효율적·경제적 무동력 침출수 처리시스템 개발
폐광산·제강공장 등 적용…개발도상국 진출 유망

GS건설·㈜다산컨설턴트 수처리 기술 녹색기술 인증

산화철로 코팅된 제올라이트를 이용해 오염된 지하수의 중금속과 음이온인 비소까지 동시에 제거할 수 있는 ‘지하수 비소 및 중금속 동시제거 기술’이 녹색기술로 인증 받았다.

환경부와 한국환경산업기술원은 GS건설·㈜다산컨설턴트가 개발한 ‘산화철로 코팅된 제올라이트(ICZ, Iron Coated Zeolite)를 이용한 지하수 비소 및 중금속 동시제거 기술’이 녹색기술인증(GT-10-00138)을 받았으며, 유효기간은 오는 2012년 10월27일까지라고 지난해 11월30일 밝혔다.

ICZ, 중금속·비소 동시 흡착

제올라이트(Zeolite)는 수 나노미터(㎚) 지름의 공극(pore)이 많이 뚫려 있는 돌로써, 공극에 코팅된 물질의 특성에 따라 오염물질을 선택적으로 제거한다. 산화철로 코팅된 제올라이트(ICZ)를 이용한 ‘자연유하식 무동력 침출수 처리 시스템(특허등록 제10-0857352호)’을 도입해 산간지역에 위치한 폐광산 침출수를 처리할 경우, 경사지에 따른 자연 유하 방식을 적용함으로써 별도의 펌프시설이 필요 없어 유지관리비가 저렴하고, 설치 운영이 유리한 장점이 있다.

철로 코팅된 모래여재(ICS, Iron Oxide-Coated Sand)를 주로 사용하던 기존 공법은 지하수의 중금속 처리에는 탁월한 성능을 발휘하나, 침출수 및 음용수에서 특히 문제가 되는 비소는 제거하기 어려운 단점이 있었다.

그러나 이번에 인증된 녹색기술은 기존의 모래 대신 산화철을 부분 코팅한 제올라이트(ICZ)를 이용해 중금속뿐만 아니라, 비소까지도 동시에 흡착 제거할 수 있으며, 용존 비소의 흡착과 카드뮴, 구리, 납, 아연 등 양이온 중금속의 이온교환을 동시에 수행할 수 있어 폐금속광산 또는 폐석에서 발생하는 오염된 지하수 및 갱내수를 효과적으로 처리할 수 있다.

폐금속광산 등의 중금속 오염물질은 인근 지하수, 하천수 및 갱내수를 통해 확산돼 주변 생태계 및 농작물에 직·간접적인 피해 및 영향을 줄 수 있어 처리가 강조되고 있으며 이에 따라 이 기술은 국내는 물론 해외의 음용수 및 오염지하수 문제를 성공적으로 해결할 수 있을 것으로 주목받고 있다.

폐광산 주변 비소오염 심각

환경부에서 발표한 폐금속광산 주변지역 토양 및 수질오염실태 조사에 따르면 수질 오염물질 중 비소가 가장 많은 지역에서 수질 기준을 초과한 것으로 나타났다. 특히, 용존 비소의 경우 일반적인 중금속과는 다르게 음이온의 형태를 띠게 되므로 처리를 위한 효율적 공정 개발이 필요했다.

우리나라는 협소한 국토 면적과 각종 광종의 난개발로 인해 유해중금속 오염의 영향에 쉽게 노출되어 있는 실정이다. 특히 금속광산의 경우 1970년도에 들어서 자원의 고갈 및 채산성 문제 등으로 인해 대부분 도산하면서 휴·폐광이 급증하기 시작했고, 현재는 약 936개의 휴·폐금속광산이 전국에 산재돼있는 실정이다.

이러한 광산의 대부분은 적절한 오염방지 시설이 설치되지 않아 주변 지하수 및 하천의 유해중금속 오염을 유발하고 있으며, 이로 인해 생태계 및 인간에게까지 피해를 주고 있다.

이런 오염 실태는 식품의약품안정청에서 발표한 휴·폐광산 인근지역에서 재배된 쌀, 배추, 옥수수 등 10개 작물에 대한 중금속 오염실태 자료를 통해 그 심각성이 대중에 알려지면서 문제 해결의 필요성이 부각되기도 했다.

뿐만 아니라 전세계적으로도 비소로 인한 환경 피해사례가 지속적으로 발생하고 있으며, 특히 동남아시아지역이 상당수를 차지하고 있다. 이는 동남아 국가의 열악한 상수도 보급률로 인한 높은 미처리 지하수의 음용수 사용에서 기인된 결과로 대표적인 사고로 방글라데시 서뱅갈지역 피해사례가 있다.

최근 베트남 수도인 하노이와 캄보디아 수도인 프놈펜 같은 인구 밀집지역의 지하수에서도 비소 및 중금속 오염 조사결과가 발표되어, 이에 대한 적절한 처리기술의 보급이 시급한 실정이다.

