글로벌물산업정보센터

특집 제32회 2020년 상반기 물종합기술연찬회

대구광역시·수원시, 환경부장관상 수상
(물에너지산업과) (상수도사업소)
㈜미드니·한국유체기술㈜
우수기술·환경기술 실용화 분야 최우수상

2020년 상반기 물종합기술연찬회 ‘물관리 우수 사례·기술 실용화 발표대회’서 시상

[우수사례] ‘물관리 우수사례 및 우수기술 실용화 발표대회’ 최우수상 소개

▲ ‘물관리 우수사례 및 신기술 실용화 발표대회’ 분야별 최우수상(환경부장관상) 시상식 후 시상자인 김영훈 환경부 4대강조사평가단장(가운데)과 기념촬영 모습. 사진 왼쪽부터 신종윤 대구광역시 물에너지산업과 주무관(물산업 육성 분야), 윤병화 수원시 상수도사업소 맑은물공급과 누수보수팀장(맑은물 공급 분야), 김영훈 단장, 최인종 ㈜미드니 대표이사(우수기술 실용화 분야), 서성수 한국유체기술㈜ 대표이사(환경기술 실용화 분야).

지난 6월 11일 대구 국가물산업클러스터 글로벌비즈니스센터에서 개최된 ‘2020년 상반기 물종합기술연찬회’에서 ‘물관리 우수사례 및 우수기술 실용화 발표대회’ 시상식이 열렸다.

이날 발표대회에서는 △윤병화 수원시 상수도사업소 맑은물공급과 누수보수팀장(맑은물 공급 분야) △신종윤 대구광역시 혁신성장국 물에너지산업과 주무관(물산업 육성 분야) △최인종 ㈜미드니 대표이사(우수기술 실용화 분야) △서성수 한국유체기술㈜ 대표이사(환경기술 실용화 분야)가 최우수상 수상자로 선정되어 환경부장관상을 수상했다. 4개 분야에서 최우수상을 받은 각 기관 및 기업의 우수사례를 소개한다.

수원시 깨끗하고 맑은물 공급을 위한 추진사례
윤 병 화 수원시 상수도사업소 맑은물공급과 누수보수팀장

▲ 맑은물 공급 분야 최우수상으로 선정된 윤병화 수원시 상수도사업소 맑은물공급과 누수보수팀장(지방시설주사)이 김영훈 환경부 4대강조사평가단장으로부터 환경부장관상을 전수받고 있다.

유수율 향상 위한 블록시스템 구축사업 실시

■ 맑은물 공급 분야 최우수상 수원시는 시민들에게 깨끗하고 안전한 수돗물을 공급하기 위해 총 216.96㎞의 노후관로 중 106.9㎞를 교체했으며 나머지 111㎞의 노후관도 연차별로 교체해 나갈 예정이다.

유수율을 끌어올리기 위한 노력의 일환으로 블록시스템 구축사업도 실시해 적정 수압을 유지하고 안정적 수돗물을 공급하는 데 기여하고 있다. 2011년부터 블록시스템 구축 목적으로 경계밸브의 조작, 수압 측정을 통합 블록 고립을 확인하는 과정을 실시해 현재 15개 권역의 112블록 고립을 완료했다.

블록시스템은 배수지별 급수구역을 대·중·소구역으로 나눠 유량, 수질, 수압, 누수를 실시간으로 관리해 유수율을 높이고 비상시 신속한 대응체계를 구축할 수 있다. 또 블록 내 사용량 분석, 수압관리, 수질감시 등을 통해 유수율 향상뿐만 아니라 송·배수시설의 관망 감시 및 운영체계 구축으로 운영의 효율화를 도모할 것으로 기대된다.

