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환경기술
환경기술(環境技術, Environmental technology)은 인간의 활동이 원인이 되어 발생하는 환경에 미치는 영향이 문제가 되는 경우에 관리하기 위한 기술이다.
청정기술(cleantech) 녹색기술(greentech)이라고도 부르며 자연 환경을 모니터링, 모델링 및 보존하기 위해 환경 과학, 녹색 화학, 환경 모니터링 및 전자 장치 중 하나 이상을 적용하는 것이다. 자원을 사용하고 인간 개입의 부정적인 영향을 억제한다. 이 용어는 태양광, 풍력 터빈 등과 같은 지속 가능한 에너지 생성 기술을 설명하는 데에도 사용된다. 지속 가능한 개발은 환경 기술의 핵심이다. 환경 기술이라는 용어는 자원의 지속 가능한 관리를 촉진할 수 있는 전자 장치 종류를 설명하는 데에도 사용된다.
목차
개요[편집]
환경기술은 환경오염의 사후정화, 사전예방 및 오염된 환경의 복원, 자원의 효율적 이용 및 관리와 관련되는 산업을 지칭한다
환경기술은 정보기술(IT) · 생물기술(BT)과 함께 21세기 유망산업으로 부상하고 있다. 전세계적으로 환경의 중요성이 증대됨에 따라 미국 · 일본 등 선진국들은 1990년대 들어 수출 전략산업으로 환경기술 개발과 환경산업 육성에 박차를 가하고 있다. 미국은 1993년 '국가환경기술수출전략'을 수립하였고, 일본은 차세대 3대 유망산업 육성을 위한 '뉴선샤인프로젝트'를 수립 · 실시하고 있다. 중국이나 동남아 등 아시아 국가의 경우 연 15~18%의 높은 성장률을 보이고 있다. 또한 지구온난화 방지를 위한 기후변화협약 등으로 에너지기술의 개발 · 보급의 중요성이 날로 증대되어 태양광 · 풍력 등 대체에너지 시장이 급신장하고 있다.
한국은는 환경기술진흥원 및 친환경상품진흥원을 통합(2008년 8월)하여 한국환경산업기술원을 설립(2009년 4월 8일), 「환경기술개발 및 지원에 관한 법률」에 의해 환경기술, 산업을 지원하고 있다. 최근 봄철 미세먼지로 인한 공기질이 문제점으로 대두되자, 환경기술이 각광받는 기술로 부상하고 있다.
- "환경기술"이란 환경의 자정능력(自淨能力)을 향상시키고 사람과 자연에 대한 환경피해 유발 요인을 억제ㆍ제거하는 기술로서 환경오염을 사전에 예방 또는 감소시키거나 오염 및 훼손된 환경을 복원하는 등 환경의 보전과 관리에 필요한 다음 각 목의 기술을 말한다.
- 가. 다음 물질 등(이하 "환경오염물질"이라 한다)의 감소ㆍ처리 기술과 소음ㆍ진동 방지 기술
- (1) 「대기환경보전법」 제2조제1호에 따른 대기오염물질
- (2) 「악취방지법」 제2조제1호에 따른 악취
- (3) 「실내공기질 관리법」 제2조제3호에 따른 오염물질
- (4) 「물환경보전법」 제2조제7호에 따른 수질오염물질
- (5) 「토양환경보전법」 제2조제2호에 따른 토양오염물질 및 폐기물
- 나. 환경오염의 사전 예방ㆍ감소 기술, 오염 유발 억제 제품의 개발 기술, 재활용 및 회수(回收) 기술
- 다. 자연환경의 보전ㆍ복원 및 개선 기술, 환경위해성평가(環境危害性評價) 및 그 관리 기술, 환경영향평가 기술
- 라. 환경오염물질이나 소음ㆍ진동 또는 환경상태의 측정ㆍ분석 기술
- 마. 상수도의 정수처리 및 오염방지 기술
- 바. 가목부터 마목까지의 규정에 따른 기술을 응용하거나 활용[이하 "실용화(實用化)"라 한다]하는 기술
환경기술의 분류[편집]
환경기술은 여러 기준에 따라 여러 가지로 분류할 수 있다. 환경매체를 기준으로 대기정화기술, 폐수처리기술, 폐기물처리기술, 토양보존 및 복구기술, 소음 · 진동방지기술 등으로 나누고, 환경기술이 활용되는 시점 및 활용범위를 기준으로 청정기술(clean technology), 사후처리기술(end-of-pipe technology), 환경복원 및 재생기술(remediation technology)로 나눈다. 사후처리기술을 "제1세대환경기술", 청정기술을 "제2세대환경기술", 환경복원 및 재생기술을 "제3세대환경기술"이라고 부르기도 한다. 환경기술을 사후처리기술(cleaning)과 사전예방적 · 환경친화적 생산공정기술과 같은 청정기술(clean)로 분류하기도 하고, 매체별 환경기술을 통틀어서 부가적 환경기술(Additive environmental technology)이라고 부르기도 한다. 그 외에 환경측정 · 분석기술 및 환경정보기술, 통합적 환경보호기술 등을 추가한다. 환경기술은 사후처리기술 → 청정기술 → 환경복원 및 재생기술의 순으로 발전되어 왔다고 할 수 있다.
사후처리기술[편집]
고전적 환경기술이라고도 부르는 것으로, "기존의 생산 공정 끝에 추가하여 사용하는 기 술"이라는 뜻에서, 부가적환경기술이라고도 부른다. 대기오염물질 제거를 위한 필터기술, 세정기술, 흡착기술 등이 있고, 폐수처리를 위한 생물학적 처리기술, 소음방지기술, 쓰레 기 소각기술 등이 있다.
청정기술[편집]
생산기술을 개선하여 원료 및 에너지 투입절대량을 줄이고, 오염물질배출량을 줄이며, 배 출된 폐기물의 재활용이 가능하도록 하고, 제품 사용 후에도 재활용할 수 있도록 하여 전 체적으로 환경에 배출되는 오염물질의 양을 최소화하는 기술을 말한다.
환경복원 및 재생기술[편집]
훼손된 생태계나 오염된 토양을 당초의 상태로 재생하거나 복원하는 기술을 말한다.
