머리말
국내 석유화학산업계는 강화되고 있는 환경규제, 원유가 상승으로 인한 비용 증가, 인도 및 중동시장의 저가제품의 공격적 수출로 인하여 국제 경쟁력이 저 하됨에 따라 산업의 지속적인 성장이 심각하게 위협 받고 있다. 이러한 문제를 해결하는 한 방안으로써, 지 속 가능한 산업발전을 위한 모델로 ‘생태산업단지’가 등장하였다. 생태산업단지 구축의 핵심적인 부분은 기존 산업단지의 물질, 에너지 사용 효율을 극대화하 고 환경배출물질을 저감하기 위하여 부산물, 폐기물 의 재활용하는데 있다. 현재 기업간, 혹은 작게는 공장 간에 생성/소비/회수되는 부산물을 재활용하여 부산 물의 부가가치를 극대화하는 관련기술이 일본이나 유 럽을 중심으로 개발되고 있는데, 특히 일본의 경우 최 근 5년간 4,000억원의 대대적인 투자를 통하여 막대한 성과를 거두고 있다.
부산물 가운데, 차세대 에너지원으로 각광 받고 있 는 수소는 모든 석유화학단지에서 공통적으로 생산 혹 은 소비되고 있는 원료물질로써 국가적인 차원에서 에 너지 자원의 대외의존도를 낮추고, 에너지 안보에 기 여함과 동시에 대기 오염 및 온실가스 배출을 획기적 으로 낮출 수 있는 에너지 운반자로서 중요한 위치를 차지하기 때문에 향후 폭발적인 수요가 예상된다.
현재 석유화학단지 내에서 발생하고 있는 수소는 공정 내에서 특별한 수소의 수요처가 없어 연료로 사 용되는 경우가 대부분이어서, 연료로 사용되는 상당 량의 부산물 수소를 공정의 원료로 재활용할 경우 그 가치를 극대화 할 수 있다. 본고에서는 석유화학단지
내 수소의 발생/소비공정을 소개함으로써 수소 재활 용을 위한 최적의 교환망 구축 대상을 파악하고, 수소 재활용 교환망 구축을 위한 주요 기술을 소개하고자 한다.
수소 발생 및 소비를 통한 수요 예측
현재 수소를 제조하는 경제성이 가장 높은 방법은 스팀 개질로써 전체 수소 생산량의 48%를 차지하며, 그 외에 석유제품 이용이 30% 그리고 전기분해에 의 한 시장점유율이 4%를 차지한다. 국내에서 유통되는 수소는 대부분 석유 화학공정 중 부산물로 생성된 것 으로 가스 공급업체에 의해 정제, 충전되어 시중에 공 급되고 있다.
전 세계의 수소 생산량은 연간 약 5천억Nm3 규모 이며, 세계 수소시장의 약 70%이상을 미국과 유럽의 다국적 기업인 Air Product & Chemical, Air Liquid, BOC Group 등이 점유하고 있다. 수소는 주로 암모니 아, 메탄올과 같은 석유화학 제품을 생산하는 화학용 공정의 원료로 사용된다.
2020년경 세계 수소시장의 규모는 연간 총 2.1억 톤 으로 현재 규모의 약 5배까지 증가할 전망이며 현재 미국의 수소 수요는 연간 9백만 톤 규모이나, 2040년 경 미국 내 연료전지 자동차가 약 1억대까지 증가하 고, 또한 2천5백만 가구에 대한 전력 공급이 수소로 이루어진다고 가정하면 수소의 수요는 연간 4천만 톤 에 이를 것으로 전망된다. 일본의 경우에는 2030년경 연료전지 자동차에 연간 62만8천 톤, 발전용 연료전지 에 연간 292만3천 톤 등 총 415만 톤 규모의 수소가 정창현, 이철진, 홍선주, 한종훈
서울대학교 화학생물공학부
{hyun1002, cjlee99}@snu.ac.kr, [email protected], [email protected]
필요할 것으로 예상하고 있다. 현재 국내 수소 생산량 은 연간 57만 톤 규모로 납사 크래킹에 의해 대규모 석유화학 단지에서 생산되고 있으며, 생산된 수소는 자체적으로 원료로 재활용되거나 공정 내에서 연료로 수소가 사용되어 수급이 거의 일치하고 있는 상황이나 수소에너지 시대의 도래로 수소의 수요는 크게 증가할 전망이며 이에 대한 연구가 필요한 상황이다.
