민간자본을 투입해 운영에 돌입한 송도·만수하수종말처리시설은 ’99년 인천시와 베올리아워터사가 사업참여를 위한 양해각서를 체결한 후 ’00년 민간사업 제안서 제출, ’01년 12월 실시협약 체결, ’02년 10월 착공에 들어가 2년 6개월간의 공사 끝에 결실을 맺었다. 미디어는 준공을 기점으로 본격적인 운영에 돌입한 송도 · 만수 시설을 직접 둘러보고, 각 처리장의 특징과 장점 등을 분석해 본다.
송도 3만, 만수 7만톤
… 공기 2년 6개월 1,166억 투입
송도하수처리장의 경우 공수수면 매립공사가 완료된 306만평에 대해 기반시설 설치와 병행해 테크노파크 단지내 60동의 기업과 공동주택 7,500세대가 입주함에 따라, 향후 개발될 국제업무지구와 지식정보산업단지내에서 발생되는 오수를 처리하기 위해 송도 4공구내 7천평의 부지에 3만톤 규모로 건립됐다.
만수하수처리시설은 남동구내 기존 시가지인 만수동 일원 및 도시개발 사업을 추진중에 있는 서창지구외 논현지구, 한화지구등 새로이 조성되는 시가지의 8만여 가구에서 발생되는 오수 7만톤을 처리, 연안 수질환경을 보전할 수 있도록 건설된 시설이다. 이 시설은 주변 해양과 인접해 있어 연안의 수질환경을 고려하고 지역주민의 생활환경 개선에 주안점을 두고 있다.
각 시설의 처리방식을 살펴보면 송도는 미생물을 담체에 부착·배양해 오수를 정화 처리하는 Biostyr짋 공법을, 만수처리시설은 미생물접촉조를 두어 생물학적 오수처리 능력이 뛰어난 Azenit-P 공법으로 시공됐다. 연인원 11만명, 총사업비 1,166억, 7,900톤의 철근과 56,000㎥의 레미콘 자재가 투입된 송도·만수 하수처리시설은 민간사업자가 선투자로 건설하고 향후 20년간 하수처리시설을 관리 운영하는 BTO방식을 택했다.
세계적인 물관리 기업 ‘베올리아워터’가 하수처리 분야에서는 최초로 민간투자사업을 성사시켜 이를 성공적으로 준공하고 운영에 들어간 송도·만수처리장. 관계자들은 이들 시설이 동북아의 중심도시로 발돋움하고 있는 인천의 수질환경을 크게 개선할 것으로 기대하고 있다.
* BTO란?
Build-Transfer-Operate, 건설-이전-운용. 민간사업자가 시설을 완공 후 일정기간 직접 운영관리를 통해 투자비를 회수하는 방식이다. 이와는 다르게 BTL은 민간이 짓고 정부가 이를 임대해서 쓰는 민간투자방식으로, 시설을 정부에 임대(Lease)하고 그 임대료를 받아 시설투자비를 회수하는 방식이다.
<Report Ⅰ>
“보이지 않고 느끼지 못하는 환경시설” 송도하수종말처리장
전 공정 ‘건물내부로’ … 악취없고 콤팩트한 구조물 실현
인천시 외곽에서 끝없이 바다로 이어진 송도신도시. 세계속의 최첨단 국제도시를 표방하는 이 지역은 개발사업이 본격화되면서 속속 고층건물이 들어서고 있다. 연수구 동춘동 1002번지, 연분홍으로 채색된 송도하수처리장은 얼핏 보면 관공서 건물이나 학교건물처럼 보인다. 건물의 외부만 보고는 도저히 하수처리장이라고 짐작할 수 없는 구조다. 개방된 처리공정이 없다는 것이 송도처리장의 가장 큰 특징인데, 때문인지 여타 하수처리장을 지날 때처럼 의례 풍겨오는 특유의 악취가 없다.
“하수처리장 부지가 도심에 위치한 관계로 건설단계부터 악취 원천봉쇄와 같은 제반사항들이 충분히 고려돼 ‘보이지 않고 느끼지 못하는 시설’로 건설됐다”는 관계자의 설명이다. 송도지역은 바다를 매립한 지역으로 경제자유구역에 위치해 개발에 따라 지속적인 하수처리시설의 확충이 필요한 지역적 특징을 띄고 있다.
