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====개발 과제의 배경==== | ====개발 과제의 배경==== | ||
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| + | 가. 강우 발생 시 초기세척효과에 의한 하천 수질약화 | ||
| + | 우리나라 하수도는 과거부터 꾸준히 체계를 갖추어 보급을 넓혀 왔다. 표 1을 통해서 우리나라의 급격한 도시화에 따라 하수도의 보급률 또한 지속적으로 도시지역이 농어촌 지역에 비해 높은 경향을 보인다. | ||
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표 1. 통계청, 하수관로 보급현황(%) | 표 1. 통계청, 하수관로 보급현황(%) | ||
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| + | 하지만 하수도 시설의 확장과 함께 각종 하수관거를 통한 비점오염원의 유출수의 통제가 힘들어지고 있는 추세이다. 비점오염원의 경우, 발생 및 배출경로가 다양하고 강우 시 대량 발생하므로 적절한 대책마련이 시급한 실정이다. 그 중 합류식 하수도 시스템과 분류식하수도 시스템에서는 강우 시 지표면의 비점오염원이 하수관거를 통해 이송되어 하수처리시설로 차집되지 못하는 합류식 하수도 월류수(CSOs)와 분류식 우수관거 우수유출수(Stormwater)의 형태로 하천과 같은 공공수역으로 방류된다는 문제점이 존재한다. 표 2에서는 강우 발생 시 합류식 하수도 월류수(CSOs)의 처리장 방류 허용기준에 비해 그 농도가 2~70배가량 높은 것을 확인 할 수 있으며, 청천시와 비교 하였을 때도 2~10배가량 오염물질의 농도가 큰 것을 확인 할 수 있다. 이를 통해 강우 발생 시에 발생하는 비점오염원의 문제의 심각성을 파악할 수 있다. | ||
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| + | 표 2. 도심지 CSOs, SSOs 오염부하 기초조사 연구. 환경관리공단, 2004 | ||
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| + | 이러한 합류식 하수도 월류수(CSOs)와 분류식 우수관거 우수유출수는 건조 상태의 지표면을 씻어 내리는 강우 초기 시에 오염도가 가장 높은 것으로 조사되고 있으며 이를 초기세척 효과라고 한다. 즉, 초기세척효과(First flush)는 강우 초기에 유량의 증가와 함께, 건기 일반하수 오염물질 농도에 비하여 급격히 농도가 상승하는 현상을 말한다. 강우 발생 시 초기세척효과의 정확한 범위에 대해서는 명확히 한정하고 있다. 예를 들면, 강우시작이후 30분까지를 First flush라고도 하며, 건기시의 하수농도로 저하되는 시점까지로 보는 견해도 있다. 다만, 여기서 중점적으로 파악해야할 것은 강우 발생 시 초기세척효과에 의해 공공수역으로 방류되고 있는 비점오염원을 관리해야한다는 사실이다. 그림 1을 통해서 강우 발생 후 약 50분 내에 발생되는 유출되는 오염물의 농도가 전체 오염물의 농도에 비해서 매우 큰 것을 확인 할 수 있다. | ||
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| + | 그림 1. 강우 발생 시간에 따른 오염물(TSS, BOD, COD)의 유출농도 | ||
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| + | 국내의 경우 도시지역 우기오염부하 관리에 대한 중요성이 인식되어진 것은 최근의 일로써, 별개의 처리시설로 월류수 및 우수유출수 처리시설을 구분할 만큼 방안이 시행되지 못하고 있다. 또한 선진국의 제어 및 처리기술의 국내 적용은 시기상 장래에 도입하는 것이 바람직할 것이라는 견해도 있으나 지금부터라도 합리적인 하수관거 월류수 및 우수유출수 제어 방안을 준비하지 못한다면 장래 방류수의 목표수질 달성은 요원할 수밖에 없다. | ||
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| + | 나. 국내 하수관거의 분류식화 사업 진행 | ||
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| + | 우리나라의 하수도 시스템은 6.25동란 이후 청계천 하수종말처리장을 준공한 이후 지속적으로 보급이 시작되었다. 초기에는 우수와 오수를 함께 처리할 수 있는 합류식 관거 위주로 10,000km의 관거가 보급되었으며, 분류식 하수관거는 1980년대에 이르러서 약 300km가량 보급되기 시작되었다. 2000년대에 이르러 더 이상 합류식 관거 연장이 포화된 상태에 이른 것으로 판단하였으며, 또한 2002년 이후부터 우수와 오수를 분리하여 오수만을 하수처리장에서 처리할 수 있는 분류식 하수관거 시스템의 효율성이 제고되자 국내 하수관거의 분류식화 사업이 대두되기 시작하였다. 그림 2를 통해서 2000년대에 이르러 합류식 하수관거에 비해 분류식하수관거의 비율이 역전한 것을 확인 할 수 있다. 또한 분류식화사업의 한 형태로 기존 합류식 하수관거로 운영되던 지역에 오수관만을 추가 매설하여 오수만을 따로 분류하는 사업 또한 지속적으로 진행되고 있다. 이럴 경우 기존 합류식하수관거는 우수만을 배제하는 우수관의 역할을 수행하게 된다. | ||
