특집  2019년 상반기 물종합기술연찬회

영덕군·부여군, 환경부장관상 수상
    (맑은물사업소)(상하수도사업소)                                       
㈜삼진정밀·㈜진행워터웨이,
우수기술·환경신기술 실용화 분야 최우수상

2019년 상반기 물종합기술연찬회 ‘물관리 우수사례·기술 실용화 발표대회’서 시상 

지난 2월 14일 강릉 호텔 탑스텐(Tops 10)에서 개최된 ‘2019년 상반기 물종합기술연찬회’에서 ‘물관리 우수사례 및 우수기술 실용화 발표대회’ 시상식이 열렸다.

이날 발표대회에서는 △조광운 영덕군 맑은물사업소 하수도담당(물관리 분야) △김영일 부여군 상하수도사업소 하수도시설팀장(업무개선 분야) △최승요 ㈜삼진정밀 기술연구소 과장(우수기술 실용화 분야) △박병천 ㈜진행워터웨이 연구소장(환경신기술 실용화 분야)이 최우수상 수상자로 선정되어 환경부장관상을 수상했다. 4개 분야에서 최우수상을 받은 각 기관의 우수사례를 소개한다.

 태풍 ‘콩레이’ 대응 및 상하수도 시설물 수해복구사례 
 조 광 운 영덕군 맑은물사업소 하수도담당

태풍 콩레이로 인한 복구비 1천235억원 확정

■ 물관리 분야 최우수상  영덕군은 지난해 10월 5∼6일 제25호 태풍 ‘콩레이’의 내습으로 큰 피해를 입었다. 중앙재난안전대책본부는 영덕군의 피해금액을 141억 원으로 산정하고 복구금액으로 1천235억 원을 확정했다.

영덕군이 운영 중인 상습침수구역 배수펌프장은 영덕·강구·우곡·오포 등 4개소이다. 최근 기상이변 및 기후변화로 국지성 집중호우가 빈번하게 발생하면서 우수기인 5월부터 10월까지를 특별관리 기간으로 지정하고 배수펌프장당 책임공무원을 2인씩 총 8명 배치하여 중점 관리했다. 이들은 비상시 시설 가동에 문제가 없도록 매주 전기와 펌프 상태를 점검했다.

이번 태풍 ‘콩레이’ 내습 시 태풍경보가 발령되자 책임공무원들은 현장에 상주 근무하며 수위변화에 맞춰 배수펌프장을 가동했다. 설계빈도를 넘어서며 배수펌프장이 일시적으로 침수될 정도로 많은 강우가 내렸으나 책임공무원들이 끝까지 현장을 지키며 빗물 배수펌프장을 안정적으로 운영했다. 그 결과, 강우가 끝나고 빠른 시간 내에 침수가 해결되어 태풍 피해를 최소화할 수 있었다.

2018년도 하수도정비 중점관리지역으로 선정

태풍으로 우수관로가 매몰되면서 추가 강우 발생 시 자연배수가 불가능한 상황에 이르자 영덕군은 태풍이 지나간 후에 즉시 준설차량을 투입하여 준설작업을 시행했고, 준설이 불가능한 지역에는 인력을 투입하여 신속히 응급복구를 완료했다.

나아가 영덕군은 동일한 침수 피해가 발생하지 않도록 대비책을 수립하고자 하수도정비 중점관리지역으로 지정될 수 있도록 환경부에 신청했고, 환경부는 영덕·강구 배수분구 지역을 ‘2018년도 하수도정비 중점관리지역’으로 선정했다.

영덕군은 국비 포함 총사업비 321억 원을 투입해 도시침수 예방을 위한 빗물펌프장 증설, 우수관로 개량·신설 등 종합하수도정비사업을 추진한다. 우선 군은 2019년 하수도정비기본계획을 수립하고 2020년 사업비를 확보한 후 사업에 착공해 3년 내 공사를 완료할 계획이다.

 하수처리시설 재이용수 활용한 수질환경개선사례
 김 영 일 부여군 상하수도사업소 하수도시설팀장

궁남지 시가화로 유지용수 부족해지자 녹조 창궐

■ 업무개선 분야 최우수상  부여군 서동공원에 위치한 궁남지(사적 135호)는 부여군민의 휴식처로 이용되고 있으며, 최근에는 서동공원 공원화 사업으로 연간 110만 명의 관광객이 모이는 생태문화체험장이 되었다. 그런데 궁남지가 시가화 되면서 도로 포장률이 증가하자 빗물의 토양 침투량이 감소했고, 우수 저류량 감소로 갈수기에 유지용수 부족 문제를 겪게 되었다.

