▲ 마틴얀센(Martin Jansen) 펜테어 X-Flow Asia Pacific 기술이사

미국 미니아폴리스(Minneapolis)에 본사를 둔 펜테어(Pentair)는 직원 수가 1만5천명에 이르고, 2012년 기준 매출 35억 달러를 달성했다. 이 중 기술제품 사업부(Division of Technical products)가 11억 달러, 물 및 액체 솔루션 사업부(Division of Water&Fluid Solutions)가 24억 달러를 각각 달성했다.

 

물 및 액체 솔루션 사업부는 플로(Flow) 부문에서 9억9천만 달러, 처리·공정(X-Flow, Codeline) 부문에서 9억1천만 달러, 수중(Aquatic) 부문에서 5억3천만 달러의 매출을 달성했다.

 

최근 타이코 플로우 컨트롤(Tyco Flow Control)과 합병해 약 80억 달러 규모의 초대형 물기업으로 재탄생했다. 보안솔루션 선도업체 타이코 인터내셔널의 핵심 부서인 타이코 플로우 컨트롤은 밸브, 계측기, 제어기, 파이프, 수질 모니터 등을 제조, 판매하고 있으며 2011년부터 스핀오프(spin off)를 검토해왔다. 타이코와의 합병에 따라 빠르게 성장하는 수처리 시장의 글로벌 접근성을 확대하고 에너지, 인프라, 산업 분야의 시장점유율이 높아질 것으로 기대된다.

 

펜테어 워터 아시아태평양(PWAP, PENTAIR WATER ASIA PACIFIC)은 펜테어 그룹에서 가장 빠르게 성장하는 지역인 아시아에서 판매·마케팅, 기술센터, 프로젝트 관리, 운영 및 조달 등을 담당한다. 본사는 싱가포르에 있으며, 지역 사무소가 중국(상하이, 베이징), 일본(도쿄), 호주(멜버른), 한국(서울) 등의 지역에 소재해 있다. 그 밖에 모든 아시아태평양 국가들에 공인 비즈니스 파트너들이 있다. 

 

중국 최대의 하수재이용시설(UF 막 기반)을 건설하는 베이징 칭허(Qinghe) 도시 하수재이용 프로젝트(180MLD)에 Xiga가 적용된다. 이 프로젝트에서 X-Flow UF 설계용량은 7천 500㎥/h(180MLD)이고 총 막 표면적은 1만5천360㎡, 유닛 수(Xiga)는 12개이며 가동 시기는 2012년이다.

[그림 1] 나미비아(Namibia), 빈트후크(Wind Hoek) 하수처리시설 공정도.※음용수로 재이용하기 위한 시설로 설계 UF 용량은 1천㎥/h이고, UF 장치 수는 5개이다. 총 막 면적은 9천800㎡이며 2002년도에 가동을 시작했다.

 

 비용·공간 및 에너지 절감 효과 커

X-FLOW 막 기술(X-FlOW MEMBRANE TECHNOLOGY)은 강력한 지식 기반 기술이다. 막, 막 제조(membrane preparation), 모듈 설계(module design) 등에 관해 전 세계에 40개 특허가 등록되어 있으며 R&D, 제품 개발 및 공정 개발에서 25년 이상 축적된 경험의 산물이다. 

 

태국 콘캔(Khon Kaen)의 분롯 맥주공장(Roon Rawd Brewery). 하수 재이용 시설에 사용되는 X Flow UF 설계 용량은 4MLD이고 총 막 표면적은 2천580㎡이다. UF 장치 수는 각각 8개 하우징을 갖는 2개 스키드이고, 도급업자는 네덜란드의 Norit Process Technology이다. 2007년에 가동을 시작했다. 건설 중에 있는 지표수 처리 시설은 X-Flow UF 설계 용량이 10MLD이고 총 막 표면적은 6천400㎡이다. UF 장치 수는 각각 10개 하우징 및 BW 회수 AQF를 갖는 4개 스키드이고, 도급업자는 태국의 Liquid Purification Engineering이다.

