1. Introduction

2020년 인천 수돗물 유충 사태를 시작으로 서울특별시, 부산광역시, 경기도 시흥시, 화성시, 수원시 등 각 자치구 등지로 수돗물 유충 사태가 확대되는 등의 크고 작은 수질사고가 발생하면서 먹는 물의 안전에 대한 소비자들 불안감은 심화되고 있다. 또한, 인체·동물용 항생·항균제인 chlortetracycline, sulphathiazole(^{Kim et al., 2013}), acetaminophen(Kim and Zoh, 2016)와 금속물질인 Antimony 등과 같은 수중에 ng/L~μg/L 수준으로 존재하는 미량오염물질과 Pseudomonas spp. 과 같은 병원성 미생물(Kim et al., 2006)은 발병사고로 연결될 수 있다고 보고되고 있으며(^{Chung, 2003}), 정수기 관련 시장은 수돗물 위생이 불안전하고 사회적으로 신뢰도가 낮아질수록 확산되는 경향을 보이고 있다(Kim and Lee, 2020).

이에 따라 우리나라 정수기 사용량은 매년 증가하여 현재 약 천만 대 이상 보급되어 있으며, 정수기 판매대수는 2009년 1,468,470대에서 2018년 2,505,000대로 10년간 약 71% 증가하였다(ME, 2016; 2019).

정수기 보급량이 늘어남에 따라 주기적으로 교체해야 하는 정수기 필터의 양 또한 기하급수적으로 늘어나고 있다. 그러나, 정수기 필터는 정수기 회사들의 렌트 사업과 마케팅에 따라 사용 용량 잔존 여부에 관계없이 일정한 주기에 맞춰 교체 및 수집되며, 대부분을 매립 또는 소각 등의 방법으로 고비용을 들여 폐기하고 있다. 또한, 정수기 산업의 확대로 발생되는 폐기물량은 계속 증가하고 있는 추세다(Hannam University, 2016).

반면, 환경백서(ME, 2019)에 따르면, 2030년까지 폐기물의 재활용률을 70%까지 올리고 플라스틱 폐기물 발생량을 50% 줄이겠다고 발표했으나 폐기물의 환경 현황과 향후 정책에 정수기 폐필터와 관련한 내용은 포함되어 있지 않은 실정이다.

이에 본 연구는 정수기 폐필터 처리 현황 및 관련 재활용 기술을 분석하여 정수기 폐필터 재활용의 연구 동향에 관하여 고찰하고자 한다.

2. Characteristics of Water Purifier Filters

정수기는 크게 저수조형 정수기와 직수형 정수기로 분류할 수 있다. 최근 주거공간의 심미성을 위해 소형의 직수방식 정수기가 증가하고 있는 추세이지만 그럼에도 여전히 우리나라 가정용, 공공장소, 식당, 병원, 회사, 가정 대부분 설치된 정수기는 저수조형 정수기 사용량이 더 많은 실정이다(^{Korean Women’s Association Headquarters, 2019}). 저수조형 정수기는 보통 3개 또는 4개의 필터로 구성되어 있으나, 주로 4개의 필터가 사용되고 있다. 일반적으로 사용되는 세디멘트 필터(Sediment filter), 프리 카본 블록 필터(Pre-carbon block filter), 멤브레인 필터(Membrane filter), 포스트 카본 블록 필터(Post- carbon block filter)로 구성되어 있으며 각각의 특성은 다음과 같다.

세디멘트 필터(Sediment filter)는 보통 고밀도 폴리프로필렌(Polypropylene)으로 제작되며 5 마이크론의 미세한 불순물과 상수도나 지하수에 함유된 모래 수도관의 녹물 등과 같은 부유물질을 제거하여 다음 단계의 필터 수명을 연장시켜주며 필터 교환주기는 4~6개월이다(^{Coway, 2020}; ^{LG Puricare, 2018}; ^{Quming, 2020}; ^{SK magic, 2015}; ^{Wonbong, 2020}).

프리 카본 블록 필터(Pre-carbon block filter)는 활성탄, 폴리에틸렌, 부원료로 구성된 원통형 필터이며 활성탄의 흡착을 이용한 필터로 잔류염소, 농약성분, 발암 물질 등 각종 유기화학물질과 불쾌한 냄새를 흡착 제거하고 필터 교환주기가 6~8개월이다(Coway, 2020; LG Puricare, 2018; Quming, 2020; SK magic, 2015; Wonbong, 2020).

