하수에서 암모니아 뽑아내 자원으로 활용한다

건설연, 선택적 암모니아 흡착제 개발

[아이뉴스24 최상국 기자] 한국건설기술연구원(원장 김병석)이 다양한 오염물질이 섞인 하수에서 암모니아를 분리 회수해 자원으로 재활용할 수 있는 기술을 개발했다.

건설연 환경연구본부 강성원 박사 연구팀은 제작과정이 단순하고 대량생산이 가능한 암모니아 흡착소재 개발에 성공했다고 1일 발표했다.

연구팀은 이 흡착제가 다양한 오염물질이 혼재하는 조건에서도 높은 암모니아 선택성을 가지고 있으며 암모니아 흡착효율 또한 다른 흡착제들에 비해 월등히 높다고 소개했다. 흡착된 암모니아는 간단한 과정을 거쳐 하수로부터 분리, 회수할 수 있다. 특히 재사용이 어려웠던 기존 흡착소재와 달리 반영구적으로 사용할 수 있다는 장점도 있다.

하수 내 암모니아 자원화 공정 개념도 [사진=건설연]

하수 속의 암모니아는 하천의 부영양화(녹조)와 악취를 발생시키는 대표적인 오염물질이다. 일반적으로 하수 속 암모니아는 질산화/탈질공정을 통해 질소가스 형태로 대기 중으로 배출된다. 또한 하수처리시설에서는 하수 내 질소 제거에 많은 에너지가 투입된다. 국내 총전력공급량의 0.7%(2019년 기준)를 하수처리시설이 사용하는데 이 중 30% 이상의 전력이 수중 질소(암모니아 포함)를 제거하기 위해 사용된다.

반면 암모니아는 비료나 요소수 생산 등에 다양하게 사용되는 유용한 자원이다.최근에는 수소저장용, 발전용으로 활용하기 위한 연구도 활발하다. 하지만 암모니아 생산에도 많은 에너지가 필요하다. 암모니아를 하수에서 쉽게 회수할 수 있는 기술이 상용화된다면 에너지절감은 물론 유용한 자원으로 재활용할 수 있다.

하수 내 암모니아를 회수하기 위한 연구가 전 세계적으로 수행되고 있으나 회수 과정에서 발생하는 암모니아 누출로 인한 악취문제, 개발 소재의 기술적 한계 등으로 인해 상용화된 기술은 찾기가 어렵다.

연구팀이 개발한 흡착제는 이온교환수지에 CuHCF라는 나노물질이 화학적으로 결합된 나노복합체다. CuHCF는 암모니아를 선택적으로 흡착하는 물질로 알려져 있으나 나노입자이기 때문에 수처리에 사용한 후 회수가 어려워 실용화에 한계가 있었다. 건설연에서 개발한 소재는 1~2mm 입자로 이뤄져 있어 재활용할 수 있다. 연구팀은 방사성 세슘 흡착용 소재 개발 과정에서 쌓은 나노복합체 합성 원천기술이 바탕이 됐다고 설명했다.

김병석 원장은 “하수처리시설은 환경오염방지를 위해 필수적인 사회기반시설이나 운영과정 중에 전력이 많이 소모되고 많은 온실가스가 배출되어 탄소중립적 관점에서 개선의 여지가 큰 시설이었다. 건설연에서 개발한 흡착재가 하수처리장에 상용화되어 보급된다면, 전력소비량과 온실가스 배출량을 획기적으로 저감할 수 있을 것”이라고 밝혔다.

연구성과는 환경공학분야 세계최고수준의 저널인 '케미컬 엔지니어링 저널(Chemical Engineering Journal') 2월호에 실렸다.(논문제목: Facile synthesis of copper-substituted Prussian blue analog immobilized ion exchange resins for high-performance ammonium recovery from wastewater: Adsorption kinetics, isotherms, and regeneration)

/최상국 기자(skchoi@inews24.com)

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