KICT 한국건설기술연구원

하수 속 골칫덩어리인 암모니아, 유용한 자원으로 재탄생!

 - 건설연, 하수에서 암모니아를 선택적으로 회수할 수 있는 흡착 소재 개발

 - 탄소중립형 하수처리장 구축을 위한 핵심기술 확보

  한국건설기술연구원(원장 김병석, 이하 건설연)은 다양한 오염물질들이 존재하는 하수로부터 손쉽게 암모니아를 선택적으로 제거 및 활용할 수 있는 흡착소재를 개발했다고 밝혔다.

  하수 속의 암모니아는 대표적인 오염물질로서 깨끗하게 정화하지 않으면 하천의 부영양화(녹조)를 일으키고 하수처리장에서 악취를 발생시키는 주원인 물질이다. 또한, 토양산성화를 일으키는 동시에 미세먼지의 원인이 되기도 한다. 

  하수 내 질소 성분은 하수처리시설을 통해 암모니아로 전환한 후 질산화․탈질공정을 거쳐 처리하고 있으나 처리과정에서 많은 에너지와 자원이 투입된다는 문제점이 있다. 국내 하수처리시설에서 사용되는 전력 사용량(2019년 기준)은 3,650GWh로서 국내에서 공급된 총 전력량(520,499GWh)의 0.7%에 해당한다. 이 중 30% 이상의 전력이 수중 질소(암모니아 포함)를 제거하기 위해 사용된다.

  암모니아는 비료나 요소수 생산에 사용되는 등 다양한 산업 활동에 필요한 유용한 자원으로 생산량이 지속적으로 증가하고 있으나, 국내에서 소비되는 암모니아는 전량을 수입에 의존하고 있다. 또한 고온․고압 조건을 요구하는 하버-보슈법을 통해 생산되므로 에너지 소모량이 많은 것으로 알려져 있다. 만약, 하수 내에 있는 암모니아를 기존의 방법을 통해 제거하지 않고 회수하여 사용할 수 있다면, 하수처리와 암모니아 생산에 사용되는 에너지를 획기적으로 줄일 수 있으며, 궁극적으로는 탄소배출 저감효과도 기대할 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.

  이에 건설연 환경연구본부 강성원 박사 연구팀은 제작과정이 단순하고 대량생산이 가능한 암모니아 흡착소재 개발에 성공하였다. 개발한 흡착제는 다양한 오염물질이 혼재하는 조건에서도 높은 암모니아 선택성을 가지고 있으며 암모니아 흡착효율 또한 다른 흡착제들에 비해 월등히 높다. 흡착된 암모니아는 간단한 재생과정을 통해 하수로부터 분리가 가능하여 고농도 암모니아수를 회수할 수 있다. 또한, 개발 흡착제는 단단한 결합구조로 되어 있어 반영구적으로 사용할 수 있다는 장점도 있다.

  개발된 흡착제는 이온교환수지에 Copper hexacynoferrate(이하 CuHCF)라는 나노물질이 화학적으로 결합된 나노복합체이다. CuHCF는 암모니아를 선택적으로 흡착하는 물질로 알려져 있으나 나노입자이기 때문에 수처리에 직접 적용 시 사용한 후 회수가 어려워 실용화에 한계가 있었다. 그러나 건설연에서 개발한 소재는 1~2mm 입자로 이뤄져 있어 수처리에 활용할 수 있는 특징을 갖고 있으며, 방사성 세슘 흡착용 소재 개발 과정에서 도출된 나노복합체 합성 원천기술을 토대로 개발되었다.

  기존의 보편적인 생물학적 처리기술은 하수 속 암모니아를 질산화/탈질공정을 통해 질소가스 형태로 대기 중으로 배출하여 암모니아를 제거하였다. 그러나 건설연에서 개발한 기술은 물리적으로 암모니아를 하수로부터 분리하여 회수하고 자원화하였다는 점에서 큰 차별성이 있다. 

  개발된 기술은 암모니아의 처리과정에서 배출되는 온실가스 배출을 획기적으로 저감하여 탄소중립에도 크게 이바지할 수 있을 것으로 기대된다. 또한, 회수한 암모니아는 수소, 비료 등과 같은 유용한 물질을 생산하는 데 활용될 수 있을 것이다.

