제25회 세계 물의 날 특집  Ⅰ. 2017년 상반기 물종합기술연찬회

㈜하이클로·㈜지이테크, 신기술 환경부장관상 수상

안성시 상수사업소·㈜하이엔텍 부천하수운영사업소, 상·하수 분야 최우수상
서울시 서울물연구원·전주시 맑은물사업본부, 박주선 국회부의장 기관표창

[우수사례] ‘물관리·신기술 실용화 우수사례’ 및 우수기관 소개

지난 2월 16일 강원도 평창 알펜시아리조트 컨벤션센터 그랜드볼룸에서 열린 ‘2017 상반기 물종합기술연찬회’에서는 ‘물관리 우수사례 및 신기술 실용화 사례 발표대회’가 있었다.   이날 발표대회에서는 △김진수 안성시 상수사업소 주무관(상수도 분야) △한억수 ㈜하이엔텍 부천하수운영사업소 소장(하수도 분야) △김경수 ㈜하이클로 연구소장(신기술 실용화 분야) △김경호 ㈜지이테크 이사(환경신기술 실용화 분야) 등이 최우수상 수상자로 선정되어 환경부장관상을 수상했다.

또 서울특별시 서울물연구원(원장 정득모)은 ‘2017년 물연구 프런티어 최우수기관’으로, 전주시 맑은물사업본부(본부장 김태수)는 ‘2017년 빗물자원화 최우수기관’으로 선정되어 박주선 국회부의장 기관표창을 받았다.

상수도 분야 최우수상으로 선정된 ‘안성시 상수도 분야 운영 개선사례’에서는 급수구역을 분할하고 블록시스템 및 최적화관리 시스템을 구축하여 유수율 제고사업을 추진한 결과, 안정적인 용수공급을 바탕으로 시민에게 항시 깨끗한 물을 공급하는 데 성공한 사례를 발표했다.

하수도 분야 최우수상으로 선정된 ‘하수처리 시설개선 통한 처리효율 증대 및 운영비 절감사례’에서 부천시의 하수 및 슬러지처리시설 관리대행사인 ㈜하이엔텍은 역세처리수 농축조 개선, 바이오가스 탈황설비 시설 개선 등의 처리효율을 증대하는 동시에 운영비용을 절감시켜 보다 안정적이고 경제적인 하수처리시설을 운영한 사업성과를 소개했다.

신기술 실용화 분야 최우수상을 수상한 ㈜하이클로는 ‘1종 차염을 생산하는 고효율 오픈셀 방식의 차염발생장치 개발 및 실용화 사례’를 소개했으며, 환경신기술 실용화 분야 최우수상을 받은 ㈜지이테크는 ‘폐젤라틴 함유 친수성 유동상 담체를 이용한 난분해성 산업폐수 처리기술 개발 및 실용화 사례’를 소개했다. 4개 분야 최우수상 및 국회부의장 기관표창을 받은 기관의 우수사례를 소개한다.

안성시 상수도 분야 운영 개선사례
김 진 수 안성시 상수사업소 주무관

관로연장 43％ 증가 대비 유수율 1％ 증가 난관

■ 상수도 분야 최우수상  안성시의 상수도관은 구제역 발생 및 급수지역 확대로 인하여 2010년 대비 2014년 기준 관로연장이 43.3％가량 증가했으나, 유수율은 동기간 대비 단 1.0％ 증가에 그쳐 기존 생산된 수돗물을 안정적으로 공급하기 위한 문제가 선결과제로 떠올랐다.

상수관로의 노후·파손으로 인하여 누수 및 수압저하 등 민원이 발생한 경우에도 사고지점 인근의 유량 및 관압 등에 관한 데이터가 부재하고, 제수변 또는 퇴수변 등의 관로차단 설비가 부족한 탓에 복구대책 수립이 지연되기 십상이었다.

유수율 제고를 위해 수시로 누수탐사를 실시하고 있으나 탐사구역이 광범위해 어려움이 있으며, 누수탐사 장비 또한 비금속관로 탐사에는 적합하지 않아 누수지점을 효율적으로 파악하지 못하고 있다. 이로 인하여 유수율이 저하될 뿐만 아니라 손실액도 증가하는 실정이다. 또한 환경부 소관 국고 지원사업 대상여부를 검토했으나 지원기준에 부합하지 않자 시비(市費)를 요청하여 유수율 제고사업을 추진함으로써 상수도운영의 재정건전화를 도모해야 했다.

