하수도 설계기준 1장 일반사항 1.11 시설계획

하수도 시설기준에서 하수도 설계기준으로 명칭이 변경되어 앞으로 설계기준으로 통일하여 부르겠습니다. 아직 설계기준보다 시설기준이 더 익숙하고 입에 착 달라붙습니다.  시설계획에 대한 사항을 알아보도록 하겠습니다. 

 

 

 

기본적 사항

전체시설계획의 목표년도는 약 20년 후로 하는 것을 원칙으로 합니다. 시설계획에서는 투자효과가 조기에 발휘되고 시설이 효율적으로 운전될 수 있도록 배려함과 동시에 개축 등에도 유의합니다. 또한 경제성뿐만 아니라, 안전성, 신뢰성 및 개축의 난이도 등에 대해서도 검토하여야 합니다.

 

전체시설계획의 목표년도는 원칙적으로 약 20년 후로 하고 있습니다. 이것은 시설의 내용년수 및 건설기 간이 장기간이 걸리기 때문이며, 특히 관로의 경우는 수량의 증가에 맞추어 단계적으로 시설을 확장하는 것이 곤란하기 때문입니다. 더욱이 20년 후에는 계획구역의 인구가 계획인구에 가깝다는 예측도 포함하고 있습니다. 그러나, 목표에 이르는 경로는 지역에 따라 다르고 또, 경제 및 사회정세에 좌우됩니다. 한편, 사업의 집행에는 건설단계 에서 많은 투자가 필요로 될 뿐만 아니라 시설의 운전관리 및 유지보수에도 많은 비용을 필요로 합니다.

따라서, 시설계획을 20년 후의 계획값 만을 대상으로 하여 관거망이나 처리장내 시설의 배치를 검토하는 것은 효율적인 사업운영을 저해할 수 있습니다. 이 때문에 수세화 인구나 사용수량의 증가에 따른 시계 열적(時系列的) 추정으로 목표년도에 이르는 중간단계에서의 계획제원, 시설의 건설조건, 유지관리 및비용 등을 충분히 배려하면서 정확한 예측을 하고, 그 예측치에 따른 시설계획을 세워 최종적으로 전체적인 계획이 되도록 하는 검토가 필요합니다.

즉, 앞으로는 처리수가 방류되는 공공용수역의 수질환경기준의 재검토, 수질의 규제가 강화되는 방향, 처리장 등 시설의 관리체계가 시설의 대소에 관계없어지는 것, 관리인원의 재검토, 에너지절약 및자동화 되는 경향 등 시설의 안정하고 양호한 운전관리가 중요한 과제가 됩니다. 따라서, 시설계획에 있어서는 효율성, 경제성뿐만 아니라, 안전성, 신뢰성 및 개축의 난이도 등에 대해 서도 유의할 필요가 있습니다.

 

효율적인 시설계획

간선관로, 펌프장, 처리장 등의 기간시설에 대해서는 효율적인 정비를 위해 유입수량의 증가에 따른 단계시공을 고려합니다. 또, 사용개시초기의 적은 유량 유입시 등 단계시공을 하여도 처리효율이 나쁘고, 통상의 유지관리가 곤란한 경우에는 초기대책에서 검토합니다.

간선관거, 펌프장 및 처리장 등의 기간시설의 정비에 대해서는 중간년차(中間年次)의 경우 유입수량에 따라 단계적으로 시행하여 과대한 선행투자룰 억제함과 동시에 시설의 효율적인 이용을 도모할 필요가 있습니다. 이를 위해서 유입수량의 증가를 감안하여, 관거시설은 2계열 방식을 채용하며, 펌프장 및 처리장 시설에서는 계열로 나누어 대응하고 이러한 계열분할시 유입수량의 명확한 산정이 중요하고 정도가 높은 예측이 필요합니다.

일반적으로 시설의 사용개시부터 일정기간 사이에는 계획에 비해 유입수량이 작기 때문에 단계시공을 하여도 처리수량당 처리비용이 높아지며, 안정한 처리기능의 확보가 어려운 등 운전관리상 지장을 가져오는 경우가 있습니다. 따라서, 수처리․슬러지 처리 방식에 대해서는 단계적인 처리 프로세스의 검토도 필요합니다. 구체적으로는 표준활성슬러지법을 채용하더라도 유입수량이 적은 범위내에서는 일차침전지를 건설하지 않고 장시간포기법, 산화구법과 같은 운전을 합니다. 또, 운전초기는 슬러지탈수기를 설치 하지 않고 보다 간편한 슬러지처리법의 채용을 계획합니다.

