[바이오가스 정제 사례] 연천 음식물류폐기물 1,080㎥/hr 하이브리드 탈황·보일러 연계 프로젝트
음식물류폐기물의 혐기성 소화 과정에서 발생하는 바이오가스는 메탄을 주성분으로 하는 유용한 재생에너지 자원이지만, 바이오가스에는 황화수소(H₂S), 암모니아(NH₃), 수분 등 다양한 불순물이 포함될 수 있으며, 특히 높은 수분함량과 황화수소는 배관과 보일러 등 후단설비의 안정적인 운전에 영향을 줄 수 있습니다.
따라서 바이오가스를 안정적인 에너지원으로 활용하기 위해서는 황화수소를 효과적으로 제거하면서도 전체 바이오가스 정제공정을 얼마나 단순하고 경제적으로 구성하는가가 매우 중요합니다.
에이티이(주)는 경기도 연천군 음식물류폐기물 재활용 사업에 처리용량 1,080㎥/hr의 하이브리드 탈황설비를 적용하여, 음식물류폐기물 혐기성 소화 과정에서 발생하는 바이오가스를 안정적으로 정제하고 보일러 연료로 활용할 수 있는 시스템을 구축하였습니다.
특히 이번 프로젝트의 핵심은 일반적인 건식 탈황공정과 달리 탈황설비 전단에 별도의 제습설비를 설치하지 않고, 높은 습도을 가진 바이오가스를 하이브리드 탈황설비로 직접 유입하여 처리하는 공정을 적용했다는 점입니다.
이를 통해 설비구성을 단순화하고 초기 투자비뿐 아니라 장기적인 유지관리와 수선 부담을 줄이면서 바이오가스를 안정적인 보일러 연료로 활용할 수 있도록 하였습니다.
01. 프로젝트 개요
프로젝트명 : 연천 음식물류폐기물 재활용 사업
위치 : 경기도 연천군 전곡읍 일원
처리대상 : 음식물류폐기물의 혐기성 소화 과정에서 발생하는 바이오가스
바이오가스 처리용량 : 1,080㎥/hr
적용 솔루션 : 바이오가스 정제 및 보일러 연료 공급 시스템
주요 적용설비 : 하이브리드 탈황설비 | 바이오가스 가압송풍기 | 잉여가스연소기
02. 현장의 과제 | Problem
음식물류폐기물에서 발생하는 바이오가스를 어떻게 안정적인 에너지원으로 활용할 것인가?
연천 음식물류폐기물 재활용시설에서는 음식물폐기물을 고액분리한 후 발생하는 음식물폐수를 혐기성 소화 처리하고, 이 과정에서 발생하는 바이오가스를 에너지원으로 활용하고자 하였습니다.
음식물류폐수는 유기물 농도가 높기 때문에 혐기성 소화를 통해 상당량의 바이오가스를 생산할 수 있지만, 소화조에서 발생한 바이오가스를 그대로 보일러에 공급할 경우 황화수소와 수분 등 불순물이 후단설비의 안정적인 운전에 영향을 줄 수 있습니다.
따라서 이번 프로젝트에서는 다음과 같은 사항이 주요 과제로 검토되었습니다.
대용량 바이오가스의 안정적인 정제
바이오가스 내 황화수소(H₂S) 제거
암모니아(NH₃) 등 악취성분 저감
높은 습도의 바이오가스에 대한 안정적인 대응
보일러에 공급할 수 있는 안정적인 연료가스 확보
악취 및 황화수소에 따른 주변 민원 가능성 저감
정제공정의 단순화를 통한 유지관리비 절감
설비 고장 및 수선요소 최소화
잉여 바이오가스의 안전한 처리
특히 기존의 일반적인 건식 탈황시스템에서는 바이오가스의 수분을 일정 수준으로 낮추기 위해 탈황설비 전단에 별도의 제습설비가 필요한 경우가 있습니다.
