성하여 센서부의 오염을 원천적으로 차단하는 비접촉식 농도측정기술을 적용한 슬러지 계면
측정시스템이다. 이를 활용하여 지금까지 신뢰성 있는 측정기의 부재로 실시하지 못했던 슬러지 자동인발이 가능하게 되는 신기술이다. 수처리 시스템을 개선하고 운영을 최적화해 준다. 슬러지 계면측정 기술은 국내외에서 초음파식, 근적외선식, 레이저식 등 다양한 제품이 개발되고 있으나 기출시된 제품들은 모두 처리수와의 접촉이 필요한 방식으로 센서부 오염으로 인한 정도유지가 힘들어 현장에서 제대로 운용되지 못하고 있다. 이는 국내뿐 아니라 외국에서도 동일한 상황이다. 계면측정이 필요한 이유는 현재 물환경 분야의 과제인 배출 슬러지 감량과 강화된 방류수 처리기준에 따른 운전문제를 해결하기 위해서는 수처리 시설 침전지와 농축조에서 인발되는 슬러지의 농도를 관리해야 하는데 이 경우 처리조의 슬러지 계면관리를 하는 것이 가장 효율적인 방법 중 하나이기 때문이다. 계면측정기술은 센서부의 오염으로 잦은 세척을 요하며 기존의 초음파세척, 고압분사세척, 와이퍼를 이용한 세척 등은 실질적인 효과가 없어 현장에서 외면되고 있다. 또 센서부의 오염진행에 따라 측정값의 신뢰도 저하가 심화되며 대부분의 현장에서 수동 측정한 데이터에 의하거나 경험에 의한 타이머 운전으로 설계 값에서 벗어난 슬러지 인발을 하고 있으며 이로 인한 막대한 예산
이 낭비되고 있는 실정이다. 현재 하수처리시설 운영에서 현실적으로 하수처리시설 각 공정에서 적절한 슬러지 인발 농도를 준수하지 못할 경우, 다음과 같은 문제가 발생한다. 슬러지 계면을 낮게 유지하는 경우는, 슬러지 계면을 낮게 유지하기 위해 슬러지를 과도하게 인발하여야 하는데 이 경우 인발 슬러지의 농도가 낮아 후단 공정에 과부하를 유발하고, 침전지에서 저농도로 인발된 슬러지는 농축공정에서 적정 침전효율을 기대할 수 없어 농축조에서 인발되는 슬러지 역시 저농도로 인발하며, 소화조의 효율이 낮아져 슬러지 배출량의 증가한다. 처리장 내부의 반송수량도 증가하게 되어 하수처리비용을 상승시키며 소화과정에서 생산될 수 있는 가스의 양도 설계값에 비해 현저히 낮아 소화조의 온도 유지를 위한 추가 연료 소비가 발생한다. 슬러지 계면을 높게 유지하는 경우는 최초 침전지에서 슬러지 계면을 높게 유지하게 되면 수리부하가 증가하여 슬러지가 함유된 고농도 하수가 포기조에 유입, 미생물에 충격부하를 주게 되어 처리수질이 악화되고 최종 침전지에서는 침전슬러지의 부패로 인해 부상슬러지가 발생하고, 심한 경우 침전슬러지가 처리수와 함께 유출 되는 사고로 이어질 수 있다. 이렇게 적절한 계면관리 대책이 없는 상태에서 침전슬러지 유출과 같은 사고를 막기 위해 현재 대부분의 하수처리시설에서는 슬러지 계면을 낮게 유지하고 있으며, 심한 경우 설계값의 50% 이하로 운전하는 경우도 적지 않아 여러 가지 공정상의 문제를 발생시키고 있다. 정수시설 운영에서 슬러지 관리를 적절히 하지 못할 경우에는 다음 두 가지 문제에 직면할 수 있다. 슬러지 계면을 낮게 유지하는 경우, 농축조에서 슬러지 계면을 낮게 유지하면 후단의 탈수 공정에 과부하를 유발하고 탈수 공정에 저농도의 슬러지가 유입되면 탈수효율을 높이기 위한 약품투입량을 늘릴 수밖에 없어서 처리비용의 상승을 초래한다. 