폐광 침출수, ICZ 수처리 적합

이에 GS건설·㈜다산컨설턴트는 기존의 낮은 비소 흡착 여재를 개량해 고효율의 비소 및 중금속 흡착 여재를 개발했다. 우선 기존의 모래 지지체를 비표면적이 큰 제올라이트로 변경해 비소를 흡착할 수 있는 철 코팅량을 늘렸으며, 철 코팅용액을 pH 10으로 조정해 산화철 형태로 코팅시키는 방법을 고안, 비소 흡착능력을 향상시켰다.

둘째, 비소뿐만 아니라 납, 카드뮴, 구리 등 용존 양이온성 중금속도 동시에 처리 할 수 있도록 산화철을 제올라이트 표면에 부분적으로 코팅하는 제조방법을 도출해, 이 여재를 적용할 경우 수처리 공정을 단순화할 수 있다.

셋째, 코팅시간 1hr, 철염 주입량 0.1mole/㎏ 등 가장 경제적이고 효율적인 코팅방법을 도출했으며, 이 기술로 제작된 여재(ICZ)는 기존 여재인 철 코팅 모래여재(ICS) 보다 4배나 많은 비소 흡착이 가능할 뿐 아니라 아연은 7.9배, 카드뮴은 6.4배, 납은 3.7배, 구리는 3.0배 등 각각의 높은 중금속 흡착능을 확보할 수 있다.

폐금속광산 주변에서 발생하는 침출수는 일반적으로 화학적 응집침전 방법의 적용이 가능하지만 오염농도의 변화에 따라 약품 투입량을 조정해야 하므로 유지 관리가 복잡하고 이에 따른 과다한 약품 슬러지 발생 및 처리에 어려움이 있다. 또한 이온교환 수지를 이용한 흡착 공정도 가능하나 단가가 높은 소재를 사용하므로 처리비용이 부담스러울 수 있다.

따라서 GS건설·㈜다산컨설턴트는 ICZ를 이용해 ‘자연유하식 무동력 침출수 처리 시스템’을 개발했으며, 대부분의 침출수가 발생할 수 있는 산간 지방에서도 최소한의 유지관리 및 비용으로 농업용수에 적합한 수질을 확보할 수 있는 기술임을 입증했다.

현재까지 ICZ 여재는 △정선 함청광산 토양오염방지사업 반응벽체 공사(2005년 6월) △고성 고명광산 광해방지사업 반응벽체 공사(2005년 11월) △거제 동아광산 광해방지사업 반응벽체 공사(2007년 5월) △나주 폐광산 정비사업(2007년 10월) 등의 현장에 적용됐다.

무동력 침출수 처리 시스템은 경북 구미시 옥성면 옥관2리에 위치한 우복광산에 적용됐으며 우복광산은 지난 1987년 휴광 이후 현재는 채광 활동이 없는 폐광이다. 현재까지 갱구는 보존돼 있으며, 이를 통해 침출수(갱내수)가 지속적으로 유출되고 있다. 환경부의 폐광산 개황조사에서 침출수의 비소(As)가 우려기준 이상으로 검출됐다.

현장 적용 장소로 확정하기 전에 침출수(갱내수)를 분석한 결과 지하수의 농업용수 사용기준치 보다 비소는 최대 5배 이상, 납은 6배 이상, 카드뮴은 5배 이상 검출돼 오염이 심각한 수준이었다. 그러나 지난 2008년 12월13일 평균처리유량 4.5㎥/일(최대 26㎥/일)의 무동력 침출수 처리 시스템을 도입해 2년 동안 운영한 결과 비소, 납, 카드뮴은 각각 지하수의 농업용수 사용기준치 이하로 안정적으로 처리됨을 확인했다.

개발도상국 환경개선에 기여

한국환경산업기술원 인증평가본부 김용국 녹색기술인증실장은 “이번 녹색기술은 환경기업체의 해외진출 지원을 위해 한국환경산업기술원에서 추진중인 ‘개발도상국 환경개선 종합계획 수립’과 연계해 해외시장 진출지원을 적극 검토하고 있으며, 대기업이 음용수 처리분야를 개척해 동남아시아 등 낙후지역의 해외 진출 시 국가 이미지 제고에도 많은 도움이 될 것으로 기대된다”고 밝혔다.

현재 GS건설은 베트남 및 캄보디아에 건설 또는 건설 예정인 신도시 지역의 정수장에 이 기술을 적용하기 위해 타당성 검토 및 공정 설계 반영을 모색하고 있다.

또, 이 기술이 제강 및 제련 공장, 폐기물 매립장 등에서 발생하는 중금속 오염 폐수 및 침출수 처리 등에도 적용이 가능하므로 산업폐수처리시설, 매립장 건설 및 개·보수 사업의 적용 방안도 추진하고 있다.  <이지희 기자>