환경기술의 종류[편집]
현재까지 개발되어 사용되고 있는 환경기술을 수질오염방자기술, 대기오염방지기술, 폐기물처리기술 등 사후처리기술, 자원절약기술, 에너지절약기술 등 청정기술 및 토양세척기술, 지하수처리복원기술 등 환경복원 · 재생기술로 나누어 살펴본다.
수질오염방지기술[편집]
수질오염방지기술을 물리적 처리기술, 화학적 처리기술 및 생물학적 처리기술의 3가지로 구분한다. 물리적 처리는 분리, 여과, 침전, 부상, 자선, 증류 등의 방법을 사용하여 오염물 질을 정화하고, 화학적 처리는 산화, 환원, 중화, 분해, 흡착 등의 방법으로 오염물질을 정 화한다. 생물학적 처리는 호기성처리, 혐기성처리 및 자연처리로 구분되며, 호기성처리로는 활성스러지법, 생물막법 및 산화지법이 있고, 혐기성처리는 혐기성스러지법, 혐기성생물막 법 및 혐기성소화법이 있다.
대기오염방지기술[편집]
처리대상오염물질에 따라 방지기술을 분류할 수 있다. 개발 · 사용되고 있는 기술은 분진, 유해가스, 황산화물, 질소산화물 등이다. 분진제거기술은 배출구에만 적용되는 기술로 입자 크기에 따라 적용기술이 달라진다. 가장 작은 입자에 대해서는 전기집진기를 사용하고, 가 장 큰 입자에 대해서는 기계식 사이클론을 사용한다.
유해가스는 공정 중에 발상하는 것으로 흡수, 흡착 및 연소의 3가지 방법을 사용한다. 흡 수는 용해 또는 화학반응물질에, 흡착은 고체성 물질에, 연소는 큰 배기량에 낮은 농도의 유해가스에 적용된다. 황산화물과 질소산화물 제거방법은 연로에서 제거하는 방법, 공정에 서 제거하는 방법과 배출구에서 제거하는 방법을 모두 사용한다.
폐기물처리기술[편집]
폐기물처리기술은 중가처리기술, 최종처리기술 및 사후관리기술로 구분된다. 물리화학적 처리는 액상폐기물처리에 사용하며, 고형화처리방법은 독성폐기물에 사용되고 있다. 소각 은 폐기물을 산화, 분해하여 양을 줄이고, 무해화하는 방법이다.
위생매립은 차수바닥과 차수벽을 설치하여 침출수로 인한 토양오염과 수질오염을 방지하 는 방법이며, 안전매립은 유해폐기물의 최종처리방식으로 침출수의 주변환경배출을 완전히 차단하는 방법이다.
청정기술[편집]
청정기술은 자원절약기술, 에너지절약기술, 저공해생산공정기술, 자원회수 및 재활용기술, 청정제품제조기술로 구분할 수 있다. 자원절약기술은 동일제품 동일 양을 생산하는데 필요 한 투입물질의 양을 줄이는 기술을 말한다. 에너지절약기술은 에너지효율을 높이는 기술을 말한다. 저공해생산공정기술은 원료의 채취, 가공, 제조과정에서 각종 오염물질의 발생을 최소화하는 기술을 말한다. 예를 들어, 스테인레스강의 청정생산공정화, 니트로화반응청정 공정화, 도금공정의 청정화, 저공해자동차엔진 개발 등이 있다.
자원회수 및 재활용기술은 생산공정에서 발생한 폐기물을 회수하여 재활용하는 기술을 말 한다. 예를 들어, 제지스럿지재활용기술, 인쇄회로기판식각용매재생 및 구리회수기술, 폐염 화유기물로부터 자원회수 및 재활용기술, 발효아미노산분리와 폐액재활용기술 등이 있다. 청정제품제조기술은 청정제품을 생산하는 기술로서, 청정제품은 제품의 제조사용을 위해 원료의 채취에서부터 소비의 최종단계까지 전 과정을 통해 발생하는 폐기물의 양, 즉 오염 총량이 상대적으로 작은 제품을 말한다. 이러한 오염총량의 분석을 전과정분석(Life Cycle Analysis, LCA)이라고 한다. 청정제품제조기술로는 환경친화적 계면활성제, 생분해성 플라 스틱, 인산염대체실리케이트 개발 등이 있다.
토양 및 지하수오염방지 관련기술 등[편집]
토양 및 지하수오염방지기술, 위해서평가기술, 오염지역특성조사 및 감시 · 관리기술로 구 분한다. 토양오염방지기술 및 지하수오염방지기술로는 현장복원기술, 현장경작 및 퇴비기 술, 생물반응기술, 미생물중금속분리기술, 공기탈취(air stripping)기술, 산화법, 광촉매 산 화법, 열처리기술, 현장외저온열탈착기술, 현장열탈착기술, 안정화고형화기술, 중금속고형화 무해화기술, 유전공학미생물균주개발기술, bioventing, 현장오염토양세척, phytoremediation 등이 있다.
위해성평가기술로는 토양오염노출경로 및 노출량산정기술, 유해물질독성평가기술, 위해성 평가방법기준 확립이 있고, 오염지역특성조사 및 감시관리기술로는 오염물질측정 및 분석 기술, 심도별 토양/지하수/토양가스시료채취방법, 지질학적측정기술, 원격탐사기술(지질도 작성), 지질학적 특성조사기술, 모형이용컴퓨터프로그램 개발, 생명공학이용 미생물분해능 활성도측정기술 등이 있다.
한·중·일 환경기술의 예[편집]
대기오염[편집]
푸른하늘을 보며 맑은공기를 마시고 싶어하는 것은 만국의 공통된 열망이다.
하지만 오늘날 세계 모든 나라에 대기오염이 중요한 문제로 대두되었다. 현재 급격한 도시화와 산업화로 인하여 대기오염은 점차 광역화되며 심각해지고 있다.
때문에 대기오염에 대한 대책으로 공장과 같은 오염물질의 고정발생원을 법령으로 지정하여 오염물질 배출기준을 설정하고, 사용연료의 질을 규제하며, 긴급한 경우에는 조업을 단축시키는 등 개별적인 발생시설을 규제하고 있다. 또한 매진(煤塵, smoke dust) ·황산화물 ·질소산화물 등의 매연이나, 카드뮴·납·플루오르화수소·염소 등 유해물질은 엄격한 배출기준을 설정하여 규제한다. 광화학 스모그 대책을 위하여 탄화수소의 배출을 규제하고, 옥시던트(oxidant: 강한 산화성 물질) 개선 등에도 주력한다. 대기오염을 극복하기 위한 한 중 일의 환경기술에 대해서 알아보겠다.