현재 송도처리장은 30,000㎥/일 규모를 건설되어 실제 설비는 10,000㎥/일 처리능력을 확보하고 있다. 그러나 확장 20,000㎥은 언제든 추가설비만 구축하면 운용이 가능하도록 형태를 갖추고 있으며 ’08년 2단계 사업에서 이 부분은 늘어날 유입량만큼 증설될 계획에 있다. 현재는 유입되고 있는 오수량이 일일 1만톤에 미치지 못하고 있어 조기 증설이 불필요한 상태다.
질소·인 제거 탁월한 Biostyr짋 프로세스, 부지면적도 줄여
베올리아 워터가 건설·운용하고 있는 송도만수처리장은 VWS(Veolia Water System)의 모기업인 프랑스 OTV사의 최신기술로 구성돼 설계시부터 부지면적 절감, 유기물질제거, 질소·인제거가 우수한 공정을 적용하고 있다.
송도하수처리장은 유입하수의 SS제거를 주목적으로 하는 1차 침전설비로 부지요구면적이 매우 적은 Multiflo짋 공법을 택하고 있다. 또 질소제거를 위한 2차 생물학적 처리설비로 Biostyr짋 공법을, 그리고 화학적 방법에 의한 인 제거를 위해 Actiflo짋 공법을 각각 적용하고 있다.
각 공법들은 국내외에 익히 알려진 공법들과 달리 다소 생소한 프로세스처럼 들리지만 실은 해외에서 다년간 현장운용을 통해 경제성과 효율성이 입증된 프로세스들이다. 송도처리장에서 주의 깊게 살펴 볼 것은 각 공정들이 도심이라는 특성을 감안해 부지면적을 최소화하면서도 효율을 극대화하는 프로세스들을 택하고 있다는 사실이다.
이러한 연유 때문인지 지상으로 보여지는 건물외관과 달리 각 공정을 연결하는 지층부분은 그 층고가 깊지만, 공간활용이 뛰어난데다 치밀한 계산에 의해 컴팩트하게 얽혀있어 보는 이로 하여금 연신 감탄사를 자아내게 한다.
송도처리장의 공정을 보다 자세히 살펴보면, 전처리를 거친 하수는 Multiflo라는 1차 침전설비를 통해 각종 부유물질이 제거된다. 이후 처리장의 가장 핵심 프로세스인 Biostyr짋 로 명명된 프로세서가 등장한다. 이 프로세서는 프랑스 베올리아 워터 시스템에서 연구 개발하여 20년 이상 상용화한 기술로 국내에서는 생물여과막 공법으로 소개된 기술 중의 하나로 질소·인 제거에 탁월한 성능을 발휘하는 것으로 알려져 있다.
수량·수질변화에 ‘유연’… 전세계 90여개 처리장 적용
일단 반응조에는 폴리스틸렌 재질의 원형 여재가 가득 차 있는데 이 여재에 부착된 미생물 막에 의해 생물학적 처리가 진행된다. 흰색의 공모양을 하고 있는 여재는 호기영역과 무산소영역이 형성돼 유기물 제거반응과 함께 질산화 및 탈질화 반응이 동시에 이뤄진다.
물의 흐름은 반응조의 하단으로 유입돼 여재를 거쳐 위로 솟아나는 방식을 택하고 있다. Biostyr짋 공정은 규모가 큰 1차 공정에 이어 같은 원리에 의한 소규모 2차 공정을 통해 제거율을 높이고 3단계 공정인 Actiflo짋 공정을 맞는다.
이 공정에서 눈여겨 봐야할 기술요소는 유입수량과 수질상태가 변동하더라도 온라인 계측기와 자동제어시스템을 통해 최적의 제거효율을 낼 수 있는 프로세스의 유연성이다. Biostyr짋는 현재 프랑스, 영국 등 전세계 90여개 시내 하수처리장에 적용되고 있다고 관계자는 설명한다.
