수(폐수)처리를 위한 식물기반 응집제의 새로운...

기타동향

수(폐수)처리를 위한식물기반 응집제의 새로운 사용법

기타동향┃수(폐수)처리를 위한 식물기반 응집제의 새로운 사용법

VISION

요 약

화학적으로 합성한 응집제는 대규모 슬러지를 발생하고 이

때 발생되는 슬러지는 탈수하기가 어려우며, 응집에 의한 오

염물질 제거효율은 pH의 영향을 받는다. 낮은 온도에서 만

들어진 알럼(Alum) 플록은 약하고 깨지기 쉽다. 게다가 알럼

(Alum) 자체의 독성에 대한 의견도 아직 해소되지 못하여 친

환경적인 대체 응집제가 요구되는 실정이다. 식물응집제는 화

학응집제에 비하여 경제적이고 반응이 쉽게 진행되며 생물학

적분해가 잘 일어나며 특히 천연 응집제들은 50~500NTU 의

중간 혹은 조금 낮은 범위의 탁도를 가지는 폐수의 처리에 이

용되는 경우 비교가 되는 화학제품들에 비해 효율적이다. 본

연구에서는 식물 원료의 응집제 연구로 자주 언급되는 너말리

씨앗(Nirmali seeds), 모링가 올레이페라(M. Oleifera), 탄닌

(Tannin)과 선인장(Cactus) 등의 식물에서 추출된 바이오 폴

리머를 활용한 수처리(오염물질 제거) 적용한 결과를 알아보고

그 특성과 이용 조건을 제시하고자 한다.

- 목 차 -1. 서론

2. 천연 식물기반 응집제 및 응집 메카니즘

2.1. 너말리 씨앗(Nirmali seeds)

2.2. 모링가 올레이페라 (M. Oleifera)

2.3. 탄닌 (Tannin)

2.4. 선인장 (Cactus)

3. 가공단계

4. 중간에서 낮은 농도의 탁도를 가진 수처리에의 적용

5. 산업폐수의 처리

6. 식물기반 응집제의 가격

7. 결론

1. 서 론산업의 빠른 고도화에 따라 개발도상국들은 국가 경쟁력을

강화하기 위하여 산업화에 크게 의존하고 있다. 동시에, 산업

발달에 따른 경제 성장은 유기, 무기, 금속오염 물질을 다량으

로 생성시키고 있다. 이러한 결과로, 지구의 표면 환경에 이러

한 인위적인 오염물질의 유입은 지난 세기동안 크게 증가하고

있다. 공공 생태 및 환경 보건적 관점에서 이러한 오염물질의

영향에 관한 보고는 잘 이루어지고 있으나, 이러한 오염물질

의 환경에 대한 영향은 특히 개발도상국들에서 심각한 문제로

나타나고 있는데 이는 경제 개발에 치중에 따른 엄격하지 못한

환경규제와 수처리(폐수처리)시스템의 건설과 운영 유지비용

이 높기 때문이다.

이러한 개발도상국들에 적절한 수처리 시스템의 보급의 부

족으로 인한 오염물질 제어 방안을 가장 가단하고 경제적이고

효과적인 수처리 방법은 오염물질 응집처리와 같은 현장적용

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VISION

기술이 가장 적합한 대안이 될 것이다. 응집은 지표수와 산업

폐수의 처리에 필수적인 공정이다.

응집공정의 적용은 Alum(AlCl3), Ferric chloride(FeCl3), 폴

리알루미늄클로라이드(PAC)와 같은 화학기반의 약품의 첨가

하여 수중의 유, 무기오염물질 및 탁도물질 제거에 이용된다.

이러한 화학물질 기반의 응집제의 효과가 입증되어 있음에도

불구하고 저온수에서의 비효율성, 상대적으로 높은 생산비용,

인체 유해성, 응집제 사용으로 인한 다량의 슬러지 발생과 처

리수의 pH의 산도에 영향을 미치는 등의 단점이 있다. 또한 정

수 처리시 많이 사용되는 알루미늄 기반 응집제가 인간에 알

츠하이머병의 유발과 관련성이 있다는 연구결과들이 발표되고

있으며 이에 따라 화학응집제들이 가지고 있는 근원적인 문제

점을 상쇄할 수 있는 식물기반의 응집제를 사용 및 적용이 바

람직하다.

