중성 pH 유지가 가능한 RSWT의 비밀
“pH 12 넘는 강알칼리수, 다시 중화하느라 비용만 두 배 들어갑니다.”
폐수처리 담당자들이 가장 고민하는 문제 중 하나가 바로 pH 조절입니다. 기존 소석회를 사용하면 폐수는 순식간에 pH 12~13의 강알칼리성으로 변하고, 이를 방류하기 위해 다시 산을 넣어 중화해야 합니다. 2단계 공정, 2배의 약품비, 2배의 슬러지… 비효율의 악순환입니다.
그런데 RSWT(Roasted Shell Water Treatment, 패각 소성 수처리제)는 다릅니다. 자동으로 pH 7~9의 중성 범위에서 멈춥니다. 산을 더 넣을 필요도, 추가 중화 공정도 필요 없습니다.
어떻게 이게 가능할까요?
그 비밀은 패각이 가진 독특한 화학 구조와 완충 능력에 있습니다.
1. 소석회의 치명적 약점: 과도한 알칼리화
소석회는 왜 pH 12~13까지 올라갈까?
소석회(Ca(OH)₂)는 물에 녹으면 강한 염기성 OH⁻ 이온을 방출합니다.
화학 반응식 ↓
Ca(OH)₂ → Ca²⁺ + 2OH⁻
pH = 12~13 (강알칼리)
문제는 소석회가 과다 용해되면서 pH가 계속 상승한다는 점입니다. 불산(HF) 폐수 중화 시:
1단계 : HF + Ca(OH)₂ → CaF₂↓ + H₂O (불소 제거)
결과 : pH 12~13 강알칼리수 생성
2단계 : 강알칼리수 + HCl 또는 H₂SO₄ → 중성화
결과 : 추가 약품비 + 슬러지 증가
실제 문제점:
- pH 12~13 알칼리수는 배출 불가 (배출허용기준 pH 5.8~8.6)
- 추가 중화 공정 필수 → 약품비 2배, 공정 시간 2배
- 과도한 슬러지 발생 → 처리비용 증가
2. RSWT의 비밀 무기: 탄산칼슘의 자기 제어 메커니즘
패각(CaCO₃)의 독특한 용해 특성
패각의 주성분인 **탄산칼슘(CaCO₃)**은 소석회와 완전히 다른 방식으로 작동합니다.
핵심 차이점:
소석회 : Ca(OH)₂ → Ca²⁺ + 2OH⁻ (강알칼리, 제어 불가)
패각 : CaCO₃ + H⁺ → Ca²⁺ + HCO₃⁻ (중성 근처에서 자동 멈춤)
RSWT의 화학 반응 단계:
Step 1: 산성 폐수와 만나면 즉시 중화
CaCO₃ + 2HF → CaF₂↓ + H₂O + CO₂↑
(pH 1~4 산성수 → pH 5~7로 상승)
Step 2: pH 7 부근에서 자동으로 용해 속도 감소
중성 환경에서 CaCO₃의 용해도 급격히 감소
→ OH⁻ 이온 추가 방출 최소화
→ pH 7~9에서 평형 도달
Step 3: 완충 능력 발휘
pH가 너무 올라가면: HCO₃⁻ + OH⁻ → CO₃²⁻ + H₂O (pH 하강)
pH가 너무 내려가면: CaCO₃ + H⁺ → Ca²⁺ + HCO₃⁻ (pH 상승)
3. 완충 시스템: 탄산-탄산수소 평형
자연의 pH 조절 메커니즘
패각이 중성 pH를 유지하는 핵심은 **탄산염 완충 시스템(Carbonate Buffer System)**입니다. 혈액이 pH 7.4를 유지하는 원리와 동일합니다.
