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㈜아름다운환경, 하수처리시설 모니터링 최적화 위한
‘스마트 수질분석장비’ 실증화 테스트베드 본격 가동
                                          (Test-bed)  

그린패트롤 측정기술개발사업단과 7월 18일 서남 물재생센터서 개소식 개최
국가물산업클러스터 실증화시설에 이어 베트남 박닌에도 테스트베드 구축 예정
장미선 대표 “안정적인 운영결과 바탕 국내외에서 성공적인 사업화 실천할 터”

그린패트롤 측정기술개발사업단(단장 김조천 건국대 교수)의 주관연구기관으로 참여하고 있는 ㈜아름다운환경(대표 장미선)은 지난 7월 18일 서울 강서구 마곡동에 위치한 서남 물재생센터에서 ‘하수처리 모니터링 최적화를 위한 스마트 수질분석장비 실증화’ 테스트베드(Test-bed) 개소식을 개최했다.

이날 개소식에는 그린패트롤 측정기술개발사업단 김조천 단장(건국대 교수)과 정석철 사무국장, ㈜아름다운환경 장미선 대표이사와 우달식 연구소장, 최정권 서울대학교 교수, 서인호 대윤계기산업㈜ 대표이사, 우정엽 ㈜그린텍아이엔씨 상무 등을 비롯해 20여 명이 참석했다.

그린패트롤 측정기술개발사업단(이하 사업단)은 환경부 글로벌탑 환경기술개발 사업의 일환으로 환경 측정기기산업의 경쟁력 강화를 목표로 출범했다. 사업단의 이번 연구개발과제명은 ‘하수처리시설 모니터링 최적화를 위한 스마트 수질분석장비 실증화(연구책임자 우달식 ㈜아름다운환경 연구소장)’로, ㈜아름다운환경을 비롯해 ㈜그린텍아이엔씨, 대윤계기산업㈜, 지오씨㈜ 등이 참여기업으로 있다. 지난 2018년 8월에 시작된 이 연구과제는 오는 2020년 12월 말까지 총 28개월간 진행된다.

서남 물재생센터는 106만5천㎡의 부지면적과 하루 200㎥의 하수처리 능력을 보유한 하수처리장이다. 제2처리장 1계열에 설치된 테스트베드는 올해 5월부터 내년 12월까지 약 19개월간 총 35억5천500만 원(정부출연금 25억5천만 원, 민간부담금 10억500만 원)이 투입되는 사업이다. 위탁연구는 서울대 산학협력단(위탁책임자 최정권)이 맡았다.

 

▲ 그린패트롤 측정기술개발사업단의 주관연구기관으로 참여하고 있는 ㈜아름다운환경은 지난 7월 18일 서울 강서구 마곡동에 위치한 서남 물재생센터에서 ‘하수처리 모니터링 최적화를 위한 스마트 수질분석장비 실증화’ 테스트베드 개소식을 개최했다. 사진은 참석자들이 개소식을 가진 후 파이팅을 하며 기념촬영을 하고 있다.

기존 시스템 문제 해결코자 ‘센서 승강시스템’ 도입

사업단의 이번 연구과제 목표는 하수처리시설용 스마트 수질측정장비를 개발하고 IoT(사물인터넷) 기반의 모니터링 시스템을 구축하는 것이다. 이 중 스마트 수질측정장비는 크게 ‘하수처리장용 수질측정센서 통합장치’와 ‘공정 모니터링용 측정장비’로 구성된다.

‘수질측정센서 통합장치’는 사업단이 기존 수질측정센서들의 단점을 최대한 보완해 하수처리장의 적용성을 높이기 위해 형태 설계에 많은 공을 들인 제품이다. 현재 하수처리장에 설치되어 있는 수질측정센서들은 침적형인 것들이 대부분으로 생물반응조 내 협잡물로 인해 장기간 사용이 어렵고 측정의 정확도가 떨어진다는 단점이 있다.

에어젯(air jet) 등 다양한 세정장치로도 별다른 효과를 보지 못했으며, 이 밖에 여러 방안을 고안하고 검토한 끝에 가장 실효성 있는 시스템이라고 판단해 도입하게 된 것이 ‘센서 승강시스템’이다. 센서 승강시스템은 센서가 평상시 수면 위 챔버(chamber)에서 대기하다가 일정 주기로 하강해 수질을 측정하고 다시 상승해 세정 후 챔버에서 대기하는 형태의 시스템으로, 기존 제품들에 비해 오래 사용할 수 있고 하수처리장에서 사용하기에 효율적이다.

