고농도 가축분뇨에 도전하다

1991년, 폐기물관리법과 수질환경보전법에서 관리해오던 가축분뇨를 체계적으로 관리하기 위해 ‘오수∙ 분뇨 및 축산폐수의 처리에 관한 법률’이 제정됐다. 그러나 부강테크(BKT)가 창립되던 1998년에도 가장 큰 환경 이슈는 축산폐수 무단방류로 인한 하천과 상수원의 오염이었다. 국민들의 환경에 대한 낮은 의식수준도 문제였지만 무엇보다 가축분뇨처리는 프로젝트 단위 금액이 크지 않아 대기업은 문제 해결에 미온적이었고, 기술력과 자본력이 떨어지는 영세 기업들만 난립하면서 가축분뇨처리시설이 비정상적으로 운영되기 일쑤였다.

가축분뇨는 현존하는 처리대상 물질 중 가장 처리가 어렵다는 고농도 악성 물질로 분류된다. 발생량은 전체 오폐수 발생량의 0.6%에 불과하지만 오염부하량은 25.8%를 차지한다. 고도의 기술력과 수질 보증이 요구되는 가축분뇨처리는 환경기업들도 기술개발을 꺼리는 틈새시장이었다. BKT는 이러한 어려움을 극복하고 가축분뇨처리시장에 도전해 김해시 가축분뇨공공처리시설에 BCS를 적용하여 방류 수질을 만족시키는 최초의 성공사례를 만들어냈다. 그리고 연이어 진천, 홍천, 포천 가축분뇨 공공처리시설을 성공시키며 BCS가 가축분뇨처리를 위한 가장 확실한 대안임을 인식시켰다. 그러나 BCS는 처음부터 완성된 기술이 아니었다.

BKT는 고농도의 암모니아성 질소 제거가 가축분뇨처리의 핵심이라고 판단했다. 단일반응조에서 유입, 반응, 침전, 배출 과정을 반복하는 연속회분식(SBR) 생물반응조와 질소 제거에 탁월한 바이오 세라믹 담체의 적용이 가축분뇨처리에 최적이라는 판단 하에 유사 기술을 도입하고 공정개선과 추가 공정기술 개발에 착수했다. 대학 및 정부 연구과제 등을 통해 탄생한 BCS+RO membrane 공법은 김해시 가축분뇨공공처리시설에 첫 적용됐다.

BKT는 김해시 가축분뇨공공처리시설의 낮은 방류수 수질기준, 특히 난분해성물질을 제거하기 위해 생물학적 처리 후 고도처리공정에 RO membrane을 적용했다. 일반적인 membrane으로는 적용이 어려워 미국에서 VSEP이라는 기술을 도입했다. VSEP은 여러 현장에 적용되어 양호한 수질을 확보하며 성공하는 듯했다. 그러나 시간이 지날수록 기자재의 내구성과 유지관리비, RO농축수 처리 등의 문제점을 노출했고 외국 기술의 한계상 A/S마저 원활하지 않아 많은 어려움을 겪어야 했다. 이는 고농도에서도 운전이 가능한 membrane 시스템인 FMX 개발의 계기가 됐다. 이 기술은 현재 고품질 액비 생산공정과 바이오 제조공정에 적용되고 있다.

국내 최초 환경신기술 인∙검증을 획득하다

2004년, 환경부와 농림부는 가축분뇨로 인한 환경문제를 해소하고 관리의 효율성을 높이기 위해 ‘가축분뇨 관리∙ 이용 종합대책’을 수립했다. BKT는 가축분뇨 적정관리대책 수립을 위한 자문에 참여했다. 2006년에는 ‘가축분뇨 관리 및 이용에 관한 법률’이 제정되어 가축분뇨 발생량을 최소화하고 발생한 분뇨는 최대한 자원화 하며, 자원화 하기 어려운 경우에는 적정하게 정화 처리하도록 하는 자원순환형 처리기반이 구축됐다. 축산폐수가 가축분뇨로 명칭이 변경되었으며, 그동안 다른 오염원에 비해 상대적으로 완화된 관리가 이뤄져 오던 방류 수질 기준 및 시설 설치 기준도 강화되고 가축분뇨공공처리시설도 확대됐다.

BCS+VSEP(RO membrane) 공법이 실패로 끝나면서 BCS 후단의 고도처리공정에 대한 개발 필요성이 대두됐다. 개발팀은 좀 더 경제적이고 운영이 용이한 고도처리기술의 자체개발만이 문제해결의 열쇠라고 판단하고 꾸준히 R&D를 진행했다. 그리고 마침내 가축분뇨의 생물학적 처리 후 AOF(고도산화부상분리)와 BBF(생물여과)를 적용해 난분해성물질과 영양염류 물질을 제거하는 공정을 완성했다. 국내 최초로 포천 가축분뇨공공처리시설에 적용돼 실증화에 성공한 고도처리공정(BCS+AOF+BBF)은 지금까지 가장 확실하고 안정적인 가축분뇨 정화처리공정으로 평가받고 있다.