그러나 제습설비를 추가할 경우 열교환기, 냉각장치, 응축수 배출설비, 배관 및 관련 제어설비 등이 함께 필요해져 전체 시스템이 복잡해지고 유지관리 대상도 증가할 수 있습니다.
이번 프로젝트에서는 이러한 문제를 줄이는 것이 중요한 설계 목표였습니다.
03. 기술적 해결책 | ATE Solution
에이티이(주)는 음식물류폐기물 소화가스의 높은 수분함량과 황화수소 농도, 최종 사용처가 보일러라는 점을 고려하여 전단 제습이 필요 없는 하이브리드 탈황공정을 적용하였습니다.
① 제습 없이 바로 처리하는 하이브리드 탈황공정
이번 프로젝트에서 가장 중요한 기술적 특징입니다.
혐기성 소화조에서 발생하는 바이오가스는 일반적으로 수분을 많이 포함하고 있으며, 가스는 높은 상대습도를 가진 상태로 배출됩니다.
일반적인 일부 건식 탈황공정에서는 탈황메디아의 흡착성능을 유지하기 위해 탈황설비 전단에 바이오가스 제습공정을 구성해야 합니다.
즉,
와 같은 형태로 구성될 수 있습니다.
반면 에이티이(주)의 하이브리드 탈황설비는 상대습도 95% 이상의 고습도 조건에 대응할 수 있어 탈황 전단에 별도의 제습설비를 구성하지 않고 소화가스를 직접 탈황설비로 유입할 수 있습니다.
따라서 연천 현장에서는
의 단순한 공정으로 바이오가스를 정제·공급할 수 있도록 구성하였습니다.
제습설비를 생략하면 무엇이 달라질까?
전단 제습설비를 생략할 수 있다는 것은 단순히 설비 하나가 없어지는 것 이상의 의미가 있습니다.
별도 제습설비를 설치할 경우 일반적으로 다음과 같은 부대설비가 함께 요구될 수 있습니다.
가스 냉각용 열교환기
냉각수 또는 냉동설비
응축수 분리 및 배출설비
드레인 배관
순환펌프
온도 및 수위 계측기
제어설비
추가 배관 및 밸브
하이브리드 탈황설비는 고습도 바이오가스를 직접 처리함으로써 이러한 전단설비를 줄일 수 있어
설비 감소 → 공정 단순화 → 고장요소 감소 → 유지관리비 절감
으로 이어질 수 있습니다.
이 점이 대용량 바이오가스를 장기간 운영해야 하는 현장에서 중요한 장점입니다.
② 화학적 + 생물학적 반응을 결합한 황화수소 제거 및 재생공정
하이브리드 탈황설비는 하나의 제거원리에만 의존하지 않고 화학적 반응과 생물학적 반응을 복합적으로 활용합니다.
하이브리드 메디아에서 황화수소가 화학적으로 반응·흡착되고, 동시에 황산화 미생물의 생물학적 반응을 통해 황화수소가 추가적으로 산화됩니다.
이러한 복합반응은 유입 황화수소 농도와 부하가 변화하는 바이오가스 시설에서 안정적인 탈황성능을 유지하는 데 유리합니다.
또한 공기를 통한 재생기작이 병행 진행되어 탈황여재의 수명을 회복시키고 교체주기를 길게 유지할 수 있습니다.
③ 황화수소와 암모니아 동시 저감
음식물류폐기물에서 발생하는 바이오가스에는 황화수소뿐 아니라 암모니아도 포함될 수 있습니다.
암모니아는 악취의 원인이 될 수 있으며, 후단설비 및 바이오가스 이용환경을 고려할 때 적정한 농도 관리가 필요합니다.
하이브리드 탈황시스템은 황화수소를 중심으로 처리하면서 암모니아도 동시에 저감할 수 있도록 구성되어 바이오가스의 품질을 보다 안정적으로 관리할 수 있습니다.
④ 안정적인 보일러 연료 확보
바이오가스를 보일러 연료로 활용할 경우 가장 중요한 조건 중 하나는 연료가스가 안정적으로 공급되는 것입니다.
