[우수사례] 응집보조제 적용 통한 탈수약품 주입률·탈수케이크 함수율 절감 사례
㈜탄천환경 탄천물재생센터
우수사례
“㈜탄천환경, 탈수약품 응집보조제 ‘폴리테츠HS’ 적용
탈수약품 주입률 10%·탈수케이크 함수율 1.0% 감소”
‘폴리테츠S’ 주요성분 고농도로 한 ‘폴리테츠HS’, 염소이온 적어 부식 방지 효과
경제성 검토 결과 연간 1억1천500만원 절감기대
응집보조제 적용 통한 탈수약품 주입률·탈수케이크 함수율 절감 사례
| ㈜탄천환경 탄천물재생센터
㈜탄천환경(www.tancheon.com·대표 오세영)은 지난 2015년 3월 ㈜폴리테츠코리아와 양해각서(MOU)를 체결하여 ‘탈수약품 응집보조제 개발 연구’의 일환으로 기존 ‘폴리테츠S’의 주요 성분을 고농도로 한 ‘폴리테츠HS’를 현장 테스트하여 탈수약품 주입률 저감 및 처리효율 향상의 효과를 거둔 연구결과를 최근 발표했다. 그 내용을 게재한다.
1. 추진배경
탄천물재생센터의 탈수약품 주입률은 서울시 4개의 물재생센터 중에서 가장 높으며 탈수케이크 함수율도 매년 증가하여 함수율 저감을 통해 슬러지 처리비용 증가 문제에 대한 대책 마련이 필요한 상황이다. 이러한 문제점을 해소하고자 ㈜탄천환경은 지난 2015년 3월 ㈜폴리테츠코리아와 양해각서(MOU)를 체결, ‘탈수약품 응집보조제 개발 연구’의 일환으로 기존 ‘폴리테츠S’의 주요 성분을 고농도로 한 ‘폴리테츠HS’를 현장 테스트하여 탈수약품 주입률 저감 및 처리효율 향상의 효과를 얻었다.
2. 주요 내용
■ 문제점 탄천물재생센터의 탈수약품 주입률은 올해 5월 기준 1.35%로 전년 동월 기준 1.10%보다 증가했다. 이는 서울시 4개 물재생센터 중에서 가장 높은 수준으로, 그 뒤로 서남물재생센터 0.85%, 중랑물재생센터 0.84%, 난지물재생센터 0.61% 순이다. 또한 2014년부터 2016년까지 3년간 탈수케이크의 함수율은 77.2%에서 77.4%, 77.6%로 증가하여 탈수공정 운영을 지속적으로 개선해 왔으나, 함수율 저감을 통해 슬러지 처리비용 증가 문제에 대한 대책 마련이 필요한 상황이다.
아울러 반류수 처리시설은 다양한 반류수가 유입되어 처리에 어려움이 있으며, 그 중 탈수기 탈리액의 총인(T-P) 농도가 가장 높아 사전 저감을 통한 후속공정(반류수처리시설)의 유입 T-P 부하 저감이 필요하다.
■ 실험실 테스트(Lab-test) 및 현장 테스트 추진 이러한 문제를 해결하고자 기존 탈수약품에 탈수약품 응집보조제를 투입하는 연구가 진행되었다. 동절기에 철계 약품인 폴리테츠S를 응집보조제로 탈수기에 투입한 결과, 함수율 저감 및 탈리액 총인(T-P) 저감 등의 효과를 얻었으나 높은 탈수약품 주입률 문제는 해소되지 않았다.
이를 위해 추진한 ‘탈수약품 응집보조제 개발 연구’의 일환으로 동절기에 투입 중인 ‘폴리테츠S’보다 고농도인 ‘폴리테츠HS’ 약품을 선정, 지난 2016년 8월부터 실험실 테스트(Lab-test)와 현장 테스트를 실시했다.
■ 이론적 고찰 ㈜탄천환경이 탈수효율 향상을 위해 추진한 탈수약품 응집보조제의 메커니즘은 다음과 같이 설명할 수 있다. 일반적으로 현탁입자의 하전중화 및 플록의 가교를 위해 탈수약품으로 고분자 폴리머를 투입하여 일액탈수한다. 이때 탈수약품의 투입량을 적정량 이상 증가시키면 점성이 높아져 탈수성이 오히려 저하된다.
철계 약품을 응집보조제로 첨가해 하전중화한 후 탈수약품을 주입하는 이액탈수법의 경우 위의 일액탈수법에 비해 탈수약품의 주입량을 감소시키고 큰 플록을 형성할 수 있다([그림 2], [그림 3] 참조).
