지난 5월 12일 대구 국가물산업클러스터 글로벌비즈니스센터에서 개최된 ‘2022년 상반기 물종합기술연찬회’에서 ‘물관리 우수사례 및 우수기술 실용화 발표대회’ 최우수상인 환경부 장관상 시상식이 열렸다.

이날 ‘물관리 우수사례 및 우수기술 실용화 발표대회’에서는 △강명수 경상북도 맑은물정책과 주무관(상하수도 정책 분야) △최경철 부산광역시 상수도사업본부 주무관(맑은물 공급 분야) △이상헌 다이텍연구원 기업지원본부장(물기술 해외진출 분야) △김남현 롯데케미칼 책임(우수기술 실용화 분야) △함영준 ㈜동해 대표이사(우수제품 상용화 분야)가 분야별 최우수상 수상자로 선정되어 환경부장관상을 수상했다. 5개 분야에서 최우수상을 받은 각 기업·기관의 우수사례를 소개한다. 

2022년 상수도 사업 국비 1천335억원 확보

■ 상하수도 정책 분야 최우수상 경상북도는 지방상수도 시설의 확충과 안전한 먹는물 공급·관리 사업의 국비 예산을 확보하기 위해 지자체, 중앙부처, 국회와 유기적이고 원활한 공조체제를 유지하는 등 적극적인 노력을 기울여 왔다. 그 결과 2022년 상수도 분야 사업에 국비 1천335억 원을 확보하는 성과를 거둬 도민의 물복지 향상에 크게 기여했다. 

또한 2022년 지방상수도 현대화 추가사업에 공모해 4개 시·군이 최종 선정돼 국비 25억 원을 추가로 확보함과 동시에 노후정수장 시설 개량사업을 추진해 도민의 물복지 실현에 힘쓰고 있다.

이러한 노력으로 경상북도는 △노후상수도 정비사업 19개소, 790억 원(국비) △스마트 관망관리 인프라구축사업 18개소, 316억 원(국비) △지방상수도 비상공급망 구축사업 4개소, 75억 원(국비) △정수장 위생관리사업 10개소, 74억 원(국비) △고도정수 처리시설 설치사업 1개소, 43억 원(국비) △분산형 용수공급체계 구축사업 1개소, 16억 원(국비) △노후상수관로 정밀조사 지원사업 9개소, 10억 원(국비) △도서지역 식수원 개발사업 1개소, 7억 원(국비) △노후 옥내급수관 개선지원사업(신규) 436개소, 3억 원(국비) △상수원보호구역 주민지원사업 2개소, 1억 원(국비) 등 501개소, 1천335억 원 규모의 상수도 분야 국비 사업을 추진하고 있다.

아울러 환경부의 지방상수도 현대화 추가사업에 공모하기 위해 경상북도가 주관이 되어 도내 13개 시·군의 상수관로와 노후정수장 개량사업 14건을 발굴, 4개 시·군의 노후정수장 개량사업 4건이 추가사업에 최종 선정되는 쾌거를 거뒀다. 지방상수도 현대화사업은 노후된 정수장을 개량하고 상수관망 정비로 녹물·이물질 예방, 누수저감을 통해 안정적 수돗물 공급 및 수도사업 선순환 구조를 구축하는 사업으로 2024년까지 유수율 85%를 목표로 추진 중이다. 최종 선정된 4개 사업은 총사업비 1천20억 원(국비 510억 원) 규모로 2026년까지 순차적으로 지원되며, 올해에는 실시설계용역 등을 위한 사업비 50억 원(국비 25억 원)을 확보해 열악한 지방재정에 큰 도움을 줄 것으로 기대된다.

2022년 상수도 도비 보조사업 5건 추진…93억원 확보

또한 경북도는 수도정비기본계획과 상수도 확충계획에 근거한 균형발전특별회계 예산을 적정 배분해 상수도 보급률 향상을 위한 사업계획을 수립, 시행하고 있다. 2006년부터 84개소에 총사업비 6천170억 원을 투입해 농어촌 생활용수개발사업을 추진해 2015년 90.5%에서 2019년 92.9%까지 향상시켰다. 

특히, 경북도는 총사업비 262억 원을 투입해 의성군 통합정수장 설치사업을 추진, 노후화 정수장 3개소를 현대식으로 개체했다. 이 사업을 통해 취·정수장 7천㎥/일, 배수지 5천㎥을 설치해 수돗물 품질 확보는 물론 상수도 보급률을 2015년 75.6%에서 2019년 91.5%까지 높였다.

