지방상수도 기술 지원의 목적은 정부의 ‘맑은 물 공급 종합 대책’(1989. 9) 추진 및 ‘수돗물 수질 관리 강화 종합 대책’(2001. 5)과 관련해 원수 수질 여건에 비해 정수 처리 시설이 열악하고 전문 인력 부족으로 정수 처리에 곤란을 겪고 있는 지방 중소도시 상수도에 대한 기술 지원에 있다. 더불어 시설 종사자들에게 현지 실정에 맞는 실무 교육을 통해 관리능력 및 기술 수준을 향상시켜 국민에게 맑고 깨끗한 물을 생산·공급하도록 하는데 그 목적이 있다.

대상 시설은 △지방 자치단체에서 정수 처리에 어려움이 있어 환경부에 기술 지원을 요청한 시설 △수질검사 결과 ‘먹는 물 수질 기준’을 초과해 기술 지원이 필요한 시설 △「수도법」제 2조의 규정에 의해 유역·지방 환경청장이 실시한 지방 상수도 시설 점검 결과 운영 관리 개선 등 기술 지원이 필요하다고 인정하는 시설 △당초 계획된 시설과는 별도로 환경부 장관이 특별히 기술 지원이 필요하다고 지정한 시설 및 재해·수해 발생 지역의 상수도 시설(특별 기술 지원)이다.

또한 기술 지원의 범위는 △시설 및 운영 관리 현황 조사 △공정별·시설별 기능 진단 및 기능 저하 요인 분석 △공정별·시설별 상호 연계 기능 검토 △공정별·시설별 진단 결과에 따른 개선 방안 제시 △상수도 종사자에 대한 운영 관리 현장 실무 교육 △특정 지원 요청 사항에 대한 원인 분석 및 대책 제시(현장 방문, 공문, 전화, 인터넷 등) 등으로 구분된다.

 

▲ 기술지원 절차도

도지사-환경부장관 신청 후 진행

이러한 기술 지원으로 대상 시설의 실태를 조사하고 공정별·시설별 기능을 진단, 개선 방안을 제시한다. 기술 지원을 실시한 당해 지자체 상수도 시설에 대해서는 시설 현황, 공정별 운영 관리 및 기술 지원 사항, 종합 의견 등이 수록된 기술 지원 보고서를 작성, 배포토록 해 지방상수도 시설 운영 개선과 중·장기 투자 계획 수립 시 활용할 계획이다.

기술 지원을 받을 수 있는 방법은 운영에 어려움을 겪는 지방 중·소도시 상수도 사업자가 도지사-환경부장관에 신청을 하면 환경부 장관은 기술 지원 수행 기관과 계약을 체결하고 지원 계획과 일정을 수립하면 된다. 각 수행 기관에서 대상 시설의 기술 지원을 실시한 후 기능 진단 및 개선 방안을 수록한 보고서를 정수장, 지자체, 환경부에 송부하고 수도 사업자는 운영과 시설 개선 계획을 수립해 도지사, 환경부 장관에 보고해야 한다.

 

지하수에 가장 많이 지원

기술 지원은 2007년 3월∼11월까지 총 42개 수도시설(마을 상수도, 군부대 포함)을 대상으로 실시됐다. 500㎥/일 이하가 18개소, 500∼1천㎥/일 9개소, 1천∼5천㎥/일 9개소, 5천∼1만㎥/일 3개소, 1만㎥/일 이상은 3개소로 나타났다. 기술 지원 대상 규모별로 구분했을 때 500㎥/일 이하의 수도 시설이 42.9%로 많은 부분을 차지했다.

기술 지원 대상 시설을 취수원별 분포를 살펴보면 지하수가 16개 시설로 가장 많았으며 복류수가 14개 시설로 나타나 대부분(71%)의 정수장에서 수원으로 지하수나 복류수를 사용하는 것으로 나타났고 극히 일부 해수(1개 시설)나 계곡수(1개 시설)를 원수로 사용하는 정수장도 있었다.