석유화학단지내의 수소 발생 및 소비공정
일반적으로 석유화학단지의 정유 공장에서는 탈황 이나 기타 공정 등 수소를 첨가하는 공정에서 대량의 수소가 필요하며, 에틸렌, 프로필렌을 생산하는 석유 화학공장의 NCC 공정에서는 대량의 수소가 발생한 다. 또한 기타 공장에서는 염소 제조 시 대량의 고순 도 수소가 발생하며, 수소를 원료로 사용하는 공정에 서는 수소제조업체로부터 수소를 구매하여 사용하고 있다. 석유화학 공장의 몇가지 예를 들어보면,
● 에틸렌 공정(Naphtha Cracking Unit)
원유를 정제하여 생산된 나프타를 주원료로 고온에 서 열분해반응 후 급냉공정, 압축공정, 정제공정을 거 쳐 주요제품인 에틸렌, 프로필렌과 여러 종류의 부산 물(C4혼합물, 중질연료유, 수소, 메탄 등)을 생산하는 공정이다. 이때 부산물로 수소가 대량으로 발생한다.
● 수첨탈황공정(Hydrodesulfurization Unit)
촉매와 수소를 이용하여 나프타, 등유, 경유 속에 포 함되어 있는 불순물을 제거하고 불포화 탄화수소를 포화시키는 공정이다. 이 공정은 나프타, 등유, 경유를 처리하며, 접촉개질공정의 원료유가 되는 Treated 나 프타를 생산한다.
● 접촉개질공정(Platforming Unit)
옥탄가가 낮은 경질유분의 탄화수소 구조를 바꾸어 옥탄가가 높은 유분으로 변환시키는 방법을 리포오밍 (Reforming)이라고 한다. 리포오밍의 대표적인 방식 이 접촉개질법이다. 접촉개질공정은 저옥탄가의 나프 타를 백금계 촉매하에서 수소를 첨가, 반응시킴으로 써 휘발유의 주성분인 고옥탄가의 접촉개질유
(Reformate)를 생산하는 공정이다. 접촉개질유에는 방향족화합물이 다량 함유되어 있으므로 벤젠, 톨루 엔, 자일렌을 생산하기 위한 방향족 추출공정의 기본 원료로도 사용된다.
● CA공정(Chloro-Alkali의 약자로서 염소(Chlorine)와 가성소다(Caustic, Sodium Hydroxide)를 총칭하는 말) 염소와 가성소다를 정제된 소금물을 전기 분해하여 제조하고 있으며, 전해조는 Frame, 양극, 음극과 이 를 구분해주는 Membrane으로 구성되고, 양극에서는 염소가 생성되며 음극에서는 가성소다와 수소가 생성 된다.
수소 재활용 교환망 구축 필요 요소 기술
수소 물질 교환망 구성을 위해서는 원하는 스펙(순 도, 양)에 맞는 효율적인 수소의 분리 정제/회수 기술, 교환망 설계 기술과 더불어 구축 이후, 수요처와 공급 처가 안정되게 수소를 주고 받을 수 있도록 최적의 조 업관리기술이 함께 적용되어야 한다.
1) 수소 분리 정제/회수 기술
● PSA 공정(Pressure Swing Adsorption)
수소정제를 위한 PSA 프로세스는 가스상태의 높 은 압력에서 불순물의 흡착이 이루어지고, 낮은 압력 에서는 탈착되는 원리를 이용한 것이다. 수소는 불순 물에 비해 상대적으로 적은 양이 흡착되는데, 이때 분 리를 위한 원동력은 공급물과 테일가스(tail gas)에 함유되어 있는 불순물의 분압의 차이가 되며, 수소의 분리를 위한 공급물과 테일가스 간의 최소 압력비는 4:1이다.
