하향류식 슬러지 블랭킷 여과(Downflow Sludge Blanket Filtration, DSBF) 기술
GS건설은 2006년 용인시 처인구에 국내건설사 중 최대 규모의 기술연구소를 건립하여 미래 건설 기술의 Leading company를 지향하고 있다. 특히 향후 신사업 핵심으로 자리 잡을 환경 에너지 분야 R&D 역량 구축을 위한 고성능 분석 및 실험 장비를 구비하여 이를 활용한 활발한 연구 개발이 진행되고 있다.
GS건설 기술연구소의 환경 분야 R&D 활동을 통해 도출된 수처리 단위 공정 기술로 현대의 하수처리 공정이 추구하고 있는 고도의 처리 성능, 부지 집약성 및 경제성을 동시에 만족 시킬 수 있는 하향류식 슬러지 블랭킷 여과(Downflow Sludge Blanket Filtration, DSBF) 기술을 소개하겠다.
현재 하수처리시설은 표준 활성슬러지 공법이나 그 변법을 이용한 부유 성장식 생물학적 처리공정이 대부분이며 이러한 시설에서 활성슬러지 혼합액의 고액분리를 위해 오랜 기간 적용되어 온 중력식 침전조는 처리수의 방류라는 측면과 함께 생물반응조 미생물 농도를 일정하게 유지시키는 역할을 수행하므로 그 중요성이 매우 높다고 할 수 있다.
최근 국내 하수처리장들은 질소, 인과 같은 영양물질 제거를 위한 공정 전환으로 생물반응조 미생물 체류시간(Sludge Retention Time)이 길어지면서 침전이 잘 되지 않아 방류수질이 악화되거나 슬러지의 농축성이 떨어져 슬러지 처리비용 증가 등의 문제를 낳고 있다. 실제로 기존 하수처리시설의 경우, 슬러지 및 유입수의 상태, 계절 변화에 따라 침전효율이 크게 영향을 받으며, 특히 슬러지 벌킹(Bulking)이나 탈질(Nitrification)반응에 의한 슬러지 부상 등으로 유출수의 수질이 크게 악화되는 사례가 빈번하게 보고되고 있다.
또한 중력식 침전을 통해 안정적인 고액분리효율을 얻기 위해서는 충분한 침전시간이 확보되어야 하므로 새로운 부지소요가 필요한 하수처리장 증설 및 신규 처리장 사업의 경우 중력 침전식 적용은 부지 집약적 하수처리공정 선정에 장애가 될 것이다. GS건설에서는 이러한 문제점들을 보다 획기적으로 개선하고자 부지집약적 고액분리 기술개발에 착수하였으며, 그 결과 부상 농축 슬러지 층을 통해 활성슬러지 등의 생물학적 고형물을 유입시켜 안정적으로 고액분리 할 수 있는 하향류식 슬러지 블랭킷 여과(DSBF) 기술을 개발하게 되었다. 이 기술은 슬러지의 침강성과 관계없이 고도의 처리수질 확보, 중력침전 공정과 비교하여 높은 부지 절감효과 및 슬러지의 농축성 증가로 슬러지 처리비용 감소 등의 많은 장점을 갖고 있다.
가압방식에 의하여 발생되는 미세 기포에 의해 생물학적 고형물이 부상하는 과정, 부상된 슬러지가 일정 두께의 슬러지 층(Sludge blanket)을 형성하는 과정, 형성된 슬러지 층으로 생물학적 고형물을 하향류식으로 유입시켜 고액 분리하는 과정 및 고액 분리된 슬러지는 상부에서 배출하고 처리수는 하부로 유출되는 과정으로 이루어져 있다.