취수원 분포를 시설 용량으로 구분해 취수원별 취수량 분포를 살펴보면 총 42개 지원 시설 중 14개 시설에서 사용되고 있는 복류수가 7만3천400㎥/일(75.4%)로서 취수 비율이 가장 높았으며 그 다음으로 호소수(13.2%), 하천수(6.2%) 순으로 나타났다. 반면 16개 시설에서 사용되고 있는 지하수는 4천461㎥/일(4.6%)로서 취수량이 상대적으로 적은 것은 대부분 마을 상수도 및 군부대에서 지하수를 수원으로 사용하고 있기 때문인 것으로 파악된다.

2007년도 기술 지원 결과 시설 개선 사항은 293건, 운영 관리 개선 사항은 171건으로 총 464건의 개선 사항이 도출됐으며 시설 개선 사항 분야에서는 여과 공정이 49건(16.7%), 운영 관리 개선 사항 분야는 수질 관리가 45건(26.3%)으로 가장 높게 나타났고 설비 중 개선이 가장 필요한 부분은 전기 설비로 나타났다.
정수 공정을 4단계로 분류하면 취수원-전처리-여과-소독·배수로 나눌 수 있으며 이 중 여과가 가장 많은 개선이 필요했다.

 

취수원 등 기술 지원 사례

■ 취수원 사례
A정수장은 댐 건설 전 집수매거를 이용해 복류수를 취수했다. 댐이 건설되면서 호소 저층의 영향으로 철·망간이 용출돼 오존 설비 등 처리 시설을 설치했다. 한때 심정을 이용해 지하수를 취수하기도 했으나 현재는 그림의 부력식 취수 장치를 이용해 호소수의 상층부를 취수하고 있다.
이 문제를 해결하기 위한 방안으로는 첫째, 부력식 취수 장치는 호소수 심도별 선택적 취수가 가능하므로 향후 취수 심도를 달리해 원수 수질검사를 수행한 후, 그 결과를 운영에 이용하도록 한다.
둘째, 지하수 취수를 하면 심정을 이용해 일일 16시간 가동하면 첨두유량에 가까운 취수가 가능하다. 펌프 최대 용량을 취수한 경우에도 지하수위의 급격한 변화가 없을 것으로 예상할 수 있다.
셋째, 집수매거를 이용한 복류수를 취수한다. 호소에서의 밀도류, 탁수, 망간 용출 시에는 저층수에 공기를 불어넣거나 수중 펌프에 의해 성층을 파괴하면 상당한 효과를 기대할 수 있으므로 봄·가을 성층현상이 일어나지 않을 경우 기존 집수매거를 이용한다.

 

■ 착수정 및 혼화·응집사례
① 착수정 수면 주입의 문제점
여과 전 단계에서는 유량 조절 및 탁질 침전, 미세입자 응집 및 침전, 유기물 제거 등이 수행된다. 여기서 응집제의 주입 방법에 따라 생성되는 Floc(침전조)의 크기 및 응집 효율에 차이가 있는데, 다음 정수장은 응집제 주입 위치에 따른 문제점을 보이고 있었다.
3개 시설 모두 착수정에서 응집제를 주입하고 있었으며 유출수는 급속 여과기와 연결돼 있었다. 응집반응은 수초(sec)만에 일어나므로 급속교반장치를 갖추지 않은 착수정 하부는 화학반응의 가능성이 부족하다. 따라서 침전 및 여과 공정에서 제거될 정도로 큰 Floc이 생성되기 어려웠고 응집제 비용대비 효율이 매우 떨어지는 상황을 나타냈다.
이에 대한 개선 방안은 낙차부를 이용한 혼화를 들 수 있다. 대상 시설의 착수정 유출부는 유량측정을 위해 위어가 설치돼 있었다. 위어부 상단에서 응집제를 투입하면 수리적 낙차에 의한 혼화가 가능하다.

 

▲ 유출 위어 낙차부 주입시설 개략도

② 혼화기 주변 주입의 문제점
다음 정수장은 혼화기를 이용하고 있었으며 혼화-응집-침전-급속여과-소독-배수의 순서로 정수처리가 진행되고 있었다. 혼화과정은 처리대상 물질이 응집제와 접촉하는 가능성을 높여 주는 과정이다. 때문에 응집제가 수면이나 혼화지 전단에 주입되면 반응하지 못한 미립자는 여과지를 통과해 누출되고 응집제는 과다주입의 경향을 띠고 있어 스컴 등 후단 공정 운영에 문제를 일으킨다. 이를 위한 개선 방안은 혼화기 임펠러 부위에 주입하던 것을 임펠러 주변으로 주입했다. 이를 통해 응집제의 확산 속도를 증가시킨다.

