해외취재

② 후쿠오카 하수 재이용 시설 견학기

후쿠오카시, 하수 재생수 이용 의무화

1978년 대가뭄 겪은 후 ‘절수형 도시’ 조성에 주력
중부·동부 하수처리센터서 하루 1만㎥ 재생수 생산
재생수 수질기준, 상수도 기준처럼 엄격…요금은 저렴 

행사 첫째날인 12월 2일에는 후쿠오카 우미노나카미치 나타(海の中道 奈多) 해수담수화센터(일명 마미즈피아)를 방문한 데 이어, 아크로 후쿠오카 세미나실에서 ‘상하수도 처리기술 연수회’가 있었다. 둘째 날(12월 3일)에는 후쿠오카 중부하수처리센터 재생수시설을 견학했으며, 셋째 날(4일)에는 오이타(大分)현 벳부(別府)시 아사미(朝見) 정수장을 시찰했다.

본지는 선진 수처리 시설 견학기와 상하수도 처리기술 연수회에서 발표된 내용 등을 지난호부터 2회에 걸쳐 게재하고 있다.  [글·사진 = 배철민 편집국장]
 

‘2014 상하수도 처리기술 연수회 & 선진 수처리시설 시찰’에 참가한 35명은 12월 2일 오후 후쿠오카시 히가시구 오아자 나타(福岡市 東區 大字 奈多)에 있는 ‘우미노나카미치 나타(海の中道 奈多) 해수담수화센터’를 견학한 데 이어 12월 3일 오전에는 후쿠오카시 주오구 덴진(福岡市 中央區 天神)에 소재한 중부 수처리센터 하수 재이용 시설을 방문했다. 1966년 7월부터 가동을 시작한 중부 수처리센터는 혐기호기활성오니법으로 하루 34만8천 명이 배출한 하수 30만㎥를 처리하고 있다. 

후쿠오카시 도로하수도국 소속 사사끼 도모유끼(佐佐木 友幸) 재생수추진계장 등은 비가 내리는 가운데 시찰단 일행을 중부 수처리센터 정문에서 반갑게 맞이하며 강당으로 안내했다.  그리고 파워포인트 프레젠테이션을 띄워 △1978년 후쿠오카 대가뭄 △대가뭄 이후 ‘절수형 도시 만들기’ 사례 △재생수를 이용한 하수도 사업 경위 등에 대해 다음과 같이 설명했다.

대가뭄을 겪은 후쿠오카시는 1979년 2월에 「후쿠오카시 절수형 수자원 이용 등에 관한 조치요강」을 제정하고 ‘절수형 도시 만들기’에 본격 나서 다음과 같은 조치를 취했다. 첫 번째는 절수기기를 공급한 것으로, 대표적인 절수기기로는 ‘절수 화장실’이 있었다.

1965년 20L의 물이 필요하던 양변기가 일반적이었지만 2000년대에는 8L의 물만으로 사용이 가능한 양변기가 상용화되었는데, 더 적은 물로 작동하는 것이 가능했던 이유는 외부로 노출되어 있던 물탱크를 변기 안쪽에 위치하도록 설계했기 때문이다.

이 외에도 수도꼭지에 설치하는 ‘절수 팽이’가 있다. 절수 팽이는 절수 프레임을 대체해 1분당 최대 6L를 절수할 수 있는데, 보통 팽이는 내부에 돌출부가 없어 압력이 낮고 수도꼭지를 사용하면 많은 양의 물이 흘러나오지만, 내부 돌출부가 있는 절수 팽이는 압력을 증가시켜 보통 팽이를 사용할 때와 비슷한 수압으로 수도꼭지를 사용할 수 있다.

두 번째로는 ‘절수형 도시 조성’을 지향하고, ‘정수장 상호간 유량조정’과 ‘시내 배수관의 수압조절’을 목표로 1981년에 물관리센터를 설립했다. 물관리센터에서는 원격감시제어를 통해 배수컨트롤을 실시하여 시내의 수압, 유량, 물의 흐름 방향, 전동밸브 개도(開度) 등을 실시간으로 파악해 제어할 수 있어 효율적이고 안정적으로 물을 공급할 수 있도록 했다.

