환경부 Eco-STAR Project 수처리선진화사업단
6년 반, 대장정 성공적으로 마무리

 

세계 최고 수준의 수처리 기술과 시스템을 개발하고 상용화해 환경 질과 국민의 삶의 질을 향상시키고 국가경쟁력 강화를 도모할 목적으로 지난 2004년 9월 발족된 환경부 Eco-STAR Project 수처리선진화사업단(단장 남궁은, 명지대학교 환경생명공학과 교수)이 임무를 성공적으로 완수하고 지난 5월말 마무리했다.   수처리선진화사업단은 지난 6년 반 동안 상수원으로 유입되는 하수, 폐수에 대한 철저한 관리와 처리는 물론, 막분리 기술을 이용한 고도처리된 정수의 상수관망 공급 과정까지도 관리가 가능케 하는 ‘원수부터 수도꼭지까지(From Source To Tap)’를 모토로 막분리 고도정수기술, 상수관망의 최적 설계 및 수질관리 기술, 수영용수 수준의 하·폐수 처리기술을 개발했다.   특히 세계 최고 수준의 수처리용 분리막 및 모듈의 국산화에 성공했고, 국산 분리막을 적용한 고효율·저에너지형 최첨단 막여과 고도정수처리 시스템도 개발했다. 그동안 수처리선진화사업단 운영위원회 위원장직을 맡아 세계 최고 수처리 기술 개발에 일조를 한 이상은 박사(아주대 도시환경공학부 교수)가 ‘환경부 Eco-STAR Project 수처리선진화사업단의 성과와 전망’에 대해 본지에 특별기고 했다.

 

지난 6월10일, 코엑스 3층 컨퍼런스홀에서는 수처리선진화사업단(단장 남궁 은, 명지대학교 교수)의 성공적인 마무리를 기념하는 성과보고회가 개최됐다.

 

환경부에서 주최하고 한국환경산업기술원에서 주관한 이번 행사는 국가연구개발사업(R&D)으로써 지난 6년 반 동안 수처리 기술을 개발하고 이를 상용화한데 기여한 수처리선진화사업단의 성공을 축하하기 위해 마련된 자리였다.

 

성과보고회에는 문정호 환경부 차관, 김화동 국가과학기술위원회 상임위원, 김상일 한국환경산업기술원장, 남궁 은 수처리선진화사업단장, 이종명 명지대학교 산학협력단장 등이 참석했으며, 문정호 차관은 수처리선진화사업단을 이끌어 오면서 우리나라 수처리 기술 개발 및 물산업 발전을 위해 노력해 온 남궁 은 단장에게 감사패를 전달했다.

 

또한, 수처리선진화사업을 성공으로 이끈 주역인 3개 분야 총괄연구책임자인 ㈜한화건설 허형우 상무, 한국수자원공사 김한수 처장, ㈜대우건설 기술연구원 송효성 원장에게는 환경부장관 표창이, 실무진인 ㈜에치투엘 정승수 부장, 수자원기술㈜ 김동현 선임연구원, 태화강재산업㈜ 민경진 부장에게는 한국환경산업기술원장상이 수여됐다.

 

▲ 지난 6월10일 코엑스 3층 컨퍼런스홀에서 열린 성과보고회에 참석한 주요 내빈과 수상자들.앞줄 왼쪽 세 번째가 필자, 다섯 번째부터 문정호 차관, 김상일 한국환경산업기술원장, 남궁 은 사업단장.

한편, 이번 성과보고회는 환경 관련 국제 전시회인 ‘제33회 국제환경산업기술·그린에너지전(ENVEX)’과 연계·개최되어 연구성과 홍보는 물론 개발기술을 집약해서 볼 수 있는 장이 마련됐다.

 

수처리선진화사업단에서는 지난 6년 반 동안 개발하고 상용화한 기술들을 총 정리해 각 분야별 주요 성과를 한눈에 확인할 수 있는 ‘히스토리 월(History wall)’과 전국사업화전도 등으로 집약해 전시부스를 구성했다. 또한 각 분야별 최종 성과물의 모형을 전시하고 홍보동영상과 브로슈어를 비치해 누구나 쉽게 이해할 수 있도록 했으며 부스를 찾아온 모든 관람객들에게 호평을 받았다.

 

‘제33회 국제환경산업기술·그린에너지전(ENVEX)’ 수처리선진화사업단 부스.

수처리선진화사업단 성공 노하우
수처리선진화사업단은 환경부 ‘Eco-STAR Project’ 중 하나로 세계 최고 수준의 수처리 기술과 시스템을 개발하고 상용화해 국내 현장에 적용함으로써 국민의 삶의 질 향상은 물론 국제경쟁력을 확보해 해외 진출을 도모할 목적으로 지난 2004년 발족됐다.

