[환경포커스] 하수처리 혁신 ‘아나목스기술’ 현장적용 결실 맺었다
(주)부강테크, 국내 최초 부산 녹산하수처리장에 아나목스 기술 상업화 성공
부강테크 오태석 AMX PO, 아나목스 기술개발부터 현장 상업화까지 구슬땀 성과
[국토일보 선병규 기자] 친환경 수처리 전문기업 (주)부강테크(대표이사 김동우)가 국내 최초로 아나목스 미생물 기술 상업화에 성공해 지자체를 비롯해 공공기관, 건설사 등 발주처로부터 큰 주목을 받고 있다.
부산광역시(시장 박형준)는 이달 28일 녹산하수처리장에 부강테크의 아나목스(Anammox, AMX)기술과 하수슬러지 및 음식물 폐수 통합처리시설을 선제적으로 도입해 연간 15억원 이상의 예산을 절감하게 됐다고 밝혔다.
부산 녹산하수처리장에 아나목스 기술을 제공한 부강테크의 오태석 AMX PO(Product Owner)를 만나 고농도 하수 생물학적처리 혁신기술로 부각되는 아나목스 기술 상용화 성공 비결을 들어봤다.
부강테크, 국내 첫 이단반응조 AMX 기술 개발
2배 빠른 질소 제거 속도로전체 소요부지 절반으로
“운영비 80% 이상,시설비도 수억에서 수십억까지 절감”
아나목스 기술개발 초기부터 미생물 대량배양기술 확보와 국내 최초 상용화 프로젝트 전 과정을 책임지고 진행해 온 (주)부강테크 오태석 AMX Product Owner를 만났다.
-국내 처음으로 아나목스 기술 상업화에 성공했다. 소감 한말씀 바란다.
▲지난 5월 31일자로 성능검증을 완료하고, 8월 28일 최종 준공허가를 받았다.
5월 한 달간의 신뢰성 운전에서 부강테크의 AMX는 세 번의 준공 채수를 진행했는데, 공인기관 분석 결과 탈리여액(반류수) 내의 고농도 질소를 1차 83.2%, 2차 88.1%, 3차 86.2%를 제거해 당초 성능검증 목표 제거율인 82%를 크게 상회하는 우수한 성능을 증명했다.
개인적으로 아나목스 기술개발 초기부터 미생물 대량배양기술 확보와 국내 최초 상용화 프로젝트 전 과정을 책임지고 진행해 온 AMX Product Owner로서 감회가 크다.
사실 아나목스 기술은 고농도 질소를 제거하는 생물학적 처리 방법 중 가장 혁신적인 기술이지만 그간 국내에서는 적용실적이 없어 도입을 망설이는 지자체들이 많았다.
업계에서도 아나목스 기술은 어려운 기술이라는 인식이 많았는데, 이번 상용시설 준공을 계기로 아나목스 기술이 더 이상 어려운 기술이 아니라 현장에서도 충분히 안정적으로 운영되는 기술이라는 사실을 증명할 수 있게 돼 매우 기쁘다.
-사업수주에서 준공까지 시간이 많이 걸렸다. 특별한 이유가 있었는지.
▲일반적으로 신기술이 상용화되기까지 여러 난관들이 있게 마련인데, 이번 사업도 소화조 재시공으로 인한 공기 연장, 시운전 중 아나목스 저해인자(황산이온)의 대량 유입 등 우여곡절이 있었다.
하지만 그 과정에서 부강테크의 AMX 기술 우수성에 대해 더 큰 확신을 갖게 됐고, “어떤 기술도 공짜로 개발되지 않는다”는 교훈을 다시 한번 깨닫는 계기가 됐다.
아울러, 국내 최초로 아나목스라는 신기술을 도입해 국내 첫 실증사례가 나오기까지 믿고 기다려 준 부산시에 깊은 감사를 드린다.
-부산시가 부강테크의 AMX 기술을 도입한 배경이 궁금하다.
▲부산시는 2016년 유기성 폐자원 통합처리 환경부 시범사업에 선정돼 통합처리시설(유기성 폐자원 780톤/일: 하수 슬러지 580톤, 음폐수 200톤) 도입을 추진한 바 있다.
