[출처= 워터저널(www.waterjournal.co.kr) 2008년 10월호 특집 기사 / 원문 첨부파일 참조]

 

 

 

하수처리는 인도의 인더스 문명 유적에서 오수관이나 우수관을 통해 발견됐다. 고대 로마 도시에서도 도시건설을 할 때에는 물 순환에 대한 부분을 항상 고려했고, 더러운 물을 어떻게 분리할 것인가에 대해서도 고민했다. 이와 같이 하수처리는 오래된 역사를 가지고 있다.

국내에서는 현재 중량천 하수처리장인 청계천 하수처리장이 1976년 설립됐다. 하수처리에서 더러운 물을 처리하는 개념이 다른 환경오염 물질을 제거하는데도 많이 이용되고 있어, 하수처리는 환경분야에 가장 기초가 되는 분야였다.

하수처리 기술은 물리적 처리 기술(Specification), 화학적 처리기술(Chemicals), 생물학적 처리기술(Metabolism)이 있다. 가장 하수처리에 중심이 되고 있는 생물학적 처리기술은 미생물의 신진대사에 의해서 처리되는 부분이 있기 때문에 기본적으로 자연 친화적인 성격을 가지고 있다. 이에 1974년도에 활성슬러지공법이 개발된 이후로 현재까지 가장 주도적인 처리기술로 진행되고 있으며, 가장 기본이 되는 공법이라 할 수 있다.

▲ 고대 인더스문명 유적인 공중목욕탕

▲ 고대 인더스문명 유적인 오수관과 우수관.

▲ 고대 인더스문명 유적인 오수관과 우수관.

국내의 폐수에 대한 하수처리의 관심사항으로, 폐수의 성상이 다양화되고 있다. 생활하수뿐 아니라 산업폐수에서 변종화학물질(Xenobiotics)이 많이 등장하기 때문에 처리에 문제가 있는 것이다. 이러한 난분해성 문제를 어떻게 해결할 것인가에 대해 생각해봐야 한다. 이와 같은 난분해성 물질을 배출하는 산업체에 대해서는 전처리를 요구할 수 있다.

그래서 전처리 단계에서 독성물질을 최소화시키고 분해성이 가능한 부분만 생물학적 처리로 인도하는 것이 필요하다. 처리수를 인근 방류수로 배출하게 되면 방류수역이 오염돼 문제가 됐을 시 하수처리장이 억울하게 책임을 지는 경우가 있는데, 이 때문에 방류수역을 살펴볼 필요가 있다.

잘 처리한 물이 하천오염의 주범이 아니고, 그 주변 지역에 다른 비점오염원들이 오염의 원인이 아닌지에 대해 생각해 볼 필요가 있는 것이다. 이에 최근에는 하수처리전문가들이 비점오염원 문제를 고려하고 있다.

비점오염원을 차단하기 위한 간단한 아이디어로는 비점오염원을 차단해 저류조를 만들어서 거기서 수생식물들을 이용하여 처리하는 방법이 있다. 식물들을 이용한 정화방법, Micro Bubble를 이용해서 기존의 Airater가 아니고 나모 사이즈 영역의 Micro Bubble을 쓰게 되면 그런 Bubble들이 OH레디칼을 만들어 내게 되는데, 이 OH 레디칼이 강력한 산화 역할을 하면서 처리에 도움이 되고 있다. 앞으로 하수처리 분야에서도 CSO Control을 검토할 필요가 있다.

 

▲ 도시지역의 경우 인공습지 및 침투저류지 등을 이용한 생태공원 조성으로 오염저감 및 친수공간을 확보를 통해 비점오염 저감시설 설치를 확대하고, 경안천(사진) 등의 오염심화 지천에 대규모 집중식 비점오염 저감시설을 설치해야 한다.

고도처리 거쳐 재이용수 활용

저류조를 유지하는 것은 생태학적 관점에서 고려해 볼 필요가 있다. 또한, Eco-Technology적인 관점에서의 처리를 검토해 볼 필요가 있을 것이다. 하수처리에 직접 쓰는 것이 아니고, 하수처리수가 방류되는 지역에 생태공학적인 측면에 아이디어를 접목할 필요가 있다. 에너지 문제는 아무리 강조해도 지나치지 않는다.

