2010년 09월 01일 (수)

하수 중 총인(T-P) 제거기술의 개발 필요성이 대두된 것은 우리나라 하천 수질의 악화에 기인한다. 실제로 주요 4대강의 수질은 지속적인 수질개선 노력에도 불구하고 나아지지 않고 있으며 수계의 총인 농도 증가는 청정한 수질 유지를 위한 큰 걸림돌이 되고 있다.

 

경제협력개발기구인 OECD에서 제시하고 있는 부영양화에 대한 구분 기준은 총인의 경우 0.1㎎/L이며 관리기준은 0.08㎎/L 이하이다. 또한 많은 연구결과를 통해 부영양화를 방지하기 위해서는 하천 등의 총인농도를 0.01∼0.02㎎/L로 유지할 필요성이 있다고 알려져 있다.

 

그러나 우리나라 대부분의 하천에서 이를 만족시키지 못하고 있는 실정이다. 실제로 낙동강 회동댐의 경우 2005년부터 연평균농도가 부영양화 분류기준인 0.1㎎/L를 초과했고 팔당호의 조류주의보 발령현황에 따르면 2000년 23일에서 2008년 36일로 발생일수가 증가했다.

 

특히, 최근 총인에 대한 방류수 수질기준이 강화되면서 효율적인 총인처리에 대한 관심이 급증하고 있다. 현행 「하수도법」에 의한 하수처리시설의 방류수 수질기준 중 총인의 농도는 2㎎/L(동계 8㎎/L) 이지만 오는 2012년 1월1일부터는 하루 처리용량 500㎥ 이상의 하수처리시설의 방류수 중 총인의 농도가 적용지역에 따라 각각 0.2∼0.5㎎/L로 강화된다.

 

특히 2009년 수립된 4대강 총인총량제가 본격적으로 도입되면 하수처리방류수 수질기준이 2012년에 적용되는 기준보다 더욱 강화될 가능성이 있다. 실제로 미국의 경우는 총량규제에 따른 하수처리지방류수 수질기준이 0.05㎎/L까지 적용되는 사례도 있었다.

 

그러나 현재까지 이용되어 온 생물학적 처리 및 전통적인 화학적 응집침전법에 의한 총인제거는 각각 평균 2㎎/L, 0.5㎎/L 수준의 처리효율을 나타내고 있어 4대강 수질개선을 위한 총인농도 목표달성에 어려움이 있다. 게다가 화학적 응집침전법으로는 개정된 규제기준을 만족시키기 쉽지 않을 뿐만 아니라 투입되는 응집제량의 증가와 슬러지발생량 증가로 인한 경제성 저하가 우려된다.

 

▲ 유남종 ㈜일신종합환경 사장이 지난 6월9일 서울 코엑스에서 열린 2010 ENVEX에서 한 방송사 리포터에게 ‘연속반응식 인 제거 기술(IPR™ Process)’의 특징에 대해 설명을 하고 있다.

이런 상황에서 ㈜일신종합환경(대표이사 유남종·www.okilshin.co.kr)이 국산화한 ‘연속반응식 인 제거기술(IPR™ Process)’이 주목받고 있다.

 

단순 응집방식이 아닌 코팅메디아를 이용, 흡착에 의해 인을 제거하는 새로운 개념의 인 제거기술인 이 기술은 화학적 응집처리에 의해 처리수 중 총인의 농도를 0.5㎎/L 이하로 낮추고자 할 경우에 발생하는 약품사용량의 급증과 슬러지양의 증가 문제를 해결하고 동시에 총인의 제거효율도 확보할 수 있다.

‘IPR™ Process’는 ㈜일신종합환경이 종합 환경엔지니어링 전문회사로서 지난 20년간 축적해 온 수질 분야, 엔지니어링 분야의 다양한 경험과 노하우가 집약된 기술로 친환경적이고 경제적인 총인 처리기술이다.