하지만 통합 소화 후 발생하는 고농도의 질소 폐액(반류수) 처리가 난제였다.
부산시는 이 문제를 해결하기 위해 여러 기술을 비교 검토한 결과 아나목스 기술 도입을 결정했고, 부강테크가 개발한 이단반응조(Two-stage) AMX 기술의 안정성에 주목했다.
부강테크의 이단반응조 AMX 기술의 가장 큰 장점은 비상시 신속한 대응과 유지보수가 가능하다는 것이다.
대부분의 해외기술이 채택하고 있는 단일반응조(One-stage) 아나목스 기술은 산소를 필요로 하는 부분 아질산화 미생물과 산소가 없어야 잘 사는 아나목스 미생물을 한 반응조에서 운영하는데, 고농도 오염물질이 유입될 경우 미생물의 활성이 크게 떨어지는 단점을 갖고 있다.
부강테크는 이런 문제점을 해결하기 위해 특성이 다른 아나목스 미생물을 이단의 반응조로 분리해 높은 SS(부유물질)와 BOD(생물학적산소요구량) 유입에 의한 리스크를 최소화하면서 운전의 안정성을 높였다.
기술 개발 초기 소요 부지가 늘어날 수 있다는 우려가 제기됐지만 지속적인 R&D를 통해 운영 효율성을 높였고, 부지사용 면적을 절반으로 줄이는데 성공하면서 단일반응조 아나목스 기술을 뛰어넘는 안정성과 경제성을 확보했다.
부강테크의 AMX 기술은 국내 최초 아나목스 환경신기술 인•검증 획득에 이어, 2020년 특허청으로부터 특허기술대상(세종대왕상) 수상, 2021년 세계적인 물산업 조사기관 GWI(Global Water Intelligence)로부터 세계 10대 아나목스 기술 선정 등 국내뿐만 아니라 해외에서도 우수성을 인정받고 있는 상황이다.
부산 녹산하수처리장 소화조 시설 전경
-부산시는 AMX 기술 적용으로 어떤 혜택을 보게 되는지.
▲부산시는 일반 질산화/탈질 공정 대비 전력비는 60%, 약품비는 99%, 슬러지 처리비는 49%를 절약해 전체 하수처리시설 운영비를 연간 15억원 이상 절감할 것으로 기대하고 있다.
부산시, 부산환경공단과 함께 부산시 관내 하수처리장 중 반류수 처리에 AMX를 적용한 녹산 하수처리장과 일반 질산화/탈질 공정으로 운영되고 있는 수영, 강변 하수처리장을 대상으로 경제성을 검토했는데, 녹산하수처리장에서 반류수 처리공정에 소요되는 운영비(전력비,약품비)는 1kg의 TN(총 질소)을 제거하는데 총 508원/kgN이 소요됐고, 수영하수처리장은 3,231원/kgN, 강변하수처리장은 3,002원/kgN이 소요되는 것으로 조사됐다.
즉, AMX 공정을 적용했을 때 일반 질산화/탈질 공정을 적용했을 때보다 운영비를 80% 이상 더 절감할 수 있는 것으로 확인됐다.
이는 이론적인 수치와 현장 운영에서의 수치가 동일하게 나옴으로써 고농도의 질소를 함유하고 있는 폐수를 대상으로 AMX가 경제적인 처리 공정임을 확실히 입증한 것이다.
AMX를 도입했을 때의 효과는 단순 운영비 측면만 있는 것은 아니다.
AMX는 일반 질산화/탈질 공정 대비 처리속도가 2배 이상 빠르기 때문에 체류시간이 줄어 전체적인 부지 또한 2배 이상 절감할 수 있다.
따라서 부지 활용도가 커지고 초기 공사비까지 줄일 수 있다는 것이 큰 장점이다.
부산시에서 제공한 반류수 처리 공정의 부피는 녹산이 1,780㎥, 수영과 강변이 1만5,828㎥, 3,922㎥로, 이를 1kg의 TN당 소요되는 토목공사비로 환산하면 각각 56만5,189원/kgN, 812만8,595원/kgN, 156만9,604원/kgN으로 수영 대비 93%, 강변 대비 64%를 줄여 시설비를 수억에서 수십억원까지 절감할 수 있다.