경북도는 면적의 70%가 산악지역으로, 이 지역 주민들은 지방상수도 공급이 어려워 2천506개소의 소규모 수도시설을 이용해 시설물 관리와 수원 확보에 어려움을 겪고 있다. 이에 경북도는 2006년 환경부 종합개선대책에 따라 연차적으로 소규모 수도사업 개량사업을 추진하고 있으며, 올해에는 15개소 대상 총사업비 79억 원을 확보해 △소규모 수도시설 관정 개발 △정수시설 설치 △관로교체 등 소규모 수도시설 개선 및 주민민원 해소를 위해 최선의 노력을 하고 있다.

또 △노후정수장 개선 △낙후지역 먹는물 수질개선 △지방상수도 노후관 정비 △누수감지시스템 설치 △소규모수도시설 보안시스템 구축사업 등 도비보조사업 5건의 계획을 수립, 추진했으며, 올해에는 143개소에 총사업비 93억 원을 확보해 경북지역 노후된 지방상수도 정수 능력 및 관로 개선을 위해 최선을 다하고 있다.

안전한 수돗물 공급 위해 재염소투입시설 18개소 설치

■ 맑은물 공급 분야 최우수상 부산광역시는 시민들이 안전하고 맛있는 물을 365일 안정적으로 사용하고 지속적인 수돗물 신뢰 구축을 위해 생산·공급체계 구축을 목표로 스마트 관망광리 시스템 구축사업을 추진하고 있다. 이 사업은 수돗물 공급 전(全) 과정에 ICT 기술을 접목, 물공급 과정에 대한 신뢰도 향상을 위해 상수관망 관리 시스템을 구축하는 사업으로, 부산시는 총사업비 400억 원을 투입해 올해 안에 마무리할 계획이다.

잔류염소가 많을 경우, 수돗물에서 소독약 냄새를 유발하고 발암물질인 트리할로메탄(THM)의 생성이 증가되며 잔류염소가 적을 경우, 콜레라·이질균 등 수인성전염병 가능성이 산재해 적정한 잔류염소 관리가 중요하다. 먹는물 규정상 잔류염소 기준은 4.0㎎/L이며, 부산시는 0.7〜1.0㎎/L를 유지해 공급하고 있다. 또한 잔류염소는 정수지에서 유량·수질 비례제어가 되지 않아 정수장별 잔류염소 농도 편차가 발생하고 있으며, 하절기 수온 상승 및 긴 배수관로로 인해 잔류염소 부족이 발생하고 있다.

이에 부산시는 수돗물 수질관리의 핵심은 탁도와 잔류염소 관리로 판단해 정수장에서 수용가 내 수도꼭지까지 실시간으로 관리할 수 있는 스마트 수질관리 시스템을 도입하기 위해 잔류염소가 부족한 18개 배수지에 재염소투입시설을 설치해 시민들이 믿고 사용할 수 있는 물을 공급하기 위해 최선을 다하고 있다. 1차 사업으로 수정산터널 배수지 등 8개소에 재염소설비 설치를 완료했으며, 주례2 배수지 등 11개소에 재염소설비 설치를 추진 중이다. 

기전시설물 중점 점검 실시해 원활한 수돗물 공급

부산시는 부산시 상수도가압시설의 핵심 시설로 48만 세대에 급수하고 있는 사상가압장의 노후 토출배관 정비 및 시설물 점검·보수·정비를 통해 시민들에게 안정적인 급수를 위한 전력 이중화 구축작업을 원활하게 수행했으며, 이에 따른 각 사업소별 기전시설물에 대한 중점 점검·보수·정비 병행을 통해 대형사고를 예방하고 원할한 수돗물 공급에 이바지하고 있다. 사상가압장의 토출배관 정비를 위해 수돗물 수요가 적은 야간에 급수전환을 실시했으며, 노후 밸브류를 교체했다. 또 설치 17년이 경과되어 가압장 내 수충격 발생 시 2차 사고발생이 우려되는 덕천가압장의 수충격탱크를 2021년 추가경정예산에 반영해 1호기는 교체 완료했으며, 현재 2호기 교체 작업을 실시하고 있다. 

