Public Waterstation

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : 서울시 지하철 역사 내 발생하는 유출지하수 및 버려지는 음료의 활용을 위한 시설 설계

영문 : A study on the facility design to utilize underground water leakage and beverage wastewater in Seoul subway station

과제 팀명

Public Waterstation

지도교수

장서일 교수님

개발기간

2018년 9월 ~ 2018년 12월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 환경공학부·과 20138900** 고**(팀장)

서울시립대학교 환경공학부·과 20138900** 계**

서울시립대학교 환경공학부·과 20138900** 김**

서울시립대학교 환경공학부·과 20138900** 김**

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

• 본 과제는 서울시 지하철 역사 내에서 발생하는 유출지하수(이하 ‘유출지하수’) 및 버려지는 음료에 대한 처리 및 활용에 관한 과제이다. 설계 대상 역사는 분당선 서울숲역으로 선정하였다.
• 지하철 역사 내에서 무분별하게 버려지는 음료에 대해서, 용기는 분리수거 하고 음료는 하수관거로 연결하여 처리한다.
• 지하철 역사 내에서 버려지는 음료를 수거하고 분리수거를 할 수 있는 공간을 포함한 시설을 ‘스마트박스’라 명명한다.
• 유출지하수의 원수 수질을 파악하여 활용목적에 맞는 중수도 수질기준 중 친수용수 기준을 만족하도록 수(水)처리를 한 후 최종 활용처로 송수해 이용하고자 한다.
• EPAnet2 프로그램을 이용하여 송수과정에 대한 관망해석 시뮬레이션을 수행한다.
• 따라서 본 과제의 범위는 ‘버려지는 음료 회수’부터 ‘활용처까지의 송수’까지를 포함한다.
• 기존에 잘 활용되지 않고 있는 유출지하수와 버려지는 음료를 새로운 수원(水原)으로 인식하고 활용함으로써, 새로운 수자원을 확보하는 동시에 지속 가능한 수자원 개발에 기여하고자 한다.

개발 과제의 배경

• 최근 기후변화의 영향으로 강수 패턴의 변화에 따른 가뭄, 홍수 등 안정적인 수자원 공급과 확보에 위협이 되는 요인의 발생 빈도가 높아지고 있다. 이에 따라 환경부에서도 ‘지속 가능한 수자원 개발•이용 체계’1)로 물 공급 방식의 전환을 추진하고 있다.
• 서울시 지하철 역사에서는 약 119천 톤/일 (2016년 기준)의 유출지하수가 발생하고 있으며 발생역사 수는 1~9호선, 분당선, 공항철도, 신분당선 내 총 213개소 (2016년 기준)에 달한다. 특히, 300톤/일 이상의 발생량을 가지는 역사는 총 72개소로, 유출지하수는 그 수량 측면에서 활용 가능성이 크다고 평가되고 있다. 이와 동시에 수질 측면에서도 안정적인 수온을 유지하고 서울시에서 정기적으로 시행한 하천 방류 유출지하수에 대한 수질평가에서도 양호한 결과가 나타나고 있어 유출지하수는 수질 측면에서 보았을 때도 다양한 분야로 활용될 가능성이 큰 수원으로 고려되고 있다.
• 최근 지하철 역사 내에서 여름철을 집중으로 제대로 처리되지 않고 일반 쓰레기 또는 재활용 쓰레기와 함께 버려지는 음료가 새로운 사회적 문제로 떠오르고 있다. 이 문제는 악취 발생, 효율적인 분리수거 저해, 처리 시 추가 인력필요, 시민문화에 부정적인 영향을 유발하고 있어 환경공학적 접근을 통한 문제 해결이 필요한 것으로 평가되고 있다.

개발 과제의 목표 및 내용

• 기존에 잘 활용되지 않고 있는 유출지하수와 버려지는 음료를 새로운 수원(水原)으로 인식하고 활용함으로써, 새로운 수자원을 확보하는 동시에 지속 가능한 수자원 개발에 기여하고자 한다.

