다시 뛰는 공정도시 서울!

문서번호 운영과-8492 결재일자 2019.12.10. 공개여부 부분공개(5) 방침번호 시 민 주무관 운영과장 중랑물재생센터소장 류의창 최영효 12/10 이성재 협 조 주무관 이석근 주무관 정종영 주무관 이창하 주무관 이도훈 주무관 이상영 주무관 정은주 주무관 신정현 주무관 도형철 주무관 정상진 슬러지저류조 무기응집제 투입 시범운영 최종결과 보고 2019. 12. 중랑물재생센터 (운영과) 소화가스「탈황효율 개선」을 위한 슬러지저류조 무기응집제 투입 시범운영 최종결과 보고 무기응집제를 이용한 소화조 내 황화수소 농도 저감 실증 테스트를 시범적으로 실시하고, 그 결과를 최종 보고함. Ⅰ 운영개요 ？？ 근거: 운영과-5073(2019.7.12.)「슬러지저류조 무기응집제 투입 시범운영」 ？？ 목적: 소화조내 고농도 황화수소(H2S) 저감방안 마련 ？？ 탈황설비 운영현황 구분 탈황설비 2처리장 액상촉매 (20,000Nm3/일) 3처리장 액상촉매 (20,000Nm3/일) 3처리장 철-킬레이트 (50,000Nm3/일) H2S 탈황목표 500ppm 50ppm 500ppm 약품 구매량/금액 40톤 / 26백만원 120톤 / 79백만원 34톤 / 120백만원 운영상 문제점 탈황시설 교체계획에 의한 가동중단 (4~12월) 과산화수소 공정제거로 탈황효율 40% 낮아짐 소화조 고농도 황화수소 유입으로 촉매제 성능 저하 및 황폐기물 증가 고농도 황화수소 소화가스 공급에 따른 문제점 발생 구건조시설 보일러의 잦은 정비 및 수리 도시가스회사(예스코) 가스 공급량 감소 신건조장 바이오가스 공급 불가(SCR운전) ？？ 운영내용 ？ 운영기간 : 2019. 9.~12. ？ 운영방법 : 무기응집제(철계) 투입량 변동시 황화수소 농도 측정 및 후속공정에 미치는 영향 분석 ­ 투입장소(2개소) : 제2처리장 분뇨동 저류조, 제3처리장 농축기동 저류조 ­ 운영기간 및 투입량 구분 운영기간 분뇨동 저류조 농축기동 저류조 농도 (ppm) 투입량 (톤/일) 농도 (ppm) 투입량 (톤/일) 1차 8/28~9/15 200 1 400 5.6 2차 9/16~10/7 400 2 200 2.8 3차 10/8~10/27 600 3 0 0 4차 10/28~12/1 800 4 0 0 2처리장 분뇨동 슬러지 저류조 3처리장 농축기동 슬러지 저류조 <투입 개략도 및 무기응집제 투입시설 설치 전경> ？ 소요비용 : 총 96,899천원 ­ 약품비 : 58,500천원(무기응집제 450톤) ­ 시설비 : 38,399천원(10톤 × 4대 저장탱크 및 펌프) Ⅱ 운영결과 ？？ 소화조 운영 분석 ？ 소화조에서 발생하는 황화수소(H2S) 농도 변화 측정 운영기간 (투입농도) 2소화조 운영기간 (투입농도) 3소화조 최고 최저 평균 최고 최저 평균 8/1~8/27 (투입전) 2,232 1,140 1,724 8/1~8/27 (투입전) 2,325 985 1,411 8/28~9/15 (200ppm) 1,520 870 1,211 8/28~9/15 (400ppm) 1,788 655 1,127 9/16~10/7 (400ppm) 1,210 890 956 9/16~10/7 (200ppm) 1,070 759 1,495 10/8~10/27 (600ppm) 960 146 661 10/8~10/27 (0ppm) 1,420 960 1,162 10/28~12/1 (800ppm) 380 180 245 10/28~12/1 (0ppm) 1,430 650 1,057 [황화수소 농도변화 추이] ？ 