이 외에도 부산시는 사업장 전력비 최소화 및 예산절감 실천을 위해 비효율 펌프모터 교체, 전기설비, 가압장 운영 방안 모색 등 정부의 국책사업과 발맞추어 저탄소 녹색성장 및 에너지 절약에 기여하고 있다. 아울러 동절기·해빙기·하절기·명절 전후를 대비해 노후되거나 사고에 취약한 기전시설물에 대해 중점 점검을 실시해 원활환 수돗물 공급체계의 유지 및 발전을 위해 이바지하고 있다.

국내 물기업 베트남 해외진출 기반 조성

■ 물기술 해외진출 분야 최우수상 다이텍연구원은 산업폐수처리와 재이용, 폐기물자원화에 대한 연구개발과 사업화에 매진, 국내 물기업과 협업을 통해 베트남을 중심으로 폐수처리 및 먹는물의 현지 보급과 사업화에 크게 기여했다. 

다이텍연구원은 염색폐수 고도처리, 하·폐수슬러지 자원화, 하·폐수 재이용 등의 기술을 보유하고 있으며, 과기부의 ‘취수원생태계 고도화를 위한 스마트 수처리 산업 육성’, 산업부의 ‘제균 및 전처리용 정밀여과급바이오 여과모듈개발’, 환경부의 ‘자가생성막활용 하·폐수 슬러지바이오가스화 시스템 실용화’ 연구과제를 수행하고 있다. 

또한 △KOLAS 인증 △수질측정대행업 △상용표준물질생산 등 3건의 기관 보유 인증과 △염색폐수 고도처리 △촉매산화수를 이용한 대기오염물질 중 입자상물질 분해 △석탄화력발전 보일러 설비용 염색폐수 슬러지의 연료화 장치 등 3건의 특허를 보유하고 있다.

특히, 해외에서 염색전용산업단지 조성과 이에 필요한 공업용수 정수장, 공동폐수처리장 설계, 운영에 관련된 상용화 기술을 국내 물기업에 지원했으며, 산업폐수처리 및 개도국 농촌지역의 먹는물 확보, 현지 여건에 맞는 적정 폐수처리기술을 보급하기 위해 시범사업 정수·폐수처리장 공사의 국내 기업 수주 지원, 국제공동연구개발사업을 수행하는 등 한국의 폐수처리 기술을 개도국에 전파해 국내 물기업의 해외진출 기반 조성에 기여했다.

베트남, 염색산업단지 조성 용역 성공적 수행

다이텍연구원의 해외시장 개척과 기술 실용화의 대표적인 사업 수행성과로, 베트남 염색폐수 처리를 들 수 있다. 베트남은 ‘코로나19’ 펜데믹 발생 전 섬유, 염색산업의 호황으로 한국, 중국에서 이전하는 업체수가 증가했으며, 염색폐수 발생량도 증가했다. 베트남 정부의 폐수 배출 기준 규제는 강도가 높은 편으로, 폐수처리 관련 기술과 운영 노하우가 부족해 많은 어려움을 겪고 있었다. 아울러 지구온난화로 해수면이 상승하면서 메콩강 및 지류 유역의 기수구역이 확대됨에 따라 강물의 염분 농도와 탁도가 상승돼 단순한 응집 침전만으로는 음용수나 생활용수로 사용하기 어려운 상황이다.

다이텍연구원은 2016년 1월부터 2020년 7월까지 베트남 떠어닌성(tp. Tay Ninh) 염색전용 산업단지 조성사업과 관련해 염색공단 조성 기본계획수립, 공업용수 정수·공동폐수처리장 설계 및 기술자문 컨설팅 용역을 성공적으로 수행했으며, 염색폐수를 물리화학적 전처리 없이 고효율적으로 처리할 수 있는 생물막 담체를 이용한 고효율·최적화 폐수처리공정을 개발, 염색폐수처리시설(2만㎥/일)에 적용했다.

또한 다이텍연구원은 베트남 메콩강 하류지역의 수계 오염 문제를 해결하기 위해 염분함유 원수의 유지관리가 용이한 현지 식물을 활용, 소규모 마을단위(30~50가구)에 적용 가능한 농촌지역 정수처리장치를 개발했다.