더구나 현 정부에서는 에너지와 관련된 계획들을 많이 수립하고 있기에 하수처리장에서도 에너지 문제는 고려해야 한다. Performance는 높이고 처리 효율은 낮추고 비용은 최소화시키고, 가능하면 하수처리는 친환경적·주민친화적 하수처리장 개념을 가져야 한다.

하수처리영역에서 에너지 문제는 ‘Energy from Waste’개념으로 가야 한다. 오염물질을 최소화시키면서 에너지를 얻는 방법을 생각해야 한다. 가장 단순하고 쉬운 부분이 처리수를 재이용하는 방법이라 할 수 있다.

처리수를 재활용하려면 효율이 좋아야 한다. 다행스럽게 현재 대부분의 하수처리장은 고도처리로 전환되고 있기 때문에 혐기조/무산소조/호기조를 다 가지고 있다. 처리시간을 확보하고 처리효율이 상승이 됐기 때문에, 보다 깨끗한 처리수를 만들 수 있는 기초적인 부분이 구축됐다.

▲ 인천 가좌하수처리장 하수처리 시스템

고도처리가 된 후, 최종 침전지 이후에 나오는 물에 대해서 스크린을 할 수 있는 시설을 갖춰서 재이용수로 사용하는 것이 바람직하다. 하수처리는 이제는 처리된 물이 아니고 또 다른 수자원이 되는 것이다. 슬러지는 최종적으로 퇴비화를 하거나 건설자재로 쓰는 부분을 생각해 볼 필요가 있다.

슬러지는 Volume Reduction→Sludge Solid Break→Solubilized(Thernophilic Bacteria, Ozone, Microwave 활용) 과정을 통해 최종적으로 처리해야 하며 슬러지량은 최소화시켜야 한다. 슬러지 자체를 공정화·최소화해서 에너지를 절감할 수 있다.

기술·경제적 요건 고려돼야

연간 500∼600만 톤 상수도 사용으로 매년 인상되는 상·하수도료에 따라 원가 부담이 가중되고 있다. UN이 정한 물 부족 국가로서 정부의 환경보호 및 중수도 사용 정책에 적극 동참하고 수처리 공정의 효율성과 경제성을 동시에 획득할 수 있는 수처리 시스템의 향상, 자원재이용에 대한 욕구 상승으로 가좌하수 재이용이 추진됐다.

기술발전으로 인한 기술의 보편성 및 접근성 확대도 재이용 추진 배경 중 하나가 될 수 잇다. 즉, △이온성 물질(중금속 등) 및 유기설 물질의 분리기술에 대한 이해도 향상 및 자료확보 가능 △테스트를 통한 하수 처리 방류수의 Biological Fouling 저감 시증 자료 확보 가능 △다양한 전처리 시스템으로 부하변동에 적절한 대응이 가능 △농도분극 현상의 극복으로 작은 압력(해수 담수화 대비)으로도 무기 및 유기물질 분리 가능 △유지관리 비용의 최소화 가능 등 재이용 사업 시행 전에는 행정 및 경제적인 문제와 용수이용 방법 및 기술적인 문제에 대한 충분한 고려가 있어야 한다.

방류수를 직접 공업용수로 사용하려면 이물질 및 세균 등의 부적합을 고려하고, 양질의 재이용수를 공급하기 위해서는 상수도 부담금 대비 경쟁력 있는 최신의 기술을 적용함으로써 시설유지 부담을 최소화시켜야 한다.

 

 

 

 

우선 기초조사를 통해 지역 여건을 검토(환경영향평가)하고 공업용수 사용량 및 하수처리 연간 수량·수질, 공장 사용 공업용수 및 가좌하수처리장 방류량을 조사한다. 그 다음에 현장답사 및 재이용 사용처를 조사하고 하수처리장 정상운전 기술을 진단(안정적인 수자원 확보차원)하여 모형 및 현장시험 용역을 실시(적용 시스템 검토단계)한다.

그 후 현장조사를 끝내고 기본설계에 들어가게 된다. 용수 수요량·재이용수량을 확정(1일 1만2천 톤)하고 수처리, 송배수, 공급관로 등 시설물 배치 계획을 세운 후, 실시 설계에 들어가게 된다.