사용시점 (POU : Point Of Use) 수처리제 로서의 천연 식

물기반 응집제의 사용의 핵심 이점으로는 비용의 효율성(Cost

effective), 높은 오염물질 제거효율을 들 수 있다

본 연구에서는 식물 원료의 응집제 연구로 자주 언급되는 너

말리 씨앗(Nirmali seeds), 모링가 올레이페라(M. Oleifera),

탄닌(Tannin)과 선인장(Cactus) 등의 식물에서 추출된 바이오

폴리머를 활용한 수처리(오염물질 제거) 적용한 결과를 알아보

고 그 특성과 이용 조건들을 제시하고자 한다.

2. 천연 식물기반 응집제 및 응집 메카니즘고분자 응집제는 양이온성이나 음이온성 또는 이온화되지

않는 성질을 가지고 앞의 두 가지의 경우에는 고분자전해질이

라는 용어로 불리기도 한다. 고분자전해질이라는 용어를 사용

하기 위해서는 사전에 충분한 화학적 성질 분석과 이온성질을

이해하는 과정이 필요하다. 천연 응집제들은 대부분 다당류이

거나 단백질류로 구성되어 있다. 비-이온성이라고 이름 지워

진 폴리머라 할지라도 이온성 상대반응이 꼭 없는 것은 아니

다. 이는 고분자와 용액 내 용매 간에 부분적으로 이온화된 수

산화기(-OH)가 반드시 존재하기 때문이다.

용액내에서 발생되는 응고는 다음의 네 가지 응집단계를 거

쳐 일어난다.

1) 이중층 압축(Double layer compression),

2) 고속응집(sweep flocculation),

3) 흡착 및 이온 중화반응(adsorption and charge

neutralization),

4) 흡착 및 입자간 브리징결합(adsorption and interparticle

bridging)

적절한 응집제 같은 염들이 존재할 경우 이중층 압축을 야기

하여 입자의 불안정화를 촉진한다. 급속응집은 응집제가 부유

물질을 포위하여 부드러운 콜로이드성 플록을 만들면서 일어

난다. 흡착 및 중화반응은 두가지 이상의 서로 다른 이온성질

을 가진 입자가 결합하는 것을 말하고 입자간 브리징은 응집제

가 고분자의 긴 사슬을 이용하여 앞의 응집단계 중 3), 4)단계

와 주로 관련성이 있다. 수중에서 존재하는 미량의 전해질은

고분자 응집제의 응집효과를 높여줄 수 있다. 다양한 식물 원

료의 천연 응집제가 보고된 바 있지만 그중 가장 널리 알려진

너말리 씨앗(Nirmali seed, Strychnos potatorum), 모링가 올

레이페라(M. Oleifera), 탄닌(Tannin), 선인장(Cactus)에 대하

여 검토하겠다.

Figure 1. 망상구조 형성을 통한 오염물질과 플락 형성

2.1 너말리 씨앗인도의 중남부지역과 스리랑카, 버마등지에 서식하는 너말

리 나무는 이들 지역에서 전통 약제식물로 널리 이용되고 있는

식물이다. 이 나무의 씨앗은 인도등지에서 4,000년 전부터 지

표수의 탁도를 제거하는데 널리 이용되어 왔다고 한다. 너말

리 식물의 추출액은 음이온성 성질의 고분자 전해질로 수중입

자를 불안정화 시켜서 입자들이 서로 결합하게 만드는 역할을

한다. 이전의 연구들에서 씨앗 추출액은 카르복실기(-COOH)

와 수산화기(-OH)를 가지는 지질, 탄수화물, 알칼로이드를

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함유하여 응집효과를 더욱 증대시키는 것으로 알려져 왔다.