황화수소를 충분히 제거하지 않은 바이오가스를 장기간 사용할 경우 연소 후 생성되는 황산화물과 응축수 등에 의해 보일러와 배관의 부식 위험이 증가할 수 있습니다.
따라서 연천 프로젝트에서는 하이브리드 탈황을 통해 황화수소를 안정적으로 저감한 후, 가압송풍기를 이용하여 필요한 유량과 압력으로 바이오가스를 보일러에 공급하도록 구성하였습니다.
⑤ 잉여 바이오가스의 안전한 처리
혐기성 소화조에서 발생하는 바이오가스량은 항상 일정하지 않습니다.
소화조 상태와 음식물류폐수의 유입량, 유기물 부하 등에 따라 가스 발생량이 변화할 수 있으며, 보일러의 가스 사용량보다 바이오가스 발생량이 많아지는 경우도 발생할 수 있습니다.
이러한 경우 사용하지 못한 잉여 바이오가스를 대기로 직접 방출해서는 안 되므로 잉여가스연소기(Gas Stack)를 통해 안전하게 연소 처리하도록 시스템을 구성하였습니다.
04. 바이오가스 정제 및 이용 Process
핵심 공정 포인트
소화가스 → 제습 → 탈황 → 보일러가 아니라
소화가스 → 하이브리드 탈황 → 송풍 → 보일러
로 구성할 수 있다는 점이 본 프로젝트의 가장 큰 특징입니다.
05. 주요 적용 설비
① 하이브리드 탈황설비 : 처리용량 1,080㎥/hr, 수량 2대
○ 주요 기능
바이오가스 내 황화수소 제거
암모니아 동시 저감
고습도 바이오가스 직접 처리
보일러 연료가스 품질 안정화
하이브리드 탈황설비는 높은 습도 바이오가스를 별도의 전단 제습 없이 직접 처리할 수 있도록 구성된 것이 가장 큰 특징입니다.
② 바이오가스 가압송풍기 : 처리용량 700㎥/hr, 수량 3대
주요 기능
정제된 바이오가스 가압
보일러까지 안정적인 가스 이송
일정한 가스유량 및 압력 확보
바이오가스 가압송풍기는 탈황된 바이오가스를 보일러에서 요구하는 압력과 유량으로 안정적으로 공급하는 역할을 합니다.
③ 잉여가스연소기 : 처리용량 2,040㎥/hr, 수량 1대, 형식 강제통풍식 노내연소형
주요 기능
보일러에서 사용하지 못하는 잉여 바이오가스 처리
비상시 바이오가스 안전처리
메탄가스의 직접 대기방출 방지
06. 프로젝트 성과 | Results
황화수소 제거율 평균 95%
하이브리드 탈황설비 적용을 통해 바이오가스 내 황화수소 제거율 평균 95% 수준의 안정적인 처리성능을 확보하였습니다.
이를 통해 후단 보일러와 바이오가스 배관에 대한 황화수소의 영향을 줄이고 보다 안정적인 바이오가스 활용이 가능하도록 하였습니다.
전단 제습설비 생략
이번 프로젝트의 중요한 성과 중 하나는 탈황 전단의 별도 제습공정을 구성하지 않고 고습도 바이오가스를 직접 처리할 수 있도록 공정을 단순화했다는 점입니다.
이에 따라 제습설비 본체뿐 아니라 냉각, 응축수 배출, 관련 배관 및 제어설비 등 부대설비를 줄일 수 있습니다.
유지관리비 절감
공정을 단순화하면 단순히 초기 설비비만 줄어드는 것이 아닙니다.
설비수가 줄어들면
정기점검 대상 감소
소모품 및 부품교체 감소
펌프·열교환기 등 유지보수 대상 감소
응축수 처리 부담 감소
기계·전기적 고장요소 감소
등을 통해 장기적인 유지관리비와 수선비를 줄이는 데 도움이 됩니다.