단계시공을 하여도 유입수량이 적고 효율적인 시설의 운전이 곤란하다고 예상되는 경우에는 초기대 책에서 검토합니다.

 

1)간선관로

간선관거의 하류부는 상류로부터 발생하는 하수를 모두 수집하기 때문에 큰단면이 될 뿐만 아니라, 장래 증가량도 고려하기 때문에 공용개시 후 당분간은 관거의 능력에 비교하여 실제의 유량은 꽤 작아 집니다. 그럼에도 불구하고 관거건설은 처리장에 가까운 하류측에서 부터 축조해 가지 않으면 효과가 나지 않으므로 간선관거의 선행투자는 불가피한 경우가 많습니다.

이 때문에 아래와 같은 수법에 대해서도 건설비용의 비교 및 그 외의 제반조건을 고려하여 검토 합니다.

 

단계시공으로

① 유입수량을 전기와 후기로 나누고 2계열화 등을 검토합니다.

초기대책으로

① 처리구가 여러 개인 경우 처리구역내에서의 배제 및 처리에 구애하지 않고, 다른 처리구의 간선 관거에 연결관 등을 설치하여 초기에는 어느 한쪽의 처리장에서 처리합니다.

 

2) 펌프장

펌프장은 구조나 시공성 및 경제적인면에서 토목구조물은 전체를 일체로 만들어야 하는 경우가 많으나 설비 등에서는 투자효율적인 면에서 배려가 가능합니다. 이를 위해서 아래와 같은 대책에 대해서도 검토합니다.

 

단계시공으로

① 분류식하수도의 침사지는 홍수 후의 침사상황을 보면서 건설할 수 있고, 초기에는 맨홀펌프 등으로 대응하는 경우가 있습니다.

초기대책으로

① 펌프설비는 수중펌프 등의 간단한 것을 쓰며

② 펌프장을 건설하지 않고 맨홀형식펌프장 등에 의한 간단한 시설로 양수합니다.

 

3) 처리시설

처리장시설에 대해서 배치, 구조 및 기능 등을 20년 후의 계획치에 따라 설계하는 것은 합리적이지 못하므로, 처리수량이 경년적으로 증가하는 것을 충분히 배려하는 것이 필요합니다.

선행투자를 되도록 억제하고 경제성을 충분히 고려하여 시설의 사용을 빠르게 하고 사용개시후도 시설의 능력과 유입하수량과의 평형을 취할 수 있도록 고려할 필요가 있습니다. 그 때문에 처리장의 시설계 획은 관거 및 펌프장과 비교하여 단계시공을 특별히 배려할 필요가 있습니다.

특히 유입하수량이 적고, 수질도 계획치와 대폭 다른 경향이 강한 1단계 계획은 원칙적으로 시설의 운전개시후 2～3년 정도이고, 시설의 능력을 발휘할 수 있는 규모로서 착수부터 운전개시까지의 건설 비용을 억제하고 단기간에 운전할 수 있도록 고려합니다. 이것이 어려울 때는 초기대책을 검토합니다.

찌꺼기(슬러지)처리에 대해서는 시설계획이 수처리에서 계열로 나누는 것보다는 큰 범위의 계열로 나누는 경향이 있으므로 건설단위가 크게 됩니다. 또, 유입하수의 수질은 계획유입수질보다 낮은 기간이 일반적으로 길입니다. 이 때문에 운전개시초기는 슬러지농축탱크에서의 체류시간이 매우 길어지고 부패에 의한 부상이 생겨 농축이 안되는 등의 처리상의 문제를 일으키는 경우가 있습니다.

또, 슬러지처리의 기술은 진일보하므로 적합한 신기술의 도입을 하는 편이 유리하게 되는 경우도 있습니다. 따라서, 초기의 슬러지처리시설의 건설규모를 작게 하는 것이 유리한 경우도 있습니다. 효율적인 처리장을 고려하는 경우 처리방식은 전체를 반드시 동일방식으로 하지 않습니다. 특히, 건설의 착수부터 운전에 이르는 1단계 계획은 소규모인 시설을 고려하여 이후의 2단계 및 3단계의 계획과는 독립시켜 별도의 처리방식을 채용하는 등의 방법을 고려하며, 처리방식의 일시적인 변경 및 시설의 간소화 등 다양한 방법을 선택하는 것이 가능합니다.

이 때문에 아래와 같은 대책에 대해서도 검토합니다.

 

단계시공으로

① 일차침전지는 공용개시 초기에는 건설하지 않고, 유입하수량이 증가할 때 설치합니다.

② 분류식하수도의 침사지는 통수후의 침사상황을 보면서 건설하고, 초기는 맨홀펌프 등으로 대응합니다.

