[영국] 웨섹스 데이터 셔본지역 폐수처리 용도 변경 프로젝트 75% 비용절감
웨섹스 워터지역(Wessex Water site)에서 수행된 폐수처리 용도 변경 프로젝트는 75%의 비용절감을 제공할 뿐만 아니라 수치상 암모니아 방전 수준이 검출 수준보다 낮은 것으로 나타났다.
■ 더 챌린지(The Challenge)
도르셋(Dorset)의 셔본(Sherborne) 마을의 인구 증가는 웨섹스 워터(Wessex Water)가 소유하고 운영하는 시골의 물 재활용 시설에 과부하를 관리하기 위한 업그레이드가 필요하다는 것을 의미했다.
당초 전력회사는 지름 2∼3m의 여과 필터를 추가로 건설할 계획이었지만, 그러한 개발은 이 지형이 제약된 현장의 발자국을 둘러싸고 문제가 되었다. 그것은 또한 주요 투자와 수개월간의 토목 공사를 필요로 했다.
■ 해결책(The Solution)
전력회사는 트롤링 필터에 대한 대체 해결책을 찾고 있었고 고율의 폐수처리 과정과 현장에서 기존의 버려진 구조물을 활용하는 방법을 찾고 있었다.
웨섹스 워터(Wessex Water)의 프로세스 설계 매니저인 앤드류 걸리포드(Andrew Gulliford)는 업계 간행물의 기사를 통해 WPL Hybrid-SAFTM의 강화된 생물학적 치료 과정을 확인하고 회사를 셔본(Sherbon) 사이트에 초대했다.
WPL의 하이브리드-SAF 정밀 엔지니어링 시스템의 주요 장점은 형태나 크기에 상관없이 어떤 용기에든 재장착하여 보다 효율적인 폐수 처리를 할 수 있다는 것이다. 프로젝트의 초기 협력 계획 단계에서, 12m 지름의 현장 슬러지 탱크의 용도 변경 가능성이 확인되었다.
모듈식 WPL Hybrid-SAF 셀로 원형 용기를 재장착하면 용기 전체를 활용할 수 있으며, 작업 흐름에서 전체 처리량의 50%에 대해 2차 생물학적 처리를 제공할 수 있다.
공정 용량을 두 배로 늘림으로써 계획된 스플링 필터에 대한 영구적인 대안이 확인되었고, 20년이라는 기간 동안 훨씬 더 저렴한 것을 볼 수 있었다.
모듈러 공정 기술 셀의 현장 외부에서 제조한다는 것은 신규 여과기에 필요한 토목 공사를 위해 12개월을 소요하는 것이 아니라 현장 프로젝트 납품 시간이 2일이라는 것을 의미했다.
■ 어떻게 작동하는지(How it works)
WPL의 하이브리드-SAF 기술은 수몰 이동형 고정필름 원자로로 구성되며 폐수를 기존의 수몰형 공기식 필터(SAF)보다 지속 가능하고 비용 효율적인 방법으로 처리할 수 있다. 특허받은 모듈형 기술은 품질 관리 환경에서 오프사이트로 제작되어 수일 내에 설치될 수 있다.
WPL은 하이브리드-SAF의 유압 설계를 최적화하고 고특정 표면 매체에서 영양소와 산소 흐름의 균일한 속도를 보장하기 위해 계산 유체 역학 모델링을 사용해 왔다.
이는 피크 및 저유량 상황에서도 유지되며, 생물학적 성장과 치료에 이상적인 조건을 제공하여 매우 효율적인 과정을 제공한다.
느리게 움직이는 미디어 베드와 유압 설계는 일반적으로 정착되는 부유 고형물이 최종 설명 단계에서 포착되는 과정을 통해 수행되도록 보장한다.
■ 어플리캐이션(Application)
프로젝트에 직접 참여하여 최종 사용자의 대면과 현장과의 만남을 통해 WPL은 클라이언트의 목표를 완전히 이해할 수 있었다.
바이오존(biozone)에 설치된 미디어의 유형에서부터 이 농촌지역(rural site)에 대한 제한된 접근의 물류까지 프로젝트의 전체 범위를 최적의 솔루션을 설계하는 데 고려할 수 있다.
웨섹스 워터(Wessex Water)는 또한 WPL과 2040년 디자인 지평을 공유했고, 이는 미래에 대비할 수 있는 솔루션을 확보했다. 이 유틸리티는 이제 셔본에서 처리량을 증가시켜 어획량 1만2,600명에서 1만5,700명으로 예상 인구 증가율을 어떻게 높일 수 있는지에 대해 더 많은 유연성을 가지고 있다.