마지막 단계인 Actiflo짋 공정은 생물여과조 이후 인(P)을 제거하고 잔류 유기물과 부유물질을 제거하기 위해 마련된 공정이다. 당초 Actiflo짋는 정수장에서 응집침전용을 개발돼 적용되었던 공법으로 현재는 SS와 P제거를 목표로 하고 있다. 이 공정은 특히 미세모레(Micro-sand)를 이용해 응집조건과 속도를 향상시키고 폴리머를 주입해 응집반응을 돕고 있는 것이 특징이다.
공정의 장점으로는 세사를 이용하여 침강성능을 향상시키고 재이용하는 장점 외에도 경사판을 적용함에 따라 침전 면적이 늘어나 기존 재래식 침전지의 1/10의 부지만으로 같은 효과를 보고 있다는 점이다. 전반적으로 송도처리장은 건설당시부터 많은 제약을 떠안고 착공에 들어갈 수밖에 없었다. 혐오시설로 인지된 하수처리장이 향후 기초시설로 거부감을 일으킬 수 있는 요인들을 사전에 제거해야 했다.
베올리아워터 측은 이를 위해 시설물의 구조가 드러나지 않는 ‘경관을 고려한 설계’, 악취가 발생될 수 있는 요인을 사전에 제거하는 ‘악취처리공정’, 그리고 수질과 수량의 가변율이 높은 신도시의 특성을 고려해 부지면적은 최소화하면서 처리효율은 극대화하는 ‘검증된 프로세서 접목’등의 해결책을 제시했다.
<Report Ⅱ>
“질소와 인 완벽제거” 미래형 만수하수종말처리장
고도처리방식 도입 · 집적된 기술 느끼게 하는 ‘설계’
남동구에 위치한 만수처리장은 송도처리장과 달리 최근 국내기업들이 건설하고 있는 하수처리장처럼 눈에 익다. 지상으로 노출된 반응조와 침전지가 주는 하수처리장의 전형적인 모습 때문이다. 송도경제자유지역에서 북동쪽으로 10km 지점에 위치한 만수처리장은 소래지구와 서창지구, 도림지구의 개발을 고려해 추가확장이 용이하도록 건설됐다.
현재 처리용량은 70,000㎥/일, 26만명이 배출할 오수를 감안해 지어졌다. 처리장의 입지는 대개의 처리장들처럼 하천(만수천)을 인접해 있으며, 도심의 외곽에 위치해 있다. 처리된 하수중 일일 5천톤 가량을 농업용수로 사용하고 만수천으로 되돌려 건천화를 방지한 것도 송도처리장과 구별된다.
만수처리장은 부지제약에서 비교적 자유로운 인상을 풍긴다. 하지만 7만톤 규모의 처리장으로 차지하는 부지면적은 여타 처리장에 비해 오히려 적어 보인다. 시설동을 지나 가장 먼저 눈에 들어오는 것은 타원형의 생물반응조(폭기조)다. 이 처리장은 미생물접촉조를 두고 생물학적 오수처리 능력이 뛰어난 Azenit-P 공법을 택하고 있다.
생물학적 오수처리 능력 탁월 … Azenit-P공법 선택
일종의 활성슬러지 공법인 Azenit-P 공법은 베올리아 워터 시스템에서 개발한 처리방식으로 혐기성 접촉조와 호기성 생물 반응조로 구성돼 있다. 이 방식은 화학적 처리가 불필요하면서 전력비가 감소되고 처리효율이 높아 1950년대부터 개발돼 이용되어온 고도처리 방식이다.
생물반응조는 산화구(Ozidation Dith)와 침전조로 구성돼 있는데 “유입부에서 미생물을 선택하고 동시에 순차적으로 폭기해 질산화반응과 탈질반응을 완벽하게 조절한다”고 베올리아 측은 설명했다. 실제로 반응조에서는 육안으로 확인이 가능할 만큼 순차적인 폭기가 이루어지고 있는데, 나선형으로 이뤄진 반응조내의 유체흐름은 고도의 계산된 설계를 통해 불반응 구역을 없앤 기술력이 돋보인다.
