WSSC 워터(WSSC Water), 브라운 앤 콜드웰(Brown and Caldwell) 및 노스웨스턴대학교(Northwestern University) 연구팀은 수자원 회수시설(WRRF ; water resource recovery facility)에서 비용 효율적이고 환경에 안전한 영양분 제거를 혁신하기 위한 연구를 발표했다.

미국 물연구재단(The Water Research Foundation ; WRF)이 자금을 지원하는 30만 달러 규모의 연구 프로젝트인 ‘기존 BNR 시설에서 생물학적 인 제거를 통한 점진적인 탄소 효율적인 질소 시연(Demonstration of progressive carbon efficient nitrogen with biological phosphorus removal in a conventional BNR facility)’은 기존 인프라를 완전히 활용하면서 생물학적 영양소 제거(biological nutrient removal ; BNR) 시스템의 운영비용을 낮추는 방법을 연구했다.

1970년대에 도입된 BNR 기술은 높은 에너지 수요, 외부 화학물질에 대한 의존도, 경제적 및 환경적 지속 가능성 문제로 인해 정밀 조사 대상이었다.

이러한 문제를 고려할 때 기존 BNR 시설을 운영하는 전 세계의 많은 하·폐수처리장에서는 엄격한 영양소 제한을 충족하기 위한 혁신적인 대안이 절실히 필요하다.

이를 위해 메릴랜드주 몽고메리 카운티(Montgomery County)에 있는 WSSC 워터의 하루 2천600만 갤런(9만8천421㎥)을 처리하는 세네카 수자원 회수시설(Seneca WRRF)에서 대한 전면적인 연구는 영향력 있는 탄소의 관리와 동시 질소화 및 탈질화 및 사후 무독성 탈질화가 얼마나 효율적인지를 입증함으로써 이러한 필요성을 해결했다. 영양소 기준을 충족하면서 에너지와 화학적 사용을 줄일 수 있다.

따라서 암모니아 기반 폭기 제어를 활용하여 호기성 산화보다 유입 탄소 활용을 극대화함으로써 시설은 폭기 수요와 송풍기 작동 시간을 낮추어 에너지 사용을 줄이고 탈질화를 위한 추가 탄소 구매 필요성을 줄임으로써 탄소발자국(carbon footprint)을 낮췄다.

또한, 이 연구는 낮은 용존산소(DO) 조건이 결합된 생물학적 질소(N) 및 인(P) 제거를 효과적으로 촉진할 수 있으므로 일반적으로 WRRF(수자원 회수시설) 유량의 4배에 달하는 대용량 혼합액 재활용의 필요성을 줄일 수 있다는 연구 결과를 밝혀냈다.

이 시연 프로세스와 이후의 전면적인 구현을 통해 세네카 수자원 회수시설(Seneca WRRF)는 영양소 제거 요구사항을 지속적으로 충족하면서 연간 에너지 및 화학물질 비용을 약 57만5천 달러를 절감할 수 있었다.

WSSC 워터는 190만 명의 고객을 위해 저렴하고 지속가능한 서비스를 유지하기 위해 다른 5개의 WRRF에 혁신적인 비용 절감 전략을 배포하는 것을 고려하고 있다.

이 연구 결과는 하·폐수 우수성에 대한 수많은 국제적인 상과 결합되어 WSSC 워터를 과학 기반 영양소 제거 접근법(science-based nutrient removal approaches)의 최전선에 계속 위치시키고 있다.

브라운 앤 콜드웰(Brown and Caldwell)의 수석 연구원인 푸스커 레미(Pusker Regmi) 박사는 “고객에게 안전하고 신뢰할 수 있는 물을 제공하고 깨끗한 물을 지역 수로로 되돌리려는 WSSC 워터의 변함없는 노력에 축하를 드린다”고 말했다.

