강우시 효율적인 하수처리 방안 마련을 위한 연구

강우시를 고려한 계획오수량 산정기준 개선안 마련을 위하여 BTL 지역을 대상으로 유량측정 자료를 수집하였으며, 이를 바탕으로 국내 분류식 지역의 침입수 발생 특성, 강우시 유입수 발생 특성에 대한 면밀한 분석을 수행하였다. 또한, 실증대상지역에서 철저한 품질관리하에 측정된 결과를 바탕으로 BTL 지역에서의 결과를 검증하였다. 또한 실증대상지역 중 일부 신규 택지개발지구의 모니터링 자료를 신규 분류식 지역에서의 하수발생 특성으로 가정하여 계획오수량 산정 인자에 대한 산정방법과 기준을 도출하였다. 이에 따라 분류식 하수도에서 청천시 및 강우시 하수발생 특성을 분석하기 위하여 4개시 BTL 지역 33개소에서 측정된 유량자료를 수집하였다. 수집된 유량자료 및 기초자료를 바탕으로 모니터링 지점별 실측 하수량 대비 처리인구의 원단위, 첨두계수, 침입수 발생 현황, 강우시 유입수 발생 특성 등에 대한 분석을 수행하였다. 또한, 실증대상지역(양주시, 남양주시, 부천시) 모니터링 결과를 바탕으로 청천시 하수발생량과 침입수 발생량, 강우시 유입수 발생량 등에 대한 실증분석을 통해 BTL에서 분석된 결과를 보다 정교하게 측정한 데이터로 검증하였다. 실증대상지역에 대한 모니터링과 모델링을 통하여 하수발생 특성과 문제점을 파악하고, 이에 대한 해결방안을 도출하였다. 유량 모니터링을 통하여 청천시 하수발생량과 첨두계수, 침입수량과 강우시 RDII 발생량을 파악하였으며, 수질조사를 통하여 청천시 하수 수질발생 특성과 강우시 RDII 유입에 따른 하수 수질성상 변화 정도를 파악하였다. 이러한 모니터링 결과를 모델링 구축의 기초자료로 활용하여 강우시 하수발생을 모의하고, 강우발생에 따른 하수도시스템의 문제점을 파악하여 실증대상지역별 효과적인 대응방안 마련을 위한 시나리오 분석을 수행하였다. 실증대상지역에 대한 모니터링 및 모델링 결과를 바탕으로 국내 실정에 맞는 계획오수량 산정 기준과 범위, 강우시 하수관로 모니터링 및 모델링 방법에 대한 구체적 사례를 수집하였다. 양주시 남방하수처리구역의 경우에는 일 누적강우량 38mm 이상에서 월류수(SSOs)가 발생하는 것으로 분석되었다. 설계강우조건(5년빈도 24시간)인 200mm 강우에서는 총 14,140㎥/d의 RDII가 발생하고 이 중 8,837㎥/d가 월류되며, 처리시설로는 14,056㎥/d가 유입되는 것으로 분석되었다. 강우시 SSO 발생은 처리시설의 유입수문 개도율 조절과 오수간선관로에서의 최대저류 능력에 따라 달라질 수 있으므로, 남방하수처리시설의 유입수문 개도율 조절에 따른 오수간선관로에서의 수위 검토와 처리장 최대 처리가능 용량을 고려하여 개선대책을 수립할 필요가 있다. 실제 모니터링한 12개월 동안 발생한 강우발생 이벤트(누적강우량 3mm 이상, 강우영향을 2일 기준)별 누적강우량(mm), 지속시간(hr), 강우강도(mm/hr)에 따른 분류식하수도월류수(SSOs) 발생 특성 분석 결과, 일평균 누적강우량 26.5mm~45mm 사이에서 분류식하수도월류수(SSOs)가 발생하는 것으로 나타났다. 이는 모델을 통해 도출한 결과와 유사한 형태로 실제 양주시 사례를 반영하여 현실적인 모의가 된 것으로 판단된다. 부천 역곡 배수구역 및 서울 항동, 오류3배수구역에서 발생하는 하수를 처리하기 위하여 현재 시설용량 65,000㎥/일(1단계 DNR공법+여과(MDF) : 50,000㎥/일, 2단계 DNR공법+응집침전(URC공법) : 15,000㎥/일) 규모의 하수처리시설을 가동 중에 있으며 현재는 통합 운영중에 있으며 분류식지역의 택지개발지구가 준공되면 1단계는 합류식, 2단계는 분류식으로 운영할 예정이다. 