PSA 장치의 생성물인 수소의 경우 원료의 압력근 처에서 분리된다. PSA 분리는 크로마토그래피 장치 와 유사하며, 가벼운 불순물은 생성물의 처음에서 나 타나고, 순차적으로 흡착력이 강한 물질들이 나타나 게 된다. PSA 공정의 두 가지 이점은 어떤 수위로도 불순물을 제거할 수 있다는 것과, 매우 높은 순도의 수소를 얻을 수 있다는 점이다.
정유산업에 쓰이는 PSA 장치에서 원료의 최적압 력범위는 200~400psig이며, 테일가스 압력은 낮으면 낮을수록 좋으나, 높은 회수를 위해서는 2~5psig가 일반적으로 요구된다. 전형적인 PSA 수소생성물 순 도는 99%부터 99.999vol-%이다. PSA로 얻어지는 수소 회수는 최적의 운전시 80~92%정도를 달성가 능하며, 테일가스의 압력이 상대적으로 높은 40~80psig에서는 60~80%의 수득율을 얻을 수 있다.
미국의 UOP사는 병렬흡착 탑 방식의 Polybed PSA 공정을 이용하여 고순도의 수소를 생산하고 있 으며, 국내에서는 UOP와 Sumitomo 등의 PSA 공정 을 도입하여 고순도 질소와 산소를 분리정제하고 COG(coke oven gas) 및 석유화학 공정 중의 고순도 수소를 분리 정제하는 공정에 사용하고 있다.
● 막분리 공정(Membrane separation)
막분리 공정은 원료가스 내 물질들의 상대적인 투 과율의 차이를 이용하는 방법이다. 원료 내에 있는 수 소와 같은 투과력이 높은 물질은 막의 높은 압력을 가 지는 편에서 낮은 압력을 가지는 부분으로 이동하기 위해 막을 통과하는데, 먼저 가스 상태인 이들 성분은
막에 용해된 후, 다음 투과 가능한 편으로 확산된다.
반면, 투과력이 낮은 탄화수소 물들은 높은 압력을 가 지는 편에 남아있게 되는데, 이처럼 분리의 원동력은 막의 양쪽 간 분압 차이이며 분압 차이가 클수록 높은 회수율을 얻을 수 있다.
분리에 사용되는 고분자막은 초산섬유소(cellulose acetate), 폴리아세테이트(polyacetate), 폴리서포네 이트(polysulfonate), 폴리아마이드(polyamide) 등이 다. 막분리시스템을 통하여 90~95% 순도의 수소를, 85~90%의 수율로 얻을 수 있다. 더 높은 회수율을 위해서는 투과막면적을 증가시켜야 하며, 투과막 시 스템의 경우, 원료 조성이 변화하게 되면 수소 순도에 큰 영향을 준다. 또한, 막에 충격을 입힐 수 있는 무거 운 성분을 제거하기 위해서는 예열시스템이나 별도의 분리장치가 필요하다.
● 극저온 공정(Cryogenic Process)
극저온 공정은 낮은 온도에서의 휘발성 차이를 이 용하여 원료가스를 분리해내는 프로세스이다.
가장 간단하면서 널리 쓰이는 저온장치는 부분 냉 각 장치(partial condensation process)이며, 이는 원
Process Consideration
Feed purity(%) > 40 > 25 15~80
Max. Product purity(%) 99.9+ 98+ 97
Max. Hydrogen recovery(%) Up to 90 Up to 95 Up to 98
Unit hydrogen capacity, MMscfd 1~200 1~50 10~75
Feed pressure(psig) 150~1000 200~2000 200~1200
Product pressure(psig) Approximate feed Much less than feed Approximate feed Operation Consideration
Flexibility Very high High Average
Turn-down(%0) 10~65 15~120 10~80
Reliability High High Average
Other Consideration
Byproduct recovery No Possible Yes
Ease of expansion Average High Low
F.Liu and N.Zhang, “Strategy of Purifier Selection and Integration in Hydrogen Networks”, Chemical Engineering Research and Design, 2004
표 1. Selection Guide for Hydrogen Purification Process
Factor PSA Membrane Cryogenic
료의 불순물을 응축함으로써 정제가 이루어진다. 부 분냉각장치는 보통 수소/탄화수소의 분리에 적용되는 데, 그 이유는 탄화수소와 비교하였을 때, 수소는 상대 적으로 높은 휘발성을 가지기 때문이다.