관련 기술의 현황

관련 기술의 현황 및 분석(State of art)

• 전 세계적인 기술현황

- 2016년 기준, 서울시 발생 유출지하수의 약 92%는 하천 유지용으로 이용되고 있으며, 5%는 건물용, 나머지는 공원용, 화장실용, 도로청소용으로 이용되고 있다 (서울연구원, 2018). 최근 들어 여름철 도심 열섬현상과 미세먼지 피해로 클린로드 시스템과 같은 도로청소 목적으로의 사용 사례가 등장하게 된 것을 포함하여, 이외에도 건물 외벽청소, 건물 냉난방용, 인공함양 등 다양한 목적으로의 유출지하수 활용 사례가 증가하고 있다.

- 「서울시 물의 재이용 촉진 및 지원에 관한 조례」에서는 빗물, 오수, 하수처리수 및 폐수처리수의 재이용에 관한 내용을 담고 있으나, 수자원으로 충분히 활용할 수 있고 서울시 상수도 사용량의 6%에 해당하는 유출지하수에 대한 내용은 포함되어 있지 않다.

- 일본, 독일 등 해외사례를 살펴보면 유출지하수를 유효하게 활용하는 것을 확인할 수 있다. 일본의 대표적인 사례로는 이치노하시 공원이 있다. 방류되던 유출지하수를 이용하여 도심 내 수변공간을 조성함으로써 양호한 환경 조성을 도모하고 친수공간으로써 활용하고 있다. 독일 베를린에서는 시민들에게 지하수를 6단계의 공정을 거쳐 가정과 산업, 상업지역에 식수화하여 마시는 물로써 공급하고 있다.

- 2018년 1월부터 서울시 시내버스 탑승 시 음료 반입금지 조례가 시행된 이후 오히려 버스 탑승 직전 정류장에 음료가 담긴 컵을 무단 투기하는 사례가 발생하고 있다. 이에 서울시 서초구에서는 버스정류장과 지하철역 인근에 일회용 커피 컵 모양의 ‘서리풀컵’ 114개를 설치하여 무단 투기를 방지하고 플라스틱, 비닐∙종이, 병∙캔류를 분리수거 할 수 있도록 유도하고 있다.

• 특허조사 및 특허 전략 분석

- 과제를 수행하기 위해 기존에 등록된 특허들을 조사하였다. 특허조사를 통해 기존의 제품들을 조사·분석하고, 이를 통해본 기술개발 과제에서 설계하고자 하는 ‘스마트박스’의 신규성과 진보성을 확보하고자 하였다. 스마트박스에 포함되는 설계요소와 밀접한 관련이 있는 2가지 특허를 소개하고자 한다.

Table 1. 특허조사 결과의 요약

• 기술 로드맵

Figure 1. 본 기술과제의 기술 로드맵

관련 시장에 대한 분석

• 경쟁제품 조사 비교

- 본 기술개발 과제는 서울시 지하철 역사를 대상으로 하고 있다는 점에서 공공성이 강하며 사업 시행의 주체 역시 지방 자치단체 또는 정부의 주도가 되는 것이 바람직하다. 따라서 경쟁제품의 조사는 본 과제의 설계내용 중 그 목적이나

대상에 있어 유사한 부분이 있는 선행 사례들을 다룬다. 지하철 역사 내 발생 유출지하수의 경우 본 과제의 목표인 효율적인 활용을 위하여 사용된 ‘클린로드 시스템’을, 버려지는 음료의 경우 같은 문제 인식에서 설치된 ‘서리풀컵’과 ‘저음비버’를 소개한다.

Table 2. 경쟁제품 조사의 요약

• 마케팅 전략 제시

- 설계 목표인 유출지하수 및 스마트박스에서 환경 분석을 통해 강점(strength), 약점(weakness), 기회(opportunity),위협(threat) 요인을 규정하고 이를 토대로 4가지 마케팅 전략(SO 전략, ST 전략, WO 전략, WT 전략)을 수립하였다.

Table 3. SWOT 분석 결과

① SO 전략 : 강점을 가지고 기회를 살리는 전략

- 수량과 질이 우수함에도 활용되고 있지 않던 유출지하수를 활용하는 점을 강조하여 설계를 진행한다.