급수운영 체계 개선해 유수율 90％ 조기 달성

이에 안성시 상수사업소는 지난 2016년 급수구역을 분할하고 상수도관망 블록시스템을 구축함으로써 유수율 제고를 꾀했다. 상수도시설물 57개소를 대상으로 분할계획을 수립하고 관로노선 조사 후 총 68㎞의 불용관을 정비한 데 이어, 136회에 걸쳐 수압측정 조사를 실시한 후 관망해석 모델을 보정했다.

상수도관망에 있어 전문가기술진단 사업도 추진함으로써 상수도시설 운영에 대한 유지관리계획 및 정비계획을 수립했다. 특히 노후관 분석에 따른 시설물 교체의 근거를 사전에 확보할 수 있게 되자, 안성시는 2009년부터 2016년까지 총 사업비 39억5천800만 원을 투입하여 32건에 걸쳐 17.7㎞에 달하는 노후관 교체사업을 실시했다.

또한 정수장 2개소, 배수지 8개소, 가압장 16개소, 블록유량계 48개소 등의 상수도 데이터를 한 곳에서 원격감시 및 관리할 수 있도록 통합관제센터를 운영하고 있다. 블록별 감시를 통한 유수율 제고와 더불어 출수불량, 누수사고 등 민원발생 요소를 신속히 조치할 수 있게 됐으며, 이를 통해 공기업의 경영 효율성도 한층 증대되는 효과를 거뒀다.

이 외에도 안성시는 불감수량을 줄이고자 내구연한이 경과한 노후계량기를 연간 2천 전가량 교체해왔으며, 긴급누수 발생시 조속한 대처를 위해 각종 무단수 보수공법 등 신공법을 도입하여 시공하고 있다.

적수가 발생할 경우에는 민원피해가 생기기 전에 관로에서 퇴수 조치를 시행 후, 이를 기록하여 향후 정확한 유수율을 산정하는 데 적용토록 했다. 이처럼 안성시는 시설개선 및 상시 관망 감시를 통한 효율적인 정비로 급수운영 체계를 개선하고 누수를 관리함으로써 유수율 목표 90％를 조기에 달성하는 쾌거를 이뤘다.

수처리 시설개선 통한 처리효율 증대 사례
한 억 수 ㈜하이엔텍 부천하수운영사업소 소장

총인처리시설사업·에너지자립화 추진

■ 하수도 분야 최우수상  2012년부터 하수처리 방류수 총인(T-P) 수질기준이 강화되고 공공수역 부영양화 방지를 위해 조류성장 제한인자 총인 관리가 요구되는 상황 속에서 당시 부천시 굴포공공하수처리시설의 총인처리시설은 기기설비의 잦은 고장과 약품 응집효율 저하 및 역세수 처리효율 저하 등으로 인한 문제를 겪고 있었다.

또한 굴포공공하수처리시설은 슬러지 농축조의 응집 및 농축효율 저하, 탈황설비의 처리효율 저하로 인하여 운영비용이 상승하자 슬러지를 감량화하고 소화가스를 자원화하는 등 에너지자립 및 절감을 위한 대책 마련이 절실했다. 약품 비용 상승과 더불어 굴포천의 수질 개선 및 생물학적 처리에 한계를 느낀 부천시는 이에 총인처리시설사업 및 에너지자립화사업을 실시했다.

부천시 하수 및 슬러지처리시설 관리대행사인 ㈜하이엔텍은 2011년부터 3월부터 2015년 6월까지 진행된 총인처리시설사업 및 2012년 4월부터 2015년 3월까지 추진된 에너지자립화 시범사업의 설계, 시공, 시운전, 준공에 이른 과정에서 도출된 문제점을 개선코자 노력했다.

소화가스 주연료로 교체 후 운영비 대폭 절감

총인처리시설사업에 있어 역세송풍기는 잦은 기동으로 인해 수명이 단축되고 전력비·수선비가 상승했으며, 역세송풍기의 고장으로 일부 여과기의 가동이 중단되는 사태가 발생했다. 이에 ㈜하이엔텍은 역세송풍기 운전방식을 지별방식에서 계열통합방식으로 개선하여 연속운전이 가능하도록 수정했다. 이에 따라 가동횟수는 하루 2천640회에서 216회로 크게 감소했으며 연간 전력비 3천500만 원, 수선비 1천300만 원을 절감하는 효과를 거뒀다.

