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[우수기술] KSMBR 하수고도처리기술
2007년 12월 05일 (수) 00:00:00 편집국 waterjournal@hanmail.net


‘KSMBR  하수고도처리기술’ 환경기술 대통령상 수상

쌍용건설(주)·(주)KMS·한국수자원공사 수자원연구원 공동개발
분리막 통해 처리효율 높여…국내외 107개소 설칟973억원 매출

쌍용건설(주), (주)KMS, 한국수자원공사 수자원연구원이 공동으로 개발한  ‘KSMBR  하수 고도처리 기술’이 지난달 16일 서울올림픽파크텔에서 열린 ‘제8회 환경기술상’ 시상식에서 대상인 대통령상을 수상했다.

   
▲ 쌍용건설(주), (주)KMS, 한국수자원공사 수자원연구원이 공동으로 개발한 ‘KSMBR 하수 고도처리 기술’이 지난달 16일 서울올림픽파크텔에서 열린 ‘제8회 환경기술상’ 시상식에서 대상인 대통령상을 수상했다. 쌍용건설 기술연구소 서완석 부장이 이규용 환경부장관에게 대통령상을 수상한 ‘KSMBR 하수 고도처리 기술’에 대해 설명을 하고 있다.
비포기-포기-비포기와 비포기로 운전되는 병렬형 교대반응조와 폴리올레핀계 침지식 중공사 정밀여과막을 이용한 하수 고도처리 기술인 KSMBR 공법은 분리막을 통해 수처리 효율을 높인 것으로 지난해부터 실용화하여 전국 하·폐수처리장과 골프장, 금강산은 물론 중국 내몽고 자치구, 러시아 등 국내외 500여 개소에 현장적용 될 만큼 높은 처리효율과 경제성을 인정받은 기술이다.

   
▲ ‘KSMBR 하수 고도처리 기술’ 공동개발자들. 왼쪽부터 장문석 (주)KMS 사장, 서인석 한국수자원공사 수자원연구원 박사, 서완석 쌍용건설 기술연구소 부장.
또한 중동, 베트남, 중국 등에서 공사계약을 위한 협상 등 활발한 해외진출 활동을 벌이고 있다.

삼분할포기법과 정밀여과막 결합

■ 개발 배경 하·폐수 처리에 있어서 차세대 핵심기술인 분리막(Membrane)의 도입은 수처리 효율증대와 안정성의 확보 측면에서 진일보한 방법으로서, 시설 및 운전의 경제성 확보를 통해 그 필요성이 대두되고 있는 기술이다. 

   
▲ 지난달 16일 서울오림픽파크텔에서 열린 ‘제8회 환경기술상’ 시상식에서 대상인 대통령상을 수상한 쌍용건설(주), (주)KMS, 한국수자원공사 수자원연구원의 임직원들이 시상식 후 이규용 장관과 함께 기념촬영을 하고 있다.
국내 하수처리장 방류수 수질기준의 대폭 강화, 오염총량 규제 확대 적용, 물순환 이용의 수요 증대에 따라 개별 처리장의 대책이 시급한 상황에서, 신규 적용되고 있는 대부분의 고도처리 공정들도 순수한 생물학적 처리만으로는 안정적인 질소(N)·인(P) 및 대장균의 처리에 부담을 가지고 있어, 고도처리 공법 적용 후에도 통상적으로 여과, 소독설비 등의 후처리 추가시설이 결합되고 있으며, 이는 건설 및 유지관리 등의 경제적 부담으로 작용하고 있다.

   
▲ [그림 1] KSMBR 공법 모식도
MBR(Membrane Bio-reactor) 공정은 일반 활성슬러지 공정에 비해 고형물을 완벽하게 제거가 가능하고, 반응조의 미생물 농도를 고농도로 유지하여 반응조의 용량 감소를 가져오며, 잉여슬러지 발생량을 줄일 수 있는 장점이 있다.

   
▲ [그림 2]삼분할포기조의 운영방법(Time Sequence)
침전조 및 농축조의 부피 또한 감소시킬 수 있으며, 대장균을 효과적으로 처리하여 후속되는 여과공정 및 소독공정이 필요치 않다. 그러나 대부분 상용화된 MBR 공정은 전 탈질(pre-denitrification) 형태의 하수 고도처리 공정(BNR)과 결합하고 있어 높은 슬러지 반송율(4∼6Q)로 인하여 운영비 증가 및 처리효율의 저하를 유발하는 문제점을 지니고 있다.

