돼지 축산 폐수처리 공정 모식도 및 물리화학적 폐수 변화 모니터링을 설명하는 그림. A=실험 개략도. 2일간 종속영양(heterotrophic) 배양 후, 2일간의 혼합영양(mixotrophic)배양을 통한 폐수처리 과정을 나타냄.
B-G=처리 과정 중의 암모니아·COD·흡광도·ORP·pH·수온의 변화를 측정한 결과 

국내 연구진이 미세조류(플랑크톤 등 수생환경에서 광합성을 하는 생물)를 활용해 양돈 축산 폐수 문제를 해결할 수 있는 기술을 개발했다.

한국생명공학연구원(원장 김장성) 세포공장연구센터 안치용 박사팀은 양돈 농가에서 발생하는 폐수를 정화하고 폐수 내 박테리아도 효과적으로 제어할 수 있는 미세조류 활용 기술 개발에 성공했다고 밝혔다. 폐수를 정화할 때 별도의 희석 과정이 필요 없어 노동력 절감 효과도 있다.

소득 수준 향상과 식생활 변화로 축산물 소비량은 꾸준히 증가하고 있으며 이에 비례한 사육 규모의 확대로 축산 폐수 또한 늘어나고 있어 이로 인한 환경오염이 사회문제로 대두되고 있다.

통계청 자료에 따르면 국내 1인당 돈육 소비량은 1980년대 6.3㎏에서, 1990년대 11.8㎏, 2000년대 16.5㎏, 2010년대 19.3㎏, 2015년 22.5㎏, 2018년 27.0㎏으로 꾸준히 증가했다. 또 돼지 사육마릿수도 1985년 285만3000마리에서 2020년 1136만5000마리로 계속 증가했다.

이 과정에서 배출되는 축산폐수는 고농도의 유기물과 난분해성 유기물ㆍ질소ㆍ인 등을 함유하고 있어 이를 처리하기 위한 기술적ㆍ경제적인 어려움이 크다.

정화시설에서 처리 공정을 거쳐 배출한다고 해도, 이 과정에서 병원성 박테리아를 제어하기 위해 오존 처리 등의 추가 공정으로 비용과 시간이 증가하는 한계가 있다.

이러한 한계를 극복하고 나아가 바이오 연료나 유용 물질을 생산할 수 있는 바이오매스까지 확보하기 위해 미세조류를 이용한 폐수처리 공정개발이 추진되고 있지만, 병원성 박테리아까지 제어할 수 있는 기술은 기존에 개발된 바가 없었다.

그러나 안 박사 연구팀은 고농도 암모니아성 질소 제거에 특화된 것으로 알려진 코엘라스텔라(Coelastrella)라는 미세조류를 질소 결핍 상태로 만들어 축산 폐수의 영양염을 보다 많이 흡수할 수 있도록 해 새로운 성과를 거뒀다.

개발된 미세조류는 실험실 환경에서는 암모니아의 99％와 화학적 산소요구량(chemical oxygen demand, COD)의 92％를 제거하였으며, 파일럿 규모에서도 실험실 환경의 80％ 수준에 달하는 정화 효과가 있는 것을 확인했다.

또 연구팀이 개발한 미세조류는 폐수 내 병원성 박테리아의 성장도 저해했다.

정화된 폐수를 차세대 염기서열 분석으로 확인한 결과 폐수 내 박테리아의 다양성이 높아졌으며, 특히 요도감염을 유발하는 올리겔라(Oligella) 계열의 병원성 박테리아가 현저히 감소하는 현상도 발견됐다.

안 박사는 “미세조류를 활용한 양돈폐수 처리는 폐수 영양염을 바이오연료의 원료 즉, 바이오매스로의 전환 기술인 바이오-리파이너리(bio-refinery)와 폐수 내 병원성 박테리아의 효율적 제어라는 두 마리 토끼를 함께 잡은 연구”라며 “향후 더욱 다양한 축산 기반 폐수에 적용한다면 기존 폐수처리 시스템에 버금가는 폐수 고도처리 공정으로 발전될 수 있다”고 밝혔다.

이번 연구는 최근 마이크로바이옴 분야의 세계적인 저널인 <마이크로바이옴(Microbiome)> 온라인 판에 게재됐다.

이번 연구는 과학기술정보통신부의 유용물질 생산을 위한 ‘카본투엑스(Carbon to X) 기술개발사업’과 한국생명공학연구원의 주요사업 지원으로 수행되었다.

위의 연구 성과로, 축산 폐수로 인한 환경오염 문제 해결과 공중보건 증진에 이바지할 수 있을 것으로 기대되고 있다.

이 하     ⇒ 원문 가기