세 번째로는 절수의식을 고양(高揚)시켰다. 대가뭄을 겪은 이듬해인 1979년 6월 1일을 ‘절수의 날’로 정하고, 물의 순환을 모티브로 한 절수 심볼 마크를 제정했으며, 매년 6월부터 8월까지 물을 많이 사용하는 여름철 기간에 절수 캠페인을 대대적으로 펼쳤다. 또 전 가구에 홍보물 배포, 초등학생을 위한 물절약 실천 학습자료 발행, 수도시설 견학 등 연중 홍보활동 등을 통해 ‘한정된 물을 소중히 아껴 쓰자’라는 절수의식을 지속적으로 가질 수 있도록 노력했다.

5천㎡ 이상 대형건축물 잡용수도 설치 의무화

네 번째로는 광역순환형 잡용수도를 보급했다. 1979년 8월 7일 ‘하수처리수 순환이용 모델사업’을 시작으로 광역순환형 잡용수도 공급을 1980년 6월 1일 개시했다. ‘하수처리수 순환이용 모델사업’은 도시의 안정된 수자원인 하수처리수를 화장실 세정용, 식물 살수용으로 재이용하는 것으로, 현재는 ‘재생수 이용 하수도 사업’으로 불린다.

잡용수도는 광역순환형, 개별순환형, 비순환형이 있다. 광역순환형은 하수가 하수도국 수처리센터로 이동하면 수처리센터에서 재생수를 생산해 사용처에 보급하는 형태인 반면, 개별순환형은 하수를 외부로 배출하고 세면대의 잡배수만 건물 내 수처리 설비에서 소독해 재생수로 보급한다. 비순환형은 건물 밖에서 끌어온 빗물이나 우물물이 건물 내 수처리 설비를 거쳐 재생수로 이용되도록 하고 있다.

2003년에는 바닥면적 5천㎡ 이상의 신축 대형 건축물에 대해 빗물과 재생수를 이용한 잡용수도 설치를 의무화하고, 시민에게 절수를 위한 협력을 요청하면서 물의 안정적인 공급을 도모하며 친환경적이고 가뭄에 강한 도시를 조성하기 위해 일본 최초로 「절수추진조례」를 만들었다.

사사끼 도모유끼 계장은 “1978년 대가뭄 이후 물의 안정적 공급을 위해 다양한 노력을 한 결과, 1994년에는 1978년을 밑도는 강수량에도 불구하고 총 급수제한시간은 40% 정도 감소했으며, 급수차도 출동하지 않았고, 특히 후쿠오카 관구기상대 관측사상 3번째로 강수량이 적었던 2005년에도 제한급수는 없었다”고 말했다.

406개 시설에 하루 6천여㎥ 하수 재생수 공급

후쿠오카시의 재생수 공급구역은 1천421㏊에 이르고, 재생수관은 중부에 약 76㎞, 동부에 28㎞가 설치되어 있다. 2013년 기준으로 재생수가 공급되는 시설은 406개이고, 하루평균 송수량은 5천400㎥, 하루 최대 송수량은 6천700㎥이다.

1979년 6월 재생수 공급을 시작한 중부지구 재생처리 시설의 계획공급량은 하루 기준 1만㎥이다. 다만 현재 능력으로는 8천500㎥만을 처리할 수 있다. 처리공정은 응집침전-오존-모래여과-염소소독-섬유여과의 과정을 거친다.

2003년 7월 재생수 공급을 시작한 동부지구 재생처리시설의 계획공급량은 하루 1천600㎥로 현재 같은 양(1천600㎥/일)을 공급하고 있다. 처리공정은 응집침전-오존-생물막여과-염소소독을 거친다. 동부지구 시설에서는 중부지구 시설의 모래여과 대신 생물막여과 과정을 채택하고 있다.