모듈식 WPL Hybrid-SAF 셀은 6주에서 8주 이내에 제조되었고, 이틀 안에 설치되었으며, 프로세스는 3주 이내에 최적화되었다. 기존 혈관은 정확성을 보장하기 위해 3mm 지점 밀도에서 3D 레이저 스캐닝을 사용해 측정했다.
■ 결과(Results)
가동 첫해부터의 수질 데이터에 의하면, 그 발전소에서 배출되는 수량은 환경청의 허가 범위 내에 있는 것으로 나타났다. 배출물의 암모니아 농도는 10mg/l의 동의에서 검출 수준보다 낮다. 생물학적 산소요구량(BOD), 탁도(Do), 온도에 대한 변수들도 충족되었다.
파트너는 기존 인프라를 WPL Hybrid-SAF 기술로 재정비하여 계획된 프로젝트의 대안으로 75%의 자본 지출 절감 효과를 얻었다고 계산했다. 셔본에서는 원래 계획했던 트릭링 필터(trickling filters)와 비교하여 30% 더 작은 사이트 설치 공간이 필요했다.
이와 유사한 조치로 에너지 소비량이 감소했고 가변 속도 블로어(blowers)는 설계 요구사항의 50∼100%를 제공하여 전력 최적화를 위한 더 큰 여유 공간을 제공한다.
오프사이트 제조는 현장 안전보건 위험을 줄이고 품질관리를 더 쉽게 유지한다는 것을 의미했다. 설계 단계에서는 현장 및 현장 접근 시 차량 및 발전소의 높이와 폭 제한이 고려되었다.
기존 치료 시스템보다 낮은 수준의 운영자 유지보수가 필요하며, 서비스에 영향을 주거나 치료 혈관을 오프라인으로 전환하지 않고도 몇 시간 내에 개별 세포를 교체할 수 있다.
다른 지속가능성 이점으로는 탱크의 용도 변경을 들 수 있는데, 이는 기존의 공정 처리 용기를 뜯어내고 매립지에 폐기할 필요가 없다는 것을 의미한다. 지름 12m의 탱크에 라이닝하는 데 최소한의 콘크리트가 필요했다. 또한 WPL 하이브리드-SAF의 중성 부력 매체는 재활용 재료로 제조된다.
Wesex Water의 프로세스 설계 관리자인 앤드류 걸리포드(Andrew Gulliford)는 "셔본 물 재활용 시설에 대한 초기 계획 단계에서 WPL과 긴밀하게 협력하는 것은 우리가 이 제약된 현장에서의 가능성을 완전히 다시 생각해 볼 수 있다는 것을 의미했다"면서 "Wesex Water 고객들은 이 프로젝트에서 75%의 비용 절감 효과를 얻을 것이며 달성된 에너지 효율성은 지속가능성 목표를 달성하는 데 도움이 될 것이다"라고 말했다.
■ 전문가의 견해(Expert’s view)
WPL의 기술 책임자인 앤드류 베어드(Andrew Baird)는 "이 애플리케이션은 물에 잠긴 생물학적 치료를 위한 중요한 진전이다. 웨섹스 워터의 자체 데이터는 WPL 하이브리드-SAF가 셔본에서 환경 규제 기관의 방출 요건을 완전히 준수했음을 보여준다”고 말했다.
그는 이어 "우리 연구 개발팀은 기술을 뒷받침하는 유체역학 프로파일을 새로운 방식으로 구상했는데, 이는 고도로 구체적인 표면적 매체를 사용함으로써 가능해졌다. 그 결과 비용, 물리적 설치 공간 및 전기 소비량의 감소와 동시에 현장의 전체 프로세스 용량을 늘리고 환경 준수를 보장하는 등 상당한 프로세스 효율성 이점이 달성되었다"면서 "처음에는 이 프로젝트에 참여하고 웨섹스 워터와 협력하여 작업하는 것은 이 사이트에 대한 최고의 해결책이 아주 일찍 밝혀질 수 있다는 것을 의미했다"
[원문보기]
Wessex Data Shows Total Compliance At Sherborne
A wastewater treatment repurpose project carried out at a Wessex Water site not only delivered a 75% cost saving, but figures show that ammonia discharge levels are below the level of detection.
The Challenge
Population growth in the town of Sherborne in Dorset meant that the rural water recycling facility owned and operated by Wessex Water required an upgrade to manage overload.
Initially the utility was planning to construct two to three additional 30m-diameter trickling filters, but such a development posed an issue around footprint on this land-constrained site. It also required major investment and months of civil engineering works.
The Solution
The utility was looking for an alternative solution to the trickling filters and was scouting for high-rate wastewater treatment processes and ways of utilising existing abandoned structures onsite.
Andrew Gulliford, process design manager at Wessex Water, identified the WPL Hybrid-SAF™ enhanced biological treatment process via an article in an industry publication and invited the company to the Sherborne site.