 

초기대책으로

① 수처리시설의 1단계는 소규모 또는 간이처리시설을 계획하고, 2단계 이후는 별도의 처리시설을 계획합니다.

② 처리장내의 관망은 초기는 직접매설 또는 공중가설을 고려합니다.

③ 1단계 계획에서는 유지관리에 필요한 인원이 적고, 감시시설도 소규모이기 때문에 관리동은 간단하게 하거나 다른 시설과 공용합니다.

④ 처리장내 펌프장을 건설하지 않고 맨홀형식펌프장 등에 의한 간단한 시설로 양수합니다.

 

설비 및 기기의 적절한 조합

설비 및 기기의 조합은 다음 각 항을 고려합니다.

 

(1) 설비 및 기기의 용량은 설비전체의 효율 및 운전초기의 적은 유입하수량을 고려하고 유입하수 량의 경년변화를 고려하여 설비의 용량 및 대수의 조합을 정합니다. 설비 및 기기의 용량은 설비전체의 효율 및 운전초기의 적은 유입하수량을 고려하고, 유입하수량의 경년변화추이에 따른 설비 및 기기의 기종, 설비의 용량이나 대수를 적절히 조합시켜 정합니다.

예를 들면, 펌프설비는 운전초기의 적은 유입수량부터 2～3년 후의 유입하수량까지 대응할 수 있는 가변용량설비(可變容量設備)의 설치 등을 1단계 계획으로 하고, 이후의 유입하수량의 증가에 따른 고정설비의 증설을 2단계, 3단계 계획으로 합니다. 또, 수전설비(受電設備)에 있어서도 설비용량에 균형이 맞도록 불필요하게 큰 수전설비를 처음부터 설계하는 일이 없도록 배려합니다.

 

(2) 1단계에 설치하는 설비 및 기기는 유입하수량의 급증이나 차기의 설비 및 기기의 설계, 제작, 설치, 시운전 및 조정기간을 고려하여 단기적으로도 충분히 가동할 수 있는 용량으로 정합니다. 1단계에 설치하는 설비 및 기기에 대해서는 유입하수량의 급증이나 차기의 설비 및 기기의 설계, 제작, 설치, 시운전 및 조정기간을 고려하여 일반적으로 운전개시후 2～3년을 목표로 용량 및 대수를 정합니다. 또, 계측제어설비는 운전초기에 있어서는 정상운전 레벨보다 크게 동떨어지는 경우가 많기 때문에 아주 최소로 필요한 것만 설치하는 것이 좋습니다.

따라서, 설비의 운전상황을 정확히 파악하기 위한 계측 장치만 설치하며, 수질계측은 수질데이타를 활용하고, 처음부터 고도계측장치를 설치하는 것은 피합니다. 또한, 제어도 시설의 규모 및 유지관리의 형태에 따라 개별감시조작방식으로 하며, 처음부터 중앙감시 조작방식은 하지 않도록 합니다. 단, 펌프 및 송풍기 등 자동제어가 필요한 것은 별도로 고려합니다.

 

계획의 재검토

전체 계획의 중간년차에서 인구, 원단위 등의 기본수치를 충분히 검토한 후에 예측수량 등과 차이가 생기는 경우는 유입하수량 및 유입부하량을 가능한 한 정확히 예측하여 시설의 능력을 결정합니다.

또한 시설은 장기간의 사용에 의해 노령화되어 물리적, 기능적으로 능력이 감소하여 최종적으 로는 개량･갱신 등의 개축이 필요하므로 기존시설의 상황을 정확히 파악･판단하여 계획적이고 합리적으로 재검토 합니다. 전체 계획의 수립에 있어서는 중도년차의 경우 인구, 원단위 등의 기본수치를 충분히 검토한 후에 유입하수량 및 유입부하량을 가능한 한 정확히 예측하여 시설의 능력을 결정할 필요가 있습니다. 또한, 이 값은 예측값이므로 계획수립시점부터 시간이 지남에 따라 경제나 사회정세의 변화에 의해 당초의 계획과 크게 동떨어질 수 있습니다.

즉, 방류수역의 이용상황이나 수질조건의 변화에 의해 목표처리수질의 향상이 필요로 되는 경우도 있고, 우수의 정비목표레벨 향상에 의한 계획수량의 증가 등도 있습니다. 또, 계획구역내의 주택단지 및 공업단지의 신설이나 공업단지의 계획과 다른 업종의 진출 등, 도시의 발전형태의 변화에 따라 당초 처리구역의 변화가 있고, 수량 등의 변경이 생기는 경우도 있습니다.