   
▲ [그림 3] 기존 간헐포기법과 삼분할포기의 비교
따라서 ‘KSMBR 하수 고도처리 기술’에서는 이러한 문제점을 해결하기 위해 삼분할포기 기술과 중공사 정밀여과막 기술을 결합하여 공정을 구성, 슬러지 반송량을 1Q 이하에서 운영될 수 있도록 했다.

   
KSMBR 공법은 쌍용건설(주), (주)KMS, 한국수자원공사 수자원연구원이 공동으로 개발한 기술로, 이 기술의 핵심기술인 멤브레인(분리막) 기술과 하수 고도처리 공법기술을 모두 국산화했으며, 한국신기술(2001-031호), 환경신기술(지정 142호, 검증 84) 및 특허(제 10-0566321호) 취득으로 우수성을 입증한 기술이다.

유기물 활용성·탈질 효율 극대화

 ■ KSMBR 특징 ‘KSMBR 고도 하수처리 기술’은 기존 간헐포기를 개선한 삼분할 포기기술의 생물학적 고도처리 공법에 순수 국내기술로 개발된 폴리올레핀계 중공사 정밀여과막을 침지 결합시킨 MBR(Membrane Bio-Reactor) 공정으로서, 이 기술의 생물학적 고도처리는 메카니즘(Mechanism)의 최적 활용을 위해 병렬형 반응조의 교대 유입과 삼분할포기 도입으로 유입 유기원의 손실을 방지하고, 잔류 용존산소(DO)에 의한 탈질 및 인(P) 방출의 저해요소를 개선함으로써, 별도의 내부반송 없이 슬러지 반송만으로 안정적인 질소·인을 제거할 수 있다. 또한 반응조도 컴팩트하게 구성했다.

   
▲ [그림 4] KSMBR 공법의 공정구성도
KSMBR 공법은 혐기조, 삼분할 포기기술을 적용한 2개의 삼분할포기조, 침지식 막분리 호기조 및 용존산소 저감조로 구성된 하수 고도처리 기술이다. 유입수는 혐기조로 유입시켜 유입수내 쉽게 분해가능한 유기물을 탈질 및 인 방출에 이용하도록 했다.

   
▲ [그림 5] 카트리지형 모듈프레임
또 병렬로 배치된 2개의 삼분할포기조는 유입 분배장치를 통해 60분 간격으로 삼분할포기 1조와 2조로 각각 교대 유입되며, 슬러지가 유입되는 60분 동안 비포기로 운영되고, 슬러지가 유입되지 않는 60분은 비포기(Nonaeration, N1)-포기(Aeration, A)-비포기(Nonaeration, N2)로 삼분할하여 운영하는 삼분할포기법을 적용했다.

침지식 막분리 호기조는 전단에서 미 산화된 유기물 및 암모니아성 질소(NH4+-N)을 산화시킨다. 국내최초로 개발한 폴리올레핀계 중공사 정밀여과막을 호기조에 침지하여 20LMH(L/㎡/hr)로 처리수를 배출시키며 멤브레인은 7분 여과, 3분 정지방식으로 운영된다.

막분리 호기조에서 유입수 대비 1Q로 반송된 슬러지에는 과도한 용존산소로 인해 혐기조에서 탈질 및 인 방출 저하현상을 막기 위해 용존산소 저감조를 설치하여 반송슬러지 내 용존산소를 완벽하게 저감시켜 혐기조로 슬러지를 이송했다. KSMBR 공법의 모식도 및 운영방법은 [그림 1]과 같다.

기존 간헐포기 기술은 한 반응조에서 비포기(Nonaeration and Feeding, NF)-포기(Aeration, A)로 운영하기 때문에 비포기 구간에는 탈질반응이 주 반응이며, 포기구간에는 질산화가 일어난다.