A key advantage of WPL’s Hybrid-SAF precision-engineered system is that it can be retrofitted into any vessel, regardless of shape or size, to deliver more efficient wastewater processing. During the initial collaborative planning stages of the project, the repurposing potential of an abandoned 12m-diameter onsite sludge tank was identified.
Retrofitting the circular vessel with modular WPL Hybrid-SAF cells could utilise the entirety of the vessel, whilst providing secondary biological treatment for 50% of the works’ flow-to-full-treatment.
By doubling the process capacity, a permanent alternative to the planned trickling filters was identified and, looking at a 20-year horizon, one that was significantly cheaper.
Off-site manufacture of the modular process technology cells meant that the onsite project delivery time would be a couple of days, rather than a possible 12-months for the civils work required for new trickling filters.
How it works
WPL’s Hybrid-SAF technology comprises a submerged moving-bed, fixed-film reactor and can treat wastewater in a more sustainable and cost-effective way than traditional submerged aerated filters (SAFs). The patented modular technology is built off-site in a quality-controlled environment and can be installed within days.
WPL has used computational fluid dynamics modelling to optimise the hydraulic design of the Hybrid-SAF and ensure uniform velocity in flows of nutrients and oxygen over the high specific surface area media.
This is maintained even during peak and low flow situations, providing ideal conditions for biological growth and treatment, delivering a highly efficient process.
The slow-moving media bed and hydraulic design ensure that the suspended solids that normally settle out are carried up and through the process to be captured in the final clarification stage.
Application
Getting-in-early on the project and meeting the end-user face-to-face and onsite meant WPL was able to fully understand the objectives of the client.
The full scope of the project, including everything from the type of media installed in the biozone to the logistics of restricted access to this rural site, could be considered in designing the optimum solution.
Wessex Water also shared the 2040 design horizon with WPL, which ensured a solution that was futureproofed. The utility now has more flexibility in how throughput can be increased at Sherborne for anticipated population growth from 12,600 to 15,700 in the catchment.
The modular WPL Hybrid-SAF cells were manufactured within six to eight weeks, installed in two days and the process optimised within three weeks. The existing vessel was measured using 3D laser scanning at a point density of 3mm to ensure accuracy.
Results
Water quality data from the first year of operation shows that discharge from the plant is well within the Environment Agency’s permit. Ammonia levels in the discharge effluent are below the level of detection on a consent of 10mg/l. Parameters on biological oxygen demand, turbidity and temperature have also been met.
The partners have calculated that a cost-saving of 75% in capital expenditure has been achieved by retrofitting this existing infrastructure with WPL Hybrid-SAF technology as an alternative to the planned project. A 30% smaller site footprint was required at Sherborne in comparison with trickling filters originally planned.
Energy consumption was reduced by a similar measure and variable speed blowers are delivering 50-100% of design requirements, allowing greater headroom for power optimisation.
Offsite manufacture meant onsite health and safety risk was reduced and quality control easier to maintain. Height and width restrictions for vehicles and plant both onsite and in accessing the site were considered at the design stage.
Lower levels of operator maintenance are required than with traditional treatment systems and individual cells can be replaced in a few hours without impacting on service or taking treatment vessels offline.
Other sustainability benefits include the repurposing of the tank, which meant there was no need to rip out the existing process treatment vessel and dispose to landfill. A minimal amount of concrete was required in lining the repurposed 12m-diameter tank. In addition, the WPL Hybrid-SAF’s neutrally buoyant media is manufactured from recycled materials.
Andrew Gulliford, process design manager at Wessex Water said, “Working closely with WPL at the earliest stages of planning for Sherborne water recycling facility meant that together we could completely reimagine the possibilities at this constrained site. Wessex Water customers will benefit from the 75% cost saving on this project and the energy efficiencies achieved will help deliver our sustainability targets”
Expert’s view
WPL’s technical director Andrew Baird says, “This application is a significant step forward for submerged biological treatment. Wessex Water’s own data shows that the WPL Hybrid-SAF has fully complied with the environmental regulator’s discharge requirements at Sherborne.
“Our research and development team has conceived the hydrodynamic profile underpinning the technology in a new way, which has been made possible by the use of a high specific surface area media. The result is that significant process efficiency advantages have been achieved, including reductions in cost, physical footprint and electricity consumption, all whilst increasing the overall process capacity of the site and ensuring environmental compliance.
“Being involved in the project at the start and working collaboratively with Wessex Water meant the best solution for the site could be identified very early on”
[출처=워터온라인(https://www.wateronline.com/doc/wessex-data-shows-total-compliance-sherborne-0001) / 2019년 11월 4일]