 

㈜일신종합환경은 수질 분야에서 △하·폐수고도처리 시설인 반응성 인 제거기술(IPR Process) △생물학적 총질소 처리기술(INR SYSTEM) △고농도 유기성 폐수처리(BJR SYSTEM) 기술 등을 보유하고 있다.

특히, 총인 처리기술인 ‘연속반응 여과장치를 이용한 2차 처리수의 인 제거기술(IPR™ Process)’은 지난 7월27일 환경신기술(인증 제315호)로 인정받았으며 이 기술이 도입된 ‘상향류식 인 제거용 모래 여과기’는 지난 2월 특허 등록(제10-0940829호)을 마쳤다.

 

일반적인 물리·화학적 인 제거기술은 응집제를 투입하여 침전 또는 여과시키는 기술로서 처리효율이 낮거나 여과시 역세척을 해야 하는 등의 어려움이 있지만, 상향류식 연속세척방식을 사용한 메디아 여과기의 경우는 오염물질의 제거와 동시에 메디아를 반복적으로 사용 할 수 있는 하수처리 장치이다.

‘IPR™ Process’는 생물학적 공정을 거친 처리수의 총인을 제거하는 기술로 메디아의 흡착작용을 이용해 총인을 제거한다. 따라서 일반적인 응집침전과 비교해 약품사용량과 슬러지 발생량의 증가를 각각 1/2, 10% 내외로 최소화해 친환경적으로 총인을 제거할 수 있다.

실제로 ‘IPR™ Process’가 도입된 상향류식 인 제거용 모래 여과 장치는 충진 메디아와 소량의 화학약품만으로 도시 하수 및 산업 폐수 중의 인을 0.1㎎/L 이하로 처리할 수 있어 안정적인 처리수질의 확보로 하수처리수의 재이용 및 이를 통한 수자원의 효율적인 운영을 도모할 수 있다. 또, 이 기술은 슬러지 발생을 최소화시켜 현재 해양투기금지에 따른 해양 수역의 수질보전 효과를 달성하는데 기여 할 수 있으며, 소각에 의한 슬러지 처리 증가율을 둔화시켜 대기오염 등의 환경오염을 방지하는 효과도 기대할 수 있다.

 

▲ [그림 1] 상향류식 인 제거용 모래 여과기

▲ [그림 2] ‘IPR™ Process’의 인 제거 메커니즘

‘IPR™ Process’는 유입수에 철염을 주입하기 위한 코팅제 주입기와 표면에 HFO를 코팅한 메디아를 충진시킨 인 제거 여과기로 구성된다. 코팅된 메디아는 유입수 중의 총인 성분과 접촉할 수 있는 철염의 비표 면적이 최대화되고 인이 철염과 반응하면서 메디아에 흡착된다.

 

코팅제 주입기에서는 우선 하수처리 공정의 전단부인 1차 처리시설 또는 생물학적 처리공정을 거친 처리수에 철염을 주입해 HFO를 생성시키고 이를 메디아에 코팅시켜 2차 처리수 중에 있는 용존성 인을 응집·여과·흡착해 제거한다.

 

이에 따라 단일 설비에서 동시에 응집·침전·여과·흡착이 가능해 전력 소모가 낮아 경제적이며 반류수 반송을 통해 인 제거 효율을 높이는 것도 강점이다.

 

특히, 이 기술은 하수의 배출 특성을 고려해 연속 운전이 가능하다는 것이 특징이다. 여과 작용을 거친 메디아는 상향 이송장치를 통해 철(Fe)-인(P) 복합 고형물이 표면에서 탈착·슬러지화 되고 슬러지가 탈착된 메디아는 주입기를 통과하며 표면이 연속적으로 재 코팅돼 메디아재생을 위한 운전의 중단 없이 연속적 운전이 가능하다.

