일본, 1년간 하수도 투자비 무려 2조엔 규모

188개 도시 합류식 하수도 긴급 개선사업 실시…97곳 개선율 100% 가능
정화조 방류수기준, BOD 제거율 90% 이상·BOD 20㎎/L 이하로 강화

 

일본 하수도 및 개선사업 진척현황

일본 하수배제방식 현황

일본 전국의 하수도사업 착수 지자체는 1천486개 시·읍·면 중 191개 시·읍·면이 합류식 관거로 정비했으며, 총 하수도 처리면적 165만㏊ 중 23만㏊가 합류식으로 정비되어 있다. 전체 하수도 처리인구 9천360만 명 중 합류식 구역 내 인구는 2천414만 명(25.8%)이다.

일본의 배제방식에서 기본적으로 분류식을 채택한 이유는 1970년 「하수도법」이 개정되어 하수도의 목적에 ‘공공수역의 수질보전’이 강화되었기 때문이다. 이에 따라 1970년 이후 하수도가 정비된 시·읍·면은 분류식으로 정비되었다.

한편, 합류식 관거 정비는 분류식 관거 정비와 비교했을 때 관거가 1개로 되어 있어 저렴하고 공사기간이 짧다는 장점이 있지만, 1년에 70∼100일 정도 비가 내리는 강우 시에는 CSOs(Com-bined Sewer Overflows) 문제로 인해 공공수역을 오염시키는 원인이 되어 큰 사회적 문제가 되었다. 즉, 초기우수, CSOs 등 비점오염원의 오염물질(77일/년)이 하천으로 직접 방류되는 오염부하량이 청천(晴天) 시(288일/년) 오염물질의 2.5배가 되는 사실이 실측조사결과 밝혀져 「하수도법」이 개정된 1970년부터 분류식 관거로 정비하는 것을 원칙으로 한다.

1970년에는 일본 전국 하수도보급률이 16%로 상당히 낙후되어 공공수역의 수질오염으로 인한 수돗물의 이취미(異臭味) 문제, 물고기의 집단폐사, 생태계의 종다양성 감소, 하천에서의 물놀이 및 수영 불가 등 사회적·국민적 관심이 부각되었다. 일본의 하수도 투자비 중에서 관거·펌프장의 공사비는 70%, 하수처리시설 투자비는 30%를 차지한다. 이는 우리나라의 하수도 투자비 중 하수처리장 건설 중심의 공사비가 70∼80%를 차지하는 점과 비교하면 그 차이가 매우 크다.

특히, 일본은 연간 하수도 투자비가 2조 엔(약 20조 원)에 달할 정도이다. 제1차 하수도정비계획(1963∼1967년)부터 제8차 계획(1996∼2002년)까지 39년 동안 총 75조7천억 엔을 투자했는데, 이는 우리나라의 하수도 투자비와 비교가 되지 않는다. 한편, 일본은 공공하수도가 정비되어 사용개시가 이루어지면 합류식 관거 및 분류식 관거 정비지역에 관계없이 3년 이내에 정화조를 폐쇄하고, 수거식변소는 수세화변소로 정비하는 것이 의무화되어 있다(「하수도법」 제11조 제3항).

또, 「하수도법」에서는 배수구역 내의 토지 소유자 등에 의한 지체 없이 그 토지의 하수를 공공하수도에 유입시키기 위해 필요한 배수설비를 설치할 수 있도록 의무화시켰으며, 공공하수도 접속을 강제로 집행하고 있다(「하수도법」 제10조). 만일 이를 위반하는 경우 공공하수도 관리자는 필요한 조치를 명령하는 것이 가능하다(「하수도법」 제38조 제1항).

참고로 「정화조법」(1983년 법률 제43호)은 2000년(법률 제106호)에 개정되어 그 해 6월 2일 공포됐으며 이듬해인 2001년 4월 1일에 시행되었다. 개정 「정화조법」에서는 정화조의 정의에서 단독처리정화조를 삭제하고, 일본의 장관급인 국토교통 대신이 가정에서 발생하는 분뇨와 생활잡배수를 동시에 처리하는 합병처리 정화조만을 정화조로 정의, 신규 설치는 하수도계획 처리구역에서 제외된 곳에 합병처리 정화조로 처리하도록 의무화했다. 이후 「정화조법」(1983년 법률 제43호)의 일부가 2005년(법률 제47호)에 개정, 그 해 5월 20일 공포되어 2006년 2월 1일에 시행되었다.

