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[IT동아 강형석 기자] 환경부가 발간한 산업폐수의 발생과 처리와 하수도 통계 자료에 따르면 우리나라 폐수처리 규모는 2022년 기준 하루 3200만 톤에 달한다. 하지만 전국 공공 하ㆍ폐수 처리시설 4494개 중 5만 톤 이상 처리 능력을 갖춘 시설이 87개에 불과하다. 처리 효율을 높이거나 규모를 넓히는 등의 대책이 마련되지 않으면 계속 증가할 하ㆍ폐수로 골머리를 앓을 가능성이 높다.

전 세계 수자원 오염물질 수준이 높아짐에 따라 안전한 물 공급 및 처리를 위한 수처리 솔루션에 대한 관심도 높아지는 추세다. 시장조사기업 포춘 비즈니스 인사이트의 자료에 따르면 전 세계 수처리 시장 규모는 2023년 3233억 2000만 달러로 평가됐다. 2024년에는 3464억 1000만 달러 규모가 될 것으로 예상된다. 그만큼 깨끗한 물을 얻으려는 노력과 투자가 이어질 전망이다.

신용일 아쿠아웍스 대표 / 출처=IT동아

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아쿠아웍스(Aquaworks)는 수처리 및 하ㆍ폐수 재이용 솔루션을 보유한 스타트업으로 ▲고효율 산기관(ESA) ▲고회수율 역삼투여과장치(RO – Reverse Osmisis) 시스템 ▲황산염 폐수 처리 시스템 등을 개발했다. 고효율 산기관 및 적용 시스템은 NET(New Excellent Technology) 신기술 인증 및 녹색기술 인증을 획득할 정도로 실력을 인정받았다.

하ㆍ폐수 처리 업계 경험 담은 차세대 고효율 수처리 솔루션

아쿠아웍스가 개발한 차세대 고효율 수처리 솔루션은 환경분야 현장에서 18년 이상 몸담은 신용일 대표의 경험이 녹아 있다. 핵심은 작업의 편의성과 장비의 내구성 확보다. 하ㆍ폐수 처리 시설의 핵심 공정 중 하나인 생물학적처리공정은 미생물 생존을 위해 산소 공급이 반드시 필요하다. 이때 사용되는 핵심 기자재가 산기관으로 생물학적처리를 위해 폭기조 5미터 하부에 설치된다. 산기관은 하ㆍ폐수 처리가 이루어지는 순간부터 표면이 점차 막히기 시작하고 일정시간이 경과되면 터지기 때문에 하ㆍ폐수 처리를 위해 주기적인 교체가 반드시 필요한데 그 과정에서 작업 공정을 정지할 수밖에 없다.

이는 곧 효율성 저하로 이어진다. 교체 과정에서 생길 중대재해도 걱정거리다. 대부분 생물학적처리 공정을 정지하고 폭기조의 물을 전부 배출한 후 폭기조 상부에서 3m~10m 아래로 내려가 산기관 교체작업을 진행한다. 생물학적처리 공정의 악취 문제로 최근 폭기조 상부를 점점 밀폐구조로 설계해 폭기조 내 산기관 교체작업은 유독가스에 의한 사고 위험이 매우 높다.

“생물학적처리 공정에 대부분 사용중인 멤브레인 산기관은 폭기조 하부에서 산소를 공급해 미생물의 활동을 유도하는 구조입니다. 하지만 산소 전달 효율이 20% 수준에 불과합니다. 아쿠아웍스가 개발한 고효율 산기관은 폭기조 상부에 순환펌프를 배치한 후 산소를 강제로 공급하는 구조입니다. 물과 산소가 강하게 충돌하면 기포가 강제로 액체에 용해되는데 일반 멤브레인 산기관 대비 산소 전달 효율이 3배 이상 향상됩니다.”

아쿠아웍스의 고효율 산기관 솔루션은 설치와 운용 측면에서 기존 방식과 차별점을 갖췄다 / 출처=아쿠아웍스

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아쿠아웍스는 한국화학융합시험연구원(KTR)에 의뢰해 차세대 고효율 산기관 솔루션의 산소 전달 효율을 측정한 결과, 효율 68.6%를 기록했다. 폭기조 내 하ㆍ폐수에 산소 공급이 증가하면 자연스레 미생물도 활발히 활동한다. 같은 면적의 폭기조라면 3배 더 많은 미생물 분해 활동을 기대할 수 있다.

유지보수 측면에서도 강점이 있다. 일반 폭기조에는 이중합성고무인 EPDM(Ethylene Propylene Diene Monomer)를 써 1년~5년 사이에 부품을 교체해야 된다. 반면, 아쿠아웍스의 고효율 산기관은 스테인리스(STS304) 규격 파이프를 쓴다. 내식성과 용접성이 뛰어나 반영구적 사용이 가능하다. 장비도 폭기조 하단이 아닌 상단에 배치되므로 관리 과정에서 작업 공정을 중단할 필요가 없다.