- 한국
이산화탄소 발생량을 연간 140만톤 줄이고, 에너지를 1천억원 이상 절약할 수 있는 획기적인 나프타 분해 신기술이 세계최초로 국내에서 개발됐다.
최근 국제유가 및 나프타가격의 급등과 함께 중동의 가스분해로 신증설 및 중국의 올레핀 자급률 상승으로 국내 석유화학산업의 경쟁력이 약화되고 있는 상황에서 나프타 분해공정에서 생성되는 C4혼합물 가운데 연료로 쓰던 부산물을 고부가화 하여 고가의 석유화학 기초 원료로 활용하는 획기적인 기술이다.
여기서 나프타는 원유의 증류과정에서 생산되는 중질 가솔린 성분으로 석유화학산업의 중요한 기초원료다. 나프타를 활용할 때에는 분해해야 하는데, 그 산물인 경질올레핀은 에틸렌, 프로필렌처럼 이중결합을 갖고 있는 화학물질로, 플라스틱과 알콜, 도료 등을 제조하는 기초원료가 된다.
지금까지 나프타로 경질올레핀을 만들 때는 800~900℃의 고온으로 가열하는 열분해 공정을 사용했다. 그러나 나프타 분해공정은 대표적인 에너지 다소비 공정으로 석유화학산업 전체 에너지 소비량의 40% 이상을 차지할 정도로 에너지 낭비와 이산화탄소 배출량이 많다는 문제점을 갖고 있었다.
박용기 박사팀은 촉매를 개발해 700℃ 이하 온도에서도 기존보다 10% 이상 더 높은 수율로 경질올레핀을 제조할 수 있는 방법을 개발했다. 박 박사는 "촉매를 이용한 공정을 사용하면 기존보다 나프타 원료는 12% 줄이고, 연료소모량을 20% 이상 줄일 수 있다"고 밝혔다. 2004년 기준 국내 에틸렌 생산량은 650만톤으로 세계 6위에 위치하고 있는데, 이로 인한 이산화탄소 발생량은 700만톤이다. 즉 20%의 에너지를 절감할 경우 연간 약 140만톤의 이산화탄소 배출저감과 1천억원 이상의 에너지 절감이 가능하다는 설명이다. 박 박사는 "올해 초 기후변화협약이 발효되면서 이산화탄소 배출량을 줄이는 것이 선진국들의 큰 과제가 되고 있다"면서 "한국도 2013년부터 협약에 적용받으리라 예상되기 때문에 이번 공정 개발이 더 큰 의미를 지닌다"고 밝혔다. 아울러 그는 "새로 개발한 공정은 현재 화학산업에서 수요가 더 커 고가인 프로필렌을 상대적으로 값싼 에틸렌보다 더 많이 생산할 수 있어 산업경쟁력이 뛰어나다"고 덧붙였다. 개발된 기술은 2004년 9월 특허로 출원됐으며, 현재 SK(주)에 공정기술을 이전해 개발기술의 상업화를 추진 중에 있다.
이번 연구는 지금까지 선진국 기술에 의존하던 나프타 분해설비를 국산화할 수 있는 기틀을 마련한 것으로 평가된다. 전문가들은 "원유가 점차 중질화되고 프로필렌 수요가 증가하는 추세에서, 저급의 중질 나프타를 원료로 에틸렌보다 프로필렌을 더 많이 생산할 수 있는 나프타 분해기술개발은 국가 경제적 측면에서 크게 기여할 것"으로 예상했다. 나프타 분해 신기술 개발은 과기부 21세기 프론티어 연구개발사업의 일환인 '이산화탄소저감 및 처리기술 개발 사업단(단장 박상도)'의 지원을 받아 한국화학연구원이 SK주식회사(대표이사 신헌철), SK기술원(원장 박상훈)과 공동으로 3년간 15억원의 연구비를 투입해 이뤄졌다.이번에 개발된 기술과 함께 C4부산물 고부가화 연구의 일환으로 개발하고 있는 △부텐-2의 탈수소화를 통한 부타디엔 제조공정 △부텐-2 이성화 공정 △옥텐-1 제조공정 등의 기술을 완료하고 공정에 적용하는 경우 에틸렌 연산 100만톤 규모의 나프타분해공정 적용 시 연간 1000억원의 추가이익 또는 200억원의 로열티 수익을 기대할 수 있다.
- 중국
중국 대기오염의 주범은 석탄이고, 주요 오염물질은 이산화황이다. 중국의 이산화황 연간 배출량은 2000만톤 이상으로 세계 1위를 차지하고 있다. 주로 이산화황 배출이 초래하는 황산형 산성비 오염 위해면적은 국토 면적의 40％를 차지하고, 이로 인한 전국의 연간 손실액은 천억위안에 달해 5천억위안을 육박하는 것으로 나타났다. 이산화황 오염은 이미 중국의 경제, 사회의 지속가능한 발전을 제약하는 주요 요소가 되고 있어, 이산화황 오염통제가 반드시 행해져야 할 시기이다. 연기탈황(Flue Gas Desulfurization，FGD)은 현재 세계에서 유일하게 대규모 상업화에서 응용되는 탈황방식으로, 이산화황 오염을 통제하는 주요 기술수단이다. 여러 선진국이 이산화황 오염을 성공적으로 통제하는 동시에, 연기탈황 관련 환보산업을 형성해 아시아와 전 세계 거대시장으로 진출하고 있다. 중국 연기오염 제어기술은 점점 발달하고 있으며, "고효율화", "자원화", "종합화", "경제화"를 통해 중국 국정에 맞는 길로 나아가야 한다. 석탄연기 오염통제 공법과 장치의 “고효율화”를 통해 설비투자와 원자재비용을 낮추어야 한다. 오염통제 과정에서 생산되는 부산물의 "자원화"를 통해 2차 오염을 줄이는 동시에, 부산품의 수익으로 일부 오염통제 비용을 상충시켜야 한다. 기존에 각종 오염물질에 대해 각각 단일한 처리를 진행했던 것을 "종합화"된 탈황, 탈질, 탈탄, 집진의 시스템 최적화 처리로 전환해 석탄연소 연기오염 제어장치의 건설과 운행비용을 대폭 감소시켜야 한다. “고효율화”, "자원화", "종합화"는 연기탈황의 낮은 원가라는 "경제화"의 목표를 최종적으로 실현할 수 있을 것이다. 이는 현재 전 세계 각국 연기정화 기술발전의 대추세이고, 연기탈황에 있어 하이테크 기술을 이용해 전통기술을 개조하는 필수 선택이다. 중국은 이 추세에 맞춰 중국의 연기탈황이 하이테크 기술의 고지에 놓이도록 노력해야 하며, 국내외 기술과 방법을 충분히 활용해 중국 자신의 연기탈황의 길을 나아가야 한다. 종합기술과 시장의 두 측면에서 볼 때, 연기탈황 시장은 객관적으로 존재하는 천억위안 규모 이상의 대시장이지만, 기존의 기술이 결코 시장 수요를 만족시키지 못하고 있다. 국가가 강제적으로 탈황을 요구하는 한편, 시장에서는 적당한 기업이 보유할 만한 기술이 부족해 첨예한 모순이 형성되고 있다. 그러나 중국이 개발해 자주 지적재산권을 보유하고 있는 신형 활성탄법 연기탈황 기술은 이러한 현재의 시장모순을 해결해주고 있다. 활성탄법에 대해서 특징에 대해서 알아보자.
