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문제 정의
- 또한 1개 정수장에서는 소규모로 일반적인 정수처리공정과 병행하여 정밀여과막(MF)공정을 운영 중이다. 본 연구에서는 먹는물 생산과 관련된 공정에서의 탄소 배출량을 산정하였다. 공업용 수돗물도 병행생산하는 정수장의경우 할당(allocation) 과정을 통해 음용에 사용되는 수돗물의 탄소배출량에 대한 자료만 분석하였다.
제안 방법
- 본 연구에서는 먹는물 생산과 관련된 공정에서의 탄소 배출량을 산정하였다. 공업용 수돗물도 병행생산하는 정수장의경우 할당(allocation) 과정을 통해 음용에 사용되는 수돗물의 탄소배출량에 대한 자료만 분석하였다.
- 국내 광역상수도 8개 정수장을 대상으로 수돗물 생산과관련된 취수부터 송수까지 전과정에 대해 LCA를 활용하여 온실가스 배출량을 탄소 배출량(g CO2/m3-수돗물으로 환산하여 평가하였다. 수돗물 1 m3 당 평균 221 g 의 CO2가배출 되는 것으로 조사되었으며, 정수처리 단위 공정별 탄소 배출량 특징은 다음과 같다.
- 본 연구에서 실시한 LCA는 정수장 단위공정에 투입, 배출되는 물질량 데이터를 모두 수집하여 각 단위공정별로 합산하였다. 광역상수도는 특성상 개별 정수장에서 수돗물 생산 후, 지자체의 주요 배수지까지 송수하고, 이후에서는 지자체에서 개별 수용가에 수돗물을 공급하고 있다.
- 즉 건설단계에서는 자재(원료채취, 가공 및 조립 등) 및 수송(연료소비, 자동차의 상각비 등), 시공장비의 운전에 관한 요소(연료소비 및 기계의 상각비 등)가 포함될 수 있으며, 운영단계에서는 시설운영에 소요되는 동력, 수처리제의 소비 및 수송 세정수 등의 물 소비 등이 포함되며, 폐기단계에서는 장비의 운전, 폐재의 수송 및 처분이 포함 될 수 있다(황 등, 2003). 본 연구에서는 상수도 전과정 평가 중 수도시스템 운영단계에 국한하여 분석하였으며, 연구에 사용된 데이터범주는 Table 1과 같다.
- 본 연구에서는 취수 및 송수공정을 포함한 전체 공정에 대한 탄소 배출량을 분석하였으나 세부 검토내용은 정수처리 단위 공정에 국한하여 기술하였으며, 취송수를 포함한 탄소 배출량 현황표는 3.4 절에 제시하였다. 세부적으로 검토한 단위공정은 착수부터 소독까지의 정수처리공정과 배출수 처리공정을 포함하고 있다.
- 한국수자원공사는 전국수도시설의 47.4%를 운영관리 하고 있으며(한국수자원공사, 2010a), 본 연구에서는 한국수자원공사에서 운영관리하는 광역상수도 정수장 중 주요 수계별로 8개 정수장을 선정하여 취수부터 공급까지 전과정에 대한 온실가스를 이산화탄소 배출량(이하 탄소 배출량) 으로 환산하여 계산하였다. 온실가스는 이산화탄소(CO2), 메탄(CH4), 아산화질소(N2O), 수소불화탄소(HFCs), 과불화탄소(PFCs), 육불화황(SF6) 등 적외선 복사열을 흡수하거나 재방출하여 온실효과를 유발하는 대기 중의 가스상태의 물질로 정의된다(환경부, 2011).
대상 데이터
- 1은 수돗물과 공업용수를 동시에 생산하는 정수장을 대상으로 적용한 전과정평가의 흐름도 및 제품시스템 범위의 예를 나타내고 있다. 본 연구 대상인 8개 정수장은 모두 취수원은 다르나 기본적으로 일반적인 정수처리공정(지표수 취수-응집제주입-혼화-응집-침전-급속여과r 액화염소소독-급수)을 채택하고 있으며 원수 수질에 따라 추가로 분말활성탄 주입, 전염소 및 중염소 처리를 실시하고 있다. 또한 1개 정수장에서는 소규모로 일반적인 정수처리공정과 병행하여 정밀여과막(MF)공정을 운영 중이다.
- 본 연구의 대상인 수돗물 생산에 대한 시스템 경계는 Fig. 1에 나타낸 바와 같이 제조 전 단계, 제조 단계로 구분되며, 각 단계의 수송공정을 포함하였다. 제조 전 단계는 원료물질을 정수장으로 이송하는 공정에 해당한다.
- 즉, 제품 제조단계는 정수장의 정수처리 과정에 해당하는 단계로서, 제품을 제조하기 위한 7개의 단위공정(정수공정)과 3개의 보조공정(배출수처리공정)을 모두 포함한다. 자료분석을 위해 현장 데이터를 수집하고 제품제조 단계로 투입되는 보조물질인 화학물질 자료를 포함하였다. 이때 원료물질과 화학물질의 투입과 폐기물(탈수케익) 배출에 대한수송데이터를 포함하였으나, 환경부의 지침에 근거하여 일반폐기물 수송데이터는 제외하였다(환경부, 2011).
이론/모형
- 수돗물에 대한 일반적인 LCA는 환경성적표지 대상 제품과 작성지침에 근거하여 실시하였으며, 구체적인 LCA는 EDP 026에 근거하여 실시하였다(환경부, 2011).