가축분뇨처리 장인이 되다

가축분뇨를 처리하던 초기에는 반응조의 미생물이 부하변동에 적응하지 못해 사멸하기도 하고, 여름철이 되면 반응조 온도가 치솟아 거품(scum)이 부글부글 흘러 넘치기도 했다. 그럴 때면 밤새도록 반응조 옆을 지키며 수질 분석을 통해 반응조 상태를 확인하고 흘러 넘친 거품을 쓸어 담는 일이 다반사였다. 지금은 회분식인 BCS 공정의 장점을 충분히 살려 고농도 가축분뇨에 대한 완벽한 운전 모드를 확립하고 가축분뇨의 부하변동이나 온도상승, 거품 발생에 대한 문제를 완벽하게 해결했다. 이온교환능력이 있는 반영구적인 바이오 세라믹 담체를 충진하여 초기 암모니아성 질소의 충격부하에도 대응이 용이하도록 했으며, 고형물의 침전 과정을 거치며 깨끗해진 상등수 배출과정에서 수면에 형성된 거품층과 부유물질, 침전된 슬러지 등이 함께 배출되는 문제점도 수위변동에도 안정적일 뿐만 아니라 간편한 동작으로 상등수 배출이 가능한 무동력 상등수 배출장치를 개발해 해결했다.

BKT는 BCS 환경신기술 획득 이후 기술 안정을 위해 종합 시운전과 위탁운영 관리에도 직접 참여하며 운영 노하우 확보에 총력을 기울였다. 2009년, BCS 공법 운영관리지침을 완성하여 본사 기술인력 및 각 현장 운영인력에 배부하고 본격적인 교육을 실시했으며, 운영 노하우를 바탕으로 공정 별 유틸리티를 개선했다. 이때 확보된 온도저감, 교반방식, 슬러지 응집제 선정, 탈취 방식, 공정 계열화 등 수많은 노하우는 ‘환경부, 가축분뇨처리시설 설치기준과 지침’에 다수 반영됐다.

BCS는 가축분뇨공공처리시설 국내 최다 적용 실적 보유기술로서 현재 가축분뇨, 음식물, 분뇨처리시설 등 약 60여 곳에 적용돼 있다. 중소 규모 공공하수처리시설까지 포함하면 약 120여 곳에 이른다. 가축분뇨 정화처리에서부터 소규모 하수처리시설, 산업폐수처리시설, 자원화시설까지 적용되고 있는 BCS는 고객맞춤형 공정 구성이 가능하다. 뿐만 아니라 100% 국산 기자재 사용과 전 공정 자동화로 유지관리 및 A/S가 편리하며 끊임없는 R&D를 통한 개선으로 제로에 가까운 하자발생률은 BCS가 가축분뇨처리분야 업계 1위를 지키고 있는 비결이다.

도전은 계속된다

2016년, 환경부는 가축분뇨, 하수 슬러지, 음식물 쓰레기 등 유기성 폐기물을 통합 처리하여 바이오가스 등 에너지 생산효율을 높이고 시설 설치 및 운영비를 절감하는 유기성 폐기물의 통합 자원화를 추진하겠다고 발표했다. 이에 따라 가축분뇨도 개별 처리, 정화 처리에 앞서 통합 처리, 에너지화가 먼저 검토되고 있다.

BCS는 국내 최초로 가축분뇨의 정화 처리를 위해 개발되었지만, 최근 가축분뇨와 유사한 음식물폐기물, 매립장 침출수와 민간 폐수처리시설 등 고농도 폐수처리분야의 수요가 지속적으로 증가하면서 확대 적용되고 있다. 그 결과, 올해에도 제주도 광역음식물처리시설(300톤/일), 성주군 가축분뇨공공에너지 및 자원화 시설(230톤/일), 화천군 공공 에너지 및 자원화 시설(90톤/일)에 BCS 공법과 바이오가스(AAD) 공법을 수주하여 적용하는 쾌거를 이뤄냈다. BKT는 처리대상 물질을 정화 처리(Downstream)에 국한하지 않고, 에너지화 및 자원화(Upstream), 재이용(Upcycling)과 접목하여 친환경적이고 경제적인 종합처리시설 모델을 구축하는 Total Solution 공정개발에 박차를 가하고 있다.