‘관로세척장치 및 이를 포함하는 적수저감시스템’ 개발로 2021년 특허 취득

순방향·역방향 맥동 세척으로 관 내부 이물질·슬라임 등 탈락시켜 세척·배출

세척수, 적수저감장치 통해 정화 후 방류…분리된 입자는 폐기물로 별도 처리

 

2019년 여름, 인천에서 터진 적수(붉은 수돗물) 사태는 소홀했던 수도관 관리에 경종을 울린 사건이었다. 그 전까지만 해도 수도관 세척 및 갱생은 법적으로 실시해야 할 의무가 없었으며, 민원 발생 시 말단 배관 일부에 대해서만 이뤄지는 데 그쳤다. 실제 2017년 통계에 따르면, 전국 수도관 중 1회 이상 세척된 관로 비율은 0.8%에 불과한 것으로 드러났다. 

우리나라 수돗물은 pH(산성도)의 하한값이 5.8로 유럽이나 미국 수돗물(pH 약 6.5)에 비해 산성이 강해 수돗물의 부식성이 높은 편이다. 수돗물이 시멘트 부식 등에 미치는 정도를 나타내는 부식성 지수(Langlier’s Index, LI)를 도입한 정수처리공정을 적용하거나 수도관 재질을 개선하는 식의 품질향상 방안이 수도관 내부 이물질과 침전물 발생을 지연시킬 수는 있으나, 생성 자체를 방지할 수는 없다. 

서울, 포항 등 전국 각지에서도 적수 사고가 잇따르자 환경부는 2019년 11월 ‘수돗물 안전관리 종합대책’을 수립해 발표하고, 2020년 3월 후속 추진 정책을 법제화한 「수도법」 개정안을 마련했다. 수도정비기본계획에 ‘세척’에 관한 사항을 포함토록 관 세척을 의무화하고, 이에 따라 상수도관망시설 유지관리업무 세부기준을 시행하도록 한 것이 주요 내용이다. 

관 세척이란 상수관로 내부에 기존 도장재의 손상 없이 침전물, 녹, 슬라임 또는 부식생성물 등을 제거해 수질을 개선하는 것을 말한다. 상수도관망시설 유지관리업무 세부기준에 따르면, 관 세척은 송수 및 배수관로에 대해 최초 매설 후 10년 이내에 1회 이상 해야 한다. 또 관의 내부 상태를 점검·분석해 현장 여건에 맞는 물리·화학적 방법을 선정해 실시하되 배출수 발생을 최소화할 방법을 적용해야 한다. 

올해로 창립 22주년을 맞은 ㈜셈즈(www.semsystem.co.kr·대표이사 전해복)는 ‘미래 도시민에게 행복한 Water Life 가치 제공’을 목표로 수처리 시스템 통합 솔루션을 제공하는 기업이다. 이 기업은 최근 수돗물 관리 여건 변화에 적극 대응하고자 친환경 관세척공법 등을 개발해 특허 출원하면서 주목 받고 있다. 

‘맥동류(Jet Air+Water)’ 이용 관로 세척 공법 개발

산업부 ‘상수도 관망관리 표준품셈’에 따르면 국내 상수도관로 관 세척 공법 계열은 피그(Pig) 세척, 맥동류 세척, 공기 등 주입 세척, 기계 세척 등 크게 네 가지가 있다. ㈜셈즈가 지난 2021년 개발해 특허를 받은 ‘관로세척장치 및 이를 포함하는 적수저감시스템(특허 제10-2233834호)’은 이 중에서도 맥동류를 이용한 관로 세척 공법에 해당한다. 

‘맥동류(Jet Air+Water)’ 세척이란 상수도관 내부에 압축공기를 일정 간격으로 주입해 워터 슬러그(Water Slug)를 생성한 후, 이것이 유발하는 빠른 유속을 통해 관 내에 쌓여있는 이물질이나 관 벽에 부착된 슬라임 등을 탈락시켜 세척·배출하는 방법이다. ‘에어 스커링(Air Scouring, 공기 연마)’이라고도 불린다. 

