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그림 1. [진공식 하수수집 시스템의 개략도]

2. 진공식 하수수집 시스템의 구성

2.1. 진공밸브실

각 가정으로부터 배출된 오수는 진공밸브실에 유입되며 유입된 오수가 일정수위가 되면 센싱파이프에 공기가 압축되게 되는데 이 공기는 밸브 상단의 콘트롤러의 센서막에 일정한 힘을 가하게 된다. 이 압력차이로 밸브가 개방되며 이 순간 밸브실에 모인 오수는 흡입파이프를 통해 진공라인에 유입된다. 위와 같은 과정은 전원을 필요로 하지 않는다.

그림 2. [진공밸브실 단면도]

2.2. 진공관로

하수를 진공으로 흡입하므로 유속이 평균 4～5m/sec이고 이로인해 관경이 작아진다. 설계물량에 따라 관경은 보통 100mm부터 최대 250mm정도로 한다. 진공 관로의 형태적 특징은 톱니모양의 경사면을 가지며 이를 “리프트(lift)”라고 한다. 통상 관로는 0.2%의 하향 구배로 매설되며 관로의 사이마다 설계 값에 따라 리프트가 설치된다. 각 지형에 따른 진공관로의 단면은 다음과 같다.

그림 3. [진공배관 구성도]

2.3. 진공펌프장

진공펌프장은 설치위치에 따라 전지하식, 반지하식 또는 2층식으로 구성되며 관로에서 이송된 오수는 집수탱크에서 수집되어 인근의 하수처리장이나 차집관거로 안전하게 이송시키는 역할을 한다. 주요 구성품은 진공펌프, 오수펌프, 집수탱크, 제어판넬 등이다.

1) 진공펌프

보통 2～3대가 기본 유니트가 되며 전체 관로 및 집수탱크 내부를 진공으로 유지하며 집수 탱크내의 진공도가 떨어지면 진공펌프가 작동되어 통상 5.5～6.9maq의 진공압을 유지시킨다. 1일 평균 3～4시간 가동된다.

2) 오수펌프

통상 2대로 구성되며 집수탱크가 일정 수위에 오르면 자동으로 오수를 방출하고 자동으로 멈추게 되어있다.

3) 집수탱크

일반적으로 철판 등으로 제작되며 그 크기는 최대 유량에 따라 설계된다. 보통 탱크 상부나 측면에 수위 감지장치 sensor 및 압력계 등이 부착된다.

4) 제어판넬

자동제어를 위하여 plc, touch pc, 계기등이 설치된다. 평상시에는 조정된 조건하에서 시스템을 무인운전하고 시스템에 이상이 발생한 경우 자동으로 문제점을 통보하여 준다.

그림 4. [진공펌프장 단면도]

3. 진공식 하수수집 시스템의 특징

3.1. 적용이 적합한 지역

일반적으로 다음 지역에서는 자연유하식 하수수집 시스템보다 진공식 하수수집 시스템이 훨씬 경제적이다.

- 구배가 적고 평탄한 지역

- 지반이 연약하여 배관의 기초공사비가 높은 지역

- 지하수위가 높아 지하수 침투의 가능성이 높은 지역

- 암반이 많아 굴착비용이 많이 들고 우회가 곤란한 지역

- 현장의 물류 이동이 많아 공사기간의 단축이 요구되는 지역

- 작업 현장의 지하에 매설물이 많아 자연 유하식으로 시스템의 설치가 곤란한 지역

- 하수수집 시스템의 설치장소가 생태학적으로 민감한 지역

평탄한 지역 암반지역 지하매설물이 지하수위가 높은지역

많은지역 및 연약지반 지역

그림 5. [진공식 하수수집 시스템 적용지역]

4. 적용 사례

4.1. 삼성전자 수원공장 오수수집 시스템

1) 공사기간

① 1단계 공사 : 1994. 01. ～ 1994. 09.

② 2단계 공사 : 1995. 03. ～ 1995. 12.