   
▲ KSMBR 공법이 적용된 대구 달성산업단지 폐수종말처리장(2만5천 톤/일) 조감도.
따라서 별도의 슬러지 반송 없이 한 반응조에서 질산화-탈질이 일어나므로 슬러지 반송량을 줄일 수 있으며, 운영관리가 용이하여 기존 하수처리장 개선 및 신규 처리시설에 널리 이용되는 공법이다.

그러나 포기시간에 용존산소의 공급으로 비포기 종료직전 공급되는 유기물의 손실이 발생하고 비포기로 전환된 후 10∼20분 동안 용존산소가 존재하여 무산소 상태에 도달하지 못하므로 탈질율이 저하되는 문제점이 있다. 이러한 기존 간헐포기의 단점을 완벽하게 보완하기 위하여 삼분할포기법을 개발했다.

삼분할포기는 기존의 간헐포기와 같이 비포기(NF) 상태에는 혐기조의 슬러지를 이송시키고 공기를 공급하지 않은 상태에서 운영하나, 후속되는 포기(A)는 슬러지 유입 없이 비포기(N1)-포기(A)-비포기(N2)로 공기 공급 방식을 설정하여 운영하는 기술이다. 유입하수는 혐기조로 유입시키며 탈질 및 인 방출 반응을 하고 남은 유기물은 삼분할포기조로 슬러지와 유입된다.

   
▲ KSMBR 공법이 적용된 옥천 하수종말처리장(1만8천 톤/일)
슬러지가 유입되지 않는 비포기 구간(N1)에는 반응조에 남아있는 NO3--N을 탈질시키는 반응이 주로 이루어지며, 유입수 주입이 중단 된 후 첫 비포기(N1)에는 전단에 주입된 유입수의 유기물을 이용하여 탈질반응을 한다.

다음의 포기(A) 구간에는 질산화를, 다음 비포기(N2)는 전단에 공급된 용존산소를 저감시켜 다음 cycle이 시작되어 유입수가 들어오면 용존산소의 영향 없이 즉시 무산소 조건을 형성하여 탈질반응이 이루어 질 수 있도록 했다. 따라서 삼분할포기법을 적용하여 유기물의 활용성을 극대화시키고 탈질 효율을 높여 슬러지 반송량을 크게 줄였다.

침지식 중공사 정밀여과막(Submerged Hollow Fiber Membrane)은 전량 수입에 의존하던 수처리용 중공사막을 순수 국내기술로 개발, 제작하여 이 기술에 반영했으며, 수(水) 투과율, 막(膜) 오염도, 내구 연한, 유지관리의 용이성 등 성능면에서 수입산 막에 비해 우수할 뿐 아니라, 생산과정에서도 제조비용이 저렴하고, 화학약품 등의 사용으로 인한 환경오염을 유발하지 않는 친환경적 제품으로 차별화된 경쟁력을 확보했다.

중국·러시아·중동 등 해외서도 인정

■ 적용실적  이 기술에 반영된 분리막은 그 우수성을 인정받아, 중국 및 러시아에 수출실적을 가지고 있으며, 중동, 베트남, 중국 등에서 공사계약을 위한 협상 등 활발한 해외진출 활동을 벌이고 있다.

또한 KSMBR 공법은 지난해부터 실용화하여 하수종말처리시설, 폐수종말처리시설, 마을하수도시설 등 현재까지 107개소 973억 원의 매출실적으로 놀라운 성과를 올리고 있다.

상수원 유역 하수처리 활용 기대

■ 기대효과  KSMBR 공법은 수영용수 수준(BOD 3 mg/L 이하, SS 25 mg/L 이하, 대장균 1000 MPN/100mL 이하)으로 처리가 가능하며, 댐 상류 및 상수원에 유입되는 하수를 효과적으로 처리할 수 있을 뿐만 아니라 통합 운영관리가 용이한 처리기술로서 향후 상수원 유역의 하수처리에 활용이 기대된다.

   
▲ (주)KMS에서의 중공사 정밀여과막 제조 장면.
또한, 향후 국가적 물 정책의 대제인 방류수질 강화, 오염총량 규제, 물 재이용 수요증대에 적극적으로 대응하고, 도심 자연생태 복원을 위한 하수처리의 소단위 지역화로의 정책전환에 적합한 하수처리 기술이 될 것으로 기대된다.    <문의= 02-554-3925>

 

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