일반적으로 순방향(물흐름 방향) 맥동류 세척 시 슬라임이 많거나 부식이 많이 진행된 관은 워터 슬러그에 의한 충격만으로 세척 효과를 얻기에 한계가 있다. 하지만 ㈜셈즈의 특허 공법은 세척수 배출 라인에 볼 밸브(Ball valve)를 설치해 open/close를 간헐적으로 반복 조작함으로써 압축공기와 세척수가 순방향·역방향으로 모두 흔들리도록 해 이물질을 최대한 탈락시켜 배출하는 것이 특징이다. 

또한 고농도로 배출되는 세척수는 오염된 상태 그대로 방류하면 수질오염을 일으킬 위험이 있는데, ㈜셈즈가 개발한 공법은 세척수를 적수저감장치(섬유볼 여과)를 통해 연속적인 적수 정화과정을 거치게 함으로써 탁도를 70% 정도 저감시키고, 고상 물질은 응집·포집해 별도로 처리하는 과정을 특허 범위에 포함한 공법이다. 

‘새들 다용도 세척 점검구’ 적용…경제성·효율성 향상

㈜셈즈의 맥동류 관로 세척 공법은 크게 네 가지 면에서 타 동종 제품과 차별점을 갖는다. 첫째는 ‘새들 다용도 세척 점검구’가 사용된다는 것이다. 맥동류 세척 시 압축공기를 투입·배출하는 데 사용되는 이 점검구는 맨홀 내 이미 설치돼 있는 새들 분수전을 활용하므로 단수 없이 용이한 시공이 가능한 것이 큰 장점이다. 공기 주입·배출의 단순한 공정으로 공사 시간 또한 절약되기 때문에 민원 해소에도 도움이 된다. 

특히 맨홀 내부에 세척 점검구만 설치하면 되기 때문에 맨홀 시공이 수반되는 타 공법과 비교해 경제적이고, 중형 보호통만으로 유지 관리되므로 지하지장물로 인한 곤란함이 없다. 또한 핸들 키가 부착돼 있어 맨홀 내부가 아닌 지상에서도 밸브를 여닫기가 용이하다. 따라서 보도 없는 골목 등 소화전을 설치하기 어려운 장소에도 시공이 가능하다. 

또 D1,200㎜까지 관로 점검이 가능해 기존 점검구보다 활용도가 높을 뿐 아니라, 설치 후 관내시경(CCTV) 조사, 수압 측정 및 수질 검사를 위한 채수 기능은 물론, 비상시 소화전 용도로도 활용 가능하다는 장점이 있다. 이에 기존 관로의 수질·수압 확인 등 관로 상태 점검이 상시 필요한 곳이나 퇴수용 소화전이 필요하지만 유지관리 상 설치가 부적합한 곳, 수질관리용 이토밸브가 설치돼 있지 않거나 설치하기가 곤란한 곳 등에 설치가 가능하다. 신설관로의 밸브실 내에도 복합 설치가 가능하다. 

이 밖에도 새들 다용도 세척 점검구는 CP 및 KC인증을 획득한 스테인리스스틸(STS) 등 자재를 사용해 물리적 내구성이 높고, 심도에 따른 입상관 절단 시 숙련된 기능공 조작으로 위험성이 없다. 또 토출구에 캡이 설치되어 급격한 배수 시 안전사고를 예방할 수 있으며, 볼트와 나사로 조립되기 때문에 누수가 발생할 우려 또한 없어 성능인증, 조달우수제품 인증 등을 획득한 제품이다. 

공기주입 세척으로 관 내부 손상 발생 없어

둘째, ㈜셈즈의 관로 세척 공법은 맥동류 제트 노즐(Jet Nozzle) 분사 방식을 적용한 공기주입세척이라는 점, 그리고 셋째, 세척 시 반복적인 역방향 서징(surging)을 통해 세척 효율을 높여준다는 점에서 다른 제품과 차별화된다. 공기를 이용해 관을 세척하는 관계로 관 내부에 상처가 발생할 일이 없고 간헐적이고 지속적인 수충격 파동을 줘 관 내부에 있는 슬라임이나 녹을 효율적으로 제거할 수 있다. 