신용일 대표는 “창업 이전에 하ㆍ폐수 처리장 및 가축분뇨 처리 시설의 개선 공사를 직접 진행해 왔습니다. 폭기조 안에서 작업을 하면 불편함을 떠나 위험하죠. 게다가 수시로 교체 공사를 진행해야 됩니다. 다양한 현장을 경험하며 위험하고 번거로운 과정을 최소화하는 방법이 없을까 고민했고, 고효율 산기관 솔루션 개발에 많은 노력을 기울였습니다”라고 말했다.

아쿠아웍스 고회수율 RO 장치의 구조 / 출처=아쿠아웍스

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아쿠아웍스는 고효율 산기관 솔루션 외에 고회수율 RO 장치까지 개발 중이다. 우리나라 하수도 원수는 하수처리장을 거쳐 일정 비율을 공업용수로 재활용하는 구조다. 그러나 재이용수 생산 단가가 높아 경쟁력이 상대적으로 낮다. 신용일 대표는 “하ㆍ폐수 처리장 방류수 재이용 사업이 활발해지려면 일반적으로 공업용수 공급 비용보다 하ㆍ폐수처리장 방류수 재이용수 생산 비용이 낮아야 민자투자 사업이 가능합니다. 그러나 우리나라는 공업용수 공급 비용 너무 낮은 이유도 있지만, 하ㆍ폐수처리장 방류수 재이용 공정의 핵심인 기존 RO 공정의 구조적 문제로 재이용수 생산 비용이 공업용수 공급 비용보다 높습니다. 이 상황이 계속 이어진다면 하ㆍ폐수처리장 방류수 재이용 사업 자체가 불가능합니다”라고 말했다.

공급 비용을 낮추면서 재활용수를 많이 확보하는 방법은 간단하다. 장비 수명을 늘리고 회수 성능을 높여 총소유비용을 개선하면 된다. 아쿠아웍스는 기존 직렬 구조 방식의 필터를 병렬 다단형 구조로 바꿔 수명과 회수율을 개선했다. 신용일 대표는 기존 RO 시스템의 물 회수율은 75% 수준이지만, 고회수율 RO 시스템은 85% 이상 회수 가능하다고 강조했다. 또한 병렬 다단형 필터 구조로 회수율은 높이고 ▲파울링 ▲스케일링 현상을 억제하여 필터 수명을 기존 대비 2배 이상 늘렸다. 시설비 및 에너지 비용도 20%~30% 가량 줄어들 것으로 예상된다.

차세대 수처리 솔루션을 개발한 아쿠아웍스도 고민이 있다. 새로운 솔루션을 제안하고 싶어도 1년 이상 실적을 요구하는 경우가 많았기 때문이다. 기관의 도움을 받아 실제 활용된 기록이 있어도 인정받기 어렵다는 게 신용일 대표의 설명이다. 실제 도입 성과 확인을 위한 기업 연계형 시범 사업 또는 기관 실증 자료에 대한 기업의 인식 전환이 필요해 보인다.

차세대 핵심 기술 완성도 높여 환경 문제를 해결할 것

아쿠아웍스는 고효율 수처리 솔루션 영역을 이차전지 시장까지 확대한다는 계획이다. 향후 성장할 시장에 필요한 기술적 우위를 선점하려는 전략이다. 주목하고 있는 분야는 황산염 폐수 처리다. 이차전지를 생산하는 과정에서 10%의 고농도 황산염(Na2SO4) 폐수가 발생한다. 문제는 적절한 처리방법이 없어 폐수를 끓여 수분을 날리는 증발농축 공정을 적용 중이다. 이는 에너지 비용이 상승으로 이어져 고정비 지출에 큰 영향을 준다. 향후 황산염 폐수 발생량이 증가할 경우, 기업 경쟁력 저하로 이어질 가능성이 높다. 아쿠아웍스가 제안한 방식은 증발농축이 아닌 멤브레인 기술 사용이다. 현재 개발 완료 단계에 있으며, 황산염 폐수 처리에 소요되는 에너지를 절감할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 베트남 및 동남아시아 지역에 고정식 정수시설을 설치하고 탄소 배출권을 받아 자금을 확보하는 사업도 현재 진행중이다.

신용일 아쿠아웍스 대표 / 출처=IT동아

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아쿠아웍스가 수처리 관련 사업을 통해 꾸준히 성장한 배경에는 경북대학교 창업지원단의 도움이 있었다. 해외 진출에 필요한 전문가의 자문을 시작으로 투자 활동에 필요한 멘토링과 컨설팅 등을 지원받았다. 신용일 대표는 “경북대학교 창업지원단의 도움으로 고효율 산기관을 넓은 시장에 적용할 기회를 얻었습니다. 스타트업으로써 꾸준히 성장하는 아쿠아웍스가 되고 싶습니다”라고 말했다.

차세대 핵심 기술의 완성도를 높이고 상용화 영역을 확대해 시장을 이끄는 것이 목표인 아쿠아웍스. 2024년 하반기에는 투자 유치를 통해 차세대 수처리 기술과 장비 개발을 가속화할 예정이다. 신용일 대표는 “차세대 핵심 기술을 바탕으로 우리나라 정부 정책에 부합하는 ▲ESG ▲기후협약 ▲2차전지 관련 환경문제 등 여러 난제를 극복하는 기업이 되도록 힘쓰겠습니다”라고 말했다.

IT동아 강형석 기자 (redbk@itdonga.com)

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