지속 가능한 솔루션

토론토 대학교 2023년 6월 3일

연구원들은 무기 입자가 포함된 특별히 설계된 막을 사용하여 폐수에서 인산염 및 암모늄과 같은 귀중한 영양소를 추출하고 회수하는 방법을 개발했습니다. 폐수를 골칫거리가 아닌 자원으로 위치시키는 이 연구는 농업용 비료 생산을 위한 재료를 제공함으로써 잠재적으로 순환 경제에 기여하고 세계 식량 공급을 위협할 수 있는 이러한 영양소의 임박한 부족을 완화할 수 있습니다.

토론토대학교 공학박사 후보 Sara Abu-Obaid(ChemE)는 폐수 관리 부문에서 근본적인 변화가 이미 늦어졌다고 믿습니다.

"우리는 폐수를 귀찮은 존재로 보는 것에서 자원으로서의 잠재력을 인식하는 것으로 전환해야 합니다."라고 그녀는 말합니다. "순환 경제를 향해 나아가기 위해 수확하고 활용할 수 있는 물, 영양분, 에너지 및 기타 가치 있는 것들을 우리에게 제공할 수 있습니다."

Abu-Obaid는 Ramin Farnood(ChemE) 교수의 지도 하에 최근 Chemical Engineering 저널에 발표된 연구의 저자입니다. 본 연구는 폐수에서 인산염과 암모늄을 추출하는 동시에 향후 이러한 영양소를 재사용할 수 있는 친환경적인 방법을 제시합니다.

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 하수구로 흘러 하수 처리장으로 연결되며, 그곳에서 정화되어 환경에 영향을 주지 않고 안전하게 자연으로 배출됩니다.

처리 과정의 주요 목적은 고형물, 유기물, 병원균, 가정용품 및 배설물(신체에서 배출되는 노폐물)에서 유래하는 영양분을 제거하는 것입니다. 이러한 영양소 중에는 농업용 비료의 두 가지 필수 성분인 인산염과 암모늄이 있습니다.

Sara Abu-Obaid(ChemE PhD 후보자)는 폐수에서 귀중한 영양분을 회수하기 위해 무기 입자가 포함된 막을 사용하는 새로운 솔루션을 설계했습니다. 크레딧: Safa Jinje

인은 식물이 번성하는 데 필수적이지만 화학 물질을 너무 많이 사용하면 부영양화를 일으킬 수 있습니다. 이 복잡한 과정은 환경이 영양분으로 인해 지나치게 풍부해지면서 조류 성장이 폭발적으로 증가할 때 시작됩니다. 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 말합니다.

"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 인산염과 암모늄 흡착에 대한 친화성이 높은 아카가네이트와 제올라이트 13X로 만들어진 작은 입자가 포함되어 있습니다.