② ST 전략 : 강점을 가지고 위협을 회피하거나 최소화하는 전략

- 유출지하수의 방대한 활용 가능성을 바탕으로 이익을 창출하여 국가 및 지자체 부담을 완화한다.

③ WO 전략 : 약점을 보완하여 기회를 살리는 전략

- 유출지하수로부터 얻은 수원에 대하여 관망해석 시뮬레이션을 바탕으로 안정적이고 경제적인 관로를 설치하여 설계비용을 줄인다.

④ WT 전략 : 약점을 보완하면서 동시에 위협을 최소화하는 전략

- 설계 수요대상이 국가 및 지자체인 점을 이용하여 설계가 시민들의 환경의식 및 재활용의식 제고에 큰 도움을 주는 점을 강조하여 국가 및 지자체의 지원을 얻는다.

개발과제의 기대효과

기술적 기대효과

• 수량

- 설계의 대상이 된 서울숲역의 경우 약 12.2천 톤/일 (2018년 기준)의 유출지하수가 발생하고 있다. 그런데 현재 서울숲역 발생 유출지하수는 역사 주변의 서울 숲 공원 및 하천수로 100% 이용되고 있어 이 중 일부를 인근 주민센터,

학교 등에 활용할 경우 해당 활용량만큼 수요처에서 물 사용을 줄일 수 있을 것으로 기대됨.

• 수질

- 지하철 역사 내에서 미처리된 채 버려지는 음료는 높은 BOD와 색도, 유기물질을 함유하고 있는데 이를 하수관거로 이동시켜 발생하고 있는 환경 문제를 개선하고, 유출지하수는 설비를 거쳐 중수도 수질기준에 적합하도록 하여

인근 공공기관에서 활용할 수 있는 수준의 수질을 달성할 수 있도록 함.

• 설계시설

- 음료 수거기 및 재활용품을 수집 가능한 시설물을 새롭게 설치하여 환경 측면의 문제를 해결하고, 유출지하수와 관련한 시설 설계와 수처리 공정 제안 내용이 다른 유출지하수 활용 사례에서도 적용될 수 있도록 필요 사안들을

제공할 수 있도록 함.

경제적, 사회적 기대 및 파급효과

• 경제성

- 현재 유출지하수는 대부분이 하천으로 방류되거나 하수처리장으로 보내지는데, 이를 효율적으로 활용함으로써 하수처리에 드는 비용을 절감하고, 활용처에서의 물 사용량 감축을 통해 비용을 절감할 수 있을 것으로 기대됨.

현재 지하철 유출지하수를 냉난방에 사용하는 길음역의 경우 기존 냉동기사용 대비 연 6천 100만 원의 에너지 비용을 절감하였으며, 서울 전 역사에서 이 방식으로 활용할 경우 264억 원을 절약할 수 있을 것으로 평가되고 있음.

• 환경성

- 무분별하게 버려지는 음료로 인한 오염 문제를 개선하고 유출지하수의 효율적 활용을 통해 지속 가능한 물 공급을 위한 정책과 서울시 지하수 관리에 기여할 수 있도록 함.

• 문화

- 지하철을 새로운 수원이 있는 공간으로써 인식하도록 하여 지하철을 이용하는 시민들도 환경 개선 과정에 참여자로서 역할을 할 수 있도록 함. 또한, 유출지하수를 공공기관 등 다양한 분야에서 활용함으로써 물 순환 및

지속 가능한 수자원에 대한 인식을 확산할 수 있을 것으로 기대됨.

기술개발 일정 및 추진체계

개발 일정

Figure 2. Public Waterstaion 팀 개발일정

구성원 및 추진체계

• 계정진 : 발표자료 및 포스터 편집, 유관 기관 및 외부 인사 컨택 담당
• 고수빈 : 관망해석 시뮬레이션 및 CAD 이용 도면 제작 담당
• 김건우 : 경제성평가 및 평가항목 개발, 시험 모형 제작 담당
• 김훈빈 : 보고서 편집, 특허 및 시장성 분석, 기술현황 조사, 회의록 작성, 개발사업비 총무 담당

Figure 3. Public Waterstaion 팀 조직도

설계

설계사양

제품의 요구사항

Table 4. 본 기술과제의 설계 요구사항

평가내용(QFD)

• QFD(Quality Function Deployment)는 고객의 목소리(VOC, Voice Of Customer)를 제품의 엔지니어링 특성으로 변환하는 데 도움이 된다. 이는 고객의 요구사항과 설계변수의 상관관계를 도출하는 것으로 HOQ(House Of Quality)를

통해 시각화하여 나타낼 수 있다.

