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런던의 수백만 명에게 물을 공급하는 거대한 템스 워터(Thames Water) 시설부터 세븐 트렌트(Severn Trent)나 요크셔 워터(Yorkshire Water)가 관리하는 규모는 작지만 똑같이 중요한 시설에 이르기까지, 영국 내 어느 활성 슬러지 처리 시설을 둘러보더라도 폭기조에 공기를 불어넣는 송풍기의 낮고 지속적인 윙윙거리는 소리를 곧바로 듣게 될 것입니다. 이 압축 공기는 생물학적 처리의 핵심 동력입니다. 적절하고 지속적이며 무엇보다 기름이 없는 압축 공기가 없으면 용해된 유기물을 분해하는 호기성 박테리아는 환경청의 방류 기준을 충족할 만큼 충분한 개체 수를 유지할 수 없습니다.
수십 년 동안 수처리 분야 전반에 걸쳐 지속되어 온 문제는 겉보기에는 간단하지만 실제로는 매우 복잡합니다. 오랫동안 업계에서 널리 사용되어 온 기존의 오일 윤활식 루츠 블로어는 공기 흐름에 미세한 윤활유 방울을 혼입합니다. 폭기조에서 이러한 방울은 물 표면에 억제막을 형성하여 기포에서 액체로의 산소 전달을 방해합니다. 그 결과 생물학적 효율이 저하되고 처리수의 2차 오염이 발생하여 규제상의 문제와 허가 위반 가능성을 초래합니다. 폐수 폭기용으로 특별히 설계된 오일 프리 공기 압축기는 이러한 문제를 근본적으로 해결합니다.
Ever Power 팀은 상수도, 식품 가공, 제약 및 중공업 분야에서 18년 이상 현장 엔지니어링 경험을 쌓아왔습니다. 이들은 공정 엔지니어, 운영 관리자 및 구매 전문가와 직접 협력하여 영국에서 가장 까다로운 처리 환경에 적합한 오일 프리 스크류 및 원심 송풍기 시스템을 설계, 설치 및 시운전해 왔습니다. 본 글에서는 이러한 경험을 바탕으로 생물학적 폭기 공정에 오일 프리 압축 공기를 도입하려는 모든 분들을 위해 기술, 성능, 규제 환경, 실제 사례 데이터 및 총 소유 비용에 대한 실용적인 정보를 제공합니다.
활성 슬러지 시스템에서 오일이 없는 폭기(Oil-Free Aeration)의 과학적 원리
활성 슬러지 공정(ASP)은 영국 전역의 생물학적 폐수 처리의 핵심입니다. 기본적으로 하수는 폭기조로 유입되어 호기성 미생물이 밀집된 환경(총칭하여 혼합액 부유 고형물, MLSS)과 혼합됩니다. 이 박테리아는 탄소 및 질소 오염 물질을 분해하지만, 최적의 대사 효율을 유지하기 위해서는 용존 산소(DO) 농도가 1.5~3.0mg/L로 일정하게 유지되어야 합니다. 폭기조 바닥에 설치된 미세 기포 확산기를 통해 공급되는 압축 공기가 이러한 산소 농도를 유지하는 주요 수단입니다.
오일 프리 스크류 압축기는 물리적 접촉 없이 맞물리는 두 개의 나선형 로터(수컷 로터와 암컷 로터)를 통해 압축을 수행합니다. 이 로터 사이의 중요한 간극은 윤활유 대신 정밀 베어링 형상과 마찰 방지 코팅에 의해 유지됩니다. 즉, 압축 챔버는 오일이 닿는 부품과 완전히 격리되어 있습니다. 그 결과, ISO 8573-1 Class 0 인증을 받은 공기 흐름이 생성됩니다. 이는 오일 에어로졸, 오일 증기, 액체 오일이 전혀 검출되지 않는다는 것을 의미합니다. 이 공기가 폭기조로 유입되면, 기포 합체를 저해하는 표면 활성 오염 물질이 없기 때문에 미세 기포 확산기를 통한 산소 전달 효율(OTE)이 이론적인 최대치로 작동합니다.