저온 장치는 다른 수소 분리정제장치에 비해 열역 학적으로 효율적이고, 높은 수소의 회수율(92~97%) 을 가지며, 95%이상의 고순도 수소를 얻을 수 있다.
또한 순도와 회수율의 상충(trade-off)도 투과막 장치 보다는 작다.
2) 수소 재활용 교환망 설계 기술
수소핀치–수소핀치는 수소를 포함하고 있는 스트 림을 source로, 수소를 소비하는 스트림을 sink로 정 의하여 수소의 회수가 최대로 될 수 있도록 이들을 연 결하는 방법을 찾는 것이다. 첫 단계로 source와 sink 를 찾고, 다음으로 이들의 최적연결망을 찾기 위하여 수소합성선도(hydrogen composite curve)를 구축하 는데[그림 1], 이것은 온도 vs 엔탈피로 도시하는 대 신 수소순도 vs 유량으로 도시하는 것을 제외하고는 일반적인 핀치분석의 에너지합성선도와 같다. 합성선 도에서 source 곡선과 sink 곡선이 가장 가까운 곳이 수요와 공급의 최적교환망을 의미하고, 이는 목표가 되는 수소요구량을 나타낸다. 또 다른 유용한 도구는 수소잉여도(hydrogen surplus diagram)[그림 2]이 다. 수소잉여도는 열 교환망설계에서의 핀치점과 같 이 수소핀치를 나타내준다. 잉여도에서 핀치점은 수
소 요구에 부합하기 위한 수소의 순도레벨을 나타내 주는데, 이것은 직접적으로 회수하고자 할 때 회수 되 는 수소의 순도가 만족스럽지 못할 경우 추가적인 수소 정제 장치 필요여부를 결정하는데 이용될 수 있다.
Alves(1999, Analasys and design of refinery hydrogen distribution systems)가 제안한 수소핀치 방법을 기반으로, 최적의 수소 교환망 구성을 위한 첫 번째 단계는 물리적으로 가능한 모든 연결을 나타내 는 구조도[그림 3]를 만드는 것이다. 구조도를 만드는 단계에서는 압축기의 입구와 출구의 압력이 모두 일 정하다고 가정한 후, sink보다 압력이 크거나 같은 모 든 source를 sink와 연결하게 된다.
구조도를 만든 이후 최적화를 위하여 목적함수를
1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1
00 10 20 30 40 50 Hydrogen surplus (MMsctd)
Purity (-)
Pinch
그림 3. 수소 교환망 구조도(Superstructure).
그림 2. 수소잉여도(Hydrogen Surplus).
1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0
0 50 100 150 200 250 300 Flowrate (MMsctd)
Purity (-)
+
+
그림 1. 수소합성선도(Hydrogen Composite).
만드는데, 일반적으로 추가적인 수소공급을 최소화하 거나, 운전비용을 최소화하는 것, 총비용의 최소화 등 이 목적함수가 될 수 있다. 이때, 수소교환망설계의 최 적화를 위한 일반적인 제약조건은 다음과 같다.
● Sink 요구량
공정에서 필요로 하는 수소의 순도와 유량은 네트 워크 구성을 통하여 만족시켜야 한다. Source에서 보 내어지는 양, 기타 외부에서 구입하는 양, 정제를 통 해서 공급되어지는 양으로 최소의 필요량을 충족시켜 야 하며, 이때 수소의 순도는 다음과 같은 관계식으로 유도될수 있으며 sink에서의 제약조건을 만족시켜야 한다.
