특집   제31회 2019년 하반기 물종합기술연찬회

포항시·무안군, 환경부장관상 수상
(맑은물사업본부)(상하수도사업소)                                        
㈜에이치엔피테크·㈜한결테크닉스,
우수기술·환경기술 실용화 분야 최우수상

2019년 하반기 물종합기술연찬회 ‘물관리 우수 사례·기술 실용화 발표대회’서 시상

[우수사례] ‘물관리 우수사례 및 우수기술 실용화 발표대회’ 최우수상 소개

지난 9월 19일 포항 만인당 대회의장에서 개최된 ‘2019년 하반기 물종합기술연찬회’에서 ‘물관리 우수사례 및 우수기술 실용화 발표대회’ 시상식이 열렸다. 이날 발표대회에서는 △장재만 포항시맑은물사업본부 정수과 주무관(맑은물 공급 분야) △백창성 무안군 상하수도사업소 하수도시설팀장(업무개선 분야) △이복현 ㈜에이치엔피테크 대표이사(우수기술 실용화 분야) △김준영 ㈜한결테크닉스 대표이사(환경기술 실용화 분야)가 최우수상 수상자로 선정되어 환경부장관상을 수상했다. 4개 분야에서 최우수상을 받은 각 기관 및 기업의 우수사례를 소개한다.

 포항시 건강하고 안전한 물공급을 위한 추진사례
 장 재 만 포항시 맑은물사업본부 정수과 주무관

공단정수장 내 소독시설 개선사업 추진

■ 맑은물 공급 분야 최우수상  포항시는 공단정수장에 있는 소독설비 내 염소가스는 상당한 위험을 안고 있었다. 이 염소가스는 리터(L)당 1g만 유입되어도 모든 생명체가 즉시 사망하는 유독성 가스로, 공기보다 무거워 한 번 터지면 지상에 넓게 퍼지며 잔류시간이 길어 인근 지역으로 피해가 확산될 가능성이 높다. 게다가 부식성이 매우 높아 금속 구조물에 치명적인 부식을 입힐 수 있다.

이에 포항시 맑은물사업본부 정수과는 환경과 인체에 무해한 소독시설로 시설개선을 추진했다. 새롭게 구축된 친환경 소독시설은 우선 원료를 소금으로 저장하기 때문에 매우 안전하며, 현장에서 필요한 만큼 생산해 즉시 사용하므로 소독부산물로부터도 안전하다. 아울러 취급 시 인체에 닿아도 위험성이 없어 취급하기에 거부감이 없다.

게다가 소독을 통해 냄새와 맛이 상당히 개선될 수 있고, 소독 시 가성소다가 부산물로 형성되어 알칼리도 높여 적정 pH(수소이온농도)를 유지할 수 있다. 소독으로 관로와 설비에 부식이 발생하지 않는다는 장점도 있다. 이 밖에 염소가스는 법적 규제를 적용받지 않아 정수장 운영 효율이 향상되는 효과도 얻을 수 있다.

접착식 공법 대신 완속여과지 도입

한편 약성정수장의 기존 시설에 쓰이던 접착식 공법은 파손 등의 하자가 빈번히 발생하고 유해물질이 발생할 우려가 높았다. 이에 정기적으로 보수를 해야 했으며 유지관리하는 데 드는 비용 또한 높았다. 이 외에 여과사(濾過砂) 외 하반부 집수거 파손 등 노후화, 포항지진으로 각종 여과시설의 기능 저하 등의 문제점이 있었다.

이를 해결하기 위해 포항시는 기존의 접착식 공법 대신 완속여과지를 도입했다. 완속여과지는 내식성이 우수해 염소가스에도 스테인리스 부식의 염려가 없고 지진발생 등 자연 재해로부터 안전하다. 또한 유해물질이 발생하지 않으며, 무엇보다 시설 교체로 사용성과 공용기간이 늘어난 효과를 기대할 수 있다. 궁극적으로는 시민들에게 맑고 깨끗한 물을 공급해 시민들의 수돗물 만족도를 끌어올릴 수 있다.

이 밖에도 포항시는 시민들에게 깨끗하고 안전한 최고품질의 수돗물을 제공하기 위해 ‘음악이 흐르는 감성 정수장’을 운영해 수돗물에 대한 시민들의 불신을 해소하는 데 크게 기여했다. 정수장에 들어서면 새소리, 물소리 등 자연의 소리 방송과 조용히 흐르는 클래식과 재즈 선율이 방문객을 맞이하는데, 특히 이 클래식과 재즈 선율은 물 분자를 자극시켜 맛있는 물을 만들어낸다며 시민들의 반응도 좋다. 앞으로도 포항시는 자연과 시민을 생각하는 지속가능한 물관리를 추진해 시민이 신뢰하고 공감하는 상수도 운영을 추진해 나갈 방침이다.