• 본 평가에서는 아래 6가지의 Step을 통해 QFD를 작성하였다.

Step 1. 고객의 요구사항

- 주 고객층은 지하철을 운영하는 주체인 코레일, 서울교통공사 등 공공기관 및 서울시와 같은 지방자치단체이다. 해당 고객층에게 맞는 요구사항을 작성하였다.

Step 2. 중요도

- 확인한 고객의 요구사항 항목을 1(낮음)부터 3(높음)까지로 수치화하여 중요도를 나타내었다.

Step 3. 설계변수 설정

- 본 기술과제에 포함된 설계변수들을 설정한다.

Step 4. 고객의 요구사항과 설계변수와의 관계

- 고객의 요구사항과 설계변수와의 관계를 기호를 이용하여 상관관계를 설정한다. 기호는 ◎, ○, △를 이용 하였으며 각각 높음, 보통, 낮음 순이다.

Step 5. 설계변수 간의 관계

- HOQ의 지붕에 해당하며, 각 설계변수 간의 관계를 기호로 위와 같은 방법으로 설정한다.

Step 6. 경쟁제품과의 비교

- Step 2와 같은 방법으로 중요도를 나타낸 후 본 설계의 중요성 가중치 값과 비교한다.

Figure 4. 본 기술과제의 QFD(Quality Function Deployment

개념설계안

개념설계에서 상세설계 단계로 이어지는 과정에서 있었던 멘토 미팅을 통해 개념설계안의 일부 내용을 수정하여 설계를 진행하게 되었다. 개념설계안에서 상세설계를 위해 수정된 부분은 버려지는 음료의 정수처리를 하지 않고, 저류조에서 일정 시간 보관한 폐수를 지하철 역사 내 하수관거와 연결해 하수처리시설에서 처리하는 방식으로 변경한 부분이다. 수정된 개념설계안은 아래 Figure 5.에 그려져 있다.

• (1)스마트박스에서 지하철 이용 승객들이 버리는 음료 및 쓰레기가 회수된다. 쓰레기의 경우 성상별로 간단하게 분리수거를 할 수 있는 구조로 설계되었으며, 수거된 쓰레기는 인력으로 회수한다.
• (1)스마트박스에서 수거된 음료는 관로를 통해 (2)저류조로 이동하게 된다. (2)저류조에 모인 음료는 지하철 운행시간(06시~ 24시)동안 체류하게 된다. 지하철 운행시간 이후 (2)저류조와 연결된 개폐식 관이 열리게 되고,

음료는 관로를 따라 하수관과 함께 이동하여 인근 하수처리시설에서 처리하게 된다.

• 유출지하수 집수정에는 모인 유출지하수는 (3)유출지하수 처리부로 연결된다.
• 유출지하수는 보통침전조, 완속여과조, 염소소독조의 3단계로 구성된 (3)유출지하수 처리부를 통해 활용목적에 맞는 수질기준(중수도 수질기준 중 친수용수)을 만족하는 수질을 얻게 되고, 송수관로를 통해 (4)활용처로 송수되어 활용된다.

Figure 5. 본 기술과제의 수정 개념설계도

이론적 계산 및 시뮬레이션

설계사항의 계산

• 이번 장에서는 설계에 필요한 항목들에 대해 수량 등의 기본 인자들을 바탕으로 이론적 계산을 통해 결정한 설계사항들을 소개한다. 이 중 유출지하수 정수를 위한 침전, 여과, 소독조에 대해서는 상수도설계기준을 참고하였다.