개정된 「정화조법」에서는 △「정화조법」 목적의 명확화 △정화조로부터 배출되는 방류수에 관한 수질기준의 창설 △정화조 설치 후 수질검사 검사시기의 적정화 △적정한 유지관리를 확보하기 위한 도(都)·도(道)·부(府)·현(縣)의 감독규정 강화 △보고징수 및 행정기관의 직원이 행정법규의 준수를 확인하기 위해 관계서류나 시설 등을 검사하는 규정의 정비 등 5점에 대해 개정이 행해졌다. 이 중 상기 두 번째 항목의 신기준은 BOD 제거율이 90% 이상, 방류수의 BOD가 20㎎/L 이하로 정해졌다.

합류식 하수도 긴급개선사업 상황

188개 도시를 대상으로 한 합류식 하수도 긴급개선사업의 진척상황은 △목표달성을 위해 순조롭게 실시되고 있는 상황, 사업 효율화에 의해 목표달성의 정도 가능(A) △신기술의 도입이나 적절한 대책수법의 선정 등으로 목표달성 가능(B) △계획처럼 사업이 진척되지 않고 목표달성이 조금 곤란(C) △사업이 거의 실시되지 않고 현상태로 유지되어 목표달성 곤란(D), 총 4단계로 평가되었다.

A단계의 도시는 2009년 말, 2010년도 말, 2011년도 말을 기준으로 86개에서 90개, 97개로 늘었으며 이 중 긴급개선사업이 완료된 곳은 41개였다. B단계의 도시는 2009년 73개에서 2010년 93개로 늘었다가 2011년 말에는 91개로 줄었다. C단계의 도시는 처음 29개시에서 이듬해 5개로 대폭 줄었으며 2011년도에는 0개로 집계됐다. 사업이 거의 이뤄지지 않는 단계인 D단계의 도시는 0곳이었다.

한편, 17개 유역하수도를 대상으로 한 합류식 하수도 긴급개선사업의 진척상황은 2011년도 말을 기준으로 A단계가 6곳, B단계가 11곳인 것으로 조사됐으며, 이 중 4개 유역에서 긴급개선사업이 완료됐다. 긴급개선사업 관로에 대해서는 △오염부하량이 분류식하수도 수준 또는 이하인 경우 △모든 우수토실에서 미처리 방류횟수가 반감된 경우 △모든 우수토실에서 협잡물의 유출을 거의 완벽하게 방지하고 있는 경우, 이 세 항목을 만족할 때 합류식 하수도 개선율을 100%로 인정한다.

일본 도쿄도의 사례조사

일본 도쿄도의 하수도 현황

615㎢ 면적의 도쿄도 23개 구부(區部)의 하수도보급률은 1995년 100% 달성했으며, 도쿄도 시외의 타마(多摩)지역은 2012년 기준 하수도보급률은 99.1%이다. 2012년도 말 총 하수관로 길이는 1만5천936㎞, 간선 1천88㎞, 지선 1만4천848㎞로 구성되어 있으며, 우수와 오·폐수를 모두 처리하는 합류식 관로는 80%, 우수와 오·폐수를 따로 처리하는 분류식 관로는 20%이다. 합류식 관로가 80%로 정비되어 있으나 도쿄도에는 정화조가 1개소도 설치되어 있지 않다.

일본에서는 분류식·합류식과 관계없이 공공하수도(관로)가 정비되어 사용 개시가 공포되면 3년 이내에 기존 정화조를 철거해야 하며, 수거식은 수세식변소로 3년 이내에 교체해야 한다. 한편, 도쿄도 하수도 계획면적은 578㎢로 행정구역은 23개 특별구이고, 하수처리구역은 10개 구역으로 나누어져 있으며 하수처리장은 13개소를 보유하고 있다.

도쿄도의 하수도정비 기본방향은 합류식을 지향하는 것으로 계획하고 있으나, 초기우수오염 및 CSOs 문제에 대응하기 위해 합류식 하수도의 개선을 촉진 대응하고 있다. 도쿄도는 하수관로의 관경이 D250㎜∼8천㎜까지 있으며, 23개 특별구의 처리구역 내에 86개소의 중계펌프장이 무인으로 운전되고 있다. 외곽의 30개 시·읍·면에는 7개의 하수처리장이 있으며 이 처리장도 도쿄도 하수도국 유역하수도본부에서 관리하고 있다.