 

이에 사업단에서는 상수원으로 유입되는 하수, 폐수에 대한 철저한 관리와 처리는 물론, 차세대 물산업의 핵심 원천기술인 막분리 기술(Membrane Technology)을 이용해 고도처리된 수돗물을 가정까지 안전하게 공급하는 즉, ‘상수원수부터 수도꼭지까지(From Source To Tap)’를 모토로 하여 △막분리 고도정수기술 △상수관망 최적관리 기술 △수영용수 수준의 하·폐수 고도처리기술을 지난 6년 반에 걸쳐 개발하고 상용화에 성공했다([그림 1] 참조).

 

▲ [그림 1] 수처리선진화사업 기술 개발 내용

이로써 수처리선진화사업단은 과제 수행을 통해 개발한 기술의 상용화까지 이뤄내면서 지난 5월말 기준, 총 218건의 사업화가 이뤄져 총 4천261억 원의 사업화실적을 달성했다. 주목할 것은 해외에서의 사업화에도 성공해 218건의 사업화 실적 중 7건은 해외에서 이뤄진 사업화 실적이다([그림 2] 참조).

 

이는 과업기간 중에 이뤄진 사업화 실적이며, 기업중심으로 운영된 수처리선진화사업단의 개발기술들은 과업기간이 종료된 이후에 훨씬 더 많은 사업화가 이뤄질 것으로 예상된다. 또한, 신기술, 특허에서도 기존의 국가연구개발사업(R&D)의 성과에 비해 탁월한 실적을 보였기 때문에 향후 국가 R&D사업관리에 좋은 귀감이 될 것으로 확신한다.

 

이렇게 탁월한 성과들은 남다른 연구관리 및 사업화관리 기법과 전략이 있었기에 가능했다고 본다. 이 때문에 ‘국가연구개발사업(R&D)의 새로운 성공 모델을 제시했다’는 평을 받고 있으며, 그 성공 요소로는 다음의 3가지를 꼽을 수 있다.

▲ [그림 2] 수처리선진화사업단 성과 (2011년 5월 기준)

우선, 미래 수처리 시장에서의 니즈(Needs)기술을 예측하는 기획력이다. 이는 시장이 요구하는 니즈기술을 정확히 예측하는 것으로, 남궁 은 단장은 수처리선진화사업의 기획단계 부터 ‘선택과 집중’의 원칙 하에 시장성, 성공 가능성이 높은 유망기술 분야를 도출했다. 핵심 원천기술의 경우에는 기술혁신(Technical Innovation)을 수행하고, 개발된 우수한 기술을 접목하는 기술통합(Technical Integration)을 통해 시스템화해 현장에 도입했다([그림 3] 참조).

 

사업단에서 추구하는 상용화 목표를 정해진 시간 안에 효율적으로 달성하기 위해, 연구기간을 단축함은 물론 개발에 소요되는 인력, 물적 자원의 최소화를 위해 그 동안 타 국가 연구개발 사업에서 얻어진 성과를 최대한 활용하고, 이를 통합하고자 노력했다. 특히 미래지향형이면서도 가시적인 첨단기술을 확보하기 위해 고효율(High Efficiency), 저에너지(Low Energy), 초집적(Compact), 융합형(BT/NT/IT/ET) 시스템을 개발하고자 했다. 이로써 이미 6년 반 전에 수처리선진화사업단의 기본방향이 현 정부의 국가비전인 저탄소 녹색성장 기조와 함께 했음을 알 수 있다.

 

▲ [그림 3] 수처리선진화사업단 로고 및 기본철학

둘째, 상용화 개발 중심(R&BD), 현장 중심, 기업 중심의 사업 추진 전략을 꼽을 수 있다. 수처리선진화사업의 궁극적인 목표가 상용화를 위한 시스템 개발이므로 [그림 4]와 같이 다양한 상품화의 가능성을 연구개발 기관에 제시했다.

 

이에 따라 개발되는 기술은 △단위 기술·제품·장치를 포함한 Product △단위 기술이 복합돼 공정으로 구현되는 Process △IT와 Software를 탑재한 자동 계측 및 제어를 위한 Program △System 구축이 완료됐을 때 함께 확보되는 각종 기술 지침서 및 매뉴얼(설계, 시공, 운전 및 유지관리)로 이어지는 Total Solution Package화를 통해 사업의 고부가가치화를 실현했다. 이로써 ‘연구를 위한 연구’를 배제하고 전통적인 연구·개발(R&D)이 아니라 실용 시스템 개발 중심(R&BD)으로 수처리선진화사업단을 운영했다.