Adinolfi 등의 연구에 의하면 너말리 씨앗의 추출액의 주성분

인 갈락토마난(Galactomannan)과 갈락탄(galactan)을 포함

한 다당류가 카올린 용액의 탁도를 80%이상 제거하였다는 연

구결과를 보고 하였다. 너말리 씨앗의 특별한 응집 메카니즘은

아직 모두 밝혀지지 않았지만 이 너말리 씨앗 추출액 내 칼락

토마난과 갈락탄의 긴 사슬에 다수의 수산화기(-OH)가 약하

지만 오염물질에 대한 풍부한 흡착 사이트를 제공하여 결과적

으로 입자간의 브리징결합을 주도하였다고 볼수 있다. 너말리

씨앗 추출액에는 카르복실기(-COOH)와 같은 이온성 치환기

(-COO-H+)와 비이온성(Galactomannan) 치환기가 공존하

여 “음이온성 고분자전해질”로써의 기능을 다수행하고 있다고

보기는 어려우므로 더욱 자세한 응집 메카니즘을 발키기 위한

연구가 필요하다.

Figure 2. 너말리 나무, 열매, 씨앗

2.2 M. Oleifera서양고추냉이라고 불리는 M. Oleifera 는 인도, 아시아, 아

프리카 사하라, 라틴아메리카 등에 서식하는 무독성 열대 식

물이다. 이식물의 씨앗에는 식용의 기름과 수용성 물질이 함유

되어 많은 환경과학자 사이에서 관심을 받으며 연구 되는 천연

응집제 중의 하나이다. 모링가 올레이페라(M. Oleifera) 식물

의 모든부분(잎, 꽃, 줄기, 열매, 씨앗, 껍질)은 유용한 쓰임새

가 있는 것으로 잘 알려져 있으며, 저개발국가에서는 아주 오

래전부터 식량 및 의료용 재료로 널리 이용되고 있다. 아프리

카 국가에서는 오래전부터 모링가 씨앗 추출물을 이용해 강물

의 탁도 제거용으로 이용해 오고 있다. M. Oleifera 응집제 연

구의 큰 성과는 1995년 Ndabigengesere 등에 의해 발표된 논

문으로 이 논문에 따르면 반응성이 높은 모링가 씨앗 추출물로

만들어진 응집제는 양이온 성질의 단백질 성분으로 분자량이

12~14 kDa 이고 등전위점은 10 과 11 사이에서 나타난 다고

보고 하였다. 반면 Okuda 등에 연구 결과에 의하면 응집에 도

움을 주는 포인트가 단백질 또는 다당류나 지질이 아니고 분자

량 3.0 kDa 정도의 유기 고분자 전해질이고 발표되었다.

많은 경우에서처럼 오염물질들은 Nagative(-)으로 하전 되

어 있고 모링가 올리페이라(M. Oleifera) 추출액 성분 중 양이

온의 고분자전해질은 가장 효과적인 응집제 역할을 하는 것을

로 알려져 있다. 정전기적 상호작용이 강력한 흡착을 유도하고

입자 표면의 중화가 일어나게 하는 이론은 잘 정립되어져 있

다. 이러한 모든 기술적 요소들은 결과적으로 모링가 올리페이

라(M. Oleifera)를 이용하여 수중의 탁도 물질을 제거하고 산

업폐수의 처리에 까지 적용하는 방안에 대한 연구가 활발히 진

행되고 있다. 모링가 올리페이라(M. Oleifera) 추출물질의 응

집효율은 양이온 물질의 첨가로 더욱 더 증대될 수 있는데, 한

연구결과에 의하면 2가 양이온 물질인 칼슘, 마그네슘(Ca2+,

Mg2+)의 첨가하여 응집효율을 크게 증대시킨 결과가 보고되고

있으며, 모링가 올리페이라(M. Oleifera) 추출물질과 양이온

이 결합하면 비용해성의 그물망조(net-like structure)를 형성

하여 부유하는 카올린 입자를 보다 효과적으로 제거할 수 있는

것으로 밝혀졌다.

Figure 3. M. Oleifera 나무, 열매, 씨앗

2.3 탄닌 (Tannin)탄닌은 아카시아(Acacia), 칸스타니아(Cantanea),

Schinopsis, Valonia 등과 같은 나무의 껍질로부터 추출

된 천연유기물질로서 거대한 폴리페놀 화합물(polyphenol

compounds)의 관용명이다. 탄닉은 수백에서 수만의 분자량을

가지고 있는 폴리머이며 가죽산업에서 가죽가공에 무두질 시

약으로 이용되는 물질이다.

