미세 플라스틱을 제거해봅시다. (3/3)
여러 가지 방법이 있긴 합니다만..
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Dec 5. 2022
미세 플라스틱을 제거해봅시다.
기술에는 융합이 일어난다. 어쩔 수 없이 일어나는 융합이다. 문제는 복잡해지고, 해결책도 하나의 분야에서 찾을 수 없기 때문이다. 미세 플라스틱도 그렇다. 이미 생물에게 퍼져있는 미세 플라스틱과, 해양에 섬을 만들 정도로 모여있는 플라스틱을 처리하는 건, 물 처리 기술로는 해결하기 어렵다. 서너 개의 분야가 협업해야 해결 실마리를 찾을 수 있다.
우선 물속에서 만들어진 미세 플라스틱을 제거하는 방법을 알아보자. 물 처리에서 미세 플라스틱을 제거하는 일은 더 이상 먹이 사슬로 흐르는 일을 막는다.
미세 플라스틱을 제거하는 방법은 크게 세 가지, 그 아래로 두 가지씩, 총 여섯 가지가 있다고 보면 되겠다. 하나씩 살펴보자.
O 흡착과 여과
- 녹색 미세 조류* (green microalgae)에 흡착
- 막 (membrane)을 이용한 여과
O 화학적 방법
- 응집 및 응결(coagulation and flocculation)
- 고도 산화처리
O 생물학적 방법
- 미생물에 의한 제거
- 큰 생물에 의한 제거
*최대한 한글로 쓰고자 했습니다.
1. 흡착과 여과
1.1 흡착 (Sundback et al., 2018; Martins et al., 2013)
녹색 미세조류 (녹조류, green microalgae)는 바닷물, 민물을 가리지 않고 살아간다(물론 종은 다르다). 이들은 물속에서 광합성을 하여 성장하고 번식한다. 녹색 미세조류는 물속에 산소를 공급하고, 1차 생산자 역할을 수행한다. 이들은 미세 플라스틱 (20 마이크로미터 이하; 머리카락이 평균 100 마이크로미터이다)이 붙는다.
붙은 미세 플라스틱은 분해되어 미세 조류 막을 통과해 들어간다. 이로 인하여 미세 플라스틱이 물에서 제거된다. 미세 플라스틱을 흡착과 흡수한 녹색 미세조류는 어떻게 될까? 광합성을 하는 기관(클로로필)이 파괴된다. 성장과 번식이 느려지는 원인이 된다.
다만, 미세조류를 이용한 흡착은 제거효율이 94.5%로 높다. 이때 주목해야 하는 건 무척 작은 미세 플라스틱에만 해당된다는 사실이다.
1.2 여과 (Li et al., 2018; Gurung et al., 2016)
여과에는 '막 (membrane)'을 이용한다. 막은 구멍이 있는 천이다(물론 세라믹으로 만든 막도 있다 설명의 편의를 위하 천이라고 생각하자). 구멍 크기에 따라서 통과되는 물질이 있고 그렇지 못한 물질이 있다. 막으로 원하는 물질은 통과하고 그렇지 못한 물질은 제거할 수 있게 된다. 구멍이 작은 막을 이용한다면, 미세 플라스틱 대부분을 제거할 수 있다.
단점도 있다. 자연스럽게 막을 통과해서 가는 것은 아니다. 천을 짜내듯 강한 압력이 필요한데, 이로 인해 에너지가 소비된다. 또 막을 이용한 처리를 지속하다 보면 막이 더러워진다. 막은 주기적으로 청소하거나 교체해야 한다. 이 두 가지 모두 비용을 높이는 원인이 된다.
2. 화학적 방법
2.1 응결 및 응집 (Hu et al., 2012; Ariza-Tarazona et al., 2019)
응결 및 응집은 물질을 서로 붙인 다음 무겁게 만드는 게 목표다. 응집된 후에는 자연스레 바닥으로 깔리니, 그것을 걷어 내면 물속에서 제거된다. 그럼 물질은 잘 붙을까? 아니다. 작은 물질 표면은 일정한 전극을 띤다. 보통 오염물질은 (-)를 띈다고 보면 된다. 같은 물질은 같은 전극을 띤다. 자석을 생각해보자. 같은 전극은 서로 밀어낸다. 즉 오염물질은 서로를 밀어낸다.