특히, 부산시는 국내 최초로 AMX 기술을 도입하면서 여러 안전장치를 마련했는데, 그 중 하나가 반응조 부지에 안전율을 2배 정도 확보해 더 넓게 설계한 것이다.
이를 토대로 앞으로 2호, 3호 AMX 현장에서의 소요 부지와 공사비는 녹산 현장에서보다 더 획기적으로 절감될 것으로 생각한다.
국내 유일 아나목스 대량배양조 운영
비상시 신속하고 원활한 미생물 상시 공급체계 구축
“아나목스 공정은 종균 확보와 배양, 유지가 핵심”
-부강테크가 구축하고 있는 국내 유일의 미생물 대량배양시스템이 이번 시운전 과정에서 큰 역할을 했다고 하던데, 어떤 내용인가.
▲아나목스 공정은 문제가 발생해 공정 운전이 어려워질 경우, 아나목스 미생물의 느린 성장 때문에 회복할 수 없는 상황이 발생할 수 있다.
특히, 미생물 사멸과 같은 비상 상황 시 신속하게 미생물을 공급해 정상화시켜야 하지만 해외 기술을 적용할 경우 미생물 확보에 많은 시간과 비용이 소요될 수밖에 없어 막대한 손실을 입을 수도 있다.
따라서 아나목스 공정의 성공을 위해서는 종균 확보와 배양, 유지가 중요하다.
부강테크는 고농도와 저농도 환경 모두에서 성장률이 높은 아나목스 미생물을 보유하고 있고 다양한 스케일업을 거쳐 누구도 넘볼 수 없는 배양 노하우를 확보하고 있다.
또한 비상시 신속한 복구를 위해 대전하수처리장에 대량 배양시설을 갖추고, 국내 유일의 아나목스 미생물 상시 공급체계를 구축했다.
미생물 상시 공급체계의 중요성은 이번 부산 녹산 시운전 과정에서 절실하게 확인할 수 있었다.
시운전 초기 아나목스 저해인자(황산이온) 유입으로 아나목스 미생물의 활성이 떨어졌을 때 대전하수처리장에 구축된 대량배양시스템을 통해 신속하게 대응할 수 있었다.
이는 해외기술이 따라올 수 없는 부강테크 AMX만의 강점이라고 자랑할 수있는 부분이다.
대전하수처리장 내 AMX 대량배양조
-시운전 중 있었던 아나목스 저해인자(황산이온) 유입을 어떻게 극복했는가.
▲아나목스 미생물 식종 후 시운전 초반, 아나목스 미생물의 성장이 더디어 어려움을 겪었는데, 이는 녹산 하수처리장으로 유입되는 황산염 이온의 농도가 설계 당시 예측치를 크게 초과했기 때문이다.
녹산 하수처리장으로 유입되는 폐수는 유입량의 50~60%가 인근 녹산산업단지로부터 유입되는 폐수인데, 이 때문에 일반 하수처리시설에서는 볼 수 없는 고농도의 황산염이 유입돼 시운전 초기 아나목스 미생물의 활성이 44%까지 떨어졌다.
부강테크 아나목스 기술진은 아나목스 활성을 증가시키기 위해 아나목스 공정 유입 전단의 저류조 운영조건을 황산염 이온 농도를 완화시킬 수 있도록 변경하고 아나목스 반응조 내에도 약품(철염)을 투입해 잔류 황산염 이온 농도를 낮추고 미생물의 성장을 유도했다.
그 결과 이번 사업 입찰안내서에 제시된 TN(총질소) 제거기준인 75%와 성능보증 목표인 TN 82% 제거율을 상회하는 84.6%의 TN 제거효율을 확보해 안정적인 고농도 질소 성능을 시현했다.
가축분뇨, 음식물 폐액, 매립지 침출수, 반도체 폐수 등 적용분야 광범위
수도권매립지관리공사와 외부탄소원 절감 공동연구 진행
“AMX 적용 시 운영비 연간 74억원 절감 가능”
-이제 아나목스 기술 선도기업으로 정착했다. 해외에서도 사업논의가 활발하다고 들었다.
▲아나목스 미생물은 까다로운 성장조건 때문에 전 세계적으로 적용실적 대부분이 하수 Sidestream에 집중돼 있다.