아울러 수원시는 지난해 블록시스템 구축이 완료됨에 따라 스마트워터시티 상수도 고도화 시스템을 구축하고 있다. 2017년 3월부터 2020년 8월까지 3년 6개월간 30억2천300만 원을 들여 진행 중인 이 사업은 △상수도 고도화시스템 통합상황실 구축 △시스템서버 등 운영장비 도입 및 네트워크망 구축 △관망감시·관망관리·생산관리·운영모의시스템 구축 △효율적 데이터 통합관리 및 정보 공유 구축·분석 등을 목표로 한다. 이를 통해 체계적인 상수도 관리체계를 실현하고 각종 정보 공유 및 종합 운영기반 활성화 방안을 마련해 안전하고 깨끗한 수돗물 공급에 만전을 기하고자 한다.

노후 급수관 교체 통해 수돗물 불신 해소

이 밖에도 수원시는 주민을 위한 각종 지원사업을 추진하고 있다. 그 중 하나는 노후 옥내급수관 개량 지원사업이다. 수원시는 시 수도급수조례 제38조에 의거, 2018년부터 2019년까지 2년간 총 40억4천600만 원을 투입해 20년 이상 된 건축물(가구별 연면적 130㎡ 이하) 내 노후 옥내급수관 개량지원사업을 추진, 총 1천113세대에 깨끗한 물을 공급하고 시민들의 수돗물 불신을 해소하는 데 기여했다.

다른 하나는 동파방지팩(보온재) 설치 지원사업이다. 겨울철 계량기 동파로 인한 각종 요금 문제 및 단수문제를 해결하기 위해 2019년부터 동파방지팩 설치사업 시범사업을 추진했다. 총 7만여 개소의 계량기 보호통 내부에 동파가 우려되는 곳을 우선 선정해 5천 개의 동파방지팩을 설치했다.

앞으로도 수원시는 유수율을 개선하기 위해 계량기 교체주기에 맞춰 6∼8년 내 계량기 전자식 설치 및 원격검침을 추진할 예정이다. 또한 노후 배수관 연차별 교체와 당해연도 사업에서 배제된 노후관로 중 내부부식이 심한 순서대로 지속적인 관세척도 추진하기로 했다.

신뢰성 회복을 위한 안전하고 깨끗한 물공급 계획도 세웠다. 정수장 및 배수지의 지속적인 청소 및 개량과 스마트워터시스템을 활용한 수압·수질 모니터링 시행으로 비상시를 대비한 급수체계를 확립할 예정이다.

또한 정확한 검침을 위해 매월 검침 담당자 30명을 대상으로 교육을 진행하고 있으며, 불회전 및 불량계량기 발견 시 즉시 교체, 다량 수용가 및 검침 어려운 지역 현장점검 등을 실시하고 있다.

대구광역시 물산업 육성 및 추진사례
신 종 윤 대구광역시 물에너지산업과 주무관

▲ 물산업 육성 분야 최우수상 수상자인 신종윤 대구광역시 물에너지산업과 주무관(지방환경주사보)의 수상 모습.

물산업클러스터 세워 물중심 도시로 거듭나

■ 물산업 육성 분야 최우수상 세계 물시장 규모는 2016년 약 800조 원에서 2020년 약 930조 원으로 연평균 3%의 성장률을 나타내고 있다. 중국과 같은 신흥시장과 미국 등 기자재 교체 수요 선진국들도 대거 물산업에 뛰어들고 있다. 이에 반해 국내 물시장은 물기업 지원시스템 부재, 업종별 밸류체인 단절, 상대적 저렴한 물값 등으로 고전을 면치 못하고 있다.

이에 정부는 세계 물시장을 선점하기 위한 물산업 전초기지인 국가물산업클러스터를 대구에 설립했다. 섬유패션 중심도시에서 정보통신기술(ICT) 기반 친환경 첨단도시로 변화하고 있는 대구시는 1991년 낙동강 페놀유출 사건으로 ‘물 위기’에 직면한 적이 있다. 그러나 하수처리장 증설, 수처리 기술 노하우 축적, 금호강 살리기 시민운동, 세계물포럼·국제물산업박람회 개최 등 물 관련 기술과 산업을 적극 육성함으로써 ‘물중심’도시로 변화를 꾀하고 있다.