도쿄도 하수도관리의 문제점으로는 내용연수 초과관로가 전체 연장의 13%에 해당하는 약 2천㎞에 달하며, 오수처리 능력 및 우수배제능력이 부족하고, 관로 및 구조물의 노후화 진행에 의한 내진 성능이 부족하다는 점을 꼽을 수 있다.


하수도 시설관리는 △분류식 하수관로 최소유속 확보(0.6m/s 이상) △합류식 하수관로 최소유속 확보(0.8m/s 이상)로 이루어진다. 빗물과 토사류가 유입되기 때문에 최소유속의 조건은 하수에 포함되어 있는 토사류가 퇴적되는 것을 방지하기 위해 설정되어 있다.

도쿄도 특별 23개 구부(578㎢)의 하수도사업은 「하수도법」에서 공공하수도로 정해져 있다. 원칙적으로 도쿄도의 하수도국 업무로 되어 있었으나 23구에 있어서는 도쿄도가 23개 특별구역 입장에서 사업을 추진하고 있다. 물재생센터는 578㎢의 면적 내에 13개소가 가동되고 있다. 슬러지 처리는 현재 6개소에서 하수관로 압송에 의해 광역처리되고 있으며, 향후 3개소에서 집약처리할 예정이다.

도쿄도 23개 구부는 하수가 자연유하로 13개 물재생센터에 유입되도록 도심 내에 86개소의 중계펌프장을 설치했다. 중계펌프장을 통해 물재생센터로 유입된 양은 하루 평균 227만8천142㎥로 전체의 52.7%에 해당한다. 13개 물재생센터 중 9개는 하수를 자연유하로 원활하게 흐르도록 최소유속을 확보했다.

도쿄도 23개 구부는 고밀도로 개발되어 토지 여유가 없으므로 이러한 중계펌프장은 대부분 건물 지하에 설치되었으며, 상부는 제니가메 중계펌프장처럼 빌딩으로 이용되고 있으나 외관상으로는 나타나지 않는다. 한편, 도쿄도의 13개 물재생센터 중 시바우라(芝浦) 물재생센터(하수처리장)는 일본 최초로 지하에 초기우수저류시설과 상부에 고층빌딩을 건설해 지난 2015년 5월에 오픈, 현재는 사무실 등으로 활용하고 있다([그림 3] 참조).

2012년 기준 도쿄도 구부 전체의 공공하수도 개요는 하루 평균 하수처리량 432만5천370㎥, 슬러지처리량 18만9천320㎥, 탈수슬러지 발생량 94만554㎥인 것으로 조사됐으며, 중계펌프장 수는 총 86개로 집계됐다.

정화조 폐지 및 배수설비 설치 규정
 
정화조 폐지 및 배수설비 설치규정은 다음과 같다. 정화조는 합류식 지역이라도 하수관로가 부설되어 사용개시가 공포되면 3년 이내에 의무적으로 폐지해야 한다. 일본에서는 하수도와 수세화는 일체로 추진하고 있다. 합류식이라도 하수관로는 처음부터 분뇨를 직유입하는 것을 전제로 건설되며, 하수관로의 경사나 연결부 등은 특히 엄밀한 시공과 검사를 수행해야 한다.

관로가 시공되어 공용개시의 고시가 있으면 정화조는 철거되고, 잡배수와 같이 수세식변소의 배수도 직접 하수관에 유입되는 것이 통례이다. 수거식변소는 공공하수도를 사용할 수 있게 되면 3년 이내에 수세식으로 개조하는 것이 법률(「하수도법」 제11조 제3항)로 의무화되어 있다. 만일 이를 위반하는 경우 공공하수도관리자는 「하수도법」 제11조 제 3항에 의해 개조명령이 가능하다. 이 명령을 위반하는 경우에는 30만 엔 이하의 벌금이 적용된다(「하수도법」 제48조).

그러나 실제로는 공공하수도 정비완료구역 내에서 정화조에 대한 수세화 인구를 제외한 수세화 인구가 93.4%인 것으로 미루어 보아 정화조 폐지 및 수거식변소의 수세화변소 개조 등이 완벽하지 않음을 알 수 있다.

