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[신기술] 충남대 서동일 교수팀, ‘ISTORMS’ 개발
2017년 12월 05일 (화) 09:39:42 워터저널 webmaster@waterjournal.co.kr

 신기술

충남대 서동일 교수팀,‘ISTORMS’ 개발
                                                               (초기강우 오염물질 제어 통합관리 시스템)

‘자연형·친환경 소재 활용 하도 내 수질정화 기술개발’ 국가연구사업 일환
KICT ‘자연과 인간이 공존하는 생태하천 조성기술개발 연구단’과 공동연구
대전시 관평동 수변공원 유수지 입구에 설치…11월 2일 실증시설 개소식 가져


충남대·건설기술연구원, ‘하천 수질관리 연구사업’ 진행

   
▲ 충남대학교 환경공학과 수질모델링 및 수질관리연구실 서동일 교수팀은 ‘초기강우 오염물질 제어 통합관리 시스템(ISTORMS)’ 개발에 성공, 지난 11월 2일 이 시스템이 설치된 대전시 유성구 관평동 동화울 수변공원 내 유수지 입구에서 ‘대전 관평천 빗물 오염 친환경 관리를 위한 현장 실험시설 개소식’을 가졌다.

충남대학교 환경공학과 수질모델링 및 수질관리연구실(연구책임자 서동일 교수)이 지난 4년간 한국건설기술연구원(KICT)의 ‘자연과 인간이 공존하는 생태하천 조성기술개발 연구단(이하 그린리버연구단)’과 함께 ‘하천의 수질관리를 위한 연구사업’을 추진하여 ‘초기강우 오염물질 제어를 위한 통합관리 시스템(ISTORMS)’ 개발에 성공했다.

충남대와 그린리버(Green River)연구단 등은 지난 11월 2일 ‘초기강우 오염물질 제어를 위한 처리장치 및 통합관리 시스템’이 설치된 대전광역시 유성구 관평동 동화울 수변공원 내 유수지 입구에서 ‘대전 관평천 빗물 오염 친환경 관리를 위한 현장 실험시설 개소식’을 가졌다.

이날 개소식에는 충남대 연구진을 비롯해 후원사인 KICT 그린리버연구단·국토교통부·대전광역시·유성구청 관계자, 참여기업 연구·실무진, 언론기관 관계자 등 30여 명이 참석했다.

   
▲ ‘초기강우 오염물질 제어 통합관리 시스템(ISTORMS)’을 적용한‘대전 관평천 빗물오염 친환경 관리를 위한 현장 실증시설 개소식’에 참석한 내빈들이 테이프 컷팅을 하고 있다. 오른쪽에서 세 번째가 ‘ISTORMS’를 개발한 서동일 교수.

이 연구는 국토교통부와 KICT가 후원하는 ‘자연형·친환경 소재를 활용한 하도(河道) 내 수질정화 기술개발’이라는 국가연구사업의 일환으로 진행되고 있으며, 충남대 환경공학과 수질모델링 및 수질관리실험실이 연구의 책임 설계·관리를 담당하고, ㈜엠큐빅과 ㈜플러스파운틴이 협력하고 있다. 연구는 아직 진행 중에 있다.

하천 내 지하공간 활용 오염물질 분류·유량 확보

충남대와 그린리버연구단이 개발에 성공한 ‘초기강우 오염물질 제어를 위한 통합관리 시스템’은 일기예보와 첨단 컴퓨터 기술을 이용해 오염물질의 양적·질적 특성을 사전에 파악하고 가장 더러운 강우 초기의 오염물질을 선별·분류하는 작업을 우선으로 수행한다. 그 다음 추가적인 에너지와 약품이 필요 없는 친환경 공법을 적용하는 데 있어 센서와 자동제어장치를 활용할 수 있는 통합관리 시스템을 적용하고 있다.

   
 

도시하천의 경우 강우에 의해 표면에 축적된 오염물질의 유입으로 수질문제가 발생하고 포장면적의 증가에 따라 지하수로 저장되는 수분이 감소하여 강우가 적은 시기에는 건천화(乾川化) 현상으로 하천의 유량이 유지되지 못하는 문제점이 발생한다. 이에 비점오염 부하를 줄이고 건천화에 대응하기 위해 유량을 확보해야 하는 다소 상반된 두 가지 해결방안이 요구되는 상황이었다.

연구진은 이러한 문제에 대한 대책의 하나로 하안(河岸), 둔치 등 하천 내 지하공간을 활용하여 초기강우에 의한 오염물질을 분리하고 일시적으로 저류하여 최소한의 유량을 확보하는 기술을 제안코자 했다. 이번 연구에서 개발한 ‘자연형 수질정화 시스템’은 중력으로 작용하여 에너지 요구도가 없으며 약품을 사용하지 않아 환경에 부작용을 일으킬 우려가 없다.