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| + | 표 3. 통계청, 2000년대 하수관로 보급현황 | ||
| + | 이후 국가하수도 종합계획(2016~2025)에 의하면, 이전까지는 분류식 하수도의 수를 늘리는데 치중한 반면, 현재부터는 수질개선효과 및 하수도 유지관리 여건을 고려하여 비용-효과 대비 타당성이 있는 경우에 분류식화 사업을 추진함을 명시하고 있다.이는 기본적으로 분류식화사업을 진행하지만, 기존 합류식하수관거와 분류식하수관거 총체적으로 수질관리에 중점적으로 노력을 기울인다는 것을 확인할 수 있다. | ||
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| + | ====개발 과제의 목표 및 내용==== | ||
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| + | 본 과업에서는 초기세척효과에 의한 공공수역의 오염문제에 대비하여 보다 향상된 비점오염원 저감 시설을 고안한 뒤, 합류식하수도 시스템의 분류식화를 가정하여 우수토실과 같은 본래의 기능을 잃는 용지를 이용하여 경제적이며 사회적 가치가 있는 활용 방안을 제작하여 출품할 계획이다. | ||
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| + | ===관련 기술의 현황=== | ||
| + | ====관련 기술의 현황 및 분석(State of art)==== | ||
| + | *전 세계적인 기술현황 | ||
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| + | 가. 포틀랜드 시청 및 포틀랜드 대학일대 다운타운 | ||
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| + | 미국의 포틀랜트시는 도시계획단계에서부터 LID(Low Impact Development)를 기반으로 하여 CSOs를 관리하고자 한다. LID는 주거지, 상업지역, 산업지역 등 개발지역에서 자연 상태의 수문특성과 유사하도록 기존지역의 특성을 최대한 보전, 이용하는 개발방법이다. 즉, 포틀랜드 도시 내 건물관리자의 책임하에 자신의 건물 주변이나 옥상에 빗물에 의한 세척수가 하수관거로의 유입을 막기 위해 기존 조경요소나 녹지공간을 사용한다. 이 사례에서의 시사점은 정부에서 규제량을 각각 할당하고 이를 달성하기 위해 지자체에서 시범시설, 도시계획에 반영하여 주민 모두가 CSOs의 관리에 실천하도록 홍보하며 교육한다는 점이다. | ||
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| + | 그림 2. 미국 포틀랜드시의 LID정책하의 비점오염저과시설 | ||
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| + | 나. 샌안토니오 강 유역 LID 적용사례 | ||
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| + | 미국 샌안토니오 강 유역에서 마찬가지로 LID를 적용한 비점오염원을 저감하고자 하는 노력이 돋보인다. 기존 자연환경을 훼손하지 않으며 식생 체류지나 식생수로, 투수성 포장, 습지와 같은 기존 시설에 추가적인 기능을 추가하여 비점오염원을 저감하고자 한다. 그 중 투수성 포장의 경우에는 비점오염원이 불투수성 지반인 도로에서 비점오염원이 상당수 발생한다는 점을 착안하여 기존도로의 포장을 투수성으로 변경하여 도로표면의 오염물질이 하수관거로의 유입을 방지하고 그대로 지반으로 투수되어 자동 여과되도록 설계하였다. | ||
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| + | 그림 3. 미국 샌안토니오강 유역의 비점오염저감시설 | ||
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| + | 다. 베를린 포츠담 광장 stormwater 관리 | ||
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| + | 베를린의 포츠담광장에는 국지성 강우에 의한 비점오염원을 저감하기 위해 900m3를 저장할 수 있는 완충지를 설치하며, 15cm 가량의 습지필터를 저장하여 1300m3의 유량을 저류할수 있는 시설을 구축하였다. 따라서 강우가 발생 하였을 때 바로 비점오염원과 함께 하수관거로 유출되는 것이 아닌 육지에 저류되었다가 재사용되거나, 오염물을 처리하는 방법이다. | ||
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| + | 그림 4. 베를린 포츠담 광장의 빗물 저장 저류시스템 | ||