예측수량 등에 대해서는 일부분의 공용개시에 의해 그 지역에 있던 원단위 등의 실측치를 참고하여 가능한 한 정확한 예측치로 수정하여 전체계획을 재검토하고, 적절한 시설의 건설계획을 재검토하여 지역의 실적에 맞는 계획이 필요합니다. 전체계획의 완성후 또는 중간년차에 있어서도 시설은 장기간의 사용에 의해 노령화되어 물리적, 기능적으로 능력이 감소하여 최종적으로는 개량․갱신 등의 개축이 필요로 되지만, 기존시설의 상황을 정확히 파악․판단하여 계획적이고 합리적으로 시설을 재검토할 필요가 있습니다.

 

기존 하수처리시설 성능개선 및 고도처리계획

기존하수처리시설의 고도처리 및 성능 개선시는 다음사항을 고려하여 처리공법의 변경 또는 시설 증설계획을 수립합니다.

 

(1) 처리장 운영실태 정밀분석

기존시설 운영실태 파악을 위하여 최소한 다음 사항에 대하여 운영자료를 수집하여 분석하는 것이 바람직합니다.

① 수질현황 분석 : 유입수와 방류수에 대한 최소한 1년치 이상의 수질을 평균, 최대, 최소, 95% 확률수질, 연중 4회 이상 72시간 연속수질변동상황 등을 분석하여 검토수질과 문제 수질항목을 발췌합니다.

② 침전지 운영실태 분석 : 일차침전지와 이차침전지 수리 및 고형물 부하율 분석과 슬러지 계면관리 실태, 슬러지 유출에 관련된 침전지의 수리구조적 특성 및 기타사항을 분석하여 문제 발생요인을 검토합니다. 특히, 합류식 하수도의 처리시설의 경우 초기우수에 대해 1차침전 효율과 바닥에 적체된 슬러지 유출 등을 분석하고, 슬러지처리시설 개선시 예측되는 일차침전지 유출수질을 분석한 입니다. 이차침전지에 대해서도 슬러지처리계통의 과부하로 인한 계면관리 어려움이나 구조물 세부사 항의 문제로 인한 슬러지 유출에 대해 일중 유출형태를 분석할 필요가 있습니다.

③ 생물반응조 운영실태 분석 : MLSS, MLVSS, F/M 비, 반응조 부위별 운영 DO, 슬러지 침전특성 및 벌킹(bulking)과 핀플록(pin floc)등의 이상상태 발생여부 및 조건을 분석할 필요가 있습니다.

④ 슬러지처리시설 : 각 단위공정들의 월류수 및 탈리여액에 의한 수처리시설에 대한 부하율, 소화조 체류시간과 운영온도 및 가스 발생률, 응집제사용량, 탈수 후 함수율 및 탈수기 부하율 등을 여건에 따라 적절히 조정하여 조사할 필요가 있습니다.

 

(2) 기존시설에 의한 처리가능성을 충분히 검토

① 운전방식 개선에 의한 처리효율 증대

유기물의 농도가 높을 경우는 생물학적 부하율이 문제가 되어 용해성 유기물 농도가 높은 경우와 벌킹(bulking) 및 핀플록(pin floc)등으로 인하여 2차 침전지에서의 침강특성 악화, 이차침전지 계면관리 실패로 인한 경우로 나누어 판단할 수 있으며, 침강특성에 문제가 없을 경우 F/M 비 제어를 통해 제거효율 향상가능성을 판단합니다. 이 경우 운영 MLSS가 3,500～4,000 mg/l 이상일 경우는 이차침 전지의 부하율에 문제가 생기므로 증설이나 생물반응조로부터 미생물 유출억제방안이 필요합니다.

② 부하율 개선에 의한 처리효율 증대

시간대별 부하율변동이 과다하여 상시 수질유지가 어려울 경우 유량조정조 설치 등을 검토할 수 있습니다. 침전지의 계면관리가 불가능하여 슬러지 유출이 생길경우는 슬러지처리시설의 부하율과의 관계가 문제가 될 경우가 크므로 부하율 개선을 위해 농축방식의 전환, 소화율 개선, 탈수기 증설 등을 검토할 필요가 있습니다.

③ 기존시설 일부 개조 또는 증설에 의한 처리효율 증대

전항에서 제시한 문제점들에 대하여 기능개선과 운영방법 변화시 예상되는 처리수질을 물질수지 등을 분석하여 결정하고, 문제가 되는 수질항목을 분석합니다. 특히, 유기물(BOD, COD)과 부유물(SS) 등이 문제가 생길 경우 이차침전지 기능개선을 먼저 검토하고, 소화조를 설치하여 운영중인 하수처리 시설에서 소화효율이 낮거나 소각 등의 추가적인 처리를 계획함에 따라 운영의 경제성이 떨어지는 경우에는 소화효율을 높일 수 있는 방안을 먼저 검토한 후 기능전환을 검토해야 합니다.