● Source 가능량
Sink나 정제장치, 연료로 보내지는 가스의 양은 source에서의 사용 가능한 양과 같아야 한다.
이러한 목적함수와 제약조건들로 최적화 문제의 수학 적 구성이 가능하며, 수학적 문제를 풀어냄으로써 최 적화된 교환망 디자인을 얻을 수 있다. 사용 가능한 데이터나 지식에 따라서 PSA, 투과막 장치와 같은 정제장치의 추가, 압축기의 추가, 파이프라인의 설치, 유틸리티 비용, 운전비용의 사항 등이 수학식에 추가 될 수 있다.
3) 수소 재활용 교환망 조업 기술
시시각각 변하는 외부 환경에 따른 수소부생가스 발생량 및 에너지 사용량, 운전비용 등을 예측하는 모 델을 통해 실시간으로 수소 교환망의 현황을 파악하
고, 효율저하시 그에 대한 원인을 진단하는 과정이 필 수적일 것이다. 이를 위한 고려요소는 다음과 같다.
① 각 개별 공장간의 비밀정보를 제외한 수소 교환망 전체의 핵심 지표들만을 한눈에 볼 수 있도록, 핵 심성과지표(Key Performance Indicator, KPI)를 정의한다.
② 각 개별공장의 차이에 상관없이 일관된 관계를 나 타내기 위해 관리지표를 표준화한다.
③ 관리지표들 사이의 상관관계를 나타내는 모델을 구성한다.
더불어, 현황 및 제약조건을 고려하여 배출량 및 비 용을 최소화하는 실시간 최적화 기술을 적용해야 할 것이다. 실시간 최적화는 수소 교환망 운전 비용 절감 이나 부산물 및 수소부생가스의 최적분배 및 최적 조 업 가이드를 제공하는 기능을 수행할 수 있을 것이다.
이를 위한 세부적인 연구방향은 다음과 같다.
① 수소교환망의 주요 조절 변수를 정의한다.
② 조절 변수의 변화에 따른 수소교환망 전체의 거동 을 예측할 수 있는 모델을 개발한다.
③ 개발된 모델과 제약 조건을 결합하여 전체 시스템 의 부가가치를 최대화할 수 있는 방향으로 최적화 문제를 구성한다.
국내외 수소 재활용 교환망 현황 및 전망
석유화학단지에서 부산물 수소의 재활용은 고순도 잉여수소의 직접적인 재활용과 저순도 수소의 분리정 제공정을 통한 재활용으로 구분할 수 있다. 이때 재활 용되는 수소의 용도는 원료로써 자체적으로 소비하거 나, 수소를 필요로 하는 회사로 판매되고, 그 후 연료 로써 부산물 수소를 활용하고 있는데, 최근에는 연료 로 사용되고 있는 부산물수소의 양을 최소화하고 자 체소비 또는 외부판매 등의 용도를 최대화함에 따라 원료로써의 고부가가치화를 추구하는 방향으로 이익 의 극대화를 꾀하고 있다.
● 국외
일본의 Chiba 석유화학단지 경우 정유사에서 수소 를 얻기 위해 스팀개질공정에서 일부러 납사를 사용 하고 있는 반면, 석유화학에서는 NCC공정에서 나프 타 분해시 수소가 발생되므로 이를 정유공장(탈황장 치 등)으로 보내고 역으로 정유공장에서 연료를 받는 수소 교환망이 있다. 한편, 영국의 Humberside와 Mersey Banks에서는 그 지역의 수소 부산물을 활용 한 지역 수소 수급 최적화에 관심을 모으고 있으며 다 가오는 수소 경제 시대를 대비하여 지역 수소 에너지 공급방안도 중기적으로 추진 중에 있다.