활성탄법이란 탈황제 소비량이 적고, 탈황제가 한 번 투입된 후 장기간 사용이 가능하며, 해외 암모니아법, 활성코크스법, 칼슘법, 마그네슘법 등과 같이 수시로 탈황제를 첨가할 필요가 없어 탈황제 소비량이 대폭 줄어든다. 공법 과정이 짧고 설비 수가 적다. 탈황원료의 준비, 투입, 운송 시스템으로 인해 장치가 상대적으로 간단하고 점유면적도 비교적 작다. 공업이 간단해 탈황 원료 소비가 적고, 탈황 투자와 운행비용도 적다. 이 기술의 탈황 산물은 공업용으로 광범위하게 사용되는 황산으로 자원화 이용을 실현할 수 있다. 탈황기술의 연구개발, 설계부터 설비, 측정기기, 자재 등에까지 전부 국산화 실현한다.
신형 활성탄법 연기탈황 기술은 이미 국가발명 특허를 획득했고, 국가의《현재 우선 발전시켜야 할 첨단기술 산업화 중점영역 안내》에 포함되었으며, 연기정화 기술발전 추세인 고효율화, 경제화, 자원화에 부합하는 차세대 하이테크 기술이다. 이상의 분석에서 볼 수 있듯이, 활성탄법 연기탈황 기술은 고효율화, 자원화, 종합화, 경제화 발전 방향으로의 기술이다. 특히 경제적 측면의 우월성은 다른 탈황기술과 비교했을 때 중국의 경제, 자원, 기술 등 측면의 종합 국정에 부합하는 것이다. 국가 기술개발의 중점 분야에서도 볼 때, "7.5", "8.5" 기간부터 "9.5"기간까지 국가 관련부문이 활성탄법 기술에 중점적으로 지원하고 있다. 기술경쟁 측면에서 볼 때, 해외 도입기술은 기본적으로 석회석 석고법으로, 각 회사가 동질화된 기술을 보유하고 있어 현재의 가격 대란이 일어났으며, 이러한 배경 하에 활성탄법 기술은 중국에서 장족의 발전을 거둬 연기탈황 시장에서 큰 두각을 나타낼 것으로 보인다.
- 일본
일본에서는 종업원 14명의 작은 기업이 세계에도 예가 없는 독특한 풍력 발전기의 실용화에 도전하고 있는데 아키타현 카타가미시에 위치하고 있는 MECARO(메카로)사가 그 주인공이다. 150여년 전 독일의 과학자가 발견한 '맥너스 효과'라는 기술을 접목시킨 것으로 원통형 파이프를 모터로 회전시키면서 파이프에 바람이 맞아 직각방향으로 양력이 발생해 약한 바람에도 풍차가 돌기 시작하는데, 마치 야구의 커브볼과 같은 원리이다. 프로펠라가 아닌 원통형의 파이프로 도는 풍차의 개발을 진행하고 있다.
날개를 돌리기 위한 전력 소비를 줄이기 위해, 단순한 원통으로 맥너스 효과를 내려고 하면 매분 몇 천 회전 정도를 해야했던 것을 실린더의 나사장에 핀을 붙이는 것으로, 수백 회전으로 큰 양력을 발생할 수 있는 방법을 고안했다. 또한, 약한 바람에서도 도는 것과 동시에 강풍에서도 실린더의 회전을 조절하는 것으로 계속 천천히 돌 수 있기 때문에, 약풍에서나 강풍에서나 안정된 회전을 할 수 있는 것이 강점이다. 프로펠라형의 대형 풍차는 태풍이 불면 풍차가 망가지는 막기 위해 회전을 멈추지 않을 수 없었음. 회전수가 프로펠라형에 비해 6분의 1 정도이므로 소음도 적고, 새가 날개에 충돌하는 사고도 크게 줄일 수 있다고 한다. 직경11.5미터의 풍차로 발전 능력은 12킬로와트로 작지만, 연간 평균풍속이 6미터의 조건하에서 표준 가정 9채 분인 3만 킬로와트를 공급할 수 있다. 실용 레벨의 풍차를 오가타무라내에 설치해 실증 시험을 해 왔으며, 미항공 우주국(NASA)에 풍차를 반입해 풍속50미터의 시험을 해 무사히 마쳤다. MECARO 사의 무라카미신 히로시 사장은 "아키타발 신토불이 에너지를 목표로 한다"라고 말했다.
수질오염[편집]
수질 오염의 원인을 크게 세 가지로 나타낸다면 첫째, 과다한 오염물질의 배출. 둘째, 순환용량의 부족. 셋째, 강수량의 계절적 편중을 들 수 있다. 여기에서 둘째와 셋째는 자연적인 조건으로서 개선하는 데는 제약이 있으며, 수질오염을 줄이는 길은 첫째원인 즉, 오염물질의 배출을 최소화하는 수밖에 없다. 생활하수가 총 오폐수 발생량의 60%이고 다음이 공장폐수로 39%, 그리고 축산폐수가 1%의 순이다. 따라서 가장 오염발생량이 높은 오폐수 처리기술에 대하여 알아보았다.
