인산염 추출 이용한 수질오염 정화

황원희 기자
eco@ecomedia.co.kr | 2021-06-13 15:17:42
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[이미디어= 황원희 기자] 강, 호수 및 다른 수로에서의 인산염 오염은 위험한 수준에 도달하여 물고기와 산소의 수생식물을 아사시키는 해조류의 원인이 되었다. 한편, 전세계의 농부들은 세계 식량 공급량의 절반에 해당하는 인산염 비료의 비축량이 줄어드는 것을 받아들이게 되었다.

 

▲사진 pixabay

노스웨스턴 대학교가 이끄는 연구팀은 시카고의 많은 인근 수역에서 영감을 받아 오염된 물에서 인산염을 반복적으로 제거하고 재사용할 수 있는 방법을 개발했다. 연구원들은 이 개발을 오염 처리를 위한 "스위스 아미 나이프"에 비유하는데, 그 이유는 그들이 다른 오염 물질을 흡수하도록 막을 형성하고 나중에 배출하도록 만들었기 때문이다.

 

이 같은 연구결과 국립과학원 회보지(Proceedings of the National Academy of Science)에 게재됐다.

 

인은 세계의 식량 시스템과 지구상의 모든 생명체를 뒷받침한다. 지구상의 모든 생명체는 인을 필요로 한다. 인은 세포막, DNA의 발판, 인체의 뼈대에도 있다. 산소와 질소와 같은 다른 주요 요소들이 대기에서 발견될 수 있지만, 인은 아날로그를 가지고 있지 않다. 사용 가능한 인의 미세한 부분은 지구의 지각에서 나온 것인데, 이 지각은 풍화작용을 하는 데 수천년 혹은 수백만 년이 걸리며 우리의 광산은 고갈되고 있다.

 

이 재생 불가능한 천연자원의 고갈을 감안할 때, 많은 호수들에서 너무 많은 영양소가 자연수원으로 유입됨으로써 부영양화라고 알려진 과정으로 고통 받고 있다는 것은 아이러니한 일이다. 인산염과 다른 미네랄들이 쌓이면서, 수생식물과 녹조의 밀도가 높아지고, 물에서 산소를 고갈시키고 궁극적으로 수생생물을 죽이게 된다.

 

생태학자와 엔지니어는 전통적으로 수원에서 인산염을 제거하여 증가하는 환경 및 공중 보건 문제를 해결하기 위한 전략을 개발해왔다. 최근에 와서야 제거하는 쪽보다 인산염 회복으로 전환되었다. 연구진은 인산염을 훨씬 더 많이 재사용할 수 있다고 말한다. 

 

스케일업과 관련하여 벤다이어그램이 있는데 이 기술을 스케일업할 수 있어야 하고, 효율성을 높이고 경제성을 가져야 한다. 그 세 개의 교차점에는 아무것도 없지만, 스펀지는 이 모든 기준에 맞는 플랫폼인 셈이다.

 

연구진이 개발한 PEARL(인산염 제거 및 복구 경량) 막은 다공성 유연기질(코팅된 스폰지, 천 또는 섬유 등)로 오염수에서 인산염 이온의 99%까지 선택적으로 분리한다. 인산염에 결합되는 나노 구조로 코팅된 PEARL 막은 pH를 조절하여 영양분을 흡수하거나 방출하여 인산염 회수 및 재사용을 여러번 할 수 있도록 조정될 수 있다. 

 

현재 인산염을 제거하는 방법은 복잡하고 긴 다단계 방법을 기반으로 한다. 이들 중 대부분은 제거 과정에서 인산염을 회수하지 못하며, 궁극적으로 많은 양의 물리적 폐기물을 발생시킨다. PEARL 막은 인산염을 제거하기 위한 간단한 원스텝 프로세스를 제공하여 인산염을 효율적으로 복구한다. 또한 재사용이 가능하고 물리적 폐기물을 발생시키지 않는다.

 

연구팀은 스펀지 기반 접근법이 밀리그램에서 킬로그램에 이르는 규모에 효과적이라는 것을 증명해 보였으며, 이는 더 큰 스케일링에 대한 가능성을 시사한다.

 

이 연구는 같은 팀의 이전 개발에 기반을 두고 있다. 이전 연구에서 물 속의 기름 오염으로 인한 기름을 선택적으로 제거하고 복구하기 위해 동일한 스펀지 플랫폼을 사용한 OHM(olophilic 소수성 다기능) 스펀지를 발견했다. 연구팀은 막의 나노소재 코팅을 수정해 플러그 앤 플레이 방식의 골격을 이용해 중금속을 추적한다는 계획이다. 연구진은 특히 오대호 주변의 수 처리 문제에 대해 많은 고민을 하면서 이 같은 연구에 영감을 얻을 수 있었다고 밝혔다.

 

 

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