 

▲ 혼화지 주변부에 응집제를 주입하는 시설의 예

▲ 응집제 주입지점 개선 전·후 비교

③ 응집제 미주입의 문제점
B정수장의 경우 고속응집침전여과기를 가동하고 있으나 원수 탁도가 0.5 NTU 이하로 유입되는 것을 이유로 응집제를 주입하지 않고 있었다. 운영자 면담에 따르면 우기 시 고탁도 원수가 유입될 경우에만 주입하는 것으로 나타났다. B정수장 이외에도 자동 급속 여과기가 설치된 정수장에서는 원수의 탁도가 낮은 경우가 많아서 응집제를 사용하지 않는 경우가 많다. 응집제를 사용하지 않으면 원수 중의 미립자가 여과지를 통과할 수 있다. 4∼12μm 크기의 지아르디아(Giardia)는 응집 과정을 거쳐야 여과지에서 제거될 수 있는 병원성 미생물로서 정수처리 과정에서도 제거되지 않으면 건강상 위해 요인이 될 수 있다. 비록 원수의 탁도가 정수의 기준 이내여도 적정량의 응집제를 반드시 투입해야 한다.

 

▲ 응집제를 주입하지 않는 고속응집침전여과기 전경 및 내부

■ 여과지
여과지의 여재 구성을 확인하기 위해 여과사 시료를 깊이별로 채취해 입경분포 및 탁질 억류 량을 조사했다. 역세척 시에는 하부 역세 수압에 따른 팽창율을 검토하고, 역세배출수 탁도를 연속 측정하여 내부 탁질의 배출이 원활한지 확인했다.

 

■ 급속 여과지
역세척을 개시하는 기준은 유출수의 탁도 또는 입자 계수, 여과지 손실 수두 증가에 따른 사상 수심, 여과 지속 시간의 세 가지에 의해 결정되며 대부분의 중·소규모 정수장에서는 여과지 손실 수두 증가에 따른 사상 수심 증가를 확인해 역세척을 실시한다. C정수장은 수심 증가를 기준 삼고 있으나 지별 탁도계가 설치되어 있으므로 유출 탁도가 일정 기준을 넘어서면 역세척을 시작하도록 하여 탁질 누출의 가능성을 방지했다.

역세척시는 여층 상부 수량을 배수시키지 않고 역세수를 공급하여 역세하고 있었다. 이럴 경우 고수압의 역세수가 여재 하층부터 유입돼 여상 수층의 영향으로 간극의 탁질을 제거하기 어렵고, 탁질이 여재 상부까지 상승했어도 역세시간 동안은 여상 수량만 순환되며 트러프로 배출하므로 내부 탁질은 여층 표면에 잔류하게 된다.
또한 표면 세척기가 있으나 가동 중지된 상태이므로 표면에 침착 된 탁질 및 머드볼을 파쇄시킬 수 없다. 다음 그림은 고탁도 물질을 함유한 여과사 표층과 머드볼 형성을 나타낸다.

이는 역세척시 사상 수심, 유출부 탁도를 모니터링 하여 시작 시점을 결정하도록 한다. 여상 수량은 수심 5cm를 제외하고 모두 배수하고, 표면 세척을 2분 가량 실시한 후 역세를 시작한다.

 

▲ 머드볼이 형성되어 뭉쳐있는 여과사 표층

■ 완속여과지
다음 그림은 착수정­보통침전지­완속여과지­소독­배수 의 공정을 가지는 D정수장의 여과지 여상 수심과 유출부를 나타낸다. 그림과 같이 여과지 사상 수심이 기준의 약 2배에 다다르는 상황이다. 유출부 위어를 확인한 결과 위어 낙차가 전혀 형성되지 않았고 수위 조절 또한 이뤄지지 않고 있었다.