(1) 스마트박스 지하철 역사 내에 설치되어 실제 지하철을 이용하는 시민들이 본 설계의 내용과 만날 수 있는 시설인 스마트박스는 커피 컵 모양의 원통형 시설 2개가 한 세트로 구성된다. 그중 하나는 분리수거 전용으로, 다른 하나는 버려지는 음료의 수거를 목적으로 설치된다. 분리수거용 원통의 경우 총 300L 용량으로 플라스틱, 종이류, 캔·병류를 각각 100L씩 저장할 수 있도록 하였다. 또한, 시설의 직경은 0.7m, 높이는 0.78m로 두어 분리수거를 할 때 이용자의 편의를 고려하였다. 버려지는 음료를 위한 원통은 1회에 최대 1L 분량의 음료를 버릴 수 있도록 용량을 결정하였다. 또한, 버려지는 음료 수거용 원통에는 상단부에 개폐식 뚜껑을 설치하여 음료를 버리고 있지 않을 때 발생할 수 있는 악취 문제에 대응하고자 하였다.

(2) 버려지는 음료의 저류조 앞서 설명한 음료 수거용 원통에서 수거된 음료는 1) 음료에 포함된 협잡물의 자연 침전 2) 이후 처리 시설의 효율적 운영을 위한 안정적 유량 관리를 목표로 저류조로 이동하게 된다. 저류조는 장방형으로, 최대 24시간 분량의 음료를 저장할 수 있도록 500L 용량으로 설치한다. 구체적인 규격으로는 길이 1m x 높이 1.3m (1m + 여유고 0.3m) x 폭 0.5m로 둔다. 저류조에 저장된 소규모 폐수는 이후 역사 내 설치된 하수관거와 연결되어 하수처리시설로 이동하게 된다. 이때 저류조에 적정 수량이 모인 것으로 판단될 때 관이 열려 폐수가 이동할 수 있도록 개폐식의 관을 추가로 설치한다. 관의 위치는 저류조의 바닥으로부터 0.3 m 위가 관의 최하단부가 될 수 있도록 하며, 관에는 크기 배제를 위해 스크린을 달아서 혹시 모를 협잡물의 이동을 막도록 설계하였다. 마지막으로, 관에 유속밸브를 함께 설치하여 폐수의 이동에 이상이 있을 때 대비하도록 하였다.

(3) 유출지하수 수량 계산 본 설계의 대상이 되는 서울숲역에서 실제 발생하고 있는 유출지하수량과 그 중 목표로 하는 유출지하수량 중 목표 이용량을 결정하기 위해서 아래 Table 5.와 같이 계산하였다. 현재 지하철에서 발생하고 있는 유출지하수의 대부분은 인근 하천에 방류하고 있는데 기후변화와 안정적인 수자원 관리 측면에서 일정 수준 이 방류량은 유지되어야 하는바, 활용처를 다양한 곳으로 확대하자는 것이 이번 설계의 핵심 취지이므로 목표 이용량의 계산이 필요했다. 계산된 최종 유출지하수 목표 이용량은 이어지는 유출지하수 정수 공정의 유량으로 사용되었다.

Table 5. 유출지하수 목표 이용량 계산

유출지하수의 목표 이용량은 서울숲역 인근의 물 사용량을 기준으로, 서울시의 물 재이용 관리계획 목표를 반영하여 물 사용량의 일부를 지하철 유출지하수량으로 대체하겠다는 개념으로 계산되었다. 2013년 7월 서울시 물 재이용 관리계획은 빗물+중수도+하수처리수로 2020년까지 14.4%의 물 재이용률 달성의 목표 내용을 포함하고 있다. 최종 계산된 목표 이용량은 발생하고 있는 서울숲역의 유출지하수량의 약 26%에 해당한다.

Table 6. 2017년도 하천 방류 유출지하수 수질검사결과

현재 서울숲역의 유출지하수는 BOD와 대장균군에서 처리될 필요성이 있는 것으로 보이는데, 이를 위해 보통침전-완속여과-염소소독의 3단계 구성의 정수처리 공정을 두었다. 이는 비교적 양호한 원수에 대하여 불필요한 약품 투입이나 복잡한 설비를 제외하고 필수적이고 상황에 맞는 시설 도입을 통해 경제성과 활용성을 높이는 데에 기여할 것으로 예상된다. 각 공정에 대한 설계내용은 아래 Table 7., Table 8., Table 9.에 소개되어 있다.