담수기능 상실로 수질이 악화되어 조류가 증식하자 부여군은 궁남지를 생명이 숨쉬는 연못으로 만들기 위한 유지용수 확보대책이 절실했다. 그러던 차에 환경부에서 추진한 ‘하수처리수 재이용촉진 시범사업’의 연못유지용수분야 시범사업장으로 선정되면서 서동공원에 부여공공하수처리시설의 하수처리수를 활용해 유지용수로 공급하기 위한 사업을 추진하게 되었다.

유지용수 계획수질은 ‘환경부 하수처리수 재이용 수질 권고기준’과 유사사례를 비교 검토하여 설정했으며, 안정적인 수질 확보를 위해 처리수가 질소·인 추가제거시설을 거쳐 공급되도록 했다. 또한 서동공원 내 식생 현황과 ‘부여 궁남지 일원 사적공원화사업 기본계획’을 고려하여 용수 수요지점을 구분하고, 증발량과 식물소비량, 생활용수량을 산정하여 유지용수량을 결정했다.

하수처리장 재이용수 공급 후 수질 75％ 향상

기존 궁남지(용량 6만3천500㎥)에는 지하수와 하수 등 약 200㎥/일의 유지용수가 공급되었는데 체류시간이 약 320일로 길어 수질이 악화되고 녹조현상이 심화됐다. 이에 유지용수로 부여공공하수처리시설의 최종방류수(재이용수) 6천500㎥/일을 지속적으로 공급하여 체류시간을 17일로 최소화한 결과, 수질이 한층 개선되었다.    

궁남지 유지용수로 사용되는 6천500㎥는 총 하수처리장 방류수(1만1천㎥/일) 중 59％에 해당하는 양이다. 궁남지(담수용량 6만3천500㎥)의 사업 시행 전후 수질을 비교해보면 생화학적 산소요구량(BOD)은 19.8㎎/L에서 5㎎/L 이하로, 총질소는 17.0㎎/L에서 10㎎/L 이하로, 총인은 2.1㎎/L에서 1㎎/L 이하로 감소했다. BOD 기준 수질이 약 75％ 향상된 것이다.

하수처리장에서 유입되는 고도처리수 8천㎥/일 중 3천㎥는 연지로 유입돼 연꽃 생장에 활용되고 나머지 5천㎥는 자연형 부들 정화습지를 거쳐 궁남지로 유입된다. 이 사업은 궁남지에 생명력을 불어넣고 나아가 하수처리수에 대한 주민의식을 고취시켜 주민과 함께 살아 숨쉬는 환경시스템을 구축해 간다는 것에 의의가 있다. 

 맥동완화 감압 컨트롤 밸브 개발 및 적용사례
 최승요 ㈜삼진정밀 기술연구소 과장

개도 10％ 이하 유량에서도 운전 가능한 밸브 개발

■ 우수기술 실용화 분야 최우수상  정부는 지방상수도 현대화 사업의 일환으로 블록화시스템 구축사업을 연차적으로 추진하고 있다. 블록화시스템은 유수율을 향상시키기 위해 상수도 공급망을 블록 단위로 나눠 관리하는 것을 말하는데, 블록마다 표고 차로 인한 압력 차이가 발생하기 때문에 감압 컨트롤 밸브로 압력을 제어하여 상수도를 공급해야 한다.  

감압 컨트롤 밸브는 10∼65％ 개도에서 사용할 때 가장 알맞지만 실제로는 밸브 개도 10％ 이하의 유량으로 운전되는 곳이 많다. 그러면 낮은 개도의 디스크부를 지날 때 빠른 유속에 의한 압력강하가 발생하여 디스크가 닫히는 방향으로 양력이 발생하면서 디스크가 열림과 닫힘을 반복하는 헌팅(hunting) 현상과 공동현상(cavitation)이 나타나게 된다. 헌팅 현상은 배관 내 맥동현상을 증폭시키고 제품의 내구성을 저하하며 소음, 출수 불량 등 민원을 야기한다.

이에 ㈜삼진정밀은 10％ 개도 이하의 유량에서도 급격한 압력강화 없이 밸브가 동작할 수 있는 맥동완화 감압 컨트롤 밸브를 개발했다. 맥동완화 감압 컨트롤 밸브는 밸브 본체와 파일럿 밸브로 이루어져 있으며, Y패턴의 본체는 콘형 디스크와 챔버로 구성되어 있다. 다이아프램이 챔버를 상하부로 분할한다.   

맥동완화 격자가 유체의 단계적 압력 손실 유도

맥동완화 감압 컨트롤 밸브의 작동 원리를 보면 파일럿 밸브가 압력 변화에 따라 반응하여 개도를 조절한다. 파일럿 밸브는 밸브가 완전히 열린 상태와 닫힌 상태의 중간 위치에서 개도를 조절하도록 상부 컨트롤 챔버의 압력을 통제한다. 조절 가능한 파일럿 밸브가 닫히면서 유량이 상부 챔버에 공급되어 압력이 가해지면 이 압력이 밸브가 완전히 닫히도록 힘을 가하게 되고, 파일럿 밸브가 열려 상부 챔버의 유량이 빠지면 상부 압력이 감소하여 밸브가 열리게 된다.