2019년 10월 대한상수도학회지에 실린 논문 ‘공기주입 세척의 물흐름 방향 변화에 따른 세척 효과 비교 연구’에 따르면, 공기주입세척을 물흐름의 순방향과 역방향으로 했을 때 탁도 값이 각각 8.28〜6.64NTU, 89.53〜39.29NTU로서 순방향보다 역방향으로 세척할 때 탁도 값이 약 5.9배 증대되는 것으로 나타났다. 

탁도 값이 증대된다는 것은 역방향 세척이 수도관 내 슬라임 등 이물질 박리 제거 효과가 크다는 것을 의미한다. 실제 ㈜셈즈의 특허 기술로 맥동류 세척 시 역방향 수격 서징 기법을 적용하면 세척 효율이 최대 2〜27배까지 증가하는 것으로 나타났다. 즉, ㈜셈즈의 맥동류 관 세척 공법은 관 내 흐름에 순방향·역방향으로 순간순간 변화를 주며 세척 효과를 극대화하고 궁극적으로는 관로의 수명 연장에 기여할 수 있는 공법이다. 

넷째, 해당 공법은 이동형 적수저감장치를 통해 세척수를 친환경적으로 방류해 수질오염 예방에도 기여할 수 있다. 퇴수관을 통해 이물질과 함께 배출된 세척수는 적수저감장치를 통해 정화되도록 해 탁도가 0.5NTU 이하 및 잔류염소가 0.1㎎/L 이하에 도달했을 때 상등수만 우수관으로 방류하기 때문이다. 나머지 철분, 모래, 실코트(seal coat) 등 분리된 입자는 함수율 70% 이하로 탈수해 폐기물로서 별도 처리된다. 

용인 스마트 관망관리 인프라 구축 우선심사기업 선정

㈜셈즈는 맥동류를 이용한 관 세척 특허 기술로 전국 각지에서 시공 경험을 쌓으며 기술의 완성도를 높여가고 있다. 일례로 지난 2021년 9월 인천시 상수도사업본부가 주최한 ‘인천시 관 세척 특허공법 현장 시연경진대회’에 출전해 우수한 성적으로 시범공사에 선정되어 관 세척 사업을 진행하고 있다. 또한 2019년 11월에는 용인시 ‘스마트 관망관리 인프라 구축사업’ 관 세척(D80〜600㎜) 우선심사 선정기업으로 선정됐으며, 기술 입증을 위한 시범사업(L=400m)도 완료했다. 

이와 함께 모 면(面)지역에서는 D500〜600㎜ 수도관을 대상으로 에어 맥동류와 스왑 피그(Swab Pig) 공법을 겸용한 관 세척 사업을 수행해 단수 최소화 및 향후 유지관리에 크게 기여했다. 

전해복 ㈜셈즈 대표는 “상수도관 노후화로 인한 각종 사회문제가 발생함에 따라 지난해 상수도관을 주기적으로 세척하는 것이 법적으로 의무화되면서 올해를 기점으로 상수도관 세척시장이 본격적으로 형성될 것으로 전망된다”면서 “기술력 확보에 더욱 힘써 모든 국민이 마음놓고 값싸게 수돗물을 마시는 날까지 최선을 다하겠다”고 밝혔다. 

한편, ㈜셈즈는 ‘RFID(Radio Frequency IDentification, 무선주파수인식체계) 상수도 맨홀정보 표지기’를 개발해 서울시와 인천시, 춘천시 등에 납품하는 등 수도관리 운영 고도화에도 일조하고 있다. 해당 제품은 맨홀과 관로의 시설물 이력관리(정보화)를 한데 모은 상수도 정보 전산화 시스템으로, 급수사고 발생 시 현장에서 신속한 누수 복구, 노후관 교체, 관망 진단 등을 도와준다. 지난 2021년 환경부로부터 우수연구개발 혁신제품(환경부 제2021-18호)으로 지정받았다. 

[동지영 차장]

[『워터저널』 2022년 5월호에 게재]