주요장비인 마이크로 디스크 필터(Micro Disk Filter, MDF)를 통해 거대물질(부유물질)을 제거하고, 와류형다층여과기(Multi Media Filter, MMF)는 1∼30마이크론 미립물질을 제거하는 처리기능을 가진다. 또한 와류형고속다층여과기(V-Filter)는 0.45∼1 마이크론의 미세물질을 제거하고 역삼투막시스템(Reverse Osmosis Unit, RO UNIT)은 유기물질, 무기물질(염)을 제거한다.

 

 

4대강 비점오염물질 급증

우리나라의 물환경관리는 비교적 관리가 쉽고, 가시적 효과를 기대할 수 있는 생활하수·공장폐수 등의 하수와 산업폐수 처리시설을 건설하고 처리수질 기준을 강화하는 등 점오염원 관리정책에 중점을 두어 왔다. 그러나 수질개선 효과는 기대치만큼 나타나지 않고 있다.

비가 오면 하천에서 물고기가 폐사하거나 집중호우 시 발생하는 쓰레기와 흙탕물로 인한 광범위한 피해가 발생한다. 원인은 처리되지 않고 하천이나 호소로 유입하는 비점오염물질 때문이다.

2000년 4대강 수계로 흘러드는 오염물질 중 비점오염원이 차지하는 비율은 생물화학적 산소요구량(BOD) 기준으로 22∼37%에 불과했으나, 2003년에는 42∼69%로 증가했으며 2015년에는 65∼70%로 증가할 것으로 전망되고 있다. 따라서 하천과 호소의 수질개선을 위해서는 무엇보다도 비점오염원의 효율적인 관리가 필요하다.

이에 침투시설 설치, 도심 내 녹지조성, 토지이용계획을 통해 지역 내 불투수층을 감소시키고 수변구역 및 매수토지 내 비점오염 저감시설을 설치해 수계로 유입되는 비점오염물질의 처리는 물론 인근 지역에서 배출되는 처리수의 재처리시설로 이용해야 한다.

특히 도시지역의 경우 인공습지 및 침투저류지 등을 이용한 생태공원 조성으로 오염저감 및 친수공간을 확보를 통해 비점오염 저감시설 설치를 확대하고, 경안천 등의 오염심화 지천에 대규모 집중식 비점오염 저감시설을 설치해야 한다.

 

 

비료·농약 사용량 규제 필요

비료 및 농약 사용량에 대한 규제 및 적정량 사용을 위한 가이드 라인이 아직 부재하나, 규제지역 내 비료·농약 등의 사용총량을 규제할 필요가 있다. 비료 공정규격의 경우 비료 종류별로 영양물질의 최소 함유량만을 규정하고 있다. 예를 들어 복합비료 1종의 경우 질소전량, 가용성인산, 수용성칼륨 중 2종 이상 합계량이 20%이다.

각 종류별 영양물질 함유 범위를 표준화해 추후 비료별 적정사용량 산정 시 기초자료로 이용하도록 해야한다. 또한 영양물질 관리 계획을 수립, 영양물질 발생 원천을 조사하고 작물의 예상 수확량 및 수확량 달성에 필요한 영양물질량, 비료의 영양물질 함량, 계획 사용량 등을 산정해 질소·인에 대한 물질수지를 작성해야 한다.

우리나라는 비점오염원 관리 강화를 위해 한강수계 비점오염원 관리 시범사업을 지난 2006년부터 2008년 12월까지 실시 중에 있다. 25개 시설을 경기도 광주·용인·이천시 등에 시범 설치(주로 경안천 유역)했다.

이에 대한 모니터링 및 유지관리를 효율적으로 수행해 유역의 토지이용 및 강우사상 특성에 적합한 최적의 비점오염원 관리시설 선정과 시설별 설치, 운전 및 유지관리 가이드라인을 작성하고 있다.