Table 7. 보통침전조의 설계사항

일반적으로 보통침전조의 경우 BOD 30~60%, SS 50~80%의 제거율을 보인다고 알려져 있는데, 이번 설계에서는 앞서 살펴본 Table 6.와 목표인 중수도 수질기준 중-친수용수 부분과 대비하였을 때 BOD는 58.3%, 대장균군은 100%의 제거 효율이 필요하다고 할 수 있다. 설계한 보통침전조와 이어지는 후속 공정에 의해 수질 목표를 달성하는 것이 가능할 것으로 예상된다.

Table 8. 완속여과조의 설계사항

Table 9. 염소소독조의 설계사항

염소소독의 경우 농도와 접촉시간의 곱인 C·T값이 주된 설계 인자인데, 본 설계의 경우 대표 목표 제거물질인 대장균군의 경우 99% 불활성화에 요구되는 C·T값이 0.034mg/L·min~0.05mg/L·min 인 점에 비추어 보았을 때, 상수도시설기준(2010)과 상수도설계기준(2017)을 참고하여 2차 처리수의 염소주입률인 2mg/L로 설정하여도 충분할 것으로 예상된다. 이후 이어지는 활용 처인 공공기관까지의 관로 설계와 활용처에서의 반응은 아래의 관망해석 시뮬레이션 결과에서 다룬다.

EPAnet2 관망해석 시뮬레이션

• 본 설계에서 처리된 물을 활용처까지 이송하는 데 있어서 관로를 설계하고 송수과정의 거동을 미리 짐작해보기 위하여 EPAnet2 프로그램을 사용하였다. EPAnet2은 미국 환경청에서 개발하여 무료로 제공되는 관망해석

프로그램으로써 시간 변화 모의를 바탕으로 수리 및 수질해석이 가능하며 해석 결과를 그래프, 표, 색 구분에 의한 표현 등 다양한 형태로 확인할 수 있다. 먼저 EPAnet2에서 제공하는 관망해석을 통해 본 설계가 서울시 성수동 내의 유출지하수 목표 이용량을 송수 가능한지 확인하는 것으로 물흐름의 효과를 검증하고자 하였다. 두 번째로, 수질해석 기능을 통해 Table 9.에서 선정한 염소주입률 (2mg/L)이 적절하였는지, 주입한 염소가 수용점에서 유효한 지속시간을 가지는지에 대해 검증한다. 제시한 두 가지 검증을 통해 본 설계의 신뢰도를 증가시키는 것을 목표로 하며 시뮬레이션에서 입력한 데이터(관경, 관 길이, 수용점 등)를 이후 활용처까지의 관로 설계에 이용 가능할 것으로 기대한다.

(1) 전체 관망도 관망해석의 목표지역인 서울숲역 인근 행정 구역 (성수1가 1·2동, 성수2가 1·3 동) 내 관망을 작성한 지도는 Figure 6.와 같다. 관망도의 서쪽 서울숲역 근처(StationWater) 에서 처리한 수원을 동쪽의 행정 구역으로 송수하였다. 각 절점은 본 프로젝트가 공공성이 강한 성격을 고려하여 서울숲역 인근 행정 구역 내의 공공기관 23곳을 선정하였다. 각 공공기관을 구분할 수 있도록 절점 이름을 초등학교(Eschool), 중학교(Mschool), 고등학교(Hschool), 경찰서(Police), 주민센터(Community), 교차지점(n) 등으로 구분하였다. 각 절점 사이를 연결하는 관로는 축적을 고려한 실제 길이로 작성되었다.

Figure 6. 서울숲역 위치 인근 행정 구역(성수1가 1ㆍ2동, 성수2가 1ㆍ3동) 내 관망도

(2) 해석설정 시뮬레이션을 위해 사용한 EPAnet2의 해석의 구성요소들의 옵션 및 설정값은 아래 Table 10.과 같다.

