Micro-Flotation 기반 생물학적 폐수처리 공정 최적화
ARA Rhein은 Pratteln 유역에서 발생하는 산업용 및 생활하수를 2단계 생물학적 처리 공정을 통해 효율적으로 처리하고 있습니다. DAS Environmental Expert GmbH는 프로젝트 파트너 Enviplan®과 협력하여 신규 2라인 Micro-Flotation 설비의 설계·구축을 수행했습니다.
Rhine 폐수처리시설의 생물학적 폐수 처리 최적화를 위한 부상 (Flotation) 설비 구축
ARA Rhein은 총 50만 인구환산치 (PE)를 처리할 수 있는 스위스 최대 규모의 폐수처리시설로, 연간 약 60억 리터에 달하는 산업 및 생활 폐수를 친환경적으로 처리하고 있습니다.
처리된 폐수가 Rhine강으로 안전하게 방류되기 위해서는 복합적인 처리 단계를 거쳐야 합니다. ARA Rhein은 기계적·화학적·물리적·생물학적 공정은 물론, 생물학적 처리 과정에서 발생하는 하수 슬러지에 대한 열처리 공정을 통해 폐수를 고도 정화하고 있습니다. 슬러지 소각 시 발생하는 폐열은 Liestal에 본사를 둔 Elektra Baselland의 지역난방망 “Grüssen”에 공급되어, 약 100만 리터의 난방유를 절감하는 에너지 효율 향상 효과를 제공합니다.
체계적인 폐수 분석 시스템을 통해 방류수의 품질은 지속적으로 확인되며, 모든 법적 기준을 항상 충족하고 있습니다.
또한 ARA Rhein은 고분해성 폐수의 처리와 산업·지자체 폐수처리시설에서 발생하는 슬러지의 친환경적 처리 서비스를 제공합니다. 더불어, 새롭게 구축된 폐가스 처리 솔루션을 통해 대기 오염물질 배출을 크게 저감하여 환경 보호에 기여하고 있습니다.
"Rhine강 폐수에서 질소와 인을 제거하는 것은 Rhine강으로 방류하기 위한 기본 요건입니다. 이러한 처리가 이루어지지 않을 경우, 영양염류의 과도한 축적으로 인해 식물성 플랑크톤의 성장이 촉진되고, 그 결과 하천의 부영양화가 발생할 수 있습니다."
신규 2라인 부상(Flotation) 시스템 구축
ARA Rhein은 Pratteln 유역에서 발생하는 산업 및 생활 폐수를 2단계 생물학적 공정으로 처리하고 있습니다. 산업 폐수는 1단계 생물학적 처리에서 먼저 정화되며, 이후 생활 폐수와 혼합되어 2단계 생물학적 공정을 거칩니다. 향후에는 유기물 분해 과정과 병행하여 질소 (N)와 인 (P)의 제거 기능을 강화할 계획입니다.
2단계 생물학적 공정에서 안정적인 질산화가 이루어지기 위해서는 1단계 처리에서 생성된 생물학적 슬러지가 신뢰성 있게 유지·고정되어야 합니다. 이를 위해 대량의 고형물이 2단계 공정으로 유입되는 것을 방지하고, 생물량을 효과적으로 유지할 수 있는 마이크로플로테이션 시스템이 최적의 기술로 선정되었습니다.
신규 부상 시스템이 도입됨에 따라, 현재 2.4~8톤 수준이던 2단계 공정의 일일 부유물질 (TSS) 부하량은 약 1.3톤으로 크게 감소하게 됩니다. 이는 기존 수리부하 조건에서도 더 안정적이고 효율적인 생물학적 처리가 가능해짐을 의미합니다.
Micro-Flotation 시스템 및 주변 장치의 운영 방식
1단계 생물학적 처리수는 새로 구축된 설비로 이송되어, 부상 (Flotation) 시스템의 공급 펌프 역할과 함께 응집·침전 반응조로 활용됩니다. 이 과정에서는 폴리염화알루미늄이 응집·침전제로 사용되며, 부상 시스템에는 이중화된 펌프를 통해 안정적으로 폐수가 공급됩니다. 플록 형성을 위해 투입되는 양이온성 고분자 폴리머는 공정수와 혼합하여 준비되며, 해당 공정수는 폐수에서 회수한 폐열을 열교환기를 통해 약 20°C까지 가열해 사용합니다.