Valonia 식물에서 추출한 탄닌을 수처리 응집제로 이용한

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VISION

연구에서 화학응집제의 훌륭한 대체물질로 밝혀진 바 있다. 천

연응집제로써 탄닌의 효과는 식물에서 추출된 탄닌의 구조와

그 변형정도에 따라 결정이 된다. 탄닌의 페놀기는 figure 3.

에서와 같이 좋은 electro donor 가 되어 물속에서 분자 간 반

응을 일으켜 오염물질이 응집이 되게 한다. 페놀기의 수산화기

는 쉽게 수소이온을 잃고 공명구조로 안정화 하는데 이러한 반

응이 색도제거에 아주 효과적인 역할을 한다.

탄닌의 페놀기가 많이 존재할수록 응집제의 효율도 더욱 증

대되게 된다. 아민과 페놀기가 모두 결합되어 있는 탄닌을 수

처리에 적용한 연구에서는 탄닌이 한 분자단위당 3차 아미노

그룹을 가지고 있어 양이온의 성질을 가지게 되며 페놀기의 영

향으로 양이온, 음이온의 양쪽성 성질을 가지고 있기도 한 결

과들이 많은 연구에서 보고되고 있다.

Figure 4. 수용액상에서의 탄닌(Tannin)의 분자구조

2.4. 선인장 (Cactus)수처리를 위한 선인장류의 적용은 너말리(Numali), 모링가

올레이페라(M.Oleifera) 등의 다른 천연응집제와 달리 최근에

와서 큰 관심을 받고 있다. 선인장류중 가장 일반적으로 연구

되고 있는 종은 멕시코와 북아메리카에서 식량 및 의약품 소재

로 널리 이용되고 있는 Nopal로 불리우 지고 있는 Opuntia 종

이 대표적인 식물이다. 이외에 Cactus latifaria 또한 천연 응

집제로서 의 역할을 하는 것으로 알려져 있다.

Figure 5. Cactus (Opuntia)

Opunia 의 응집효율은 이 선인장의 내부에 있는 탄수화

물 성분의 끈적한 점액물질 때문인데 선인장의 내부와 외부

에서 대량의 수분을 함유할 수 있게 한다. 현제 많은 연구자

들은 Opunia 선인장이 함유한 L-arabinose, D-Galactose,

L-rhamnose, D-xylose 및 Galcturinic acid 등과 같은 탄

수화물의 점액물질의 기능에 대하여 연구를 진행하고 있다.

Zimmerman 등에 최근 연구결과에서는 Opunia 의 응집능력

은 갈락튜로닉산에 의한 것으로 보고하고 있는데 이 성분은 수

중의 탁도를 50% 제거할 수 있었고 그 밖에도 응집반응의 브

리징 결함에 관여하고 있는 것을 확인 되었다. 선인장의 갈락

튜로닉산 성분은 다른 연구자들에 의해 미생물에서 만들어진

천연 응집제의 성분에서도 확인 되었는데 식물에서 유래된 응

집제 중 가장 강력한 응집력을 보유하고 있는 것으로 알려져

이에 대한 자세한 연구가 더욱 필요한 상황이다.

갈락튜로닉산은 응집제의 고분자 내에 매우 넓게 분포하여

많은 입자들로 하여금 흡착 되도록 하는 결합 사이트를 제공하

는 것으로 나타났다. 아래 figure 6. 에서 고분자 칼락튜로닉산

의 구종에서 보면 카르복실기에서 나온 수소이온의 영향으로

음이온 성질을 띠고 있다. 이렇게 마들어진 COO-기와 오염 입

자간 화학적 흡착이 일어나고 또한 수산화기(-OH)의 존재는

사슬 내부에서 분자 자체 결합을 이끌고 사슬구조의 꼬임에 변

형을 초래한다. 이에 대한 연구는 구체적인 연구가 필요하다.

Figure 6. 수용액상에서 갈락튜로닉산의 분자구조

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VISION

3. 가공단계 (Processing Steps)식물기반 응집제 가공의 일반적인 가공단계는 크게 세 가지

공정으로 나누어진다. figure 7. 에서 나타낸 것과 같이 1차 가

공단계는 매우 단순한데 전통적인 건조와 분쇄 과정만을 거치

게 된다. 이렇게 준비된 파우더는 응집제 뿐 아니라 식물 조직

물 뿐만 아니라 불순물을 함유하게 되어 유기성분들이 풍부해

폐수의 처리과정에서 또 다른 오염원을 제공할 가능성이 있다.

