하·폐수고도처리기술개발사업단(단장 김지태)과 ㈜포스코건설·(재)포항산업과학연구원(RIST)·코오롱인더스트리㈜로 구성된 포스코건설 컨소시엄은 지난 5월 27일 경북 구미시 코오롱인더스트리 구미공장 내에 설치한 하루 5천㎥ 규모의 ‘산업폐수 재이용 실증화 시설(Test Bed) 준공식’을 개최했다.

하·폐수고도처리기술개발사업단(이하 사업단)과 포스코건설 컨소시엄은 환경부 ‘글로벌 탑(Global Top) 하·폐수고도처리 개발사업’인 ‘글로벌 수준의 산업(제철)폐수 고도처리 및 재이용 실증화 기술 개발’ 과제를 통해 2013년 국내(하루 처리 규모 800㎥)와 인도네시아(하루 7천㎥)에 제철폐수 재이용 실증화 시설을 완공, 현재 성공적으로 운영 중이다.

실증화 시설(Test Bed) 준공식’을 가졌다.하·폐수고도처리기술개발사업단과 포스코건설 컨소시엄은 지난 5월 27일 코오롱인더스트리 구미공장 내에 설치한 하루 5천㎥ 규모의 ‘산업폐수 재이용 실증화 시설(Test Bed) 준공식’을 가졌다.

포스코건설 컨소시엄은 이번에 산업폐수를 대상으로 대규모 실증화 시설을 준공함으로써 제철폐수는 물론 화학폐수를 포함한 산업폐수까지 기술개발의 범용성을 확보해 사업화 영역 확대를 도모하고 있다.

이날 준공식에는 김지태 하·폐수고도처리기술개발사업단장, 류연기 환경부 생활하수과장, 김휴진 구미시 상하수도사업소장, 최정한 대구시 물관리과장 등 관계자 40여 명이 참석했다.  

김지태 단장은 환영사에서 연구진들의 노고와 성과를 치하하며 “향후 실증화 시설의 성공적인 운영을 통해 국내 산업폐수 재이용 사업을 활성화시키고, 글로벌탑 수준의 폐수 재이용 기술을 해외로 진출시키는 데 기여할 수 있을 것”이라고 말했다.

류연기 과장 또한 실증화 시설의 완공을 축하하며, “폐수 재이용이 하수 재이용에 비해 상대적으로 부진했으나 이번 시설의 준공이 향후 폐수 재이용 부문에서 비약적인 발전의 계기가 될 것으로 기대한다”고 말했다.

김지태 하·폐수고도처리기술개발사업단장, 류연기 환경부 생활하수과장, 최영백 코오롱인더스트리 본부장, 원유성 포스코건설 기술전략그룹장(왼쪽부터) 등이 환영사, 축사, 격려사를 하고 있는 모습.

‘글로벌 수준의 산업(제철)폐수 고도처리 및 재이용 실증화 기술 개발’ 과제의 최종 목적은 세계 최고수준의 방류수 고품질화 및 재이용 기술을 개발해 세계시장으로 진출하는 것으로, 컨소시엄은 △고속 전처리 기술 실용화 △산업폐수 맞춤형 MF·UF 최적화 △용도별 재이용수 생산 핵심기술 표준화 등의 기술 개발과 시스템 통합 엔지니어링 핵심기술 개발에 성공했다. 여기에 원가 절감을 통한 경쟁력 확보로 실용화 및 사업화를 가능케 했다.

 

폐수 재이용수는 공정별 설비비·운영비가 평균 20% 절감될 뿐만 아니라, 생산비용 역시 ㎥당 500원 이하로 적어 상수원수 대비 수질적·비용적인 경쟁력 확보가 가능하다. 이에 사업단과 포스코건설 컨소시엄은 이러한 경쟁력 확보를 토대로 국내외에 실증화 시설을 설립, 사업화에 노력하고 있다.

 

포스코건설 컨소시엄은 제철폐수를 대상으로 파일럿(pilot) 및 실증화 연구를 우선 추진했다. 침지식 및 가압식 MF와 RO 기술을 접목한 하루 100㎥ 규모의 제철폐수 재이용 시범 플랜트를 광양 제철소에 설치하여 최적 설계 및 운영 기술을 확보했고, 포항제철소 화성 BET 배출수를 대상으로 침지식 MF와 RO를 적용한 하루 800㎥ 규모의 실증 플랜트를 제작해 운영하고 있다.