또한 약품응집조의 교반능력 및 응집시간 증대를 위해 투입위치를 총인응집조에서 염소접촉조 후단으로 바꾸고 약품투입량을 경험식에서 몰비기준으로 변경하여 연간 4억7천500만 원의 약품비를 절감했다. 이에 더해 역세수 농축조 2지를 증설하고 농축조 유지관리용 역세수 바이패스(by-pass) 배관 및 조류방지용 태양광을 설치함으로써 농축효율을 크게 증대시켰다.

에너지자립화사업 개선에 있어서는 다중원판 이물질을 제거하고자 세정장치 및 스크류를 추가 설치하고 응집효율 향상을 위해 급속응집혼화장치를 설치해 농축농도를 향상시켰다. 또 이온교환수지 습식탈황기를 철 킬레이트(iron chelate) 탈황기로 교체하여 황화수소(H₂S) 처리효율 향상을 꾀함과 동시에 바이오가스 품질개선으로 소화가스 사용량이 증대됐다.

특히 슬러지소각시설에서 소화가스를 주연료로 교체하고 사용 후 잉여 소화가스는 발전하여 전력을 생산토록 변경했다. 이에 ㈜하이엔텍은 연료비와 전력비를 각각 연간 9억6천500만 원, 13억700만 원을 절감하는 상당한 경제적 운영성과를 거두었다.

고효율 차염발생장치 개발 및 실용화 사례
김 경 수 ㈜하이클로 연구소장

차염 온도 줄여 유효염소농도 9천㎎/L 증가

■ 신기술 실용화 분야 최우수상  현재 정수장에서 소독제로 가장 많이 사용하는 염소가스는 사고대비물질 69종에 포함된 매우 위험한 가스로, 2015년 1월부터 「화학물질관리법」, 「고압가스안전관리법」 등 관련 법령이 강화됐다. 이에 운영자들은 염소가스 사용에 어려움을 겪고 있으며, 유지비용도 증가함에 따라 안전하면서도 고품질인 대체 소독제의 필요성이 크게 대두되고 있다.

기존의 무격막식 현장발생형 차염발생장치의 경우 생산차염의 온도가 높을수록 유효염소농도는 급격히 감소하고 소독부산물인 클로레이트의 농도는 증가하는 양상을 띤다. 차염과 수소의 접촉 시간이 길어지면 전기분해 역반응을 일으켜 유효염소가 감소될 수 있으며, 유효염소농도가 1％ 감소할 때 클로레이트 농도는 3천500㎎/L 증가한다.

이에 ㈜하이클로는 기존 차염발생장치의 단점을 월등히 보완한 기술로서 ‘1종 차염을 생산하는 고효율 오픈셀 방식의 차염발생장치’를 개발했다. 이 장치를 통해 생산된 차염의 온도는 기존 차염발생기에서 생산된 차염의 온도 대비 5∼10℃ 가량 낮아졌으며 유효염소농도는 평균 9천㎎/L 이상으로 증가했다.

열 즉시 배출해 기존 대비 소독부산물 70％ 감소

㈜하이클로가 개발한 오픈셀 방식의 차염발생장치는 전기분해 과정에서 발생된 열을 전기분해조에서 즉시 배출하여 차염의 온도를 낮춤으로써 기존 제품 대비 70％ 이상 소독부산물이 감소되는 효과를 거뒀으며, 전기분해조의 내부 압력을 대기압으로 만들고 발생된 수소가스를 즉시 배출함으로써 압력과 진동 역시 제거가 가능하다는 장점을 가진다.

이 장치는 2014년 6월 광주 제1정수장에 설치하여 8개월간 총 14회에 걸쳐 검증 및 성능평가를 받았으며, 그 결과 △유효염소농도 △전기소비량 △소금사용량 △클로레이트 함량 등 4가지 평가항목을 모두 만족해 우수한 성능을 인정받았다. 특히 클로레이트 함량은 공인시험기관 측정 결과 유효염소 1㎎/L당 평균 0.014㎎/L로, 성능평가 목표인 0.025㎎/L보다 약 44％나 적은 1종 품질의 차염이 생산된 것으로 확인됐다.

