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팔당 유역 인근에는 팔당호의 수질개선 및 수생태 보호를 위해 마을하수도 시설이 설치되어 운영 중이지만, 시설 규모와 공법의 난립 등으로 인하여 시설의 운영 및 관리가 원활하지 못한 실정이다. 본 연구에서는 이와 같은 마을하수도 시설의 주요 문제점을 파악하고, 문제 시설에 대한 개선안을 제안하여 설치 시설에 대한 활용도를 높이고자 함은 물론, 추가로 설치될 시설에 대한 기술 및 정책적 지침을 제안하고자 하였다.
경기도의 10개 시ㆍ군, 38개소 마을하수도 관리자들이 응답에 응한 설문조사결과, 첨두유량발생과 계획수질 50%이하의 빈부하 발생으로 인해 처리시설의 운전상의 어려움이 있었으며, 주로 영양염류인 총인과 총질소의 처리에 어려움을 겪고 있었다. 이렇게 처리가 어려운 시설의 개선을 어렵게 하는 주요한 원인은 예산부족 문제인 것으로 응답하였다.
팔당수계 내, 소규모 처리시설 용량, 개소수, 그리고 특별대책구역의 하수도보급률 등을 고려하여 연구대상 지역을 선정한 결과, E군과 D시가 연구 대상 지역으로 선정되었다. E군에는 16개소의 마을하수도가, D시에는 33개소의 마을하수처리시설이 존재하고 있었으며, 이중 시설용량이 하루 50㎥ 이상인 시설을 연구대상 시설로 선정하였다. 이렇게 하여 E시는 KSBNR<SUB>ⓜ</SUB> 공법 5개소, KSBNR, KHBNR, B3, SBR, DeNiPho 공법 각 1개소로 총 10개소의 처리시설을, D시는 DeNiPho 공법 3개소, CBT 공법 2개소, COSBR, IC-SBR, OAM, 접촉산화 공법 각 1개소로 총 9개 처리시설이 연구대상 시설로 선정하였으며, 현황조사, 현장조사, 설계검토, 수질분석을 실시하였으며, 이중 E군과 D시에 위치한 1개소의 시설을 선정하여 문제점에 대한 개선방안을 도출하고 이를 직접 현장에 적용하여 개선효과를 검증하였다. 조사결과 일부 전면적인 개ㆍ보수가 필요한 시설을 제외하고는 대부분의 마을하수도 시설이 오염물질을 방류수 수질기준 이내로 처리하여 방류하고 있는 것으로 조사되었다. 하지만 유입되는 부하 변동에도 오염물질을 안정적으로 처리하기 위해서 시설 및 운전 방법의 개선이 필요하다는 결론을 내리게 되었다.
조사대상 마을하수도 시설은 설계유량 대비 유입하수량이 적고, 일별 그리고 시간별 유입하수량 변화가 매우 심하였다. 이런 이유로 설계 시 하수발생량을 과다 산정한 경우, 또는 발생량 산정은 적합하였으나 관거불량으로 인해 하수량이 유출되거나 강우 시 침입수가 유입되는 경우가 대부분이었다. 대부분의 마을하수도 시설의 계획수질은 과다하게 산정되었으며, 계획방류수 수질을 만족하지 못하는 처리시설이 대부분이었다. 공법별로 제시된 제거효율과 현재 운영 결과를 비교한 결과 대부분의 공법의 제거 효율이 설계 시 제안한 것보다 낮았으며, 특히 T-N과 T-P의 제거효율이 낮은 것으로 나타났다. COSBR과 OAM 공법, 그리고 KHBNR 공법이 적용된 시설들은 다른 공법이 적용된 시설에 비해 모든 수질 항목에서의 제거율이 낮게 나타나 시설의 전면적인 개ㆍ보수가 불가피할 것으로 사료된다. 반응조 운전 현황에서는 포기 시 높은 DO 농도로 인하여 비포기 시 탈질반응이 발생할 수 있는 조건 형성이 어려웠으며, 혐기조의 DO 농도가 높아 탈질과 인 제거가 제대로 이루어지고 있지 않은 것으로 나타났다. 또한 유입수가 저부하로 유입되고 있음에도 불구하고 반응조의 MLSS 농도가 높게 유지되어 F/M비가 낮아져 슬러지 침강성이 저하되고 있어, 반송율 및 잉여슬러지 폐기를 통한 MLSS 농도 제어가 필요한 상태였다. 설비 상 문제점으로는 슬러지 반송 펌프 및 관경, 반응조 내 교반장치 등이 부적절하게 설계되어 운영되고 있었고, 소독설비는 거의 대부분 정상적으로 가동되고 있지 않아 처리효율 향상과 운영비 감소를 위해 설비 교체 및 시설 개선이 필요한 것으로 나타났다.