역곡하수처리시설의 경우 합류식하수처리시설임에 불구하고 완전지하화로 조성되어 있어 타 지역의 합류식처리시설과 같이 일차침전지에서 강우시 계획오수량을 유입시켜 일최대 이상의 유량을 간이처리(BY-PASS)할 수 있는 시설이 없는 하수처리시설이다. 따라서, 하수처리시설 설치당시 강우시 추가유입량을 고려하여 CSOs처리시설이 인근에 설치되어 운영 중에 있다. 부천역곡하수처리시설의 경우 위탁업체에서 운영관리를 하고 있으며 매년 연간보고서를 작성하여 부천시에 제출을 하고 있으며 연간 운영계획서를 작성하고 있으나 강우시에 대한 내용이 부족한 실정이다. 또한 역곡하수처리시설의 경우 강우시 일최대 이상의 용량을 처리하고 그 이상의 유입량에 대해서는 간이공공하수처리시설에서 간이처리하여 방류하고 있는 구조로 되어 있어 무단으로 방류하는 유량은 없는 것으로 조사되었다. 하지만 역곡하수처리시설이 강우시 최대처리가능 용량에 대해 검토가 되어 있지 않아 간이공공하수처리시설과의 연계처리되는 양이 강우시마다 다른 문제점이 있다. 역곡하수처리시설의 경우 강우시 합류식지역에서 유입되는 다량의 협잡물에 의해 침사지에 과부하가 발생되고 있어 강우종료 후 침사지를 유지관리하는데 소요시간, 인력부족 및 시설고장 등 문제점이 다수 발생되고 있으나 이에 대한 강우시 대책이 명확하게 수립되어 있지 않다. 남방하수처리시설은 분류식지역으로 분류된 남방하수처리구역의 광사, 마전, 산북, 어둔, 원학, 유양의 6개의 하수처리분구의 하수를 처리하는 시설용량 13,000㎥/일의 시설이다. 처리 시설은 지상에 노출되어 있는 1단계 5,000㎥/일과 완전지하화한 8,000㎥/일로 구성되어 있으며, 각각 2007년, 2단계 2011년부터 운영되고 있다. 처리공법은 1,2단계 모두 간헐포기 접촉산화공법(DeNiPho)이며, 강화된 총인(T-P) 방류수질기준 준수를 위해 가압부상(ecoJet Green Plus)공법의 총인처리시설을 2011년부터 운영하고 있다. 남방 하수처리시설은 분류식 하수처리시설임에도 불구하고 강우시 우수의 유입으로 하수량이 증가하여 많은 어려움이 있으며 강우시 시설용량이상의 하수가 유입될 경우 하수처리시설의 충격부하를 고려하여 유입수문을 조절하기 때문에 유입부에서 현재 SSO가 발생되고 있는 실정이다. 남양주 화도하수처리시설의 하수처리구역은 묵현, 마석, 차산, 창현, 금남의 5개 처리분구로 구성되어 있고 분류식사업이 완료되었으나 일부 지역의 경우 하수관거 정비공사 시 옥내 배관, 사유지, 시공 반대 등의 이유로 폐쇄하지 못하고 현재 우수토실이 6개소가 존치되어 있어 처리구역 내 분류식 하수관거 정비사업의 효율이 감소하고 강우시 공공하수처리시설로 다량의 강우유입수가 유입되고 있는 실정이다. 화도하수처리시설의 시설용량은 43,000㎥/일이고 화도1처리장과 화도2처리장으로 구분되어 있으며, 각 처리장별 시설용량은 화도1처리장 25,000㎥/일, 화도2처리장 18,000㎥/일 이다. 처리공법은 화도1 및 화도2 처리장 모두 DNR 공법이며, 총인처리시설은 MSF (Miracle Sand Filter)로 구성되어 있다. 화도하수처리시설의 주처리공정은 유입펌프 및 침사시설, 1차침전지, 생물반응조, 2차침전지, 총인처리시설, 소독 시설, 방류로 구성되어 있고, 강우시 하수와 함께 유입되는 초기우수를 처리하기 위한 간이공공하수처리시설은 우수저류조와 상향류식 여과시설로 구성되어 있으며, 시설용량은 우수저류조 5,000㎥, 상향류식 여과시설 63,000㎥/일 이다.