바이오가스의 안정적인 에너지 활용
정제된 바이오가스를 가압송풍기를 통해 보일러에 공급함으로써 음식물류폐기물에서 생산된 바이오가스를 현장 내 열에너지원으로 활용할 수 있도록 하였습니다.
즉, 처리대상이었던 음식물류폐기물이
음식물류폐기물 → 혐기성 소화 → 바이오가스 → 정제 → 보일러 연료
의 과정을 거쳐 에너지원으로 다시 활용되는 자원순환 구조를 구현한 사례입니다.
07. 적용 가능 분야
전단 제습이 필요 없는 하이브리드 탈황시스템은 다양한 바이오가스 발생시설에 적용할 수 있습니다.
음식물류폐기물 바이오가스화시설
공공하수처리장 혐기성 소화시설
하수슬러지 바이오가스화시설
가축분뇨 바이오가스화시설
통합바이오가스화시설
산업폐수 혐기성 처리시설
식품공장 폐수처리시설
주류·발효산업 폐수처리시설
바이오가스 보일러 연계시설
바이오가스 발전시설
특히 바이오가스 수분함량이 높아 기존 탈황공정에서 제습설비 설치가 부담되는 현장에서는 하이브리드 탈황방식을 우선적으로 검토할 수 있습니다.
08. 왜 ‘전단 제습 불필요’가 중요한가?
바이오가스 정제설비의 경제성을 평가할 때 탈황설비 본체의 가격만 비교해서는 충분하지 않습니다.
중요한 것은 전체 공정에 몇 개의 장비가 필요하고, 이를 장기간 운영하는 데 얼마의 비용과 관리인력이 필요한가입니다.
예를 들어 전단 제습설비가 추가되면
제습기 + 냉각설비 + 펌프 + 응축수 배출 + 계측기 + 배관 + 제어설비
등이 추가될 수 있습니다.
반대로 고습도 바이오가스를 직접 처리할 수 있다면
공정 단순화
→ 설비수 감소
→ 설치공간 감소
→ 유지관리 대상 감소
→ 고장요소 감소
→ 장기 운영비 절감
이라는 효과로 연결될 수 있습니다.
따라서 하이브리드 탈황설비의 경쟁력은 단순히 높은 황화수소 제거효율에만 있는 것이 아니라 바이오가스 정제공정 전체를 단순화할 수 있다는 것에 있습니다.
09. Conclusion | 음식물폐기물에서 보일러 연료원으로
연천 음식물류폐기물 재활용 프로젝트는 음식물류폐기물을 처리하는 과정에서 발생하는 바이오가스를 단순히 처분하지 않고 안정적인 보일러 연료로 전환한 자원순환 사례입니다.
에이티이(주)는 처리용량 1,080㎥/hr의 하이브리드 탈황설비를 적용하여 황화수소와 암모니아 등 바이오가스 내 불순물을 저감하고, 가압송풍기를 통해 정제된 바이오가스를 보일러에 안정적으로 공급하도록 시스템을 구성하였습니다.
특히 이번 프로젝트는 탈황설비 전단에 별도의 제습설비를 설치하지 않고 고습도 바이오가스를 직접 하이브리드 탈황설비로 처리함으로써 바이오가스 정제공정을 단순화했다는 점에서 의미가 있습니다.
앞으로도 에이티이(주)는 음식물류폐기물, 하수슬러지, 가축분뇨 및 다양한 유기성폐자원에서 발생하는 바이오가스를 보다 효율적으로 정제하고 활용할 수 있도록 현장조건에 최적화된 바이오가스 정제 솔루션을 제공해 나가겠습니다.
Aqua To Energy
폐기물에서 바이오가스로,
바이오가스에서 다시 에너지로.
에이티이(주)는 바이오가스 정제기술을 통해 유기성폐자원의 에너지 가치를 높여갑니다.
11. 현장 적용 사진
자주 묻는 질문 | FAQ
Q1. 바이오가스 탈황설비 앞에 제습설비가 필요한 이유는 무엇인가요?