2) 사업장 및 공사규모

① 사업장 규모

- 1일근무 총인원 : 약 2만명

- 1일 최대 발생 오수량 : 약 4000 m3/day

그림 6. [삼성전자 수원공장 오수관로 현장]

② 공사규모

구분	1단계 공사	2단계 공사	증설 공사	합계
진공 펌프장	1 개소	4 개소		5 개소
진공 밸브	28 개	157 개	36 개	221 개
진공 관로	2.4 km	8.9 km	1.5 km	12.8 km

3) 시스템의 채택 배경

① 관로의 매설심도를 얕게 할 수 있어 공사비 절감

② 공장 내 물류이동이 너무 많아 공사기간이 짧은 시스템을 채택

③ 기존 매설물이 많아 자연유하식으로 불가

④ 도로 파손 면적이 작아 공사기간의 단축 및 환경훼손 최소화

⑤ 누수로 인하 지하수 오염이나 악취의 발생을 방지

4) 적용결과

1994년 9월에 시범적으로 1단계 공사를 완료한 후 시스템이 만족스럽게 성능을 발휘 하는 것으로 평가받아 1995년 12월에 2단계를 완료하였으며 현재 완벽히 가동중에 있다.

4.2. 경기도 광주시 경안 하수처리시설 건설공사

1) 진공식 하수수집 시스템 개요 (제 19 line)

① 대상 가구수 : 220 가구

② 1일 최대 발생 오수량 : 330 m3/day

③ 진공관로 길이 : 6.2 km

④ 진공밸브 : 71 개

2) 시스템의 채택 배경

① 긴 차집거리의 공사비 절감, 공사기간 단축

② 5개의 압송 중계 펌프장을 1개의 진공 펌프장으로 대체

③ 수밀성이 우수하여 경안천 오염 방지

그림 7. [제 19 line 관로도]

5. 향후 전망

외국의 경우, 세계적으로 이미 1000여개 이상의 프로젝트가 정상 가동되고 있으며 이미 미국 epa에서는 진공식 하수도 시스템을 공인하여 자연유하식이나 압송식의 대안으로 사용하기를 권장하고 있다. 가까운 일본의 경우도 건설성, 농수산성, 후생성 등이 적극적으로 진공 하수도 시스템을 지원하여 100여개가 넘는 프로젝트가 가동중에 있다.

본 시스템은 전술한 특징 및 적용 사례에서 보는 바와 같이 마을 하수도, 상수원 보호지역, 가옥이 산재하여 자연유하로 수집이 곤란한 지역, 지장물이 많아 추가적인 배관이 어려운 지역 등에 매우 적합한 시스템이다. 이러한 지역에 시스템을 도입할 경우, 경제적인 면에서는 땅 속의 지장물의 영향을 적게 받으면서 굴삭 깊이 및 굴삭 폭을 최소화 할 수 있으므로 가설비와 토공비가 줄어들고 공사 기간도 단축되어 관거 공사에서의 경쟁력을 향상시킬 수 있다. 또, 밸브 pit에서 전원을 사용하지 않아도 되고 하수관로의 청소가 불필요 하므로 유지관리에 수반되는 전력비 및 관로 청소비가 소요되지 않는다. 이 때문에 공사비 뿐 아니라 유지관리비 또한 현격하게 줄게 되어 어느 기술보다도 경제적인 장점을 가질 수 있다.

또한, 환경․기술적인 측면에서는 직접적으로 하수의 유출을 막아 지하수의 오염을 막아 지하수의 자원화의 근간을 만들고 하천 및 호소의 청정화에도 기여할 수 있을 것으로 예상된다. 또, 간접적으로는 관거 공사에서의 건설공해를 최소로 하여 일반 시민들의 생활에 불편을 초래하지 않으면서도 하수관거 정비 투자사업에 기여하여 하수관망 차집 시스템 분야의 선진화 및 최적화를 혁신적으로 앞당길 수 있는 계기가 될 것이다.