그러나 부강테크는 Sidestream 외에도 가축분뇨, 음식물 폐액, 매립지 침출수, 반도체 폐수 등에 선도적으로 적용해 다양한 실적을 보유하고 있다.
특히, 수도권매립지관리공사와는 AMX로 외부 탄소원을 절감하는 공동연구를 수행해 AMX 적용 시 연간 약 74억원의 운영비 절감이 가능하다는 결과를 도출했다.
미국 서부 최대 하수처리장인 하이페리온에서는 세계적인 엔지니어링 기업 Black & Veatch, LA시와 함께 Sidestream과 Mainstream 모두에 AMX를 적용하는 테스트를 수행했다.
Sidestream의 경우 부강테크의 이단반응조 기술과 아나목스 미생물을 적용할 경우, 높은 TSS와 BOD 농도에서도 별도의 희석 없이 효과적인 처리가 가능하고 질소 부하량도 기존 업계의 부하 농도를 훨씬 초과하는 것으로 나타났고, 현재 사업화 논의가 한창 진행 중이다.
Mainstream 테스트는 현재 마지막 단계에 돌입해 세계 최초의 Mainstream AMX 공정 개발을 눈앞에 두고 있다.
부강테크의 주력 하수처리 기술인 Proteus와 Mainstream AMX를 결합해 Downstream 공정을 구성하면 유입부터 방류까지 6~10시간 소요되는 하수처리 시간이 2시간 이내로 단축되면서 그만큼 부지절감이 가능해지고 에너지 소모도 60% 이상 절감이 기대된다.
-여러 지자체에서 첫 실증사례에 큰 관심을 보이고 있다. 이번 녹산 준공을 계기로 어떤 변화가 예상되나.
▲그동안 전국 각 지자체 뿐만 아니라 설계사, 시공사들이 녹산 하수처리장의 적용결과를 예의주시하고 있었다. 녹산에서의 공정 운영 결과가 향후 국내 아나목스 시장에 방향과 키를 쥐고 있었던 셈이다.
올해 초부터 “부산 녹산에서 아나목스가 안정적으로 운영되고 있고, 시운전이 마무리되고 있다”는 소문이 퍼지면서 여러 지자체에서 아나목스에 대한 관심이 커지고 있는 상황이다.
실제로AMX 성능검증 완료 소식이 알려지면서 전남 무안군에서 발주한 ‘무안군 음식물류폐기물 공공처리시설 확충사업’에 부강테크의 AMX 공법이 선정됐다.
이 사업은 음식물류폐기물을 부강테크의 혐기소화기술인 AAD를 적용해 혐기소화를 진행하고 이 과정에서 발생하는 고농도 질소를 함유하고 있는 탈리여액을 부강테크의 AMX 기술로 처리하는 사업이다.
부산 녹산하수처리장을 시작으로 이미 국내 아나목스 2호, 3호, 4호 실적이 만들어지고 있는 상황이다.
부강테크의 AMX는 대전시의 하수처리장 이전 현대화사업에 적용돼 올 하반기 착공을 앞두고 있고, 민간 영역에서도 수주가 성사돼 현재 실시설계가 진행 중이다.
아울러 바이오가스촉진법 시행을 앞두고 유기성 폐자원 통합 에너지화 사업이 활발히 검토되고 있어서 앞으로 AMX 기술에 대한 수요는 더 커질 것으로 예상된다.
-끝으로 향후 계획이 있다면.
▲부강테크는 세계에서 유일하게 통합 에너지화에 필요한 바이오가스 생산기술(AAD)과 고농도 질소 폐액 처리기술(AMX), 바이오가스 증산 및 슬러지 감량기술(Draco)을 모두 보유한 기술혁신형 기업이다.
국내에서도 아나목스 첫 실증사례가 나오고 미생물 대량배양시스템이 갖춰진 만큼, 앞으로 국내 혐기소화 폐액 처리시장에 AMX가 활발히 적용될 것으로 기대된다.
앞으로 AMX가 핵심기술로 적용되는 유기성 폐자원 통합 에너지화 사업을 통해 하수처리장 에너지 자립화와 탄소중립 달성에 기여하고 싶다.
출처 : 국토일보(http://www.ikld.kr)
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