이와 함께 동남아 최초의 일관제철소인 인도네시아 Pt. KP (Krakatau-POSCO) 제철소 내에 하루 7천㎥ 규모의 폐수 재이용 실증플랜트를 구축했다. 재이용수 생산단가가 용수 공급가격 대비 15% 이상 저렴해 충분한 가격경쟁력을 확보했다. 재이용 시설로 유입되는 폐수는 실리카(SiO2)가 평균 30ppm 이상, 최대 67ppm에 달할 만큼 극단적으로 높아 RO 분리막에 대한 비가역적 오염이 심각하게 우려되었다. 이에 광양에서 운영하던 시범 플랜트를 인니 현장으로 이전해 최악의 조건에서도 안정적인 운전을 달성하도록 지원했다.

제철폐수 중 재이용이 특히 까다로운 포항 화성 BET 배출수, 인도네시아 고농도 실리카 폐수 등을 대상으로 실증플랜트를 구축·운영함으로써 제철폐수 재이용을 위한 충분한 설계 및 운영 노하우를 확보한 이후, 산업폐수까지 사업화 확대를 위해 구미 산업폐수 재이용 실증화 시설을 구축하게 됐다.

구미 산업폐수 재이용 실증화 시설은 단계적으로 △막 모듈 적용성 평가 △침지식 MF(micro filtration) 공정 설계 △MF 운전 공정 개발 △하루 5천㎥ 규모 실증화 시설 구축 및 신규 모듈 적용 △고품질 폐수처리 공정 개발을 수행했다.

연구개발에는 ‘Cleanfil짋-S’ 분리막을 적용, 탁월한 인장강도 및 박리강도로 막 파단을 차단했다. 또, 보강막으로 고유량을 확보함으로써 설비비용을 저감하고, 안정적인 처리수질로 인한 고품질의 재이용수 확보가 가능했다.

기술이 적용된 코오롱인더스트리 구미공장 내 위치한 폐수처리장은 침전조·무산소조·혐기조·폭기조·멤브레인조의 공정으로 구성되어 있으며, 하루 처리용량 1만㎥ 규모로 지난 2010년부터 시스템을 운영해 왔다.

구미 산업폐수 재이용 실증화 시설에는 산업폐수 맞춤형 신개발 MF 분리막 시스템과 최적 운전제어 기술이 적용됐다. 신개발 산업폐수 맞춤형 MF 분리막은 기존 대비 막 투과도가 약 50% 증가해 운영 전력비를 최대 30%까지 절감할 수 있을 것으로 기대되며, 기공균일도가 향상되어 하·폐수 내에 부유하는 입자성 물질을 더욱 효과적으로 제거할 수 있게 됐다.

준공식에 참석한 주요 내빈들이 코오롱인터스트리에서 개발하여 이번 산업폐수 재이용 실증화단지에 적용된 산업폐수 맞춤형 분리막에 대해 코오롱 관계자에게 설명을 듣고 있는 모습.

또한, 분리막을 지지하는 막 모듈의 구조를 개선해 내구성이 75%까지 증대됨으로써 장기 운전에 대한 안정성 역시 크게 향상됐다. 분리막의 집적도를 14% 향상시켜 설치 면적 대비 더욱 많은 재이용수 생산이 가능해졌고, 산기 효율 향상으로 분리막 오염도를 저감할 수 있게 됐다. 처리수는 후단 역삼투(RO) 분리막을 거쳐 생산공정에 직접 사용되거나 순수 제조에 일부 활용되며, 일부는 잡용수로 사용된다.

뿐만 아니라 이 시설에는 지능형 분리막 유지관리 시스템이 적용됐다. 응집제 투입 조건, 공기세정 조건, 여과 및 역세시간에 대해 최적화 의사 결정을 지원함으로써 보다 효율적이고 안정적인 운전이 가능해졌다.
이 외에도 △펌프, 배관 설치 및 변경 공사 △원수 유입부 변경 공사 △송풍기(blower) 추가 설치 공사 △흡입펌프 변경 공사 △내부반송 펌프 변경 공사 △잉여슬러지 인발펌프 변경 공사 △약품펌프 추가 설치 공사 등이 시공됐다.

코오롱인터스트리 구미공장에 설치되어 있는 산업폐수 재이용 실증 플랜트 시설.

이번 구미 산업폐수 재이용 실증화 시설은 2016년까지 △MF막 모듈 실증화 시설 적용 성능 평가 △실증화 시설 운전공정 개선 △막 모듈 최적 운전공정 확보를 목표로 연구를 진행할 예정이다.

