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우수사례

“㈜탄천환경, 탈수약품 응집보조제 ‘폴리테츠HS’ 적용
탈수약품 주입률 10%·탈수케이크 함수율 1.0% 감소”

‘폴리테츠S’ 주요성분 고농도로 한 ‘폴리테츠HS’, 염소이온 적어 부식 방지 효과
경제성 검토 결과 연간 1억1천500만원 절감기대

응집보조제 적용 통한 탈수약품 주입률·탈수케이크 함수율 절감 사례
| ㈜탄천환경 탄천물재생센터

㈜탄천환경(www.tancheon.com·대표 오세영)은 지난 2015년 3월 ㈜폴리테츠코리아와 양해각서(MOU)를 체결하여 ‘탈수약품 응집보조제 개발 연구’의 일환으로 기존 ‘폴리테츠S’의 주요 성분을 고농도로 한 ‘폴리테츠HS’를 현장 테스트하여 탈수약품 주입률 저감 및 처리효율 향상의 효과를 거둔 연구결과를 최근 발표했다. 그 내용을 게재한다.

1. 추진배경


▲ ‘폴리테츠HS’ 염소이온의 한국화학융합시험연구원(KTR) 품질 인증.

㈜탄천환경은 서울시 강남구·송파구·강동구·서초구를 비롯해 하남시·과천시 등 총 80.21㎢에 달하는 4개 구, 2개 시의 하수처리를 담당하고 있는 물관리 전문기업이다. ㈜탄천환경이 운영하는 탄천물재생센터는 MLE공법(순환식 질산화 탈질법), 응집약품투입, MDF(마이크로디스크필터) 여과 등 3단계의 수처리 과정을 거치며, 하루 90만㎥ 규모의 물을 처리한다. 현재 3차(총인)처리시설 설치사업이 착공되어 오는 2019년 준공 예정이다([그림 1] 참조).

탄천물재생센터의 탈수약품 주입률은 서울시 4개의 물재생센터 중에서 가장 높으며 탈수케이크 함수율도 매년 증가하여 함수율 저감을 통해 슬러지 처리비용 증가 문제에 대한 대책 마련이 필요한 상황이다. 이러한 문제점을 해소하고자 ㈜탄천환경은 지난 2015년 3월 ㈜폴리테츠코리아와 양해각서(MOU)를 체결, ‘탈수약품 응집보조제 개발 연구’의 일환으로 기존 ‘폴리테츠S’의 주요 성분을 고농도로 한 ‘폴리테츠HS’를 현장 테스트하여 탈수약품 주입률 저감 및 처리효율 향상의 효과를 얻었다.

2. 주요 내용

■ 문제점 탄천물재생센터의 탈수약품 주입률은 올해 5월 기준 1.35%로 전년 동월 기준 1.10%보다 증가했다. 이는 서울시 4개 물재생센터 중에서 가장 높은 수준으로, 그 뒤로 서남물재생센터 0.85%, 중랑물재생센터 0.84%, 난지물재생센터 0.61% 순이다. 또한 2014년부터 2016년까지 3년간 탈수케이크의 함수율은 77.2%에서 77.4%, 77.6%로 증가하여 탈수공정 운영을 지속적으로 개선해 왔으나, 함수율 저감을 통해 슬러지 처리비용 증가 문제에 대한 대책 마련이 필요한 상황이다.

아울러 반류수 처리시설은 다양한 반류수가 유입되어 처리에 어려움이 있으며, 그 중 탈수기 탈리액의 총인(T-P) 농도가 가장 높아 사전 저감을 통한 후속공정(반류수처리시설)의 유입 T-P 부하 저감이 필요하다.


▲ ‘폴리테츠HS’현장 테스트용 탱크.

■ 실험실 테스트(Lab-test) 및 현장 테스트 추진 이러한 문제를 해결하고자 기존 탈수약품에 탈수약품 응집보조제를 투입하는 연구가 진행되었다. 동절기에 철계 약품인 폴리테츠S를 응집보조제로 탈수기에 투입한 결과, 함수율 저감 및 탈리액 총인(T-P) 저감 등의 효과를 얻었으나 높은 탈수약품 주입률 문제는 해소되지 않았다.

이를 위해 추진한 ‘탈수약품 응집보조제 개발 연구’의 일환으로 동절기에 투입 중인 ‘폴리테츠S’보다 고농도인 ‘폴리테츠HS’ 약품을 선정, 지난 2016년 8월부터 실험실 테스트(Lab-test)와 현장 테스트를 실시했다.

■ 이론적 고찰 ㈜탄천환경이 탈수효율 향상을 위해 추진한 탈수약품 응집보조제의 메커니즘은 다음과 같이 설명할 수 있다. 일반적으로 현탁입자의 하전중화 및 플록의 가교를 위해 탈수약품으로 고분자 폴리머를 투입하여 일액탈수한다. 이때 탈수약품의 투입량을 적정량 이상 증가시키면 점성이 높아져 탈수성이 오히려 저하된다.

철계 약품을 응집보조제로 첨가해 하전중화한 후 탈수약품을 주입하는 이액탈수법의 경우 위의 일액탈수법에 비해 탈수약품의 주입량을 감소시키고 큰 플록을 형성할 수 있다([그림 2], [그림 3] 참조).