완충 평형식:
CaCO₃ ⇌ Ca²⁺ + CO₃²⁻
CO₃²⁻ + H⁺ ⇌ HCO₃⁻
HCO₃⁻ + H⁺ ⇌ H₂CO₃ ⇌ H₂O + CO₂
pH 변화 시 자동 조절:
| 상황 | 완충 작용 | 결과 |
|---|---|---|
| 산 유입 시 (pH↓) | CO₃²⁻ + H⁺ → HCO₃⁻ | pH 상승 (산 흡수) |
| 염기 유입 시 (pH↑) | HCO₃⁻ + OH⁻ → CO₃²⁻ + H₂O | pH 하강 (염기 중화) |
| 평형 상태 | CaCO₃ 용해 정지 | pH 7~9 안정 유지 |
실험 데이터 (한국과학기술연구원):
pH 4 산성수 + 패각:
- 0.5분: pH 6.89 (즉시 중성화)
- 5분: pH 7.40 (안정 상태 도달)
- 60분~1200분: pH 8.08~8.18 (±0.1 변동, 매우 안정)
pH 1 강산성수 + 패각:
- 20분: pH 5.0 초과
- 60분: pH 6.88~7.88 (평형 도달)
- 이후 pH 변동 거의 없음
4. 소석회 vs RSWT : pH 조절 능력 비교
시간에 따른 pH 변화 그래프
pH 1 강산성수 처리 시:
시간(분) 소석회 pH RSWT pH
0 1.0 1.0
5 12.5 5.1
15 13.2 6.0
60 12.8 6.9
중화 필요 산 추가 필요 불필요 (자동 안정)pH 4 약산성수 처리 시:
시간(분) 소석회 pH RSWT pH
0 4.0 4.0
0.5 11.8 6.9
5 12.5 7.4
60 12.3 8.1
중화 필요 산 추가 필요 불필요핵심 차이점
| 구분 | 소석회 | RSWT (패각) |
|---|---|---|
| 최종 pH | 12~13 | 7~9 |
| pH 안정성 | 불안정 (계속 상승) | 매우 안정 (자동 조절) |
| 추가 중화 | 필수 (산 투입) | 불필요 |
| 공정 단계 | 2단계 (중화 + 재중화) | 1단계 (중화만) |
| 약품비 | 200% (소석회 + 산) | 100% (RSWT만) |
| 슬러지 발생 | 150~200% | 100% (기준) |
5. 중성 pH 유지의 경제적 가치
비용 절감 효과
케이스 스터디: 부산 금속표면처리 업체
기존 소석회 처리:
- 1차 중화 (소석회): 월 500만원
- 2차 중화 (황산): 월 300만원
- 슬러지 처리: 월 800만원
- 총 월 1,600만원
RSWT 도입 후:
- 1단계 중화 (RSWT): 월 350만원
- 2차 중화: 불필요 (0원)
- 슬러지 처리: 월 100만원 (88% 감소)
- 총 월 450만원
연간 절감액: (1,600 – 450) × 12 = 1억 3,800만원
운영 효율성 향상
✅ 공정 단순화
- 2단계 → 1단계로 축소
- 처리 시간 50% 단축
- 인력 투입 30% 감소
✅ 설비 부담 감소
- 중화조 1개 제거 가능
- pH 조절 장치 단순화
- 유지보수 비용 40% 절감
✅ 배출 안정성
- pH 7~9 자동 유지 → 배출기준 초과 위험 제로
- 실시간 모니터링 부담 감소
- 과징금·조업정지 리스크 최소화
6. 실제 적용 사례: pH 안정성 검증
원익큐엔씨 반도체 세정 공정
적용 조건:
- 폐수 종류: 불화수소(HF) 함유 폐수
- 유입 pH: 1.5~3.0
- 처리량: 일 50톤
결과:
- 방류수 pH: 7.2~8.5 (100% 배출기준 충족)
- pH 재조정 횟수: 월 0회 (기존 월 15~20회)
- 약품비 절감: 30%
- 슬러지 감소: 20%
제철소 산세 폐수 처리
적용 조건:
- 폐수 종류: 황산(H₂SO₄) 산세 폐수
- 유입 pH: 0.8~2.5
- 처리량: 일 200톤
결과:
- 방류수 pH: 6.8~8.2 (안정 유지)
- 2차 중화제 사용: 0% (기존 100%)
- 연간 약품비 절감: 약 3억원
- CO₂ 배출 저감: 연 850톤
▶ 원익큐엔씨 사례 자세히보기
7. 중성 pH 유지, 왜 중요한가?
환경 규제 준수
물환경보전법 배출허용기준 (2025년 강화):
| 항목 | 청정지역 | 가지역 | 나지역 | 특례지역 |
|---|---|---|---|---|
| pH | 5.8~8.6 | 5.8~8.6 | 5.8~8.6 | 5.8~8.6 |
기준 초과 시 처벌:
- 1차 위반: 경고 + 개선명령
- 2차 위반: 조업정지 10일 + 과징금 (최대 1억원)
- 3차 위반: 허가 취소
중성 pH를 자동으로 유지하는 RSWT는 기준 초과 위험 제로입니다.
후단 공정 보호
pH가 안정적이면:
- 생물학적 처리 공정 (미생물 활성 유지)
- 막분리 공정 (막 손상 방지)
- 재이용 시스템 (수질 안정성 향상)
모두 최적 조건에서 운영 가능합니다.
ESG 경영 가치
- E (환경): 중화 약품 사용 최소화 → 탄소배출 저감
- S (사회): 안정적 방류 → 지역 수질 보호
- G (지배구조): 규제 준수 → 법적 리스크 감소
중성 pH, RSWT만의 경쟁력
패각 기반 RSWT가 중성 pH를 자동으로 유지할 수 있는 비밀은:
- 탄산칼슘의 자기 제어 메커니즘 – pH 7~9에서 용해 정지
- 탄산염 완충 시스템 – 산·염기 자동 중화
- 과도한 OH⁻ 방출 방지 – 강알칼리화 차단
이 세 가지가 결합되어, 추가 약품 없이 배출기준에 딱 맞는 pH를 유지합니다.
핵심 요약:
- 소석회: pH 12~13 강알칼리 → 2차 중화 필수 → 비용 2배
- RSWT: pH 7~9 자동 유지 → 1단계 완결 → 비용 50% 절감
도입 효과:
- 약품비 30~50% 절감
- 슬러지 20~88% 감소
- 공정 단순화로 인력·시간 절감
- 배출기준 100% 자동 충족
2026년부터 더욱 강화되는 폐수 배출 규제. 중성 pH 자동 유지 능력은 선택이 아닌 필수가 되고 있습니다.
