[유럽] 수처리 설비의 효율 증대를 위한 연구
유럽에는 약 65,000개의 폐수처리 설비가 존재한다. 이들 설비들은 그 지역 거주민들에게 필수적인 서비스를 제공하고 있다. 이러한 설비에 혁신적인 신규 장비를 도입하는 것만으로 수처리 설비의 에너지 소비를 25%까지 절감하고, 영양분 제거는 최대 20%까지 가능할 것으로 기대된다.
유럽연합(EU)이 지원하는 OptimEDAR(Efficient Management of Small and Medium Wastewater Treatment Plants) 프로젝트는 새로운 기술의 가능성에 대해 실증하고, 이를 유럽 전역으로 확장하는 계획을 갖고 있다. 스페인의 수질 및 환경 모니터링 회사인 ADASA Sistemas의 Sergio de Campos는 프로젝트 전반에 걸친 코디네이터 역할를 담당하고 있다. 프로젝트를 통해 개발된 프로토타입은 유럽 전역에서 가동 중인 폐수처리 설비의 효율에 좋지 못한 영향을 주는 운영, 규제 및 기술 분야의 취약점 문제를 해소하고 있다.
일반적인 폐수처리 설비는 도시에서 발생하는 평균적인 폐수 흐름 및 조성을 처리하도록 설계되어 있다. 그러나 유기물 부하(Organic Load)가 주기적으로 변화한다는 문제가 있다. 즉 낮과 밤이 다르고 주말 및 계절별로 이들 값이 다르다는 것이다. 예를 들어, 일부 지중해에 위치한 지역에서는 여름철 인구가 증가하는 현상이 발생한다.
EU의 규정상 한 달에 한 번씩 정기적으로 처리물을 샘플링하도록 되어 있으나, 이들 샘플이 설비처리의 결과를 보여주는 대표적인 물질이 아닐 수 있다. 따라서 언제나 적절한 표준을 충족하는 수질을 확보하는 것은 폐수 처리 분야에 있어 관심의 대상이었다.
기술적인 면에서 모든 폐수처리 설비에는 영양분 및 유기물 부하를 제거하는 시스템이 있다. 그러나 중소 규모의 설비의 경우에는 언제나 사람이 운영하지 못하기 때문에 물 속에 공기를 주입하는 에어레이션(Aeration) 공정은 주기적으로 온(On)과 오프(Off)가 되도록 반복 수행되거나, 용존산소(Dissolved Oxygen) 센서에 의해 값을 측정한 후 작동하도록 되어 있다.
이에 대해 De Campos는 "그러나 탱크내부의 공정에 대한 과학적 지식과 경험을 바탕으로 한다면 값비싸지 않은 센서를 사용하여 최소한의 매개 변수를 측정할 수 있다. OptimEDAR 프로젝트는 경제적인 센서를 이용하여 유기물 부하 상당량을 계산하고, 이 가상의 정보를 통해 에어레이션 공정을 조절할 수 있다"고 설명하였다.
스페인 바다호스(Badajoz)에 위치한 프로토타입은 매일 14~16시간씩 운영되고 있는 공기주입 장치의 작동시간을 5~6시간으로 단축할 수 있으며, 탈질소화반응(Denitrification)과 탈인산화(Dephosphation)가 가능하다는 장점이 있다. 이를 통해 수처리 품질을 더욱 향상시킬 수 있다. De Campos는 설비의 효율 정도에 따라 다르겠지만 어느 설비에서나 이 기술을 적용할 수 있다고 말한다.
OptimEDAR 프로젝트의 연구진은 스페인과 루마니아에서 사례연구를 수행하고 있다. 이들 설비는 6개의 다른 시설에 적용될 예정이며, 프로토타입에서 확인되었던 에너지 절감이 다른 환경 속에서도 구현될 수 있는지에 대해 평가할 계획이다. 다른 설비에 장비를 적용하는 것은 이미 연구진에게 귀중한 정보를 제공하고 있다.
이를 통해 연구진은 유럽의 중소 규모 폐수처리 시설에 적합하도록 설비를 보완할 계획이다. 최근 연구 프로젝트들은 현재 설비에 새로운 설비를 건설하거나 새로운 공정라인을 도입하는 신규 처리 공정을 모색하고 있으며, 이를 위해서는 많은 투자가 필요하다. 그러나 De Campos는 "OptimEDAR 프로젝트에서 추구하는 것은 많은 연구지원금이 아니라 현재 가동되고 있는 수 천 개의 설비를 효율적으로 운영할 수 있도록 하는 것"이라고 말했다.
[출처 : KISTI 미리안(http://mirian.kisti.re.kr) 『글로벌동향브리핑(GTB)』2013. 11. 14]
[원문보기]
Green efficiency boost for water treatment plants
There are more than 65 000 waste water treatment plants in Europe, each providing an essential service to local populations. But by simply installing innovative new equipment, plants could cut energy use by up to 25 percent while increasing nutrient removal by up to 20 percent.
Engineers within the EU-funded project OptimEDAR ('Efficient Management of Small and Medium Wastewater Treatment Plants') are hoping to first demonstrate the feasibility of this new technology, and then to roll it out across Europe.
Leading the team is project coordinator Sergio de Campos from ADASA Sistemas, a Spanish water and environmental monitoring company. The prototype, developed within a national research project, addresses current operational, regulatory and technical weaknesses that are reducing the efficiency of waste water treatment plants across Europe, De Campos explains.
Operationally, a plant is designed to deal with the average waste water flow and composition from the towns or city it serves. But the organic load changes regularly - from day to night, during weekends and between seasons. Some Mediterranean towns see their population increase threefold during summer, for example.
While output is sampled regularly, once a month, in line with EU regulations, the samples are not necessarily an accurate indicator of the plant's entire output. It is in everyone's interests to ensure quality meets the appropriate standards at all times.
At a technical level, all waste water treatment plants have a system to remove the nutrient and organic load. As small and medium-sized plants are not manned at all times, aeration engines are often simply switched on and off at specific times, or according to the readings picked up by a dissolved oxygen sensor.
"But we know from scientific knowledge of the processes inside the tank, and practical experience, that there is a minimum set of parameters that can be measured with non-expensive sensors. With these sensors, OptimEDAR calculates the equivalent organic load, and controls the aeration process according to this 'virtual' information," explains De Campos.
A prototype installed at a plant in Badajoz, Spain, was able to reduce the time that biological blowers operate each day from 14-16 hours to 5-6 hours, while enabling the generation of denitrification and dephosphation cycles. This ensures higher quality output.
De Campos describes these results as "truly spectacular", and is confident that they can be replicated elsewhere - although the energy savings and output improvements will of course vary from plant to plant, according to each plant's current efficiency levels.
Within the OptimEDAR project, the team is conducting case studies in Spain and Romania. The equipment will be installed at six different plants, giving the team the opportunity to assess whether the savings witnessed with the prototype can also be obtained in other environments.
Installing the equipment at different plants is already providing valuable feedback that will help the team revise its specifications so that the end product is suitable - or adjustable - for every small or medium-sized waste water treatment plant in Europe.
Research projects are looking into new treatment processes that would lead to the building of new plants or new process lines in existing plants. This would be a major investment.
What the OptimEDAR project is trying to do, on the other hand, would not require significant funds - the project's objective is simply "to get thousands of existing plants to run properly", says De Campos.
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