WSSC 워터(WSSC Water), 브라운 앤 콜드웰(Brown and Caldwell) 및 노스웨스턴 대학교(Northwestern University) 연구팀은 수자원 회수 시설(WRRF)에서 비용 효율적이고 환경적으로 안전한 영양염 제거를 혁신하기 위한 연구를 발표했다.

물연구재단(Water Research Foundation)이 자금을 지원하는 30만 달러 규모의 연구 프로젝트인 '기존 생물학적 영양염제거(BNR) 시설에서 생물학적 인(P) 제거를 통한 탄소효율이 높은 질소의 점진적 증명(Demonstration of Progressive Carbon Efficient Nitrogen with Biological Phosphorus Removal in a Conventional BNR Facility)' 연구는 기존 인프라를 완전히 활용하면서 생물학적 영양소 제거(BNR) 시스템의 운영 비용을 낮추는 연구를 모색했다.

1970년대에 도입된 BNR 기술은 높은 에너지 수요, 외부 화학 물질에 대한 의존, 경제적 및 환경적 지속 가능성에 대한 우려로 인해 정밀 조사의 대상이 되었다. 이러한 문제를 고려할 때, 기존 BNR 시설을 운영하는 전 세계의 많은 유틸리티 기업들은 엄격한 영양염 제한을 충족하기 위한 혁신적인 대안이 절실하다.

이를 위해 메릴랜드주 몽고메리 카운티에 있는 WSSC 워터의 Seneca WRRF에 대한 전면적인 연구를 통해 유입 탄소의 관리와 동시적 질화 작용(simultaneous nitrification), 탈질소 및 무산소 탈질소가 영양소 기준을 충족하면서 에너지와 화학적 사용을 줄일 수 있음을 입증했다.

따라서 호기성 산화가 아닌 암모니아 기반의 통기 제어를 활용하여 유입 탄소 활용도를 극대화함으로써 통기 수요 및 송풍기 가동 시간을 줄이고 탈질을 위한 추가적인 탄소 구매 필요성을 줄여 탄소발자국을 낮췄다.

또한 낮은 용존 산소 조건이 생물학적 질소와 인의 결합 제거를 효과적으로 촉진하여 WRF 흐름의 4배에 달하는 대량 혼합 액체 재활용의 필요성을 줄일 수 있다는 연구 결과가 나왔다.

Seneca WRRF는 이 데모 프로세스와 이후의 본격적인 구현을 통해 영양소 제거 요구 사항을 지속적으로 충족함에 따라 연간 에너지 및 화학 비용을 약 57만5천 달러 절감할 수 있다.

WSSC 워터는 190만 명의 고객을 위해 저렴하고 지속 가능한 서비스를 유지하기 위해 다른 5개의 WRF에 혁신적인 비용 절감 전략을 적용하는 것을 고려하고 있다.

프스커 레그미(Pusker Regmi) 브라운 앤 콜드웰 수석 연구원은 "브라운 앤 콜드웰은 WSSC 워터가 고객에게 안전하고 신뢰할 수 있는 물을 제공하고 깨끗한 물을 지역 수로로 되돌리려는 변함없는 헌신을 한 것을 축하한다. 이 연구는 유틸리티 및 학계와 협력하여 환경을 보호하면서 영양 제거 관행을 개선하는 가장 효과적이고 지속 가능하며 경제적인 방법을 찾기 때문에 물 산업의 판도를 바꿀 수 있다"고 말했다.

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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

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.

“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.”

Brown and Caldwell’s Dr. Pusker Regmi, a principal research investigator 

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