국가물산업클러스터는 국비 2천409억 원, 총 부지면적 64만9천79㎡ 규모의 한국형 물산업 실리콘밸리로 2019년 6월 완공됐다. 이후 9월 4일에 개소식을 열고 가동에 들어갔다. 국내 최초 물산업 기술·제품 개발부터 실증시험, 성능확인, 해외진출까지 체계적으로 지원하는 클러스터의 주요 시설로는 △물산업진흥시설 △실증화시설 △물기업 집적단지가 있다.

물산업 진흥시설에는 물융합연구동, 워터캠퍼스, 글로벌 비즈니스센터 등 물 분야 연구개발(R&D) 전문인력과 수요맞춤형 기술인력을 양성할 수 있는 시설이 포진해 있다. 실증화시설로 하·폐수 실증플랜트, 종합관망동을 갖추고 있으며, 물기업 집적단지에는 다수의 물기업이 입주하고 있다.

물산업 진흥·홍보에도 끊임없이 노력

2018년 6월 제정된 「물산업진흥법」에 따르면 국가물산업클러스터는 △클러스터 진흥시설 우선 사용 △클러스터 입주기관 및 물기업에 대한 자금 등 우선 제공 △기술과 제품 사업화 지원 △해외시장 진출 사업 지원 등의 혜택을 받고 있다. 이 밖에도 실증화시설 우선 활용, 환경기초시설 18개소 분산형 테스트베드 우선활용 등의 혜택을 받고 있다.

물기업 지원정책으로는 시제품 제작, 제품 사업화, 애로사항 종합지원 등 지역 물기업 성장지원시스템을 운영할 예정이며, 입주기업 협의회 지원, 맞춤형 워크숍 및 홍보 등을 담당할 물산업클러스터 네트워크, 구매연계형 기술개발, 국가 R&D 과제신청 협의체 운영 등을 도맡을 구매연계형 R&D 사업을 지원할 계획이다.

대구시는 물산업 진흥 및 홍보를 위해서도 끊임없이 노력하고 있다. 물산업클러스터가 완공되기 전인 2016년 4월부터 클러스터입주기업협의회(KWCC)를 구성·운영했으며, 2017년 5월 협의회 사단법인을 발족했다. 미국 밀워키, 네덜란드 프리슬란, 프랑스 몽펠리에 등 세계 각국과 물산업 협력 양해각서(MOU)를 체결했다.

지난해에는 9월 4일부터 7일까지 4일 간 대구 엑스코(EXCO)에서 ‘인간과 자연을 위한 지속가능한 물관리’라는 주제로 ‘2019년 대한민국 국제물주간’을 개최, 83개국에서 1만4천여 명이 참석하는 국제적인 행사로 발돋움했다. 이 행사로 대구시는 우리나라 물 분야의 국제적인 위상을 높이고 국내 물산업의 해외진출을 지원하는 토대를 마련했다.

같은 기간 5일부터 6일까지 12개 도시에서 5개 기관이 참석하는 ‘세계물도시포럼 2019’를 열어 21세기 세계 물문제의 해결방안을 논의하고, 그 중요성을 세계에 알리는 자리를 마련했다. 포럼에는 미국 오렌지카운티, 프랑스 몽펠리에 등이 참여했다.

기계식 이중여과 방식 자동역세필터 개발 및 적용사례
최 인 종 ㈜미드니 대표이사

▲ 최인종 ㈜미드니 대표이사의 우수기술 실용화 분야 최우수상 수상 모습.

여과방식의 기존 전처리 장치, 충격부하에 취약

■ 우수기술 실용화 분야 최우수상 자갈, 모래, 진흙 등과 같은 수중 입자성 물질은 소규모 수처리 시스템 운영 시 가장 유의해야 할 요소 중 하나다. 비중이 큰 이물질이 수처리 시스템 안으로 갑작스럽게 유입될 경우 펌프 및 밸브 손상, 배관 막힘 등으로 시스템 전체의 효율이 저하되며 오작동이 발생할 수 있다. 따라서 이물질을 제거하는 전처리 공정은 수처리 시스템 운영의 필수조건이다.

