산업화와 인구증가에 따라 크게 증가한 육상 환경오염물질은 수계를 통해 해양으로 이동했고 이로 인한 오염 증가로 연안 해양 환경은 점차 악화되고 있다. 특히, 연안에 축적된 오염된 퇴적물의 양적·질적 증가는 연안 수산물의 생산량 감소에도 영향을 미치고 있다.

오염된 퇴적물의 정화를 위해 지금까지 수행되고 있던 준설 후 최종처리방법이 런던 의정서에 의한 오염물질의 해양투기 규제강화로 위기에 놓여 있는 상황에서 이를 해결하기 위한 해양오염퇴적물 정화관련 대안기술의 개발 필요성이 대두됐다. 미국, 유럽 등 선진국에서는 환경 친화적이고 경제성을 가지는 대안기술로 원위치(in situ)에서 정화할 수 있는 기술을 개발, 보급하고 있으며 국내에서도 이와 같은 대안 기술의 개발, 활용이 시급한 상황이다.

해양수산부와 한국해양과학기술진흥원이 2011년부터 지원하고 있는 해양수산환경기술개발사업의 ‘지속가능 해양오염퇴적물 정화기술 개발: 피복 및 현장처리기술’ 과제 연구 수행을 통해 해양오염퇴적물 정화를 위한 대안기술을 개발하고, 연구결과의 현장 적용 실증화를 추진하고 있는 한경대학교 해양과학기술연구센터 김영기 교수를 만나 연구과제의 현재상황과 발전방향에 대해 알아본다.

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연구과제 필요성과 현재 상황에 대해…

‘지속가능 해양오염퇴적물 정화기술 개발: 피복 및 현장처리기술’ 연구과제는 2011년 8월 시작됐다. 해양환경분야 연구역량을 가지고 있는 연구기관, 산업체 및 대학간 융합 연구로 수행되고 있으며 한경대학교, 한국해양과학기술원, 한국건설기술연구원, 한국해양대학교, 서강대학교, 산업체가 참여하는 공동연구로 진행되고 있다.

본 연구 사업은 현재까지의 연구성과로 반응성 피복소재, 피복 설계/시공 기술을 개발했으며, 이 기술들은 선진국에서 활용되고 있는 기술과 달리 국내에서 용이하게 얻을 수 있는 천연광물 또는 산업부산물을 이용하는 기술로 차별화돼있다. 피복기술은 오염물질의 수계로의 이동을 차단시키고 용출되지 않는 안정한 형태로 전환시키는 것을 말한다. 2015년 3월에는 개발된 기술들이 실제 해역에서 시공 가능한지를 검증하기 위해 소규모(25m×25m) 현장시험을 부산 북항에서 실시했으며 현재 마지막 연구사업년도 진행하고 있고, 2016년 상반기 중 부산 북항에서 현장 피복 시험(100m×100m)을 추진해 현장적용성을 검증할 계획이다.

또한, 오염퇴적물 정화를 위한 새로운 원천기술로 생물학적 정화와 피복기술이 복합된 형태인 미생물 담체를 이용한 정화기술과 생물활성촉진제에 의한 자연정화 활성화기술도 개발 중이다.

한편, 한국해양과학기술원에 의해 주도적으로 수행되고 있는 현장처리기술은 준설된 오염퇴적물을 현장에서 처리해 처리잔류물을 최소화할 수 있는 기술로 상용화를 위한 규모로 공정 설계·제작 및 적용방안을 개발하고 있는 중이다. 또한 이렇게 개발된 새로운 기술들이 현장에서 정화기술로 적용될 수 있도록 법·제도 정비를 추진하고 있다.

이러한 피복 및 현장처리 정화 기술들이 개발되면 향후 연안 어장 및 양식장 환경 개선에 따른 어민 소득 증대, 해양레저산업 활성화에 기여할 수 있을 뿐만 아니라 하천, 호소 등 내수면 정화사업에 활용이 가능해 경제 산업적 측면에 막대한 파급 효과가 있을 수 있다.


주력 연구에 대해…

① 피복정화기술

피복정화 방법은 오염퇴적물을 제거하지 않고 현장에서 직접 처리하는 방법(고정화/안정화, 표면피복, 주위와 차단 또는 봉입)과 제거 후 이동 처분하는 방법으로 크게 구분되는데 표면피복은 오염퇴적물 위에 오염되지 않은 물질(모래, 자갈, 오염되지 않은 퇴적물 등)을 덮어서 수계와 분리해 정화하는 방법이다. 필요에 따라 토목섬유(geotextile), 유기점토 등 피복층의 강도와 기능성을 보완하기 위한 재료를 추가하는 경우도 있다. 현장 피복정화 공법은 오염물질이 오염퇴적물로부터 수체(또는 수계)로 이동하는 것을 최소화해 오염원의 확산과 용출을 효과적으로 차단할 수 있고 자연환경에서 생산되는 재료를 사용함으로써 파괴된 수저면 생태계의 빠른 복원이 가능한 장점을 가지고 있다.