 

▲ [그림 4] 기술의 Total Solution Package(PPPS) 시스템 개발

 

또한, 상용화를 위해 실험실이나 연구실보다는 현장중심의 연구개발로 시장에서 즉시 사용 가능한 기술개발이 되도록 했으며, 구체적이고 정량화된 사업목표(Goal-oriented)를 각 개발기술별로 수립하고, 지속적인 세계기술 수준의 분석을 통해 예상되는 미래의 세계 최고수준까지도 예측, 이를 사업목표에 재반영함으로써 선진국과의 격차 극복을 위한 전략을 수립했다. 특히, 이러한 일련의 과정을 상용화·상품화·사업화의 주체인 기업이 중심이 되어 주관하도록 했다([그림5] 참조).

 

▲ [그림 5] 수처리선진화사업 추진 전략

끝으로 기술개발 성공을 위한 지원과 철저한 사업관리를 들 수 있다. 수처리선진화사업단은 모든 과제들을 기술개발은 물론 상용화까지 성공시키기 위해 남다른 열정으로 지원과 사업관리를 해왔다.

 

단순히 연구개발비 지원이나 과제평가 등을 수행하는 행정적인 처리만을 하는 기관이 아닌 기술개발이 성공할 수 있도록 모든 인적 인프라까지도 구축·지원해 주고, 기술개발을 저해시키는 외부로부터의 영향들에 대해 과학적으로 대응할 수 있는 전략을 수립하는 한편, 내부적으로는 마일스톤에 의한 철저한 사업관리를 해왔다. 또한, 개발기술을 상용화하기 위해서는 기술의 우수성도 중요하지만, 시장이 창출되어야 하므로 이를 위한 제도·정책의 정비가 함께 맞춰 나갈 수 있도록 지원을 아끼지 않았다.

 

사업단의 가장 큰 성과는 △정수 분야 △상수관망 분야 △하·폐수 분야 등 총 3개 수처리기술 분야에서 상용화 개발중심(R&BD)의 과제 관리를 통해 핵심 원천기술 및 응용시스템 기술 개발에 성공했으며, 개발기술의 Total Solution(EPC + O&M) 능력 확보로 고부가가치를 실현했다는 것이다. 또한, 국내 수처리 기술의 전반적인 기술수준을 향상시켰으며, 막여과 정수처리 교육 프로그램, 하수처리수 재이용 교육 프로그램, 옥내급수관 교육 프로그램 등을 진행하면서 수많은 전문 인력을 양성했다.

 

사업단의 대표기술인 막여과 고도정수처리기술은 원수의 수질 변동에도 안정된 시스템 운영이 가능하며, 탁도, 조류, 병원성 미생물의 완벽한 제거로 고품질의 먹는 물을 제공하는 것이 가능하고, 응집지와 침전지 축소를 통한 소요부지 절감, 효율적인 유지세정으로 에너지 소모량을 절감했다.

 

또한 기존 정수처리 공정 대비 응집제 사용량을 60% 이상 절감해 슬러지 발생량 및 유지관리비를 축소했으며, 수자원 회수율을 99% 이상 달성함으로써 친환경적 요소를 갖추었다.

 

개발 기술의 실증화 시범사업으로 서울특별시 영등포정수장에 하루 5만㎥ 규모의 ‘최첨단 국산 막여과 고도정수처리시설’을 건설해 성공적으로 운영 중이며, 막여과 기술로 처리된 안전하고 맛있는 물은 현재 영등포지역의 15만 서울시민에게 공급되고 있다.

 

운영 결과 처리수의 탁도는 평균 0.02NTU 이하로 나타났으며, 입자개수 또한 1개/mL 이하로 유지되고 있어 수질의 안전성과 일정한 구동압력(TMP) 유지, 유지세정 및 화학세정의 자동화 등으로 시설의 안정성이 확인되고 있다.

 

특히, 환경부, 수처리선진화사업단, 서울특별시, ㈜대우건설, ㈜한화건설은 막여과시설 운영 및 유지관리기술 최적화 등을 통해 국내 막여과 기술발전과 해외 물산업 시장 진출을 위해 영등포정수장 막여과 시설을 향후 3년간 공동운영하기로 양해각서(MOU)와 세부 실시 협약서를 체결했다.

▲ 최첨단 국산 막여과 고도정수처리시설 전경. 왼쪽부터 가압식 막여과 고도정수처리시설과 침지식 막여과 고도정수처리시설.