2개 시설에 대한 정밀진단은 주 2회의 수질분석을 통하여 SS와 T-N, T-P의 처리에 문제가 있음을 알게 되었고, 이에 대한 개선방안을 모델링을 통하여 도출하여 현장에 적용하였다. SS는 유량이 균등하게 유입되지 않아 최종침전지에서 충분한 체류시간을 갖지 못하여 침전되지 못하고 유출되고, 낮은 F/M비로 인하여 미생물의 자산화에 의해 핀플록화 되면서 미세한 부유물질이 최종침전지에서 침강되지 않는 것으로 조사되었다. 또한 교반기의 고속 회전하는 임펠러에 의해 플록 해체현상이 발생하여 SS의 유출 문제가 발생한 것으로 판단된다. 따라서 본 연구에서는 유량균등화를 통하여 유출되는 SS 문제를 다소 해결할 수 있었다. T-N의 경우 과도한 포기로 인하여 비포기시 DO가 무산소 조건이 형성될 수 있을 정도로 감소하지 않아 탈질이 일어나지 않은 것으로 확인되어 모델링을 통하여 탈질이 일어날 수 있는 포기/비포기 시간을 예측하여 현장에 적용하였다.
본 연구 대상지역의 마을하수도 시설에 대한 문제점은 1) 첨두유량 발생으로 인한 시설 및 설비 장애 및 공정 운영의 불안정, 2) 설계유량 및 수질 과다산정으로 인한 처리효율 저하, 3) 수질 및 현장 특성을 고려하지 못한 공법의 선정, 4) 고도처리를 위한 공법별 운전 방안 적용 미흡, 5) 시설의 유지관리를 위한 인원 및 설비투자 부족으로 정리할 수 있다. 각 문제점에 대한 해결방안으로는 1) 하수관거 정비, 2) 합리적인 원단위 산정방안 마련, 3) 공법 선정 가이드라인 구축, 4) 처리시설 정밀 진단 및 기술 지원, 5) 합리적인 유지관리비 산정 기준 마련 등을 제안하였다.
경기도의 10개 시ㆍ군, 38개소 마을하수도 관리자들이 응답에 응한 설문조사결과, 첨두유량발생과 계획수질 50%이하의 빈부하 발생으로 인해 처리시설의 운전상의 어려움이 있었으며, 주로 영양염류인 총인과 총질소의 처리에 어려움을 겪고 있었다. 이렇게 처리가 어려운 시설의 개선을 어렵게 하는 주요한 원인은 예산부족 문제인 것으로 응답하였다.
팔당수계 내, 소규모 처리시설 용량, 개소수, 그리고 특별대책구역의 하수도보급률 등을 고려하여 연구대상 지역을 선정한 결과, E군과 D시가 연구 대상 지역으로 선정되었다. E군에는 16개소의 마을하수도가, D시에는 33개소의 마을하수처리시설이 존재하고 있었으며, 이중 시설용량이 하루 50㎥ 이상인 시설을 연구대상 시설로 선정하였다. 이렇게 하여 E시는 KSBNR<SUB>ⓜ</SUB> 공법 5개소, KSBNR, KHBNR, B3, SBR, DeNiPho 공법 각 1개소로 총 10개소의 처리시설을, D시는 DeNiPho 공법 3개소, CBT 공법 2개소, COSBR, IC-SBR, OAM, 접촉산화 공법 각 1개소로 총 9개 처리시설이 연구대상 시설로 선정하였으며, 현황조사, 현장조사, 설계검토, 수질분석을 실시하였으며, 이중 E군과 D시에 위치한 1개소의 시설을 선정하여 문제점에 대한 개선방안을 도출하고 이를 직접 현장에 적용하여 개선효과를 검증하였다. 조사결과 일부 전면적인 개ㆍ보수가 필요한 시설을 제외하고는 대부분의 마을하수도 시설이 오염물질을 방류수 수질기준 이내로 처리하여 방류하고 있는 것으로 조사되었다. 하지만 유입되는 부하 변동에도 오염물질을 안정적으로 처리하기 위해서 시설 및 운전 방법의 개선이 필요하다는 결론을 내리게 되었다.
