대체 산화제인 ‘과망간산염(MnO4-)’을 이용한 녹조 유래 독소물질 처리기술 개발 정부(미래창조과학부-환경부)-연구기관-산업체간 공동 협력 성과
 

최근 사회적 문제로 ‘녹조’가 심심치 않게 언급되고 있다. 정부의 4대강 사업에 따른 ‘녹조’문제가 다시금 수면위로 떠오른 만큼 녹조에 대한 연구와 대책이 시급한 실정이다. 미래창조과학부(장관 최양희)는 2014년 5월부터 사회문제해결형 기술개발 사업으로 ‘녹조로부터 안전한 식수 공급체계 구축 사업단’(단장 이상협)을 운영해왔다. 해당 연구 사업에서는 녹조 대량 발생 시기에 수돗물의 안전도를 유지하면서 효과적으로 대응할 수 있는 최적 정수 공정(Best Available Drinking Water Treatment Process)에 대한 전처리 기술 개발을 포함하여 염소, 오존 등의 대체 산화제, 대체 응집제 및 대체 활성탄 개발팀으로 구성되어 있다. 또한 신규 정수 공정이 효과적으로 정수장에 확대 보급될 수 있는 법·제도 제안 및 시민들과의 소통 체계를 구축하여 녹조로부터 비롯되는 국민 불안감을 최소화 할 수 있는 행정 및 사회 제도 개발도 포함하는 통합 연구가 진행되어 왔다.

그림 1. 정수장 유입 녹조 및 독소물질의 제거를 위한 과망간산염 산화제의 적용방안

한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 물자원순환연구단 이상협(사업단장), 홍석원(연구책임자) 박사팀은 기존 산화제인 염소, 오존의 부작용을 최소화하면서 안전한 수돗물을 생산할 수 있는 정수 공정에 대한 연구개발을 수행하였으며, 연구 성과물인 과망간산염(MnO4-)을 대체 산화제로 도출하고 기반 기술을 확보했다. 과망간산염을 정수처리 공정에 적용할 경우, 염소에 비해 남조류 독소물질(마이크로시스틴)의 50배 이상의 빠른 산화속도를 나타내며 소독부산물의 생성을 100% 방지할 수 있다. 장점으로는 오존 사용에 따른 브롬계 부산물의 생성 억제 및 장치설치 비용 절감 등의 효과가 있다. 또한 과망간산염 산화제는 독성을 유발하는 변형 아미노산의 연결고리를 파괴시키는 역할을 한다. 사업단의 세부연구과제(연구책임자 KIST 홍석원 박사)에서는 과망간산염(MnO4-)과 분말활성탄의 순차적 적용을 통하여 녹조 유래 독소물질 제거, 소독 부산물 최소화, 맛·냄새 물질의 처리 등과 함께 색도(color)문제, 잔류 망간 문제를 해결할 수 있는 공정 조건을 확보하였다. 과망간산염은 세포벽을 파괴시키지 않으면서 표면전하를 변화시켜 독소물질의 체외 방출 차단과 동시에 응집제거 효율을 향상시킬 뿐만 아니라 수중 철/망간 이온 제거 효과도 우수하다는 장점을 가지고 있다.

 

해당 연구 개발 사업은 미래창조과학부의 사업으로 진행되면서, 환경부와 국립환경과학원의 적극적인 협력으로 대체 산화처리 기술이 현장에서 적용되기 위한 수처리제 약품 사용 인증을 받았다. 또한 여름철 녹조가 대량으로 발생하는 하천을 상수원으로 사용하는 정수장에 효과적으로 대응할 수 있는 정수 공정을 활용할 수 있는 법적 기반을 마련하였다. KIST, 한국수자원공사, ㈜블루텍 등 3개 기관은 상호 협력하여 과망간산염을 이용한 정수장의 산화 공정 적용 법적 기반을 확보하였다. 이는 한국수자원공사의 적극적 현장 자료 제공, 벤처 기업의 신속한 실증 기술 자료 제공 및 KIST의 이론적 규명 및 최적 운전 조건 제공 등의 최적의 협력을 통해 달성되었다. 이러한 광역적 협력 연구를 통하여 과망간산염을 이용한 산화공정의 과학적 원리 규명, 개발 약품의 정확한 기술 자료 제공 및 실 정수장 자료 지원이 가능하여 기술적 부족함을 최소화했다.

 

KIST 이상협 박사는 “해당 연구 성과는 국가연구기관, 수도사업자, 벤처기업의 정확하고 유기적인 협력과 동시에 미래창조과학부와 환경부의 범부처 노력으로 이뤄진 결과물”이라고 말하며, “향후 녹조 문제에 대한 새로운 패러다임을 제시하는 연구를 목표로 하고 있다.” 고 밝혔다.

 

본 연구는 미래창조과학부 사회문제해결형기술개발사업 및 KIST 기관고유사업의 지원으로 수행되었으며, 국제 학술지 ‘워터 리서치(Water Research, IF : 5.991)’ 2017년 5월호에 게재되었다.

 

 * (논문명) Elimination of microcystin-LR and residual Mn species using permanganate and powdered activated carbon:

               Oxidation products and pathways
        - (공동 교신저자) 한국과학기술연구원 홍석원 박사
        - (공동 교신저자) 한국과학기술연구원 김은주 박사

Posted by KIST PR

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