2012년 4월 1일∼2013년 3월 31일을 기준으로 2012년도 일본 전국 하수도보급률이 76.3%인 점에서는 「하수도법」에서 배수구역 내의 토지 소유자 등에 대해 지체 없이 그 토지의 하수를 공공하수도에 유입시키기 위해 필요한 배수설비를 설치하는 것을 의무화시켰으며, 공공하수도에 접속을 강제로 집행하도록 했다(「하수도법」 제10조 제1항). 만일 위반하는 경우 「하수도법」 제38조 제1항에 의해 공공하수도 관리자는 필요한 조치를 명령할 수 있다.

도쿄도 합류식 하수도 개선시책

분류구역과 합류구역이 존재하는 나카가와 처리구의 시스템 약도를 보면 분류구역의 오수는 전량 합류구역의 하수와 분수웨어 등에서 분수 후, 청천시 오수량의 3배 가량 되는 유량을 처리장으로 유입시킨다. 구부(區部)의 하수도는 하수도 정비가 본격화된 메이지 시대 후기 이후 화장실 수세화 등 위생환경의 개선과 빈발하던 침수 피해에 대한 대응을 동시에 진행할 필요에 의해 약 8할의 구역이 합류식 하수도로 정비되었다.

합류식 하수도는 위생환경의 개선과 빗물 배제의 양면을 동시에 달성할 수 있는 한편, 오수와 빗물을 하나의 하수관에 수용하기 때문에 비가 오면 시간당 2㎜정도의 유량까지만 차집되어 하수처리장으로 이송된다. 나머지 오염된 빗물은 우수토실 등을 통해 협잡물 등과 함께 강이나 바다에 방류된다.

따라서 도쿄도는 강우 초기 특히 더러운 하수를 저류하는 시설(저류시설) 정비, 우천시 하수를 더 많이 물재생센터에 송수하기 위한 새로운 간선(차집간선 : 차집배율 3배, 해당 우수토실 유역 8㎜의 저류) 정비 등의 방안을 추진 중이다. 그 결과 처리장에서 2Q량에 대한 1시간 분량의 저류 및 고급처리를 시행함에 따라 전체 삭감부하량에 대한 월류부하량의 5%, 월류횟수의 17%까지 각각 삭감이 가능하다.

그동안의 대응으로 2013년도(2013년 4월 1일∼2014년 3월 31일)까지 차집간선의 정비가 약 155㎞ 완료되고 저류시설은 약 103만㎥의 정비가 완료되었다. 또, 2000년도부터 2008년경까지 단기간에 사업 효과를 실감할 수 있는 ‘합류개선 퀵 플랜’을 실시하고 백색고형물(Oil ball)이나 협잡물 등의 유출 억제 대책 및 계획적인 하수도 관내 청소 등을 실시해 왔다.

한편, 「하수도법 시행령」에서는 헤이세이(平成) 35년도(2023년도)까지 각 처리 구(區)의 우천시 방류수질을 BOD 40㎎/L 이하로 요구하고 있어 대책이 필요하다. 그러나 하천 등에 설치된 빗물 토구 및 저류시설의 정비는 용지의 확보 등 해결해야 할 과제가 많이 남아 있다.

도쿄도에서 진행 중인 합류 개선대책의 주된 사항은 다음과 같다. 향후 우천 시에 합류식 하수도에서 하천과 바다 등으로 방류되는 오염부하 배출량을 삭감하기 위해 다음의 대응방침 아래 물재생센터와 우수 토실 등에서 대책을 추진하기로 했다.

2024년 4월 1일∼2025년 3월 31일을 기준으로 하는 2024년도부터 강화되는 「하수도법 시행령」의 우천시 방류수질기준에 대한 대응을 위해 고속여과 등 신기술을 도입, 물재생센터에서 대책을 가속화한다. 2020년 개최될 도쿄올림픽 전인 2019년도 말까지 합류식 물재생센터 11개소 모두에 고속여과를 도입하고,약 37만㎥의 저류시설을 새로 정비해 누계로 약 140만㎥의 저류시설을 정비한다.

우천시 방류의 영향이 큰 구간인 폐쇄성 수역이나 유량이 적은 하천 구간 등 14개 수역을 ‘중점 수역’으로 지정해 2029년도까지 저류시설 등의 정비를 중점적으로 추진한다. 또, 향후 방류되는 오염부하량을 분류식 하수도의 수준으로 감소시킨다. 기존의 침전시설 개조에 의한 고속여과시설을 조기에 도입해 오염물을 2배 가량 많이 제거하는 것이 가능한 고속여과시설 정비에 신규로 착수한다.

