공장폐수 등의 배수처리(排水處理)는 환경보전을 위한 가장 중요한 대응이지만, 배수에 포함되는 오염물질의 성질이나 오염 정도에 따라 종래 기술로는 처리하기 힘든 폐액도 많은 실정이다. 또한, 배수설비의 유지보수나 설비 자체의 악취 등의 문제도 적지 않다.

지난 2006년 8월 설립한 이래 환경·수처리 분야에서 용해 이온 대응형 응집제를 주로 생산해 온 일본의 세파시그마(대표 마나베 세이치, www.sepa-sigma.com)사는 종래의 수처리가 안고 있는 과제를 해결하기 위해 △화학적 처리에 의한 수처리 기술 △수산화철(Fe(OH)2)  콜로이드 조핵제(응집제)에 의한 수처리 기술 △공확산법에 의한 막처리 기술 등 세 가지 기술을 개발했다.

또한, 바이오계 기술로는 △순셀룰로스제 평막 제조기술 △바이러스 제거 필터 제조기술 △필터 제품의 제거 성능시험·안전성 시험용 시약 제조 △식품·바이오·화장품·환경 등 모든 분야에서의 분리·정제기술에 관한 화학적 컨설팅 노하우 등을 보유하고 있다.

세파시그마와 기술 라이선스 계약을 체결할 경우, 제조·판매에 관한 대리점 등을 확보할 수 있고, 수처리에 관한 연구 수탁 등 공동 연구를 진행할 수 있다. 

세파시그마사는 수처리 시 초기 프로세스에서 화학적 처리를 통해 오염물질을 1차적으로 제거하고 있다.

화학적 처리는 각각의 폐액을 분석한 후, pH 조정제 등의 약품처리와 산소공급, 흡착제 등의 공정을 조합해 화학적인 관점에서 가장 적합한 처리방법을 제안하는 것이다.

수산화철 콜로이드 조핵제(응집제)에 의한 수처리 기술은 독자적으로 개발한 수산화철 콜로이드 조핵제를 이용해 응집→ 대립자화→ 침전·제거 등으로 진행된다.

특히, 일반적인 염화철(FeCl₃）응집제 등으로는 응집·제거가 어렵다고 알려진 COD(화학적산소요구량)나 중금속 이온을 쉽게 응집 침전 분리 할 수 있는 것이 강점이다. 

 

▲▼ [그림 1] 수산화철 콜로이드 조핵제에 의한 수처리

세파시그마사가 독자적으로 개발한 공확산법은 입자의 열 운동성(브라운 운동성)과 유로 내에서 일어나는 유도 분별효과를 이용한 효율적인 막분리 공정이다.

일반적으로 막분리 공정의 여과방식은 막에 대해 수직방향으로 압력을 가하여 막의 공경보다 큰 입자인 오염물질 등은 막을 통과하지 못하고, 공경보다 작은 입자인 물 입자만을 회수하는 것이다.

이러한 여과방식은 초기 회수 속도는 빠르지만, 막히기 쉽고 종합적인 처리효율이나 비용 면에서 많은 과제를 갖고 있다.

그러나 세파시그마의 공확산법은 막에 평행하게 처리액이 흐르게 하여 입자의 열 운동성에 의한 확산을 이용하는 기술이다.

이는 막 사이의 농도 차에 의해 운동량이 큰 소립자, 즉 물 입자만이 막을 통과하고 운동량이 작은 대립자(오염물질)는 막에 근접하지 않기 때문에 막 막힘(fouling) 없이 효율적으로 분리할 수 있는 특징을 갖는다.

유도 분별이란, 유체가 유로 안을 흐를 때, 이론상 유속분포는 유로의 중앙 부근이 가장 빠르고, 유로의 바깥쪽 부근은 유속이 느리다. 이에 따라 입자가 큰 오염물질 등은 유로의 중앙 부근에 모이게 되는 것을 말한다. 

세파시그마는 이러한 현상을 이용해 입자가 큰 오염물질은 막에 근접할 수 없고, 입자가 작은 물 성분을 효율적으로 회수할 수 있는 공확산법을 개발했으며, 동시에 막힘현상 등의 문제를 해결했다.

공확산법은 유도 분별이 발생하는 조건을 찾아 최대한 활용한 새로운 분리기술이라 할 수 있다.
 

▲ [그림 2] 공확산법에 의한 처리기술 원리

▲ [그림 3] 공확산법의 유도 분별 현상

세파시그마의 기술과 기존 기술을 비교해보면, 우선 화학적 처리에 의한 수처리 기술의 경우, 활성오니법과 비교하여 처리시간을 대폭 단축할 수 있고 악취가 나지 않으며 유지보수에 소요되는 시간 등도 대폭 줄일 수 있다.

종래의 응집제는 오수 속의 입자가 큰 오염물질에는 효과적이지만, 중금속 등 이온화해 용해된 물질에는 효과가 떨어졌다.

그러나 세파시그마의 수산화철 콜로이드 조핵제에 의한 수처리 기술은 오수 속에 이온화된 오염물질을 응집침전시켜 분리 제거 할 수 있는 것이 특징이다.

공확산법에 의한 막처리 기술은 막힘이 적고 여과 압력이 필요 없어, 여과 방식의 새로운 패러다임을 제시하는 막분리 기술이라 할 수 있다. 

세파시그마의 수처리 기술은 △공업폐수처리 △하수처리 △산업폐기물 처리장의 폐액·침출수 처리 △상수도·우물물 음용수화 등에 적용될 수 있다.

공업폐수 처리의 경우, 고농도의 COD 폐액이나 중금속을 함유한 폐액·비소·질소 제거 및 염료 폐액 등 현재 일반적으로 사용되고 있는 수처리 방식으로 처리하기 힘든 폐수처리가 주요 타깃이다.

현재 일본에서는 대형 철강 제조업체 폐액의 질소 제거에 세파시그마의 기술이 사용되고 있다. 특히, 하수처리 분야는 세파시그마의 수처리 기술을 적용함으로써 정수장에서의 대폭적인 운영 효율화가 가능하다.

현재 세파시그마사는 회사가 위치한 기타규슈시 지방정부, 시내 대학과 연계해 기타규슈 워터플라자 테스트베드에서 새로운 하수 처리 기술을 개발하고 있다. 

비소·카드뮴 등 유해 중금속 처리 탁월

산업폐기물 처리장에서 나오는 침출수는 비소나 기타 중금속을 많이 함유하고 있어서 처리하기 힘든 경우가 많기 때문에 기술 적용 및 응용 전망이 밝은 분야라 할 수 있다.

세파시그마사의 수처리 기술은 말레이시아 수도인 쿠알라룸푸르(Kuala Lumpur)시의 산업폐기물 처리장에서 나온 침출수를 처리하는 데 적용되고 있다. 

상수도·우물물의 음용수화 사업은 주로 아시아 국가를 대상으로 하고 있다. 아시아 국가의 상수도는 국내의 수돗물과 달리 마시는 물로는 사용할 수 없는 실정이다.

또한 비소나 카드뮴 등의 함유도 우려되는 만큼, 세파시그마의 수처리 기술을 이용할 경우 오염물질을 제거한 안전한 물을 제공할 수 있을 것으로 판단된다.

현재 국내 정수기 제조업체와 집중적으로 정수장치를 개발하고 있다. 이 밖에 온천수의 비소 제거, 양돈장 폐액 처리, 소독제 제조기업의 정수 처리 등에도 세파시그마의 수처리 기술이 활용되고 있다.

 

▲ 세파시그마사의 소규모 실증실험용 수처리 장치(Sepa-Sigma UW3000).