순차적으로 호기상태와 무산소상태를 유지하는 생물반응조에서 유기물은 산화되고 질소는 제거됐다. 호기성 상태에서는 질산화와 동시에 유기물제거가 이루어지고, 무산소 상태에서는 탈질이 이루어지는 원리다. 이러한 질산화와 탈질반응은 Ecoredox와 Regul-N설비를 통해 조절되는데 현장관계자는 “유기물의 부하와 온도, 유출수량등을 측정해 산소공급시간과 중지시간을 결정해 산소 요구량을 정확히 유지하고 소요동력을 절감하게 된다”고 설명했다.
이렇게 생물반응조에서 처리를 거친 하수는 3개의 원형2차 침전지로 이동하게 된다. 약 10시간동안 침전조에 체류하면서 맑은물과 슬러지로 구분되면, 슬러지는 반송조를 거쳐 생물반응조로 되돌아가고, 나머지 슬러지는 부피를 줄여주는 중력벨트 농축기로 보내진다.
취재팀이 만수처리장을 방문했을 때 마침 서너마리의 바다 갈매기가 이 침전조 위를 한유하게 헤엄치고 있었는데, 아침녘에는 수십마리의 철새가 날아와 장관을 이루는 일이 잦다고 한다.
디스크필터로 한 번 더 걸러 … UV 소독 후 최종방류
한편 만수처리장에는 2차 침전지 처리수에 남아있는 미세부유물질을 10마이크론의 디스크 필터를 통해 한 번 더 걸러내고 있었다. 마이크로 디스크 필터는 물량변동에 관계없이 수명이 길고 유지관리가 용이한 장점이 있으며, 특히 세척시 자체 처리수를 사용해 별도의 세척수가 필요 없다. 사실상 마지막 공정으로 만수처리장에서는 UV소독을 실시하고 있는데, 현재 192개의 고출력 저압램프를 사용해 살균처리한 후 물고기의 생존에 문제가 없는 수준으로 방류가 이뤄지고 있다.
이러한 전 과정을 통해 방류구를 통과한 물중에서 매일 5천톤 규모는 압송펌프를 통해 끌어올려져 농업용수와 하천 건천화 방지를 위해 사용되고 있다. 일반시민에게 혐오시설로 낙인 된 하수처리시설이 농작물을 키우는 물을 만들고, 하천의 수질을 개선시키는 몫까지 담당하고 있는 것이다.
탐방후기/“배타적 시선보다 한 수 배우고 익혀라”
베올리아워터가 국내 하수처리분야에서 최초로 건설한 송도·만수하수처리장. 두 곳의 환경시설을 둘러보며 취재팀에게 여운처럼 맴도는 단어는 ‘연륜’이다. 비전문가의 시선을 멈추게 하는 것은 화려한 외양이나 첨단을 위시한 기술이 아니다. 잘 직조된 직물처럼 현지 환경을 고려해 가장 합당한 프로세스를 선택하고, 이를 통해 안정적인 운영을 도모하는 그들의 안목은 내심 부러운 마음까지 들게 했다.
특히 각 처리장에는 현장 엔지니어가 시설에 상주하면서 책임운영을 담당하고, 그들만이 소유한 기술과 경험을 통해 하수처리의 최적화와 안정화를 도모하는 모습은 매우 인상적이다. 환경시설의 입찰이 발생하면 서둘러 전문건설기업과 시설운용기업이 손을 맞잡고 일단 사업 수주에 총력전을 펼치다 준공과 함께 하청 위탁관리로 전환, 새로운 사업을 찾아 동분서주하는 국내환경기업과 대조적이다.
공공시설의 성격이 강한 각종 환경시설은 공공보건과 환경보호라는 양측면에서 안정적 운영에 민감할 수밖에 없다. 장기적으로 수처리 분야에서 고급운용 인력을 양성하고 시장에서의 경쟁력을 신장시키기 위해 환경시설을 ‘플랜트’가 아니라 ‘프로세스’의 개념으로 접근하는 시선이 요구되는 시점이다.