이러한 문제는 2차 추출공정 또는 3차 정제 가공공정을 거치

면 해결할 수 있는데 원치 않는 유기물질의 발생을 최소화 할

수 있다. 하지만 가공단계가 복잡해지게 되면 응집제를 생산하

는데 있어 가공경비가 올라가게 되고 따라서 POU(소규모 현

장처리) 수처리 기술에 적용하기에는 실용성이 떨어질 수 있

는 문제점이 있다. 2차 가공단계에서는 유기용제, 물, 염용액

같은 용매를 이용하여 추출하는 공정으로 적절하게 선택된 용

매에 따라 필요한 오일(oil)이나 활성이 있는 응집제를 추출하

게 된다. 가장 무난하게 이용되는 용매는 물(water)이며 이는

모링가 올리페라(M. Oleifera) 식물의 씨앗의 응집성분이 수

용성 단백질 이어서 물을 이용한 추출이 가능하다. NaCl 용액

으로 추출한 응집제의 경우 증류수로 추출한 경우의 7.4배 낮

은 용량으로도 동일한 응집효과를 낼 수 있으며, 특히 카올린

탁도 물질 제거에 탁월한 효과를 나타내는 것으로 보고되고 있

다. 마지막으로 3차 가공 단계는 식물 원료의 응집제의 추출의

상용화에 있어서는 경제적인 문제로 인해 크게 사용되고 있지

않으며 단지 연구목적으로 모링가 올리페라(M. Oleifera) 의

추출액의 정제에만 적용된 정도가 전부이다. 모링가 올리페라

(M. Oleifera) 추출액의 정제방법으로는 동결건조 (물질의 기

본구조를 깨지 않고 그대로 건조 시킬 수 있음), 이온교환, 투

석 등의 방법에 관한 연구 자료가 다수 제공되고 있다.

Figure 7. 식물기반 천연고분자 응집제 일반적 제조공정

4. 중간에서 낮은 농도의 탁도를 가진 수처리에의 적용Table 1.에 중저 범위 탁도의 처리를 위해 이용된 천연 식물

기반 응집제에 대한 최근 연구결과에 대해 정리하였다. 이들

연구들은 가장 간편한 POU (소규모 현장적용) 수처리 기술 적

용이 가능한 탁도의 대략적인 범위가 50~500 NTU 정도인 것

으로 보고되었으며, 모든 천연 식물기반 응집제들은 탁도의 제

거에 탁월한 한 것으로 나타났으며, 특히 몇몇 결과들에서는

유입 탁도의 99%까지도 제거가 가능한 결과를 보여 주고 있

다. 이때의 최적의 응집제 주입량은 10~60mg/L 이며 pH 조

건은 7~10 범위에서 좋은 결과를 얻었음을 알 수 있다. 모링

가 올리페라(M. Oleifera)의 경우 최적의 pH 는 약염기성인 것

으로 나타났으며, 이는 pH 7 보다 높은 조건에서는 카올린과

점토 입자들이 모두 음전하를 띠게 되어 모링가 올리페라(M.

Oleifera)에서 추출된 양이온성의 고분자전해질과 흡착이 아

주 잘 이루어 질수 있기 때문이다. 낮은 pH 조건에서는 카올린

입자의 음이온성 성질이 뚜렷하지 않아 흡착의 효과도 떨어지

는 결과가 나타났다. 반면 Opuntia 선인장에서는 pH 영향이

확실하지 않은데 응집에 관여하는 반응이 더욱 복잡하고 그 메

카니즘이 자세히 알려지지 않았기 때문에 이를 규명하기 위해

서는 추가적인 연구가 더 진행되어야 할 것이다. 갈락투론산은

기본적으로 음이온 고분자 전해질이기 때문에, 다음과 같은 반

응이 수용액상에서 이루어지게 된다.