 

▲ 여상 수심 과다, 유출부 위어 수위 미조절

수심은 약 90cm가 적정하고, 수심이 증가할 경우는 현탁 물질이 표층에 집중되어 손실 수두를 증가시키는 것이므로 유출부 밸브를 개방해 정속 여과가 가능하도록 한다.

조류가 많은 경우는 표층의 손실 수두가 단시간에 높아져서 조류 제거 주기가 짧아지고 작업 인력이 소요되었는데 이는 여과지 전면을 차광할 수 있는 시설을 설치하되 간이식이 아닌 반영구적 구조물을 설치함으로써 조류가 빠르게 생장·번식할 수 있는 조건을 제거해야 한다. 이는 비용과 시간이 많이 소요되므로 전염소처리를 제안한다.

 

▲ 조류가 증식한 완속여과지

조류가 증식한 E정수장은 원수탁도는 양호하나 여름철이면 가동하는 여과지를 모두 뒤덮을 만큼 조류가 증식했다. 조류가 많은 경우는 표층의 손실수두가 단시간에 높아져서 조류제거 주기가 짧아지고 작업인력이 소요됐다.
이는 여과지 전면을 차광할 수 있는 시설을 설치하되, 간이식이 아닌 반영구적 구조물을 설치함으로써 조류가 빠르게 생장·번식할 수 있는 조건을 제거해야 한다. 이는 비용과 시간이 많이 소요되므로, 전염소처리를 제안한다.

■ 급속 여과기
급속 여과기는 손실 수두가 증가함에 따라 자동으로 역세를 시작하는 방식으로, 밸브 조작 및 역세 가동이 따로 필요하지 않은 시설이다. 그렇지만 대부분의 중소규모 정수장 에서는 여과지 내부를 육안으로 확인할 수 없고 역세에 필요한 수량이 적용되기 전에 역세가 종료되어 역세 배출수 탁도 기준을 만족시킬 수 없다는 단점이 있다.
여과지 내부부식이 잘되고 여층 상부 오염이 잘되기 때문에 적어도 1년에 한번은 여과사 시료를 채취하여 탁질 억류상태, 여재 구성을 측정해 여과사 교체 등 적절한 유지 관리를 해야 한다.

 

운영자의 지속적 관심 여부 중요

맑은 물 공급대책 및 수돗물 수질관리강화 종합대책의 시행에 따라 1990년부터 실시한 기술 지원을 통해 운영에 어려움을 겪는 지자체에 도움이 되고자 했다. 근본적인 것은 다음과 같이 두 가지로 요약할 수 있다.

2007년 기술 지원 사례 개선 방안에 제시한 것과 같이 문제점들은 운영자의 관심 여부에 따라 유지 관리 방안을 개선함으로써 해결할 수 있다는 것이다. 또한 정수장 운영 메커니즘은 어느 한 부분만을 독립적으로 생각할 수 없으며 일시적인 측정 결과를 통해 판단할 수 없다. 공정·시설별 상호 연계 측면에서 오랜 기간을 통해 축적된 자료를 검토함으로써 문제점이 도출되므로 운영 관리 자료에 대한 적정한 관리가 요구된다.

기술 지원 수행 기관은 제한된 예산, 인력, 시간으로 최대한 많은 시설에 대한 지원 업무를 수행하기 위해 노력을 경주하고 있으나 기술 지원 결과로 도출된 문제점을 적시에 개선하지 않을 경우 실질적인 효과를 기대할 수 없다.
시설별 추가적인 기술 진단 실시, 운영 관리상의 개선, 시설 개량에 대한 계획 수립 및 시행 등을 체계적으로 실시해 문제에 대한 조치를 취할 때, 맑고 깨끗한 물을 효율적으로 생산·공급할 수 있다.

세계적으로 물 산업 규모는 점점 증대되며 외국 물 전문 기업에 대한 시장 개방에 따라 우리 상수도 분야에 대한 위협이 커져 가고 있다. 다가오는 위협에 대비해 국내 지방 수도 사업자의 많은 관심과 노력이 절실히 필요하다. 앞으로도 기술 지원을 통해 지방 중·소도시 수도 사업자의 시설 및 운영 관리 개선을 도움으로써 국민에게 안전하고 저렴한 물을 지속적으로 공급할 수 있도록 해야 할 것이다.