- 한국
생물학적 처리기술로써 활성 슬러지법은 1차 처리된 하수를 2차 처리를 위해 주로 이용되며 주요 공정은 폭기조, 최종침전지, 슬러지 반송설비 등으로 구성되었다. 물이 오염되는 가장 큰 원인은 탄소로 이루어진 유기물이 산소와 만나 이산화탄소가 되어버린다. 따라서 생물의 대사작용(호기성 세균 등)을 활용하여 하수중의 부패성 유기물(BOD)성분 제거하여 이산화탄소 발생을 없애, 자연 정화와 비슷한 방법으로 이용되기 때문에 자연친화적이라 할 수 있다. 이 방법은 주로 우리나라에서 하수처리 방법으로 사용하고 있다.
서울시는 현재 물 재생센터에서 처리 후 방류되는 수질을 BOD (생화학적산소요구량) 20ppm 이하에서 10ppm 이하로 개선하기 위하여 하수 고도처리 사업을 단계적으로 시행중에 있다. 이번에 1단계로 1,480억원의 투자하여 ´01년 사업착수 후 6년만인 금년 10월에 사업을 완료하였다. 중랑물재생센터에 도입된 고도처리공법(일 46만톤)은 A2O공법으로, 현재 하수처리 과정(표준활성슬러지법)에서 잘 제거되지 않는 부영향화(녹조류 발생)의 원인 물질인 질소와 인 성분을 추가제거(유입하수의 약 70%)하게 되고, BOD와 SS(부유물질)를 추가 제거하게 되어, 하수 처리 방류수 수질이 크게 개선되었고, 이로 인해 중랑천 하류 수질도 개선된 것으로 나타났다. 중랑물재생센터는 서울시 최초로 고도처리공정을 도입하여, 하루 최대 46만 톤의 생활하수와 분뇨를 2급수(3ppm 이하) 정도의 수질(2.9ppm)로 처리하여 2007. 7월부터 중랑천에 방류하고 있다. 또한 하수처리 과정에서 발생되는 냄새는 미생물처리방식으로 제거토록 하였고, 고도 처리된 하수는 도로 청소용수, 지하철 전동차 세척수, 시설점검 등 비상시 청계천유지용수 공급, 물 재생센터 내 잡용수 등으로 재이용 하는 등 하수 처리수를 본격적으로 재이용하고 있다.
- 중국
1970년대와 1980년대 중국의 오수처리공장은 아주 적었고, 장비 또한 간단하였는데, 이 장비들은 주로 국유기업의 생산에 의존했었다. 오수처리공장은 20세기 후반 급성장을 보였다. 그 결과 중국 전역의 폐수처리능력이 60%를 상회하였고, 국가 투자 2,000억 위안 가운데 400억 위안이 설비에 투입되었다. 1990년대 이후 중국 내 오수처리공장은 대규모 건설에 착수하였고, 설비 또한 개진되었으나, 전체 장비 수준은 여전히 낙후하였다. 이 문제를 극복하기 위해서 중국은 해외 일부 설비를 도입하여 중국의 폐수처리산업을 발전시켰으며, 또한 중국 폐수처리설비기업의 발전을 추진하였다. 2000년에 접어들면서 중국 내 환경보호기업의 참여로 폐수처리설비의 수준, 품종, 시장공급 및 시장연계 등에 큰 진보가 있었다. 그렇지만 현재 중국의 단일 설비는 해외 설비에 비해 여전히 격차가 존재하며, 또한 제품요구가 높아질수록 그 격차가 더욱 뚜렷해지고 있다.
중국의 경우에는 오수처리에 대한 정보가 부족하여 전분, 맥주, 레몬산, 도축, 제약 등 업종의 고농도 유기폐수 처리 공정의 [혐기 과립 오니 팽창상(EGSB) 반응기 기술]에 대한 예를 들어보겠다. 이 기술의 기본 원리는 출수, 내외 순환 및 메탄가스 순환이 서로 결합된 복합 순환 방식 및 기술 수단을 적용하여, 과립 오니의 부유 상태를 유지하고 몇 가지 순환 강도, 방식 및 비율에 대한 제어를 진행하여 과립 오니의 쾌속 형성 및 구조와 활성의 유지가 촉진되도록 하여 반응기 내 미생물과 기질의 충분한 접촉 및 물질 전달을 실현하여 반응 속도를 가속화한다. 또한 EGSB 반응기 운행을 위해 오수 온도>30℃, 환경 온도≥20℃의 조건이 충족되어야 한다.
이로써 경제 효과와 환경효과를 분석 해 볼 수 있는데, 먼저 경제적 효과이다. 전체 오수처리 공정 혐기 메탄가스 생산량이 10740㎥/d이다. 이 메탄가스 중 60~70％의 메탄이 함유되어 있고, 열량치 함유량은 약 23000~27000kJ/㎥이다. 메탄가스를 이용하여 발전할 경우 1㎥ 메탄가스로 1.5~1.6kW•h 발전이 가능하며, 1일 총 발전량은 16110kW•h이다. 환경 효과로는 수질 오염 문제를 철저하게 해결하였고, 현지 환경 조건을 개선하여 생태 평형을 유지하였음을 볼 수 가 있다.
- 3)일본
일본에서는 유용 미생물군(EM)을 이용한 수처리 및 환경을 개선하였다. 대표적인 예로 일본 오끼나와 구시카와시 시립도서관을 들 수 있다. 이곳에서는 세계에서 처음으로 EM정화법을 사용한 폐수의 재활용 시설을 설치했다. EM정화법이란 EM을 사용해서 폐수 중의 유기물을 분해하여 수질을 원하는 수준으로 정화하는 방법이다. 오폐수의 처리방식은 특별한 것 없이 통상적인 합병정화조로도 충분하다. 정화조는 크게 3조로 구분되어 있고, 첫 번째 조에 화장실 등에서 배출된 오수가 모여져 EM미생물에 의한 분해가 시작되고, 두 번째에서 오수 중의 유기물이 물과 탄산가스로 분해된다. 그리고 마지막에서 다시 정화되는 3단계의 시스템이다. 그 결과 악취는 다음 날 사라지고 1개월 후에는 화장실에서 나온 폐수가 식수로도 사용될 수 있는 시냇물 수준까지 깨끗해지는 것이다. 물론 대장균 증의 유해균은 검출되지 않았다. 단 이 시스템은 빗물로도 이용할 수 있었는데 그 후 검사결과에는 약간의 대장균이 검출 되었지만 여과기를 통한 옥상탱크에서는 전혀 검출되지 않았고 수질은 BOD로 1.0ppm이 되는 예도 많고 수돗물보다 깨끗해서 식수로도 사용할 수 있는 수준이 되었다.
