[신기술] KIST, 질산성 질소 지하수 자정작용 상승효과 발견

질산성 질소, 유기오염물질 지속 분해하는 철산광물 생성…자정작용 시간 늘려

안정적 수자원 확보 위한 인공함양기법에 새로운 수질관리 패러다임 제시

최근 기후변화로 인한 극단적 기상현상이 빈번하게 발생하고 있다. 이로 인해 전 세계는 홍수와 가뭄에 시달리고 있으며, 연중 안정적인 수자원을 확보하는 것이 국가적 책무가 될 만큼 중요한 사안이 됐다. 이에 잉여 수자원을 땅속 지하수 형태로 보관하다 필요시 추출해 사용하는 ‘인공함양’이 효과적인 수자원 운영관리기법으로 주목받고 있다. 

한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 물자원순환연구단의 이승학·정재식·김상현 박사 연구팀이 오염물질로 알려진 ‘질산성 질소’의 땅속 수질 자정효과 향상 현상을 발견했다고 밝혔다.

인공함양기법이 실제로 적용되기 위해서는 함양된 물의 수질을 예측하고 관리하는 것이 매우 중요하다. 본 연구성과를 통해 인공함양 시스템의 수질 관리전략은 전환점을 맞이할 것으로 기대된다.

 

인공함양기법은 수자원을 저장할 뿐 아니라 땅속에서 다양한 반응을 거치면서 수질을 개선하는 부가적인 효과도 가져다 준다. 함양수에 포함된 유기 오염물질은 대수층 토양에 존재하는 미생물과 철산화 광물과의 상호작용에 의해 분해되는데, 일반적으로 분해과정에서 철산화광물 또한 점차 변이되고 유효표면적이 감소하면서 수질 자정작용이 중단된다.

KIST 연구팀은 함양수에 질산성 질소가 공존하는 경우, 새로운 형태의 철산화광물이 생성돼 화학양론적으로 예측되는 유기 오염물질 제거율보다 훨씬 높은 제거율을 보인다는 것을 발견했다. 질산성 질소가 공존하는 환경에서는 유기 오염물 분해를 지속할 수 있는 새로운 종의 철산화광물이 생성되기 때문에 자정작용의 지속시간이 늘어나는 것이다. 게다가 오염물질인 질산성 질소는 연쇄반응 중에 스스로 분해돼 제거된다는 사실도 밝혀냈다.

이승학 KIST 박사는 “수질 오염물질로만 알려진 질산성 질소의 긍정적인 역할을 처음으로 확인한 연구결과”라며 “이를 토대로 인공함양 주입수 전처리 과정에 질산성 질소의 잔류 허용기준을 도입하는 등 기존 수질관리 패러다임을 획기적으로 바꾸는 인공함양 수질관리기법 개발을 추진 중”이라고 밝혔다.

과학기술정보통신부(장관 이종호)의 ‘기후변화영향 최소화 기술개발 사업(2020M3H5A1080712)’과 KIST K-Lab 프로그램(2E33084)’으로 수행된 이번 연구 성과는 국제 학술지인 『워터 리서치(Water Research)』 2월호에 게재됐다.

[『워터저널』 2024년 4월호에 게재]