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[국내논문] 도시 물 문제 저감을 위한 회복탄력적 사회기반시설 구축: 2. 수질오염 문제 구조적 대안의 내구성 평가
Establishment of Resilient Infrastructures for the Mitigation of an Urban Water Problem: 2. Robustness Assessment of Structural Alternatives for the Problems of Water Pollution 원문보기

Ecology and resilient infrastructure, v.3 no.3, 2016년, pp.182 - 188  

정지현 (서울대학교 건설환경공학부) ,  이창민 (서울대학교 건설환경공학부) ,  안진성 (서울대학교 건설환경공학부) ,  김재영 (서울대학교 건설환경공학부) ,  최용주 (서울대학교 건설환경공학부)

초록
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본 연구는 도시 홍수문제의 구조적 해결방안을 도출하기 위하여 내구성-비용지수 (robustness cost index, RCI)를 수질오염 문제 사례에 재해석 및 적용하였다. 처리기준 산정방식이 다른 하수 처리수 내 내생호르몬 오염과 취수원 원생동물 번성을 대표 사례로 선정하여 기존시설과 대안시설 (구조적 대안)의 내구성 지수 (RI) 값이 1 이상인 경우를 내구성을 확보한 대안으로 판정하고 내구성 지수와 비용지수 (CI)를 결합한 RCI 값을 산정하였다. 하수 처리수 내 내생호르몬 오염은 인체로부터 기인하는 $17{\beta}$-estradiol 을 대상 오염물질로 하여 현재 하수처리시설과 대안시설 (고도처리공정 증축)을 비교하였고, 고도처리공정을 증축한 사례에서 RI뿐만 아니라 RCI 값이 큰 결과가 나타났다. 취수원 원생동물 번성의 경우 크립토스포리디움을 처리하기 위한 소독방안으로 자외선 소독과 오존 소독을 대상으로 RCI를 산정하였고 오존 소독시설이 RCI값이 더 높은 것을 확인하였다. 처리기준이 다른 수질오염사례의 RCI 산정과정과 도출한 값을 바탕으로 재해 발생 시 피해 복구와 피해 방지를 위한 구조적 대안 수립과정의 방향을 제시하고 그 구축전략을 제안하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This study evaluated structural alternatives for managing water quality problems by reinterpreting and then applying the robustness-cost index (RCI) for urban flood problems. Cases of endogenous hormone pollution in treated sewage and proliferation of protozoa in intake-water were chosen as represen...

Keyword

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 회복탄력적 사회기반시설 구축의 일환으로, RCI를 이용하여 도시에서 발생 가능한 수질오염 문제에 대한 기반시설 및 구조적 대안의 내구성을 평가하고자 한다. 대표적인 도시 수질문제로 인체기원 에스트로겐에 의한 하수 처리수 배출수계 오염문제와 상수 취수원의 크립토스포리디움 (Cryptosporidium sp.
  • 2014). 따라서 기존의 활성슬러지공정이 고도처리공정으로 대체되는 것을 구조적 대안으로 보고, 하수 내 E2의 제거에 대한 내구성 평가를 수행하였다.
  • 본 연구에서는 도시 홍수의 구조적 대안에 대한 내구성 평가를 위해 Lee et al. (2016)이 제안한 바 있는 내구성-비용 지수를 도입하여, 하수 처리수의 배출수계 중 E2 오염문제 및 취수원 원생동물 번성문제를 대상으로 현 기반시설과 구조적 대안들의 회복탄력성을 평가하였다. 수질의 경우에는 Lee et al.
  • 하수 처리수 내 내생 에스트로겐에 의한 배출수계 오염과 상수 취수원 원생동물 번성과 같은 도시 수질오염 문제는 인간을 중심으로 조성된 생활환경과 기후변화로 인해 그 심각성을 날로 더해가고 있다. 본 연구에서는 내구성-비용 지수를 이용하여 도시 수질오염 문제에 대한 현 기반시설 및 구조적 대안들에 대해 내구성 평가를 수행하였다. 하수 처리수 내 내생호르몬 오염 사례의 경우, 하수처리 시설의 고도화 사업이 적용되었을 때, 고도화 비율이 증가함에 따라 RI 값과 RCI 값이 모두 증가하였으며 고도화율이 81%일 때 내구성이 확보된 것으로 평가되었다.