앞으로도 포항시는 자연과 시민을 생각하는 지속가능한 물관리를 추진해 시민이 신뢰하고 공감하는 상수도 운영을 추진해 나갈 방침이다. 우선 지속적인 정수장 시설개선을 통해 깨끗한 물을 생산·공급하는 데 주력한다. 일차적으로 노후 정수시설의 성능을 회복시키고 정수장 운영시스템을 체계적으로 관리해 나갈 방침이다. 지방상수도 시행도 점차 늘려나갈 계획이다.

또한 시민들로부터 신뢰받는 건강하고 안전한 물을 생산하기 위해 수돗물 수처리시설 개량작업을 꾸준히 추진할 방침이다. 친환경 소독시설 설치 사업과 여과시설 개량사업을 지속적으로 추진하고, 미량 유해물질로부터 식수원을 보호하기 위해 수질 모니터링을 계속해서 시행할 계획이다. 재난이나 단수 등 비상 시 대비 급수체계도 확립해 나갈 예정이다.

침강성 악화 원인분석 및 개선점 도출 실험
백 창 성 무안군 상하수도사업소 하수도시설팀장

현장 조사·장단기 개선대책 마련해 수질 개선

■ 업무개선 분야 최우수상  무안군은 지난 2018년 대비 약 24%의 하수유입량이 증가한 후 생물반응조 슬러지의 침강성 악화현상이 발생했다. 이에 기 실험한 생물반응조의 침강성 개선방안을 토대로 2차 침전지의 계면관리와의 관계 등 처리수질을 개선하기로 결정했다.

무안군에 따르면 2018년 지역개발여건 변화에 따른 인구 유입 등으로 올해 들어 작년 대비 하수 유입량이 24% 정도 증가했다. 2019년 4월 기준 하수 유입량은 4천700㎥로 2018년 8월 기준 일평균 3천800㎥보다 900㎥가량 급격히 증가해 오염물질이 제대로 처리되지 않았다.

슬러지 침강성 또한 2018년 8월 기준 SV30(30분 슬러지 침강실험 시 부피) 45%에서 2019년 4월 95%까지 증가했다. 2차 침전 시 슬러지 계면은 2018년 8월 1m에서 2019년 4월 2.6m까지 증가했다. 2차 침전지의 유효고는 3.6m인데, 슬러지 침강성 악화로 A지의 경우 2.9m, B지의 경우 2.7m의 슬러지 계면이 형성되어 여유고가 1m 미만으로 운영되고 있음을 확인했다.

또한 무안군은 잇따른 하수유입량 증가로 인한 처리 수질의 악화 및 침강성 증가 등의 문제점을 안고 있었다. 이에 기 실험한 생물반응조의 침강성 개선방안을 토대로 처리수질을 개선하고, 무안공공하수처리시설에 ‘심바이오(SymBio)공법’을 도입하여 현장 조사와 장단기 개선대책을 마련해 수질 개선을 꾀했다. 

송풍기 활용 통해 슬러지 침강 문제 완화

무안군은 면적 295.8㏊의 무안공공하수처리시설에 하루 평균 3천600㎥, 하루 최대 4천500㎥를 처리할 수 있는 SymBio공법을 도입했다. SymBio공법은 하수를 처리하는 미생물 탱크에 세포 내 효소 물질을 측정할 수 있는 센서를 설치해 고도 처리하는 대용량 하수처리 신(新)공법으로, 기존 공정보다 설치운영이 간편하고 비용이 대폭 절감된다.  

생물반응조 슬러지의 침강성 악화 현상은 기 실험한 생물반응조의 침강성 개선방안을 토대로 한 2차 침천지의 계면 처리 등으로 수질 개선을 도모했다. DO(용존산소)미터를 사용해 생물반응조 운전 DO를 조사한 결과, 폭기 시 최고 DO농도 0.6㎎/L로 공기공급이 불충분한 것으로 나타났다.

공기공급량 부족 현상은 송풍배율 조사를 통해서도 확인됐다. 정상적인 조건에서의 송풍 배율이 4∼7배 정도에 반해 2.8배 정도 낮게 나타났는데, 이는 낮은 DO로 인해 침강성 악화가 발생될 수 있고 고부하 지속 또한 침강성 악화의 원인임을 발견했다. 또한, 유입유량이 증가함에 따라 유입부하 또한 증가함을 보였으며, 이로 인해 질산화효율도 저하되는 현상을 확인했다.