Table 10. EPAnet2 해석 옵션

(3) 수리해석 결과

Figure 8. 관망도 내 수리해석 결과 (오전 8시)

본 설계로 인하여 발생한 수자원이 각 활용처까지 관로를 통하여 안정되게 공급 가능한가를 확인하기 위하여 수리해석을 실시하였으며 그 결과는 위 Figure 8.와 같다. 시뮬레이션은 물 이동량이 가장 많은 오전 8시를 기준으로 나타내었으며 Table 10.에서 가정한 데이터 조건 아래 수리해석을 실시하였다. 그 결과 모든 절점 및 관로들이 유효한 유량을 지닌 것을 확인할 수 있다.

Figure 9. 임의 3개 관로의 48시간 동안의 유량변화 그래프

시간적 변화를 고려한 해석 결과를 보기 위하여 임의의 3개 관로를 선정하고 관로 내 48시간 동안의 유량 그래프를 Figure 9.로 확인해 보았다. 앞서 설정한 공급량 수요 곡선에 따라 관로 내 패턴을 가진 유량이 안정적으로 흐르는 것을 확인 할 수 있다. 따라서 본 설계로 발생시킨 수원을 관로를 통해 활용처까지 이송 가능한 안정적인 관망 시스템을 갖출 수 있다고 생각된다.

(4) 수질해석 결과

Figure 10. 관망도 내 수질해석 결과 (오전 6시)

대장균군을 처리하기 위해서 염소소독조에서 주입한 염소주입률 2mg/L(Table 9.의 값)이 적절한 값인지 확인하기 위해 관망 내 수질 변화 해석을 실시하였다. 그 결과는 위의 Figure 10.와 같다. 염소는 염소소독조로부터 주입되어 가장 먼 활용처까지 이송되는데 이때 시간의 경과를 표현하기 위해 Figure 10.는 염소가 이동하고 있는 도중인 오전 6시의 결과를 표현하였다. 따라서 가장 먼 활용처 주변은 아직 염소가 도달하지 않아 붉은색으로 나타나는 것을 알 수 있다. 오전 8시 이후 수질해석 결과는 가장 먼 활용처를 포함하여 모든 활용처가 목표 잔류염소량 2mg/L 이상 (파란색)을 유지하는 것을 확인하였다. 따라서 설정한 염소주입률은 적절하였다고 판단된다. 염소수송에 관한 이해를 돕기 위하여 소독장으로부터 가장 먼 활용처(소방서)의 48시간 잔류 염소 그래프를 아래 Figure 11.에 첨부하였다.

Figure 11. 활용처(소방서)의 48시간 잔류 염소 그래프

설계도면과 소개

앞서 결정한 설계내용을 바탕으로 정량적이고 상세한 설계도를 만들기 위해 AutoCAD2016을 사용하였다. 서울숲역에 이미 설치되어 있는 유출지하수 집수정을 제외한 스마트박스, 저류조, 유출지하수 처리 시설을 CAD의 2D 도면을 통해 정확한 치수로 설계하였다. 2D 도면에서는 각 장치를 위에서 본 모습과 앞에서 본 모습 2가지를 설계하였다. 이는 아래 Figure 12. ~ Figure 14.에 그려져 있다.

Figure 12. 스마트박스의 2D 도면

Figure 13. 버려지는 음료의 저류조 2D 도면

Figure 14. 유출지하수 처리를 위한 침전조, 여과조의 2D 도면

결과 및 평가

완료 작품의 소개

프로토타입 사진

• 프로토타입은 아래 Figure 15.와 같다. 실제 지하철 역사를 구성하기 위하여 스마트박스가 설치된 승강장, 집수정 등 유출지하수 처리 구조물을 2개의 층을 통하여 제작하였다. 스마트박스와 유출지하수 처리설계 구조물의

축적을 같게 표현하게 되면 스마트박스의 표현이 제한되어 제작 시 축척은 각각 선정하였다. 추가로 본 설계의 이해를 돕고자 과제의 개요를 오른쪽 위에 부착하였다.

• 스마트박스는 기존 쓰레기통을 대체하는 시설로써 승강장에 3set로 제작하였다. 또한, 버려지는 음료의 처리를 모사하기 위해 저류조에 모인 음료는 하수관거로의 연결을 표현하였다.
• 유출지하수 처리설계는 실제 사이즈의 약 1/00로 제작하였다. 또한, 완속여과조에서는 모래, 자갈을 이용하여 하향류 중력식 여과를 표현하였다. 유출지하수는 프로토타입에서 나타나듯이 3가지의 공정을 거친 뒤 활용처로의

연결을 표현하였다.

