[EU] 전 세계 수자원 개발 동향…폐수처리 기술
 

산업계는 개선된 폐수 처리 기술과의 결합이 보다 지속가능한 방식으로 물을 사용할 수 있게 해줄 것으로 기대하고 있으나 이러한 접근 방법은 소득이 높은 선진국에 적합하다.

 

청정한 담수는 인구 증가에 따른 수요 증가, 오염, 기후 변화에 유발된 수문학 변화 등과 같은 다양한 위협에 직면해 있다. 유럽연합 전 세계 물 개발(United Nations World Water Development) 보고서에 따르면, 국가의 공업용수(industrial water) 사용은 해당 국가의 수입에 따라 증가한다. 공업용수 사용은 저소득 국가에서 5%부터 일부 고소득 국가에서 40%를 넘는 범위를 나타낸다. 따라서 물 사용은 국가의 지속 가능한 개발에 있어서 중요한 문제이다.

 

주요 물 소비 활동에는 섬유, 화학, 종이 및 식품 산업 등에서 일어나는 활동이 포함된다. 유럽연합이 지원하는 AquaFit4Use 프로젝트(AquaFit4Use project)는 2012년 말 종료됐으며, 이러한 산업 분야에서 지속 가능한 물 공급 및 사용을 위한 새로운 접근 방법의 개발이 프로젝트의 목표였다. 이러한 기술들은 물의 재사용을 증가시키고, 따라서 담수 수요를 줄여준다. 그리고 궁극적으로 물 순환(water cycle)을 차단한다.

 

프로젝트가 수행되는 동안 테스트된 한 가지 접근은 두 곳의 실험 지역에서 산업용 폐수를 정화시키기 위하여 독립적인 개선 기술의 조합의 일원으로 오존(ozone)과 과산화수소(hydrogen peroxide)를 이용하는 개선된 산화 공정(AOP; advanced oxidation process)이었다. 한 곳은 스웨덴 기업인 Perstorp사 소유의 화학 공장이고, 다른 한 곳은 독일 남부에 위치한 제지 공장이다. 오존은 1세기 이상 음용수 소독에 사용되어 왔으며, 폐수 처리에도 사용되고 있다.

 
프로젝트의 도전 과제는 새로운 기술의 개발보다는 산업 파트너들의 수요를 해결하기 위하여 기존의 기술을 결합하는 것이라고 Jorg Mielcke는 밝혔다. Mielcke는 물과 관련된 문제를 위한 유체 기술과 장치 문제에서 특성화된 기업인 독일 헤르포르트(Herford)에 위치한 Xylem사 소속의 선임 과학자이다. 특정 재사용 목적에 요구되는 수질과 같은 분야의 개발은 어려운 연구라고 그는 지적했다.

 

우리가 오존을 사용하여 수질을 특별하게 변경할 수 있다고 Mielcke는 설명했다. 다른 처리 공정과 결합을 통하여, 내화성 유기 화합물(refractory organic compounds)과 미세 오염물질의 분쇄에 의해 수질이 개선된다. 또 색상과 불쾌한 냄새도 줄일 수 있다.

 

스웨덴에서 시범 연구에서 사용되는 처리 방안의 결합은 제조 내에서 냉각 및 세척수로 재사용될 수 있는 정도의 질을 보유한 물을 제조한다. 그러나 이 기업은 새로운 기술을 채용하지 않았다. 반대로, 제지 공장을 보유한 기업은 오존의 진가를 확인했다고 Mielcke는 밝혔다. 오존이 해독에는 사용되지만, 재활용 폐수에는 사용되지 않았다.

 

전문가들은 이러한 프로젝트를 꼭 필요한 것으로 간주한다. 연구는 최적화와 새로운 방안을 찾는 것 모두에 대한 기초가 된다고 이탈리아 브레시아 대학(University of Brescia) 산하 환경 위생 공학과(sanitary-environmental engineering) 교수인 Giorgio Bertanza는 밝혔다. 그러나 그는 경험을 근거로 연구진에 의해 제안된 수많은 기술 중 몇 가지 방안만이 실용적 응용을 찾을 수 있었다고 회의적인 반응도 보였다.

 

다른 전문가들은 특정 조건 하에서 산업 폐수를 처리하는 적합한 도구로 오존을 고려하고 있다. 현재 많은 재활용 공정은 물을 여과하기 위하여 막을 사용한다. AOPs의 장점은 여분의 농축물이 생성되지 않는다고 독일 베를린 기술 대학(Technical University Berlin) 소속의 환경 공정 공학과 교수인 Sven-Uwe Geißen은 밝혔다. 이것은 예를 들면, 제로 액체 배출(zero liquid emission)이 요구되는 중국과 인도 같은 개발도상국에서 그들의 위치를 유지하기를 바라는 기업을 위한 핵심 요인이다.

 

북아프리카 등과 같은 건조 기후를 이유로 지속 가능한 물 사용에 대한 니즈가 시급한 중간 정도 규모의 수입을 가지는 국가들은 향후 5~10년 이내에 물 재사용 기술을 채용할 수 있다고 Geißen은 언급했다.