막 포트폴리오는 정밀여과막(microfiltration membranes), 한외여과막(ultrafiltration membranes)과 긴밀 한외여과막(tight ultrafiltration membranes)으로 구성된다. 이 막 기술은 높은 여과수 수질(filtrate quality), 비용·공간 및 에너지의 상당한 절감, 확장성 있는 시스템(scalable systems) 구축에의 적합성, 다른 공정들과의 용이한 통합성, 높은 성능 및 무결성(integrity) 등을 핵심 특징으로 한다.

 

▲ 호주 보네오(Boneo)의 사우스-이스트 워터(South-East Water). 이곳의 X-Flow UF 설계 용량은 16MLD이고 사용된 막은 Xiga로, 총 1만5천360㎡이다. 이 처리시설의 목적은 하수를 A급 관개용수로 처리하는 것이다. 도급업자는 United Group Ltd이고 2009년에 가동을 시작했다. 현재 3개 처리시설이더 건설되고 있는 중이다.

X-FLOW는 선도적인 응용이다. UF에 의한 선도적 X-Flow의 예로는, 네덜란드의 PWN Heemskerk(음용을 위한 지표수), 영국의 Keldgate와 Clay Lane(관정수로부터의 음용수), UAE, 나미비아의 Windhoek(음용수를 위해 최초로 직접 하수 재이용), 쿠웨이트의 Sulaibiya(하수 재이용으로부터 전처리 RO), 미국 미니아폴리스(UF 막을 통과한 음용수), Palm Jumeirah(해수 전처리 전용막), Ootmarsum(직접 슬러지 여과) 등을 들 수 있다.
 
1984년 트웬테 대학교(University Twente)로부터 분사한 후, 지난 수년 동안 X-Flow가 발전해 온 자취를 살펴보면 다음과 같다. 2009년 Aquaflex 55를 출시했고, 2010년 IF 디자인상을 수상했으며 2010년에는 anMBR, Airlift™ MBR Megablock을 각각 출시했다.

 

2011년 GWI에 의해 글로벌 UF 마켓 리더로 선정됐다. 2011년 HFS 60 Silica를 출시했으며, ‘올해의 물 기술 회사(Water Technology Company of the Year)’, ‘물기술 혁신상(Aquatech Innovation Award)’을 수상했다. 2012년에 Xiga 55를 출시했다.

 

X-Flow는 세계 10대 플랜트에 속하는 카타르의 도하 노스(Doha North), 쿠웨이트의 술라이비야(Sulaibiya), 쿠웨이트의 슈와이크(Shuwaikh), 미국의 미니아폴리스, 싱가포르의 로어 셀레타르(Lower Seletar), 러시아의 모스크바 등 6곳에 X-FLOW 막을 공급하고 있다.

 

우리의 주력 기술은 콜로이드, 바이러스, 유기성 물질 등 입경 0.01∼0.1마이크론의 입자를 여과하는 한외여과이다. 펜테어 X-FLOW UF는 다음과 같은 성능으로 뛰어난 여과수 수질을 제공한다. TSS<0.1㎎/L, 탁도<0.1NTU로 현탁물질(suspended solids)을 완전 제거한다.

 

또한, 박테리아를 로그 6(Log 6) 제거하고 바이러스를 로그 4 제거하는 등 미생물을 제거한다. SDI15<3의 해수 역삼투(SWRO)를 위한 뛰어난 전처리를 제공한다. 0.1∼3㎎/L 응집제의 제한적 유입수 응집으로, COD/TOC를 10∼50% 제거하고 색을 95%까지 제거하는 등 유기물질을 부분 제거한다. TMP에 기초하여 0.015kWh/㎥ permeate보다 낮은 에너지 소비를 보인다.

 

X-FLOW 막 기술은 비단 하수처리·재이용에만 그치지 않는다. 그 외에도 △음용수·공정수(깨끗하고 안전한 물, 박테리아 및 바이러스의 신뢰성 있는 차단, 고성능·무결성) △담수화 전처리(RO를 위한 최적의 전처리, 세립 실트 및 탁도 제거, 높은 플럭스, 소규모 플랜트 설계) △도시 하수(강인한 전폐식 시스템, 제한적인 에너지 소비, 안전한 작업 환경, 컴팩트 하고 유연한 설계) △산업 폐수(1차 처리, 2차 처리, 강인성과 신뢰성, 깨끗하고 건조한 시스템) 등에 적용된다.