R-COOH ↔ R-COO-+H+ (1)

R-COOH + H2O ↔ R-COOH + OH- (2)

반응 (1)에서는 칼락튜로닉산의 카르복실기가 부분적으로

분해되고 COO- 기가 양이온들과 화학적으로 흡착되는 기회

를 제공하게 된다. 고분자 형태의 칼라튜로닉산에서는 반응 가

능한 COO- 기의 개수가 식(2) 에서와 같이 OH- 농도에 영향

을 크게 받게 된다. pH 7 이상의 조건에서는 OH- 농도가 증

가하여 용액 내 이온들의 평형을 방해하는 결과를 나타낸다.

평형상태는 왼쪽으로 가는 방향으로 조정이 되며 카르복실기

의 수소이온이 더 많이 떨어져 나와 결과적으로 흡착이 가능한

COO- 기가 더 많이 발생하게 된다.

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VISION

Table 1. 중-저 탁도 범위의 수처리에 사용되는 천연 식물기반 응집제 연구 동향

응집제식물부위

제조방법 탁도 제거효율 최적조건값(V)a응집

메카니즘

M. Oleifera

씨앗 Water Extraction• Kaolin (>94%)

• 주입량: 50mg/L 흡착 및 이온중화

씨앗 DPP, 0.5%(v/v)HCl 희석• Lake water +clay (>96%)• Lake water +clay (>99%)c

• 주입량: 60mg/L• 주입량: 14mg/Lc

• pH 7.9- N.A. -

씨앗 DPP • 지표수 (>99%)+ • 주입량: 200mg/L - N.A. -

Cactus opunia

- N.A. - DPP

• Kaolin(upto 94%)• 하수 (84%)• 하수 (90%)b

• 해수 (>99%)

• 주입량: 50mg/L• 주입량: 60mg/L• 주입량: 60mg/Lb

• 주입량: 60mg/L

- N.A. -

Pad and inner skin

DPP

• 반염수(up to 98%)

• 하천수(up to 70%)

• pH 10• 주입량: ≒13mg/L

- N.A.-

Pad DPP• Kaolin

(≒98%)

• 주입량: 5~55mg/L (탁도의 강도의 따라 주입량 변화)• pH 10

브리징결합 응집

Cactus latifaria - N.A. - DPP• Kaolin

(>90%)• 주입량: 10mg/L -NA-

Tannin 아카시아껍질약품업체에서 제공되는

고체파우더• Kaolin

(75%)• 주입량: 14mg/L

흡착 및 이온중화, 가교작용

너말리 씨앗 DPP• Kaolin (90%)C

• 지표수 (>96%)• pH 9• 주입량: 1.5mg/L

-NA-

Prosopis juliflora 씨앗 DPP • Kaolin (>83%) • 주입량: 20mg/L -NA-

Fabaceae (Guar gum)

씨앗 분쇄 • 우물물(96%) • 주입량: 50mg/L -NA-

Jathropa curcas 씨앗 분쇄 • 우물물 (92%) • 주입량: 50mg/L -NA-

Maize (옥수수) - N.A. - DPP, 0.5%(v/v)HCl 희석• Lake water +clay (>93%)• Lake water +clay (>99%))C

• 주입량: 60mg/L• (주입량: 14mg/L)C

• pH 7.4~7.9-NA-

‘-na-’ unavailable data.

‘DPP’ 건조분말로 분쇄

a 이 최적의 값은 다른 매개 변수가 고정되는 관련 매개 변수에 대해 얻은 가장 높은 오염 물질 제거 %에 해당.

b AlCl3·6H2O 응집제와 비교.

c alum 응집제와 비교

88 DYETEC VISION


VISION

5. 산업폐수 처리대다수의 천연 응집제들은 대규모 처리시설에 낮은 적용성

과 폐수의 극한의 환경적 요인(pH, 오염물질의 농도 등)등의

이유 때문에 산업폐수처리에 적용이 제한적인 것으로 알려져

왔다. 그러나 천연 고분자 응집제들은 이러한 단점들을 상쇄할

수 있는 이점들로 인해 충분히 사용할 가치가 있다. 천연 응집

제들은 지속가능하고 환경 친화적 이라는 사실 말고도 천연고

분자응집제들은 브리징 결합의 영향으로 알럼(Alum)등 기존

의 무기계응집제 들에 비해 강한 플록의 형성이 가능하다. 이

것은 오염된 산업폐수를 처리함에 있어 교반탱크가 필요하다

는 것을 의미한다. 1985년과 1987년에 Muhle 등은 특별한 연

구결과를 발표하였는데 이 연구결과에 따르면 교반장치의 기

계적 힘 때문에 고분자와 입자성 물질 사이에 접착력이 생성됨

을 실험을 통해 확인하였다. 이 실험결과는 기계적 교반에 의

해 더욱 강한 플럭과 더 큰 플럭을 형성할 수 있다는 것은 나타

낸다.