 

(3) 기존 시설에 적절한 처리공법 변경계획 수립

① 유기물(BOD, COD)과 부유물질 문제시 시설개선계획 수립

전항에서 제시한 사항과 당해 하수처리시설이 갖고 있는 문제점을 개선하더라도 충분한 처리효율을 발휘할 수 없거나 특정수질 항목이 허용수질을 넘어설 가능성이 있을 경우 공법변경 또는 3차처리, 시설 증설 등을 고려하여야 합니다. 특히, 유기물(BOD, COD)과 부유물(SS) 등이 문제가 생길경우 먼저 유량조정조에 의해서 개선이 충분할지의 가능성과 슬러지 처리시설 개선 등에 의해 해결이 불가능하다면 3차처리시설 추가를 검토 하여야 합니다.

② 총질소(T-N) 및 총인(T-P) 문제시 시설개선계획 수립

총질소(T-N)가 문제될 경우는 슬러지 처리계통의 소화조와 탈수기 탈리여액에 대해 별도의 처리공 정을 추가하여 고농도 총질소가 수처리계통으로 반송되는 것을 막아서 해결하는 방법과 수처리공정의 생물학적인 공정에 혐기와 호기공간을 별도로 두어서 해결하는 방법 등을 판단하되, 반응조 수리체류 시간이 부족하여 미생물량 확보가 충분치 못하거나 이차침전지 여건상 과다한 MLSS 유지가 어려울 경우 미생물 확보대책을 별도로 수립하거나 생물반응조를 증설해야 합니다. 총인(T-P)이 문제가 될 경우에는 생물반응조에 인방출공정을 별도로 추가하거나 응집제에 의한 화학적인 제거를 고려할 수 있습니다. 생물학적인 처리의 경우 탈질이나 인방출에 필요한 탄소 공급능력이 충분한지 검토되어야 하고, 응집제에 의한 인처리시는 슬러지 발생량이 현저히 늘어나므로 슬러지 처리시설에 대한 과부하가 함께 검토되어야 합니다.

 

시설의 다목적 이용

처리장, 펌프장 및 간선관로 등 하수도시설 공간의 다목적 이용에 있어서는 목적, 용도 및 지역의 상황 등을 근거로 하여 효율적인 시설의 운영관리나 공공성의 확보 등의 면에서 적절한 것으로 합니다. 특히, 이용시설이 하수도시설의 구조･관리 등에 지장을 가져오지 않고 장래에는 하수도시설의 개축･수선에 방해가 없도록 고려하여야 합니다. 처리장, 펌프장 등의 하수도시설은 도시 가운데의 귀중한 여유공간으로서 활용이 강하게 요구됩니다. 최근에는 양호한 도시환경의 형성, 방재(防災)성의 향상, 지역의 활성화, 커뮤니티의 형성 등을 도모하 고, 지역주민의 요망에 따라 이들의 시설을 공원, 스포츠시설 및 피난장소 등에 활용하는 사례가 증가 하고 있는 중입니다. 이것은 하수도사업을 원활히 추진하여 하수도의 이미지를 높이는 것과 밀접하게 관련되어 있습니다.

또, 관거시설에는 수위정보의 전달, 펌프장의 원격감시체제 등 하수도시설의 유지관리의 효율화를 목적으로 하여 광케이블의 설치도 고려할 수 있습니다.

 

앞으로도 도시의 토지이용의 고도화에 수반하여 하수도시설의 공간이용이 늘어날 것으로 예상되나, 이용시설의 선정에 있어서는 하수도의 공공적 시설로서의 위치와 결부되어 지역주민의 의견이나 주변 토지이용상황을 충분히 감안하여 다음과 같은 사항에 대해 검토할 필요가 있습니다.

 

① 하수도의 이미지를 높이는데 공헌할 수 있는 것

② 공공시설로서 어울리는 내용인 것

③ 지역 및 주변주민에 공헌할 수 있는 것

 

다목적 이용의 경우는 사업내용에 따라 하수도법 이외에도 도시계획에 관한 법률, 수질환경보전법 등의 법률관계를 충분히 검토할 필요가 있습니다. 즉, 이용시설이 하수도시설의 구조․관리 등에 지장을 가져오지 않도록 충분한 배려함과 동시에, 장래에는 하수도시설의 개축․수선에 방해가 없도록 고려하여야 합니다.

 

 

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