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문제 정의
- 따라서 웹 상의 LCM 구축 시, 단위시설의 기능성, 경제성, 환경성에 대한 모니터링을 실시토록 하여 상하수도시설의 중앙관리의 구현이 가능하도록 하였다. 운영 단계에서의 LCM을 통한 의사결정 활용 방안을 Table 7에 정리하여 나타내었다.
- 본 연구에서는 상하수도시설의 관리 실태 조사를 통해 기존 시설의 관리수준를 파악하여, 현재 누락되어 있는 관리 인자를 도출하였으며, 이를 바탕으로 LCM 도구를 제시하였다. 또한 시설의 관리자및 운전자별 LCM 방법론을 제시하였으며, 기 구축되어 있는 통계자료를 이용해 LCM 적용 및 분석을 실시하여, 공법 및 처리용량 간 비교 및 그 에 따른 의사결정 방안으로의 연계 가능성을 검토하였다.
- 상하수도시설의 경우, LCA, LCC 등의 LCM 도구를 개별적으로 시설의 설계 단계에 일부 적용하고 있으나(환경부 2010) 적용범위가 일부 단계에 한정적이며, 방법론의 부재로 상하수도시설 전체 단계에 LCM을 적용하기 위해서는 개념의 정립 등의 기초 연구가 필요하다. 이에 본 연구에서는 상하수도 시설의 계획, 설계시공, 운영, 해체 및 개조의 전과정에 걸친 환경성, 경제성, 기능성 등의 통합 개념의 LCM 시스템 구축 방안을 제시하였다.
제안 방법
- (2) 상하수도 LCM 방법론을 life cycle 전단계에 걸쳐 제시하였으며, 시설의 계획 단계의 경우 운영단계의 정량화된 상하수도시설별 운영단계에서 도출된 LCM 도구 즉, LCA, LCCO2, LCE 및 LCC 분석 결과를 처리공법, 용량 등의 조건별 비교를 실시하여 새로운 시설의 계획단계 의사결정 자료로 활용하도록 하였다. LCM 방법론의 운영단계에서 운전자의 경우, LCM을 통한 의사결정을 수행토록 하였다.
- 상하수도시설의 LCA, LCE 분석, LCCO2 분석을 수행하기 위해서는 처리공정과 관련된 전력사용량, 약품사용량 등의 투입물 자료가 필요하지만, 통계자료 중 LCM 도구의 분석자료로 적용 가능한 운영단계의 전력 사용량만을 고려하였다. LCC분석은 LCM 방법론에 따른 실질 할인율 및 분석기간 등을 적용하여 사례 분석을 실시하였다. 운영단계 LCC 분석을 위한 할인율은 최근 10년간(2001년~2010년) 실질할인율의 평균값인 1.
- 시설의 포괄적인 환경성 관리를 위한 도구로는 LCA를, 시설의 운영단계를 포함한 전과정에 대한 에너지 및 온실가스 관리를 위한 도구로는 LCCQ분석 및 LCE분석을 선정하였다. 경제성 관리를 위한 도구로는 미래발생 비용 예측 등이 가능한 LCC분석을 선정하였다.
- 관리자의 경우 기존 상하수도시설별 운영단계에서 도출된 LCM 도구 즉, LCA, LCCO2, LCE 및 LCC 분석 결과를 처리공법, 용량 등의 조건별 비교를 실시하여 새로운 시설의 계획단계 의사결정 자료로 활용하도록 하였다. 설계 .
- 기존 통계자료의 경우 비용을 제외한 나머지 항목의 경우 운영단계에 대한 통계만을 구축하고 있어, LCA, LCE 분석, LCCO2 분석의 경우 운영단계만을 고려하였으며, LCC 분석의 경우 시공 단계 및 운영단계를 고려하여 분석하였다 . 상하수도시설의 LCA, LCE 분석, LCCO2 분석을 수행하기 위해서는 처리공정과 관련된 전력사용량, 약품사용량 등의 투입물 자료가 필요하지만, 통계자료 중 LCM 도구의 분석자료로 적용 가능한 운영단계의 전력 사용량만을 고려하였다.
- 등의 변동사항이 생길 수 있다. 따라서 LCM 방법론에 LCM 도구의 분석기준의 변동 등으로 인한 사후관리가 필요할 경우 변경된 사항이 시스템으로의 반영이 수반되어야 함을 명시하였으며, 시스템의 지속적인 업그레이드 등을 통한 LCM 시스템의 사후관리를 수행하도록 하였다.
