Sustainable Water Management in Construction: Application of Natural Coagulant-Treated Greywater for Interlocking Paving Stones

물은 건설업의 생명선이며, 시멘트가 도시를 형성하는 보도, 진입로, 도로로 굳어질 수 있게 해주는 보이지 않는 성분입니다. 그러나 도시가 성장하고 인구가 급증함에 따라, 콘크리트를 섞기 위한 신선하고 깨끗한 물에 대한 수요는 전 세계적인 자원 압박이 되고 있습니다. 건설 산업이 세계의 담수 중 상당 부분을 소비하고 있지만, 우리 집 안에 놓여 있는 광대하고 종종 간과되는 물의 저장고가 있습니다. 바로 회색수(greywater)입니다. 이것은 변기에서 나오는 심하게 오염된 물과는 구별되는, 샤워, 싱크대, 세탁에서 발생하는 비교적 깨끗한 폐수입니다. 문제는 이 회색수를 최종 제품을 약화시키지 않으면서도 안전하고 저렴하게 처리하여 건축 자재로 재사용하는 방법이었습니다. 수십 년 동안 연구자들은 이 물을 정화하는 방법을 찾아왔으나, 종종 높은 에너지 비용을 요구하는 값비싼 화학적 처리나 복잡한 여과 시스템에 의존해 왔습니다.

최근 한 연구에서 나이지리아와 영국 출신의 연구진은 이 문제에 대해 더 단순하고 자연적인 접근 방식을 탐구했습니다. 그들은 흔히 지역에서 볼 수 있는 나무와 과일의 씨앗 및 껍질, 즉 식물 추출물을 사용하여 회색수를 정화하고 이를 인터로킹 보도블록을 만드는 데 사용할 수 있는지 조사했습니다. 이 블록들은 내구성 있는 보행로나 진입로를 만들기 위해 사용되는 모듈형 블록입니다. 연구진은 이러한 천연 응집제(물속의 불순물을 끌어당기는 자석처럼 작용함)로 물을 처리했을 때, 결과물이 표준 수돗물로 만든 것만큼 강하거나 혹은 오히려 더 강할 수 있는지 확인하고자 했습니다. 그들의 연구는 현지에서 구할 수 있는 식물을 사용함으로써, 우리가 가계의 폐기물을 지속 가능한 도시를 건설하기 위한 귀중한 자원으로 바꿀 수 있으며, 이를 통해 줄어드는 담수 공급에 대한 의존도를 낮출 수 있음을 시사합니다.

연구팀은 네 가지 서로 다른 천연 재료를 테스트하기로 했습니다: 모링가 나무의 씨앗, 큐컴미스 멜로(Cucumis melo) 식물의 씨앗, 바나나 식물의 껍질, 그리고 파파야 열매의 씨앗입니다. 그들은 대학교 기숙사에서 회색수를 수집한 후 모래와 자갈로 이루 된 간단한 시스템을 통해 여과했습니다. 그런 다음 이 네 가지 식물의 추출물로 각 배치(batch)의 물을 처리했습니다. 이 과정은 식물 추출물에 들어 있는 천연 단백질과 효소가 오염된 물속의 부유 입자들을 서로 뭉치게 하여, 입자들이 바닥으로 가라앉을 만큼 무겁게 만드는 것을 가능하게 했습니다. 물이 맑아지면, 그들은 이제 훨씬 깨끗해진 상층부를 조심스럽게 모아 시멘트, 모래, 돌가루와 섞어 보도블록을 만들었습니다. 그들은 블록의 크기와 모양을 표준화하여, 각 배치 사이에서 변하는 유일한 요소가 사용된 물의 종류뿐임을 확실히 했습니다. 일부 블록은 식물로 처리된 회색수로 만들어졌고, 일부는 처리되지 않은 회색수로 만들어졌으며, 대조군으로는 비교를 위한 기준점으로서 대학교 관정에서 나온 깨끗한 식수(potable water)를 사용했습니다.

블록을 성형한 후, 연구진은 공정한 테스트를 보장하기 위해 혼합할 때 사용했던 것과 동일한 종류의 물에 잠긴 상태로 특정 기간 동안 양생(경화)시켰습니다. 그 후 연구진은 일련의 엄격한 검사를 실시했습니다. 먼저 블록이 물을 얼마나 흡수할 수 있는지 측정했는데, 이는 블록의 다공성과 잠재적인 취약성을 나타냅니다. 또한 블키가 부서지기 전까지 얼마나 많은 무게를 견딜 수 있는지, 즉 압축 강도를 테스트했습니다. 마지막으로 강력한 현미경을 사용하여 경화된 블록의 미세 구조를 관찰함으로써, 다양한 종류의 물이 시멘트의 내부 화학 구조를 어떻게 변화시켰는지 이해하기 위해 구성 요소들을 조사했습니다.