하안·둔치 등 하천 내 지하공간 활용 강우 시 오염물질 분리·일시 저류
중력식 작용으로 추가 에너지 들지 않고 약품 투입 없어 환경 부작용 최소화
첨단 ICT·ET 통해 빗물의 유량·수질 자동측정…하천 건천화 개선 기대

유역 모델링·원격 모니터링 등 첨단기술 활용

초기강우는 사전에 일기예보와 유역 모델을 통해 양적·질적 수준이 계산된다. 이 결과에 의해 시설의 운영계획을 자동으로 결정하고 각종 자동 센서들을 이용하여 자동·원격 제어를 통해 운영된다. 처리용량은 사전 조사를 통해 결정되며, 극한 상황에서 시설용량을 초과하는 원수는 자동 개폐(開閉)장치에 의해 유입이 차단되고 하천으로 직접 방류된다.

처리시설 내의 원수는 모두 중력을 통해 이동하며, 대형 협잡물 제거 목적의 원심분리나 스크린 등의 시설을 통과한 후 초기 강우가 저류되어 침강에 의해 처리된다. 주로 슬러지를 분리하여 저장하는 호퍼를 이용하여 제거되며, 추가 처리가 필요한 경우에는 사용 가능한 친환경 폴리프로필렌 섬유필터를 이용하는 여과장치가 설치된다.

   

또한 하천으로 유량을 공급하기 전 제방의 식생 등을 이용하여 난분해성 물질을 제거하는 등 수질의 추가 제어가 가능하다. 이 연구는 자연의 자정작용을 최대한 활용하기 위해 4차산업혁명 시대에 걸맞은 첨단 기술을 적용하고자 했다.

주요 첨단기술은 △일기예보 자료를 이용하여 초기강우의 유량과 수질변화를 예측하는 유역 모델링 △원수와 시설의 유량과 수질을 실시간으로 관찰하는 자동모니터링 △용량과 필요에 따라 밸브나 시설을 자동 또는 원격지에서 제어하는 등의 하드웨어(HW)와 소프트웨어(SW)를 융합하여 사용하는 기술로서 ‘ISTORMS(Integrated Stormwater Runoff Pollutant Management System)’라는 하나의 제어 시스템으로 유지 및 관리가 이루어진다.

환경 부작용 없어 상용화 시 하천 수질개선 기대

ISTORMS 시스템은 대전광역시 관평천(官坪川)의 수질 및 환경보호를 위해 첨단 IT(정보통신 기술), 원격제어 및 첨단소재 등의 ET(환경기술)를 융합하여 빗물의 유량과 수질을 자동으로 측정하고, 하천에 유입되는 오염물질을 자연 에너지와 친환경 소재를 이용하여 저감하며, 하천의 건천화를 개선하고자 개발된 시스템이다.

이 기술을 활용하여 자연에 대한 부작용 없이 최대한 효율적으로 오염물질을 제어하고 하천의 건천화 현상을 줄이는 데에 기여할 수 있을 것으로 예상되며, 향후 전국적으로 보급되어 우리나라 하천 수질개선에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

   
▲ 서동일 교수가 개소식에 참석한 내빈들에게 ‘초기강우 오염물질 제어 통합관리 시스템’을 이용한 처리 과정을 설명하고 있다.

서동일 교수는 “강우에 의해 유입되는 오염물질은 하천을 따라 대(大)하천으로 흘러 들어가 4대강 오염의 주범이 되고 있는데, 이번에 개발한 시스템은 그것들을 제어하는 시설”이라며 “중력식으로 작용하기 때문에 추가 에너지 소요가 없고, 약품을 전혀 쓰지 않기 때문에 환경에 부작용이 없다는 것이 장점으로 친환경적인 하천관리가 가능해져 앞으로 많은 보급을 통해 맑은 강과 하천이 관리가 될 것이다”라고 강조했다.

김규호 그린리버연구단장은 “이번 프로젝트가 향후 성능이 보장되고 기술 개발이 확장되면 전국의 중·대규모 하천 유수지의 수질과 생태환경이 개선되는 계기가 될 것”이라며 “특히 수량과 수질이 동시에 확보됨으로써 지역주민들이 쾌적한 환경 공간을 누릴 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.

‘초기강우 오염물질 제어를 위한 통합관리 시스템(ISTORMS)’은 6개의 국내 특허 보유와 함께 다수의 국내외 학술논문으로 발표됐다. 앞으로 녹색신기술인증을 신청하여 전국적으로 보급할 계획을 갖고 있어 이 기술 적용에 따른 소하천의 수질개선으로 중규모 하천 및 4대강 수질개선에도 기여할 수 있을 것으로 기대된다. 

[취재·정리 = 배철민 편집국장·동지영 기자]

[『워터저널』 2017년 12월호에 게재]

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