탈수여액의 농축조 반송으로 인해 농축조 부하 증가가 생기며, 원수수질의 문제로 공정상 슬러지가 많이 발행하는 시설의 경우에는 슬러지 처리공정에 부하를 유발하여 비용상승 및 배출 슬러지량 증가로 이어진다. 슬러지 계면을 높게 유지하는 경우는, 고농축된 슬러지를 인발할 경우 채널링이 발생할 가능성이 높고, 처리수의 유입에 따른 충격으로 침전슬러지가 부상되어 방류 수질에 영향을 미칠 수 있으며 필요이상의 고농도로 농축된 슬러지가 고형화되어 배관에 고착될 위험이 있다. 렉소엔지니어링은 이러한 문제점을 해소한 처리수와 센서부를 비접촉으로 유지하는 원리, 즉 아래쪽이 열려 있는 컵형태의 하우징을 물속에 넣게 되면 하우징 내부에 공기층이 형성되는데 그 공기층 내부에 센서부를 두 '센서 세정이 필요없는 비접촉식 슬러지 계면 측정시스템' 기술을 개발한 것. 이는 처리조 내의 고형물 농도 분포를 측정한 후 그 값에 따라 슬러지 계면을 판정하는 방식이다. 슬러지 농도 검출 원리는, (1) 발광부에서 조사된 빛이 공기층을 거쳐 슬러지 현탁용액 표면에 입사 (2) 일부는 수면에서 직접 반사되고, 일부는 슬러지 입자에 의해 산란 (3) 반사 및 산란된 빛의 양은 슬러지의 농도와 비례하는 경향을 나타냄 (4) 발광부와 수광부 모두 슬러지
및 처리수와 직접 접촉하지 않은 상태에서 슬러지의 농도를 측정하는 원리다. 센서 내부의 공기 주입은, 일반적인 침전지 및 농축조의 깊이를 약 5M로 보았을 때 센서부가 수면에서부터 바닥까지 하강하게 되면 검출부 내의 압력은 0.5atm정도 상승하고, 외부 공기의 공급이 없을 경우 내부 공기 층의 부피 약 30% 감소하며, 공기층의 부피 감소로 검출부 내부의 수면이 상승한다. 이때 센서부와 검출면 사이의 간격 감소에 따라 정확한 측정이 불가능하므로 센서가 수심 깊은 곳으로 이동할 때 발생하는 수압의 증가에 의한 측정수면의 상승을 보정하기 위해 외부에서 공기를 주입하게 된다. 렉소엔지니어링은“비접촉식 센서는 처리수와 직접 접촉하는 외부 하우징이 오염되었으나 센서부가 있는 내부는 깨끗하게 유지되는 것을 확인할 수 있으며, 비접촉식 센서는 센서와 수면 사이에 공기층이 센서부의 오염을 차단하기 때문에 센서부의 신뢰성 확보는 물론 세척을 위한 인력 및 시간을 절약할 수 있다”고 설명했다. 본 기술의 활용으로 얻어지는 국가의 경제적인 효과를 보면, 각 처리장의 과부하를 해소하여 처리용량 증설효과를 얻을 수 있어 추가적인 처리장 건설비용 절감할 수
있으며, 처리수질 향상으로 방류수역 환경비용을 절감하고, 슬러지 감량화로 슬러지 처리비용을 절감할 수 있다고 렉소엔지니어링은 밝혔다. 또 향후 추진될 해양투기금지에 따른 육상슬러지처리시설 건설비용과 소화조소화가스 생산량 증대로 화석연료 사용량을 절감하며
자동운전에 따른 에너지 사용량 저감에 따른 CO2 발생량을 저감(저탄소 녹색성장)할 수 있게 된다. 이번 신기술의 개발로 실효성 및 정확성의 검증 없이 도입되던 수입계면계 대체가 가능하고,슬러지 계면 및 농도측정에 관한 확실한 해법으로 세계시장 수출이 가능하게 됐다.
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