[국내논문]LCA 기법을 활용한 합류식 하수도 월류수 사업의 잠재적 환경영향 저감효과 분석 An Analysis of Potential Environmental Impact Reduction for Combined Sewer Overflow Project using a LCA Methodology원문보기
In this study, LCA(Life Cycle Assessment) on 'Saemangum CSO Project' was carried out to evaluate environmental impact which occurred during the construction and operation periods and the potential environmental impact reduction was analyzed by comparing production and reduction level of pollution lo...
In this study, LCA(Life Cycle Assessment) on 'Saemangum CSO Project' was carried out to evaluate environmental impact which occurred during the construction and operation periods and the potential environmental impact reduction was analyzed by comparing production and reduction level of pollution loads. LCA was conducted out according to the procedure of ISO14040 which suggested Goal and Scope Definition, Life Cycle Inventory Analysis, Life Cycle Impact Assessment and Interpretation. In the Goal and Scope Definition, the functional unit was 1 m3 of CSO, the system boundary was construction and operation phases, and the operation period was 20 years. For the data collection and inventory analysis, input energies and materials from civil, architecture, mechanical and electric fields are collected from design sheet but the landscape architecture field is excepted. LCIA(Life Cycle Impact Assessment) was performed following the procedure of Eco-Labelling Type III under 6 categories which were resource depletion, eutrophication, global warming, ozone-layer destruction, and photochemical oxide formation. In the result of LCA, 83.4% of environmental impact occurred in the construction phase and 16.6% in the operation phase. Especially 78% of environmental impact occurred in civil works. The Global warming category showed the highest contribution level in the environmental impact categories. For the analysis on potential environmental impact reduction, the reduction and increased of environmental impact which occurred on construction and operation phases were compared. In the case of considering only the operation phase, the result of the comparison showed that 78% of environmental impact is reduced. On the other hand, when considering both the construction and operation phases, 50% of environmental impact is increase. Therefore, this study showed that eco-friendly material and construction method should be used for reduction of environmental impact during life cycle, and it is strongly necessary to develop technology and skills to reduce environmental impact such as renewable energies.
In this study, LCA(Life Cycle Assessment) on 'Saemangum CSO Project' was carried out to evaluate environmental impact which occurred during the construction and operation periods and the potential environmental impact reduction was analyzed by comparing production and reduction level of pollution loads. LCA was conducted out according to the procedure of ISO14040 which suggested Goal and Scope Definition, Life Cycle Inventory Analysis, Life Cycle Impact Assessment and Interpretation. In the Goal and Scope Definition, the functional unit was 1 m3 of CSO, the system boundary was construction and operation phases, and the operation period was 20 years. For the data collection and inventory analysis, input energies and materials from civil, architecture, mechanical and electric fields are collected from design sheet but the landscape architecture field is excepted. LCIA(Life Cycle Impact Assessment) was performed following the procedure of Eco-Labelling Type III under 6 categories which were resource depletion, eutrophication, global warming, ozone-layer destruction, and photochemical oxide formation. In the result of LCA, 83.4% of environmental impact occurred in the construction phase and 16.6% in the operation phase. Especially 78% of environmental impact occurred in civil works. The Global warming category showed the highest contribution level in the environmental impact categories. For the analysis on potential environmental impact reduction, the reduction and increased of environmental impact which occurred on construction and operation phases were compared. In the case of considering only the operation phase, the result of the comparison showed that 78% of environmental impact is reduced. On the other hand, when considering both the construction and operation phases, 50% of environmental impact is increase. Therefore, this study showed that eco-friendly material and construction method should be used for reduction of environmental impact during life cycle, and it is strongly necessary to develop technology and skills to reduce environmental impact such as renewable energies.
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문제 정의
본 연구에서는 비점오염원인 CSO에 대한 관리 및 유입부하량 저감을 위한 대안마련을 위하여, 새만금 유역 CSO 처리시설 설치사업 중 1단계 사업인 만경강 유역 4개 지자체(전주, 익산, 김제 , 완주)에 설치 되는 CSO 저류시설을 대상으로 건설 및 운영단계에서 발생하는 환경부하에 대한 LCA(Life Cycle Assessment)를 수행하고, 수계 부영양화의 주요 요인인 COD, T-N, T-P에 대한 오염부하 저감량을 정량화하여 새만금 CSO 사업의 잠재적 환경영향 저감효과를 분석하였다.
본 연구에서는 새만금 CSO 사업에 대한 건설단계 및 운영단계에 대한 LCA를 수행하였으며, CSO 저류조 설치로 인한 오염부하 저감효과와 건설 및 운영단계의 오염부하 발생량을 비교하여 CSO 사업에 대한 잠재적 환경영향 저감효과를 분석하였다. CSO 저류조에 대한 LCA 수행 결과 건설단계의 환경부하가 83.
이 논문은 환경부의 폐기물에너지화 . 자원화 전문인력 양성사업으로 지원되 었습니다.