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| + | 라. 히가시 코가 네이시 빗물 순환형 노면배수 시스템 | ||
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| + | 일본 히가시 지역에서는 도로표면 아래에 필터를 갖는 배수구를 설치하여 유출된 빗물이 배수구로 집수 되면 집수된 우수가 필터로 여과된 후 땅속으로 침투되는 구조를 통해 비점오염원을 저감하고 있다. 앞선 샌 안토니오강 유역에서의 투수성 도로와는 다르게 기존 도로 측면에 우수를 집수할 수 있는 배수구를 따로 만들어 하수관거로 유입시키지 않고 자체 여과 후 땅속으로 침투시킨다는 차이점을 보이고 있다. | ||
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| + | 그림 5. 일본 히가시 지역의 도로 비점오염원 저감장치 | ||
| + | *특허조사 및 특허 전략 분석 | ||
| + | 내용 | ||
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| + | *기술 로드맵 | ||
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| + | 다음 표 6은 현재 국내외 상용화 되어 있는 비점오염원 저감시설의 모든 종류와 각각의 특성을 상호 비교, 분석 해놓은 자료이다. 표 6을 현재 비점오염원 저감기술의 총체적인 로드맵이라 할 수 있으며, 지역에 신설 비점오염원 저감시설을 설계 할 시에 필수적으로 참고해야하는 자료중 하나이다. | ||
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| + | 표 6. 비점오염 저감시설 기술 로드맵 | ||
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| + | ====시장상황에 대한 분석==== | ||
| + | *경쟁제품 조사 비교 | ||
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| + | 국내에서 비점오염원을 저감시키기 위해 사용하는 기술의 종류는 다음 표 4와 같이 크게 자연형, 장치형, 시설형으로 구분되어지며 자연형은 저류형, 침투형 그리고 식생형으로 분류된다. | ||
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| + | 표 4. 국내 비점오염원 저감 시설의 종류 | ||
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| + | 가. 저류형 | ||
2018년 12월 4일 (화) 20:37 판
프로젝트 개요
기술개발 과제
국문 : 장치형 비점오염저감시설을 이용한 초기강우 오염부하 개선
영문 : Improvement of Initial Rainfall Pollution Load using Device Type Non-point Pollutant Reduction Facilitues
과제 팀명
Team # FFFFFF
지도교수
문영일 교수님
개발기간
2018년 9월 ~ 2018년 12월 (총 3개월)
구성원 소개
서울시립대학교 토목공학과 2015860032 정민우(팀장)
서울시립대학교 토목공학과 2013860008 김준성
서울시립대학교 토목공학과 2013860038 정민엽
서울시립대학교 토목공학과 2014860020 박선량
서울시립대학교 토목공학과 2015860017 박수한
서론
개발 과제의 개요
개발 과제 요약
경제적, 사회적가치가 있는 비점오염저감시설 장치를 고안하여 강우 발생 시 합류식 하수도 월류수(CSOs, Combined Sewer Overflows)와 분류식 우수관거 우수유출수(stormwater)에 의한 하천의 초기오염부하를 개선한다.
개발 과제의 배경
가. 강우 발생 시 초기세척효과에 의한 하천 수질약화
우리나라 하수도는 과거부터 꾸준히 체계를 갖추어 보급을 넓혀 왔다. 표 1을 통해서 우리나라의 급격한 도시화에 따라 하수도의 보급률 또한 지속적으로 도시지역이 농어촌 지역에 비해 높은 경향을 보인다.
표 1. 통계청, 하수관로 보급현황(%)
하지만 하수도 시설의 확장과 함께 각종 하수관거를 통한 비점오염원의 유출수의 통제가 힘들어지고 있는 추세이다. 비점오염원의 경우, 발생 및 배출경로가 다양하고 강우 시 대량 발생하므로 적절한 대책마련이 시급한 실정이다. 그 중 합류식 하수도 시스템과 분류식하수도 시스템에서는 강우 시 지표면의 비점오염원이 하수관거를 통해 이송되어 하수처리시설로 차집되지 못하는 합류식 하수도 월류수(CSOs)와 분류식 우수관거 우수유출수(Stormwater)의 형태로 하천과 같은 공공수역으로 방류된다는 문제점이 존재한다. 표 2에서는 강우 발생 시 합류식 하수도 월류수(CSOs)의 처리장 방류 허용기준에 비해 그 농도가 2~70배가량 높은 것을 확인 할 수 있으며, 청천시와 비교 하였을 때도 2~10배가량 오염물질의 농도가 큰 것을 확인 할 수 있다. 이를 통해 강우 발생 시에 발생하는 비점오염원의 문제의 심각성을 파악할 수 있다.