● 국내
국내 대산단지의 경우 현대오일뱅크와 삼성토탈이 전략적 제휴관계를 맺고 수소 활용을 통한 시너지 창 출을 위해 배관망을 공동 구축하기로 하여 나프타, 수 소이송배관을 완공하였다. 삼성토탈과 현대오일뱅크 는 수소 및 나프타 공급을 위한 파이프라인 배관망을 통하여 삼성토탈은 석유화학의 기초원료인 나프타를 안정적으로 공급을 받고, NCC공정을 통해서 발생되 는 수소를 현대오일뱅크에 공급하고 있다. 그 결과 삼 성토탈은 그동안 공정 중에 부산물로 생산된 수소를 연료로 사용해오던 것을 현대오일뱅크에 판매하게 됐 고, 현대오일뱅크도 원유 정제 시 필요한 수소를 저렴 한 제조원가를 확보할 수 있게 되었다. 현대오일뱅크 는 공동 배관망이 설치되면 그동안 나프타 제품을 선 박을 통해 삼성토탈에 공급하면서 소요된 연간 10억 원 정도의 운임을 절약할 수 있으며, 삼성토탈은 그동 안 연료로만 사용되던 수소 연간 1만 7천여톤을 현대 오일뱅크에 판매를 통해 경제적인 효과를 얻을 수 있 게 되었다. 이 사례는 석유화학업체들이 원료, 제품 배 관망 공동으로 구축해 물류비를 연간 100억원 이상을 절감할 수 있는 상생경영 모델이다.
비슷한 사례로 여수석유화학단지의 경우 YNCC, LG석유화학, 호남석유화학 등 에틸렌 공정을 가진 석 유화학회사와 정유회사(GS칼텍스)간에 수소 배관망 을 통하여 석유화학공정에서 발생하는 잉여의 고순도
수소와 저순도 수소를 정제과정을 거쳐 정유공장의 고순도가 필요한 공정으로 공급하는 계약을 체결하였 다. 그동안 석유화학회사는 잉여로 발생하는 수소를 특별한 수요처가 없어 연료로 태우고 있던 상황이었 으나, 정유회사로의 잉여 수소 공급을 통하여 대체연 료비를 제외하고도 연간 100억원이상의 경제적인 효 과를 얻게 되었다.
수소 재활용 교환망 구축 및 운영 시 고려사항 석유화학산업단지 내에 수소 재활용을 위한 교환망 을 구축하기 위해서는 상호 기업간의 혜택은 극대화 하고 위험은 최소화해야 한다는 원칙이 필수적이며, 이를 동시에 충족하기 위해서는 양사간의 이해와 협 조가 반드시 필요하다. 아울러, 교환망을 구축함으로 써 발생할 수 있는 민원문제도 정부의 지원을 받아 갈 등관리 프로그램 등을 통해 원만하게 해결해야 할 것 이다. 또한 구축된 교환망을 운영하는 과정에서, 제품 수요 변화, 교환망 내 각 공장들의 가동 여부 가동률 변화, 에너지 및 원료 단가 상승, 운전 비용 상승, 환경 규제 강화 등 다양한 주위 상황 변화 발생시 이러한 변화를 제어하여 교환망 운영을 항상 안정적으로 보 장해야만 한다. 그러나 교환망의 규모가 커짐에 따른 관리의 어려움, 교환망 내 각 단위 공장 모델의 신뢰 도 저하, 각 공장 운영에 대한 데이터 부족, 공장 시동 /정지와 같은 비정상 상황 등이 발생할 수 있다는 것 도 교환망 운영 시 반드시 고려해야 될 사항이다.