  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.

  본 성과는 “Facile synthesis of copper-substituted Prussian blue analog immobilized ion exchange resins for high-performance ammonium recovery from wastewater: Adsorption kinetics, isotherms, and regeneration”으로 환경공학분야 세계최고수준의 저널인 Chemical Engineering Journal 2월호(‘23.02.01)에 게재되었으며 과학기술정보통신부의 지원으로 건설연 목적형 R&R사업 “탄소중립을 위한 차세대 환경기술 연구(2021~2022)” 과제를 통해 개발되었다. 

공고 제 2022-0038 호

 

제 안 공 고

1. 과 업 명 : 2022년 한국건설기술연구원 직원 종합건강검진

2. 사업기간 : 선정일 ~ 2022. 12. 09.(세부일정 별도협의)

3. 사업예산 : 220천원 × 900명 = 198,000,000원(부가세포함)

4. 참가자격

 ❍ 종합건강검진센터를 운영하고 ｢건강검진기본법｣ 제14조에 따라 국가건강검진에 적합한 의료 인력 및 장비 등을 보유하고 일반 검진 및 암검진 등을 실시하고 있는 검진기관으로

    서울특별시 또는 경기도 고양시에 소재한 검진기관으로 접수마감일까지 참가한 자

 ❍ 본 제안요청서 검진 대상자 이외 직원의 가족 및 연구원 퇴직자에 대해서도 동일한 검진수가 및 검진항목을 적용

    ※ 단, 직원가족에 대한 검진비용은 개인부담으로 개인에게 직접 청구를 원칙으로 함

5. 제안참여

 ❍ 기간 : 2022. 3. 25.(금) ~ 2022. 4. 5.(화) 18:00까지

 ❍ 제출안내

   - 제출처 : 경기도 고양시 일산서구 고양대로 283(대화동)

               한국건설기술연구원 본관1동 2층 경영지원본부

              안전보건실 홍덕기 전임기술원(031-910-0213)

   - 제출방법 : 직접 방문 또는 우편 접수

 ❍ 제출서류

   - 제안사 일반현황 1부 …【서식 1】참조

   - 사업수행 실적 현황표 1부 …【서식 2】참조

   - 검진장비보유 현황 1부 …【서식 3】참조

   - 종합검진 항목 제시표 1부 …【서식 4】참조

   - 서약서 각 1부 …【서식 5~7】참조

   - 제안서 6부 (내용이 담긴 USB 1개) …【별첨 1】참조

     ※ 모든 서류는 원본 또는 원본과 다름없음(원본대조필)을 증명하여야 함

6. 제안설명회

 ❍ 해당없음(서면평가)

7. 제안서 작성요령 및 유의사항 : 첨부파일 참조

8. 검진기관 선정 방법

 ❍ 제안서 평가결과 80점 이상의 업체 중 고득점 순으로 서울시 소재 2개, 경기도 고양시 소재 2개 기관 총 4개 기관 선정

 ❍ 검진 시 선정된 업체 중 직원선호에 따라 자유롭게 개별 선택

9. 평가방법 및 결과통보 : 첨부 참조

 ❍ 제안서 평가위원회를 구성하여 참가자격 요건을 갖춘 업체를 대상으로 연구원의 별도 평가기준에 의해 평가하며 위원의 명단은 공개하지 않음【표 1】참조

 ❍ 평가점수 산정 시 소수점 이하 2자리에서 반올림하여 소수점 1자리까지 산출

 ❍ 최종점수는 각 평가위원별 평가 점수를 산술평균하여 산출

 ❍ 동점자 발생 시 배점이 큰 항목에서 높은 점수를 얻은 기관을 선순위로 함

 ❍ 제안서에 기재되지 않은 사항에 대하여는 평가하지 않음

 ❍ 평가결과는 비공개함을 원칙으로 하고, 평가 결과에 대하여 제안업체는 이의를 제기할 수 없음

 

기타 자세한 내용은 첨부파일의 제안요청서를 참고하여 주시고 안전보건실 홍덕기 전임기술원(031-910-0213)로 문의하시기 바랍니다.

 

2022년 3월 25일

 

한국건설기술연구원장

한국건설기술연구원 남북한인프라특별위원회에서 발간하는 남북건설뉴스 제10호입니다.