 

X-FLOW 막 기술은 전 세계 5대륙에 광범위하게 진출해 있다. 유출수 폴리싱(EFFLUENT POLISHING) 처리에서는, 폭기조(aeration tank)와 정화조(clarification tank)를 거친 하수를 UF 막 시스템의 후 침강조(post settler)에서 처리하여 재이용할 수 있게 한다. 현재 쿠웨이트 술라이비야(Sulaibiya), 호주 멜버른, 나미비아의 빈트후크(Windhoek), 카타르의 도하 노스(Doha North), 태국의 콘캔(Khon Kaen), 중국 베이징 등에서 적용되고 있다.
 
X-Flow UF 막 기술은 수평적 개념과 수직적 개념을 적용하고 있다. XIGA UF는 수평식 시스템의 막 하우징을 갖추고 있고, 하우징당 복수체의 엘리먼트(elements)를 장전한다. 보다 큰 용수량으로 공간을 절약하고, 에너지 소모가 적다(TMP<0.4bar). AQUAFLEX UF은 모듈식으로 축조된 수직 시스템으로, 막 하우징이 없다.

 

보다 높은 현탁물질(탁도 100NTU까지)을 처리할 수 있고, 에너지 소모가 적다(TMP<0.4bar). 가압식 시스템(pressurized system)은 폐시스템이고 footprint가 적으며, 구조물 건설 보수 공사를 덜 요한다.

 

인사이드 아웃 구성(inside out configuration)은 에너지와 화학물질을 덜 소비하게 하고, 보다 긴 막 수명을 보장한다. UF 막의 재질은 PES/PVP와 PVDF이다. PES/PVP는 저고형물 용의 모세관 막을 위한 것이고, PVDF는 고고형물 용의 관형 막을 위한 것이다.

 

완전 자동화된 시스템은 유지보수와 운전이 용이하고, 막 모듈들을 들어올리기 위해 크레인을 필요로 하지 않으며, 내장 자동화 공기흐름 무결성 테스트(Airflow Integrity Test)를 실행한다.

 

 

호주 캐럼 다운스(Carrum Downs)의 멜버른 워터(Melbourne Water). 바이러스를 Log 5 제거하는 호주 최대의 재이용 처리시설이다. X-Flow UF 설계 용량은 30MLD이고, 사용된 막은 XIGA로 총 2만5천600㎡이다. 이 처리시설의 목적은 하수를 A급 관개용수로 처리하는 것이다. 도급업자는 Earth-Tech이고, 2005년에 가동을 시작했다.

 수평적·수직적 개념으로 응용 
 
쿠웨이트의 술라이비야(Sulaibiya)는 세계에서 2번째로 큰 막 기반 재이용 처리시설(425MLD)이다. 아르디야(Ardiya) 지역에서 폐수 원수가 스크린 되고 그릿(grit)과 fog가 제거된 다음, 혐기실(Anaerobic Chamber)에서 슬러지가 처리되고 호기실(Aerobic Chamber), 2차 정화조, 마이크로 스트레이너(Micro Strainers), 완충조(Buffer tank)를 거친 다음 UF에 도달한다. 버퍼링 탱크, HPP, RO(탈염)를 거쳐 이산화탄소 감압탈거(CO2 Stripping)를 한 후 염소처리 접촉조(chlorination contact basin)로부터 정수된 물이 생산된다. 
 

 

세계에서 2번째로 큰 막 기반 재이용 처리시설인 쿠웨이트의 술라이비야(Sulaibiya).

이 시설의 설계 UF 용량은 1만7천700㎥/h(425MLD)이고 UF 장치 수는 68(57+11)개이다. 총 막 면적은 34만8천160㎡이며 시스템 회수율(System recovery)은 90%이다. 술라이비야 하수 처리 및 재이용 프로젝트(Sulaibiya Wastewater Treatment&Reclamation Project)는 2004년부터 가동 중이다. XIGA™ 모듈 8천704개가 사용되고 있다.

 

 

※ Ootmarsum 하수처리장은 재래식 모래여과장치(sandfilter) 인근에 추가적으로 MBR을 설치했다.

