김철용 조교수

지하수 및 폐수에 잔류하는 Bisphenol S 등 난분해성 유기 오염물질을 완전히 분해하기 위해서는 기존 처리 공정보다 강력한 산화 기술이 요구됩니다. 철 기반 재료인 Steel Swarf와 영가철(Fe0), 그리고 용존 유기물(DOM)을 촉매로 활용하여 과산화물을 불균질하게 활성화하는 메커니즘을 규명하였으며, 이 과정에서 황산 라디칼 생성 효율을 최적화하고 반응의 화학량론적 효율(Stoichiometry)을 도출하였습니다. 해당 기술은 지중 화학적 산화(ISCO) 공정과 난분해성 산업 폐수 처리 현장에 적용되고 있으며, 오염원 위치에서 직접 산화제를 주입하여 토양 및 지하수 내 오염물질을 현장에서 분해하는 방식으로 활용됩니다. 현재 기술성숙도는 TRL 4-5 수준으로, 실험실 규모의 메커니즘 검증을 넘어 파일럿 규모 적용을 위한 반응 조건 최적화 단계에 있습니다.

기존 영가철(ZVI)은 지하수 내에서 급격한 산화 피막(Passivation)이 형성되어 반응성이 빠르게 저하되는 한계를 지니며, 이는 장기 운전이 필요한 현장 적용에 걸림돌이 되어 왔습니다. 이를 극복하기 위해 실리카 코팅(Silica-coating) 기술을 적용하여 Fe(II)의 서방형(Slow-release) 방출을 유도하고 촉매 표면의 활성화 상태를 장기간 유지하는 복합촉매를 개발하였습니다. XPS 및 TEM을 활용한 고도 표면 분석을 통해 실리카 코팅층의 두께와 조성을 제어하는 기술을 확보하였으며, 그 결과 기존 영가철 대비 반응 지속 시간을 3배 이상 향상시켰습니다. 이 기술은 오염 지하수의 순차적 환원-산화 정화 공정과 현장 주입형 오염 확산 방지벽(PRB) 구축에 활용되며, 지하수 오염원 확산을 장기적으로 차단하는 데 기여합니다. 현재 기술성숙도는 TRL 5 수준으로, 현장 실증을 위한 준비 단계에 있습니다.

하수처리수 내에 잔류하는 미량오염물질(Micropollutants)과 잔류 용존 유기 탄소(DOC)를 동시에 제거하기 위한 고도처리 공정 개발을 목적으로 연구를 수행하였습니다. 펜톤(Fenton) 반응과 응집 공정을 연계한 펜톤-응집(Fenton-Coagulation) 공정을 구축하였으며, 이와 병행하여 바이오차를 담체로 활용해 퍼설페이트를 활성화하는 바이오차-퍼설페이트 공정을 개발하였습니다. 두 공정을 통해 미량오염물질을 99% 이상 제거하는 처리 프로토콜을 확립하였고, 약품 소모량을 최적화하여 운영 비용을 절감하는 방안을 도출하였습니다. 해당 기술은 하수처리장의 고도처리 단계와 수계로 유출되는 오염물질을 사전에 차단하는 공정에 적용됩니다. 현재 기술성숙도는 TRL 3-4 수준으로, 실증 규모 적용을 위한 공정 조건 최적화 연구가 진행되고 있습니다.