전처리 공정을 위한 장치로는 사이클론 방식의 전처리 장치 또는 필터 엘리먼트(element)를 이용한 여과장치가 주로 사용된다. 사이클론 장치를 사용하면 큰 입자를 효율적으로 제어할 수 있다. 그러나 비중이 비교적 작은 입자에 대해서는 효율이 떨어지며, 슬러지 배출 시 장치운전을 중단해야하는 한계가 있다.

여과방식의 전처리 장치는 필터 엘리먼트 공극보다 큰 입자를 효율적으로 제어할 수 있으나 충격부하에 대응하기 어렵고, 모래와 진흙 등의 입자가 엘리먼트에 쌓이게 되면 비가역 오염이 심해져 심할 경우 엘리먼트를 교체해야 하는 문제가 발생한다. 자연수에는 다양한 입자들이 존재하고 있으며, 기후 환경에 따라 입자들의 구성이 수시로 변화하는 점 등을 고려했을 때 충격부하에도 작동할 수 있는 전처리 장치 개발에 대한 요구가 높아지고 있다.

이중 역세방식 적용해 여과효율 극대화

이에 ㈜미드니는 기계식 이중여과 방식의 자동역세필터를 개발했다. 유입구를 통해 들어간 이물질 중 큰 입자들은 원심분리과정을 통해 1차로 분리되고 남아있는 미세물질은 필터 엘리먼트에 의해 2차 여과된다. 여과를 통해 이물질이 쌓이게 되면 오염물 누적 현상으로 유입·유출 간 차압(음압)이 증가한다.

누적을 감지한 1차 밸브가 1차 슬러지를 외부로 배출시킨 후 닫히면, 필러 엘리먼트 내부의 역세정 암(arm)이 회전함과 동시에 2차 밸브가 열린다. 이 후 내외부 차압으로 필터 엘리먼트 표면에 누적된 케이크층이 장치 외부로 배출된다.

이 장치는 이중 역세방식을 적용해 스크린을 반영구적으로 사용 가능할 뿐만 아니라 원심분리 방식을 적용해 여과 효율을 극대화시킬 수 있다. 운전을 중단하지 않고도 여과기 자동 역세기능이 가능하며, 50㎛ 이상의 입자성 물질을 제거할 수 있다. 역세정 효율도 우수해 별도의 펌프가 불필요하며 육안으로 필터 내부의 침전물을 실시간 확인이 가능하다.

지난 2017년 6월 미드니는 원심분리와 여과가 결합된 2중 여과방식을 사용하는 기계식 이중여과방식 자동역세필터의 특허 등록에 성공했다. 이 밖에도 공인기관 성능평가, 성능인증을 획득해 제품의 우수성을 검증받았으며, 소규모 취수원의 수질 안정성을 확보하고 안전하고 깨끗한 수돗물을 공급하는 먹는물 분야 기술개발에 크게 기여했다.

이 기술은 2017년 베트남 빈룽성 롱미마을 통합형 정수처리장치를 시작으로 2018∼2019년 베트남 벤쩨성 안터이군에도 적용해 국내 뿐 아니라 해외 소규모 수도시설 시범사업에도 적용됐다. 이로써 ㈜미드니는 전 인류적인 문제인 깨끗한 물공급을 책임지는 국가로서의 위상강화에도 크게 공헌하고 있다.

IoT 통신기술을 적용한 미소유량 측정 전자식 유량계 개발 및 적용사례
서 성 수 한국유체기술㈜ 대표이사

▲ 환경기술 실용화 분야 최우수상 수상자인 서성수 한국유체기술㈜ 대표이사의 수상 모습.

