강우시 효율적인 하수처리 방안 마련을 위한 연구

강우시 유입수문을 통하여 양주시 남방하수처리시설에 유입되는 하수량을 조절하는 경우 발생할 수 있는 문제와 이에 대한 개선방안을 도출하기 위하여 남방하수처리시설 유입량 조절에 대한 시뮬레이션을 수행하였다. 하수처리시설 운영자료를 검토한 결과, 강우시 최대 19,000m3/일(792m3/hr)이 처리되는 것으로 파악되었으므로, 이를 기초로 하수처리시설 유입량을 시간당 792m3으로 조절하는 경우를 가정하여 시뮬레이션을 수행하였다. 또한 하수처리분구별 하수관로 및 배수설비 정비에 따른 영향을 파악하기 위하여 하수처리분구별 하수관로정비 우선순위별로 모의를 수행하여 월류 및 만관 현상 발생여부를 검토하였다. 검토결과 하수처리시설 유입량 조절 전 대비 월류량이 감소하는 것으로 나타났으며, 3순위인 산북처리분구까지만 하수관로정비를 수행하여도 월류 및 만관 현상이 해소되는 것으로 나타났다. 일반적으로 이차침전지의 표면적 부하율은 청천시도 포함하여 합류식의 경우 20~30㎥/㎡․일, 분류식의 경우 15~25㎥/㎡․일이며, 일반적으로는 이 범위 중에서 활성슬러지가 월류되지 않도록 침전지 유입수량을 관리하여야 한다. 그러나, 이차침전지의 고액분리는 표면적부하와 활성슬러지 침강속도의 관계에서 결정되므로 침강속도가 설계값보다 빠른 경우는 통상의 1.5배 정도까지 유입수량을 증가시키는 것이 가능하다. 활성슬러지의 침강은 MLSS농도 및 SVI가 낮고, 수온이 높으면 빨라진다. 이에 따라 수온이 높고 MLSS를 낮게 관리할 수 있는 봄부터 가을의 강우시에는 침전지 유입수량(이차처리)을 늘릴 수 있는 조건이 갖추어지는 경우가 있다. 따라서, 강우시 이차침전지 유입수량을 가능한 한 늘리기 위해서는 활성슬러지의 침강속도과 유입가능 수량의 관계를 파악하여 운전하여야 한다. 1970년대 이전 우리나라 하수도정책은 도시화 등 급속한 환경변화에 따른 침수방지 및 하수배제를 위한 하수(우수)관로 설치에 집중되었으며, 1980년대부터 2000년까지는 수질환경 개선을 위한 공공하수처리시설(차집관로 포함) 설치에 집중되었다. 이후 2000년부터 2010년까지는 공공수역에 미치는 하수의 영향에 대한 관심이 증대됨에 따라 하수관로 분류식화 정비, 공공하수처리시설 확충 및 고도화를 병행하여 전국 하수도 보급률 향상과 방류수수질기준 강화 등으로 하천수질 개선이라는 성과를 이루어냈다. 그리고 2010년 이후부터는 강우시에 초기우수 처리를 고려한 하수도 계획 및 운영관리에 초점을 맞추어 관련 정책들을 추진하고 있다. 이러한 정책들이 꾸준히 추진됨에 따라 현재 우리나라의 하수도는 선진국 수준의 면모를 갖추게 되었다. 2016년 기준으로 전국 하수도보급률(우리나라 인구 중 공공하수도 서비스를 제공받는 인구)은 93.2%, 하수관로는 총 143,168km이며 공공하수처리시설로 유입되는 하수의 평균수질(BOD 기준)은 166.6㎎/L, 하수처리시설에서 처리된 후 공공수역으로 방류되는 하수의 평균수질은 4.0㎎/L로 유입 부하의 97.6%를 처리하고 있다(환경부, 2018). 이와 같이 우리나라 하수도인프라가 지속적으로 확충됨에 따라 청천시에는 안정적이고 효율적인 하수처리가 가능한 하수도시스템이 갖추게 되었다. 하지만 강우시의 하수관리를 위한 시설투자나 서비스 수준은 초기단계로써 앞으로의 하수도인프라는 강우시에도 안정적인 하수처리를 할 수 있도록 지속적으로 투자가 필요한 실정이다. 