표 2. 도심지 CSOs, SSOs 오염부하 기초조사 연구. 환경관리공단, 2004
이러한 합류식 하수도 월류수(CSOs)와 분류식 우수관거 우수유출수는 건조 상태의 지표면을 씻어 내리는 강우 초기 시에 오염도가 가장 높은 것으로 조사되고 있으며 이를 초기세척 효과라고 한다. 즉, 초기세척효과(First flush)는 강우 초기에 유량의 증가와 함께, 건기 일반하수 오염물질 농도에 비하여 급격히 농도가 상승하는 현상을 말한다. 강우 발생 시 초기세척효과의 정확한 범위에 대해서는 명확히 한정하고 있다. 예를 들면, 강우시작이후 30분까지를 First flush라고도 하며, 건기시의 하수농도로 저하되는 시점까지로 보는 견해도 있다. 다만, 여기서 중점적으로 파악해야할 것은 강우 발생 시 초기세척효과에 의해 공공수역으로 방류되고 있는 비점오염원을 관리해야한다는 사실이다. 그림 1을 통해서 강우 발생 후 약 50분 내에 발생되는 유출되는 오염물의 농도가 전체 오염물의 농도에 비해서 매우 큰 것을 확인 할 수 있다.
그림 1. 강우 발생 시간에 따른 오염물(TSS, BOD, COD)의 유출농도
국내의 경우 도시지역 우기오염부하 관리에 대한 중요성이 인식되어진 것은 최근의 일로써, 별개의 처리시설로 월류수 및 우수유출수 처리시설을 구분할 만큼 방안이 시행되지 못하고 있다. 또한 선진국의 제어 및 처리기술의 국내 적용은 시기상 장래에 도입하는 것이 바람직할 것이라는 견해도 있으나 지금부터라도 합리적인 하수관거 월류수 및 우수유출수 제어 방안을 준비하지 못한다면 장래 방류수의 목표수질 달성은 요원할 수밖에 없다.
나. 국내 하수관거의 분류식화 사업 진행
우리나라의 하수도 시스템은 6.25동란 이후 청계천 하수종말처리장을 준공한 이후 지속적으로 보급이 시작되었다. 초기에는 우수와 오수를 함께 처리할 수 있는 합류식 관거 위주로 10,000km의 관거가 보급되었으며, 분류식 하수관거는 1980년대에 이르러서 약 300km가량 보급되기 시작되었다. 2000년대에 이르러 더 이상 합류식 관거 연장이 포화된 상태에 이른 것으로 판단하였으며, 또한 2002년 이후부터 우수와 오수를 분리하여 오수만을 하수처리장에서 처리할 수 있는 분류식 하수관거 시스템의 효율성이 제고되자 국내 하수관거의 분류식화 사업이 대두되기 시작하였다. 그림 2를 통해서 2000년대에 이르러 합류식 하수관거에 비해 분류식하수관거의 비율이 역전한 것을 확인 할 수 있다. 또한 분류식화사업의 한 형태로 기존 합류식 하수관거로 운영되던 지역에 오수관만을 추가 매설하여 오수만을 따로 분류하는 사업 또한 지속적으로 진행되고 있다. 이럴 경우 기존 합류식하수관거는 우수만을 배제하는 우수관의 역할을 수행하게 된다.
표 3. 통계청, 2000년대 하수관로 보급현황 이후 국가하수도 종합계획(2016~2025)에 의하면, 이전까지는 분류식 하수도의 수를 늘리는데 치중한 반면, 현재부터는 수질개선효과 및 하수도 유지관리 여건을 고려하여 비용-효과 대비 타당성이 있는 경우에 분류식화 사업을 추진함을 명시하고 있다.이는 기본적으로 분류식화사업을 진행하지만, 기존 합류식하수관거와 분류식하수관거 총체적으로 수질관리에 중점적으로 노력을 기울인다는 것을 확인할 수 있다.
개발 과제의 목표 및 내용
본 과업에서는 초기세척효과에 의한 공공수역의 오염문제에 대비하여 보다 향상된 비점오염원 저감 시설을 고안한 뒤, 합류식하수도 시스템의 분류식화를 가정하여 우수토실과 같은 본래의 기능을 잃는 용지를 이용하여 경제적이며 사회적 가치가 있는 활용 방안을 제작하여 출품할 계획이다.