가설 설정

  • Johnson and Williams (2004)는 문헌조사를 통해 성별 및 연령별 인구집단이 분과 뇨를 통해 하루 동안 배출하는 E2의 평균값을 제시한 바 있다. 본 연구에서는 정화조를 거쳐 추가적인 처리공정을 거치게 되는 분의 특성을 감안하여 뇨에 포함된 E2만이 하수처리시설로 유입되는 것으로 가정하고, Johnson and Williams (2004)의 제시 값 중 뇨에 포함된 E2의 배출량 원단위 평균치만을 사용하였다. E2의 경우 4.
  • 평가를 하기 위해서 정수처리시설은 강남구에 상수도를 공급하는 강동암사아리수정수센터 (KAA 2016 개인 서신)의 자료를 참고하여 평가기초자료와 가정수립을 진행하였다 (Table 1). 시설의 건설비는 2기를 기본으로 하는 소독시설의 크기를 가정하여 산정하였다.
  • 5 log 일 때 평가를 하였다. 평가 시 기존의 수처리시설은 소독시설을 갖추지 않은 상황으로 가정하였다. 또한, 정수처리 시설의 특성 상, 장기간 같은 공정을 사용하기 때문에 20년간 처리 시설을 운영 시 내구성-비용 지수를 산정하였다.
  • 6으로 나타났다. CI는 오존의 유입량에 따라 산정해야 했지만 오존의 경우 주입량에 따른 C 값의 관계를 예측하기가 어렵기 때문에 본 논문에서는 계산된 C값을 대입하여 주입된 오존이 모두 용존되었다고 가정하여 시설운영비를 CI 를 산정하였고 모두 0.9988로 계산되었다. 반면에, 20년간 시스템 운영 시, 동일한 내구도를 가질 때, C 값이 각각 0.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
17β-estradiol이 수 ng L-1 수준의 낮은 농도에서도 수생태계에 심각한 교란을 일으킬 수 있는 이유는 무엇인가? 인체로부터 배출되는 내생 에스트로겐 (endogenous estrogens)은 하수처리시설을 경유하여 배출수계로 유입 된다. 특히, 17β-estradiol (E2)은 매우 높은 에스트로겐 활성을 갖기 때문에, 수 ng L-1 수준의 낮은 농도에서도 수생태계에 심각한 교란을 일으킬 수 있는 것으로 알려져 있 다 (Maria et al. 2013).
회복탄력성은 무슨 능력인가? 회복탄력성 (resilience)의 개념은 시스템이 내/외부의간섭에 의해 본래의 기능을 상실하였을 때, 정상 상태로 되돌아가는 능력으로 설명될 수 있다 (Vugrin et al. 2010).
내구성-비용 지수가 사회인프라의 회복탄력성 평가지표로서 활용가치가 높은 이유는 무엇인가? 2016). 제안한 지표는 계획범위를 초과하는 재해에 대한 복구 신속성 항목을 포함하지 않지만, 비교적 손쉽게 활용 가능한 자료를 바탕으로 비용 최적화 된 사회기반시설 및 구조적 대안의 내구성 (기반시설이 재해에 견디는 속성)을 평가할 수 있으므로, 사회인프라의 회복탄력성 평가지표로서 활용가치가 높다.
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참고문헌 (20)

  1. Johnson, A.C. and Williams, R.J. 2004. A model to estimate influent and effluent concentrations of estradiol, estrone, and ethinyl estradiol at sewage treatment works. Environmental Science & Technology 38: 3649-3658. 

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  20. Vugrin, E.D., Warren, D.E., Ehlen, M.A. and Camphouse, R.C. 2010. A framework for assessing the resilience of infrastructure and economic systems. In, Gopalakrishnan, K. and Peeta, S. (eds.), Sustainable and Resilient Critical Infrastructure Systems, Springer-Verlag, Berlin, Germany. 77-116. 

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