석유화학산업단지 내 수소재활용 교환망 구축의 기대효과
석유화학산업단지 내 수소 재활용 교환망을 구축하 여 고순도/저순도의 수소를 자체적으로 재활용함으로 써 얻게되는 경제적인 효과는 대체연료를 제외하고도 수소를 생산하는데 소비되는 원부재료비와 에너지비 용을 절감할 수 있을 것으로 기대된다. 아울러, 수소를 제조할 때 발생하는 CO2배출량을 줄이거나, 수소 제 조/정제에 사용되는 스팀(에너지원)을 얻기 위해 보
일러를 가동할 때 발생되는 NOx, SOx 등의 환경오 염물질의 양을 줄임으로써 환경적 효과를 가져올 것 이다. 한편 앞으로 수소가 주 에너지원으로 사용하는
‘수소에너지사회’가 곧 도래함에 따라 수소의 제조, 저장, 운반 및 이용기술은 국가적으로 매우 중요한 산 업 기술이 될 것이며 그 기술의 축적, 발전에 따라 국 가의 국제경쟁력의 차이는 더욱 커질 것이다. 따라서 고순도 수소 분리정제, 회수 기술 수소 재활용 교환망 설계 기술, 최적 조업 기술 등의 연구를 통하여 국제 무대에서 경쟁력을 갖추고 시장을 선점할 수 있을 것 으로 기대된다.
맺음말
최근 석유화학산업단지에서 부산물 재활용을 위한 기술개발의 중요성이 강조됨에 따라, 이 중 차세대 에 너지원으로 주목 받는 수소를 원료로 재활용하는 연 구 및 투자가 한창 진행 중이다. 본고가 석유화학 산 업단지에서뿐만 아니라, 여러 분야에서 차세대 에너 지원으로 주목 받고 있는 수소를 재활용하고자 할 때 수소 재활용 교환망 구축에 필요한 일반적 정보를 전 달할 수 있기를 바란다.
서론
최근 환경 규제강화 추세, 폐수처리 비용증가와 더 불어 원수가 부족해짐에 따라 다양한 산업에서 원수 사용량과 폐수 방출량을 줄이는 방안이 설득력을 얻 고 있다. 이에 각 산업체에서는 배출수를 재활용하기 위하여 많은 노력을 기울여 왔으며, 국내에서도 막여 과 방법을 이용하여 폐수처리장의 처리수를 재처리 하여 공정수로 재이용하고자 하는 방법이 적용되었다.
그러나 막대한 시설비 및 유지 관리비와 더불어 농축 수 발생 등의 운영상 문제점으로 인해 많은 어려움을 겪게 되었다. 기존의 배출수를 고도 처리하여 재이용 하는 기존의 방법에서 벗어나 공정 내에서 용수를 절 약함과 동시에 생산 공정의 과학적이고 체계적인 분 석을 통하여 용수의 이용률을 최대화한 후 최종 방류 함으로써 물 이용의 효율성을 높이고자 하는 용수재 이용 기술이 많은 관심을 받고 있다. 이에 따라 제지 산업, 석유화학산업, 발전소 및 철강 산업 같이 용수를 많이 필요로 하는 용수 과소비 산업의 경우 공정수의 내부 재순환을 최적화하여 유입되는 공업용수를 저감
하는 동시에 재이용수의 사용으로 전체 용수 사용량 을 줄이고 폐수의 방류량을 줄이고자 하는 워터핀치 기술(water pinch technology)에 대한 관심이 높아 지고 있다. 그 동안 워터핀치기술은 산업 전반에 걸쳐 15~40%의 원수와 20~50%의 폐수를 절약함으로써 성공적으로 적용되어져 왔다. 본 기술소개에서는 공 정 설계 단계에서 병목을 찾아 용수의 사용을 최소화 하는 워터핀치 기술을 소개하고 생태산업단지에서 기 업간 용수 재이용 같은 최신 연구동향을 소개하고자 한다.
용수 및 폐수 최소화 기회
용수 재이용을 위한 출발점은 모든 공정들이 원수 로 채워진 용수 재이용 네트워크를 이용하는 것이다.
흔히 있는 일이지만, 분리 공정으로부터의 모든 유출 흐름들은 유출흐름처리장치에서 동시에 모아지고 처 리된다. 만약 도시와 공장의 배출용수를 즉각적으로 처리하는 폐수처리시설에서 사용된다면 처리장은 현 장에 사용되거나 하수시스템으로의 유출이 가능하다.
유창규, 이태영, 이인범