 

 

시카고강, 상수원 관리시스템 도입

미국 시카고는 시카고강에 방류하는 모든 지역의 하수를 관리할 광역하수관리청(MSDGC)을 창설함으로써 상수원관리시스템(하수분리)을 구축했다. 또 하수, 폐수를 상수원에서 분리하는 하수 분리 시스템을 건설했다. 아울러 미시간호에 운하는 하수방류수로 역할을 담당하게 하고 TARP(Tunnel and Reservoir Plan)을 도입하기도 했다.

미국 뉴욕의 상수원 관리 시스템은 최상류에 위치해 점 또는 비점오염원으로부터 분리돼 양질의 취수원 확보가 가능하다. 허드슨 강을 통해 하수처리수의 상수원 유입을 배제시키고 있다.

또 △폐수처리장 부지, 기술 요건에 대한 규제 △스톰워터 오염에 대한 예방대책 요구 △수원(강, 습지, 저수지 등) 인접지역 투수면 건설 금지 △수원(강, 습지, 저수지 등) 인접지역 위험물질 혹은 독성 폐기물의 저장시설 금지 △수원(저수지 등) 인접지역에서의 지상·지하 석유 저장시설의 확장 및 신축 금지 등 각종 유역 내 규제를 제정하고 있다.

또한 유역 내 토지의 취득을 통해 보호지역을 효과적으로 관리하고 있다. 한편 일본 동경도의 수질개선 및 보전대책은 전반적으로 한국과 유사하거나 규제 수준이 낮다.

 

 

친환경 주민친화형 하수처리장

친환경 시설이란 자연환경을 보전하거나 훼손을 방지하고 주변 환경을 개선시키기 위한 시설이다. 또한 재활용, 자원화 시설이며, 자연에너지를 이용한 에너지 생산 및 공급시설이다.

▲ 남양주시 화도하수처리장은 환경체험관을 중심으로 인공폭포와 자연생태공원을 연계하여 체험형 환경교육을 실시함으로써 처리장 주변을 하나의 ‘환경교육의 장’으로 자리 매김 했다.

주민친화시설은 △생태관찰을 위한 생태연못, 야생화 동산 등 자연환경을 이용하거나 관찰하기 위한 시설 △환경보전관, 환경교육 학습원 등 환경을 보전·이용하기 위한 체험·홍보시설 또는 관리시설 △주차장, 휴게소, 놀이터 등의 편의·이용시설 및 복지시설 △전시관, 박물관, 연구소, 회의실 등의 전시·문화시설 △레크레이션, 관련 집단·단체 활동을 위한 운동 및 체육시설로 개념을 정리할 수 있다.

▲ 부천 북부수자원생태공원은 근무자 및 지역주민에 녹지 공간 및 휴게 공간 제공 및 하수처리시설의 개명을 통한 이미지 개선효과를 극대화했다.

친환경 시설은 기본형과 활용형, 주민친화시설은 유형에 따라 관찰형과 이용형으로 구분하고 있다. 친환경시설의 종류로는 고도처리시설, 이중복개시설, 탈취시설, 하천유지용수공급시설, 슬러지 자원화시설, 슬러지 재이용시설, 에너지 공급시설, 우수저류시설, CSO 처리시설 등이 있다.

▲ 전북 부안 워터파크는 자발적으로 참여하는 프로그램 개발운영 및 주민의견 수렴을 통한 사업진행으로 주민의 참여의식을 유도했다.

혐오시설에 대한 이미지 개선으로 지하에 수처리 관련동을 설치하고 지상에 설치되는 건축물을 최소화해 친환경적 부지로 이용해야하며 효율적인 운영계획, 시공성 및 장래 확장계획 등을 고려한 건축물 배치계획을 수립해야 한다.

자연친화적 친환경시설의 이미지 창출로 심미적 친근감과 경제적 가치를 충족시키고 입지 여건을 고려한 특성화된 주민친화시설을 계획해 지역의 문화공간으로 새로운 이미지 재고에 힘써야 한다.

▲ 서울 탄천물재생센터는 기존 처리시설에 이중복개구조 도입과 주민친화시설 도입으로 이미지 개선에 노력했다.

친환경시설, 기초조사 분석 필요

또 하수처리장 내 효율적인 유지관리 동선과 쾌적한 근무환경 조성으로 작업 능률을 고도화하는 기능을 수행하고, 작업공간의 시각적 차폐계획과 소음발생 공간의 차음계획을 수립하여 하수처리시설 기능수행의 합리성을 추구해야 한다.

