영국 런던에 있는 임페리얼 칼리지 런던(Imperial College London)의 최근 연구에 따르면 최근 하수 과잉 유출 사건의 증가는 인프라가 수요를 따라가지 못하기 때문이라고 밝혔다.

이 연구논문의 결론은 하수 막힘을 방지하고 빗물과 오수를 분리하는 것과 같은 문제를 다루기 위한 다른 제안들이 하수 과잉을 오염시키는 문제를 해결하기에 충분하지 않을 것임을 암시한다.

영국의 하수도 시스템은 가정, 상업, 산업 활동의 오·폐수와 빗물 유출을 결합하여 하수처리장( Wastewater Treatment Works ; WWTWs)으로 흘려보낸다.

그러나 폭우와 같은 극심한 흐름이 발생하는 경우에는 월류수(Combined Sewer Overflows) ; CSO)를 사용하여 하수의 일부를 하수처리장에 도달하기 전에 자연수 경로로 배출할 수 있다.

영국에는 1만4천346개의 CSO가 있으며 환경 위험에 대해 평가되었지만, 건조한 시기에도 증가하는 사용으로 인해 많은 사람들이 영국의 하수 시스템에서 CSO의 역할에 의문을 제기하고 있다.

CSO에서 강과 바다로 직접 유출되는 생활하수는 특히 하수를 희석시킬 수 있는 높은 강우 시간에 사용되지 않을 때 물을 오염시킬 수 있다.

이러한 과잉 유출은 환경 악화를 초래할 수 있으며, 예를 들어 장 감염을 유발하는 장 바이러스(enteroviruses) 또는 항생제 내성의 확산을 통해 인간의 건강에 위험을 초래할 수 있다.

이것은 독소와 미세플라스틱(microplastic)을 축적할 수 있는 해산물의 소비뿐만 아니라 수영이나 보트와 같은 관광과 레저 활동에 연쇄적인 영향을 미친다.

데이터 기반 솔루션

CSO의 사용 증가에 대응하여 물 회사들은 각 CSO에 대한 초과 유출 사건의 빈도와 기간에 대한 데이터를 최근 2년간 공개하도록 명령받았다.

그러나 이 원시 데이터는 사용 증가의 원인이 무엇인지 설명하지 못한다. 이러한 유출의 원인을 이해하지 않고서는 적절한 해결책으로 문제를 해결할 수 없다.

이 데이터의 첫 번째 분석에서 임페리얼 칼리지 런던(Imperial College London) 연구원들은 증가의 대부분이 인구가 증가하고 산업활동이 확대됨에 따라 증가된 흐름을 처리할 수 있는 하수처리장의 능력 부족 때문이라는 것을 보여준다.

연구팀은 원형 연못으로 구성된 하수처리장의 평면도를 이용하여 CSO 사용 데이터를 관련 하수처리장과 일치시키고 이를 처리 용량에 대한 데이터와 결합했다. 이 분석은 많은 하수처리장의 용량이 극심한 강우가 없는 경우에도 충분하지 않다는 것을 보여준다.

이것은 예측할 수 없는 날씨를 탓하는 CSO 사용 증가에 대한 이유에 대한 제안을 반박합니다. 그 결과는 환경과학 저널인 『워터 리서치 & 테크놀러지(Water Research & Technology)』 최근호에 발표되었다.

임페리얼 칼리지 런던(Imperial College London)의 환경정책센터(Centre for Environmental Policy)의 수석연구원인 닉 볼불리스( Nick Voulvoulis) 교수는 “우리의 연구 결과는 CSO 유출의 빈도와 지속 시간이 증가하는 근본적인 원인으로 영국 하수 시스템의 만성적인 용량 부족을 보여주는 것”이라면서 “우리는 이 작업이 물산업이 인프라에 대한 자본 투자의 필요성을 입증하는 데 도움이 될 수 있기를 바라고 있으며, 흔히 당연하게 여겨지지만 인프라에 투자하는 것은 우리의 미래 번영에 매우 중요하다”라고 강조했다.

2000년에서 2008년 사이에 잉글랜드와 웨일즈의 하수도 중 1% 이상이 교체되거나 복구되었다. 인프라의 대부분이 60∼80년의 수명으로 건설되었다는 것을 고려할 때, 그 교체 속도로 잉글랜드와 웨일즈의 모든 하수도에서 이러한 일이 발생하려면 800년이 걸린다.