EM에 의해 화장실 폐수가 시냇물보다도 깨끗이 정수된 사실이 물 재활용에 있어서 평소 물 부족에 시달리던 오끼나와와 같은 지역에서는 대단한 낭보라 할 수 있겠다. 또한 유해미생물의 번식이 억제되고, EM이 만들어낸 항산화 물질에 따른 산화방지 효과로 화장실 변기 등이 조금도 훼손되지 않고 더러워 지지 않은 채 항상 반짝거림을 유지한다고 한다. 도서관 화장실 청소원은 작업시간이 평소의 3분의1에 불과했고 악취가 없다고 하는데 이는 변기나 배수관에 오염물질이 부착하지 않기 때문이다. 수도요금도 사용규모로 따지면 연간 120만 엔으로 추산되나 실제로는 6만엔에 불과하며 EM대금으로 연간 5만엔 정도 들어 비용걱정도 없다.
또한 EM으로 처리한 순환수에는 EM이 만들어낸 항산화 물질이 포함되어 있어 물질의 훼손방지나 농작물의 성장과 인간의 건강에도 플러스 요인이 되며, 물 부족에 대한 걱정도 줄일 수 있을 것이다. EM은 3개월마다 총 3L를 조정조에 투입하고, 활성오니법에 의한 장시간 하수 속에 공기를 넣는 배수정화 방식으로 처리된다. 이를 이용해 재배된 식물체의 비타민 C함량, 클로로필 함량이 높고 뿌리의 활성도 증가되는 효과를 얻을 수 있다.
폐기물오염[편집]
폐기물처리는 기능적으로 ① 발생억제 ② 재활용 ③ 중간처리 ④ 최종처리의 4단계를 거치는데, 그 중에서 중간처리는 파쇄·압축·고형화·여과·중화·소각·흡착·소화 등의 물리·화학·생물학적 공정을 말하며, 최종처리는 매립 또는 해역배출 등의 방법으로 처분하는 것을 일컫는다. 모든 폐기물은 중간처리를 철저히 하면 자원절약과 에너지회수 효과를 얻을 수 있고, 최종처리의 부담을 덜 수 있다. 국내에서 생활폐기물의 소각처리 비율은 1995년 4%에서 1998년 8.9%로 늘어나고 매립은 72.3%에서 56.2%로 줄어드는 추세이나 사업장폐기물의 경우는 오히려 매립이 늘고 소각이 줄어드는 현상을 보이고 있다.
- 한국
지렁이를 이용한 퇴비화 처리법은 기존의 슬러지 처리 방법보다 간편하며, 시설과 운전비용이 적게 들고 슬러지 처리후 발생되는 부산물(지렁이 + 분변토)의 재활용이 가능한 새로운 처리 기술로 알려지고 있다. 이 방법은 1970년 Fosgate 와 Babb가 동물의 분을 이용, 인공적으로 지렁이를 증식시켜 그 가능성을 입증하였다. Hartenstein등은 하수처리장의 탈수슬러지, Loehr등은 액상슬러지(TS : 9∼17%), Camp Dresser는 도시고형폐기물을 대상으로 하여 지렁이가 유기성 물질을 안정화시킬 수 있다는 것을 연구하여 Vermicomposting이 폐기물처리의 한 분야로서 이용될 수 있는 기술적 토대를 성립시켰다. 현재 한국에서 지렁이를 이용하여 유기성폐기물을 처리하는 방법은 먼저 민간에서 시작되어 이용되었으나 소규모로 개인이 영리를 위하여 제한적으로 이용되고 있었다. 이러한 실정에서 1990년부터 국립환경연구원에서 지렁이를 이용한 유기성폐기물처리기술개발을 수행하면서 과학적이고 체계적인 연구가 이루어져 현재는 개발된 기술을 거룡바이오텍㈜ 등에 보급하여 80여개소에서 연간 10만톤의 폐기물을 처리하고 있다. 10만톤의 유기성폐기물을 지렁이를 이용하여 처리할 경우 약 20억원의 매립비용과 매립용량이 절약되는 효과를 가져옴과 동시에 유기성슬러지를 먹고 증식된 지렁이 자체가 약 8억원, 비료와 토양개량제로 이용되는 분변토를 판매하여 6억원 등 106억원의 판매수익이 창출될 것으로 추정되어 국가 및 지렁이 처리업소에 모두 도움이 되는 것으로 나타났다. 1999년도에는 서울시 난지하수처리사업소와 공동으로 『지렁이 사육에 의한 폐기물 재활용 확대』 사업을 진행시키고 있다. 이러한 연구는 다가오는 2001년부터 폐·하수종말처리시설, 폐수배출업소(2,000톤/일 이상)에서 배출되는 유기성슬러지의 직매립이 금지됨에 따라 본 처리방법은 소각이나 퇴비화 방법과 같은 중간처리기술로써의 역할을 하여 급속한 보급이 예상되며 향후 지렁이 처리법으로 처리가능한 유기성폐기물은 약 700만톤으로 예상된다.
- 중국
중국은 탄소법을 이용하여 사탕수수, 사탕무, 설탕공장 발생 슬러지 처리에 적용되며 활성칼슘비료 혹은 활성규소마그네슘칼슘비료로 전환하고 있다. 이런 비료는 남방지역의 산성토양에 제일 적합하며 북방의 알칼리성토양에 어느 정도 개량 작용이 있다. 환경보호에 유리하고 녹색식품을 생산할 수 있기 때문에 응용 전망이 좋을 것으로 예측된다.