X-Flow UF 막 기술은 수평적 개념과 수직적 개념으로 응용되고 있다. 수직적 개념을 응용된 에어리프트 MBR(AIRLIFT MBR)은 MLSS(혼합액 현탁고형물)가 8~12g/L이고, 플럭스는 45.65L/㎡h이며 불연속 흐름(discontinuous flow)이다. TMP가 0.05~0.30bar로 매우 낮으며, 상대적으로 에너지 소비(~0.3㎾h/㎥)를 적게 한다.

수평적 개념을 응용한 십자흐름 MBR(Cross Flow MBR)은 MLSS가 12~30+g/L이고, 플럭스는 80~200L/㎡h이며 연속 흐름(continuous flow)이다. TMP는 1~5bar이고, 상대적으로 에너지 소비(1.5~4㎾h/㎥)를 많이 한다.

 

 

카타르의 도하노스(Doha North)는 세계 최대의 막 기반 재이용 처리시설이다. 설계 UF 용량은 1만7천920㎥/h(430MLD)이고, UF 장치 수는 44개(42+2)이다. 총 막 면적은 28만1천600㎡이며, 회수율은 90%이다.

중국 옌안(YAN’AN)의 물 분사 유정(WATER INJECTION OIL WELL)은 원수가 유정에 분사된 후 비중 분리(Gravity separation)되면, DAF(Dissolved air flotation, 용존공기부상법)로 현탁성 부유물질이 제거되고, 폭기조 처리 후 십자흐름 MBR으로 처리된다. 이곳에서 사용되는 X Flow UF 설계 용량은 1천500㎥/일이고, 총 막 표면적은 810㎡이다. CF-MBR의 UF 장치 수는 5개이고, 장치 당 6개 모듈을 갖는다. 2012년에 가동을 시작했다.

 

 커피 폐수, 에어리프트 MBR로 처리  
 

▲ 일본 에히메현의 십자흐름형 시스템(Cross Flow System). 이곳 시설은 석유화학산업계에 강인한 십자흐름 기술이 적용된 예이다. 도급업자는 TEC & Veolia이고, X-Flow UF 설계 용량은 2.4MLD이다. 시설의 목적은 석유화학 하수 처리이다. 2009년부터 가동하기 시작했다.

필리핀의 네슬(NESTLE)은 2곳의 시설에 펜테어의 X-Flow 에어리프트 기술을 적용했다. 네슬 카가얀 데 오로(Nestle Cagayan d’Oro)에서의 X-Flow UF 설계 용량은 15㎥/h이고, 총 막 표면적은 435㎡이다. UF 장치 수는 각각 5개 모듈을 갖는 3개 스키드이다. 도급업자는 Veolia Philippines이다.

 

네슬 카부야오(Nestle Cabuyao)에서의 X-Flow UF 설계 용량은 38㎥/h이고, 총 막 표면적은 1천254㎡이다. UF 장치 수는 각각 19개 모듈을 갖는 2개 스키드이다. 도급업자는 필리핀의 Matten Technologies이다.

 

중국의 위시(玉溪)에서도 공기리프트 기술이 담배산업 폐수 재이용에 적용되고 있다. 유입수가 할당조(allocation tank)에서 스크린 된다.

 

침전 후 리프트 펌프로 펌핑되어 조절조(Adjust tank)와 부상조(flotation tank)로 보내어지고, 가수분해와 산발효 후 폭기조의 MBR 시스템으로 보내어진다.

 

이곳에 적용된 X-Flow 설계 용량은 480㎥/일이고 총 막 표면적은 928㎡, 장치(AL-MBR) 수는 2개이다. 2011년부터 가동을 시작했다.

 

말레이시아의 SUPER FOOD와 DAN KAFFE는 커피 폐수를 에어리프트 MBR로 처리하고 있다.

 

Super Food Specialists에 적용된 X-Flow 설계 용량은 2.4MLD, 총 막 표면적은 3천36㎡이고 장치 수는 각각 23개 모듈을 갖는 4개 스키드이다. 도급업자는 Sigma Water Engineering이고, 2012년부터 가동을 시작했다.

 

건설 단계에 있는 Dan Kaffe에 적용될 X Flow 설계 용량은 1.2MLD이고 총 막 표면적은 1천518㎡이며 장치 수는 각각 23개 모듈을 갖는 2개 스키드이다. 도급업자는 Sigma Water Engineering이고, 2013년부터 가동될 예정이다.