이 장치는 고탁도 처리를 위한 전처리여과필터, 파이프응집기, 경사판침전조와, 염분제거를 위한 다층여과(바이오 차), SWRO(해수 역삼투) 공정과 후단 살균을 위한 자외선 살균기, 염소주입 장치 순으로 구성되었으며, 평상시에는 100㎥/일, 건기에는 20㎥/일의 먹는 물을 생산할 수 있도록 제작해 벤째(Ben Tre)성 안토이(An Thoi)군 소규모 정수처리시설에 설치했다. 이를 통해 현지 주민의 안정적인 음용수 공급 및 삶의질을 개선함과 동시에 현지 사업화 기반을 마련했다.

분리막 제품 개발 및 상용화에 기여

■우수기술 실용화 분야 최우수상 롯데케미칼은 2011년 수처리분야 분리막 제조기술연구를 시작으로 2015년 2월 삼성SDI의 멤브레인 수처리 기술을 인수하면서 수처리 사업에 진출했다. 2018년에는 국가물산업클러스터에 500억 원을 들여 3만2천261㎡ 규모의 수처리 분리막 생산공장을 준공, 국가물산업클러스터에 1호로 입주했다. 

롯데케미칼은 최근 시장 트렌드로 부상한 고효율 저에너지 산기장치의 수요 증가에 발맞추어 △고효율 저에너지 산기장치 제품 개발 △신규 개발 제품의 보증 성능 및 최적 운전 조건 검증 △폐수 성상별 운전 조건 확보 통한 수요자 맞춤 적용 등을 목표로 연구를 추진했다. 

이 연구를 통해 롯데케미칼은 분리막 카세트 제품을 개발했다. 분리막 카세트 제품에 사용되는 모듈은 2015년 롯데케미칼이 자체개발한 중공사막 분리막을 적용했다. 중공사막 분리막은 장기간 안정적이고 경제적인 운전이 가능한 제품으로, 보강재를 적용해 강도가 뛰어난 것이 특징이다. PVDF(Polyvi nylidene fluoride) 소재를 사용하여 우수한 내화학성, 내오성을 자랑하며 0.03㎛의 작은 공극크기를 가짐으로써 오염물질, 부유물질, 콜로이드, 병원성 미생물 등의 제거 효율이 탁월하다. 

롯데케미칼의 분리막 카세트는 분리막 집적도 증가(표면적 40% 증대), 투과유량 증가(동일 면적 대비 25% 증가), 공기 사용량 저감(동일 면적 대비 20% 감속) 등이 특징으로, 중공사막 분리막을 적용해 모듈 헤더 두께를 기존 50㎜에서 33㎜로 슬림화해 모듈 내 공기세정 전달을 극대화(카세트당 Air 통로 수 50개 → 80개, 160% 향상)하고 슬러지 축적을 최소화했을 뿐만 아니라 박스(Box) 포집형 기술을 적용해 세정 공기 거대화 및 공기 소모량을 50% 감소시켰다.

실증화 위해 84㎥/일 규모 파일럿 설비 준공 

롯데케미칼은 에너지 소모 절감용 박스형 산기장치 파일럿 실증 및 성능평가와 수질변화 추이에 의한 장기 분리막 운전 데이터를 확보하기 위해 84㎥/일 파일럿(Pilot) 실증용 설비와 파일럿 설비를 2017년 9월 준공, 대구서부하수처리장 내 유량분배조의 유입하수(최대 150㎥/일)를 공급받아 실증평가를 진행했다. 

파일럿 운영을 통해 롯데케미칼은 기존 제품 대비 에너지 사용량 10% 이상 절감을 확인했으며, 박스형 산기장치 적용 및 조건 최적화와 유량이 50% 증가된 하수 MBR 공정 검증 및 운영자료를 확보했다. 아울러 사업 적용을 통해 외국에 의존하던 분리막을 대체할 수 있는 국산 분리막 성능을 확인해 수처리 사업 경쟁력을 확보했다. 

한편, 롯데케미칼은 2021년 4월 14일부터 같은 해 9월 30일까지 파주시 공공폐수처리시설(4만5천㎥/일)에 막모듈(SHU-2024) 3천690개, 카세트(SHC-S48M) 80개 등 분리막을 납품·설치하고 1개월 간 종합시운전을 진행했다. 그 결과, 처리수질 부유물질 3㎎/L 이하, 대장균수 1천개/㎖, 탁도 0.3NTU 이하 등의 보증기준을 탁도 0.16NTU, 부유물질 1.0㎎/L, 대장균수 20개/㎖ 등으로 만족했으며, 프로그램 개선을 통해 공기량 20%를 절감했다. 아울러 원수 유입량 변화에도 30LHM 처리 가능성 확인, 하수처리량 평균 3만3천㎥/일 규모에서도 안정적으로 처리할 수 있음을 입증했다. 