응집은 오염물질의 (-)를 중화시켜 물질이 서로 붙게 한다. 응집은 이미 오랫동안 하수처리와 폐수처리에서 사용해왔다. 조건은 이미 널리 알려져 있고, 운영 방법 또한 간단하다. 다만, 화학물질을 넣어야 하며 아주 작은 플라스틱의 경우에는 제거가 잘 되지 않는 단점이 있다.
2.2 고도산화처리 (Wang et al., 2019; Sekino et al., 2012)
고도산화처리(advanced oxidation treatmet)는 강력한 산화력을 가진 물질을 만들어 미세 플라스틱 연결고리를 끊어 내는 방법이다. 계속 끊어 내다 보면, 결국에는 이산화탄소와 물로 바뀐다. 우리에게 무해한 물질로 만드는 방법이다(이산화탄소가 해가 없다고 하는 건, 물 처리 입장에서 생각했기 때문이다).
고도 산화처리에도 여러 가지가 있다. 강력한 산화력을 가진 물질을 만드는 방법에 따라 다르다. 촉매* 물질을 넣고 빛을 비추거나, 특정한 물질 몇 가지를 넣고 만들어 낸다. 미세 플라스틱 제거에는 광촉매를 이용한 방법이 적용된다.
*촉매는 반응에 직접 참여하지 않고, 반응을 촉진시키는 역할을 한다.
장점은 촉매와 빛만 있다면, 지속적인 화학물질이 소모되는 것은 아니다. 촉매를 계속 사용할 수 있으며, 마지막까지 미세 플라스틱을 분해하면 사람에게 무해한 물질이 된다는 장점이 있다. 단점도 있는데, 효율이 무척 낮다는 것이다. 그리고 특정 빛을 비추기 위한 기계에 지속적인 에너지가 필요하다.
3. 생물학적 방법
3.1 미생물에 의한 제거 (Ter Halle et al., 2016; Cocca et al., 2017)
미생물로 미세 플라스틱을 제거할 수 있다. 미생물에 의한 제거는 흡착, 흡수, 그리고 소화가 혼재되어 일어난다. 대표적인 방법으로 하수처리와 폐수처리에서 가장 많이 이용하는 방법인 활성슬러지 공정이다. 활성슬러지 공정은 공기가 풍부한 상태에서 자라나는 미생물을 이용, 물에 있는 오염물질을 제거하는 방법이다. 오염물질이 충분히 제거되면, 미생물과 물을 분리하여 최종 처리한다.
이때 미세 플라스틱은 미생물에 붙기도 하고 (흡착), 미생물 안으로 들어가기도 하며 (흡수), 몸에 들어간 다음 일부 소화된다. 이런 방법 외에도 곰팡이나, 동물성 플랑크톤이 흡착, 흡수, 소화를 통해 제거하기도 한다.
장점은 이미 곳곳에 하수처리장과 폐수처리장이 있다는 사실이다. 운영비용도 낮고, 제거효율도 높다. 다만, 미세 플라스틱을 흡수한 미생물을 제거할 때에 또 다른 순환이 일어난다는 사실이다.
3.2 거대 생물에 의한 제거 (Arossa et al., 2019; Padervand et al., 2020)
미생물과 비슷하다. 커다란 생물 특히 조개가 미세 플라스틱을 흡착, 흡수 그리고 소화로 제거할 수 있다. 조개가 계속 미세 플라스틱을 흡수, 흡착해 밀도를 높인다. 충분히 쌓인다면, 조개를 제거하는 것으로 물속 미세 플라스틱을 제거할 수 있다.
장점은 조개를 뿌려 제거하니, 지속적으로 에너지와 돈이 들어가진 않는다. 하지만, 미세 플라스틱 제거를 위해 뿌려놓은 조개를 상위 포식자가 먹는다면, 먹이사슬을 통해 우리에게 다시 오게 될 것이다. 또 조개 성장과 번식 등 생물에 좋지 않은 영향을 미칠 수도 있다.
중간한 줄 요약: 미세 플라스틱을 제거하는 방법? 흡착과 여과, 화학적 처리, 생물학적 처리.
여러 가지 방법이 있긴 합니다만...