일반적인 일부 건식 탈황메디아는 적정 수분조건에서 최적의 흡착성능을 발휘하기 때문에 소화조에서 발생한 고습도 바이오가스를 그대로 유입하기 어려운 경우가 있습니다.
이 때문에 바이오가스의 온도를 낮춰 수분을 응축·제거하는 제습설비를 탈황설비 전단에 설치하기도 합니다.
Q2. 하이브리드 탈황설비는 왜 전단 제습설비가 필요하지 않나요?
에이티이의 하이브리드 탈황메디아는 높은 수분조건에서도 성능을 유지할 수 있도록 구성되어 상대습도 95% 이상의 고습도 바이오가스를 직접 처리할 수 있습니다.
따라서 일반적인 일부 건식 탈황공정과 달리 탈황 전단의 별도 제습공정을 생략할 수 있어 전체 시스템을 단순화할 수 있습니다.
Q3. 제습설비를 생략하면 어떤 경제적 장점이 있나요?
제습설비를 생략하면 열교환기, 냉각장치, 펌프, 응축수 처리설비, 배관 및 제어설비 등 관련 부대설비를 줄일 수 있습니다.
그 결과 초기 투자비뿐 아니라 정기적인 유지보수와 수선비, 전력비 및 관리부담을 줄이는 데 도움이 됩니다.
Q4. 하이브리드 탈황설비는 어떤 원리로 황화수소를 제거하나요?
하이브리드 탈황시스템은 화학적 반응과 생물학적 반응을 동시에 이용합니다.
하이브리드 메디아에서 황화수소가 화학적으로 반응·흡착되고, 황산화 미생물의 생물학적 산화작용이 병행되어 안정적인 황화수소 제거성능을 유지합니다.
Q5. 바이오가스 내 황화수소는 왜 제거해야 하나요?
황화수소는 강한 악취를 발생시키는 유독성 가스일 뿐 아니라 배관과 저장설비의 부식을 촉진할 수 있습니다.
또한 바이오가스를 보일러나 발전기에서 연소할 경우 황산화물이 생성될 수 있어 후단설비 보호와 안정적인 에너지 이용을 위해 적절한 탈황공정이 필요합니다.
Q6. 바이오가스 내 암모니아도 제거해야 하나요?
음식물류폐기물이나 가축분뇨처럼 질소성 유기물이 많은 원료를 혐기성 소화할 경우 바이오가스에 암모니아가 포함될 수 있습니다.
암모니아는 악취의 원인이 될 수 있으며 높은 농도에서는 후단 가스이용설비와 운전환경에 부담을 줄 수 있기 때문에 적절한 농도관리가 필요합니다.
하이브리드 탈황시스템은 황화수소를 제거하면서 암모니아도 함께 저감할 수 있도록 구성할 수 있습니다.
Q7. 탈황된 바이오가스를 바로 보일러 연료로 사용할 수 있나요?
바이오가스의 황화수소 농도와 수분, 메탄농도, 보일러의 연료가스 요구조건 등을 확인해야 합니다.
적정 수준으로 정제된 바이오가스는 가압송풍기를 통해 필요한 압력과 유량으로 공급하여 보일러 연료로 활용할 수 있습니다.
Q8. 바이오가스 가압송풍기는 어떤 역할을 하나요?
탈황된 바이오가스를 보일러까지 안정적으로 이송하기 위해 필요한 압력과 유량을 확보하는 장비입니다.
후단 배관의 압력손실과 보일러의 요구압력을 고려하여 적정 용량을 선정합니다.
Q9. 하이브리드 탈황설비는 어떤 현장에 적합한가요?
음식물류폐기물, 하수슬러지, 가축분뇨, 산업폐수 등 혐기성 소화과정에서 발생하는 바이오가스 시설에 적용할 수 있습니다.
특히 바이오가스의 상대습도가 높고, 전단 제습설비를 최소화하여 공정을 단순화하거나 장기적인 유지관리비를 줄이고자 하는 현장에 적합합니다.