또한 응집보조제의 3가철(Fe3+)이 인산이온(PO43-)과 결합하면 탈수기 탈리액의 총인(T-P)이 감소하므로, 탈수기에서 총인(T-P) 부하를 저감하여 후속공정(반류수처리시설)에서 총인약품 사용량을 감소시킬 수 있다.
고가의 설비인 원심탈수기는 설비와 배관이 부식에 강한 재질로 되어있으나, 탈수기 투입슬러지 및 약품 내 염소이온(Cl-)이 다량으로 존재할 경우 설비가 부식될 위험이 높다. 일반적으로 폐황산을 사용하여 제조되는 산화철 철계 응집제와는 달리 ‘폴리테츠HS’는 염소이온이 거의 존재하지 않아 부식 억제에 효과가 있을 것으로 기대된다.
■ 현장 테스트 결과 탄천물재생센터는 총 11대의 원심탈수기(원심유압식 5대·원심기계식 6대)가 있으며 ‘폴리테츠HS’(응집보조제)의 효과를 검토하기 위해 정량펌프를 사용하여 탈수기 1대를 대상으로 주입률별 탈수효과를 분석했다.
세 차례의 현장 테스트에서 탈수약품을 10∼30% 줄이고 ‘폴리테츠HS’ 주입률을 1천∼5천㎎/L로 하여 테스트한 결과, 탈수약품이 10% 줄었으며 ‘폴리테츠HS’를 5천㎎/L 투입했을 때 함수율이 1.0%, 탈리액 총인(T-P)이 75∼90% 줄어드는 효과가 나타났다([표 1] 참조).
또한 함수율 1.0% 저감에 따라 탈수케이크 매립비용이 감소하여 연간 약 5억8천900만 원을 절감할 수 있으며, 탈수기 탈리액의 총인(T-P) 저감으로 후속공정인 반류수처리시설(상압부상농축조)의 총인(T-P) 약품 사용 비용이 연간 약 1억8천만 원 절감될 것으로 기대된다.
결과적으로 ‘폴리테츠HS’ 투입 비용과 탈수약품 비용, 매립비용, 반류수처리시설 총인(T-P) 약품비용을 모두 고려하면 ‘폴리테츠HS’ 투입으로 연간 약 1억1천500만 원을 절감할 수 있다([표 2], [표 3] 참조).
■ 탈수케이크 발생량 증가 검토 ‘폴리테츠HS’ 투입이 탈수케이크 발생량에 영향을 미치는지 검토하고자 했으나 탈수기 1대를 대상으로 한 현장 테스트로는 이를 분석하는 데 어려움이 있어 기존에 탈수기에 투입(12∼4월) 중인 ‘폴리테츠S’의 투입기간과 미투입기간의 유출DS/투입DS 값을 분석했다.
그 결과 기존 폴리테츠S를 1천400㎎/L로 투입할 때의 유출DS/투입DS 값이 0.94로 ‘폴리테츠S’ 미투입기간의 0.97보다 3.1% 낮은 것으로 나타났다. 이로써 ‘폴리테츠S’의 탈수기 투입이 탈수케이크 발생량에 크게 영향이 없는 것으로 판단된다([표 4] 참조).
3. 결론 및 향후계획
탈수기 1대를 대상으로 ‘폴리테츠HS’를 현장 테스트한 결과, ‘폴리테츠HS’ 5천㎎/L 투입 시 탈수약품 10%, 함수율 1.0%, 탈리액 총인(T-P)이 75∼90% 줄어들었으며, 부가적으로 스트루바이트 억제, 악취 저감, 반류수처리시설의 부하저감 등의 효과가 기대된다. 이를 바탕으로 ‘폴리테츠HS’ 투입에 따른 경제성을 검토한 결과 연간 약 1억1천500만 원을 절감할 수 있는 것으로 분석되었다.
기존의 응집보조제인 ‘폴리테츠S’는 당초 동절기인 12월부터 4월까지 5개월간 투입했으나 탈리액 T-P 저감을 위해 올해 7월 말부터 재투입했다. 9월 말까지 지속적으로 투입하여 얻은 비(非)동절기 투입효과를 향후 분석할 계획이다. 또 탈수기 노후화에 따라 연차별 탈수기 교체계획을 수립할 예정이며, 탈수약품 주입률 및 슬러지 처리비용을 절감하기 위해 ‘폴리테츠HS’의 투입 검토가 요구된다.
[『워터저널』 2017년 11월호에 게재]