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인니 KIT, 카르스트 지역 수자원 공급 개선
2014년 11월 06일 (목) 16:51:19 워터저널 webmaster@waterjournal.co.kr


인니 KIT, 카르스트 지역 수자원 공급 개선

독일 연방교육부 연구원과 협력해 물 분배기술 개발…하수도 처리
지하동굴을 물 저장시설로 사용…정수처리 후 8만명에게 공급



인도네시아 구눙끼둘(Gunung Kidul) 지역에서는 음용수를 구하기 힘들다. 카르스트 지역(karst area)에서 빗물은 지하로 신속하게 배수되어 지하동굴 시스템에 축적되지만, 사용되지 않은 채 그대로 해양으로 흘러 들어간다.

이에 몇 년에 걸쳐 인도네시아 KIT 소속 연구진은 통합적 수자원관리(IWRM, Integrated Water Resources Management) 프로젝트 하에 독일 산업 파트너와 협력하여 이러한 물을 추출하고 분배하는 기술을 개발했으며, 물을 처리하고, 수질을 확보할 뿐만 아니라 하수처리 방안까지 수행했다. 이 새로운 기술과 개념은 다른 카르스트 지역을 위한 모델로 작용할 계획이다.

독일 연방교육부(BMBF, Federal Ministry of Education and Research)가 지원한 IWRM 인도네시아와 협력 프로젝트 아래, KIT 수압 파쇄 공학 전문가들은 지하동굴 동력기지(underground cave power station)를 건설했으며, 연구진은 카르스트 동굴에 물을 채우는 데 성공했다.

2010년 연구팀은 인도네시아 당국에 동굴 동력기지를 양도했다. 이 플랜트는 8만 명의 인구에 물을 공급할 수 있다. 수처리와 수질 확보를 위해 부분적인 프로젝트를 지휘하는 미생물학자인 Ursula Obst를 필두로 중앙식, 반중앙 집중식 및 국부적인 수처리를 위한 방법을 개발하고, 분배 네트워크를 통해 가정에 청정한 상태의 물을 공급했다.

동굴의 분배 네트워크로 유입되는 탁한 물질을 거르기 위해 먼저 모래로 물을 여과한 다음 수돗물에서 박테리아를 제거한다. 이 목적을 수행하기 위하여 KIT 연구진은 워노사리(Wonosari, 인도네시아 중부 자와 남쪽에 있는 도시) 병원에 시범 플랜트를 구축했다.

이곳에서 UV 복사와 염소 추가, 세라믹 막 과정을 거쳐 물에 포함된 박테리아가 다른 물질 사이에서 제거됐다. 그러나 이러한 방법에는 고전압 전류가 필요하기 때문에 주로 학교와 병원 같은 도시 시설에 적합하다.

   
▲ 새로운 기술을 거주민과 사용자에게 친숙하게 만들기 위하여 내부에서 일어나는 하수처리를 설명해주는 시범 플랜트 용기 위에 그려진 그림.

반면, 동력이 부족한 마을의 경우 훨씬 더 단순한 기술이 필요하다. 거주자들은 지역 내에 형성된 웅덩이에서 빗물과 수돗물을 공급받는데, 동물과 식물이 개방된 웅덩이를 오염시킬 위험이 있다. 따라서 연구팀은 비가 오지 않을 때는 웅덩이를 덮어줄 것을 권고했다.

또 과학자들은 물을 이용할 때 먼지와 탁한 물질을 거르는 모래 여과지를 설치했다. 사용 전 주민들은 매우 작은 구멍을 가진 토분(clay pot)을 이용해 물을 다시 여과시킬 수 있는데, 이러한 구멍을 통해 배출되는 물은 음용에 적합하다. 토분은 연구진이 제시한 특성에 따라 지역 재료를 사용하여 인도네시아 도공이 제조했다.

수질을 관리하기 위해 과학자들은 다소 단순한 방법을 적용했다. 사용자들은 작은 물 시료를 수거해 특정 장내 세균만을 활성화시키는 영양 물질인 효소기질(enzyme substrate)과 혼합한다. 만약 장내 세균이 물에 포함되어 있다면 장내 세균은 기질을 전환시켜 육안으로 식별이 가능한 노란 색으로 변하게 된다. 이에 물이 오염됐을 경우 정화 단계에서 확인할 수 있고, 필요에 따라 여과 시스템이 작동된다.

구눙끼둘 지역에는 아직까지 하수 시스템이 갖추어지지 않았다. 다른 부분적인 프로젝트의 작업 틀 내에서 수생 환경 공학 전문가인 Stephan Fuchs가 이끄는 KIT 연구진은 폐수와 폐기물 처리 지역에서 연구를 수행했다. 산업 파트너와 협력을 통해 도시를 위한 중앙식 공정을 개발하고 워노사리 병원에 두 번째 시범 플랜트를 건설했다.

파이프라인 시스템으로 병원의 배설물 슬러지는 2단계 무산소성 반응기(unaerobic reactor)로 투입되어 바이오폐기물과 혼합된다. 무산소성은 산소 없이 분해 공정이 일어나는 것을 의미한다. 박테리아는 혼합물을 분해하고 에너지가 풍부한 기체인 메탄을 생성하는데, 이후 이러한 메탄은 병원의 부엌에서 가스난로를 사용하는 데 적용됐다.

또, 남아 있는 고체는 인근 들판에 비료로 사용됐다. 미래 연구진의 비전은 도시 지역에 설치되어 있는 이러한 플랜트가 탱크 차량에 의해 작동되어 지속가능한 위생 방안을 마련하는 것까지 도달했다.
카르스트 마을에 정화조가 없는 경우는 허다하다. 화장실은 구덩이 위에 위치해 있으며 필요할 경우 이동시킨다. 그렇기 때문에 특히 카르스트 지역에서는 강력한 강우가 발생하면 세균이 지하수로 유입될 위험이 높다.

이에 Pucanganom 지역에서 연구팀은 15가구의 화장실 오물을 처리하는 시스템을 설치했으며, 가축의 분뇨를 3개의 바이오가스 시설에서 처리했다. 유기 폐기물은 1개월 이내에 바이오가스와 비료로 전환되며, 가스는 파이프라인 시스템을 통해 인근 주택의 가스난로에 직접 전달된다. 또, 남아 있는 슬러지는 건조시켜 비료로 사용한다. 오물을 이용해 가스를 생산하고 비료로 재활용해 효율성을 높였다.

KIT 연구진은 대중을 위한 정보와 지침을 제공하기 위해 플랜트 운영자를 위한 세미나를 계획, 플랜트를 운영할 것으로 여겨지는 인도네시아 기술자들에게 영어와 인도네시아어로 기술되어 있는 매뉴얼을 제공했다. 이에 인도네시아 사람들은 모델 플랜트를 운영할 수 있을 뿐 아니라 다른 카르스트 지역에 기술을 전수할 수 있게 됐다. 

[출처 =KISTI 미리안『글로벌동향브리핑』2014년 10월 17일 / 원문출처 : http://phys.org/news/2014-10-karst-areas.html]
 

[『워터저널』 2014년 11월호에 게재]

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