자연채광과 환기를 적극적으로 도입하여 쾌적한 근무환경을 조성하고 천장과 아트리움 등의 계획으로 자연친화적인 실내 환경을 조성하는 한편, 시설물의 경직성을 탈피하고 규모의 경제성과 유지관리의 효율성, 장애우 및 노약자 이용의 편의성을 고려하여 장애 없는 공간을 구현할 필요가 있다.

친환경 주민친화시설을 조성하기 위해 기초자료조사 및 분석이 필요하다. 우선 지리적 위상, 교통현황 및 접근성 등의 입지여건과 자연환경(지형 및 지질, 기후 및 기상, 생태계), 그리고 인문 사회환경(인구 및 가구 현황, 주변 친화시설 현황, 주변지역 주요시설물 현황, 토지이용 및 용도지역 현황)을 분석해야 한다.

그런 다음 운영 중인 하수처리시설 현황을 파악하고 상위 및 관련 계획을 검토한 후, 주요 민원사항 및 개선사업 추진현황(민원현황, 민원사업 추진현황)을 파악해야 한다.

또한 「국토의 계획 및 이용에 관한 법률」, 「도시공원 및 녹지에 관한 법률」, 「문화예술 진흥법」, 「체육시설의 설치 이용에 관한 법률」, 「건축법」, 「사회기반시설에 대한 「민간투자법」, 「유통상업 발전법」, 「개발제한 구역의 지정 및 관리에 관한 특별조치법」, 「도시계획시설의 결정 구조 및 설치기준에 관한 규칙」을 파악해야 한다.

 

▲ 용인 구갈레스피아는 생태연못, 운동시설 등의 주민친화시설로 하수처리장 인근 지역의 아파트시세가 주변지역에 비해 차이가 없으며, 오히려 살기가 더 좋다는 긍정적인 반응을 보였다.

환경교육장·체육시설 구축

최근 이용자의 형태에 따른 분석을 통해 선호시설 검토가 요구되고 있다. 예를 들어 어린이의 경우 뛰기, 놀기, 모래장난, 그림 그리기, 물놀이, 소풍, 야외게임, 자전거 타기, 배드민턴, 롤러스케이트 등 각종 유희시설 이용을, 노년층의 경우 휴식, 요양, 산책, 담소, 사색, 자연감상 등을 주요활동으로 예상할 수 있다.

▲ 수원하수처리장은 기존 처리시설에 이중복개구조 도입과 골프 연습장을 도입하여 수익사업 전개 및 이미지 개선 노력했다.

이에 대규모 점포 중 할인점, 자동차 경매장, 체육시설, 문화시설, 청소년 수련시설, 공원시설 등의 시설을 검토해 볼 필요가 있다. 남양주 화도 하수처리장의 경우 환경체험관을 중심으로 인공폭포와 자연생태공원을 연계하여 체험형 환경교육을 실시함으로써 처리장 주변이 하나의 환경교육의 장으로 자리 매김 했다.

▲ 대구 지산하수처리장은 이중복개구조와 생태연못 등의 주민친화시설 도입으로 이미지 개선 효과를 가져왔다.

부천 북부수자원생태공원도 주민친화시설의 좋은 사례로 근무자 및 지역주민에 녹지공간 및 휴게 공간을 제공하고 하수처리시설의 개명을 통해 이미지를 개선했다.
자발적으로 참여하는 프로그램 개발운영 및 주민의견 수렴을 통한 사업진행으로 주민의 참여의식을 유도한 전북 부안 워터파크와 기존 처리시설에 이중복개구조 도입과 주민친화시설 도입으로 이미지 개선에 노력하고 있는 서울 탄천 물재생센터도 친환경 주민친화시설의 모범 사례로 들 수 있다.

또한 용인 구갈 레스피아는 생태연못, 운동시설 등의 주민친화시설로 하수처리장 인근 지역의 아파트시세가 주변지역에 비해 차이가 없으며, 오히려 살기가 더 좋다는 긍정적인 반응을 보이고 있다.