결과는 모든 식물 처리가 동일하게 효과적이지는 않으며, 식물의 선택이 최종 품질에 극적인 차이를 만든다는 것을 보여주었습니다. 파파야 씨앗으로 처리된 물로 만든 블록이 가장 우수한 성능을 보였습니다. 이 블록들은 깨끗한 수돗물로 만든 것보다 현저히 더 강했습니다. 28일간의 양생 기간 후, 파파야 처리 블록은 11.20 메가파스칼의 강도에 도달했는데, 이는 식수로 만든 대조군보다 거의 50% 더 강한 수치입니다. 또한, 이 블록들은 물 흡수량이 매우 적었는데, 이는 블록이 치밀하고 잘 형성되었음을 의미합니다. 연구진은 파파야 추출물에 포함된 효소가 시멘트의 반응을 더 효과적으로 도와 더 단단하고 견고한 구조를 만드는 데 기여했을 것으로 보고 있습니다. 모링가 씨앗 처리 역시 훌륭한 결과를 냈는데, 대조군보다 강한 블록을 만들어냈지만 파파야만큼 강하지는 않았습니다.

그러나 연구는 잘못된 처리가 해로울 수 있다는 점도 보여주었습니다. 큐컴미스(Cucumis)와 무사(Musa) 식물로 처리된 물, 그리고 완전히 처리되지 않은 회색수로 만든 블록은 대조군보다 약한 것으로 나타났습니다. 이 블록들은 굳는 데 시간이 더 오래 걸렸고, 궁극적으로 표준 수돗물 블록만큼의 강도에 도달하지 못했습니다. 이 발견은 매우 중요한데, 단순히 어떤 식물 재료라도 더하는 것만으로는 충분하지 않으며, 식물 추출물의 특정 화학적 특성이 매우 중요하다는 것을 증명하기 때문입니다. 특히 처리되지 않은 회색수는 시멘트가 제대로 굳는 능력을 방해하는 물질들을 포함하고 있었으며, 이는 시간이 지남에 따라 강도가 떨어지는 결과를 초래했습니다. 이는 회색수가 유용한 자원이 될 수 있지만, 사용하기 위해서는 올바르게 처리되어야 함을 강조합니다.

연구진이 블록의 미세한 세부 사항을 관찰했을 때, 왜 파파야와 모링가 블록이 그토록 강했는지에 대한 명확한 증거를 발견했습니다. 가장 우수한 성능을 보인 식물 처리를 거친 블록들은 다른 블록들과는 다른 화학적 구성을 보였습니다. 예를 들어, 파파야 처리 블록은 매우 조밀하고 잘 연결된 내부 구조를 시사하는 독특한 원소 균형을 가지고 있었습니다. 연구는 천연 응급제가 단순히 물을 깨끗하게 하는 것을 넘어, 시멘트가 굳는 화학적 환경을 실제로 변화시켜 때로는 깨끗한 물을 사용했을 때보다 더 나은 최종 제품을 만들어낼 수 있음을 확인해주었습니다. 물 흡수 테스트 결과도 이를 뒷받hi며, 가장 강한 블록이 물 흡수량도 가장 적었다는 것은 도시의 가혹한 조건 속에서도 오래 지속될 수 있는 견고하고 불침투성인 매트릭스를 가지고 있음을 나타냅니다.

이 연구는 신선한 물이 부족하지만 식물 자원이 풍부한 지역에서 지속 가능한 건설을 위한 유망한 길을 제시합니다. 특정 현지 식물을 이용해 처리된 회색수가 깨끗한 물로 만든 것보다 더 강하고 내구성이 뛰어난 보도블록을 생산할 수 있음을 입증함으로써, 이 연구는 대체 수원이 본질적으로 열등할 것이라는 가설에 도전합니다. 이는 적절한 처리를 통해 우리가 건설 분야에서 물 사용의 순환을 완성하고, 폐기물을 안전 기준을 충족하거나 그 이상을 달達하는 건축 자재로 바꿀 수 있음을 시사합니다. 저자들은 이 블록들이 실제 기상 조건 하에서의 장기적인 내구성을 테스트하기 위해 더 많은 작업이 필요하다고 결론지었지만, 담수를 절약하고 건설의 환경적 발자국을 줄일 수 있는 잠재력은 상당합니다. 이 연구는 우리가 걷는 거리가 한때 폐기물로 여겨졌던 물로, 그리고 우리 도시 옆에서 자라나는 식물들에 의해 정화된 물로 만들어질 수 있는 미래를 가리키고 있습니다.