지금까지 산업폐수의 처리에 이용되는 천연 응집제들은 연

구목적으로 국한되어 왔지만 이러한 연구결과들로부터 실제

산업폐수에도 효과적으로 적용할 수 있다는 가능성이 목격되

고 있다. 많은 경우에서 천연 응집제는 오염물질의 다양성이

낮은 경우에 좀 더 효율적으로 이용되어 왔다. 초기의 연구에

서 식물기반의 응집제들이 염색폐수처리에 있어 뛰어난 오염

물질 제거 효과적인 것으로 나타났다. Beltran 등은 Tannin(탄

닌) 기반의 응집제를 이용하여 Alizarin Violet 3R 염료를 80%

까지 쉽게 제거할 수 있음을 확인 하였으며, Backburn 등

은 galactomannan을 함유한 식물(locust bean gum, guar

gum, cassia gum)들이 폐수중의 염료물질들을(C.I. Reactive

Red 238, C.I. direct black 22 and C.I. acid blue 193) 70%

이상을 제거할 수 있는 것을 확인 하였다. Mishra 등은 폴

리사카라이드(Polysaccharide)가 C.I. Vat Yellow 4 염료

를 71%까지 제거 할 수 있음을 확인 하였다. NaCl로 추출된

M. Oleifera 활성 응집제는 염료에 대한 제거효율이 Chicago

sky bule 6B 99%, Carmine Indigo 80%의 제거효율을 나나

내었다. P.psylium 식물의 점액질의 구성 성분을 분석한 결

과 D-Xylose, L-arabinose 와 6.7~13.6% uronic acid 와

78~91% pentosan으로 구성된 D-Galacturonuc acid로 구

성됨 확인되었다. 이 성분은 선인장류 식물들의 점액질의 성

분과 유사한 것으로 나타났으며 이 성분으로 인해 강한 흡

착 브리징 결합이 일어나는 것으로 확인 하였다. 이온성 물

질(M. Oleifera 와 P.psylium 식물 추출물) 과 비이온성물

질(galactomannan)인 폴리사카로이드(Polysaccharides)

의 브리징 결합 효과에 의한 염료분자 흡착은 염료분자의 π

-electron 와 폴리사카로이드의 OH- 그룹 간의 상호결합에

의한 것으로 이와 같은 수소결합은 염료분자의 π-electron 이

염료분자에서 분리되어 수용액상의 폴리사카로이드에 염료가

흡착하는데 실질적으로 기여를 하는 것으로 밝혀졌다. 이러한

독특한 분자간의 상호 작용은 염색폐수의 처리에 있어 천연고

분자 응집제의 적용이 얼마나 효과적인지를 보여준다.

염색폐수 이외에도 다른 종류의 산업폐수에 적용한 연구들

이 있으며 식물 내부의 점액질성분을 응집제로 이용하여 유기

물질의 농도가 높은 많은 다양한 폐수들을 대상으로 실험한 결

과 40~95%의 처리효율을 얻었다. 이러한 연구결과로 실제 산

업현장에 곧바로 적용할 수 있다고 판단할 수도 있겠지만 이는

한 개의 연구그룹에서 나온 결과로 지역 적인 차이를 더욱 상

세히 연구할 필요가 있을 것이다.

Figure 8. Polysaccharide 의 OH- 그룹과 염료분자의 결합

6. 식물기반 응집제의 가격지금까지 천연 식물기반 응집제가 환경 친화적이고 다양한

실험실규모 연구를 통해 기술적으로 적하고 주로 소규모 POU

에 적용 될 수 있다는 사실을 살펴보았다. 하지만 상업화의 관

점에서 볼 때는 항상 소규모의 시설을 그대로 대규모로 확장시

켰을 때 그 효율성과 경제성을 그대로 유지할 수 있는 지를 판

단하는 것이 매우 중요하다. 단순 응집제 원료의 가격이 아닌

응집제의 종류, 지역에 따라 달라질 수 있는 가공방법과 가공

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경비, 환율과 복잡한 인플레이션 요인까지도 모두 고려한 분석

이 필요할 것이다.