- 이에 본 연구에서는 수돗물 생산 공급과 관련된 원수의 취수에서 수돗물의 송수까지 전과정에서 대한 온실가스 배출량을 LCA 기법을 활용하여 평가하였다. 또한 정수처리단위공정에서의 온실가스 배출량을 8개 정수장간에 비교 하였으며, 이를 통해 정수처리공정에서의 배출량 저감 개선계획 수립 및 시행에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
성능/효과
- 1. 취수-정수처리공정-송수까지 전체 공정에 대한 탄소 배출량을 조사한 결과 취수 및 송수에서 대부분의 탄소가 배출되는 것으로 조사되었다.
- 2. 단위 정수처리공정 중에서는 혼화공정에서 가장 높은 탄소 배출량이 관찰되었다. 특히 기계식 혼화를 이용할 경우 수리적 낙차에 비해 높게 나타났는데, 이는 상대적으로 높은 에너지 사용량에 기인하는 것으로 평가된다.
- 3. 원수 수질과 탄소 배출량 간에는 높은 양의 상관관계가 존재하는 것으로 조사되었다. 따라서 탄소 배출량 저감을 위하여 양질의 상수원을 확보하는 것이 중요하다.
- 기인하는 것으로 평가된다. B 정수장의 경우는 조사 대상 정수장 중 유일하게 불소화사업의 일환으로 여과수에 불화규산(HzSiFQ을 주입하는 관계로 다른 정수장에 비해 탄소 배출량이 다소 높게 나타났으며, C 정수장의 경우 다른 정수장에 비해 기화기와 용해수 펌프의 소비전력이 높아서 탄소 배출량이 높게 나타났으며, 개선이 필요한 것으로 평가되었다.
- 이러한 요인들이 착수정에서의 탄소배출량 증가에 기여한다. 조사 대상 중 E, F 정수장은 착수정에서 수리적 낙차를 이용하여 응집제를 주입하는 관계로 응집제와 관련한 탄소 배출량이 착수공정으로 분류되어 높은 것으로 조사되었다.
- 배출량을 나타내고 있다. 조사대상 8개 정수장의 최소탄소 배출량은 수돗물 1 m3 당 108 g, 최대 배출량은 354 g 으로 나타났으며, 평균 배출량은 221 g 으로 분석되었다. 한편, 수돗물과 관련한 대부분의 탄소 배출량은 취수 및 송수과정에서 발생하고 있다.
- 단위 정수처리공정 중에서는 혼화공정에서 가장 높은 탄소 배출량이 관찰되었다. 특히 기계식 혼화를 이용할 경우 수리적 낙차에 비해 높게 나타났는데, 이는 상대적으로 높은 에너지 사용량에 기인하는 것으로 평가된다.
- G 정수장은 여과공정에서 급속모래여과와 병행해서 정밀여과막 (MF) 를 운영하여 탄소 배출량이 높은 것으로 평가되었다. 특히, 막여과 설비를 운영하는 과정에서 사용되는 화학세정이 이산화탄소 배출량 증가에 많은 기여를 하는 것으로 평가되었다. B 정수장의 경우는 다른 정수장과는 달리 여과지 전단에서의 액화염소 주입으로 인해 전체적인 탄소 배출량이 증가하는 것으로 평가된다.
후속연구
- 4. 정수장간 단위 공정별 탄소 배출량 비교를 통해 단위공정별로 에너지 사용 효율을 향상시키는 비교지표로 활용할 수 있으며, 이를 통해 수처리 효율 향상과 탄소 배출량 저감이라는 두 가지 측면에서 공정관리 최적화를 실행할 수 있다.
- 한편, 수돗물과 관련한 대부분의 탄소 배출량은 취수 및 송수과정에서 발생하고 있다. 따라서 수돗물 생산공급과 관련된 탄소 배출량 저감을 위해서는 우선적으로 취송수와 관련된 에너지 절감이 선행되어야 할 것으로 평가된다. 정수처리 공정에서 탄소 배출량 저감을 위해서는 에너지 투입을 최소화하고, 응집제 사용량을 줄이며, 슬러지 케익 처분을 친환경적으로 실시하는 등의 노력이 필요하다.
- 수돗물의 송수까지 전과정에서 대한 온실가스 배출량을 LCA 기법을 활용하여 평가하였다. 또한 정수처리단위공정에서의 온실가스 배출량을 8개 정수장간에 비교 하였으며, 이를 통해 정수처리공정에서의 배출량 저감 개선계획 수립 및 시행에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
- 것이다. 이를 위해 단위 정수처리공정에 대해 주기적으로 탄소 배출량을 파악하고 운영관리 및 공정개선을 통해 탄소 배출량을 저감하도록 노력해야 할 것이다. 즉, 수도사업자는 정수장별 최종 생산물인 수돗물의 수질에 대한 비교 평가뿐만 아니라, LCA 적용을 통한 정수장별 탄소 배출량 산정 및 비교평가를 통해 단위공정별로 에너지 사용 효율 향상 및 개선에 노력하여야 한다.
- B 정수장의 경우는 다른 정수장과는 달리 여과지 전단에서의 액화염소 주입으로 인해 전체적인 탄소 배출량이 증가하는 것으로 평가된다. 한편, I 정수장의 경우 역세척 소비전력이 상대적으로 큰 것으로 분석되었으며, 향후 개선이 필요한 것으로 평가된다.
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