2소화조는 200~800ppm을 단계적으로 200ppm씩 증가하여 투입하였으며, 그 결과 600ppm에서 가장 효율이 좋은 것으로 나타남 ？ 3소화조는 시범약품 사용 부족 및 2소화조와 비교를 위하여 400~200ppm으로 단계적으로 200ppm씩 감소하여 투입하였고, 황화수소 농도 감소 효과가 있었음 ？ 3소화조에 무기응집제 투입을 중단한 경우에도 황화수소 농도가 감소되는 현상이 나타남. 이는 2소화조 무기응집제 투입 영향이 3소화조에 미치는 것으로 판단됨 ？ 소화조 운영 주요인자(유기산, 알칼리도, pH) 분석 결과 : 특이사항 없음 운영기간 (투입농도) 2소화조 운영기간 (투입농도) 3소화조 유기산 알칼리도 pH 유기산 알칼리도 pH 6월 220 4,620 7.6 6월 115 3,150 7.5 7월 287 5,080 7.7 7월 164 3,182 7.7 8월 298 4,860 7.9 8월 248 3,337 7.8 8/28~9/15 (200ppm) 247 4,850 7.8 8/28~9/15 (400ppm) 191 3,020 7.7 9/16~10/7 (400ppm) 234 4,920 7.8 9/16~10/7 (200ppm) 143 2,435 7.7 10/8~10/27 (600ppm) 216 3,610 7.9 10/8~10/27 (0ppm) 219 2,670 7.6 10/28~12/1 (800ppm) 144 4,104 7.6 10/28~12/1 (0ppm) 106 2,851 7.6 ？？ 이온변화 분석 ？ 저류조 철(Fe), 황(S) 분석(2019.10.8) 분석 항목 2소화조 3소화조 유입저류조 (ppm) 농축저류조 (ppm) 반류수 (ppm) 유입저류조 (ppm) 농축저류조 (ppm) 반류수 (ppm) 철(Fe) 111 859 3 185 655 4 황(S) 111 19 45 122 108 28 ※ 무기응집제 투입시 철이온은 슬러지에 많이 들어가고, 황이온은 반류수로 많이 배출되어야 함 ­ 2, 3소화조 모두 철 이온은 슬러지에 많이 들어갔으나, 3소화조에 황이온은 2소화조에 비하여 반류수로 배출되는 농도가 낮은 것으로 나타남 ？？ 탈수기동 운영 분석 ？ 평균함수율 및 응집제 주입율 분석결과 : 특이사항 없음 일시 탈수기동 A 탈수기동 B 일평균 발생량 (톤) 평균 함수율 (%) 응집제 주입율 (ppm) 일평균 발생량 (톤) 평균 함수율 (%) 응집제 주입율 (ppm) 6월 344 77.4 0.757 320 78.9 0.674 7월 367 77.5 0.727 316 78.2 0.658 8월 261 76.5 0.648 280 78.0 0.684 8/28~9/15 270 76.8 0.724 304 77.9 0.657 9/16~10/7 351 77.2 0.736 285 78.6 0.661 10/8~10/27 357 78.1 0.722 260 78.6 0.682 10/28~12/1 388 78.4 0.734 192 78.8 0.644 ※ 자료: 운영공정 일지 ­ 무기응집제 투입에 따라 응집제 주입율이 소폭 감소 후 증가하는 것으로 나타남 ？ 