조사대상 마을하수도 시설은 설계유량 대비 유입하수량이 적고, 일별 그리고 시간별 유입하수량 변화가 매우 심하였다. 이런 이유로 설계 시 하수발생량을 과다 산정한 경우, 또는 발생량 산정은 적합하였으나 관거불량으로 인해 하수량이 유출되거나 강우 시 침입수가 유입되는 경우가 대부분이었다. 대부분의 마을하수도 시설의 계획수질은 과다하게 산정되었으며, 계획방류수 수질을 만족하지 못하는 처리시설이 대부분이었다. 공법별로 제시된 제거효율과 현재 운영 결과를 비교한 결과 대부분의 공법의 제거 효율이 설계 시 제안한 것보다 낮았으며, 특히 T-N과 T-P의 제거효율이 낮은 것으로 나타났다. COSBR과 OAM 공법, 그리고 KHBNR 공법이 적용된 시설들은 다른 공법이 적용된 시설에 비해 모든 수질 항목에서의 제거율이 낮게 나타나 시설의 전면적인 개ㆍ보수가 불가피할 것으로 사료된다. 반응조 운전 현황에서는 포기 시 높은 DO 농도로 인하여 비포기 시 탈질반응이 발생할 수 있는 조건 형성이 어려웠으며, 혐기조의 DO 농도가 높아 탈질과 인 제거가 제대로 이루어지고 있지 않은 것으로 나타났다. 또한 유입수가 저부하로 유입되고 있음에도 불구하고 반응조의 MLSS 농도가 높게 유지되어 F/M비가 낮아져 슬러지 침강성이 저하되고 있어, 반송율 및 잉여슬러지 폐기를 통한 MLSS 농도 제어가 필요한 상태였다. 설비 상 문제점으로는 슬러지 반송 펌프 및 관경, 반응조 내 교반장치 등이 부적절하게 설계되어 운영되고 있었고, 소독설비는 거의 대부분 정상적으로 가동되고 있지 않아 처리효율 향상과 운영비 감소를 위해 설비 교체 및 시설 개선이 필요한 것으로 나타났다.
2개 시설에 대한 정밀진단은 주 2회의 수질분석을 통하여 SS와 T-N, T-P의 처리에 문제가 있음을 알게 되었고, 이에 대한 개선방안을 모델링을 통하여 도출하여 현장에 적용하였다. SS는 유량이 균등하게 유입되지 않아 최종침전지에서 충분한 체류시간을 갖지 못하여 침전되지 못하고 유출되고, 낮은 F/M비로 인하여 미생물의 자산화에 의해 핀플록화 되면서 미세한 부유물질이 최종침전지에서 침강되지 않는 것으로 조사되었다. 또한 교반기의 고속 회전하는 임펠러에 의해 플록 해체현상이 발생하여 SS의 유출 문제가 발생한 것으로 판단된다. 따라서 본 연구에서는 유량균등화를 통하여 유출되는 SS 문제를 다소 해결할 수 있었다. T-N의 경우 과도한 포기로 인하여 비포기시 DO가 무산소 조건이 형성될 수 있을 정도로 감소하지 않아 탈질이 일어나지 않은 것으로 확인되어 모델링을 통하여 탈질이 일어날 수 있는 포기/비포기 시간을 예측하여 현장에 적용하였다.
본 연구 대상지역의 마을하수도 시설에 대한 문제점은 1) 첨두유량 발생으로 인한 시설 및 설비 장애 및 공정 운영의 불안정, 2) 설계유량 및 수질 과다산정으로 인한 처리효율 저하, 3) 수질 및 현장 특성을 고려하지 못한 공법의 선정, 4) 고도처리를 위한 공법별 운전 방안 적용 미흡, 5) 시설의 유지관리를 위한 인원 및 설비투자 부족으로 정리할 수 있다. 각 문제점에 대한 해결방안으로는 1) 하수관거 정비, 2) 합리적인 원단위 산정방안 마련, 3) 공법 선정 가이드라인 구축, 4) 처리시설 정밀 진단 및 기술 지원, 5) 합리적인 유지관리비 산정 기준 마련 등을 제안하였다.
목차
제1장 마을하수도 시설 정밀조사
제2장 결론 및 정책 건의
참고문헌
부록
연구요약
참고문헌 (0)
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