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하수처리 응집제 50%↓, 인 회수 5배↑서울물연구원·중랑물재생센터 협업…하수처리 응집제 투입 방법 개선 기술 개발
전희정 기자  |  et2@ecotiger.co.kr
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승인 2021.09.23  10:24:01
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# 비료의 주원료이자 생물 성장에 필수요소인 인(P)은 희소자원으로 대부분 수입에 의존하고 있으나, 매일 버려지는 하수에서 일정 공정을 통해 추출할 수 있다. 하수에서 걸러지지 않고 강이나 바다로 배출된 인(P)은 부영양화를 일으켜 생태계를 교란하고 녹조발생의 원인이 되기도 한다. 이 때문에 하수처리 과정에서 인을 제거·회수하는 일은 경제적·환경적인 측면에서 매우 중요하다.

서울물연구원은 중랑물재생센터와 함께 하수처리장에서 인(P)을 제거하기 위해 사용하는 응집제 투입량을 최대 50%까지 줄이고, 자원으로 회수하는 인의 농도를 5배까지 높일 수 있는 기술을 개발해 특허 등록을 완료했다고 밝혔다.

특허 기술명은『하수처리장치의 응집제 분산 투입 방법』(등록번호: 제10-2289906-0000)으로, 철/알루미늄 계열 응집제를 분산 투입해 하수처리 운영비용을 절감하고 동시에 고농도 인(P)을 회수하는 기술이다.

2020년 기준 서울시 하수처리장에서 사용하는 응집제 투입량은 연간 5.6만 톤으로, 비용으로 환산하면 연간 114억에 이르고 있다.

서울시 물재생센터는 하수 내 유기물 및 질소(N)를 제거하기 위해 생물반응조(무산소조+호기조)에서 호기조의 혼합액을 무산소조로 순환시켜 정화하는데, 이 과정에서 응집제를 투입해 인(P)을 제거한다.

연구원은 하수처리 과정에서 응집제의 투입 위치와 비율 등을 자동으로 제어하여 응집제 사용량을 줄이면서 동시에 자원으로 회수하는 인의 농도를 높일 수 있는 연구를 수행했다.

   
▲ 하수처리시설에서 응집제 분산투입 및 고농도 인을 회수하는 시스템 조감도.

기존 물재생센터의 하수처리 과정에서는 생물반응조에서 호기조 후단만 응집제를 투입했으나, 혼화강도와 시간이 부족해 응집제를 과다 투입할 수 있다는 문제점이 있었다.

연구원이 고안한 ‘응집제 분산투입 자동제어 기술’은 호기조 후단뿐만 아니라 호기조 중간 및 무산소조에도 적정량의 응집제를 자동으로 분산투입 함으로써 투입량을 최대 50%까지 줄이고 인 처리효율을 향상시키는 기술이다.

생물반응조 내 하수와 응집제의 혼화강도와 시간, 생물학적 처리효율 등을 종합적으로 고려해 투입 위치와 양을 자동으로 계산한다.

기술의 효과를 증명하기 위해 파일럿 실험과 현장실험 2단계로 연구 과제를 진행했으며, 두 실험에서 모두 20~50%까지 응집제 투입량이 감소한 것을 확인했다.

응집제 투입위치를 호기조 후단에서 분산투입으로 변경한 결과, 파일럿 실험과 중랑물재생센터의 현장실험에서 모두 응집제 투여량을 기존 투입방식보다 20~50% 절감하면서, 미생물 활성화에 미치는 악영향이 최소화 된 것을 확인할 수 있었다.

이 기술을 현장에 적용할 경우, 하수처리비용 중 높은 비중을 차지하는 응집제 비용을 연간 최소 22억에서 최대 57억 원가량 절감할 수 있을 것으로 기대를 모으고 있다.

동시에 철(Fe)/알루미늄(Al) 계열 응집제의 투입 비율을 자동으로 제어해 안정적으로 총인을 처리하고, 하수찌꺼기에서 발생하는 반류수에서 기존보다 5배 높은 농도의 인 회수가 가능하도록 했다.

철 또는 알루미늄 계열 응집제를 단독으로 사용하면, 응집제와 인이 강력하게 결합해 고농도 인을 자원으로 회수하는데 어려움이 있었다.

연구원은 철계열 응집제투입 증가 시 반류수의 인 농도 증가 및 알루미늄 계열 응집제투입 증가 시 반류수의 인 농도 감소 원리를 이용하여 철/알루미늄 계열 응집제 투입량 비를 제어함으로써, 인 회수시설의 총인 농도를 기존 10~20mg/L에서 100mg/L 이상을 유지할 수 있도록 하는 기술을 제안하여, 고농도 인을 비료로 만들 수 있는 기반을 제공했다. 

위와 같이 하수 속의 인(P)을 높은 수준으로 제거하여 하천의 부영양화를 방지하고, 회수한 인은 비료로 활용하여 보다 친환경적 물순환이 가능해질 것으로 기대된다.

기술 개발을 주도한 서울물연구원의 장신요 박사는 “이번 특허는 하수처리 과정에서 응집제 사용량과 슬러지 발생량을 크게 줄이고, 동시에 인(P) 처리 및 회수까지 가능하게 한 혁신적인 기술”이라고 밝혔다.

김혜정 서울물연구원장은 “우리 연구원은 이번 기술을 포함해 하수, 찌꺼기, 악취 등 하수처리분야와 관련한 5건의 특허등록을 완료했다”며 “앞으로도 현장과의 협업을 통해 신기술을 개발, 적용할 수 있는 연구개발의 중심지가 될 수 있도록 할 것”이라고 말했다.

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