신기술

K-water, 슬러지 발생량 저감 인라인 고속혼화장치 개발

중기부 주관 중소기업 상생발전 위한 성과공유제 성과…㈜웅신이앤티와 협력
수지정수장 현장시범 결과 슬러지발생량 2%·고분자응집제 사용량 40% 이상 저감  

해양투기 배출 전면금지로 슬러지 발생량 저감

   

한국수자원공사(K-water) 경기동남권지사 수지정수장은 중소벤처기업부 주관 중소기업 상생발전을 위한 성과공유제 일환으로 ㈜웅신이앤티와 협력해 인라인 고속혼화장치를 활용하여 정수장 슬러지 발생량 저감을 위한 슬러지 탈수효율 향상 기술을 개발했다고 밝혔다.

2017년 기준 우리나라는 전국 161개 지방상수도사업자(특·광역시 7, 특별자치시 1, 특별자치도 1, 시 75, 군 77) 및 1개 광역상수도사업자가 전체 인구의 99.1%인 약 5천246만8천 명에게 상수도 서비스를 공급하고 있다. 정수시설은 총 483개로 정수장 시설용량이 2천753만5천㎥/일이고, 가동률은 77.3%로 나타났다.

483개 정수시설에서 발생하는 슬러지는 주로 매립 처리하며, 이 외에 복토재, 기층재, 시멘트 원료 등으로 재활용되고 있으나 슬러지 발생량을 저감하기 위한 기술개발이 지속적으로 실행되어 왔다.

2012년부터는 ‘런던협약 1996년 의정서’에 의거, 해양투기에 의한 배출이 전면 금지되었다. 이에 지방자치단체는 자원 재활용을 위한 공공처리시설을 건설·운영하고자 하고 있으나 지역주민의 반대 등으로 차질을 빚고 있는 상황이다. 이에 정수장 슬러지 발생 절대량을 줄이기 위한 노력이 많이 시행되어 왔다.

 

기존 약품혼화방식, 슬러지 함수율 저감 한계

 

정수장 슬러지 처리공정은 하수처리장과는 달리 물리화학적 처리공정을 적용하고 있으며, 대표적인 처리공정은 [그림 1]과 같다.

 

 슬러지 처리공정 중 슬러지 함수율을 저감하기 위해서는 전처리공정으로서 충분한 농축 후에 고농도의 슬러지에 고분자응집제를 주입해 슬러지와 물을 분리하는 탈수공정이 가장 중요하다. 탈수방법으로 기계식 처리방법인 벨트 프레스(Belt press), 원심(Centrifugal), 필터 프레스(Filter press), 스크류 프레스(Screw press) 등이 주로 이용되고 있다. 

약품혼화방식에는 응집교반조에 고분자응집제를 주입하여 약품과 슬러지를 급속 혼화해 플록(floc)을 생성시켜 탈수공정에 의해 고액분리시키는 방식인 응집교반조 방식이 사용되어 왔다. 하지만 이러한 약품혼화방식은 약품이 과다 주입되거나 탈수공정에서 고액분리가 제대로 되지 않아 함수율 저감에 한계가 있었다.

인라인 약품혼화방식으로 함수율 저감효과 개선

 

이번 슬러지 탈수효율 향상을 위해 개발한 인라인 고속혼화장치는 기존 약품 과다 주입에 의한 응집교반조 방식이 아닌 정수시설에서 사용 중인 인라인 약품혼화방식을 적용했다. 인라인 약품혼화방식을 적용한 결과, 탈수공정으로 유입하는 슬러지 배관에 고분자응집제를 주입하여 짧은 시간 내에 급속혼화시킴으로써 소량의 고분자응집제 주입에도 우수한 플록형성을 보였다. 또한 탈수기에서의 탈수슬러지 함수율 저감효과도 매우 높은 것으로 나타났다.

인라인 고속혼화장치를 활용한 방식은 약품분사용 슬릿(Slit)이 장착된 교반기를 슬러지 공급배관에 인라인 형태로 설치하여 고속(1천∼1천750rpm)으로 혼화함으로써 순간적으로 강한 난류를 형성시켜 짧은 시간동안 고분자응집제와 슬러지의 균일혼화를 가능케 한다. 따라서 기존 응집교반조 방식에 비해 적은 양의 고분자응집제 주입으로도 더욱 더 단단한 플록을 형성해 탈수성을 개선함으로써 단위시간 당 슬러지처리량 증가와 고분자응집제 사용량 및 슬러지 함수율 저감 효과가 있다.

또한 탈수설비 유지관리비(고분자응집제 과다 사용에 따른 여과포 막힘) 저감, 업무 부하(고분자응집제량 조절 및 고분자응집제 조제의 빈도) 감소, 탈수기 세척 수량 감소, 배출수 처리시설의 방류수 수질 개선 등의 부가적인 효과도 기대된다.

 

광역정수장에 도입시 연 6억3천만원 절감 효과

 

K-water 경기동남권지사는 중소기업 기술개발 관련 성과공유제 추진 일환으로 ㈜웅신이앤티와 공동으로 수지정수장(시설용량 91만6천㎥/일)에 현장시범을 보인 결과, 기존대비 슬러지 함수율 저감 3% 이상, 고분자응집제 사용량 저감 40% 이상, 시간당 슬러지처리량 15% 증가 등의 개선 효과를 보였다.

이러한 신기술을 K-water가 운영하는 광역정수장에 확대 도입 시 연간 6억2천900만 원, 10년 효과 50억9천만 원의 운영비 절감은 물론 강화된 방류수 수질 기준 준수에 따른 운영상의 어려움이 매우 줄어들 것으로 예상되며 우리나라 광역 및 지방 정수장과 하수처리장, 그리고 폐수처리시설에 확대 적용 시 그 개선 효과가 매우 크게 나타날 것으로 보인다.

이 밖에도 슬러지 감량화(함수율 저감)에 따른 바이오가스 발생량이 증가하여 저탄소 녹색성장의 신재생에너지 이용률 증가에 크게 기여하여 지구온난화 방지는 물론 미세먼지 저감 및 악취 감소 등 전 지구적 환경 개선에도 도움이 될 것으로 판단된다.

 

100% 국내 기술로 제작해 비용 부담 낮춰

 

올해 K-water와 중소기업 간에 개발된 탈수효율 향상을 위한 인라인 고속혼화 장치 신기술은 전 세계적으로 국내업체와 외산(독일) 업체 2곳만이 가지고 있는 기술이다. 외산은 100% 수입에 의존하고 가격이 높아 투자비회수기간(ROI)이 매우 길고, 2년에 한 번 정도 발생하는 소모품 교체비용 또한 높아 수입에 따른 오랜 대응 기간으로 도입하는 데 어려움이 있었다.

그러나 100% 국내 기술로 제작된 인라인 고속혼화장치는 외산과 비교하여 동일 또는 더욱 개선된 효과를 나타내면서도 가격이 60% 수준으로 낮아 투자비 회수기간이 짧다. 소모품 교체 비용 또한 외산의 60% 수준이고 100% 국내 제작으로 대응이 빨라 도입에 대한 부담을 낮출 수 있을 것으로 예상된다.

한편 이러한 기술개발은 중소벤처기업부 산하 대·중소기업·농어업협력재단으로부터 중소기업 기술개발 촉진의 성과공유제 사업으로 추진했으며, 지난 8월 말 대·중소기업·농어업협력재단으로부터 성과공유제 성공과제로 인정받았다.

 

[『워터저널』 2019년 10월호에 게재］