관련 기술의 현황
관련 기술의 현황 및 분석(State of art)
- 전 세계적인 기술현황
가. 포틀랜드 시청 및 포틀랜드 대학일대 다운타운
미국의 포틀랜트시는 도시계획단계에서부터 LID(Low Impact Development)를 기반으로 하여 CSOs를 관리하고자 한다. LID는 주거지, 상업지역, 산업지역 등 개발지역에서 자연 상태의 수문특성과 유사하도록 기존지역의 특성을 최대한 보전, 이용하는 개발방법이다. 즉, 포틀랜드 도시 내 건물관리자의 책임하에 자신의 건물 주변이나 옥상에 빗물에 의한 세척수가 하수관거로의 유입을 막기 위해 기존 조경요소나 녹지공간을 사용한다. 이 사례에서의 시사점은 정부에서 규제량을 각각 할당하고 이를 달성하기 위해 지자체에서 시범시설, 도시계획에 반영하여 주민 모두가 CSOs의 관리에 실천하도록 홍보하며 교육한다는 점이다.
그림 2. 미국 포틀랜드시의 LID정책하의 비점오염저과시설
나. 샌안토니오 강 유역 LID 적용사례
미국 샌안토니오 강 유역에서 마찬가지로 LID를 적용한 비점오염원을 저감하고자 하는 노력이 돋보인다. 기존 자연환경을 훼손하지 않으며 식생 체류지나 식생수로, 투수성 포장, 습지와 같은 기존 시설에 추가적인 기능을 추가하여 비점오염원을 저감하고자 한다. 그 중 투수성 포장의 경우에는 비점오염원이 불투수성 지반인 도로에서 비점오염원이 상당수 발생한다는 점을 착안하여 기존도로의 포장을 투수성으로 변경하여 도로표면의 오염물질이 하수관거로의 유입을 방지하고 그대로 지반으로 투수되어 자동 여과되도록 설계하였다.
그림 3. 미국 샌안토니오강 유역의 비점오염저감시설
다. 베를린 포츠담 광장 stormwater 관리
베를린의 포츠담광장에는 국지성 강우에 의한 비점오염원을 저감하기 위해 900m3를 저장할 수 있는 완충지를 설치하며, 15cm 가량의 습지필터를 저장하여 1300m3의 유량을 저류할수 있는 시설을 구축하였다. 따라서 강우가 발생 하였을 때 바로 비점오염원과 함께 하수관거로 유출되는 것이 아닌 육지에 저류되었다가 재사용되거나, 오염물을 처리하는 방법이다.
그림 4. 베를린 포츠담 광장의 빗물 저장 저류시스템
라. 히가시 코가 네이시 빗물 순환형 노면배수 시스템
일본 히가시 지역에서는 도로표면 아래에 필터를 갖는 배수구를 설치하여 유출된 빗물이 배수구로 집수 되면 집수된 우수가 필터로 여과된 후 땅속으로 침투되는 구조를 통해 비점오염원을 저감하고 있다. 앞선 샌 안토니오강 유역에서의 투수성 도로와는 다르게 기존 도로 측면에 우수를 집수할 수 있는 배수구를 따로 만들어 하수관거로 유입시키지 않고 자체 여과 후 땅속으로 침투시킨다는 차이점을 보이고 있다.
그림 5. 일본 히가시 지역의 도로 비점오염원 저감장치
- 특허조사 및 특허 전략 분석
내용
- 기술 로드맵
다음 표 6은 현재 국내외 상용화 되어 있는 비점오염원 저감시설의 모든 종류와 각각의 특성을 상호 비교, 분석 해놓은 자료이다. 표 6을 현재 비점오염원 저감기술의 총체적인 로드맵이라 할 수 있으며, 지역에 신설 비점오염원 저감시설을 설계 할 시에 필수적으로 참고해야하는 자료중 하나이다.
표 6. 비점오염 저감시설 기술 로드맵
시장상황에 대한 분석
- 경쟁제품 조사 비교
국내에서 비점오염원을 저감시키기 위해 사용하는 기술의 종류는 다음 표 4와 같이 크게 자연형, 장치형, 시설형으로 구분되어지며 자연형은 저류형, 침투형 그리고 식생형으로 분류된다.
표 4. 국내 비점오염원 저감 시설의 종류
가. 저류형