철계의 응집보조제는 스트루바이트(MgNHPO4·6H2O) 억제에도 효과가 있다. 슬러지 내 인산이온(PO43-), 암모늄이온(NH4+), 마그네슘이온(Mg2+)이 반응하면 스트루바이트가 배관에 달라붙는데 응집보조제의 3가철(Fe3+)이 스트루바이트 구성물질 중 하나인 인산이온(PO43-)과 결합하면 생성이 억제된다([그림 4] 참조).

또한 응집보조제의 3가철(Fe3+)이 인산이온(PO43-)과 결합하면 탈수기 탈리액의 총인(T-P)이 감소하므로, 탈수기에서 총인(T-P) 부하를 저감하여 후속공정(반류수처리시설)에서 총인약품 사용량을 감소시킬 수 있다.

고가의 설비인 원심탈수기는 설비와 배관이 부식에 강한 재질로 되어있으나, 탈수기 투입슬러지 및 약품 내 염소이온(Cl-)이 다량으로 존재할 경우 설비가 부식될 위험이 높다. 일반적으로 폐황산을 사용하여 제조되는 산화철 철계 응집제와는 달리 ‘폴리테츠HS’는 염소이온이 거의 존재하지 않아 부식 억제에 효과가 있을 것으로 기대된다.

■ 현장 테스트 결과 탄천물재생센터는 총 11대의 원심탈수기(원심유압식 5대·원심기계식 6대)가 있으며 ‘폴리테츠HS’(응집보조제)의 효과를 검토하기 위해 정량펌프를 사용하여 탈수기 1대를 대상으로 주입률별 탈수효과를 분석했다.

세 차례의 현장 테스트에서 탈수약품을 10∼30% 줄이고 ‘폴리테츠HS’ 주입률을 1천∼5천㎎/L로 하여 테스트한 결과, 탈수약품이 10% 줄었으며 ‘폴리테츠HS’를 5천㎎/L 투입했을 때 함수율이 1.0%, 탈리액 총인(T-P)이 75∼90% 줄어드는 효과가 나타났다([표 1] 참조).

■ 경제성 검토 현장 테스트 결과를 바탕으로 ‘폴리테츠HS’ 투입에 따라 탈수약품 사용량 및 함수율 절감 조건으로 경제성을 검토했다. 우선 ‘폴리테츠HS’를 5천㎎/L 투입 시 투입비용은 연간 약 8억6천200만 원이며, 탈수약품 10% 저감에 따라 연간 약 2억800만 원의 탈수약품 비용을 줄일 수 있다.

또한 함수율 1.0% 저감에 따라 탈수케이크 매립비용이 감소하여 연간 약 5억8천900만 원을 절감할 수 있으며, 탈수기 탈리액의 총인(T-P) 저감으로 후속공정인 반류수처리시설(상압부상농축조)의 총인(T-P) 약품 사용 비용이 연간 약 1억8천만 원 절감될 것으로 기대된다.

결과적으로 ‘폴리테츠HS’ 투입 비용과 탈수약품 비용, 매립비용, 반류수처리시설 총인(T-P) 약품비용을 모두 고려하면 ‘폴리테츠HS’ 투입으로 연간 약 1억1천500만 원을 절감할 수 있다([표 2], [표 3] 참조).

■ 탈수케이크 발생량 증가 검토 ‘폴리테츠HS’ 투입이 탈수케이크 발생량에 영향을 미치는지 검토하고자 했으나 탈수기 1대를 대상으로 한 현장 테스트로는 이를 분석하는 데 어려움이 있어 기존에 탈수기에 투입(12∼4월) 중인 ‘폴리테츠S’의 투입기간과 미투입기간의 유출DS/투입DS 값을 분석했다.

그 결과 기존 폴리테츠S를 1천400㎎/L로 투입할 때의 유출DS/투입DS 값이 0.94로 ‘폴리테츠S’ 미투입기간의 0.97보다 3.1% 낮은 것으로 나타났다. 이로써 ‘폴리테츠S’의 탈수기 투입이 탈수케이크 발생량에 크게 영향이 없는 것으로 판단된다([표 4] 참조).

3. 결론 및 향후계획

탈수기 1대를 대상으로 ‘폴리테츠HS’를 현장 테스트한 결과, ‘폴리테츠HS’ 5천㎎/L 투입 시 탈수약품 10%, 함수율 1.0%, 탈리액 총인(T-P)이 75∼90% 줄어들었으며, 부가적으로 스트루바이트 억제, 악취 저감, 반류수처리시설의 부하저감 등의 효과가 기대된다. 이를 바탕으로 ‘폴리테츠HS’ 투입에 따른 경제성을 검토한 결과 연간 약 1억1천500만 원을 절감할 수 있는 것으로 분석되었다.


▲ 탈리액 시료(10호기)의 기존(왼쪽)과 현재(탈수약품 -10%, ‘폴리테츠HS’ 5천㎎/L) 모습 비교.

기존의 응집보조제인 ‘폴리테츠S’는 당초 동절기인 12월부터 4월까지 5개월간 투입했으나 탈리액 T-P 저감을 위해 올해 7월 말부터 재투입했다. 9월 말까지 지속적으로 투입하여 얻은 비(非)동절기 투입효과를 향후 분석할 계획이다. 또 탈수기 노후화에 따라 연차별 탈수기 교체계획을 수립할 예정이며, 탈수약품 주입률 및 슬러지 처리비용을 절감하기 위해 ‘폴리테츠HS’의 투입 검토가 요구된다.

[『워터저널』 2017년 11월호에 게재]