이에 ㈜하이클로는 중기청 성능인증(제27-302호), 조달청 우수제품지정(제2014-100호) 및 K-water의 성과공유제를 통과하여 수의계약을 할 수 있는 기술인증(제A2014-0610021호)을 획득했다. 뛰어난 기술력을 보유한 ㈜하이클로는 2013년도 브라질 수출을 계기로 현재 미국, 투르크메니스탄, 중국, 인도 등과 수출 협상 중에 있으며, 해당 기술을 미래 물산업 발전의 신성장 동력원으로 선정하고, 이를 위해 고용 증진 및 R&D 투자를 강화하여 성장기반을 구축함으로써 역량 강화를 추진하고 있다.

난분해성 산업폐수 처리기술 실용화 사례
김경호 ㈜지이테크 이사

친수성 유동상 담체 이용 산업폐수 처리공정 개선

■ 환경신기술 실용화 분야 최우수상  현재 우리나라의 피혁제조공정에서 발생되는 가공부산물은 대부분 산업 폐기물로 처분되고 있어 피혁제조업체의 폐기물 처리비용에 대한 부담은 매우 크며, 폐기물로 인한 환경오염도 심각한 수준이다.

이에 산업체 환경오염저감을 위한 기술개발을 기업 이념으로 삼고 있는 ㈜지이테크는 환경기술 전문업체로서 문제의식과 책임감을 갖고 연구개발에 돌입, 폐젤라틴을 함유한 친수성 유동상 담체를 이용한 난분해성 산업폐수 처리기술을 개발하는 성과를 거뒀다.

㈜지이테크가 개발한 피혁제조공정에서 발생되는 피혁부산물을 이용한 콜라겐 미립담체 및 콜라겐을 이용한 미생물 담체 기술은 피혁부산물로부터 고순도·고효율의 폐단백질을 추출 및 정제할 수 있는 기술로, 특히 환경규제에 능동적으로 대응이 가능하다. 이 기술은 △폐자원 재이용 △자원순환 시스템 △MBBR 및 MBR 공정 조합을 통한 폐수처리 효율 증대 △슬러지 발생량 저감 등의 우수한 장점을 가지며, 산업폐수의 생물화학적 처리공정에 있어 효율성을 크게 증대시켰다.

MBBR 공법 통해 총질소·총인 크게 증가

폐단백질을 담지한 친수성 수처리용 생물막 담체는 AC-PVA 담체와 친수성 PVA 담체로 나뉜다. AC-PVA 담체는 활성탄 분말에 의해 미세 세공이 고르게 분포되어 있어 비표면적을 크게 향상시킬 수 있을 것으로 판단되는 한편, 친수성 PVA 담체는 발포제에 의해 생성된 큰 형태의 셀과 가용성물질(전분)에 의해 형성된 중간셀, 활성탄 분말에 의한 미세셀 등 여러 형태의 셀을 형성할 수 있을 것으로 예상된다.

아울러 수리학적 체류시간(HRT)이 19시간인 Ge-PVA 유동상 담체를 적용한 MBBR(유동상생물막) 공정은 체류시간이 24시간인 현 공정과 비교해 화학적 산소요구량(COD) 제거율이 82％에서 98％로 증가했다. 또 색(Color) 제거율은 61％에서 98％로 향상했으며, 총질소(T-N)와 총인도 각각 74％에서 95％, 89％에서 99％로 크게 증가한 것으로 확인돼 우수성이 입증됐다.

한편, 지난 2010년 베트남에 환경전문 해외투자법인을 설립한 ㈜지이테크는 2014년에 빈롱성 인민위원회와 농촌취약지역을 대상으로 안전하고 맑은 물을 공급하기 위한 상수도 공급시설 협약(MOU)을 체결했다. 그 외에도 모로코, 싱가포르, 프랑스 등에 진출하여 선진화된 국내환경기술 홍보에 앞장서고 있으며, 향후 신기술 개발은 물론 신시장 개척을 위해 지속적으로 노력할 방침이라고 밝혔다.

물연구 프런티어 최우수기관(국회부의장 표창)  
서울특별시 서울물연구원

녹조제거·녹물방지 등 혁신적 신기술 개발

이날 시상식에서는 물환경 및 상하수도 분야에서 뛰어난 운영과 성과사례를 보인 서울특별시 서울물연구원, 전주시 맑은물사업본부에 대한 박주선 국회부의장 기관표창 시상도 있었다.