슬러지내 무기금속 분석 결과 : 특이사항 없음 (단위:mg/Kg) 일시 탈수기동 A 탈수기동 B 철(Fe) 알루미늄 (Al) 인(P) 철(Fe) 알루미늄 (Al) 인(P) 6월 9,723 42,094 36,294 9,278 38,287 35,550 7월 12,135 45,294 22,813 20,965 43,568 23,677 8월 15,091 46,071 32,070 12,154 42,158 30,618 9월 11,853 40,851 27,734 11,986 34,319 21,949 10월 13,834 44,138 29,840 11,414 39,329 25,764 11월 15,391 44,823 32,574 15,469 45,259 38,553 ※ 자료: 서울물연구원 분석 ­ 무기응집제 소량 투입시 Fe, Al, P은 소폭 감소 하는 것으로 나타났으며, 투입량 증가시 점차 증가하는 것으로 나타남 ？？ 건조기동 운영 분석 ？ (구)건조시설 대기배출시설 환경오염도 분석 : 법정기준 만족 일시 건조시설(구) 일시 건조시설(구) NOx (ppm) SOx (ppm) 미세먼지 (mg/sm3) NOx (ppm) SOx (ppm) 미세먼지 (mg/sm3) 배출허용기준 160 180 50 배출허용기준 160 180 50 6월 34.4 24.9 16.1 9/16~10/7 36.0 38.4 13.8 7월 26.4 65.8 20.1 10/8~10/27 36.7 21.5 10.5 8월 31.7 22.3 13.8 10/28~12/1 56.2 0.8 7.6 8/28~9/15 80.4 1.8 10.7 ※ 자료: 대기배출시설 환경오염도 측정결과서 ？ (신)건조시설 슬러지내 황(S) 및 저위발열량 시험 분석 : 법정기준 만족 건조기 2호 (2019. 10. 28.) 건조기 3호 (2019. 11. 29.) 황(S) 저위발열량 (2,000kcal/kg 이상) 황(S) 저위발열량 (2,000kcal/kg 이상) 기준(ppm) 결과(ppm) 기준(ppm) 결과(ppm) 2.0이하 0.91 2,820 2.0이하 0.87 2,760 ※ 자료: 슬러지 시험분석 결과서 ？？ 수처리 운영 분석 ？ 농축여액 총질소(T-N) 및 총인(T-P) 분석 : 특이사항 없음 (단위:ppm) 일시 분뇨동 농축여액 농축기동 농축여액 총질소(T-N) 총인(T-P) 총질소(T-N) 총인(T-P) 6월 133 12.9 99 13.0 7월 140 18.4 101 25.5 8월 139 13.0 78 8.7 9월 138 7.6 112 13.4 10월 137 6.3 153 58.7 11월 135 6.5 108 22.7 ※ 자료: 운영공정 일지 ？ 방류수 총질소(T-N) 및 총인(T-P) 분석 : 특이사항 없음 (단위:ppm) 일시 방류수 #1 방류수 #2 총질소(T-N) 총인(T-P) pH 총질소(T-N) 총인(T-P) pH 6월 9.607 0.089 6.3 16.465 0.236 6.5 7월 8.678 0.112 6.3 14.410 0.256 6.5 8월 9.167 0.142 6.3 12.092 0.190 6.5 9월 9.143 0.158 6.3 12.476 0.203 6.4 10월 9.261 0.197 6.4 13.002 0.210 6.4 11월 9.864 0.109 6.4 13.243 0.209 6.4 ※ 자료: TMS 운영공정 일지 Ⅲ 경제성 분석 ？ 무기응집제 투입 전, 후 경제성 분석(2020년) 구분 탈황시설 신건조시설 합계 탈황 약품 비용 바이오가스 공급량 LNG비용 사업 전 4억 10,000Nm3/일 57억 61억 사업 후 3.7억 35,000Nm3/일 21.7억 25.4억 예산절감 비용 0.3억 35.3억 35.6억 ※ 자료 : 1. (신)건조시설 운영설계(도화엔지니어링) 2. 붙임2. 