원심 송풍기(터보 송풍기)는 오일을 사용하지 않는 대안으로, 자석 베어링이나 공기 베어링 위에서 고속으로 회전하는 임펠러를 사용합니다. 이 또한 공기 흐름 경로에 오일이 필요하지 않습니다. 두 기술 모두 이제 가변속 드라이브(VSD)가 통합되어 제공되므로, 압축기는 저수조의 용존 산소(DO) 센서 피드백에 따라 실시간으로 출력을 조절할 수 있습니다. 이러한 폐루프 제어를 통해 고정 속도 오일 송풍기 대비 20%에서 35%에 이르는 상당한 에너지 절감 효과를 실제로 실현할 수 있습니다.
기름 없는 공기가 중요한 이유: 오염된 폭기 공기의 실제 비용
생물학적 과정 실패
2~5ppm의 오일 에어로졸만 있어도 폭기조 물 표면에 막을 형성하여 기포에서 액체상으로 산소가 확산되는 것을 막습니다. 그 결과 용존 산소(DO) 수치가 떨어지고, 슬러지 군집에서 가장 민감한 미생물인 질산화 박테리아가 사멸하기 시작하며, 방류수의 암모니아 수치가 허가 기준치에 근접할 정도로 위험하게 상승합니다.
규정 위반 위험
환경청의 방류 허가는 최종 방류수의 생화학적 산소 요구량(BOD), 암모니아 및 부유물질에 대한 엄격한 제한 기준을 명시하고 있습니다. 폭기 시스템에 문제가 생기면 하수처리장은 허가 기준을 지속적으로 위반하게 되어 공식적인 강제 집행 통지, 환경정보공개규정에 따른 보고 의무, 그리고 상당한 재정적 벌금을 초래할 수 있습니다.
에너지 효율성 필수
일반적으로 하수처리장의 총 전력 소비량 중 50~701톤(TP5T)은 폭기 공정에 사용됩니다. 영국 수자원 회사들은 Ofwat의 PR24 가격 검토에 따라 운영 효율성 개선을 입증해야 한다는 압력을 점점 더 받고 있습니다. 실시간 용존산소(DO) 수요에 맞춰 작동하는 오일 프리 VSD 압축기를 사용하면 중대형 하수처리장에서 연간 4만~18만 파운드의 에너지 비용을 절감할 수 있습니다.
디퓨저 막힘 및 유지 관리
오일 오염은 미세 기포 PTFE 및 EPDM 멤브레인 디퓨저의 오염을 가속화합니다. 디퓨저가 막히면 배압이 증가하고 산소 전달 효율이 더욱 감소하며, 세척 또는 교체를 위해 비용이 많이 드는 수조 탈수 작업이 필요합니다. 일반적으로 깨끗하고 오일이 없는 공기를 공급할 경우 10~12년의 수명을 누릴 수 있는 반면, 디퓨저는 3~5년마다 교체해야 합니다.
기술 성능 사양
Ever Power 오일프리 스크류 및 터보 블로어 시리즈 - 폐수 폭기 구성
| 매개변수 | 오일프리 스크류(EP-OFS) | 터보 블로어(EP-TB) | 전통적인 기름칠한 뿌리 |
|---|---|---|---|
| 공기 청정도 등급 | ISO 8573-1 클래스 0 | ISO 8573-1 클래스 0 | 3~5등급(기름칠함) |
| 유량 범위 (m³/min) | 2.5 – 45 | 8 – 120 | 5~80 |
| 토출 압력(bar g) | 0.3 – 1.2 | 0.3 – 1.0 | 0.4 – 0.8 |
| 비에너지(kW/m3/min) | 4.2 – 5.8 | 3.8 – 5.2 | 6.5 – 8.4 |
| VSD 호환 | 기준 | 기준 | 선택 과목 |
| 1m 거리에서의 소음 수준(dB(A)) | 68 – 76 | 62~70세 | 78 – 90 |
| 모터 효율 등급 | IE4 / IE5 | PMSM | IE2 / IE3 |
| 일반적인 유지 보수 간격 | 4,000시간 | 8,000시간 | 1,500시간 |
| Roots 대비 예상 에너지 절감량 | 22 – 30% | 28 – 38% | 기준선 |
* 성능 데이터는 영국 및 유럽 설치 현장의 측정 결과를 기반으로 합니다. 실제 값은 현장별 조건에 따라 다를 수 있습니다. 현장별 맞춤 평가가 필요하시면 당사 엔지니어링 팀에 문의하십시오.
영국 전역에 오일 프리 폭기 압축기가 설치된 위치
응용 분야는 도시 하수 처리장을 훨씬 넘어섭니다. 물론 도시 하수 처리장은 영국에서 가장 큰 단일 시장 부문으로 남아 있습니다.