기존 유량계, 유속에 따라 측정 정확도 달라져

■ 환경기술 실용화 분야 최우수상 유량계는 시간당 일정한 면적의 단면을 통과하는 유량률을 측정하는 기기로 유수율 제고에 있어 중요한 요소다. 그러나 기존에 상용화된 유량계는 크게 3가지의 문제점을 갖는다. 첫 번째로, 유속이 느릴 경우 측정이 불가하다. 유량을 측정하려면 최소 0.3∼0.5m/초 이상의 유속이 필요한데, 0.1m/초 이하 구간부터 측정 정밀도가 급속히 하락해 오차가 심하게 발생한다.

두 번째로 작은 관경 사용 시 이물질이 쌓여 관내 막힘 현상을 유발한다. 그 예로 약품용 유량계는 대개 작은 관경(4㎜, 6㎜)을 사용하는데 배관 직경이 작아 관내 막힘 현상이 발생한다. 마지막 세 번째는 물 사용량이 적은 새벽시간대의 유량 측정 결과, 저유량에 대한 측정오차인지 누수로 인한 데이터인지 확인하기 어렵다는 것이다.

이 밖에도 대·중·소 블록으로 구별된 유량계의 데이터를 전송하기 위해서는 상시모니터링(TM)과 원격제어(TC)를 운영해야 하며, 별도의 통신모뎀 및 PLC를 구성해 데이터로 전송시켜야 한다. 유선일 경우에는 VPN, 무선일 경우에는 통신모뎀을 필요로 하는 번거로움이 있다.

또한 소구역 블록 유량계 대부분은 월별검침으로 데이터를 관리하기 때문에 실시간 사물인터넷(IoT) 플랫폼 환경에서는 보안이 취약하다며 무선구간을 지나는 데이터에 대한 기밀성, 무결성 등이 다소 미흡하다는 한계를 지니고 있다.

전자식 유량계, 시간대 설정해 정확도 향상

이에 한국유체기술㈜은 IoT 통신기술을 적용해 일반유속과 저유속모드로 변경 가능한 미소유량 측정 전자식 유량계를 개발했다. 전자식 유도법칙에 의해 작동되는 이 전자식 유량계는 제어연산부에서 시간대를 설정할 수 있으며, 일반유속 시간대에서는 0.1∼10m/초, 설정 시간대에서는 가변 증폭이 발생해 0.01∼1m/초의 저유속 측정이 가능하다.

이 제품은 일반 도시형 상하수도 유량의 특징인 낮 시간대 및 밤 시간대별 유량 증폭률을 달리 적용하여 측정해 정확성도 향상시켰다. 사용량에 상응하는 요금 부과의 정확성을 높이고 관로 불량으로 인한 누수 등을 감지할 수 있어 신속한 조치가 가능하다.

아울러 LTE 무선통신모뎀을 내장해 순시·적산유량 및 배관 압력 등의 데이터를 실시간 무선으로 전송할 수 있게 됐다. 통신구축 환경이 열악한 지방 군·면·읍 단위도 구역유량 모니터링 구축이 가능하며, 「전자정부법」 제56조에 대응하는 보안 적합성 검증필 암호모듈을 사용해 보안 안전성을 확보했다.

이 기술로 상당한 비용 절감 효과도 기대할 수 있다. 통신공사가 필요 없어 기존 1개소 설치비용으로 2개소 운영이 가능하며, 10개소를 운영할 경우 초기 도입비용으로만 약 9천400만 원 이상 아낄 수 있다. 현재 통신비 대비 10분의 1로 고정비가 감소되며 통신비용으로 연간 250만 원을 절감할 수 있다. 또한 별도의 소형 VPN으로 유량계를 최대 50대까지 동시 접속할 수 있어 서버구축비용도 절감이 가능하다.

한국유체기술㈜은 IoT 기반 통신기술을 확보해 지방상수도 현대화사업에 최적화된 전자식 유량계를 울진 지방상수도 현대화사업에 시범 구축할 예정이다. 이 밖에도 당사는 수출시장 개척 및 내수활성화를 위해 국가물산업클러스터에 입주 예정으로 2천㎥/시의 대구경 유량계 교정이 가능한 유량교정센터를 설립해 기술개발에 지속 투자할 계획이다.

[『워터저널』 2020년 7월호에 게재]