재생처리시설에서 하수는 다양한 처리과정을 통과해 재생수로 탄생한다. 가장 먼저 응집침전처리 과정에서 하수처리수에 응집제를 첨가해 불순물을 침전시킨 후, 전섬유여과 과정에서 응집침전 처리한 물을 섬유여과기에 통과시켜 작은 부유물을 제거하고, 오존처리 과정으로 이동시킨다.

오존처리 과정에서는 전섬유여과 처리수에 오존을 반응시켜 산화력을 이용해 탈색·탈취를 한다. 마지막으로 염소소독·급수가압 과정에서는 차아염소산나트륨으로 살균·소독하고 펌프로 가압한 후, 시내로 배수하기 전에 섬유여과기를 통과시키는 섬유여과 과정을 통해 수질을 안정·향상시킨다.

수질기준 충족한 재생수, 수돗물보다 저렴

이렇게 생산된 재생수는 탁도·색 등 외관, 냄새, pH(수소이온농도), 대장균, 잔류염소 등의 수질기준을 통과해야 공급될 수 있는데, 국토교통성은 안전하고 쾌적한 재생수 확보를 위해 「하수처리수의 재이용 수질기준 등의 매뉴얼」에서 수질기준과 시설기준을 제시하고 있다. 예를 들어, 재생수는 외관과 냄새가 불쾌하지 않아야 하고, 대장균이 검출되지 않아야 한다. 또, pH는 5.8∼8.6으로 유지되어야 하며, 잔류염소가 남아 있어야 한다.

아울러 후생노동성은 「건축물의 위생적 환경 확보에 관한 법률」(건축물 위생법, 건물 관리법)에서 건축물 유지·관리에 관해 위생상 필요한 사항을 지정하고 있다. 특히, 후쿠오카시는 「재생수 이용 하수도 사업에 관한 조례」를 제정하여 재생수 이용 시의 절차나 요금을 규정하고 있다.

후쿠오카시의 상수도 요금은 10㎥/월까지는 ㎥당 175엔이지만 누진요금체계에 따라 11∼30㎥는 243엔, 31∼100㎥는 335엔, 101∼300㎥는 416엔, 301∼1천㎥는 497엔, 1천㎥ 이상은 ㎥당 542엔이 부과되므로 많이 사용할수록 ㎥당 요금은 더욱 비싸진다. 

재생수 요금 역시 누진된 체계에 의해서 부과되지만, 기본요금이 없으며 100㎥까지는 ㎥당 150엔, 100㎥ 이상 300㎥까지는 300엔, 300㎥ 이상은 월 350엔/㎥으로 수돗물보다 낮은 요금이 부과되고 있다.

‘2014 상하수도 처리기술 연수회’도 함께 실시

지자체, 재정 악화로 부채 증가…악순환 반복

특히, 상수도 요금이 물가 억제 수단으로 이용됨에 따라 원가 대비 낮은 수준을 유지하면서 요금 현실화율이 낮아지고 만성적자 등 경영 악화를 가져왔다. 이로 인해 매년 손실이 증가해 지방재정에 부담이 되면서 열악한 재정환경으로 시설투자가 저조해지고 결과적으로 서비스 질이 저하돼 주민 불만이 발생하는 악순환이 반복되고 있다.

하수도 사업 운영은 크게 지자체 공무원이 시설을 직접 운영하는 지자체 직영방식과 공사 또는 공단을 설립하여 운영하는 간접경영방식, 시설운영만 민간기업에 이양 혹은 위탁하는 민간위탁 운영방식 등으로 구분되며, 상수도사업과 마찬가지로 요금 현실화율이 낮아 경영 적자가 심각한 상황이다.

정부는 이러한 문제를 해결하기 위해 요금정책 변경, 수도요금 조정, 공기업의 경영 효율성 제고 등 상하수도 요금 정책 선진화 방안을 추진했다. 또한, 수도요금의 정책 변경을 통해 서비스 질 향상 및 효율성 제고를 위한 요금현실화를 실현하고 상하수도 원가 절감을 통한 경영합리화로 경영을 개선했다.