이에 무안군은 송풍기 2대를 운영해 침강성 악화 개선을 꾀했다. 송풍기 운영으로 부하에 충분한 공기를 공급한 결과 슬러지 침강성(SV)이 95%에서 40%까지 개선됐다. 이는 송풍기 운영 시에도 유입 부하의 변동에 따라 적정한 공기공급이 필요한 것으로 사료되며, 송풍 배율은 4에서 5 수준이 적정하다는 것을 알아냈다. 뿐만 아니라 수처리 시 수면 위에 생기는 부유물인 스컴의 발생도 송풍량 부족에 따른 원인일 수 있으므로, 향후 충분한 송풍량을 공급해 스컴(scum)의 발생을 최대한 억제할 수 있을 것으로 기대된다. 

수도관 내 발생한 이물질을 제거하는 장치의 기술적 효과
이복현 ㈜에이치엔피테크 대표이사

수도관 세척 시 많은 인력과 장비 들어 비경제적
 
■ 우수기술 실용화 분야 최우수상  수도관은 각종 가정 등지에서 식수로 이용되는 것으로서, 하천을 흐르는 물이 정수장에서 정수처리를 거쳐 식수로 사용 가능하도록 정수 한 후 수도관을 통해 가정으로 공급된다. 그러나 교체되지 않은 노후 수도관은 관내 부식, 관석 발생, 이물질 발생 및 피복 벗겨짐 등으로 수질 오염의 주범이 되어 식수 안전을 위협한다.

환경부에 따르면 2017년 기준 우리나라 수도관의 총 길이는 20만9천여㎞로, 이 가운데 32.4%인 6만7천676㎞가 21년 이상 된 노후수도관이다. 16년에서 20년 된 수도관도 12.9%로 2만6천896㎞에 이른다. 특히 문제가 되는 건 이른바 '경년관'이라고 불리는 노후수도관으로, 더 이상 버틸 수 없을 만큼 오래 돼 부식이 심하고 사고 발생 위험이 큰 수도관을 말한다. 관의 성질에 따라서 30년 된 관일 수도 있고 25년 된 관일 수도 있는데, 우리나라에서 시급히 교체가 필요한 경년관은 전체 수도관 가운데 14%인 2만9천368㎞나 된다. 

수도관이 각 가정으로 공급된 후에는 수질 오염 기준치 초과 여부를 즉시 판단하기 어렵고, 많은 인력과 장비를 동반한 수작업으로 수질 오염 상태를 확인하고 세척 및 보수공사가 이뤄지고 있어 경제적으로 비효율적이다. 또한 작업이 어려워 많은 시간이 소요될 뿐만 아니라 공사로 인한 단수와 교통 불편 등으로 각종 생활 민원을 유발한다.

최근 들어 상하수도관 내부에 퇴적된 이물질, 녹 등을 제거하기 위해 피그(PIG)를 이용하는 스케일 제거 방식이 많이 사용되고 있다. 하지만 이도 세척구를 사용하거나 관을 절단한 후 피그(PIG)를 삽입하고 다시 연결하는 작업을 해야 하므로 청소를 위한 사전 작업이 힘들고 비용이 많이 드는 문제점이 있다.

이물질 포집 배출기로 단수 없이 세척구 점검 가능

㈜에이치엔피테크는 이러한 문제를 해결하기 위해 상수관 내 이물질(sludge)을 포집해 하수구로 배출하도록 특수 고안된 수돗물 오염방지 배관장치인 ‘이물질 포집 배출기’를 개발했다. 이물질과 혼탁수는 물보다 비중이 무거워 관의 바닥을 따라 서서히 흐른다. 송·배수관의 적정지점마다 이물질 포집 배출기를 설치하면 침전되어 천천히 흐르는 이물질과 혼탁수를 포집해 하수구로 배출함과 더불어 피그(PIG)세척, 플러싱(flushing) 등의 작업을 할 수 있다.

또한 단수하지 않고 송·배수관 내부 코팅의 박리를 유발하는 정수처리제 잔류성분, 급수 배관공사 중에 유입된 금속칩이나 토사 등과 같은 각종 이물질을 유속차를 이용해 관 내부의 와류방지판 및 정류벽에 의해 포집해 배출하는 등 다양한 기능을 가지고 있다. 대개 T이형관의 3방향, 4방향으로 수도관을 분기하는 것과 달리 S분기형인 3방향과 4방향을 사용해 변실이 커지는 것을 억제하고 세척구 및 점검구의 기능을 할 수 있어, 대형변실로 인한 관리 문제를 해결할 수 있다.

이 밖에도 수질계, 온도계, 압력계, 소방밸브, 공기변 등을 장착할 수 있다. 현재 이 장치는 벤처나라에 등록되어 있으며 한국농어촌공사와 지방자치단체에 주로 납품되고 있다.