디스크는 다수의 격자가 겹쳐진 형태를 띠고 있는데, 이 맥동완화 격자가 유체가 직진하지 못하도록 유체 흐름을 제한하여 단계적 압력 손실을 유도함으로써 오리피스에서의 급격한 압력 저하를 예방한다. 맥동완화 격자를 통해 흐르는 유체는 단계적으로 압력이 낮아져 양력을 발생시키지 않기 때문에 맥동완화 감압 컨트롤 밸브는 헌팅 및 공동현상이 발생하는 것을 효과적으로 억제시킨다.

맥동완화 감압 컨트롤 밸브는 플로우웍스 시뮬레이션(FlowWorks Simulation)을 통해 성능을 검토했다. 기존 컨트롤 밸브의 디스크부 유속이 8m/s인 반면, 맥동완화 감압 컨트롤 밸브의 디스크부 유속은 4m/s로 한층 낮아지는 현상을 확인할 수 있었다. ㈜삼진정밀은 이를 사량도 감압밸브실(경남 고성 수도관리단), 문막·불원 감압밸브실(강원도 원주시) 등 다수의 현장에 적용해 헌팅 및 공동현상이 완화되는 효과를 입증했다.

 이종금속(황동·금속아연) 플랜지를 이용한 노후 금속배관 내 마그네타이트 생성에 의한 부식저감기술 개발 및 적용사례
 박병천 ㈜진행워터웨이 연구소장

상수도관 부식으로 인한 경제적 손실 심각

■ 환경신기술 실용화 분야 최우수상  우리나라 원수는 세계 최고 수준이나 상수도 노후관의 노후화로 수도관에 물 때, 녹, 스케일 등의 문제가 발생하면서 먹는물의 수질이 저하되고 누수현상이 빈번하게 나타나고 있다. 수도관이나 물탱크의 급·배수관 같이 물이 지나는 관체는 장시간 사용하다보면 물속의 활성산소가 관체의 철분과 반응하여 내부가 부식된다.

그러면 녹이 발생하는데, 이 녹이 퇴적되면서 관체 내부에 스케일(scale), 슬라임(slime), 슬러리(slurry) 등을 유발하여 관체의 수명을 단축시키고 물의 흐름을 방해한다. 이러한 관체를 지나는 물 역시 인체에 유해한 산화철이나 불순물, 세균 등 각종 유해물질을 함유하게 되어 비위생적이다.

수도관 부식으로 수질이 악화되어 버려지는 수돗물만 연간 6천억 원에 달하며, 누수로 인해 연간 6천508억 원의 손실액이 발생하고 있다. 관 부식 또는 누수로 인해 교체가 필요한 관로는 전체의 18.5％인 3만1천504㎞로, 관 교체비용은 15조 원 이상 소요될 것으로 추정된다. 따라서 배관 부식으로 인한 경제적 손실을 효과적으로 해결하기 위한 부식저감 장치가 필요하다.

이종금속 간 전위차 이용한 부식방지 장치 개발

이를 감안해 ㈜진행워터웨이는 타공 처리된 금속아연 충진물과 황동의 전위차를 이용하여 아연이온을 용출시키고, 발생된 아연이온은 스케일과 물때의 원인이 되는 이온과 결합하여 스케일과 물때를 제거하는 동시에 녹을 마그네타이트로 변환시켜 배관의 부식을 방지하는 장치(Scale Buster)를 개발했다.

특히 이종금속 간 전위차로 인한 산화·환원 반응을 통해 아연이온이 물과 산소에 반응하여 물리적으로 과산화수소를 발생시키는데, 과산화수소로 인해 물의 살균·소독 및 유기물 분해 침전이 이루어져 물을 정화시킨다. 무엇보다 노후화된 금속배관을 전면 교체하지 않고 배관의 일부만 절단하여 제품을 설치할 수 있어 시공이 용이하고, 화학제품을 사용하는 타 기술과 비교해 비용이 저렴하다.

이 부식저감 장치는 수도용 배관 내 녹과 스케일의 생성을 방지하고 이미 생성된 녹과 스케일의 변환 및 제거를 통해 배관 수명을 연장시키는 제품이지만 이온 담체를 형성하는 메커니즘에 의한 연수효과로 인해 상수도 배관뿐만 아니라 자판기, 샤워기, 반도체 등 유체가 사용되는 모든 분야에서 활용이 가능하다.

[『워터저널』 2019년 3월호에 게재]