최근에는 피복소재가 오염물질의 이동을 차단하는 역할뿐 아니라 오염물질을 무해한 물질로 분해하거나 용출되기 어려운 형태로 안정화시키는 반응성 피복소재를 이용하는 기술에 대한 개발과 적용이 활발하다. 반응성 피복소재를 사용할 경우 피복두께를 얇게 하는 것이 가능한 장점도 가지고 있다. 본 연구 사업에서는 국내에서 용이하게 얻을 수 있고 저가의 천연광물과 산업부산물에 대한 반응성 피복소재로서의 성능 검증을 수행했으며, 이 중 제올라이트를 선정해 현장 시험에 적용하고 있다. 반응성 피복소재로 제올라이트를 0.2m 포설한 후 피복층의 보호와 생태계 복원을 위해 해사를 0.3m 포설함으로써 경제적이고 친환경적인 오염퇴적물의 정화가 가능할 것으로 판단된다.

② 원위치 처리 기법

원위치 처리기술의 주 처리 기작은 물리·화화적인 방법이다. 이 기술은 상대적으로 오염도가 높은 해역에서도 활용 가능한 대안으로 평가된다. 기존에 준설 후 이송된 오염퇴적물을 대상으로 처리하던 육상 처리 시설을 발전시키고 공정설비를 압축해 오염해역 현장에서 처리함으로써 경제성 및 활용성을 크게 향상시킨 것이 특징이다. 육상처리시설로 개발된 기존 공정을 단순히 소형화해 해상으로 옮겨가는 것이 아니라 처리 목적별 핵심기술별로 모듈화 하고 오염해역 및 오염토적물의 특성에 맞게 단위 모듈을 조합해 사용함으로써 소형이면서 효율적인 모듈 조합형 현장처리 공정을 제시할 수 있다. 본 원위치 처리 기술은 최종적으로 모듈 조합으로 구성된 처리공정이 바지에 탑재돼 현장에서 기술이 구현 될 수 있도록 추진하고 있다.


연구 과제 추진 중 어려웠던 점은…

본 연구 과제를 진행하면서 어려움을 겪었던 것은 관련 정보와 지식이 국내에서는 매우 제한적이고 관련 법령 또한 체계적으로 정립이 돼있지 않다는 점이다. 선진국에서는 피복기술과 준설 후 처리기술이 동일한 비중으로 다뤄지고 현장여건에 따라 선택돼 사용되고 있으나, 국내에서는 준설 외의 기술이 적용된 바 없고 오염물질을 제거하지 않고 현장에 둔 채로 정화하는 것에 대한 부정적 인식이 많았다. 법적인 면에서도 준설 외의 기술적용이 제한돼있는 상황이어서, 연구 개발을 진행하면서 관련 제도 및 법령을 정비하는 것을 동시에 진행하고 있지만 법 개정은 아직 언제 끝날지 미지수로 남아있다. 가까운 시일 내에 법령이 개정되지 않으면 지금까지 개발된 연구 성과들이 현장에 적용될 수 있는 기회가 늦어질 수 있어 현재 정부부처와 협조 하에 법령 개정이 될 수 있도록 노력하고 있다.

또 하나의 난제는 반응성 피복소재 개발에 있어 연안 해양에 이용되기 때문에 사용량이 많아 일반적으로 알려진 오염물질 저감능력을 가지는 소재가 경제적으로 큰 부담이 될 수 있는 소지가 있었다. 오염물질을 효율적으로 저감 시킬 수 있는 기능적인 측면과 경제성이라는 두 마리의 토끼를 어떻게 잡을 수 있을까에 대한 많은 고민이 있었다. 이러한 어려움을 해소하기 위해 연구사업 초기에 다양한 산업 부산물과 천연 광물을 이용해 관련 연구를 진행했다. 그 결과 오염물질 차단 효과가 뛰어나고 환경친화적이며 경제성을 갖춘 반응성 피복소재 후보를 선정했고, 초기 연구수행의 어려움을 극복할 수 있었다.


연구과제의 현장 적용과 성과는…

피복정화 기술개발에 있어서 가장 중요한 성과 중 하나는 초기 연구사업 결과를 바탕으로 얻어진 정보와 기술에 대해서 실제 현장에 적용 가능한 지를 검토하기 위해 2015년 3월에 부산 북항에 소규모(25m×25m) 현장피복 기술 적용 시험을 수행한 일이다.

이 현장 시험을 통해 개발된 피복정화 기술이 현장에서도 적용 가능하다는 것을 보일 수 있었다. 이 결과를 바탕으로 올해 상반기에는 규모를 100m×100m로 확대해 현장 실증 적용 시험을 추진 중에 있으며, 이 실증 사업이 성공하게 되면 준설 외에 특별한 정화 방법이 없었던 국내 오염퇴적물 정화사업의 단점을 보완할 수 있는 대안 기술을 확보할 수 있게 된다. 이뿐만 아니라 선진국과의 기술 격차를 줄이고, 기술이전을 통해 국내기업의 기술력을 향상시켜 중국 및 동남아 지역 후발 국가의 퇴적물 정화사업에 참여함으로써 환경산업 발전에 기여할 수 있을 것으로 판단된다.

더불어 이러한 연구결과들이 실증되고 현장에서 활용되면 국내 현실에 부합하는 다양한 해양오염퇴적물 정화기술의 보급이 확대돼 연안환경정화사업을 활성화시키고 궁극적으로 지속가능한 해양생태계 보존이 가능해 질 것이다.