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.

• 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.

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

내용

구성원 및 추진체계

내용

설계

설계사양

제품의 요구사항

내용

설계 사양

내용

개념설계안

내용

이론적 계산 및 시뮬레이션

내용

상세설계 내용

내용

결과 및 평가

완료 작품의 소개

프로토타입 사진 혹은 작동 장면

내용

포스터

내용

개발사업비 내역서

내용

완료작품의 평가

내용

향후 연구계획

내용