가설 설정
6%를 저감할 수 있는 것으로 나타났다. 본 연구에서는 환경부하 산정을 위해 추가로 COD 및 T-N에 대한 저감량을 산정하였으며, COD는 BOD와 같은 비율로 T-N은 T- P와 같은 비율로 저감된다고 가정하여 COD 및 T-N에 대한 저감량을 산정하였다. 오염물질별 오염부하저감량 산정 결과는 Table 7에 나타내 었다.
제안 방법
기능단위와 기준흐름을 별도로 분리하여 고려하지 않고 본 연구에는 일반적으로 하수처리시설에 대한 분석 시 기준으로 활용되는 유입량 기준으로 산정하였다. 따라서 기능단위와 기준흐름은 CSO 1 E을 저류하는 능력으로 산정하였다.
기능단위와 기준흐름을 별도로 분리하여 고려하지 않고 본 연구에는 일반적으로 하수처리시설에 대한 분석 시 기준으로 활용되는 유입량 기준으로 산정하였다. 따라서 기능단위와 기준흐름은 CSO 1 E을 저류하는 능력으로 산정하였다.
2% 보다 적게 기여한다고 하였다. 본 연구에서는 운영단계를 고려하여 평가를 수행하였고 운영기간은 20년으로 설정하였다. 건설단계의 전과정은 시설물의 건설, 운영, 폐기의 세 단계를 고려할 수 있으나 본 연구에서는 폐기단계는 제외하였다.
요소이다. 목록분석 수행절차는 Fig. 1과 같이 ISO 14044에서 제시한 절차에 준하여 수행하였으며, CSO 저류시설의건설단계와 운영단계 에 대한 목록분석을 수행하였다.
CSO 저류시설 건설에 투입되는 시공장비는 토목, 건축, 기계 및 전기분야로 구분하여 공사기간 동안의 투입 수량, 장비명 및 규격을 파악하였다. 그리고 해당 시공 장비의 사용시간을 산정하여 건설공사 표준품셈의 각 장비별 시간당 연료소비량을 이용하여 건설단계에서 투입된 시공 장비가 사용한 총 연료사용량을 산정하여 목록분석을 수행하였다.
장비명 및 규격을 파악하였다. 그리고 해당 시공 장비의 사용시간을 산정하여 건설공사 표준품셈의 각 장비별 시간당 연료소비량을 이용하여 건설단계에서 투입된 시공 장비가 사용한 총 연료사용량을 산정하여 목록분석을 수행하였다. 투입 자재도 시공장비와 마찬가지로 설계 내 역서를 기준으로 토목, 건축, 기계 및 전기공종으로나누고, 토목공종은 가시설공, 추진공, 구조물공, 관로공, 부대공의 세부공종으로 구분하였다.
그리고 해당 시공 장비의 사용시간을 산정하여 건설공사 표준품셈의 각 장비별 시간당 연료소비량을 이용하여 건설단계에서 투입된 시공 장비가 사용한 총 연료사용량을 산정하여 목록분석을 수행하였다. 투입 자재도 시공장비와 마찬가지로 설계 내 역서를 기준으로 토목, 건축, 기계 및 전기공종으로나누고, 토목공종은 가시설공, 추진공, 구조물공, 관로공, 부대공의 세부공종으로 구분하였다. 건설자재에 대한 목록분석은 해당 자재에 해당하는 LCI DB를 사용하여 목록분석을 수행하였고, 해당 LCI DB가 없는 경우 유사 DB를 적용하여 목록분석을 수행하였다.
투입 자재도 시공장비와 마찬가지로 설계 내 역서를 기준으로 토목, 건축, 기계 및 전기공종으로나누고, 토목공종은 가시설공, 추진공, 구조물공, 관로공, 부대공의 세부공종으로 구분하였다. 건설자재에 대한 목록분석은 해당 자재에 해당하는 LCI DB를 사용하여 목록분석을 수행하였고, 해당 LCI DB가 없는 경우 유사 DB를 적용하여 목록분석을 수행하였다.
저류시설 운영시 투입되는 유틸리티의 경우 대상시설의 운영내 역을 참고하여 20년 운영시 전력사용량을 Table 2와 같이 조사하였으며, 전력에 대한 국가 LCI DB를 이용하여 목록분석을 수행하였다. 운영시 사용되는 활성탄의 경우 LCI DB의 부재로 20년 저류시설 운영에 따른 사용 및 교체량은 고려하지 않았다.
7을 기준으로 산정하였다. COd, T-N, T-P 저감량에 해당되는 영향평가를 Table 8에 나타낸 수질항목별 영향평가 인자8)를 사용하여 영향평가를 수행하였다. 그 결과를 Table 9에 나타내었다.