저수조형 정수기는 미량유해물질과 바이러스 등 병원성 미생물의 오염물질을 제거하기 위한 막 여과방식이 사용되는데, UF 멤브레인 필터(Ultra Filtration Membrane filter)와 RO 멤브레인 필터(Reverse Osmosis Membrane filter)가 대표적이다(Cho et al., 2013). UF 멤브레인 필터는 폴리설폰(Polysulfone)이나 나노 셀룰로스 등으로 만든 기공성 필터로 0.01~0.04 마이크론의 기공으로 일반 세균은 물론 대장균과 입자상의 불순물 등을 제거하고 미네랄 성분이 그대로 함유된 깨끗한 물 만을 통과시키는 기능을 가진 필터로 교환주기는 12~20개월이다(Coway, 2020; LG Puricare, 2018; Quming, 2020; SK magic, 2015; Wonbong, 2020). RO 멤브레인 필터는 TFC (Thin-film Composite) 등의 폴리아미드계(Poly Amide) 고분자 재질의 가느다란 튜브 모양의 필터 섬유가 수백개의 고리를 이루어 필터를 형성하며 압력차에 의해 물속의 불순물 농도가 높은 쪽으로부터 낮은 쪽으로 이동시켜 정수시키는 방식이다. 이 필터는 0.001 마이크론의 세균, 중금속, 발암물질 등 불순물을 완전히 제거하여 무색, 무취의 물로 만들어주는 역할을 하며 필터 교환주기는 20~24개월이다(Coway, 2020; LG Puricare, 2018; Quming, 2020; SK magic, 2015; Wonbong, 2020).

마지막으로, 포스트 카본 블록 필터(Post-carbon block filter)는 프리 카본 블록 필터와 구성성분이 동일하거나 실버 파우더 등을 추가하여 세균 번식을 방지하고 물맛을 개선시키기 위해 가스 성분을 제거해주는 역할을 하고 필터 교환주기는 9~12개월이다(Coway, 2020; LG Puricare, 2018; Quming, 2020; SK magic, 2015; Wonbong, 2020).

Table 1에 분석에 사용된 5개 사의 필터시스템과 교환주기를 구분하여 나타냈다. 이 중 3개 사에서는 세디멘트 필터(Sediment filter), 프리 카본 블록 필터(Pre-carbon block filter), 멤브레인 필터(Membrane filter), 포스트 카본 블록 필터(Post- carbon block filter)로 4단계의 필터 시스템을 채택하고 있었으며, 나머지 2개 사는 세디멘트 필터와 프리 카본 필터가 혼합된 형태의 복합 필터, 멤브레인 필터, 포스트 카본 블록 필터로 구성된 3단계의 정수 필터 시스템을 채택하고 있었다.

3. Market Size and Treatment of Water Purifier Filters

우리나라는 현재 약 1,000만 대 이상의 정수기가 보급되어 있으며(Fig. 1), 판매대수는 약 200만 대/년 수준으로 추정된다. 2018년 12월 말 정수기 수입판매・제조업체는 수입판매업 43개소, 제조업 197개소 등 총 240개 업체에 이르고, 정수기 시장규모는 약 2조 5천억 원에 이르는 것으로 추계된다(ME, 2019).

Fig. 1. Water purifier market status (ME, 2019).

세디멘트 필터는 매년 1,500만개, 프리 카본 블록 필터는 1,000만개, 멤브레인 필터는 360만개, 포스트 카본 블록 필터는 700만개 정도의 분량이 폐기되고 있으며 이를 가격으로 환산하면 약 3,000억 원/년의 정수기 필터가 폐기되고 있는 것으로 추산되며, 동시에 같은 양의 새 필터가 판매되고 있다. 버려지고 있는 정수기 폐필터의 10%를 재활용할 경우 약 300억 원이 절약될 수 있으며, 보고된 추정 비율 결과(^{Hannam University, 2016})를 토대로 재산정 시, 필터를 복원하여 판매할 경우 원가와 유통비용 포함된 가격으로 약 120억 원이 재창출될 수 있을 것으로 기대된다.