- 따라서 LCM 방법론을 통해 해체 및 개조(대보수 및 증설 공사 포함)시점 결정에 대한 의사결정을 수행토록 하였다. 시설의 운영단계에 대한 LCA, LCCO2, LCE 및 LCC 분석결과를 모니터링 하여 년단위의 분석결과가 일정추세를 벗어나 급증한 시점을 시설의 환경성 및 경제성 이상 발생 시점으로 판단하여 추가적인 기술 진단을 통해 해체 및 개조시점을 결정하도록 하였다.
- LCM 도구를 제시하였다. 또한 시설의 관리자및 운전자별 LCM 방법론을 제시하였으며, 기 구축되어 있는 통계자료를 이용해 LCM 적용 및 분석을 실시하여, 공법 및 처리용량 간 비교 및 그 에 따른 의사결정 방안으로의 연계 가능성을 검토하였다. 본 연구를 통해서 얻어진 결론은 다음과 같다.
- 시설 운영 시 투입되는 자재, 약품, 에너지원에 대한 LCM 도구의 분석 실시 및 분석결과의 모니터링을 통해 시설의 잠재적 환경성, 온실가스 발생, 에너지 소비, 경제성(LCC 분석결과)의 이상시점을 파악토록 하였으며 이상시점 발생 시 기여도 분석을 실시하도록 하여 이상의 원인을 파악하도록 하였다. 또한 웹 기반의 LCM 구축을 통해 유사 공법, 유사용량의 타시설 중 LCM 도구의 분석결과의 우수 시설의 운전방식 등을 벤치마킹 하도록 하였다. 해체 및 개조 단계의 역시, LCM 도구의 분석결과를 모니터링 하여 해체 및 개조 시점의 결정이 가능하도록 방법론을 제시하였다.
- 본 연구에서는 LCA, LCCO2, LCE 및 LCC 등의 분석을 상하수도 LCM 도구로 구성하여 상하수도 시설에 대한 LCM(이하 상하수도LCM)시스템의 구축방안 연구를 수행하였으며, 그 개념도를 Fig. 1에 나타내었다.
- 본 연구의 LCM 방법론에서는 상하수도시설의 관리자 및 운전자 각각에 대한 life Cycle 전 과정에 걸친 LCM 도구의 적용 시점, 분석주체, 분석 결과의 성과지표 활용 및 의사결정 지원 방법 등을 제시하였다. 상하수도시설에서 관리자는 상하수도 서비스와 관련된 정책, 계획 등을 결정하는 최고 의사결정권자로, 환경부, 지자체, 한국환경공단 등을 의미하며, 운전자는 상하수도 서비스를 제공하는데 필요한 프로세스나 설비 등의 운전 등을 수행하는 사람 또는 조직으로, 상하수도시설의 운영, 관리를 전문으로 하는 관리 대행업체 등을 포함한다.
- 상하수도시설 관련 기 구축 통계자료를 이용한 사례 분석을 통해, 상하수도 LCM 적용 시 공법 및 시설용량 등의 비교에 따른 의사결정 방안으로의 연계 가능성을 검토하였다. 상하수도 LCM 적용 및 분석 결과, 시설 운영으로 인한 잠재적 환경영향, 온실가스, 에너지 및 경제성에 대한 정량화된 수치가 도출되었으며, 이를 통해 시설 공법별 처리용량 간 비교가 가능하였다.
- 시공단계에서는 LCM 방법론 및 처리공법별 도구 원단위 등을 시설 설계 . 시공기준으로 적용하여 시공관리가 가능하도록 하였으며, 설계 단계의 경우, 설계 시 최종 산출되는 내역서를 기준으로, 시공 단계는 시설의 실시설계내역서를 기준으로 LCM 도구의 분석을 수행하도록 하였다. 계회 설계 .
- 통한 의사결정을 수행토록 하였다. 시설 운영 시 투입되는 자재, 약품, 에너지원에 대한 LCM 도구의 분석 실시 및 분석결과의 모니터링을 통해 시설의 잠재적 환경성, 온실가스 발생, 에너지 소비, 경제성(LCC 분석결과)의 이상시점을 파악토록 하였으며 이상시점 발생 시 기여도 분석을 실시하도록 하여 이상의 원인을 파악하도록 하였다. 또한 웹 기반의 LCM 구축을 통해 유사 공법, 유사 용량의 타 시설 중 LCM 도구 분석결과의 우수시설 운전방식 등을 벤치마킹 하도록 하여, 시설 운영의 효율성 증진을 도모하였다.