물론 150년 동안 물관리 전 분야에서 국제적인 활동을 벌이며 종합적인 노하우를 체득해 온 기업과 짧은 역사를 소유한 국내 수준을 상대비교는 별 의미가 없다. 다만 이들의 높은 기술력과 운영노하우는 ‘다국적기업은 무슨 수를 쓰더라도 진입을 막아야 한다’는 논리로 간과하고 배타적인 시선을 견지할 것이 아니라, ‘한 수 배우고 습득해’ 자신의 경쟁력으로 만드는 처신이 더 현명한 결정이라는 생각을 지울 수 없다.
미니인터뷰 / 베올리아 BTO본부 ‘마이클 스마트’ 본부장
“베올리아만이 확보한 기술, 축적된 노하우가 우리의 저력”
베올리아 워터는 수처리 서비스 산업에서 수에즈와 함께 단연 독보적인 글로벌 기업이다. 상수도를 비롯해 물 관리 전 분야를 다루며 100여개 국가에서 1억 천만 명의 인구를 대상으로 서비스를 제공하고 있는 베올리아. 이 기업을 ‘세계 1위의 물기업’으로 꼽는데 주저하는 사람은 없다.
국내에서 베올리아가 본격적인 활동을 벌이기 시작한 것은 ’00년 3월, 바로 베올리아워터코리아가 설립되면서다. 현재 지자체의 상하수도 서비스와 산업체의 수처리 서비스 위탁 운영 사업에 참여하고 있는 베올리아는 기존 처리장의 운영관리뿐만 아니라 신규처리장의 설계, 시공, 운영 및 투자를 포함한 광범위한 수처리 서비스를 제공하고 있다.
’01년 12월, 베올리아는 인천 송도·만수 하수처리시설 BTO 프로젝트를 수주하면서 국내 하수처리분야에 기념비적 궤적을 남겼다. 기존에 사기업과 공업용수 공급계약과 맺은 성과가 있으나, 금번처럼 지자체의 공식적인 하수처리시설을 위탁 운영한 적은 없다. 이른바 ‘송도·만수 프로젝트’의 총책임자로 사업을 성공적으로 이끌었던 BTO본부의 마이클 스마트 본부장을 만나봤다.
송도·만수 프로젝트‘성공적’, 설계보다‘운영’이 중요
“베올리아 워터의 기술진만이 확보한 기술, 그리고 축적된 노하우. 그리고 효율적이고 진취적인 운영이 바로 베올리아의 힘입니다” 그는 베올리아의 저력을 ‘경험에서 축적된 노하우’로 축약했다.
마이클 스마트 본부장은 알제리, 스리랑카 등 세계각지에서 프로젝트를 진행한 국제파로, 90년대 후반을 홍콩컨벤션센터 프로젝트와 사천성 성도시의 40만톤 정수장 프로젝트 등 굵직한 국제 프로젝트를 성공리에 진행시킨 인물이다.
그는 “송도·만수 프로젝트는 성공적이었다”고 자평했다. “외관이 하수처리장인지도 알 수 없이 건설할 수 있는 것이 베올리아의 장점입니다. 또 좁은 부지에 처리효율이 높은 프로세스를 사용해 기존 부지의 50% 이내로 줄인 것도 성과입니다.” 하지만 마이클 스마트는 어려움도 없지 않았다고 털어놨다. “송도 시설의 경우 매립지인 관계로 해수가 침투해 예상치 못한 어려움이 있었으며, 도면을 제대로 이해하지 못하는 일이 발생하기도 했다.” 뿐만 아니라, 타국의 문화적 차이에서 오는 커뮤니케이션의 단절, 그리고 형식과 절차, 격식을 중요시하는 경직된 관가의 문화도 그에겐 ‘극복해야 할 대상’이었다고. “환경시설을 건설·운영함에 있어 설계와 운영, 두 가지 핵심 요소가 있는데 이중에 운영적 측면이 더욱 중요합니다. 베올리아 워터처럼 운영회사가 직접 관리·운영하는 구도 자체는 한국의 패러다임과 분명 차이가 있습니다.”
보다 정확한 소통을 위해 틈틈이 한국말을 열심히 배우고 있다는 마이클 스마트 본부장. 말을 아끼면서도 신중함을 잃지 않던 그가 남긴 ‘뼈 있는 말’이다.
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