또한, 이 기술과 연구진을 2010년 한국공학한림원이 선정한 ‘광복이후 지난 60년간 우리나라 경제를 견인한 대한민국 100대 기술과 주역’의 하나로 선정되는 영예를 누렸고, 그 외에도 2008년 대한민국 기술대상 금상(국무총리상), 2008년 10대 신기술, 2008년 및 2010년 IR52 장영실상 등 수 많은 수상으로 기술의 우수성을 대외적으로 인정받았다.

 

▲ 광복 이후 60년간 우리나라 경제를 견인한 대한민국 100대 기술과 주역으로 선정. 왼쪽부터 신항식 KAIST 교수, 남궁 은 수처리선진화사업단장, 이의신 대우건설 연구위원, 허형우 한화건설 연구소장, 이상은 아주대학교 교수.

고품질의 수돗물을 각 가정에서 공급받기 위해서는 수돗물 생산뿐만 아니라 공급라인까지 최적관리가 돼야 한다. 따라서 수처리선진화사업단에서는 지하에 매설되어 유지관리가 어려운 상수관망 관리의 중요성을 인식하고, 한국수자원공사와 수자원기술㈜를 통해 상수관망을 과학적으로 진단·평가하고 그 결과를 토대로 체계적으로 개선·정비할 뿐만 아니라 유지·운영 관리할 수 있는 기술을 개발했다.

 

그 결과 한국수자원공사에서는 상수관망의 수리, 수질 및 시설에 대한 종합적인 진단·성능평가 후 시설 개선에 대한 의사결정을 할 수 있는 Dr. Pipe와 통합운영관리 시스템인 water-NET를 개발하는데 성공했다([그림 6] 참조). 또한 수자원기술㈜에서는 조사·진단, 보수·보강 및 유지관리에 필요한 공법·장비를 성공적으로 개발하여 상수관로 종합관리 서비스 시스템 상용화에 성공했다([그림 7] 참조).

 

▲ [그림 7] 상수관로 종합관리 서비스 시스템

▲ [그림 6] 상수관망 진단·운영관리 시스템

특히, 우리나라의 경우에는 지난 1990년대 중반까지는 급수관으로 비 내식성관인 아연도강관이 주로 사용되어 가정 내 녹물 출수의 원인을 제공하고 수돗물 불신의 주요 요인이 되었다. 이 문제를 해결하기 위해 ㈜티에스와 ㈜두배시스템은 옥내급수관에 대한 진단·세척·갱생기술을 개발하고 장비를 국산화해 지난 2007년 서울특별시 둔촌동 주공아파트 2개동 79세대에 시범사업을 성공적으로 추진했다.

 

정책적으로는 그동안 옥내급수관은 사유재산으로 분류되어 개인이 관리 감독해야 하는 문제가 있었으나 「수도법」개정시 급수장치에 ‘옥내급수관’포함이 명확히 규정되도록 함으로써 옥내배관 개량시 융자 또는 보조지원이 가능하도록 했다. 이같은 정책적인 변화에 맞추어 옥내급수관 진단·세척·갱생 실용화 기술의 개발을 완료함으로써 결과적으로 새로운 수처리 시장을 창출했다.

 

이 옥내급수관의 세척·갱생 분야는 약 1조 원 규모의 사업으로 예측되고 있고, 중앙아시아의 키르키스스탄에 수출하는 등 해외시장 진출 가능성도 높아 기업들의 사업이 확장되고, 그에 따른 고용창출 효과 등을 고려하면 파급효과가 매우 크다.

 

▲ 시범사업 전·후 수질 변화.

하수를 수영(水泳)용수 수준까지 처리할 수 있는 하수고도처리기술을 개발하기 위해 ㈜대우건설, 코오롱건설㈜, ㈜포스코건설에서 공동으로 참여해 ‘국산 분리막을 이용한 하수고도처리기술(I³ System)’을 개발·상용화하는데 성공했다. 이 기술은 시범사업으로 구리하수처리장의 1개 계열을 개·보수해 하루 5천㎥ 규모의 실증플랜트를 설치·운영하고 있다.

 

I³은 Innovation 3의 약자로, 공정, 분리막 및 운전관리시스템의 혁신을 이뤘음을 의미한다. 즉 공정 설계·제작·운영·진단 기술까지 100% 국산화를 달성했고, 세계 최고 수준의 외국산 수처리 분리막 대비, 성능 가격 등에서 동일하거나 높은 수준의 경쟁력을 확보했다.

 

특히, 고도의 집적화를 통해 기존 하수고도처리 공정 대비 부지면적을 50%까지 절감, 공사비 약 15%, 유지관리비 약 10%를 절감할 수 있으며, 국산 분리막은 내구성이 우수하고, 조립식 프레임으로 편리하게 이송할 수 있어 해외수출 시에도 충분한 경쟁력을 가질 수 있다.