정수기 폐필터의 커버로 사용되는 플라스틱은 분쇄 후 가공하여 재활용되고 있으며 카본 블록 필터와 혼용되고 있는 카본 필터의 입상 활성탄은 재생 후 산업용으로 일부 재활용되고 있으나 폐기되는 양에 비해 현저히 적은 실정이다. 일부 정수기 제조사는 정수기 폐필터를 직접 수거하여 재활용업체로 보내고 있지만 정수기 폐필터 내의 분리막 등은 전량 폐기되고 있는 실정이다. 또한, 폐필터에 사용되는 입상 활성탄은 일정량 세척 후 재활용되고 있지만, 활성탄과 폴리에틸렌을 함께 혼합하여 원통형으로 제조한 카본 블록형의 경우는 전량 폐기되고 있다.

현재 정수기 판매 업체, 정부, 공공기관 등에서는 정수기 폐필터의 처리량이 많고 고비용을 들여 처리하고 있으나, 아직까지 국가 또는 지자체에서의 정수기 폐필터 재활용에 대한 대책과 규제가 없는 상황이다. 이것은 폐필터로 인한 환경오염 부담이 심각하다는 문제 인식 부족에서 기인하는 것으로 판단된다. 환경오염원인자와 해당 배출량을 정확하게 파악하는 것은 환경오염 저감을 위한 가장 중요한 전제이다. 하지만, 정수기 필터에 대한 생산량 및 배출량의 파악이 정확하게 이뤄지지 않고 있다. 정수기 폐필터는 대부분 대리점에서 취합하여 배출되는 시스템이기 때문에 각 대리점을 통한 정확한 배출량 조사는 필수적이다.

또한, 정수기 폐필터와 같은 폐기물의 재활용이 갖는 구조적인 문제점은 시장의 불안정과 기술적 제약성에 있다. 재활용된 상품의 가격은 자연자원으로부터 직접 생산된 상품의 가격보다 그 변동 폭이 일반적으로 큰 경향(^{Ahn, 1995})이 있으며 아직 재활용할 수 있는 기술이 개발되고 있지 않은 경우도 있다. 정수기 폐필터 재활용이 미비한 원인은 가격의 폭넓은 변동보다는 기술적이 제약성이 큰 것으로 사료된다. 재활용 가능한 필터의 경우 플라스틱 케이스 내부에 여재를 충진시켜 사용할 수 있는 구조로 제작되어 있지만, 시판되고 있는 정수기 필터들은 대부분 열융착식 구조로 제작한 밀폐형으로 내부 필터 여재뿐만 아니라 외부 케이스까지 동시에 버려지고 있다. 폐필터 커버와 여재를 용이하게 분리할 수 있는 방안이 필요하며 정부와 공공기관, 정수기 및 필터 관련 회사들의 폐필터 재활용에 대한 기술개발이나 연구가 요구되는 시점이다.

4. The Current Status and Trends of Recycling Used Water Purifier Filters

5. The Policy Discussion for Recycling Water Purifier Filters

현재 가정용 정수기 폐필터 발생으로 인한 환경오염 심각성에 대한 인식이 부족하고 재활용에 적용할 수 있는 기술의 상업성이 부족하며 이를 개선하기 위한 정책이 부족한 실정이다.

1985년 국세청 고시로 시행된 빈용기보조금제도는 병입 주류 및 음료 등의 제품가격에 별도의 보증금을 붙여 판매한 후 소비자가 빈 용기를 반환할 때 이를 환불해 주도록 하는 정책으로써, 빈 용기의 재사용 및 원가 절감을 도모하기 위한 제도였으나 소비자 반환율이 낮아 그 실효성이 부족했다. 제도의 실효성을 높이고 총 폐기물 재활용율을 증가시키기 위해 환경부에서는 빈용기보조금제도 현황을 환경백서에 추가하였으며 2016년 1월 「자원재활용법」 등 관련 법규를 대폭 개정 및 시행하였다(ME, 2016). 그 결과, 빈 용기 반환율이 24% (2014년)에서 2017년에 50%, 2018년에 60%로 증가하였다(ME, 2018). 이처럼, 환경백서에 정수기 폐필터 관련 내용이 추가될 경우 발생량과 처리 현황을 보다 정확하고 용이하게 파악할 수 있어 재활용의 필요성이 강조되며 재활용 활성화 방안 마련을 위한 정책이 도입 가능성이 커질 것으로 사료된다.

