건설연 "운전에너지 60% 이상 절감 하수처리 시스템 개발"
하수처리 말단에서 총인 제거를 위한 저에너지 가압부상 분리 시스템 개발
마이크로버블 발생장치를 기존 포화기 방식에서 S자형 임펠러를 적용한
마이크로버블 펌프 방식으로 대체
한국건설기술연구원(원장 김병석, 이하 건설연)은 자체 개발한 마이크로버블 펌프를 탑재하여 하수처리 운전에너지를 60% 이상 저감 할 수 있는 ‘저에너지 가압부상 분리 시스템(이하 저에너지 부상시스템)’을 개발했다고 밝혔다.
부상시스템이란 하수처리 최종단계에서 총인을 제거하기 위해 사용되는 하수처리 방법 중 하나이다. 총인(Total Phosphorus)은 하천 등에서 부영양화를 나타내는 지표로 질소와 함께 적조의 원인이 된다. 따라서 최근에는 하천의 적조 현상을 예방하기 위해 부상공정 기술의 중요성이 부각되고 있다.
부상시스템은 약품혼합을 통해 오염된 물을 다양한 성상과 크기의 오염물질 덩어리(Floc, 이하 플록)로 응집하는 방식이다. 응집된 플록은 마이크로버블(Microbubble)을 이용하여 물 위로 부상시키며, 물 위로 띄워진 플록은 스크러버(Scrubber)로 제거된다.
그러나 기존의 부상시스템에서는 가압부상을 위한 마이크로버블을 만들기 위해 포화기(마이크로버블 생성장치), 가압펌프(포화기에서 고압의 물을 공급하는 장치), 공기압축기(포화기에 고압의 공기를 공급하는 장치), 산기관(마이크로버블 공급 배관) 노즐 등 4종의 부품이 필요하다.
건설연 환경연구본부 연구팀(팀장: 장춘만 박사)은 마이크로버블 발생장치를 기존 포화기 방식에서 ‘S자 임펠러’를 활용한 마이크로버블 펌프 방식으로 대체한 ‘저에너지 가압부상 분리 시스템’을 개발하였다. S자형 임펠러란 기존의 일자형 날개를 S자가 계속 이어지는 형태로 개선한 것으로, 기존 대비 공기방울 입자를 효율적으로 만들 수 있다. 또한, 저에너지 부상시스템에서는 공기방울을 더 작게 만들어 오염 물질이 물에 더 잘 뜰 수 있도록 하였다.
여러 개의 마이크로버블 생성 설비 및 부품을 마이크로버블 펌프 단일 설비로 대체할 수 있게 됨에 따라, 4개의 부품 수를 1개로 줄여 초기 설치 비용을 50% 이상 절감하였다. 또한, 부상시스템의 주요 부품인 약품혼화조를 저에너지 부상시스템에서는 라인 믹서(Line mixer)로 대체하여 설치 공간도 약 20% 절감하였다.
연구팀은 1일 300톤 처리용량으로 설계된 저에너지 부상시스템을 일산수질복원센터(고양시 일산서구 법곳동)에 설치하여 지난해 2개월 동안 실증평가를 수행하였다. 실증 결과, 처리된 총인의 수질은 0.034mg/L로 환경부 배출수 허용기준인 0.2mg/L 이하를 만족하는 것으로 나타났다.
또한, 기존 부상공정에서는 마이크로버블을 생성시키기 위해 9kW가 필요하였는데, 저에너지 부상공정에서는 3.3kW만으로도 동일한 성능을 낼 수 있다. 즉, 저에너지 부상공정은 운전 에너지의 60% 이상을 절감할 수 있으며, 일산수질복원센터에 설치된 300톤 규모를 기준으로 비용으로 환산하면 연간 약 5백만 원 이상의 전기료를 절약할 수 있다. 이는 탄소저감 측면에서도 연간 22.9톤의 온실가스 감축효과에 해당한다.
김병석 원장은 “새로이 개발된 저에너지 부상시스템은 하수처리장 외에도 상수, 산업폐수처리, 축산분뇨, 바이오가스 처리 등 수질정화가 요구되는 다양한 시설에도 활용될 수 있으며 정부의 탄소저감 정책에 일조할 수 있을 것”이라고 강조했다.
본 연구성과는 과학기술정보통신부 출연금으로 건설연의 중소·중견기업 지원사업(`20~`21)의 예산을 지원을 받아 수행되었다.
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