기본원리는 탄산법를 이용하여 설탕을 제조하는 사탕수수공장, 사탕무공장, 설탕공장에서 발생하는 슬러지를 탄소법 슬러지라고 한다. 탄소법 슬러지는 유기물 함량이 비교적 낮고(아류산법과 비교할 때) 칼슘의 함량이 높으며(36%~51%) 강한 알카리성을 나타내기(pH＞9) 때문에 농업에서 이용하기 힘들다. 방치, 매립 혹은 황야에 버린다 하더라도 기업은 대량의 재력을 소모하게 되고 알칼리성물질은 빗물과 지하수, 하천에 따라 수원을 오염시키고 밭, 양식업과 주변 환경을 오염시키기 때문에 환경보호부서에서도 허용하지 않고 있다. 탄소법 슬러지를 어떻게 처리하고 합리적으로 이용해야 하는가 하는 문제는 설탕공장이 급히 해결해야 하는 환경보호 숙제이다. 고명금규자식물영양유한회사는 자체의 생물공정기술을 이용하고 강한 알카리성(pH9 이상) 및 고온(73℃ 이상)에 견디며 발효성이 강한 미생물균집을 선택하여 성공적으로 탄소법 슬러지 생물발효제를 연구, 제작하였다. 이 발효제를 이용하여 탄소법 슬러지를 고온발효하고 슬러지 중의 유기물질 및 유해화합물을 후미산, 아미노산 등 영양물질 및 무해(無害) 화합물로 전환시킨다. 칼슘도 활성화되어 pH가 내려가 활성칼슘비료, 활성규소마그네슘칼슘비료를 가공한 좋은 원료가 된다.
탄성여과침적물의 강한 알카리성(pH9~9.5)에 견디고 온도(≥73℃)가 높은 조건에서도 발효능력이 강하고 냄새를 제거하는 기능을 가진 미생물균을 찾고 선택하는 것이 제일 중요한 기술 키포인트이다. 보충 원료의 선택, 미생물과 보충원료가 서로 결합되고 미생물 간 서로 저항하지 않는 선진적인 생물공법이 품질이 우수한 발효제를 생산하는 다른 하나의 기술 키포인트이다. 생물발효제를 이용하여 탄소법 슬러지를 발효하면 비교적 적은 인력, 물력, 재력을 들여 활성칼슘비료를 생산하거나 혹은 기타 원료와 결합하여 규소마그네슘칼슘비료를 생산할 수 있다. 또한 설탕공장에서 발생하는 찌꺼기 오염을 제거하여 설탕공장 설탕구역의 토양, 수원, 양식업에 대한 피해를 피하고 주위 주민들에게 깨끗하고 새로운 환경을 마련해 주어 양호한 환경보호작용을 할 수 있다.
- 일본
퇴비화라는 것은 유기물을 인위적으로 퇴적 분해시키는 것을 의미하고, 유기성폐기물 즉 하수슬러지, 도시쓰레기와 분뇨, 축분 외의 유기물을 호기적 조건화에서 생물학적으로 분해.안정화하는 것이다.
퇴비화기술이라는 것은 『유기성폐기물의 녹농지 이용을 주요한 목적으로 하여 분해를 촉진시키기 위한 일정한 용기내에 유기성폐기물 단독 혹은 통기개량제를 주입하여 호기성조건하에 미생물로 유기물을 분해시켜 자연계내에서 재차 분해가 없도록 안정화 시키는 프로세스』로 정의할 수 있다. 이 분해 생성물을 전통적인 의미에서는 퇴비라고 부르며, 최근에 환경분야에서는 부숙토라는 별도의 용어를 설정하고 있다. 다른 선진국에서는 도시에서 발생되는 각종 폐자원을 이용하여 퇴비화 한 것을 오니퇴비, Biosolid, Biowaste, Compost라는 용어로 사용하고 있으며, 농가에서 생산하고 있는 전통적인 퇴비와 용어를 달리하고 있다. 일본의 퇴비화기술 중 하나를 예를 들어보겠다. 일본의 JSW식 콤포스트화 시스템은 유기계 도시쓰레기, 오니, 농업폐기물, 축분뇨, 가로수 전정지엽 등을 콤포스트 (고속퇴비) 화하여 양질의 퇴비를 생산하고 있다. JSW식 콤포스트화 시스템의 특징은 가정용쓰레기, 축분뇨, 농업폐기물, 오니, 가로수 전정지엽 등 각종 유기질 폐기물에 대응할 수 있다. 고속 퇴비화가 가능하다. 발효에 있어 최적의 스쿠프식 교반기를 세로형 박스식 발효조에 의해 균일한 고속발효 처리가 가능하다. 장치의 운전을 자동화함으로서 경제적이며 보수가 용이하다. 원자재 투입에서 제품 배출에 이르기까지 자동으로 운전이 이루어지기 때문에 에너지절감화, 기계장치의 심플화, 용이한 운전 및 보수가 가능하다. 풍부한 납입 실적을 보여준다. 농수성, 후생성, 방위청, 통산성 등의 보조사업에 있어 많은 실적을 가지고 있다. 그리고 퇴비화 플랜트에 관한 각종 특허를 취득할 수 있으며 광범위한 플랜트 규모의 설계, 제작, 시공관리가 가능하다.
토양오염[편집]
국가별∙ 지역별 토양 특성 및 주요 오염원인 차이가 존재한다. 국가별, 지역별로 지질학적 특성에 따라 토양 구조에 차이가 존재하며 토양 구조의 차이는 공법 적용상 차이를 야기시킨다. 또한 주요 오염원인도 국가별로 차이를 보이며 일본은 다이옥신류나 유기용제류에 의한 오염 문제가 심각하고 한국에서는 유류, 중금속 등에 의한 오염 문제가 심각하다. 따라서 외국기술의 단순한 모방은 많은 차이가 있으므로 토착기술이 요구된다. 다른 환경기술과는 달리 초기산업임에도 불구하고 토양환경분야의 외국기술 적용은 거의 없다. 국내에서 최초로 대규모로 적용되었던 2001년도의 부산문현동 토양정화사업의 경우도 초기에 열탈착처리 장비만 캐나다에서 수입해왔고 나머지 대부분은 순수한 국내기술로 처리되었다.
이러한 토양처리기술을 한중일 각 나라별로 개발한 특허기술등 기술현황을 살펴보면 다음과 같다.