일본 오사카시 사례조사

오사카시 합류식 하수도 개선대책

오사카시는 하수도 정비에 빨리 착수한 도시로 시 전체의 96.4%가 합류식 관거로 정비되어 있다. 합류식 하수도는 우천 시 하수의 양이 일정량을 초과하면 하수의 일부가 미처리된 상태로 빗물과 함께 공공수역에 직접 방류되어 수질 오염의 원인으로 문제시된다. 때문에 그 개선이 시급한 과제가 되고 있다.

오사카시의 합류식 하수도 개선대책은 오염부하량 삭감의 관점에서 ‘청천 시 날씨를 포함한 연간 방류 오염부하량을 분류식 하수도와 같거나 적게 하는 것’을 목표로 하고 △방류 오염 부하량의 삭감 △공중위생상의 안전 확보 △협잡물 유출 방지의 3가지 관점에서 합류식 하수도 개선대책을 실시하고 있다([표 6] 참조).

2002∼2006년 시행된 오사카시 합류식 하수도 개선계획에 따른 정비상황은 2007년 말을 기준으로 다음과 같다. 오염부하량의 삭감을 목표로 한 맨홀 인버트화는 약 12만 개로 비교적 소규모의 맨홀에서 실시됐다. 우천시 하수 활성슬러지 처리는 전체 하수처리장 12개소에 도입 완료됐고, 빗물 침사지 등의 오염물질 퇴적 방지·제거설비의 정비는 우수토실을 가지고 있는 펌프시설 53개소 중 2개소에서 실시됐다.

협잡물의 유출 방지를 위해 실시한 스크린 간격의 축소화는 우수토실을 가지고 있는 하수처리장 내 펌프장 및 방류펌프장 32개소 중 28개소에서 기존의 50㎜에서 25㎜ 간격으로 설치됐다. 또, 우수토실에 스크린 등을 설치하는 계획은 전체 23개소 중 5곳에서 실시됐다.

오사카시 합류식 하수도 개선효과

합류식 하수도 개선대책의 효과를 파악하기 위해 연간 총 강우일(전체 하수처리장 평균)이 동일한 2001년(936㎜)과 2007년도(935㎜)를 선정하고, 합류식 하수도 개선대책 실시 전후의 연간 강우일에 대한 방류수량 및 연간 강우일 방류 BOD 부하량을 비교했다.  또한 부하량의 계산에서 직접 방류수질·1차 처리 방류수질·2차 처리 방류수질은 2004∼2007년에 실시되었던 우천시 수질시험의 BOD 농도 평균치를 사용했다.

전 하수처리구에서 연간 강우일 방류수량을 비교한 결과 직접방류수량은 2001년 4천630만㎥에서 2007년 2천766㎥로 감소했고, 1차 처리 방류수량과 2차 처리 방류수량, 펌프장 방류수량은 각각 1천423㎥에서 350㎥로, 1억6천387만㎥에서 1억8천434㎥로, 7천262㎥에서 2천824㎥로 변화했다. 연간 강우일 방류부하량 또한 2차 처리 방류부하를 제외하고 모두 감소했다.

3W처리의 도입, 펌프장에서의 방류수량의 감소 등으로 직접 방류수량·1차 처리 방류수량·펌프장 방류수량은 감소했으며, 2차 처리 방류수량이 증가했다. 그 결과 하수처리장 전체에서 연간 강우일 방류수량과 방류부하량의 2001년 대비 2007년도 삭감률은 각각 4%, 25%인 것으로 조사됐으며, 처리구 전체를 기준으로 했을 때는 각각 18%, 30%씩 삭감했다.

결 론

오염부하량의 삭감은 우천시 얼마나 많은 하수를 하수처리장으로 유입시켜 처리하느냐에 달려 있다. 즉, 펌프장으로부터 하수처리장까지의 우천시 송수량을 증가시키고, 유입된 하수를 하수처리장에서 전량 2차 처리하여 미처리 방류수량을 줄이는 것이 오염부하량의 삭감과 직결된다.

결론적으로, 3W처리의 도입을 비롯해 2002∼2007년도에 실시한 각종 합류식 하수도 개선대책에 따라 오사카시는 전체 연간 강우일에 대한 방류 BOD 부하량을 30% 삭감했다. 

[『워터저널』 2015년 10월호에 게재]