앵글리안 워터 - 피터버러 동부 하수처리장, 영국
부문
도시 하수 처리
위치
영국 캠브리지셔주 피터버러
장비 제공
4 × EP-OFS 55kW VSD 무윤활 스크류 블로어
인구 환산
120,000 PE · 3레인 ASP 구성
도전
피터버러 이스트 하수처리장은 14년 넘게 노후된 Roots 송풍기 3대를 활성 슬러지 처리 시설에 가동해 왔습니다. 정기적인 점검에도 불구하고, 오일이 묻어 있는 이 송풍기들은 인근 캠핑장의 휴가객들로 인해 생물학적 부하가 증가하는 여름철에는 폭기 처리 시설 2번 구역에 눈에 띄는 표면 찌꺼기를 발생시켰습니다. 질산화 성능은 암모니아 기준치(연평균 4mg/L)에 미치지 못하는 수준이었고, 에너지 관리팀은 Ofwat의 AMP8 효율성 목표에 따라 이 송풍기들을 최우선 개선 대상으로 지정했습니다.
에버 파워 솔루션
Ever Power는 당사 애플리케이션 엔지니어들이 두 차례 현장 방문을 통해 수행한 상세한 현장 조사 및 공기 흐름 모델링 작업을 바탕으로, 각각 55kW 정격의 EP-OFS 장치 4대를 선정했습니다. 이 장치들은 3대는 주 가동용으로, 1대는 예비용으로 구성되었습니다. 장치에는 Allen-Bradley VSD 컨트롤러가 통합되어 장착되었으며, Modbus RTU를 통해 현장 SCADA 시스템과 직접 연결되어 각 차선의 용존산소(DO) 송신기 신호에 따라 완전 자동 변조가 가능했습니다. 설치는 계획된 10일간의 가동 중단 기간 동안 완료되었으며, 현장 팀은 당사 시운전 엔지니어로부터 현장 교육을 받았습니다.
측정 결과 (시운전 후 12개월)
31%
송풍기 스테이션의 전력 소비 감소
11만 2천 파운드
연간 에너지 비용 절감
2.1mg/L
평균 폐수 암모니아 농도 (기준치 4mg/L 대비)
3.4년
자본 투자에 대한 단순 회수 기간
고객들이 남긴 후기
"저희는 이스트 미들랜즈 지역에서 약 85,000명의 승객에게 서비스를 제공하는 공장의 두 개의 폭기 라인에 설치되어 있던 오일식 루츠 송풍기 3대를 에버 파워의 무유압 송풍기로 교체했습니다. 설치 후 6주 만에 표면의 찌꺼기가 완전히 사라졌고, 용존 산소(DO) 제어도 매우 안정적입니다. 에너지 절감 효과만으로도 4년 안에 설치 비용을 회수할 수 있을 것입니다."
데이비드 H.
운영 관리자, 지역 상수도 회사 · 영국 이스트 미들랜즈
"슈롭셔에 있는 저희 낙농 폐수 처리장은 기존 송풍기 시스템에서 발생하는 기름 오염으로 심각한 문제를 겪고 있었습니다. 폭기조 표면에 기름띠가 그대로 보일 정도였죠. 에버 파워(Ever Power) 팀의 상세한 현장 평가 후, 저희는 에버 파워의 터보 송풍기를 선택했고, 그 결과는 놀라웠습니다. 기름 오염도 없고 소음도 줄었으며, 송풍기 전기 요금도 28%나 절감했습니다. 사후 지원 또한 훌륭했습니다."
사라 M.
환경 및 지속가능성 관리자 · 유제품 가공 그룹 · 영국 슈롭셔
"저희는 에든버러 인근 바이오테크 캠퍼스의 매우 제한된 설비실 공간에 설치할 수 있는 소형 무윤활 스크류 블로어가 필요했습니다. 에버 파워의 엔지니어링 팀은 네 번의 설계 수정 과정을 거쳐 저희와 협력하여 비표준 배출 방향과 방음 설비를 갖춘 맞춤형 장치를 제작해 주었습니다. 가격 경쟁력도 뛰어났고 납기도 약속대로 정확하게 지켜졌습니다. 강력 추천합니다."
제임스 K.
엔지니어링 책임자 · 제약 바이오테크 캠퍼스 · 스코틀랜드 에든버러
기성품이 아닌 고객 사양에 맞춰 설계됩니다.