- 따라서 LCM 방법론을 통해 해체 및 개조(대보수 및 증설 공사 포함)시점 결정에 대한 의사결정을 수행토록 하였다. 시설의 운영단계에 대한 LCA, LCCO2, LCE 및 LCC 분석결과를 모니터링 하여 년단위의 분석결과가 일정추세를 벗어나 급증한 시점을 시설의 환경성 및 경제성 이상 발생 시점으로 판단하여 추가적인 기술 진단을 통해 해체 및 개조시점을 결정하도록 하였다.
- 시설의 포괄적인 환경성 관리를 위한 도구로는 LCA를, 시설의 운영단계를 포함한 전과정에 대한 에너지 및 온실가스 관리를 위한 도구로는 LCCQ분석 및 LCE분석을 선정하였다. 경제성 관리를 위한 도구로는 미래발생 비용 예측 등이 가능한 LCC분석을 선정하였다.
- LCC분석은 LCM 방법론에 따른 실질 할인율 및 분석기간 등을 적용하여 사례 분석을 실시하였다. 운영단계 LCC 분석을 위한 할인율은 최근 10년간(2001년~2010년) 실질할인율의 평균값인 1.28%를 적용 하였으며, 분석기간은 건축물 등의 내용연수표(지방공기업법 시행규칙)를 따라 30년으로 분석하였다.
- 3에 나타내었다. 운영단계에서 소비된 전력 사용량에 전력의 LCI DB를 적용하여(www.klcidb.or.kr), 목록분석을 실시한후, 자원고갈, 산성화, 부영양화, 지구온난화, 오존층파괴 및 광화학산화물의 6대 영향범주에 대한 영향평가를 수행하였다( 인광역시도시개발공사, 2010).
- 시설의 관리 실태를 파악하였다. 이 조사결과를 바탕으로 상하수도 시설 관리측면의 누락인자 도출및 그에 대한 환경성, 경제성, 기능적 측면의 LCM 도구를 도출하였다. 최종적으로 상하수도 시설의 전 과정에 적용할 수 있는 LCM 방법론을 제시하였고, 그에 따른 의사결정 활용 가능성을 검토하기 위하여 기존 통계자료를 바탕으로 LCM 적용 및 분석을 실시하였다.
- 이 조사결과를 바탕으로 상하수도 시설 관리측면의 누락인자 도출및 그에 대한 환경성, 경제성, 기능적 측면의 LCM 도구를 도출하였다. 최종적으로 상하수도 시설의 전 과정에 적용할 수 있는 LCM 방법론을 제시하였고, 그에 따른 의사결정 활용 가능성을 검토하기 위하여 기존 통계자료를 바탕으로 LCM 적용 및 분석을 실시하였다.
- 또한 웹 기반의 LCM 구축을 통해 유사 공법, 유사용량의 타시설 중 LCM 도구의 분석결과의 우수 시설의 운전방식 등을 벤치마킹 하도록 하였다. 해체 및 개조 단계의 역시, LCM 도구의 분석결과를 모니터링 하여 해체 및 개조 시점의 결정이 가능하도록 방법론을 제시하였다.
- 현재 운영 중에 있는 상하수도 시설의 운영실태를 파악하기 위하여, 기존 문헌자료, 통계자료, 운영 지침 등을 조사하였으며(환경관리공단, 2003), (국토해양부, 2010), 현장방문 및 설문조사를 통하여 시설의 관리 실태를 파악하였다. 이 조사결과를 바탕으로 상하수도 시설 관리측면의 누락인자 도출및 그에 대한 환경성, 경제성, 기능적 측면의 LCM 도구를 도출하였다.
대상 데이터
- 하수도시설의 경우 '2009 하수도 통계'의 현재 운영 중인 470개 시설중 자료가 누락되어 있는 일부 시설 등을 제외한 시설에 대하여 분석을 실시하였다. LCA, LCE 분석은 433개 시설, LCCO2 분석은 339개 시설, LCC 분석은 시공단계에서 432개 시설, 운영단계에서 434 개 시설에 대하여 각각 분석을 수행하였다.
- 기본적인 LCM 요소를 도출하기 위하여 현재 운영되고 있는 상하수도 시설을 대상으로 관리실태를 조사하였다. 조사 대상 상수도 시설을 Table 1에, 하수도 시설을 Table 2에 나타내었으며, 상수도 시설의 경우 2010 상수도 통계를 바탕으로 하수도 시설의 경우 2009 하수도 통계를 바탕으로 선정하였다.
- 상수도시설의 경우 '2010 상수도 통계' 의 현재운영 중인 506개 시설을 대상으로 사례 분석을 실시하였다. 상수도 통계의 경우 시공 및 운영비용을 지자체 단위로 산정하여 통계자료를 공표하였기 때문에 단위 시설 및 처리 공법에 대한 LCC 분석을 수행하지 못하였다.