▲ 코팅 전 메디아(왼쪽)와 인 흡착 후 메디아(오른쪽)

HFO로 코팅된 메디아는 ‘IPR™ Process’의 핵심기술이라 할 수 있다. 메디아에 코팅되는 Hydrous Ferric Oxides(HFO)라고 불리는 철수산화물은 철염이 물에 혼합되었을 때 생성되는 화합물로서 1천분의 1초 내에 반응해 비정형의 철수화물[am-Fe(OH)3(s)], 페리하이드라이트[ferrihydrite, FepOr(OH)s·nH2O], 지오사이트[geothite,α-FeOOH], 레피도크로사이트[Lepidocrocite, γ-FeOOH] 및 헤마타이트[Hematite, α-Fe2O3] 등을 형성한다.

 

▲ [그림 3] HFO의 인 흡착

일반적으로 비정형의 철수화물은 이온교환물질(Amphoteric Ion Exchange Media)로 알려져 있는데 pH의 조건에 따라서 양이온 또는 음이온 물질에 각각 수산화기(OH-)와 수소이온(H+)을 제공할 수 있다.

 

HFO의 경우는 pH 8 이하에서는 표면전하가 (+)를 띠며 반대로 pH 8 이상에서는 표면전하가 (-)전하를 띤다. 따라서 하수처리수의 일반적인 pH 조건인 5.6∼7.5에서는 HFO의 표면전하가 항상 (+)전하를 갖기 때문에 (-)전하를 갖는 용존성 인(PO43-)을 흡착하게 된다.

코팅된 메디아를 이용하는 기술은 미국 등 수처리 기술이 발달된 선진외국에서는 이미 수년간에 걸쳐 그 효율성이 입증된 것으로 ㈜일신종합환경이 국내에 도입해 국산화하면서 국내 하수고도처리에 선진화를 이끈 기술이다.

 

국내 파일럿 운전결과에서도 매우 우수한 인 제거 효과를 보여 오는 2012년부터 강화되는 공공하수처리시설의 인 방류수 수질기준 중 최고수준인 0.2㎎/L을 만족했다. 실제로 K하수처리시설에서는 방류수 수질기준을 훨씬 밑도는 평균 0.11㎎/L을 달성했으며, 인의 유입 부하변동에도 유연하게 작동해 추가적인 약품의 투입없이 목표수준을 달성했다.

▲ 상향류식 인 제거용 모래 여과장치 설치 모습(왼쪽)과 여과장치 상단부 모습.

㈜일신종합환경 유남종 사장은 “수질환경 보전을 위한 하수 중 총인의 제거는 목표수질을 달성하기 위한 우수하면서도 경제적인 기술을 필요로 하고 있고, 특히 국내의 총인 제거에 대한 수질기준의 강화는 그 필요성이 최근에 비로소 대두되기 시작하였기에 현재까지 우수한 운영 실적을 보유한 기술이 부재한 실정”이라면서 “‘IPR™ Process’는 현재 외국에서 수년간 총인 처리를 위해 적용되어온 기술로서 그 성능은 이미 미국 환경보호청에서도 인정받고 있는 기술”이라고 말했다.

 

유 사장은 특히 “‘IPR™ Process’를 국내에 도입 및 국산화를 통해 안전성과 환경친화성을 겸비한 국내기술의 선진화를 이룩했고, 이를 통해 4대강 살리기 등 수질환경보전에 기여할 수 있으며 장기적으로는 총인 제거기술의 국제적 경쟁력을 확보함으로서 해외시장의 개척을 통한 기술의 수출 등 국제수지 개선효과를 기대할 수 있다”고 강조했다.

 

‘IPR™ Process’는 현재 충주기업도시 폐수종말 처리시설, 공주시 신관 STP 사업, 서울시 플로팅아일랜드 오수처리시설 등에 적용돼 공사가 진행 중이며, 광주시, 남양주시, 삼척시, 무안군, 양평군 등 지자체와 한국환경공단에서 발주한 10개 사업 등에 설계가 진행되고 있다. [문의 = (02)861-4488]