현재 ㈜에이치엔피테크는 이물질 배출 시 부단수(不斷水) 이물질 배출기능으로 단수과정 없이 퇴수부를 개폐할 수 있고, 퇴수부에 일정 수준의 퇴적물이 감지되면 자동으로 퇴수부의 전동제수밸브를 열어 자동으로 이물질을 배출하는 스마트 오토매틱 기능을 갖춘 제품을 개발 중에 있다.

지하수 양수파이프(토출관)의 직진성 미확보로 인한 문제점 및 개선방안 기술연구
김준영 ㈜한결테크닉스 대표이사

얼라이먼트 보완한 지하수 토출관 이음매 장치 개발

■ 환경기술 실용화 분야 최우수상  지하수 이용량은 매년 증가하는 추세이며 지하수 고갈로 인해 개발 심도도 점점 증가하고 있다. 심도가 깊을수록 다수개의 양수 파이프가 안정적으로 연결되는 구조와 전원선 및 제어선의 마모, 단선에 대한 보호가 필요하나 이에 대한 제품 개발이 미흡하다.

기존 이음매 제품을 파이프에 용접 시, 직각도, 평행도의 큰 편차로 인해 파이프의 직선 시공이 어려우며, 각도 불량으로 인한 비틀림 현상으로 얼라이먼트(alignment)가 맞지 않아 케이블 등의 꼬임 현상이 발생한다. 「지하수법」에 정해진 수위측정관은 일부만 삽입되거나 미삽입되는 사례가 발생하는 등 잇따른 부실시공으로 인한 환경오염이 가중되고 있다.

이에 ㈜한결테크닉스는 지하수 양수파이프(토출관)의 직진성 미확보로 인한 문제점 및 개선방안을 연구해 케이블의 마모, 단선 등으로 인한 수중모터의 작동불량과 감전사고를 예방하고, 케이블의 꼬임 및 걸림현상을 방지하는 기술을 개발했다. 또한 이음매를 파이프에 용접 시 회전할 때 이음매를 지지하며, 승강기를 구동 제어하는 이음매지지 장치를 구비한 관정용 전용 자동용접설비를 개발·제조해, 이음매와 파이프의 직각도를 유지하고 파이프 연장에 따른 직진성 저하를 방지해 평행도를 확보했다.

효율적인 시공·용이한 사후관리로 예산절감 기대

평행도가 ‘0’에서 멀어질수록 파이프 양쪽 끝단의 소재와 용접이 잘못된 것으로, 조립 시 내벽에 부딪혀 수중케이블 등이 간섭을 받아 손상 가능성이 커진다. ㈜한결테크닉스 제품의 평행도는 0.5219로 타사의 3.6615, 3.8013보다 상대적으로 오차범위가 적은 평행도를 자랑한다.

각도 또한 ‘0’을 기준으로 편차가 클수록 수중케이블 등의 꼬임 현상이 발생하고, 수위측정관의 삽입이 불가능하다. ㈜한결테크닉스 제품의 플랜지 타입 결합 각도는 -0.8207로 타사의 11.3395, 10.2342보다 10배가량 편차가 낮았다. 소켓 타입도 타사의 71.1677, 17.2815에 비해 0.4808로 상당히 안정된 결과를 보였다.

㈜한결테크닉스의 기술은 보어홀에 설치하는 토출관 전용 이음매로써 수중케이블, 수위조절선, 수위측정관을 편리하게 설치할 수 있다. 또한 기존 인력에 의한 품질 불균일, 제품 수명 단축, 유지보수 비용 증가 등의 문제점을 해소할 수 있으며 제품의 표준화·규격화, 직진성을 확보할 수 있다. 물리적 충돌로 인한 피복 손상과 같은 고장을 예방하는 가드 형태를 갖추고 있어 시공이 효율적이며 사후관리도 용이하다.

시스템 적용 시 제품의 대량생산이 가능해 지하수 전용자재 뿐만 아니라 수도용 전문자재까지 산업분야를 확대할 수 있다. 양수파이프는 다양한 용도의 사용처가 있으나 현재까지 모두 비인증 제품이었다. 그러나 이번 시스템을 통해 제작된 제품이 KC인증과 지식재산권 등을 확보하게 되어 해당 시장의 점유율을 획기적으로 증대시킬 수 있다. 더불어 기존 제품 대비 유지보수 비용의 획기적 절감으로 지자체 및 공공기관의 전체 예산을 절감할 수 있으며, 시공의 효율성을 높임으로써 환경오염 저감도 가능하다.

 [『워터저널』 2019년 10월호에 게재]