기존 기술 중 가압부상(Dissolved Air Flotation, DAF)은 정수처리 및 잉여슬러지 농축에 일부 적용되고 있으나 DSBF는 DAF의 양호한 농축성과 슬러지 블랭킷 여과기술을 접목시켜 슬러지 고액분리 기술을 탄생시켰다. 동일한 기고비(kg gas/kg solid)의 조건에서 DSBF와 DAF의 수질 처리능력을 비교한 결과 DSBF의 처리능력이 훨씬 우수한 것을 확인할 수 있었다고 전했다. 이와 같이 오랜 기간 Pilto Test 및 전문가의 평가를 거쳐 그 기술의 우수성을 인정받아 국내외 특허 및 환경신기술 인증을 획득하였다.
- 2009. 3. 환경신기술 인증 (환경기술진흥원, 환경신기술인증 276호)
- 2009. 2. 미국 특허 등록 (US PTO, No. 7,485,231)
- 2004. 2. 국내 특허 등록 (특허청, 특허 제 0419888호)
1. DSBF와 중력식 침전의 농축율 비교
4개소의 하수처리장에서 채취한 각각 슬러지의 침전 특성이 상이한 활성슬러지를 대상으로 30분간 중력침전 및 DSBF 기술을 이용한 고액분리를 비교 수행한 결과 배출수의 SS농도는 중력 침전이 부상 공정보다 2.5～6.3배 높았으며, 농축율은 DSBF 공정이 중력 침전보다 5.4～9.2배 높게 평가되었다고 전했다. 이와 같이 Sludge blanket의 여과 기작 및 탈리되는 고형물의 가압부상 제거 효과를 가진 DSBF가 중력침전 보다 더욱 안정적인 처리수질을 확보 가능한 것으로 나타났다고 전하며 아울러 슬러지의 농축율도 더욱 우수하기 때문에 슬러지 처리비용면에서도 큰 효과를 기대할 수 있을 것이라고 했다.
2. 현장 적용을 위한 Pilot Plant(100m3/d) 평가
경기도에 소재한 G하수처리장에 약 100m3/day 규모의 Pilot plant를 설치하여 현장 적용을 평가해 보았다. 그 결과 높은 표면부하율 40m3/m2/일의 운전조건에서도 방류수는 강화된 방류수질 기준(BOD5, SS: 10mg/L 이하, T-N: 20mg/L 이하, T-P: 2mg/L) 보다도 더욱 우수한 값으로 모두 적정하게 처리되는 것을 확인 할 수 있었다고 전했다.
3. 동일 활성슬러지 대상 기존 고액분리 공정(중력식 침전, 가압 부상)과의 비교
결과에서 보는 바와 같이, 이 기술은 중력식 침전보다 표면부하율을 2배 이상 높일 수 있었으며, 방류수 수질도 훨씬 안정적으로 유지할 수 있음을 알 수 있었다고 전했다. 또한 슬러지층 여과 효과로 인해 일반적인 가압부상 방식보다 낮은 공기/고형물비(A/S비)로 더 높은 처리효율을 낼 수 있었다고 덧붙였다.
DSBF 특장점
DSBF는 기존의 중력식 침전공정에 비해 고액분리 측면에서 몇 가지 특장점을 갖고 있다.
첫째, 부상분리로 얻어진 슬러지 층은 고형물과 미세기포가 혼재하기 때문에 안정적인 여과가 가능하기 때문에 활성슬러지의 팽화나 부상과 같은 슬러지의 침전성에 영향을 받지 않으므로 유출수 수질이 우수하다.
둘째, 고액 분리된 농축슬러지의 농축률이 높기 때문에 생물반응조의 미생물 농도 유지를 위한 내부 반송량을 줄일 수 있어서 생물반응조의 미생물 운영이 용이하며 반송에 필요한 비용을 절감할 수 있다.
셋째, 하수처리장의 고액분리를 위해 넓은 부지를 점하는 중려식 침전공정에 비해 높은 표면적부하 및 고형물부하로 운전이 가능하여 적은 부지가 소요된다.
마지막으로, 농축슬러지의 농축성이 양호하기 때문에 후속 농축공정의 축소 또는 생략이 가능하며, 또한 농축슬러지에 포함된 미세 기포는 최종 처리를 위한 탈수공정에서도 슬러지의 탈수성을 향상시키는데 기여하는 것으로 나타났다.
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