^{Yi (2018)}에 따르면, 재활용 용도 및 방법 확대 정책이 재활용산업 활성화에 미치는 영향에 대한 응답을 분석한 결과는 Fig. 2와 같다. 설문조사 대상은 공무원 등 재활용 관련 이해 관계자 및 재활용 관련 기관을 대상으로 한 재활용 전문가와 한국폐기물재활용공제조합 회원사 총 1,215개소 중 271개소를 표본 추출하였다. 재활용 용도 및 방법 확대가 재활용 산업활성화에 미치는 효과에 대한 응답은 “보통이다” 이상을 선택한 긍정적인 응답이 전체 응답 중 93.3%(253개소)에 달하였다. 이처럼 재활용 관련 정책 도입은 가정용 정수기 폐필터 재활용 활성화에 큰 영향을 미칠 것으로 예상된다.

Fig. 2. Research on the impact of the policy to expand the use and method of recycling (Yi, 2018).

기존 필터 관련 기술은 주로 수명연장을 위한 전처리 기술 및 세정 기술이 대부분을 차지했으며 정수기 폐필터 사용 후 재활용에 적용할 기술은 미비했다. 정수기 시장의 특성상 교체주기가 정해져 있기 때문에 환경 오염부담을 줄이기 위해 폐필터 재활용 산업이 활성화되어야 하며 친환경적인 필터 세정 기술과 사용 후 재활용 기술 개발이 필요하다. 또한, 재활용 가능한 폐필터 선정과 재활용 기술의 효과를 정확하게 판단하기 위한 진단 기술이 미비하므로 폐필터 잔여용량 및 수명진단 기술 개발이 필수적이다. 이에 따라, 가정용 정수기 폐필터 재활용 기술 개발과 기술의 상업화 장려를 위한 정책이 도입될 경우 폐필터 재활용 산업이 확대될 가능성이 높을 것으로 보인다. 예를 들어, 폐필터 재활용 관련 R&D 사업 활성화를 통해 산학연 공동연구가 진행될 수 있게 하고 융합연구 성과가 사업화로 연계될 수 있도록 지원해 주는 것이다.

또한, 정수기 폐필터 재활용 업체가 매년 기존 기술을 업그레이드하면서 발전시킬 수 있도록 우수기업선정 및 포상금제도 도입 등은 폐필터 재활용 산업 활성화에 큰 역할을 할 수 있을 것으로 판단된다. 폐필터 재활용은 자연자원 절약이 가능하고 재활용되는 만큼 매립에 필요한 땅이 절약되므로 폐필터 매립 소요 비용과 쓰레기가 노출되거나 처리 시의 발생하는 2차 환경오염을 감소시켜 준다(^{Rhee, 2011}). 이와 같이, 폐필터 재활용 산업의 활성화는 사회적으로 큰 경제성과 이익을 가져올 것으로 사료된다.

6. Conclusion

물환경에 대한 불안감이 높아짐에 따라 정수기 사용량과 폐필터의 양이 증가하고 있다. 또한, 온실가스 감축 및 기후변화 적응을 위한 폐기물 재활용의 필요성은 증대되고 있다. 그러나, 정수기 폐필터의 재활용은 활성화되어있지 않으며, 기존 정수기 폐필터 재활용 관련 기술은 주로 세디멘트 필터와 멤브레인 필터의 수명연장을 위한 전 처리 기술이나 세정 기술 위주로 연구되고 있다. 카본 블록 필터의 경우 카본 블록 필터로부터 폴리에틸렌을 제거하여 활성탄을 재활용하는 연구가 존재하고 있으나 실질적으로 폐카본 블록 필터는 전량 폐기되고 있다. 카본 블록 필터의 교체주기는 멤브레인 교체 주기의 1/2에 해당하며, 필터 네 단계 중 프리 카본 블록 필터와 포스트 카본 블록 필터로 두 단계를 차지하기 때문에 카본 블록 필터 폐기량이 가장 많을 것으로 예상된다. 다양한 카본 블록 필터 재활용 기술의 개발 및 적용은 폐필터의 재활용율을 높이고 총 폐기량을 줄일 수 있는 효과를 가져올 것으로 사료된다. 또한, 카본 블록 필터는 기존 활성탄 사용량이 높은 폐수처리 시설, 자동차 공업, 전매업 등에 친환경 대체제로 사용할 수 있어 활용 가능 범위가 넓고 상업화하기 좋은 장점을 가지고 있다. 따라서, 중장기적으로 폐카본 블록 필터 재활용 기술을 개발하고 적용한다면 자원순환을 통한 환경오염부하 저감효과를 기대할 수 있을 것이다.