에너지 자립화 핵심기술, AMX

하수처리장의 에너지 자립을 위해서는 혐기성 소화를 이용한 바이오가스 생산공정 이전에 열가수분해기술을 도입하여 에너지 생산을 높이는 것이 세계적인 추세다. 부강테크는 검증된 기술력과 균형 잡힌 단위 기술의 조합으로 국내 환경시설에 최적화된 에너지 자립화 솔루션을 완성했다. 하수처리장의 에너지 자립화를 위한 핵심기술인 AMX는 에너지 생산 이후 발생되는 폐수의 고농도 질소처리에 기존 공정 대비 외부 탄소원의 투입이 필요 없어 약품비가 100% 절감되고 송풍 에너지도 67%까지 절감 가능한 탁월한 경제성이 있다. 또한 메탄올과 같은 위험물을 사용하지 않아도 되기 때문에 안전성까지 확보할 수 있는 기술이다.

AMX 종균 도입(2015)

2014년 부강테크는 자체운영 중인 처리장 10여 곳에서 AMX 미생물의 존재를 확인하고 곧바로 연구팀을 구성했다. 1년여의 끈질긴 연구 끝에 AMX 종균 분리 배양에 성공한 연구팀은 본격적인 공정개발을 위해 2015년 일본 홋카이도 대학의 Okabe 교수로부터 세계에서 가장 우수한 종균 중 하나인 Candidatus ‘Brocadia Sinica’ JPN1을 도입했다.

도입한 종균은 무럭무럭 자랐다. 그러나 설 연휴를 앞두고 설치한 온도 조절기 이상으로 도입 종균 대부분이 죽어버리는 참사가 발생했다. 다행히 남겨 두었던 종균으로 연구팀은 다시 배양을 시작했고 다양한 Scale-up을 거치면서 지금은 세계 어느 기업보다 확실한 AMX 종균 배양기술을 확보했다. 현재 대전과 부산에 국내 최대 규모의 AMX 대량배양조 시설이 운영되고 있다.

세계에서 가장 안정적인 2 Stage AMX 개발(2015)

단일반응조(Single-stage) AMX를 채택한 대부분의 선진기술과 달리 부강테크는 이단반응조(Two-stage) AMX를 개발했다. 이단반응조는 각각의 반응조에서 AOB와 AMX 미생물을 배양하는 만큼 부하변동에 유연한 대응이 가능하고 미생물이 해를 입는 경우에도 각각의 반응조에 미생물을 보충해주면 쉽게 정상화할 수 있는 장점이 있다.

현재 전 세계적으로 운영 중인 150여 개의 AMX 플랜트에서 공식 보고되지 않은 수많은 사고들이 전해지고 있다. 유럽과 미국의 AMX 플랜트에서는 고형물의 농도저감과 유기물의 저해방지를 위해 단일반응조 전단에 부상분리나 저류조 등을 보완하고 있다. 그러나 이러한 보완책은 전 처리에 소요되는 약품비와 슬러지 처리비용의 급격한 증가를 유발해 AMX의 강점인 경제성을 훼손한다. 우리는 역사가 짧은 AMX를 시장에 성공적으로 정착시키기 위해 단일반응조 대신 이단반응조 AMX를 선택했다. 이단반응조의 AOB 반응조는 혐기소화조나 탈수기의 비정상 운영으로 초래된 이슈로부터 AMX 반응조를 보호하여 별도의 전 처리 없이도 안정적인 공정운영을 도모한다. 최근 부산 강변하수처리장과 미국 Hyperion 하수처리장에서 발생한 수차례의 위기를 성공적으로 극복한 경험을 통해 우리는 이단반응조 AMX가 세계에서 가장 안정적인 AMX 기술이라는 확신을 갖게 되었다.

국내 최초 AMX 상용화 프로젝트(2016)

2016년 국내 최초의 AMX 실증 프로젝트가 가동됐다. 유기성 폐자원(슬러지, 음식물, 가축분뇨 등) 통합처리 시범사업자로 선정된 부산시가 녹산 하수처리장에 혐기성 소화조를 설치하면서 인근 처리장의 슬러지와 음폐수를 혐기소화하고 바이오 가스를 생산해 에너지 자립화를 도모한다는 계획을 세웠다. 문제는 바이오 가스로 에너지를 생산할 수는 있지만 여기서 나오는 폐수를 처리하기 위해서는 더 많은 에너지가 필요하다는 점이었다. 부산시는 이러한 고민을 해결하기 위해 부강테크의 AMX 기술을 도입했다.