설치된 2라인 Micro-Flotation 시스템은 고형물이 제거된 후의 폐수가 중력 흐름만으로 다음 생물학적 처리 단계로 자연스럽게 이동하도록 최적화되어 있습니다.
독자 기술을 기반으로 생성되는 고밀도·균일 미세 기포는 매우 높은 계면적을 형성하여, 전체 부유물질 (TSS)의 90% 이상을 효과적으로 분리합니다. 자동 세정 기능을 갖춘 인젝터와 감압 밸브는 시스템의 또 다른 특징으로, 장비 운영을 거의 무정비에 가깝게 유지해 줍니다.
두 개의 Micro-Flotation 라인에서 배출되는 처리수는 낙하식 흐름 셀 (free-fall flow cell)을 활용한 온라인 탁도계로 연속 모니터링되어 안정적인 수질을 보장합니다.
부상 슬러지 (flotate)의 건조 고형물 농도는 2.5% 이상이며, 농도 측정은 마이크로파 기반 계측기술을 통해 수행됩니다. 이 방식은 슬러지의 색상이나 입자 구조가 변하더라도 높은 정확도를 유지하는 것이 특징입니다. 수집된 부상 슬러지는 이중화된 편심 스크류 펌프를 통해 기존 슬러지 처리 설비로 안전하게 이송됩니다.
공정수 온도 유지를 위한 폐열 회수 기술
응집제 준비 과정에서는 공정수의 온도가 최소 20°C 이상 유지되어야 합니다. 하지만 겨울철에는 Rhine 강의 은행여과수 (bank filtrate)에서 취수한 공정수의 온도가 이 기준보다 크게 낮아집니다. 이를 보완하기 위해, ARA Rhein은 폐수 처리 과정에서 발생하는 폐열을 적극적으로 활용해 공정수를 필요한 온도로 가열합니다.
폐수에 축적된 열에너지는 판형 열교환기를 통해 공정수로 효율적으로 전달되며, 열교환기 표면에 생물막이나 침전물이 형성되는 것을 방지하기 위해 전용 브러시 시스템이 적용되어 장기간 안정적인 열전달 성능을 보장합니다.
Flotation 공정에서 발생하는 폐가스 처리
산업 폐수를 처리하는 1단계 생물학적 공정에서는 특히 높은 농도의 폐가스가 발생합니다. 이 고농도 폐가스와 마이크로플로테이션 시스템에서 배출되는 폐가스는 재생식 열산화장치 (Regenerative Thermal Oxidation system)에서 850°C의 고온으로 연소되어 효과적으로 처리됩니다.
반면, 2단계 생물학적 공정에서 발생하는 저농도 폐가스나 주변에서 유입되는 약 오염 공기는 전용 생물학적 필터를 통해 추가로 처리됩니다.
이와 같은 폐가스 처리 시스템을 통해 ARA Rhein은 스위스 대기오염방지조례 (Ordinance on Air Pollution Control) 기준을 안정적으로 준수하며, 지역 대기질 개선에 지속적으로 기여하고 있습니다.
DAS EE – 신규 Micro-Flotation 시스템 구축의 총괄 파트너
ARA Rhein의 신규 Micro-Flotation 시스템 구축은 드레스덴의 DAS Environmental Expert GmbH가 주도한 공동 프로젝트로 수행되었습니다. 본 프로젝트에는 공정 엔지니어링을 비롯해 기계·계장 설비 구축, 그리고 시스템의 시운전 및 최적화까지 전 과정이 포함되었습니다.
폐수 처리에 관한 문의
안전한 폐수 처리를 위한 맞춤형 처리 솔루션을 제공합니다.
Chief Operating Officer Water Treatment