국내외 최초 수도용 나이프 게이트 밸브 개발

■ 우수제품 상용화 분야 최우수상 ㈜동해는 화력발전소에 사용되는 나이프 게이트 밸브(Knife Gate Valve) 전문 생산업체로, 20년간 나이프 게이트 밸브를 전문적으로 생산해오면서 시장 수요에 따른 기술개발과 품질 개선을 위해 투자와 노력을 기울였다. 그 결과, ㈜동해는 국내외 최초로 물, 오일, 가스 라인에 모두 적용 가능한 ‘수도용 나이프 게이트 밸브(소프트 시트 슬림 게이트 밸브, Soft Seat Slim Gate Valve)’를 개발하는 데 성공했다.

기존 나이프 게이트 밸브는 구조적 한계로 유체 잔유물이 적체되고 밀폐의 한계가 있는 등 유체라인에 제한적으로 적용됐다. ㈜동해가 개발한 제수밸브는 산업 전반에 적용되고 있는 게이트 밸브를 대체가 가능하며 슬림·경량화로 경제적 효과는 물론 성능도 기준 상향을 만족시키고 있다. 또한 적은 힘으로 작동이 가능하며, 유과경 하부에 이물질 적체 방지구조로 구성돼 주 고장원인을 해소했다.

슬림·경량화·시트교체 가능 구조로 경제성 확보

㈜동해의 수도용 나이프 게이트 밸브는 2019년에 중소벤처기업부 시범구매 제품으로 선정, 국내외 상하수도 시설, 환경설비, 농어촌 다목적 용수 공급 및 산업 전반에 공급하고 있다. 국내에는 대구상수도사업본부 달성사업소, 국가물산업클러스터 단지, 안동 정하배수지, 부산환경공단 하수종말처리장, 진주 하수종말처리장, 평택 고덕 폐수처리장, 경주 하수종말처리장 등에, 해외에는 베트남 ECOBA Environmental 하수종말처리장, 프랑스 TECOFI On-shore 머드라인 등을 비롯해 일본과 싱가포르 등지에도 활발히 수출하고 있다.

㈜동해의 수도용 나이프 게이트 밸브는 밸브 내부 개폐판(Disc)이 승하강하는 위치에 특허 디자인(특허번호 제1563464호)된 원형 소프트 시트(고무 쿠션 시트)를 삽입해 누설을 차단한 제품이다. 판재 개폐판을 적용해 좁은 면간(face to face) 거리 구조, 협소한 공간에서도 설치가 가능하다.

아울러 수도용 나이프 게이트 밸브는 밸브 하부 유체 잔류물 적체와 시트 누설로 라인 가동에 고질적인 어려움을 겪고 있는 물, 오일, 가스 또는 슬러지 혼합물 유체 라인에 적용이 가능해 기존 유체차단용 밸브에 대한 대체 효과가 우수하다. 또 유량 조절이 가능한 유일한 유체 차단밸브이며, 화재에 안전한 구조로 중요한 라인에 적용이 가능하다.

특히, 기존 제수밸브의 고질적인 문제점인 밸브 하부 유체 잔류물 퇴적을 방지하는 구조로 잦은 고장의 원인을 해소했으며, 밸브 차단을 위해 개폐판 차단 시 1차 소프트 시트, 2차 메탈 시트에 밀착되는 이중 실링(double sealing) 구조로 누설 없이 유체의 흐름을 차단한다는 장점이 있다. 고압에서도 유체 흐름을 차단할 수 있고 양방향 유체 제어가 가능하다.

㈜동해는 수도용 나이프 게이트 밸브 외에도 △나이프 게이트 밸브(Knife Gate Valve) △쓰리웨이 볼 밸브(3-Way Ball Valve) △사각형 슬라이드 게이트 밸브(Rectangle Slide Gate Valve) △롱 슬라이드 게이트 밸브(Long Slide Gate Valve) △스윙 게이트 밸브(Swing Gate Valve) △가변 오리피스 밸브(Adjustable Orifice Valve) △슬라이딩 게이트 스탑 밸브(Sliding Gate Stop Valve) 등 다수의 특수 용도 밸브를 개발해 국내외 시장에 제공하고 있다.

[『워터저널』 2022년 6월호에 게재]