▲ 일본 아리아케하수처리장은 상부를 복개하여 테니스장을 조성했으며, 관리동에 하수도 전시관, 레스토랑, 체육관, 수영장을 조성 및 중수도시설 방류수를 재생수로 주변 공동주택의 화장실 용수로 공급하고 있다.

화장실용수 등에 재생수 활용키도

수원하수처리장은 기존 처리시설에 이중복개구조 도입과 골프 연습장을 도입하여 수익사업 전개 및 이미지 개선에 힘쓰고 있으며, 전북 전주 하수처리장은 식수헌수, 식재 및 유지관리참여, 유실수 참여프로그램과 하수종말처리시설의 차폐효과 및 이미지 개선을 위한 식재 및 유지관리에 주민참여로 주인의식을 고취시키고 있다.

더불어 부산 남부 하수처리장의 경우 2단계 증설 공사 시 처리시설 상부에 축구장을 설치하여 지역주민의 활발한 이용을 통한 이미지 개선 효과를 이뤘고, 대구 지산 하수처리장과 강원 속초 하수처리장 역시 주민친화시설 도입에 힘쓰고 있다.

한편, 일본 아리하케 하수처리장의 경우 상부를 복개하여 테니스장을 조성하고 관리동에 하수도 전시관, 레스토랑, 체육관, 수영장을 조성했다. 중수도시설은 방류수의 1/2을 재생수로 주변 공동주택의 화장실용수로 공급하고 있다.

▲ 일본 오치아이하수처리장은 복개공간을 실개천마을 공원 및 축구장 전환이 가능한 야구장 및 테니스장으로 활용하고 있으며, 처리수는 간다하천의 유지용수로 사용 및 재이용수를 주변 도심의 수세용수로 활용하고 있다. 또 최종처리수 후단에 R/O 설비(50톤/일)를추가로 설치하여 실개천마을에 레크레이션 용수로 보급하고 있다.

일본 오치아이 하수처리장의 복개공간은 오치아이 중앙공원, 실개천마을 공원 및 축구장 전환이 가능한 야구장 및 테니스장으로 활용됐고, 처리수의 경우 간다하천의 유지용수로 사용되며, 재이용수를 주변 도심의 수세용수로 활용하고 있다. 또 최종처리수 후단에 R/O설비(50톤/일)를 추가 설치하여 실개천 마을에 레크레이션용수로 보급하고 있다.

 

 

고규격·고품격 하수도 추구

또한 프랑스 파리 보네이(Bonneuil) 하수처리장은 차폐를 나무들로 식재하고, 담쟁이넝쿨, 건물 외벽 조경, 호기조 복개 및 2차 침전지 벽화 등 친화감 유지에 노력하고 있으며, 분포집 및 공간포집해 흡수탑과 흡식세정기로(2단습식 세정기) 냄새문제를 해결해나가고 있다.

▲ 프랑스 파리 보네이(Bonneuil) 하수처리장은 차폐를 나무들로 식재하고, 담쟁이넝쿨, 건물 외벽 조경, 호기조 복개 및 2차 침전지 벽화 등 친화감 유지는 물론 분포집 및 공간포집하여 흡수탑과 흡식세정기로(2단 습식세정기) 냄새문제를 해결하고 있다.

새로운 패러다임으로 일본의 하수도의 △SPIRIT 21(하수도 기술개발 Project) △합류식 하수도 개선 대책 △하수 슬러지 자원화, 하수 처리수의 재이용 △하수도 비전 2100(하수도, 순환) 등을 참고할 필요가 있다.

에너지 저감을 위해 △온난화 가스로서의 NO2가스의 소각로에서의 발생억제 △미이용 에너지의 이용 △Heat Pump에 의한 지역 냉난방 △하수관거의 낙차를 이용한 소규모 발전 △하수슬러지의 methane 발효 △혼합 methane 발효(하수+쓰레기) △전처리 기술, 발전기술, 연료전지 기술 △발생 슬러지 자체의 연료, 활성탄, 시멘트의 원료, 골재, 자기원료 등의 자원화 △환경 미량 오염물질 △슬러지의 오존처리에 대해 고려할 필요가 있다.