참조(경제성분석 산출자료) - 무기응집제를 1,200톤/연(600ppm/일) 투입시 탈황효율 증대로 신건조시설에 바이오가스 공급량을 증가 시킬 수 있어 LNG사용 비용이 약 35.3억/연으로 절감 될 수 있을 것으로 판단됨(공급량 증가: 10,000Nm3/일 → 35,000Nm3/일) - 탈황약품 운영비는 약 4억원/연 이며, 무기응집제 투입시 운영비는 3.7억원/연 으로 약품비용이 소폭 감소할 것으로 예상됨 ※ 약품비 산출내역은 2소화조에만 무기응집제를 투입하는 경우이며, 탈황운영 효율을 극대화 하기 위해 3소화조 투입시 산정 금액은 변동됨 Ⅳ 평가결과 ？？ 소화조내 황화수소 농도 저감 ？ 2, 3소화조에 4차례에 걸쳐 무기응집제 투입 농도변화를 주었고, 소화조에서 발생하는 황화수소 농도를 측정한 결과 감소되는 효과가 나타남 (단위:ppm) 구분 2소화조 3소화조 최고 최저 평균 최고 최저 평균 투입 전 2,232 1,140 1,724 2,325 985 1,411 투입 후 380 146 245 1,070 655 1,057 결과 평균 85.8% 감소 평균 25.1% 감소 ？ 2소화조의 무기응집제 투입이 3소화조에 영향을 미치는 것으로 판단됨 운영조건 2소화조 3소화조 무기응집제 투입농도 황화수소(H2S)(ppm) 최고 최저 평균 ­ 2소화조 무기응집제 투입 ­ 3소화조 무기응집제 투입중지 ­ 기간:10.8.~12.1.(2개월) 600ppm 1,186 960 1,420 800ppm 1,430 650 999 결과 감소 ？？ 후속공정 영향 분석 결과 운전상 안정된 상태를 유지 ？ 무기응집제 투입 후 수처리공정, 소화조공정, 슬러지탈수공정, 슬러지건조공정의 주요 운영인자에 대해 분석을 실시한 결과 운전상 안정된 상태를 유지하였고, 공정상 문제점은 발견되지 않음 구분 운영인자 추적관찰 항목 결과 수처리 공정 ­ 총질소(T-N) ­ 총인(T-P) ­ pH 양호 소화조 공정 ­ 유기산 ­ 알칼리도 ­ pH 양호 슬러지 탈수공정 ­ 슬러지 발생량 ­ 응집제 주입율 ­ 무기금속 분석(Fe, Al, P) 양호 슬러지 건조공정 ­ 대기배출환경오염도 분석 (SOX, NOX, 미세먼지) ­ 슬러지내 황(S), 저위발열량 양호 ？？ 무기응집제 사용에 대한 경제성 분석결과 35.6억원/연 예산절감 효과 ？ 무기응집제 투입에 따른 황화수소(H2S)제거 효과로 탈황시설 약품비용이 0.3억원/연 으로 예산절감이 예상됨 ？ 신건조시설에 바이오가스 공급량을 증가시켜 LNG사용 비용이 약 35.3억원/연 으로 연료사용비가 절감 될 것으로 판단됨 ※ 공급량 증가 : 10,000Nm3/일 → 35,000Nm3/일 ？？ 2020년 2처리장 탈황시설 교체사업 시행 ？ 무기응집제 투입 후 2소화조에서 발생되는 황화수소(H2S)농도는 평균 245ppm으로 나타나, 탈황 제거 목표농도 50ppm을 달성하기에는 어려움이 있음 ？ 구건조시설의 SCR(대기오염방지시설) 운전을 위해서는 2처리장 탈황시설 교체 사업이 반드시 시행되어야 할 것으로 판단됨 Ⅳ 향후 계획 ？？ 무기응집제 구매 후 소화조내 황화수소 발생 저감공정 지속 운영(운영과) ？？ 2020년 2처리장 탈황시설 교체 의뢰(시설보수과) ？？ 건조시설에 소화가스(바이오가스) 공급량 확대(LNG사용 비용 절감) ？？ 무기응집제 소화조 투입 공정운영 합동연구(서울물연구원). 붙임 1. 소화조 황화수소(H2S) 농도 측정자료 1부. 2. 경제성 분석 산출 자료 1부. 끝.

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