하수 중의 암모니아는 정화되지 않을 경우 하천의 부영양화(녹조류)를 유발하고, 하수처리장 악취의 주요 원인이 되는 대표적인 오염물질이다.
또한 토양 산성화를 유발하고 미세먼지를 유발합니다.
그렇다면 암모니아란 무엇이고 부영양화(녹조류)란 무엇인가? 암모니아란 무엇입니까?
암모니아는 질소와 3개의 수소가 결합한 화합물로 무색이고 자극적인 냄새가 있으며 가장 잘 알려진 염기성 용액 중 하나이다.
암모니아라는 이름은 고대 이집트에서 태양신 아문(Amun)의 신전 주변에 염화암모늄이 풍부하게 발견되었는데, 이 가루를 ‘암몬의 소금’이라고 불렀다고 해서 붙여진 이름이다.
암모니아를 인공적으로 대량 생산할 수 없던 시절에는 유기 퇴비를 깔고, 쟁기질이라고 하는 깊고 얕은 땅을 섞는 작업은 일반적으로 봄에 농사를 지을 땅을 준비하기 위해 했습니다.
또한, 토양의 강도를 회복하기 위해서는 경작지를 경작해야 했고, 콩농사를 통해 땅속에 질소를 유지해야 했습니다.
암모니아를 인공적으로 생산하기 위해 유기물을 땅에 뿌린 뒤 숙성시키고 땅의 표면을 긁어냈다.
1774년 조셉 프리스틀리(Joseph Priestley)라는 이름의 신부가 이 가스를 분리하는 데 성공했습니다.
1880년대부터 유럽 국가들은 암모니아를 대량 생산하기로 결정했지만, 석탄을 탄화시키는 과정에서 부산물로 암모니아를 얻어야 하는 복잡한 과정을 거쳐야 했다.
1902년 독일의 오스트발트가 암모니아 제조법을 발명해 특허 매각을 결정하고 칼 보쉬 박사에게 공업용으로 대량생산을 요청했으나 잘못된 연구로 인해 불순물이 발생했다는 사실이 밝혀지면서 대량생산에 실패했다.
1903년 프리츠 하버(Fritz Haber)는 암모니아 생산 연구 임무를 부여받았고, 암모니아 합성 실험에 성공해 연간 9,000톤의 암모니아를 대량 생산할 수 있게 됐다.
부영양화(녹조류)란 무엇인가요?
부영양화는 화학비료나 하수 등의 유입으로 인, 질소 등 영양분이 물에 과도하게 공급되어 식물의 급격한 성장이나 고사를 초래하는 현상이다.
또한, 조류의 과도한 번식을 유발하는 현상을 말하며, 이는 강이나 호수의 심층수에서 산소를 빼앗고 용존산소량이 감소하여 생물이 죽게 되는 현상을 말합니다.
일반적으로 생물은 화학비료나 하수 등의 유입으로 인해 죽고, 부패하는 과정에서 영양분은 계속해서 과잉 공급된다.
부영양화가 발생하면 물의 맛과 냄새가 이상해집니다.
강, 호수, 하구 근처나 상류의 비나 토양 침식으로 인해 토양의 영양분과 유기물이 강이나 바다로 흘러갑니다.
이렇게 흐르는 유기물과 영양분은 물의 순환이 느린 곳에 쌓이고, 유기물은 수생미생물에 의해 분해되어 영양분이 된다.
물 속 영양분 농도가 높아지면 부영양화가 일어나며, 자연수에서도 부영양화로 인한 녹조가 자주 발생합니다.
또한, 농업, 축산폐수, 생활하수 등의 비료사용으로 영양분 자체의 양이 증가하거나, 하천, 호수, 하구 등의 수변이 발달하고 불투수층이 증가함에 따라 완충지대가 줄어들게 된다.
또는 영양분의 유입이 느려지므로 사라집니다.
부영양화를 촉진하고 있습니다.
축산폐수, 생활하수 등 점오염원의 경우 하수처리장이나 자정시설 등을 통해 어느 정도 관리가 가능하지만, 비료 등 비점오염원의 경우 우천 시, 그들은 빗물 배수구, 도랑, 지표면을 통해 강으로 흘러 들어갑니다.
관리하기가 어렵습니다.
자연환경에서는 강기슭의 식물과 투수층이 영양분을 흡수하거나 보유하여 비점오염물질의 유입을 줄일 수 있으나 개발로 인해 점차 사라지고 있습니다.
하수 속의 폐물인 암모니아가 유용한 자원으로 재탄생합니다!
한국건설기술연구원(원장 김병석, 이하 건설연구원)은 다양한 오염물질이 포함된 하수에서 암모니아를 쉽고 선택적으로 제거·활용할 수 있는 흡착재를 개발했다고 밝혔다.
예. 암모니아는 비료, 요소 생산 등 다양한 산업활동에 필요한 유용한 자원으로 그 생산량은 지속적으로 증가하고 있으나, 국내에서 소비되는 암모니아는 전량 수입에 의존하고 있다.
또한, 고온, 고압의 조건이 요구되는 하버-보쉬(Haber-Bosch) 방식으로 생산되기 때문에 많은 에너지를 소모하는 것으로 알려져 있다.
하수 중의 암모니아를 기존 방식으로 제거하는 것이 아니라 회수하여 이용할 수 있다면 하수처리 및 암모니아 생산에 사용되는 에너지를 획기적으로 줄일 수 있고, 궁극적으로는 탄소배출 저감 효과를 기대할 수 있다.
하수 속의 암모니아를 회수하기 위한 연구가 전 세계적으로 진행되고 있지만, 회수 과정에서 암모니아 누출로 인한 악취 문제와 개발 물질의 기술적 한계로 인해 상용화 기술을 찾기 어렵다고 한다.
이에 한국건설연구원 환경연구부 강성원 박사 연구팀은 제조공정이 간단하고 대량생산이 가능한 암모니아 흡착재 개발에 성공했다.
개발된 흡착제는 다양한 오염물질이 존재하는 상황에서도 높은 암모니아 선택성을 가지며, 암모니아 흡착효율도 다른 흡착제에 비해 월등히 높다.
흡착된 암모니아는 간단한 재생과정을 통해 하수로부터 분리되어 고농도의 암모니아수를 회수할 수 있으며, 개발된 흡착제는 강한 결합구조를 가지므로 반영구적으로 사용할 수 있는 장점이 있습니다.
기존의 일반적인 생물학적 처리기술은 하수 중의 암모니아를 질산화/탈질화 과정을 거쳐 질소가스 형태로 대기 중으로 방출하여 암모니아를 제거하지만, 한국건설연구원이 개발한 기술은 하수에서 암모니아를 물리적으로 분리, 회수하여 암모니아를 대기 중으로 전환시키는 기술입니다.
자원. 그런 점에서는 큰 차이가 있습니다.
개발된 기술은 암모니아 처리과정에서 배출되는 온실가스 배출량을 획기적으로 줄여 탄소중립에 크게 기여할 것으로 기대된다.
또한, 회수된 암모니아는 수소, 비료 등의 유용한 물질을 생산하는 데 사용될 수 있습니다.
있을 것으로 예상됩니다.
전력소비와 온실가스 배출을 줄이기 위해 애쓰고 있는 국내 연구자들에게 변함없는 응원과 박수를 부탁드립니다.