- 조사 대상 상수도 시설을 Table 1에, 하수도 시설을 Table 2에 나타내었으며, 상수도 시설의 경우 2010 상수도 통계를 바탕으로 하수도 시설의 경우 2009 하수도 통계를 바탕으로 선정하였다. 시설의 선정에 있어, 운영항목 범위가 넓고 공법에 대한 대표성 및 범용성 확보가 보다 용이하다는 점을 고려하여 공법별로 가능한 대규모 시설로 선정하였다.
- LCCO2 분석의 경우, 수처리 과정으로 인해 발생되는 공정배출의 산정이 불가능하여, 분석대상에서 제외하였다. 하수도시설의 경우 '2009 하수도 통계'의 현재 운영 중인 470개 시설중 자료가 누락되어 있는 일부 시설 등을 제외한 시설에 대하여 분석을 실시하였다. LCA, LCE 분석은 433개 시설, LCCO2 분석은 339개 시설, LCC 분석은 시공단계에서 432개 시설, 운영단계에서 434 개 시설에 대하여 각각 분석을 수행하였다.
데이터처리
- 실시하였다. 도출된 도구의 분석 결과를 상하수도 LCM 방법론을 적용하여 처리공법 간 경제성 및 환경성 비교 분석을 수행하였다.
이론/모형
- 상하수도 LCM 방법론을 통한 의사결정으로의 연계 가능성을 검토하기 위하여 기존 통계자료인 '2009 하수도 통계(환경부, 2010)' , '2010 상수도 통계(환경부, 2011)' 를 활용하여 LCM 적용 및 분석을 실시하였다. 도출된 도구의 분석 결과를 상하수도 LCM 방법론을 적용하여 처리공법 간 경제성 및 환경성 비교 분석을 수행하였다.
성능/효과
- (1) 상하수도 LCM 도구로 LCA, LCCO2 및 LCE 분석 등을 제시하였으며, 제시된 LCM 도구를 통해 전 과정에 대한 환경성 관리가 가능하게 되어, 발생 후 처리가 아닌 발생의 방지 개념의 적극적인 환경성 관리가 가능할 것으로 판단된다. 경제성과 관리를 위한 LCM 도구로 LCC 분석을 제시하여, 시설의 비용분석을 단순한 유지관리비의 수준이 아닌 모든 비용 항목의 주기성이 고려된 생애주기비용으로 평가 가능할 것으로 판단된다.
- (3) 상하수도 LCM 적용 및 분석 결과 LCM 도구를 통해 시설 운영으로 인한 잠재적 환경영향, 온실가스, 에너지 및 경제성에 대한 정량화된 수치가 도출되었으며, 이를 통해 시설 공법별 처리 용량 간 비교가 가능하였다. 공법 및 처리용량간 비교를 통해, 시설 및 공법의 장단점에 대한 명확한 분석이 가능하여, 시설 도입 시 의사결정의 근거로 활용이 가능 할 것으로 판단된다.
- LCA 분석결과, 2차 처리 시설에 비해 공정 구성 설비가 많고, 에너지 소비가 높은 고도처리 공법의 LCA 결과가 상대적으로 높게 나타났다. 또한 대규모 시설에 비해, 소규모 시설에서 LCA 결과가 평균적으로 높게 나타났다.
- 1 E-05 TOE/ton으로 가장 낮게 나타났다. 각 시설용량별 에너지 소비가 적은 공법은 시설용량 100 kt/d이상 500kt/d 미만, 50kt/d이상 100kt/d 미만에서는 기타(담체) 공법, 10kt/d 이상 50kt/d 미만에서는 SBR 공법, 10kt/d 미만 시설에서는 A2/O 공법으로 나타났다.
- 상수도 시설의 LCE 분석결과를 살펴보면, 특 .광역시 및 인구 30만 이상 지역과 인구 5만 이상 30만 미만 지역의 정수시설에서는 막여과 공법의 LCE분석결과가 가장 낮게 나타났으며, 인구 5만 미만 지역의 정수시설에서는 기타(직접여과 등) 공법, 한국수자원공사에서 관리하는 대상 시설에서는 완속여과 공법이 가장 낮게 나타났다.
- 시설의 LCA 분석결과 특 . 광역시 인구 30 만 이상 규모의 시설에서는 급속여과 공법이 7.2E-05 Eco-point/ton으로 가장 낮게 나타났으며, 인구 5만 이상 30만 미만 규모 및 인구 5만 미만 규모의 시설에서는 고도처리 공법, 수자원공사가 관리하는 시설에서는 급속여과공법이 가장 낮게 분석되었다
- 또한 대규모 시설에 비해, 소규모 시설에서 LCA 결과가 평균적으로 높게 나타났다.
