사례 연구: 일일 5,000m³ 규모의 공장 용수 처리용 PAC — 탁도 98% 감소
사례 연구: 일일 5,000m³ 규모의 공장 용수 처리 PAC — 탁도 98% 감소
1. 배경 및 실제 과제
중부 지역에 위치한 한 상수도 처리장은 설계 용량 5,000 m³/일이며, 지역 강에서 원수를 취수합니다. 건기에는 원수 수질이 비교적 안정적이며 탁도는 30–60 NTU 범위에서 변동합니다. 그러나 우기 및 홍수철(9월11월)이 되면 탁도가 200–400 NTU로 급증하며, 최고 520 NTU에 달하는 경우도 있습니다. 부유물질(TSS) 함량도 46배 증가하여, 이에 따라 COD 지수와 물의 색상이 현저히 악화됩니다.
이전에는 공장에서 **알루미늄 황산염(Al₂(SO₄)₃·18H₂O)**을 주요 응집제로 사용했습니다. 홍수철에는 침전 후 수질 기준을 충족하기 위해 알루미늄 황산염의 투여량을 60–80 mg/L까지 늘릴 수밖에 없었습니다. 그 결과:
- 화학약품 비용이 홍수철 3개월 동안 40–50% 급증했습니다.
- 폐슬러지 발생량이 두 배로 증가하여 슬러지 처리 시스템에 과부하가 발생했습니다.
- 응집 후 물의 pH가 급격히 5.5 미만으로 떨어지면서, pH를 조절하기 위해 석회(CaO)를 추가로 사용해야 했으며, 이로 인해 상당한 추가 비용이 발생했습니다.
- 침전 후 물의 상태가 불안정하여, 어떤 날은 여전히 10–15 NTU를 기록해 여과조로 유입되기 전 허용 기준을 초과하기도 했습니다(권장 기준 ≤ 5 NTU).
2. 해결책: 10% 액상 PAC와 음이온 폴리머 병용 전환
2주간의 현장 조사 및 자르 테스트(jar-test)를 거친 후, 운영 담당 부서는 다음과 같이 응집 기술을 전환하기로 결정했습니다:
| 항목 | 이전 | 개선 후 |
|---|---|---|
| 주 응집제 | 분말 알루미늄 명반 | 10% 액상 PAC (Al₂O₃) |
| 응집 보조제 | 미사용 | 음이온성 폴리머 (0.05–0.1 mg/L) |
| 건기 투여량 | 30–40 mg/L | 15–20 mg/L PAC |
| 홍수기 투여량 | 60–80 mg/L | 25–35 mg/L PAC |
| pH 조정 | 석회 (CaO) 10–15 mg/L | 불필요 (pH 6.5–7.0 안정) |
왜 10% 액상 PAC인가?
PAC(폴리알루미늄 클로라이드)는 Al₂O₃ 함량이 ≈ 10%, 염기도가 45–60%로, 기존 알루미늄 명반보다 빠르게 응집이 이루어지며 더 크고 단단한 침전물을 형성합니다. 액상 형태는 정량 펌프를 통해 정확한 투여가 가능하며, 분말 알루미늄 명반처럼 용해할 필요가 없어 인력과 교반 장비를 절약할 수 있습니다. 특히, PAC는 물의 pH를 거의 낮추지 않아 석회 사용량을 줄이거나 완전히 없앨 수 있습니다.
음이온 폴리머의 역할:
음이온 폴리머는 PAC 투여 직후 극소량(0.05–0.1 mg/L)으로 주입되며, PAC 침전물이 더 큰 덩어리로 결합하여 더 빠르게 침전되도록 돕는 “가교제” 역할을 합니다. 자 테스트(jar-test) 결과에 따르면, 음이온 폴리머를 사용했을 때 PAC 단독 사용에 비해 침강 속도가 30–40% 증가한 것으로 나타났습니다.
3. 3개월 가동 후 결과 (홍수기)
시스템 전환 후 홍수기 3개월 동안 안정적으로 가동한 결과, 다음과 같은 결과가 도출되었습니다:
| 항목 | 이전 (알루미늄 명반) | 이후 (PAC + 폴리머) | 개선율 |
|---|---|---|---|
| 원수 (탁도) | 200–400 NTU | 200–400 NTU | — |
| 침전 후 수질 (탁도) | 8–15 NTU | 2–5 NTU | ↓ 60–70% |
| 탁도 제거 효율 | ~90–95% | 97–98% | ↑ 3–8% |
| 슬러지 발생량 (kg/m³) | 0.35–0.50 | 0.20–0.30 | ↓ 35–40% |
| 응집 후 pH | 5.0–5.5 (조정 필요) | 6.5–7.0 (조정 불필요) | 안정적 |
| 약품 비용 (VNĐ/m³) | 1,200–1,600 | 900–1,100 | ↓ ~25% |
| 침전 시간 (분) | 30–40 | 20–25 | ↓ 30% |
가장 큰 장점: 원수가 최고 520 NTU에 달하더라도 침전 후 물의 탁도가 2–5 NTU 수준으로 안정적으로 유지되며, 이는 유입수에 비해 98% 감소한 수치입니다. 이로 인해 모래 여과조의 운영 부담이 줄어들고, 여과 세척 주기가 24시간에서 36–48시간으로 연장되어 여과 세척용수와 운영 인력을 절약할 수 있습니다.
4. 비용 분석 — 어떻게 25%를 절감할 수 있나요?
홍수기(90일) 동안 일일 5,000 m³ 처리 시 시나리오:
| 항목 | 알루미늄 명반 | PAC + 폴리머 | 절감액 |
|---|---|---|---|
| 주요 응집제 (VNĐ/월) | 1억 8,000만–2억 4,000만 | 1억 3,500만–1억 6,500만 | 25–31% |
| pH 조절용 석회 (VNĐ/월) | 9–13.5백만 | 0 | 100% |
| 슬러지 처리 (VNĐ/월) | 22–30백만 | 12–18백만 | 40–45% |
| 인건비 + 운영비 | 기본 | 10–15% 감소 | — |
| 월 총 비용 | ~2억 1,100만–2억 8,300만 | ~1억 4,700만–1억 8,300만 | ↓ ~30–35% |
홍수철 3개월 동안의 총 절감액은 1억 9,000만–3억 VNĐ로 추산됩니다. 초기 전환 투자 비용(PAC 정량 펌프, 저장 탱크, 배관)이 약 8,000만–1억 2,000만 정도이므로, 투자 회수 기간은 2개월 미만입니다.
5. 교훈
- 액상 PAC는 단순한 “대체 응집제”가 아닙니다 — 이는 수질, 운영 및 비용 면에서 모두를 아우르는 최적의 종합 솔루션입니다.
- **음이온성 폴리머는 저렴한 “촉매”**이지만, 특히 탁도가 높은 수질 조건에서 PAC와 결합할 때 탁월한 효과를 발휘합니다.
- 자르 테스트(Jar-test)는 절대 생략할 수 없는 단계입니다 — 각 수원은 고유한 특성을 가지고 있으므로, 계절별 최적 투여량을 결정하기 위해 시험이 필요합니다.
- 단순히 m³당 단가만 보는 대신 TCO(총 소유 비용)를 산정하면 정수장에서 올바른 결정을 내리는 데 도움이 됩니다.
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