하지만, 근본적으로 수도요금체계 개선을 통한 경영개선으로 물산업의 경쟁력을 강화해야 한다. 현행 수도요금 체계는 사용자 부담능력 위주의 요금체계로 소비자간 요금형평성이 결여되어 있어 원가의 합리적인 배분에 충실한 요금체계로 전환해야 하며, 소비자 패턴에 맞는 선택요금제로 개선해야 한다.

체계적 투자관리로 서비스질 향상시켜야

아울러 상하수도 경영실태 공개를 위한 주민 설명회를 개최해 자치단체별로 지역 여건, 상하수도 요금 현황, 적자, 부채, 요금 적정화 계획 등 상하수도 관련 정책을 설명하여 의견을 수렴하고 상하수도 적자운영에 대한 주민 공감대를 형성, 확산하고 있다.

김길복 소장은 “상하수도 수도사업은 지금까지 경영이 아닌 지자체 고유의 행정사무로 인식돼 왔다”면서 “하지만 수도는 국민의 삶의 질과 밀접하게 연관된 만큼 유지관리를 위한 정보 시스템의 표준화, DB 구축 통한 체계적인 계획 및 투자관리를 수립하여 수도 서비스 공급의 지속가능성을 높이고 서비스 질을 향상시켜야 한다”고 강조했다.  

파손이력분석 등 4가지 방법 이용 노후도 진단

3D 레이저 영상분석 통해 부식상태 평가

또한, 파손확률·회귀분석 방법은 관 파손이나 관종, 매설년수, 토양부식성 하중 등 각종 영향인자에 대한 자료들과의 통계적인 상관성을 이용해 평가하며, 구조적 안정성 평가 방법은 관의 부식속도 등을 이용하여 부식 깊이, 물리적 강도 약화를 추정하고 관의 안전율을 고려해 개량 우선수위를 결정한다.

관의 상태평가 및 진단을 위해 장거리 이송형 진단시스템, 부단수 관로 내시 진단시스템이 대표적으로 사용되고 있다. 장거리 이송형 진단시스템은 진단 센서부에 마이크(Microphone)를 장착해 소리와 패턴을 식별하여 누수 여부를 판단하는 누수탐사 기술과, 극저주파를 이용한 송·수신기 통신을 통하여 관로의 위치를 파악하는 위치탐사(맵핑)기술, 상수도관 내시 진단 기술을 융합하여 부단수 공법으로 관로 상태를 진단하는 시스템이다.

부단수 관로 내시 진단시스템은 단수 없이 장비를 설치하여 관로 내부를 화상 촬영 및 분석하는 기술이다. 3D 레이저 영상분석을 통해 관로의 부식도를 정밀 측정해 관로의 잔존두께를 계측하고, 데이터는 관로의 이력정보와 결합돼 별도의 DB로 관리한다. 이 자료는 향후 빅데이터 기법과 결합해 노후도 평가 및 자산관리 의사결정 자료로 활용된다.

노후 상하수도 관로 방치시 지반침하 유발

관의 상태평과 결과 기존관의 기능을 회복시켜 활용할 수 있는 경우나 교체가 곤란한 노선의 경우 관을 갱생한다. 갱생은 노후되거나 기능이 악화된 기존의 관을 교체하지 않고, 관로 기능 개선을 도모하기 위해 라이닝, 관산입, CIPP 등의 기술을 적용하여 신관 수준의 내구성을 회복하는 것으로, △기능이 악화된 관내의 부식생성물 제거 △관의 통수능력 회복 △기존 관의 수명연장 △적수발생 방지 등 수돗물의 2차 오염 방지 등을 위해 실시되고 있다. 

석영수 팀장은 “노후 상하수도 관로는 지반침하의 원인 중 하나이며, 단수, 수도사고 등 국민들의 생활에 밀접하게 연관되어 있는 만큼 지속적으로 점검, 평가해 상하수도 관로를 갱생하거나 교체해야 한다”면서 “평가 및 갱생에 사용되는 기술 또한 지속적으로 연구해 비용 효과적인 기술을 개발해야 한다”고 강조했다.