M. Oleifera 에 대하여 종합적인 가격분석을 실시한 내용을

살펴보면 이 식물의 이용으로 인한 이득이 얼마나 큰지 잘 알

수 있다. 모링가 올리페이라(M. Oleifera) 씨앗의 경우 전체무

게의 40% 정도를 오일로 추출할 수 있고 오일을 짜고 남은 부

산물(seed cake)에서도 활성이 큰 응집성분을 가지고 있는 것

으로 나타났다. 아프리카 말라위(Malawi)에서 모링가 올리페

이라를 응집제를 이용하여 수처리를 한 경우 비용이 1,000톤

처리에 75 MK가 들었으며(이때에 사용되는 모링가 씨앗은 오

일을 짜고 남은 케이크(부산물)를 사용하였으며 말라위 지역의

경우 모링가 케이크는 무료로 제공이 됨) , 알럼(Alum)이나 석

회(Lime)를 이용할 경우 501 MK의 비용이 든다. 그러나 말레

이시아의 경우 모링가 올리페이라(M. Oleifera) 씨앗의 가격이

1kg 에 $2(US)로 알럼(Alum) 1kg의 가격 $1의 2배의 비용이

든다, (Botswana 에서는 모링가 올리페이라 씨앗 1kg 의 가격

이 21$). 이러한 경제성 분석은 각각의 지역과 경제상황에 따

라 다르게 나타난다.

7. 결론식물에서 유래하는 천연 응집제의 이용은 이것이 저개발 지

역의 삶의 질 향상에 목적을 가진 만큼 지속가능한 환경기술을

위해 필수적인 개발이다. 다행이도 천연 응집제의 개발은 작금

의 화석연료사용과 그에 따른 숲이 줄어드는 현상, 식량 부족

등 전 지구적인 문제에 대해 환경 친화적으로 모든 환경연구가

들의 관심을 받고 있다. 하지만 식물 원료의 응집제를 대량으

로 가공하기 위해서 필요한 식물 수요량의 증가와 이를 뒷받침

하는 관련 법의 부재등 해결해야 할 이슈들도 산재해 있다. 이

러한 관점에서 현재 천연 응집제의 적용은 연구목적이나 소규

모 시설에만 국한되고 있으나 앞으로 적극적인 홍보와 지원으

로 그 이익을 증대시켜야 한다는 의견이다. 기술적으로는 천연

응집제가 낮은 탁도를 가지는 폐수의 처리에 효과적이지만 현

저하게 높거나 낮은 pH 조건에서는 적용되기 힘들다는 문제점

도 함께 가지고 있다. 그러므로 각각의 조건에 맞추어 적절한

천연응집제의 종류를 선택하고 특정목적에 부합하게 적절히

조절하여 사용할 필요가 있다.

출처 : Process Biochemistry Vol. 45 (2010)

제공 : 신 동 훈

읽어둡시다 표면이 튼 구두 손질하는 법

구두의 표면이 트거나 부딪혀서 표면이 벗겨졌을 때는 양초를 이용한다.

양초토막으로 트거나 벗겨진 곳 또는 윤이 나지 않는 부분에 골고루 문지른 뒤 성냥불을 갖다

대고 녹인다. 그러면 녹은 양초가 가죽에 스며들게 되는데 그 때에 곧 구두약을 칠하고 닦으면

헌 구두라도 새 것처럼 보이게 된다.

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생선을 직접 불에 구우면 불내가 날 뿐만 아니라 버너를 쓸 경우 불이 부분적으로 강하기 때문

에 익기도 전에 타 버리기 쉽다. 그래서 시장에서 파는 알미늄 은박지를 준비했다가 이것으로

생선을 돌돌 말아 불 속에 넣고 구어내면 타지도 않고 또 재 같은 것도 묻지 않아 아주 좋다.

낚시터에서 잡은 생선을 즉석에서 구어 먹는데 이용 하면 아주 편리하다

90 DYETEC VISION

수(폐수)처리를 위한 식물기반 응집제의 새로운...

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