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[하수처리시설 SMART 운영기술 심포지엄]Ⅱ. 하수처리장 실시간 진단·제어 운영 필요성 / 최익훈 팀장(한국환경공단 하수정책지원팀)

[출처 = 워터저널(www.waterjournal.co.kr) 2011년 6월호 특집 기사]

수처리선진화사업단과 한국환경공단은 지난 5월3일 ‘하수처리시설의 SMART 운영기술 심포지엄’을 개최하고 환경변화에 능동적으로 대처할 수 있는 실시간 진단·제어 운영기법에 대한 국내외 기술개발 사례와 통합운영에 따른 정책방향을 짚어봤다.

IT 연계한 스마트 하수 운영관리 도입 시급

생태독성·내분비계 장애물질 등 유입 수질 다변화로 처리 난제
방류수 독성 모니터링·실시간 능동 제어·진단 시스템 개발 필요


▲ 최 익 훈 팀장 한국환경공단 하수정책지원팀

하수도 시설이 확충되고 보급률이 90%에 가까워짐에 따라 향후 하수도 정책방향에 대한 모색이 필요한 시점에 이르렀다. 최근의 핵심 주제로 하수처리장 운영에 있어서 효율적인 에너지 절감 방안이 대두되고 있다.

현재 하수처리장 운영비는 약 7천800억 원으로 인건비, 약품비, 전력비가 대부분을 차지하고 있다. 또, 최근에는 총인(T-P) 처리에 대한 기준이 강화되면서 그에 따른 약품비 상승이 우려되고 있다.

특히, 운영관리에 있어 초기시설 비용과 진단·제어 비용이 3∼4배 늘어날 것으로 예상됨에 따라 과학적인 시설개선과 효율적인 에너지 절감 방안의 도입이 필요한 시점이다.

처리기술·운영기법 고도화 시급

우리나라의 하수처리 시설은 지속적으로 증가해, 현재 시설 용량은 하루 평균 2천470만㎥이며, 연간 처리 용량은 약 90억㎥에 달한다. 팔당댐 저수 용량이 최대 8억㎥이라는 점을 고려하면 실로 엄청난 양이라 할 수 있다. 하수관거 연장은 11만㎞로 경부고속도로 초창기 연장 428㎞와 비교하면 약 240배에 달하는 길이다.

2009년 기준 하루 유입 하수량은 약 1천800만㎥이며, 가동률은 약 74%로 적정한 수준이다. 유입 수질 현황을 보면 BOD의 경우 계획 수질이 149.4㎎/L인 것에 비해 실제 유입 수질은 143.5㎎/L로, 이는 정부의 지속적인 관거 정비에 따라 유입 수질 농도가 상승했기 때문이다. 방류 수질 현황을 보면 BOD가 5.4㎎/L로 제거율은 약 96.2%를 기록하고 있다.

그러나 최근의 수질 환경은 급격히 변화하고 있고, 향후 재이용 확대 등을 고려하면 처리기술 고도화를 위한 노력이 필요하며, 운영 부분에 있어서도 고도화된 정교한 운영기법이 도입돼야 한다.

인건·약품비 등 운영비 절감 모색

하수 1㎥당 처리비용은 약 116.8원으로, 연간 운영비는 약 7천822억 원이다. 이중 인건비가 약 2천37억 원(26.1%)으로 가장 큰 비중을 차지하며 전력비, 개·보수비, 슬러지 처리비, 약품비 등으로 사용됐다. 시설 규모별 운영비를 보면 대규모 시설일수록 1㎥당 처리비용은 감소해, 향후 중·소규모 처리장 보급에 있어 비용 절감 방안을 고려해보아야 한다.

운영관리에 동원되는 인력 면에서 지자체 관리의 경우 1천㎥당 0.22명이 필요했으나 민간위탁의 경우 0.21명이 필요해 상대적으로 시설 인력이 적게 소요됨을 알 수 있다. 시설 규모별 운영관리 인력을 살펴보면, 하루 50만㎥ 이상을 처리할 경우 1천㎥당 0.1명이 필요하나 하루 1천㎥ 미만을 처리하는 시설은 1천㎥당 3.09명이 필요해 30배가 넘는 단위 인력이 소요됐다.

이에 따라 원격감시 등의 방법을 통한 인력 감소 방안을 고려할 필요가 있다. 약품비의 경우 대부분을 응집제가 차지하고 있으며, 앞으로 총인 처리가 강화됨에 따라 응집제 소모량이 더 많아질 것으로 예상되는 만큼, 약품 소모를 최적화 시켜 운영비를 절약하는 방안에 대해서도 논의가 이루어져야 한다.


▲ [그림1] 전국 하수도 보급 현황


▲ [그림2] 전국 하수관거 설치 현황

처리수·슬러지 재이용 확대 시급

하수슬러지는 연간 3천만㎥ 정도 발생하고 있다. 아직까지는 육상매립이 가장 저렴한 처리방법이지만 이제는 이를 자원화 시킴으로써 하수처리장의 전력비를 줄이는 방안도 생각해볼 필요가 있다.

현재 전체 하수슬러지 발생량의 26%만이 재이용되고 있는 실정이다. 재이용률을 높이기 위해서는 우선 재이용 시 수요처를 확실하게 정해 놓아야 한다. 수요처가 확실하지 않으면 지자체가 어려움을 겪을 수밖에 없다.

하수의 경우, 전체 하수처리량 67억㎥ 중에서 10.9%가 재이용되고 있으며 대부분 하천 유지용수와 장내 세척수로 사용된다. 앞으로는 자원화의 관점에서 재이용수를 사용처에 맞게 공장용수 등으로 개발, 발전시켜나가야 할 것이다.