에코니티, 분리막 결합 부문 세계 유일 특허 보유

분리막 제조 기술은 크게 NIPS, TIPS, Stretching, TIPS와 Stretching 결합 부문으로 구분된다. NIPS 부문에서는 국내와 해외를 통틀어 많은 기업들이 기술을 보유하고 있지만, 그 외의 분야에서는 기술을 가진 업체가 거의 없다. 에코니티는 TIPS, Stretching, TIPS와 Stretching 결합 부문에서 각각 국내 유일하게 PP소재, PE소재, PVDF 소재의 특허를 가지고 있으며, 특히 결합 부문에서는 전 세계에서 유일하게 특허를 보유해 주목받고 있다.
CF-시리즈 개발…유지관리비 50% 절감

MBR(Membrane Bio Reactor) 공법은 생물학적 처리공정에 분리막을 적용함으로써 침전, 여과, 소독의 기능을 대체하고, 재이용이 가능한 우수 처리수를 생산하는 공법이다. 안정적인 처리수질을 확보하고, 처리공정의 집약화로 공사비 및 소요부지를 절감할 수 있으며, 처리수 재이용이 용이하다는 장점이 있다.

특히, 에코니티는 CF-시리즈 분리막을 개발해 전력비, 세정비, 막 교체비 등 유지관리비를 50% 절감, SBR, A2O 등 일반고도처리공정 수준 이하로 끌어내려 비용의 효율성을 이끌었을 뿐만 아니라, 슬러지 폐색을 기존 C-타입 대비 40%로 감소시켰다. 이와 함께 활성슬러지에 침지된 분리막의 내오염성도 강화됐으며, 내오염성 분리막 재질인 PVDF 재질에 친수화 공정을 추가하여 막오염을 최소화하는 데 성공했다.

E-타입, 총 공사비 32%·전력비 56% 절감 효과

새로 개발된 E-타입은 기존의 C-타입과 비교해 수투과량 및 송풍량, 비용 면에서 차이가 있다. E-타입은 상부 End-Free 타입으로 기존 제품 대비 수투과량이 1.5배 향상되었고, 모듈 물리세척 강화로 송풍량은 3배 감소했다. 기존에 비해 토목공사와 기계공사 비용을 각각 27%, 37% 절감해 공사비 합계를 총 32% 절감하는 효과를 가져왔고, 연간 유지관리비 또한 전력비의 56%를 절감했다.

E-타입의 국내 적용 실적으로는 대표적으로 부산 에코델타시티 공공하수처리시설이 있다. LH공사에서 발주한 이 공사는 하루 4만1천㎥ 시설용량이며 아직 설계 단계에 있다. 현재 가동 중인 시설로는 올해 1월 준공된 넥솔론이 있으며, 시설용량은 하루 1천600㎥이다.

해외 적용 실적은 2천840㎥ 용량의 미국 Anthem STP 분리막 교체사업과 17만㎥ 용량의 말레이시아 Jinjang Kepong STP 사업이 있다. 아울러 19만6천㎥ 용량의 대만 ChungLi STP(BOT) 사업 수주를 추진하고 있다.

국내 넘어 글로벌 분리막 기업으로 우뚝

2012년 10월에는 ‘캘리포니아 타이틀 22’ 인증을 획득해 국내업체로는 최초로 인증을 보유하게 됐다. 미국, 대만, 말레이시아, 카자흐스탄 등 세계시장을 개척하며 글로벌 기업으로서의 역량을 강화해 나가고 있다.

에코니티 서완석 전무는 “에코니티의 세계화 전략의 목표는 국내 No.1 분리막 회사, 세계 No.1 기술력 보유, 글로벌 기업이 되는 것”이라면서, 이를 위해 “MBR 등 하·폐수 재이용 국내 시장 점유율 1위를 달성하고, PVDF 가압식 및 침지식 분리막 시장을 확대하면서 시장 다각화를 이끌어 국내 및 세계 최고의 분리막 회사로 자리매김하겠다”는 포부를 밝혔다.

[『워터저널』 2015년 2월호에 게재]