전문가가 폐수에서 인산염과 암모늄을 제거하기 위한 지속 가능한 솔루션을 만듭니다.

Sara Abu-Obaid는 전체 폐수 관리 산업이 패러다임 전환을 맞이할 것이라고 믿습니다. 토론토대학교 응용과학공학부 화학공학 및 응용화학 박사과정 후보자는 물 재사용 및 자원 회수에 중점을 두고 폐수 처리용 막 제조를 전문으로 합니다. 자원으로서의 잠재력을 인식하고 있습니다.”라고 그녀는 말합니다. "순환 경제를 향해 나아가기 위해 수확하고 활용할 수 있는 물, 영양분, 에너지 및 기타 가치 있는 것들을 우리에게 제공할 수 있습니다." 연구 부학장이자 화학공학 및 응용화학과 교수인 Ramin Farnood가 지도하는 Abu-Obaid는 Chemical Engineering Journal에 게재된 새로운 논문의 주저자입니다. 이 연구에서는 향후 사용을 위해 영양분을 회수하는 방식으로 폐수에서 인산염과 암모늄을 제거하기 위한 지속 가능한 솔루션을 소개합니다. 그녀의 새로운 방법은 폐수에서 인산염과 암모늄을 흡수하기 위해 무기 입자를 포함하는 고급 막을 사용합니다. 비용 효과적인 방법으로 이러한 물질을 회수함으로써 이 방법은 농업용 비료 제조업체가 사용할 수 있는 새로운 재료 공급원을 만듭니다. 목욕, 화장실, 세탁 및 기타 소스에서 사용된 물은 배수구로 흘러 하수 처리장으로 이어지는 하수구로 흘러가며, 그곳에서 정화되어 환경에 영향을 주지 않고 안전하게 자연으로 배출될 수 있습니다. 처리 과정의 주요 목적은 고형물, 유기물, 병원체 및 가정용품과 배설물(신체에서 배출되는 노폐물)에서 유래하는 영양분을 제거하는 것입니다. 이러한 영양소 중에는 농업용 비료의 두 가지 필수 성분인 인산염과 암모늄이 있습니다. 인은 식물이 번성하는 데 필수적이지만 화학 물질을 너무 많이 사용하면 부영양화를 일으킬 수 있습니다. 이는 환경이 영양분으로 인해 과도하게 풍부해지면서 시작되는 복잡한 과정으로 조류의 성장이 폭발적으로 증가합니다. 이러한 유해한 조류의 번성은 물 속의 산소 가용성을 고갈시켜 수생 생물이 질식하는 "죽음의 지대"를 만듭니다. 암모늄에 장기간 노출되면 수생 생물에게도 독성이 있을 수 있습니다. 현재 폐수처리시설은 처리과정에서 인산염과 암모늄을 제거하는 공정을 확립해 놓고 있다. 일반적으로 화학적 처리를 통해 인산염이 물 바닥에 가라앉는 고체 형태로 변환된 후 슬러지로 수집되어 매립지로 보내집니다. 암모늄은 전통적으로 박테리아가 이를 소비하여 질산염으로 변환한 다음 질소 가스로 변환하는 생물학적 처리를 통해 제거됩니다. Abu-Obaid는 "이들은 비료의 핵심 성분인 두 가지 고부가가치 제품이지만 현재의 폐수 처리 공정에서는 이러한 영양소를 폐기물로 처리합니다"라고 말했습니다. "나의 해결책은 물에서 영양분을 완전히 추출하여 비료 생산의 원천으로 사용할 수 있는 것입니다." 많은 과학자들은 현재의 농업용 인 소비 속도가 심각한 부족을 초래할 수 있으며, 이는 전 세계적으로 식량 공급을 방해할 수 있다고 경고했습니다. Abu-Obaid의 새로운 방법은 폐수를 이러한 영양소의 실행 가능한 공급원으로 전환하여 공급을 늘리는 데 도움이 될 수 있습니다. 물 여과에 사용되는 많은 멤브레인은 대상 물질을 물 밖으로 필터링하기 위해 신중하게 설계된 기공에 의존하지만 Abu-Obaid의 접근 방식은 다릅니다. 그녀의 막에는 인산염 및 암모늄 흡착(고체가 용질 분자를 얇은 필름으로 보유하는 경우)에 대한 높은 친화성을 갖는 광물 아카가네이트와 제올라이트 13X(분자체의 일종)로 만들어진 작은 입자가 포함되어 있습니다." Abu-Obaid는 크기 배제나 큰 압력을 가하여 제거하고 싶은 것들을 말합니다. "오히려 제거를 수행하는 것은 멤브레인 내의 입자이며, 이를 제자리에 고정하는 것이 멤브레인의 역할입니다." 입자가 스스로 작업을 수행할 수 있지만 Abu-Obaid는 입자를 폐수에서 제거하는 것이 어렵고 침출에 대한 두려움이 있을 것이라고 말했습니다. 멤브레인을 사용하여 제자리에 고정하면 2단계 작업의 가능성이 열립니다. 먼저 입자가 폐수에서 암모늄과 인산염을 흡착한 다음 수산화나트륨 용액을 사용하여 멤브레인을 세척하여 동시에 영양분을 회수하고 입자를 재생합니다. 연구에서 멤브레인은 동적 물 흐름 조건에서 인산염과 암모늄 이온을 포착할 수 있었으며, 그 결과 다른 경쟁 이온이 존재하는 경우에도 합성 폐수에서 암모늄을 84%, 인산염을 100% 제거했습니다. Abu-Obaid는 자신의 실험을 통해 이 방법이 이 응용 분야에 큰 잠재력을 가지고 있음을 보여주었다고 믿고 있지만, 그러한 시스템의 대규모 응용을 위한 설계 고려 사항을 조사하기 위한 추가 연구가 필요하다고 생각합니다. "이것은 크기 배제 유형 여과에 더 일반적으로 사용되는 막 기술의 비전통적인 사용입니다"라고 그녀는 말합니다. "현재 공급망이 위협받을 만큼 아직 부족하지 않은 영양소를 복구하기 위해 이 기술을 사용하는 이유를 정당화하는 것도 어려울 수 있습니다. 그러나 우리는 문제를 앞서고 잠재적인 지속 가능한 공급원을 구축함으로써 이익을 얻을 수 있다고 믿습니다. 미래." 그때까지 Abu-Obaid는 이 새로운 솔루션이 폐수에서 영양분을 회수하는 다른 혁신적인 기술과 함께 더 많은 지원을 받을 수 있기를 바라고 있습니다. "우리는 폐수 관리를 위한 보다 지속 가능한 미래를 창출하기 위한 이 기술의 유용성을 입증하기 위해 추가 기술 경제적 연구, 장기 안정성 및 파일럿 연구가 필요합니다."라고 그녀는 말합니다.