 단순한 폐수 처리가 아닌, 폐기물을 재활용해 자원 순환형 방식으로 설계되었다. 산업폐수와 지정 폐기물(비산재)을 결합하여 시멘트 원료로 활용하는 방식이 대표적이다. 이를 통해 중금속을 효과적으로 제거하는 동시에 중화 작용을 거쳐 무해성을 확보할 수 있다. 특히, 이 과정에서 비폭발성, 비부식성 등의 특성을 유지하면서도 안정적인 처리 성능을 보인다.

건축자재로 활용 가능한 친환경 기술
중금속을 제거한 소각재 및 석탄재는 시멘트(5~10%)와 혼합하여 도로 기층재 및 성토재로 사용할 수 있다. 또한, 200℃에서 소성된 골재는 인공경량골재로 활용 가능하다. 이 과정에서 완전 소결이 이루어져 중금속 및 독극물이 안정적으로 고정화되며, 환경 무해성이 입증된 건축자재로의 활용 가능성이 높아진다.

이처럼 중금속 처리와 자원 재활용을 결합한 혁신적인 기술은 산업폐기물 문제 해결뿐만 아니라 친환경 건축자재 시장에서도 새로운 대안으로 떠오르고 있다.

▲ 표5. 공정 개요 정리

폐기물의 자원화, 지속 가능한 미래를 위한 해결책
AquaMeta 기술은 단순한 폐수 정화에서 나아가, 중금속을 제거한 후 부산물을 활용하는 자원 순환 모델을 제시하고 있다. 산업폐수와 지정폐기물(비산재 등)을 혼합하여 시멘트 원료화하거나 도로 기층재, 인공 경량골재로 활용하는 기술이 적용될 수 있다.

이러한 방식은 기존의 폐수 정화 방식과 달리 폐기물을 새로운 자원으로 변환하는 개념으로, 환경 친화적이고 경제적인 장점을 동시에 제공한다. 또한, 2차 오염을 방지하며 지속 가능한 산업 생태계를 구축할 수 있는 혁신적인 해결책으로 주목받고 있다.

 

▲ 후공정 흐름도 ▲ 처리 설비

환경 보호와 경제적 가치 창출을 동시에
중금속 오염 문제는 더 이상 산업계만의 문제가 아니다. 환경 보호와 규제 준수뿐만 아니라 기업 이미지 관리, 지속 가능한 성장 등을 위해 중금속 폐수 처리와 자원화는 필수적이다. 최신 기술과 자원 순환 모델을 도입한 테라하임의 AquaMeta 사례는 지속 가능한 산
업 발전을 위한 좋은 예시가 될 것이다.

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