 

그러나 AOP 기술은 에너지 집약적이며, 따라서 저소득 국가 또는 향토 산업이 더 많은 국가에 적합하지 않다. 또 그는 다음과 같은 딜레마를 지적했다. 재사용 물에 대한 각 기술이 보다 더 높은 이산화탄소 배출로 이어진다. 따라서 장차 각 목적과 각 위치에 대하여 물 재사용과 이산화탄소 배출은 각각의 장단점을 따져볼 필요가 있다.

기업의 물 재사용 기술 채용 여부는 주로 비용의 문제라고 Bertanza는 믿고 있다. 교대로 비용은 유럽 내에서 이미 상당히 다른 음용수 가격뿐 아니라 물 이용도(water availability)와 수질에 의존한다. 그는 이러한 기술이 저소득 국가에 혜택을 줄 것으로 생각하지는 않는다. 물 재사용 기술은 다른 우선순위 가지며, 물 소비는 이탈리아와 비교했을 때 매우 낮다고 그는 밝혔다.

 

또 Mielcke는 단점 역시 인정했다. 오존 기술은 전기가 풍부한 경우 유일하게 적용 가능하다. 프로젝트는 낮은 비용의 해결 방안은 제공하지 못했다고 그는 밝혔다. 그러나 그는 아직까지 산업 공장 내에서 재사용된 물의 비용이 가까운 미래에 증가할 것으로 확신하고 있다. 그는 프로젝트가 이러한 미래를 구현할 수 있다는 것을 보여주었다고 결론지었다.

 

 

                                   Credit: SA Water

 

Clean freshwater faces various threats such as increasing demand by population growth, pollution and changes in the hydrological cycle due to climate change. According to the United Nations World Water Development report, a country's industrial water use increases with its income. It ranges from 5% in low-income countries to over 40% in some high-income countries. Thus, water use is an important issue for a country's sustainable development.

 

The main water consuming activities include those from the textile, chemistry, paper and food industries. The EU-funded AquaFit4Use project, that ended last year, aimed at developing new approaches for a sustainable water supply and use in these industries. Such technologies should enable an increased reuse of water, thereby reducing freshwater needs. And, ultimately, closing the water cycle.

 

One approach tested during the project was an advanced oxidation process (AOP) using ozone and hydrogen peroxide as part of a combination of independent remedial technologies for cleaning industrial wastewater at two pilot sites. The first is a chemical plant owned by Swedish company Perstorp and the second a paper mill in Southern Germany. Ozone has been used for disinfecting drinking water for more than a century and is also used for treating wastewater.

 

The challenge of the project was to combine existing technologies to address the needs of the industrial partners rather than developing new technologies, Jörg Mielcke tells youris.com. He is a senior scientist at Xylem in Herford, Germany, a company specialised in fluid technology and equipment solutions for water issues. Developing criteria such as which water quality is needed for certain reuse purposes was "hard work," he notes. 
  
"Using ozone, we can specifically alter the water quality," Mielcke explains. Combined with other treatment processes, it improves the water quality by cracking refractory organic compounds and micro-pollutants. It also reduces colour and unpleasant odour.

 

The combination of treatment used in the pilot study in Sweden produced water of such quality that it could be reused as cooling or wash water within the production. However, the company did not adopt the new technology. In contrast, the paper mill company "has come to appreciate ozone," Mielcke tells youris.com and uses it for detoxifying but not recycling wastewater.

 

Experts regard such projects as essential. "Research is fundamental for both optimising and finding new solutions," says Giorgio Bertanza, professor of sanitary-environmental engineering at the University of Brescia, in Italy. But he is also sceptical: "Based on my experience, among numerous technologies which are proposed by researchers, only a few find practical applications."

 

Other experts consider ozone as a suitable tool for treating industrial wastewaters under certain conditions: "Many recycling processes nowadays use membranes to filter the water. The advantage of AOPs is that no residual concentrate is produced," says Sven-Uwe Geißen, professor of environmental process engineering at the Technical University Berlin, Germany. This may be a key factor for companies, for example, wishing to keep their locations in emerging economies such as China or India where "zero liquid emission" may be required.

 

Middle-income countries with an urgent need for sustainable water use due to the arid climate, such as in North Africa, may adopt water reuse technologies within the coming five to ten years, Geißen remarks. But "the AOP-technology is energy-intensive," Geißen adds, and therefore not suited for low-income countries or more local industries.

 

He also points at a dilemma: "Each technology for recycling water also leads to higher CO2 emissions." Thus, in the future, for each purpose and each location, water reuse and CO2 emissions have to be weighed against each other.

 

Whether a company may adopt water reuse technologies is mainly a matter of costs, Bertanza believes. These in turn depend on water availability and quality, as well as on the price for drinking water, which already varies greatly within Europe. He does not believe that such technologies may benefit low-income countries, however. "They have other priorities and water consumption is very low, in comparison to our countries," he says.

 

Mielcke also acknowledges the drawbacks: "[The ozone technology] is only applicable if there is plenty of electricity. The project did not provide low-budget solutions," he says. However, he is still confident that the proportion of water reused within industrial plants will increase in the nearer future. He concludes: "The project has shown that it is possible."