 

▲ I³ System 시범사업(구리하수처리장, 5천㎥/일).

이 기술은 지난 2009년도 제1회 국가녹색기술대상에서 환경부장관상을 수상했으며, 한국공학한림원에서 발표한 ‘2009년도 한국을 빛낸 과학기술 및 산업성과 23’에 선정되어, 기술의 우수성과 경제적 효과가 탁월한 것으로 인정받았다([그림 8] 참조).

 

▲ I³ System 대외 수상. 제1회 국가녹색기술대상 수상.

▲ [그림 8] I³ System 대외 수상. 2009년 한국을 빛낸 과학기술 및 산업성과 선정

산업폐수 분야의 ‘전자폐수 재이용 및 무해화 기술’은 삼성엔지니어링㈜에서 참여해 다양한 폐수 종류에 따라 고농도 폐수처리 및 재이용 공정(SEMBR+RO), 저농도 폐수처리 및 재이용 공정(SMIC+UF+RO) 및 초저농도 폐수처리 및 재이용 공정(S-AOP+UPW) 등 3가지 공정을 개발했다.

 

폐수 성상에 따라 소비자 맞춤형 처리 및 재이용 공정을 구성 할 수 있도록 System Package화를 통해 전자폐수처리 뿐만 아니라 의료 및 제약폐수처리, 식품폐수 처리 및 화학폐수처리 등 다양한 산업폐수처리에 적용 가능한 기술이다. 이 기술 또한 2010년 제2회 국가녹색기술대상에서 환경부장관상을 수상했으며, 한국과학기술기획평가원이 주관하는 국가연구개발 우수성과 100선에 선정됐다.

 

▲ 전자산업폐수 대외 수상. 제2회 국가녹색기술대상 수상(왼쪽), 국가연구개발 우수성과 100선 선정.

수처리선진화사업단, 대외적으로 성공 인정
지난 1990년 초 환경분야 국가 R&D사업이 시작된 이후 처음으로 시도된 환경분야 대형국책사업의 하나로 선정되어 추진한 수처리선진화사업단의 괄목할 성과를 인정받아 사업단은 지난 6월9일 제19회 ‘조선일보 환경대상(환경기술부문)’을 수상했다.

 

이는 남궁 은 단장을 비롯한 모든 연구팀들이 그동안 불철주야 열정적으로 뛰어다닌 결과로 고도 물처리용 PVDF 분리막을 세계 4번째로 개발하는데 성공하고, 이를 응용한 정수·하수·산업폐수처리 시스템의 국산화 및 상수관망 최적관리 기술 개발을 통한 수돗물 불신 해소에 기여한 데 따른 것이다. 남궁 은 단장은 특히, 개발한 기술들이 상용화 되도록 적극 노력함으로써 국내 환경기술산업 발전에도 크게 이바지했으며 우리나라 물산업 육성과 해외진출 확대를 위해 기틀을 마련한 업적을 높이 평가받았다.

 

▲ 제19회 조선일보 환경기술 대상 수상.

수처리선진화사업단의 성공은 두뇌 집약형으로 고부가가치 창출이 가능한 실용화 기술개발(R&BD)은 미래형 산업을 창출하고 선도할 수 있다는 것을 보여주는 좋은 사례이다.

 

물산업은 기술적 측면에서 고도수처리 및 지능형 물 생산·공급 시스템으로, 산업적 측면에서는 단위 지자체별 운영에서 통합·광역화까지, 그리고 설계, 건설, 운영, 파이낸싱이 결합된 Total Solution을 제공하는 물전문종합기업으로 패러다임이 변화하고 있다. 이에 발맞춰 수처리선진화사업단의 성공적인 운영으로 선진 외국기술과 대등하게 경쟁할 수 있는 수처리 분야의 Package형 기술이 성공적으로 개발된 것이다.

 

따라서 앞으로 해외진출을 위한 정부 차원의 실질적인 지원과 미래지향형 물 생산·공급 등의 기술을 개발하고 성공시킬 수 있는 제2의, 제3의 수처리선진화사업단이 탄생할 수 있도록 지속적인 노력이 이뤄진다면 글로벌 경쟁에서 물산업은 우리나라의 새로운 성장동력산업으로 자리 매김 하게 될 것이다.

 

▲ 6년 반 동안의 대장정을 성공적으로 마무리한 수처리선진화사업단 직원들. 왼쪽부터 김우정 팀장, 홍준식 팀장, 남궁 은 단장, 정규연 팀장, 채서윤 행정원, 최영권 연구원.