Figure 15. 본 기술과제의 프로토타입 사진

포스터

• 본 기술과제의 포스터 구성은 Introduction, Approach, Result & Discussion 및 Conclusion 순으로 진행하였다. Introduction에서는 과제선정 배경과 목적, Approach에서는 과제 접근방법을 3가지로 구성하고 설계 대상 지역

및 유출지하수 활용목표를 작성하였다. Result & Discussion에서는 개념설계안을 바탕으로 각 구조물에 대한 규격과 용량 계산식을 나타내었다. 또한, EPAnet2 관망해석 프로그램과 기술과제의 평가를 소개하여 설계 적절성에

대한 검토 결과를 소개하였다. 마지막으로 Conclusion에서는, 설계에 대한 전반적 평가와 향후 연구계획을 구성하였다. 포스터는 다음 Figure 16.과 같다.

Figure 16. 본 기술과제의 포스터

개발사업비 내역서

Table 12. 개발 사업비 내역서

완료작품의 평가

Table 13. 완료작품의 평가

향후 연구계획

• 현재 서울시는 하수도로 방류하고 있는 유출지하수를 수자원으로서 인식하여 관리 필요성에 대하여 인지하고 있다. 관련 내용은 서울시 물순환정책과 추진의 공개된 공문 「유출지하수 이용 활성화 방안」 에 언급되어 있다.

공문에는 유출지하수의 하수처리비 부담이 크고 지속 증가 추세인 점, 유출지하수 이용 활성화를 위한 제도가 미흡한 점 등의 문제점이 언급되어 있으며 이에 따라 서울시는 관련 정책을 연구하고 유출지하수를 수자원으로써

이용하는 규정을 추진하는 등 유출지하수 활용개선안을 마련하기 위한 계획을 추진하고 있다. 현재 소요 예산을 선정하고 5개년 유출지하수 이용계획을 수립하는 등 구체적으로 계획의 실시 의지를 나타내고 있다.

이러한 서울시의 계획이 이번 본 설계의 목적과 부합한다고 판단된다. 따라서 본 설계의 타당성을 검증하고 장점을 강조한다면 사업 예산을 지원받을 수 있을 것이라 기대된다.

• 본 설계의 최초 개념설계 단계에서는 스마트박스에서 수거된 음료는 저류조와 정수처리부를 거쳐 유출지하수와 합류하여 수자원으로써 활용할 계획이었다. 그러나 멘토 미팅을 통해 음료 처리 시설의 문제점과 경제성 부분의

문제점에 관한 코멘트를 받게 되었다. 따라서 상세설계 과정에서 버려지는 음료는 지하철 역사 내 하수관거와 연결하여 하수처리시설에서 처리하기로 수정하여 설계를 진행하였다. 향후 버려지는 음료에 적합한 처리 공정과

관로 설치에 관한 경제성 부분을 고려하여 버려지는 음료의 수 자원화를 연구할 필요가 있다.

• 본 설계에서는 공공성이 강한 과제 성격을 고려하여 최종처리된 물의 활용처로 서울숲역 인근 공공기관 23개를 제시하였다. 공급을 위한 관로 설치 등 비용을 절감하기 위해 지하철 역사 인근의 아파트 수변공간 용수 및 조경

용수 등으로써의 활용방안 또한 향후 연구할 가치가 있다.

• 본 설계는 유출지하수의 수량 및 수질, 역의 위치 및 유동인구 등을 고려하여 설계의 방향과 가장 적합할 것으로 판단되는 대상역으로 서울숲역을 선정하였다. 이에 따라 공개된 자료를 바탕으로 서울숲역 유출지하수에 최적화된

처리 공정을 설계하였다. 이후 다양한 역의 상황을 고려하여 각 역에 최적화된 유출지하수 처리 공정을 연구하고 설계 부품의 표준화와 병렬화를 통해 다양한 역에서 설계를 적용해 보고자 한다.