푸스커 레미 박사는 특히 “이번 연구는 우리가 유틸리티 및 학계와 협력하여 환경을 보호하면서 영양소 제거 관행을 향상시키는 가장 효과적이고 지속 가능하며 경제적인 방법을 찾기 때문에 물 산업의 게임 체인저(game changer)이다”라고 강조했다.

1918년에 설립된 WSSC 워터는 메릴랜드에서 가장 큰 상하수도 회사이자 미국 최대 규모이다. WSSC 워터의 서비스 지역은 프린스 조지(Prince George)와 몽고메리(Montgomery) 카운티에서 약 1천 평방마일(2천560㎢)에 걸쳐 있다.

WSSC 워터는 190만 명의 주민에게 안전하고 신뢰할 수 있는 식수를 제공하고 깨끗한 물을 처리하여 메릴랜드 수로(Maryland waterways)로 되돌려 체서피크만(Chesapeake Bay)을 보호하도록 돕고 있다.

[원문보기]

Research team completes pioneering nutrient removal study

Project from The Water Research Foundation outlines optimizations at water resource recovery facilities to lower nutrient removal costs and improve water quality

LAUREL, Md. - A team of WSSC Water, Brown and Caldwell, and Northwestern University has published research to revolutionize cost-effective, environment-safe nutrient removal at water resource recovery facilities (WRRFs). 

The $300,000 research project, Demonstration of Progressive Carbon Efficient Nitrogen with Biological Phosphorus Removal in a Conventional BNR Facility, funded by The Water Research Foundation (WRF), sought to study lowering operating costs of biological nutrient removal (BNR) systems while fully utilizing existing infrastructure.

Introduced in the 1970s, BNR techniques have been subject to scrutiny due to high energy demand, reliance on external chemicals, and economic and environmental sustainability concerns. 

Given these challenges, many utilities worldwide operating conventional BNR facilities are in dire need of innovative alternatives to meet stringent nutrient limits.

To this end, full-scale research at WSSC Water’s 26 million gallons per day Seneca WRRF in Montgomery County, Maryland, addressed this need by demonstrating how efficient management of influent carbon, coupled with simultaneous nitrification and denitrification and post-anoxic denitrification, can reduce both energy and chemical usage while still meeting nutrient standards.

Thus, by utilizing ammonia-based aeration control to maximize influent carbon utilization rather than aerobic oxidation, the facility decreased its energy use by lowering the aeration demand and blower runtimes and reduced the need to purchase additional carbon for denitrification, thus lowering its carbon footprint.

Furthermore, the research revealed that low dissolved oxygen conditions can effectively facilitate combined biological nitrogen and phosphorus removal, thereby reducing the need for high-volume mixed liquor recycling, usually as high as four times the WRRF’s flow.

Through this demonstration process and subsequent full-scale implementation, the Seneca WRRF is on track to save its annual energy and chemical costs by approximately $575,000 as it continues to meet nutrient removal requirements.

WSSC Water is considering deploying the innovative cost-saving strategies throughout its other five WRRFs to maintain affordable and sustainable service for its 1.9 million customers.

The findings of the research, combined with numerous international awards for wastewater excellence, continue to position WSSC Water at the forefront of science-based nutrient removal approaches.

Brown and Caldwell’s Dr. Pusker Regmi, a principal research investigator said : “We congratulate WSSC Water for their unwavering commitment to providing safe and reliable water to its customers and returning clean water to local waterways.” 

This study is a game changer for the water industry as we collaborate with utilities and academia to find the most effective, sustainable, and economical ways to enhance nutrient removal practices while protecting the environment.”

About WSSC Water

Established in 1918, WSSC Water is the largest water/wastewater utility in Maryland and among the largest in the nation. Our service area spans approximately 1,000 square miles in Prince George’s and Montgomery counties. 

We proudly serve 1.9 million residents with safe and reliable drinking water and help protect the Chesapeake Bay by treating and returning clean water back to Maryland waterways.

[출처=브라운 앤 콜드웰(Brown and Caldwell) 
(Research team completes pioneering nutrient removal study - Brown and Caldwell) / 2023년 6월 27일]