 

DO·MLSS·pH·온도 등 다항목 수질 측정

수질측정센서 통합장치의 여러 구성요소 중에서도‘다항목 측정센서’는 △센서모듈 △본체 △에어튜브(옵션) △컨트롤러 등으로 구성된다. 이 중 센서모듈은 DO(용존산소)와 MLSS(폭기조 내 혼합액의 평균 부유물 농도), pH(수소이온농도), 온도 등의 항목을 개별센서와 통합센서로 각각 측정하며 하수처리장의 포기조 수질은 포기조에 센서를 달아 측정한다. 특히 DO의 경우 광학식, 갈바닉(galvanic), 폴라로그래피(polaro-graphy) 등 세 종류로 측정한다.

수질측정센서 통합장치의 또 다른 구성품인 ‘하수처리장 전용 DO 측정장치’는 형광물질을 이용해 산소를 검출하는 광학식 DO 측정장치다. 이는 실시간 온라인 모니터링으로 상시 산소농도 관리가 가능해, 주기적인 세척과 잦은 보정, 수동관리 등을 필요로 하는 기존 전극식 센서의 불편을 상당 부분 해소할 수 있다. 특히, 1년 이상 장기간 모니터링에도 안정성이 높고 유지보수 관련 번거로움을 최대한 줄일 수 있어 유지비나 인건비 등의 절감에도 기여할 것으로 예상된다.

사업단은 향후 수질측정센서 통합장치가 하수처리시설의 수질 및 공정별 처리현황을 실시간으로 모니터링하여 안정적인 수질측정 데이터를 확보하고 처리공정을 효율적으로 관리하는 데 많은 도움이 될 것으로 예상하고 있다. 테스트베드 운영을 통해 수질측정센서 통합장치와 기존의 수질측정센서들의 성능을 비교·검증하고 측정·세정 시스템의 최적 설계인자를 도출해 최적화율을 높여 상용화해 나갈 방침이다.

 

▲ ㈜아름다운환경 우달식 연구소장(오른쪽)이 김조천 그린패트롤 측정기술개발사업단장(왼쪽)에게 ‘하수처리 모니터링 최적화를 위한 스마트 수질분석장비 실증화’ 테스트베드에 설치된 측정장치에 대해 설명을 하고 있다.

전처리장치 개발 통해 데이터 신뢰성 확보

   

‘공정 모니터링용 측정장비’는 하수처리공정의 단시간(30분 이내) 모니터링을 지원하기 위해 고안된, 암모니아성 질소(NH3-N), 아질산성 질소(NO2-N), 질산성 질소(NO3-N), 인산염 인(PO4-P), TOC(총유기탄소) 등을 측정하는 측정장비이다. 특히 위탁연구를 담당하는 최정권 서을대학교 건설환경공학부 교수는 기존 수질측정장비의 치명적 단점인 낮은 상대정확도를 개선하기 위해 ‘전처리장치’를 개발하고 있다. 이것이 개발되면 측정 샘플의 대표성과 데이터의 신뢰도를 획기적으로 끌어올릴 수 있다는 설명이다.

한편 IoT 기반의 스마트 모니터링 시스템은 하수처리시설의 처리공정별 수질을 실시간으로 모니터링하고 설비, 운영, 수질관리 등 통합관리가 가능하도록 해주는 시스템이다. 측정장비를 통해 측정한 데이터가 시스템으로 전송되면 시스템은 이것을 다시 하수처리시설 운영자에게 제공한다.

이를 통해 방류수 수질이 수질기준을 초과하는 사고를 미연에 방지할 수 있고, 하수처리진단 기술과 유지관리비용 절감에도 기여할 수 있다. 특히, IoT 기반의 하수처리시설 수질 모니터링 시스템은 현재 국내에 존재하지 않는 시장으로 새로운 시장을 개척할 수 있어 전망이 밝다.

 

▲ 서남물재생센터 테스트베드 컨테이너에 설치된 워크스테이션(PC)에서는 ‘하수처리 모니터링 최적화를 위한 스마트 수질분석장비 실증화’시설의 측정 과정을 한눈에 볼 수 있다.