영국 내 모든 하수처리장은 저마다 다른 특성을 가지고 있습니다. 수리학적 부하 프로파일, 폭기조의 기하학적 구조, 기존 SCADA 인프라, 가용 전력, 인근 주거 지역의 소음 제한 등 모든 요소를 고려할 때, 해당 현장에 최적화된 맞춤형 압축 공기 솔루션이 필수적입니다. 단순히 카탈로그에서 선택하는 솔루션이 아니라, 진정으로 현장에 맞게 설계된 솔루션이 필요합니다.
에버 파워의 제조 시설은 맞춤형 엔지니어링 프로그램을 운영합니다. 당사의 애플리케이션 엔지니어는 맞춤형 압력 등급, 비표준 배출 방향, 맞춤형 방음 인클로저, 통합 VSD 및 DO 제어 패널, 바이오가스 환경용 ATEX 등급 변형 제품, 부식성 매체용 스테인리스 스틸 에어엔드 옵션, 그리고 국제적 배포를 위한 이중 전압 구성 등 다양한 사양을 갖춘 오일 프리 스크류 및 터보 블로어 패키지를 설계 및 제작할 수 있습니다. 모든 장치는 출고 전 최대 부하 공장 출하 검사를 거치며, 상세한 성능 인증서가 제공됩니다.
맞춤형 구성의 경우 설계부터 납품까지 소요되는 기간은 일반적으로 6~10주로 업계에서 가장 짧습니다. 이는 당사가 제조 공정 전체를 자체적으로 관리하고 외부 하청업체에 조립을 맡기지 않기 때문입니다. 영국 상수도 부문 프레임워크 계약 및 반복 공급 계약의 경우, 전담 계정 관리 및 보장된 예비 부품 재고 관리 프로그램을 제공합니다.
맞춤형 엔지니어링 역량
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압력 및 유량 맞춤 설정 — 사용자의 정확한 수조 깊이 및 디퓨저 압력 강하 요구 사항에 맞춰 장치를 구성합니다.
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방음 패키지 - 민감한 부지의 건축 규정을 충족하도록 설계된 차음 장치
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ATEX 구역 1 / 구역 2 — 바이오가스 또는 슬러지 처리 환경용 변형 제품
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SCADA 통합 - Modbus RTU, Profibus DP, PROFINET, Ethernet/IP를 기본으로 지원합니다.
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컨테이너형 스키드 패키지 - 신속한 현장 배치 또는 임시 사용을 위한 플러그 앤 플레이 송풍기 스테이션
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OEM 공급 - 영국 시스템 통합업체를 위한 화이트 라벨 및 프라이빗 라벨 제조
잉글랜드, 스코틀랜드, 웨일스 및 북아일랜드 전역의 정수 시설에 서비스를 제공합니다.
영국 수자원 부문은 당사의 애플리케이션 엔지니어들이 직접적인 경험을 통해 깊이 이해하고 있는 독자적인 규제 및 운영 체계 하에서 운영됩니다. 환경청의 방류 허가, Ofwat의 AMP8 효율 요건, UKWIR 지침 문서, 그리고 수자원 산업법의 의무 사항들은 다른 글로벌 시장과는 달리 폭기 장비의 기술 사양 결정 과정에 영향을 미칩니다. 당사의 영국 담당 영업 및 엔지니어링 팀은 스코틀랜드 고원에서 콘월 반도에 이르는 지역의 현장 문의를 처리하며, 특히 템스 밸리, 세번-트렌트, 앵글리안, 노섬브리아, 요크셔 등 주요 유역 지역의 프로젝트 지원에 풍부한 경험을 보유하고 있습니다.
9,000+
영국 하수처리장
10개의 수도 회사
영국 각 지역에 서비스를 제공합니다.
AMP8
효율성 목표 달성을 위한 투자 촉진
EPR 2016
환경 허가 규정 체계
저희 애플리케이션 엔지니어들이 여러분의 질문에 답변해 드립니다.
기름 오염을 제거하고 폭기 에너지 비용을 절감할 준비가 되셨습니까?
Ever Power의 애플리케이션 엔지니어로부터 현장 맞춤형 상세 기술 제안서를 받아보세요. 당사는 영국 전역의 하수 처리 시설, 산업 폐수 처리 시설 및 양식장에 서비스를 제공합니다.
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