국내 첫 AMX 현장이 성공적으로 마무리되면 연간 10억 원이 넘는 운영비를 절감할 수 있게 되어 부강테크의 AMX는 하수처리장의 슬러지는 획기적으로 줄이고 에너지 자립도는 높이는 명실공히 국내 최고의 수처리 기술로 자리잡게 된다. 부강테크는 좀 더 많은 지자체들이 경제적인 효과를 누릴 수 있도록 AMX 시장 활성화를 위해 같은 기술이 적용된 처리장끼리 서로 협력하는 유럽과 같은 AMX 생태계 구축에도 관심을 기울이고 있다.

UN을 사로잡은 하수처리모델, TWP(2016)

부강테크는 대표적인 에너지 소비시설인 하수 처리장을 에너지 생산시설로 전환해 수익을 창출 하는 에너지 자립형 하수처리 모델, Tomorrow Water Process(이하 TWP)를 개발했다. 깨끗한 물은 누구나 누려야 할 인간의 기본 권리로 그동안 해외사업을 추진하면서 가졌던 개발도상국가의 물 환경에 대한 안타까움이 TWP라는 결실로 이어졌다. TWP는 열대기후에 속하는 개도국에 가장 적합한 하수처리 솔루션으로 재정적으로 취약한 나라에 큰 도움이 될 전망이다.

2016년 6월 TWP는 UN 사무국 지속가능개발부 홈페이지에서 17개 지속가능개발목표 중 6번째인 ‘물과 위생의 보장 및 지속가능한 관리’에 가장 부합하는 Initiative로 등록됐다.

이어 7월에는 UN 경제사회이사회(ECOSOC) 최고회의에서 만장일치로 수처리 분야에서는 유일하게 세계 최고 수준의 사업모델로 공식 채택되는 등 UN의 마음을 사로잡았다.

현재 베트남 현지법인을 통해 베트남을 비롯한 동남아시아 시장에 최우선적으로 TWP 모델을 적용하기 위해 베트남 환경총국 산하 CECT(Center for Environmental Consultancy and Technology)와 협약을 체결하고 TWP 공정개발을 위한 실증화 사이트 구축 논의가 진행 중이다. 부강테크는 앞으로 TWP를 통해 더 맑은 세상을 넘어 더 넓은 세상에서 사회적 가치를 실현하는 환경기업의 역할에 충실할 계획이다.

Hyperion AMX 실증협약 체결(2017)

2017년 4월 부강테크는 미국 LA에 위치한 Hyperion 하수처리장과 AMX를 이용한 실증 테스트 협약을 체결했다. 세계 최초로 혐기소화조 반류수뿐만 아니라 주 공정의 질소를 AMX로 동시에 처리하는 테스트다. 이 기술을 적용할 경우 전기는 65% 이상, 질소 제거에 소요되는 약품은 전량을 감축하여 하수 재이용에 20년 간 최소 1조 원 이상의 비용을 절감할 수 있다.

1925년에 건설된 Hyperion 하수처리장은 하루 3백만 톤의 하수를 처리하여 태평양으로 배출하는 20세기 미국의 대표적인 공공 인프라 중 하나다. 내로라하는 글로벌 기업들도 테스트 기회를 얻기 어려운 Hyperion이 부강테크의 AMX 기술 테스트를 허용한 것은 그 자체로 의미가 크다. Hyperion은 향후 강화될 질소 방류수질 기준에 대한 대책을 마련하고 대규모 사업을 준비 중이다.

AMX 선도 기업

부강테크는 AMX 후발주자로 출발했지만 하수 Side-stream 외에도 Main-stream, 가축분뇨, 음식물 폐액, 매립지 침출수, 산업폐수 등 다양한 분야에 선도적으로 AMX를 적용하며 기술뿐만 아니라 시장창출에서도 진정한 리더십을 만들어가고 있다. 수도권 매립지공사와는 일 평균 4600톤의 침출수 처리에 AMX를 적용하는 외부탄소원 절감방안을 공동으로 연구하고 있다. 세계 최고의 전자회사인 삼성전자에서는 고농도 반도체 폐수에 AMX를 적용하는 테스트가 진행되고 있다.

미국 인디애나주 대형목장인 BOS Dairy Farm에서는 강화된 가축분뇨 질소 배출기준 충족을 위한 실증 실험을 성공적으로 수행하고 사업화 논의가 진행 중이다. 가축분뇨 질소 제거에 AMX기술을 적용한 것은 부강테크가 세계 최초다.

최근 미국법인은 JWPCP에 이어 Hyperion에서 LA시 정부 소속 연구자들과 세계적인 엔지니어링사인 Black & Veatch와 공동 연구를 수행하고 MBfR(Membrane Biofilm Reactor)을 이용한 신규 공정을 개발해 특허 등록을 마쳤다. Membrane 산기관의 산소 전달율이 거의 100%에 달한다는 점을 이용해 산소 전달부인 Membrane 표면에 AOB를 키우고 혐기상태인 나머지 공간에 AMX를 키우는 것이 특허의 핵심 내용이다.

5장 에너지자립화 솔루션 완성