이번 연구논문의 제1저자인 임페리얼 칼리지 런던의 환경정책센터의 테오도로스 지아쿠미스(Theodoros Giakoumis) 박사는 “하수 범람 증가 문제를 해결하기 위한 대부분의 제안은 원인을 겨냥하는 대신 CSO 배출의 영향을 줄이는 방법을 제안하지만, 대부분의 도시가 물 기반 시설의 성장과 일치하지 않는 속도로 인구 증가와 하수 시스템 확장을 경험했다는 것”이라면서 “이것은 영국과 같은 고소득 국가에서 이미 해결되었다고 생각하는 문제인 물 인프라 탄력성과 투자에 대한 공개 토론의 필요성을 보여준다”고 역설했다.

[원문보기]

Sewage overspills result from lack of infrastructure investment, research shows

The recent uptick in sewage overspill events is due to infrastructure not keeping up with demand, according to Imperial College London research.

The conclusion suggests other proposals for dealing with the problem - such as preventing blockages and separating rain and foul water - will not be enough to solve the issue of polluting sewage overspills.

The UK sewer system combines wastewater from domestic, commercial, and industrial activities and stormwater runoff and funnels it to Wastewater Treatment Works (WWTWs). 

In times of extreme flow however, such as very heavy rainfall, Combined Sewer Overflows (CSOs) may be used to discharge some of the sewage to natural watercourses before it reaches a WWTW.

There are 14,346 CSOs in England and although they have been assessed for their environmental risk, their increasing use, even in dry spells, has led many to question their role in the country’s wastewater systems. 

Raw sewage overspill from CSOs directly into rivers and the sea can pollute the water, especially when not used at times of high rainfall that could dilute the sewage.

These overspills can lead to environmental deterioration and present a human health hazard, for example through enteroviruses that cause gut infections, or the proliferation of antibiotic resistance. 

This has a knock-on effect on tourism and leisure activities like swimming and boating, as well as the consumption of seafood that can accumulate toxins and microplastics.

Data-based solutions

In response to increased use of CSOs, water companies were ordered to release data on the frequency and duration of overspill events for each CSO for the last two years. 

However, this raw data doesn’t explain what the cause of the increase in their use has been. Without understanding the causes of these spills, the problem cannot be tackled with appropriate solutions.

In the first analysis of this data, Imperial researchers show that most of the increase is due to WWTWs’ lack of capacity to deal with increased flows as populations have risen and industrial activities have scaled up.

Aerial view of a wastewater treatment works composed of circular pondsThe team matched the CSO use data with the relevant WWTWs and combined this with data on their treatment capacity. This analysis shows the capacity of many WWTWs is not sufficient, even in the absence of extreme rainfall.

This refutes suggestions of reasons for increased CSO use that blame unpredictable weather, with changes in rainfall causing increases in wet weather runoff. The results are published in the journal Environmental Science: Water Research & Technology.

Lead researcher Professor Nick Voulvoulis, from the Centre for Environmental Policy at Imperial, said: “Our findings reveal the chronic under-capacity of the English wastewater systems as a fundamental cause behind the increased frequency and duration of CSO spills. We hope this work can help the water industry demonstrate the need for capital investment in infrastructure. It is often taken for granted but investing in infrastructure is critical to our future prosperity.”

Elephant in the room

Between 2000 and 2008 just over 1% of the sewers in England and Wales were replaced or rehabilitated. Considering that much of the infrastructure was built with a lifespan of 60-80 years, at that rate of replacement, it would take 800 years for this to happen for all the sewers in England and Wales.

First author Dr Theodoros Giakoumis, also from the Centre for Environmental Policy at Imperial, said: “Most proposals to deal with the problem of increased sewage overspills suggest ways to reduce the impact of CSO discharges instead of targeting their causes.

"The elephant in the room is that most cities have experienced population growth and wastewater system expansion, at rates that have not been matched by water infrastructure growth. 

This shows the need for an open discussion on water infrastructure resilience and investment, issues that perhaps most believe had already been addressed in high-income countries like the UK.”

[출처=임페리얼 칼리지 런던(Imperial College London)
(https://www.imperial.ac.uk/news/242831/sewage-overspills-result-from-lack-infrastructure/) / 2023년 1월 30일]

[논문출처=워터리서치&테크놀러지(WaterResearch&Technology)(https://pubs.rsc.org/en/content/articlepdf/2023/EW/D2EW00637E)]