- 시설 운영 시 투입되는 자재, 약품, 에너지원에 대한 LCM 도구의 분석 실시 및 분석결과의 모니터링을 통해 시설의 잠재적 환경성, 온실가스 발생, 에너지 소비, 경제성(LCC 분석결과)의 이상시점을 파악토록 하였으며 이상시점 발생 시 기여도 분석을 실시하도록 하여 이상의 원인을 파악하도록 하였다. 또한 웹 기반의 LCM 구축을 통해 유사 공법, 유사 용량의 타 시설 중 LCM 도구 분석결과의 우수시설 운전방식 등을 벤치마킹 하도록 하여, 시설 운영의 효율성 증진을 도모하였다.
- 가능성을 검토하였다. 상하수도 LCM 적용 및 분석 결과, 시설 운영으로 인한 잠재적 환경영향, 온실가스, 에너지 및 경제성에 대한 정량화된 수치가 도출되었으며, 이를 통해 시설 공법별 처리용량 간 비교가 가능하였다. 공법 및 처리용량 간 비교를 통해, 시설 및 공법의 장단점에 대한 명확한 분석이 가능하여, 시설 도입 시 의사결정의 근거로 활용이 가능할 것으로 판단된다.
- 하수도 시설의 LCA 분석결과, 고도처리 공법계열 중 시설용량 500kt/d이상에서는 A2/O 공법이 1.1E-05 Eco-point/ton으로 가장 낮게 나타났으며, 시설용량 100kt/d이상 500 kt/d미만 및 시설용량 50kt/d이상 100kt/d미만에서는 기타(담체) 공법, 10kt/d 이상50 kt/d미만에서는 SBR 공법, 10 kt/d 미만 시설에서는 기타(미생물) 공법이 낮은 것으로 분석되었다.
후속연구
- 관리가 가능할 것으로 판단된다. 경제성과 관리를 위한 LCM 도구로 LCC 분석을 제시하여, 시설의 비용분석을 단순한 유지관리비의 수준이 아닌 모든 비용 항목의 주기성이 고려된 생애주기비용으로 평가 가능할 것으로 판단된다.
- 상하수도 LCM 적용 및 분석 결과, 시설 운영으로 인한 잠재적 환경영향, 온실가스, 에너지 및 경제성에 대한 정량화된 수치가 도출되었으며, 이를 통해 시설 공법별 처리용량 간 비교가 가능하였다. 공법 및 처리용량 간 비교를 통해, 시설 및 공법의 장단점에 대한 명확한 분석이 가능하여, 시설 도입 시 의사결정의 근거로 활용이 가능할 것으로 판단된다. 다만 앞서 도출된 상하수도 공법별 비교는 상하수도 LCM 도구를 분석하기 위한 기초자료가 충분치 않은 통계자료를 이용한 결과로서 비교결과의 의미는 없다.
- 상하수도 LCM 적용 및 분석 결과, 시설 운영으로 인한 잠재적 환경영향, 온실가스, 에너지 및 경제성에 대한 정량화된 수치가 도출되었으며, 이를 통해 시설 공법별 처리용량 간 비교가 가능하였다. 공법 및 처리용량 간 비교를 통해, 시설 및 공법의 장단점에 대한 명확한 분석이 가능하여, 시설 도입 시 의사결정의 근거로 활용이 가능할 것으로 판단된다. 다만 앞서 도출된 상하수도 공법별 비교는 상하수도 LCM 도구를 분석하기 위한 기초자료가 충분치 않은 통계자료를 이용한 결과로서 비교결과의 의미는 없다.
- 다만 앞서 도출된 상하수도 공법별 비교는 상하수도 LCM 도구를 분석하기 위한 기초자료가 충분치 않은 통계자료를 이용한 결과로서 비교결과의 의미는 없다. 상하수도 LCM의 정착을 위해서는 LCM 도구의 기초 데이터가 되는 기록 및 운영 항목 등이 단위시설에서부터 보수 주기 등에 대한 자료가 관리되어야 하며, LCA, LCCQ 및 LCE 분석의 경우, 시설의 각 단위 설비로 투입되는 약품의 량, 설비별 전력 및 에너지원의 소비량 등의 자료가 관리된다면, 설비에 따른 투입 물질별 기여도 분석 등이 가능하며, 공법간 비교 및 그에 따른 원인 분석 등이 가능할 것으로 판단된다.
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