먼저 하루 5천㎥ 규모의 MF막 모듈의 적용 성능 평가를 위해서 폐수처리 적용에 최적화된 막 모듈 및 스키드 규격을 확보하고, 계열별 장기 운전 성능을 평가할 계획이다. 이와 함께, 여과시간에 따른 TMP (Transmembrane pressure difference) 변화 분석 등을 통해 실증화 시설의 분리막 안정 운영 조건 및 유지세정 조건도 확보할 계획이다.

막 모듈의 최적 운전 공정을 확보하기 위해서는 MF 시스템 운영조건, 세정조건, 관리항목 등을 확보함으로써 실증화 시설의 최적 운전조건을 달성하고, 문제 발생 요인별 대응기술을 체계화 해 비상시 막 모듈 비상조치 기술을 구축하고자 한다.

사업단과 포스코건설 컨소시엄은 2011년 8월부터 오는 2016년 4월까지 약 5년간 총 77억1천만 원(정부 출연금 48억7천만 원, 민간부담금 28억4천만 원)의 예산을 투입하여 산업폐수, 특히 제철폐수 재이용 관련 기술을 개발하고 상용화하는 데 주력하고 있다.

이 과정에서 참여기업인 블루그린링크㈜, 경일워터이엔지㈜, ㈜부강테크와의 기술협력을 통해 시너지 효과를 창출하고, 중소기업과의 동반성장을 적극적으로 도모해 왔다. 블루그린링크㈜는 ㈜포스코건설과 함께 우천시 하수처리 및 고속전처리를 위한 ‘기포 함침 부상분리기술(Hydro J.B. 공법)’을 개발해 환경신기술 인증을 취득, 현재 기술검증 취득을 위한 현장평가를 수검하고 있다.

Hydro J.B. 공법은 고속 응집을 통해 다량의 기포를 함침한 플럭(floc)을 생성시킨 후, 하이드로사이클론(Hydro-cyclone)에 의한 원심력 분리와 함침기포의 부력에 의한 부상 분리로 각각 고밀도와 저밀도 플럭을 제거하는 기술이다.

총 처리시간이 6∼8분으로 기존 응집침전이나 부상분리와 비교해 3분의 1 이하 수준에 불과하며, 넓은 탁도 범위에 적용이 가능하고 고강도의 부하 충격에도 안정적인 처리수질을 얻을 수 있다. 지난 2012년 3만㎥ 규모의 상용화 설비를 완공했으며, 향후 산업폐수 전처리, 간이공공하수처리, 오·탁수처리, 저품질 재이용수 생산 등 다양한 분야에 활용될 것으로 기대된다.

경일워터이엔지㈜는 ㈜포스코건설 및 (재)포항산업과학연구원과 분리막 시스템 설계 및 운영 최적화 분야 연구 및 사업화를 지속적으로 수행해 왔으며, 관련 분야에서 국내 최고 수준의 기술력을 확보했다.

㈜포스코건설이 시공한 인도네시아 Krakatau-POSCO 제철소의 폐수 재이용 설비 및 순수 제조 설비에 분리막 시스템을 납품해 현재 운영 중이며, 폐수 재이용 및 해수담수화 분야에서 ㈜포스코건설과 협력해 국내외에서 다양한 사업을 추진하고 있다.

㈜부강테크는 (재)포항산업과학연구원과 공동으로 비용효율적인 농축수 질소 제거 기술을 개발했다. 이 기술은 포항하수처리장 재이용사업에 적용됐으며, 현재는 광양 오수처리장 개선 사업을 시공하고 있다. 이 기술은 효율적인 질소 제거를 통해 향후 수질 개선에 기여할 것으로 기대된다.

총괄연구책임자인 ㈜포스코건설 원유성 기술전략그룹장은 “포스코건설, 포항산업과학연구원, 코오롱인더스트리 등 컨소시엄은 이번 과제를 통해 고속전처리기술, 산업폐수 맞춤형 MF 분리막, 분리막 시스템 최적 설계 및 운영 기술, 농축수 질소 제거 기술 등 폐수 재이용을 위한 핵심기술들을 개발했다”고 강조했다.

또한 “개발된 기술들은 국내 및 해외 실증플랜트와 상용화 설비를 통해 글로벌 경쟁력을 충분히 갖춘 것으로 검증되었고, 향후 국내는 물론 해외 환경시장에도 진출하여 많은 성과를 낼 것으로 기대된다”고 덧붙였다.