강우시의 하수관리를 위하여 2000년대 이전에는 합류식 하수관로의 확충 등 우수배제 위주의 하수도사업이 추진되었으나, 2000년대 이후부터는 하천수질 개선, 도시침수 예방, 악취저감 등을 위한 분류식 하수관로를 확충하여 2007년 총 26,532km이었던 분류식 오수관로가 2016년에는 58,334km로 대폭 증가하였다. 또한 공공하수도 보급지역 확대, 하수저류조 및 간이공공처리 시설 등에 대한 투자비(설치비, 개ㆍ보수비 등)도 2016년 기준 96,909억원/년으로 매년 꾸준히 증가하고 있다(환경부, 2018). 그러나 현재 청천시 중심의 하수도 확충사업 추진은 강우시에 발생할 수 있는 다양한 문제에 대한 해결이 어려울 뿐만 아니라 미처리 하수가 발생되는 등 오염부하 관리에 한계가 있는 실정이다. 이러한 문제에 대응하고자 2000년대 이후 분류식 하수관로 정비사업을 전국적으로 추진하였으나 분류식화 지역의 산재, 오수 간선관로 미비, 불량시공·오접 등 체계적이지 못한 사업추진으로 투자대비 사업효과가 낮은 문제를 초래하였다. 이에 대해 2018년 국회 국정감사에서 감사원으로 하여금 감사토록 하였는데, 오수전용관로 미설치, 우수관에 오수유입으로 우수관을 하수처리시설에 연결 등 분류식화 사업의 부적정한 사례가 확인되어 분류식화 사업의 성과평가 강화 등의 시정요구가 있었다(감사원, 2018). 이러한 강우시 초과유입수에 대한 처리를 위하여 2009년 새만금유역을 중심으로 CSO 처리시설 설치사업 및 2015년 간이공공처리시설 설치사업 등을 추진하였으나, 축적된 실증자료 및 강우시 국내 하수도 실정에 대한 정확한 분석 자료 등에 기반하지 않고 단기간 모니터링 결과를 기반으로한 시설설계와 및 해외 관련 기술의 단순 도입 등으로 인하여 많은 한계점을 보이고 있다. 또한, 강우시 하수관리를 위해 하수처리시설 시설확충, 개량 등 관련 정책이 추진되고 있으나 국내 실정에 적합한 강우시 하수도시설(하수관로, 하수처리시설)에 대한 운영관리 방법은 마련하지 못하고 있는 실정이다. 하수관로의 경우에는 현재 국내 하수관로 현황을 고려하여 합류식 지역의 하수관과 분류식 지역의 오수관 및 우수관에 대한 구체적인 유지관리 방법이 없는 실정이다. 외국의 경우에는 하수관로 유지관리를 위한 전문 프로그램(예, 미국 CMOM, IDDE 등)을 도입하여 관로의 구조적, 운영적, 환경적, 수리적 성능을 적정 수준 이상으로 유지할 수 있도록 노력하고 있지만, 현재 국내에서는 하수관로보다는 하수처리시설의 안정적 운영관리에 관심을 갖고 있다. 국내에서는 강우시 하수처리시설 용량을 초과하는 하수에 대해서 간이처리시설을 설치한 지역이 국내하수처리시설의 10% 정도 설치되어 있다. 강우시 하수처리시설에서 최대한 처리할 수 있는 시설용량을 우선적으로 파악하고 이에 따른 초과되는 하수량에 대한 정확한 데이터를 산출하기 어렵고 효율적인 운영관리계획서의 부재로 공공하수도시설 설치사업 업무지침, 공공하수도시설 운영․관리 업무지침 및 간이공공하수처리시설 설치 및 운영․관리지침에 설치방법과 계획에 대한 사항 및 기준이 정리되어 있어도 시설계획을 수립하는데 어려움이 있는 것으로 판단된다. 또한, 현재 설치되어 있는 간이공공하수 처리시설 및 CSOs처리시설들의 경우 비점오염원 저감을 위한 용도의 초기우수처리시설과 합류식하수도 월류수(CSOs)처리시설의 사실상 구분이 명확하지 않아 시설계획 수립 시 정확한 용도의 구분이 필요할 것으로 판단된다.