서울물연구원은 기후변화, 산업 고도화 등 수질환경 변화에 따라 수질검사항목을 총 310항목으로 확대하여 국제기준보다 보다 엄격하고 월등한 수준으로 상수원수 및 수돗물 수질을 관리한 공을 인정받았다. 특히, 미규제 신종오염물질의 관리를 강화하기 위해 분석 매뉴얼을 발간하고 신종물질 데이터베이스 프로그램의 저작권을 등록하는 등 국내에서 선도적 위치의 분석기술을 확보했다고 평가받았다.

연구원은 국토부·환경부와 협업하여 녹조 제거선을 개발하는 국책사업을 추진, 지난 5월에 2척을 제작하여 성산대교 남단의 녹조 발생지역에서 수질을 개선키 위한 현장시험을 실시했다. 또 누수를 예방하기 위해 토양 환경 빅데이터를 기반으로 부식지도를 개발했으며, 미네랄(수산화칼륨) 용액을 고속분산시스템으로 미립자화하여 칼륨 농도를 조절할 수 있는 용해 신기술을 개발하여 특허를 출원했다.

또한 상수도 생산·공급시설에 사물인터넷(IoT) 기술을 접목한 스마트 상수도 시스템을 구축하고 전산유체역학(CFD) 시뮬레이션 기법을 이용하여 정수처리 공정을 최적화하는 등 서울물연구원은 효율적인 운영 및 구조개선에 최선을 다하고 있다. 아울러 수질검사 환경이 열악한 지자체를 대상으로 수질분석 지원 및 기술교류 협력을 아끼지 않았으며, 물 관련 혁신기술과 우수정책을 공유할 수 있는 글로벌 미래기술 심포지엄 등을 개최해 물산업을 발전시키는 데 크게 기여했다.

빗물자원화 최우수기관(국회부의장 표창)
전주시 맑은물사업본부

국내 최초 빗물이용 시범마을 조성사업 추진

전주시 맑은물사업본부는 빗물이용 활성화 정책을 통하여 물순환 체계 회복 등 환경적 가치를 실현하고 있을 뿐만 아니라 강우시 우수 유출량 저감으로 침수피해를 예방하고, 유출되기 쉬운 빗물을 집수·활용해 물부족 상황에 능동적으로 대비하는 등 빗물자원이용 활성화에 기여한 공을 인정받아 국회부의장 기관표창을 수상했다.

전주시는 물자원의 지속가능한 재이용을 도모하기 위해 ‘물재이용 관리계획’을 수립하고, 빗물이용시설 221개소, 중수도시설 7개소, 하·폐수처리수 재이용시설 8개소를 대상으로 물재이용 목표량을 설정하여 2020년까지 세부사업을 지속적으로 추진코자 한다. 지난 2015년에는 ‘전주시 물의 재이용 촉진 및 지원에 관한 조례’를 제정하여 시민들이 빗물이용 활성화 운동에 적극 참여할 수 있도록 수도요금 감면사항, 설치 지원범위 규정 등 법적·제도적 기반을 마련했다.

2016년도까지 125개소 시설에 총 사업비 6억8천600만 원을 투자하여 저장용량 1천825.2㎥ 규모의 빗물이용시설을 구축했으며, 설치 후 사용실태를 조사한 결과 83.6％에 해당하는 대다수가 높은 만족도 및 활용도를 보인 것으로 확인됐다. 특히 국내 최초로 빗물이용시설 사용자에 대한 수도요금 30％ 감면사업을 추진한 결과, 예산 확보에 성공해 올해부터 확정·시행할 예정이다.

또한 전주시 맑은물사업본부는 2017년부터 2018년까지 2년간 ‘가정빗물 유출 제로화’라는 비전을 중심으로 30∼40가구 정도로 구성된 빗물이용 시범마을 조성사업을 추진할 계획이다. 전국 최초로 시행되는 이 사업은 가정에 빗물저류 및 침투시스템을 설치하여 지하수 충전용수로 활용함으로써 사회·경제적 비용절감은 물론 물순환 회복 면에서 상당한 효과를 거둘 것으로 기대된다.

[『워터저널』 2017년 3월호에 게재]