CSO 저류시설 설치 및 운영으로 인한 잠재적 환경 영향 저감효과 분석을 위하여 CSO 저류시설 건설 및 운영단계 에 대한 LCA와 오염부하 저감으로 인한 LCA 수행결과를 비교하였다. CSO 저류시설에 대한 LCA 수행 결과, 운영단계 에서는 1.
대상 데이터
평가대상인 새만금 유역 CSO 저류시설은 시설설치 에대한 설계가 완료되지 않아 자료의 수집에 있어 유사시설인 낙동강 수계 완충저류시설 중 규모와 시기 등을 고려하여 환경관리공단에서 수행한 경산1산업단지 완충저류시설 설치사업의 설계자료를 이용하였다. 경산1산업단지 완충저류시설의 시설개요는 Table 1과 같다.
일반적으로 할당은 에너지 중량 또는 경제적 가치를 기준으로 고려하나, 본 연구에서는 할당을 고려하지 않았다. 시간적 범위는 2009년에 작성된 설계서를 기준으로 하였고, 공간적 범위는 국내지 역으로 설정하였으며, 기술적 범위는 현재 통용되는 기술로 하였다.
Table 5의 산정된 원단위를 이용하여 1단계 사업지역의 오염부하 발생량 BOD, COD, T-N, T-P를 대상으로 산정 였으며 , 그 결과를 Table 6에 나타내 었다.
데이터처리
연구의 목적 및 범위설정 에 따른 목록분석 결과에 대하여 환경에 대한 영향을 파악하기 위해 영향평가를 수행하였다. 영향평가는 환경 성적표지 제도에서 사용하는 6개 영향범주에 대해 ISO 14044 절차에 따라 수행하였으며, 지식경제부의 PASS 프로그램을 활용하여 산정하였다.
이론/모형
영향평가는 환경 성적표지 제도에서 사용하는 6개 영향범주에 대해 ISO 14044 절차에 따라 수행하였으며, 지식경제부의 PASS 프로그램을 활용하여 산정하였다. 영향평가 방법은 환경성적표지 방법론을 기준으로 수행하였다.
영향평가는 환경 성적표지 제도에서 사용하는 6개 영향범주에 대해 ISO 14044 절차에 따라 수행하였으며, 지식경제부의 PASS 프로그램을 활용하여 산정하였다. 영향평가 방법은 환경성적표지 방법론을 기준으로 수행하였다.
성능/효과
새만금 유역 CSO 처리시설 1단계 사업 시행 후 해당지 역 오염부하 발생량 BOD 24.6%, T-P 17.6%를 저감할 수 있는 것으로 나타났다. 본 연구에서는 환경부하 산정을 위해 추가로 COD 및 T-N에 대한 저감량을 산정하였으며, COD는 BOD와 같은 비율로 T-N은 T- P와 같은 비율로 저감된다고 가정하여 COD 및 T-N에 대한 저감량을 산정하였다.
비교하였다. CSO 저류시설에 대한 LCA 수행 결과, 운영단계 에서는 1.10E-02 E-p/F.u., 건설단계와 운영단계를 포함할 경우 6.61E-02 E-p/F.u.의 환경 영향이 발생하는 것으로 나타났으며, 오염부하 저감으로 인한 환경 영향저감은 -5.10E-02 E-p/F.u의 효과가 있는 것으로 나타났다. 따라서 CSO 저류시설 운영으로 인해 저감되는 오염부하의 환경 영향은 건설과 운영으로 인해 발생하는 환경 영향대비 약 77%의환경 영향 저감효과가 있는 것으로 나타났다.
u의 효과가 있는 것으로 나타났다. 따라서 CSO 저류시설 운영으로 인해 저감되는 오염부하의 환경 영향은 건설과 운영으로 인해 발생하는 환경 영향대비 약 77%의환경 영향 저감효과가 있는 것으로 나타났다.
6 %로 나타났으며, 이는 저류된 CSO를 인근 하수처리장에서 연계 처리하여 운영단계에서의 투입되는 에너지가 적기 때문으로 볼 수 있다. 잠재적 환경 영향 저감효과 분석 결과, 건설단계를 포함하는 경우 CSO 저류조 설치 및 운영을 통한 삭감부하량 보다 많은 환경부하가 발생하는 것으로 나타났다.
참고문헌 (8)
환경부, 하수도통계(2008).
환경부, 합류식 하수도 월류수(CSO) 오염부하 저감시설설치 타당성 조사(2007).
환경부, 4대강 비점오염원관리 종합대책 pp. 22-23, 79 (2004).
환경관리공단, 경산1산업단지 완충저류시설 설치사업 기본 및 실시설계 보고서 (2009).
박광호, 황용우, "LCA 기법을 이용한 하수처리장의 환경영향 평가", 상하수도학회지, 19(6), pp 809-818 (2005).
E. Friedrich, "Life-Cycle Assessment as an Environmental Management Tool in the Production of Potable Water", Water Science and Technology, 46(9), pp. 29-36 (2002).
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