▲ 서남물재생센터 테스트베드 컨테이너에 설치된 암모니아성 질소(NH3-N), 아질산성 질소(NO2-N), 질산성 질소(NO3-N), 인산염 인(PO4-P), TOC(총유기탄소) 등을 측정할 수 있는 분석기기를 둘러보고 있다.

 

전처리장치 활용해 낮은 상대정확도 개선 가능

사업단은 이번 연구과제인 ‘스마트 수질측정장비 개발 및 실시간 모니터링 시스템 구축’을 통해 기술, 경제, 환경적 측면에서 많은 효과를 기대하고 있다. 우선 TMS(원격감시체계)를 통한 모니터링 후 방류되어 대처가 어려웠던 기존의 시스템과 달리, 모든 공정에서 수질 분석데이터를 적산하여 문제가 발생하는 공정을 진단하고 관리자의 발빠르고 효율적인 초동 대처를 도울 수 있다.

특히, 공정 모니터링 과정에 전처리장치를 개발해 활용할 경우 기존 수질측정장비의 가장 큰 애로였던 낮은 상대정확도를 획기적으로 향상시킬 수 있으며 장비의 무인 운영을 통해 계통 오차의 발생량을 줄일 수 있다.

또한 공정별 실시간으로 이뤄지는 수질 모니터링은 처리효율을 높이고 에너지절감 효과도 가져올 수 있다. 사용 부품의 90% 이상을 국산화하고 국내 수질측정장비를 활성화함으로써 수입대체 효과를 거둘 수 있고, 국산제품의 대외경쟁력을 증가시켜 장기적으로 수질오염물질 측정장비 분야 시장의 선점·확장 효과도 있을 것으로 기대된다.

아울러 방류수 수질기준이 초과되는 사고를 미연에 방지해 국민의 건강과 보건 증진에도 기여할 수 있다. 이 밖에 전력소모량을 획기적으로 감축해 전기에너지 생성으로 인한 온실가스 배출을 줄일 수 있고 결과적으로 세계적 환경문제인 기후변화 대응에도 기여하는 바가 클 것으로 보인다.

 

▲ 서남물재생센터에 설치된 ‘하수처리용 수질측정센서 통합장치’의 여러 구성요소 중에서도‘다항목 측정센서’의 센서모듈은 DO(용존산소)와 MLSS(폭기조 내 혼합액의 평균 부유물 농도), pH(수소이온농도), 온도 등의 항목을 개별센서와 통합센서로 각각 측정하며 하수처리장의 포기조 수질은 포기조에 센서를 달아 측정한다. 사진은 통합센서 및 MLSS 센서(위), 승강형 pH 센서(가운데), 광학식 DO·통합센서·갈바닉 DO·MLSS 컨트롤러(아래).

 

사업단, 8월까지 시운전·트러블 슈팅 수행

사업단은 8월까지 서남물재생센터 테스트베드에서 시운전과 트러블 슈팅(trouble shooting)을 거쳐 오는 9월부터 2020년 9월까지 1년간 테스트베드 운전 및 데이터 분석을 수행할 계획이다. 트러블 슈팅은 시스템에서 발생하는 복잡한 문제들을 종합적으로 진단해 처리하는 과정을 의미한다.

올 초에는 한국환경공단에서 운영하는 대구 물산업클러스터 실증화시설과 협의하며 내년도에 테스트베드를 구축할 예정이며 해외 테스트베드 후보지로 지난 4월 베트남 하노이 인근 박닌시 하수처리장을 방문해 조사를 마친 상태다.

김조천 그린패트롤 측정기술개발사업단장은 “서남 물재생센터에 구축되는 ‘하수처리시설 전용 수질측정장비’는 환경 측정기기산업의 경쟁력을 가지고 있다”면서 “수출산업화 할 수 있는 기술을 바탕으로 미래세대 환경보전 및 환경 측정장치의 핵심기술 확보 실현을 이루겠다”라고 밝혔다.

㈜아름다운환경의 장미선 대표는 “㈜아름다운환경의 ‘하수처리시설 전용 수질측정장비’의 안정적인 테스트베드 운영결과를 바탕으로 국내외적으로 성공적인 사업화를 실천하려고 한다”라고 밝혔다.

[동지영 기자]
문의 : 02)859-9970 / beautienviro@gmail.com

 

[『워터저널』 2019년 8월호에 게재]