- 한국
한국에서는 유류, 중금속 등에 의한 오염 문제가 심각한 편이다. 따라서 외국기술의 단순한 모방은 많은 차이가 있으므로 토착기술이 요구된다. 따라서 다른 환경기술과는 달리 초기산업임에도 불구하고 토양환경분야의 외국기술 적용은 거의 없다. 국내에서 최초로 대규모로 적용되었던 2001년도의 부산문현동 토양정화사업의 경우도 초기에 열탈착처리 장비만 캐나다에서 수입해왔고 나머지 대부분은 순수한 국내기술로 초리되었다. 열탈착 장비 또한 시운전과정에서 국내사정과 차이가 있어 많은 부분이 개량되었다.
한국에서 개발 특허되어진 토양오염정화 방법은 각종 유류, 중금속 및 유기성 폐기물 등에 오염된 오염토양을 정화하여 해당 오염토양을 오염 전 상태로 정화하고, 정화에 필요한 구동원을 자급할 수 있도록 하는 오염토양 정화시스템에 관한 것으로, 유기성 화합물로 오염된 오염토양을 건조하고, 건조시 발생한 폐가스를 오염토양으로부터 분리 배출하는 건조기 건조된 오염토양을 밀폐된 상태로 간접 가열하여 오염토양을 정화토양과 열분해가스로 분리한 후, 정화토양과 열분해가스를 각각 분리 배출하는 열분해장치 배출된 열분해가스를 강제이송하는 이송팬 건조기에서 배출된 폐가스와, 이송팬에서 강제이송된 열분해가스를 산화시켜 열분해장치를 가열하는 버너 및 배출된 정화토양에 냉각수를 직접 분무하여 냉각하는 냉각설비를 포함하는 것이다.
- 중국
중국 과학자들이 일종 특수식물을 이용해 토양가운데 존재하는 고농도 중금속을 흡수하여 환경을 보호하는 기술을 연구하고 있다고 관련 소식통이 전했다. 소식에 따르면 陳東斌 중국과학원 지리과학 및 자원연구소 연구원이 주최하는 〈중금속 토양의 식물회복기술 과제〉는 이미 863계획의 지지를 얻었으며 동 기술의 중금속 연구대상은 비소, 동, 아연이라 한다. 식물회복 기술이란 특종 식물을 골라 재배하여 토양 가운데 존재하는 중금속 오염물질을 흡수한 뒤, 다시 중금속 원소를 회수 이용하는 것을 가리킨다. 현재 중국은 중금속 오염을 받은 경작지면적이 전국 경작지면적의 20% 정도 차지, 매년 이로 인해 1,000만 톤의 알곡 생산량이 줄어들고 있으며 직접적인 경제손실은 100억 위안에 달한다. 전문가들은 향후 5년간 식물회복기술 시장규모가 20억 달러에 달할 것으로 전망하고 있다. 지금까지 연구소조는 모두 16개 항목의 특허를 신청, 동 항목에 대한 연구는 아직 2년 지속될 전망이다. 전문가들은 〈동 기술을 이용해 수집한 중금속원소를 어떻게 효율적으로 이용할 것인가〉가 바로 향후 중점 연구과제라 지적했다.
식물재배 정화법(Phytoremediation)의 한 종류로서 공정원리를 설명해보겠다. 식물재배정화법의활용분야는 크게 하천, 토양 및 하수의 오염정화 이며 토양오염정화에는 식물추출(phytoextraction), 식물안정화(phytostabilization),식물휘발화(phytovolatilization), 식물변형(phytotransformation) 등이 있다 식물재배정화법에 활용되고 있는 식물들은 해바라기, 민들레 및 피를 비롯한 일부1년 생초본류와 계피나무와 포플러, 미루나무, 버드나무등 넓은잎을 가지는 다양한 식물과 대상지역의 고유한 토착식물등 매우 다양하고, 이러한 식물들을 오염지역에 식재하여 오염정화 후 수확하여 적절히 처리하는 과정을 거친다. 일반적인 식물재배정화법의 처리공정을 보여주고 있다.
- 일본
일본은 다이옥신류나 중금속, 유기용제류에 의한 오염 문제가 심각한데 일본의 주요 오염지역은 공장지역으로, 전체 오염지역의 85%가 공장 및 공장인근지역으로 나타나고 있다. 주요 토양오염 유발 업종으로는 화학공업, 전기도금업, 전기기계기구 제조업 등으로 조사되고 있고 주 오염원은 다이옥신류, 중금속, 유기용제류(VOCs) 등이며, 중금속과 유기용제류가 전체 오염원의 63% 가량을 차지하고 있다.
일본에서 개발되어지고 특허 신청된 오염토양정화방법은 다음과 같다.
세정 방법과 같은 정화 방법의 문제를 해소하여, 토양 중의 오염물질 함유량을 기준 이하로 억제하고 용출량을 기준 이하로 억제할 수 있는 오염토의 정화 방법을 제공하는 것이다. 중금속 오염토를 세정하여 세정 탁수와 세정 처리토로 분리하는 세정 단계와, 상기 세정 처리토로부터의 중금속의 용출성분을 고정화하는 토양 안정화 단계를 구비하는 것을 특징으로 하며, 바람직하게는 상기 세정 단계에서 분리된 세정 탁수는 그 후에 수처리 단계에서 처리수와, 중금속을 포함하는 고형물로 분리되는 것을 특징으로 하는 오염토의 정화 방법에 관한 것이다. 이와 같이, 본 발명은 토양 중에 포함되는 유해 중금속류를 세정한 후에 더욱 더욱 불용화(不溶化)를 도모하여 오염토의 안정화, 무해화를 추구하는 효과가 있다.
2030 환경기술개발 추진 전략[편집]
2050 미래상 및 주요 환경기술[편집]
참고자료[편집]
- 〈환경기술〉, 《위키백과》
- 〈환경기술〉, 《시사경제용어사전》
- 〈환경기술 및 환경산업 지원법 ( 약칭: 환경기술산업법 )〉, 《국가법령정보센터》
- 9급일벌, 〈환경기술의 개념, 정의, 분류, 종류, 예시〉, 《티스토리》, 2021-01-16
- 이준희 기자, 〈환경기술개발 30주년…“2050 탄소중립·순환사회 재도약”〉, 《전자신문》, 2022-12-08
- 이재영 기자, 〈환경기술 2030년까지 미국·EU 90% 수준으로…로드맵 공개〉, 《연합뉴스》, 2021-12-29
같이 보기[편집]