단가 상승대비 효율적 운영 필요

▲ 전체 하수처리량 67억㎥ 중에서 10.9%만이 재이용되고 있고, 대부분 하천 유지용수와 장내 세척수로 사용되고 있어 앞으로는 자원화의 관점에서 재이용수를 사용처에 맞게 공장용수 등으로 개발, 발전시켜 나갈 필요가 있다.

현재 전체 하수처리시설 중 82.6%에 해당하는 357개소가 고도처리를 하고 있다. 고도처리와 비 고도처리 운영방식을 비교해보면, BOD 기준으로 고도처리는 4.2㎎/L, 비 고도처리는 7.5㎎/L이다.

중요한 것은 단가차이인데, 고도처리는 123.6원, 비 고도처리는 97원으로 많은 차이가 난다. 그러나 앞으로 총인 기준과 수질기준은 강화될 것이고 그에 따라 고도처리 시설도 계속해서 늘어날 것이다.

이러한 이유로 처리단가는 상승할 것으로 예상되며, 때문에 시설 고도화 등의 대책마련이 시급하다. 이제 하수처리장은 단순히 처리만 하는 것이 아니라 제반 요소를 고려하고 운영을 효율화 할 수 있는 통합형 시스템을 구축해야 한다.

운영관리에 있어 문제점 중 하나로 부하변동을 꼽을 수 있다. 소규모 하수도 시설은 부하변동이 크고, 모든 규모의 하수처리장에서 우천 시, 미 처리 하수 유출 등이 문제가 되고 있다. 이에 따라 부하변동에 따른 대응 능력을 키워야 한다.

대부분의 하수처리장은 운전이상이나 과부화 등의 문제가 발생했을 때 대응능력을 키우기 위해 그에 대한 시뮬레이션이 필요하다. 또, 앞서 말했듯 고도처리와 비 고도처리의 운영비 차이도 크고, 총인 처리 기준 강화 등으로 인해 수질 처리가 복잡해질 것으로 예상되면서 이러한 때, 경쟁력 확보를 위해 에너지, 약품, 인건비 등을 최적화 시키는 방안을 찾아봐야 한다.

다각적인 데이터베이스 구축해야

우선 운영자료의 통계 데이터베이스 구축이 시급하다. 대규모 처리장의 경우, 데이터베이스를 구축한 곳도 있으나 아직 부족한 자료들이 많은 실정이다. 때문에 수질자료 등 데이터베이스를 구축, 분석, 운영함으로써 문제를 개선해 나갈 수 있도록 체계화하는 제도를 마련해야 한다.

맞춤형 방류수 수질관리를 위한 운영모드도 개발해야 한다. 일부 도시 하천들은 하수처리시설의 방류수가 하천 유지 유량의 대부분을 차지한다. 따라서 방류수 고도화 방안 마련이 시급하다. 또, 고도화만 하는 것이 아니라 하수처리수 재이용 사업 등의 촉진을 위해 주문자 맞춤형 수질관리도 필요하다.

오는 2012년부터 권역별로 강화된 방류수 수질기준이 차등 적용되고 동절기와 비 동절기 구분도 없어진다. 따라서 강화되는 수질기준에 중점을 두기보다는 과학적으로 하천별 방류수 목표수질이나 사용 용도에 따른 목표수질 등을 적용하는 것이 중요하다. 연중 유예기간 없는 방류수 수질기준이 일괄적용 됨에 따라 총질소(T-N)와 총인(T-P)은 각각 20㎎/L 이하, 2㎎/L 이하의 기준이 동절기, 비 동절기 구분 없이 적용된다.

이처럼 수질관리가 복잡하게 변화하고 있고, 수질기준도 엄격해짐에 따라 다각적인 데이터베이스를 구축하는 것이 중요하다. 시기별로 자료를 만들고 그에 연관되는 자료를 구축해나가는 방법에 대해서도 많은 연구가 필요하다.

▲ 하수처리장은 단순히 처리만 하는 것이 아니라 제반 요소를 고려하고 운영을 효율화 할 수 있는 통합형 시스템을 구축해야 한다. 사진은 대전하수처리장 전경.

IT 접목 운영관리 경쟁력 높여야

운영관리 개선방향을 제시하자면 우선 유니트(Unit)별 분석자료 데이터베이스 구축 체계 수립을 들 수 있다. 유럽 하수처리장의 경우 데이터 항목을 30∼40개로 나눠 관리하고 있으며, 우리도 이런 구체적이고 세밀한 데이터가 필요하다. 문제가 발생할 경우 어떤 부분들을 어떻게 관리하고 조치할 것인가를 알 수 있는 자료가 축적되어야 한다.

또, 운영 시뮬레이션 개발을 통해 과부화 등의 문제를 시뮬레이션 해보고 그 결과를 통해 비상시 대처능력을 확보해야 하며, 하천과 유역을 연계한 처리시설 운영 통합 프로그램을 구축해야 한다.

현재 도시 하천의 경우 갈수기에는 유량이 없어 하수처리장의 방류 유량이 대부분을 차지하면서 하천수질이 하수처리장의 방류수 수질과 같아지고 있다. 때문에 비상 시 강에 유입되는 수질 개선을 위한 프로그램 구축이 필요하다.

유렵의 경우 EEA WIS(Water Information System)를 운영해 하수처리시설 및 관리 현황을 공개하고 있으며 일반 시민들은 이를 통해 지역별 수질보전과 환경산업 부흥 정책, 환경의지 등을 판단할 수 있다. 물론 우리나라도 정보공개가 이뤄지고 있으나, 데이터의 정교화가 필요하다. 이처럼 앞으로는 IT와 연계한 스마트 하수도의 발전을 통해 경쟁력을 제고하고 물산업 측면에서의 해외 진출을 활성화해야 할 것이다.