합류식 하수관거 월류수

왜 배우는가: 합류식 하수관거의 월류수(CSO)는 우천 시 하천 수질을 직접 악화시키는 대표적 비점·점오염 문제라서, 하수처리와 하천 관리 분야 전반에서 반복해 다뤄진다. 기술사 시험에서는 정의, 발생 원리, 배경을 짧게 묻는 용어 문제와 대책을 묻는 논술 문제로 함께 나온다.

출제 이력: 제103회 4교시 4번, 제91회 3교시 4번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

합류식 하수관거 월류수(CSO)는 우천 시 오수와 우수가 한 관로에서 계획 하수량을 넘을 때 처리되지 않은 채 하천 등 공공수역으로 넘쳐 나가는 혼합 하수이다.

• 합류식 하수관거
• 월류수(CSO, Combined Sewer Overflow)
• 계획 하수량
• 차집관거
• 우수토실
• 오염 부하량
• 하천 수질 보전

2. 개념 풀이

쉽게 말하면 비가 많이 오면 하수관이 가득 차서 더 받지 못하는 물이 그냥 강으로 넘쳐 나가는 현상이다. 맑은 날에는 생활하수가 하수처리장으로 가지만, 비가 오면 빗물까지 섞여 관로 용량을 넘는다.

정식 정의는 다음과 같다. 합류식 하수도는 오수관과 우수관을 한 관으로 묻은 하수도다. 강우 시 관거 유량이 계획 하수량을 초과하면 그 초과분이 우수토실(Overflow Chamber)이나 월류 위어를 통해 수역으로 방류되는데, 이를 월류수라 한다.

차집관거는 청천 시 하수와 우천 시 일정량의 하수를 모아 하수처리장으로 보내는 관거다. 차집관거가 받아들이지 못하는 나머지 유량이 월류수가 된다. 따라서 월류수의 양과 질은 차집 능력, 강우 강도, 관로 용량에 따라 결정된다.

계획 하수량은 설계 기준이 정한 처리 가능 유량이다. 일반적으로 계획 시간 최대 하수량에 우천 시 유입량을 더해 정하며, 합류식은 그 값이 분류식보다 크다. 이 값을 넘는 순간 월류가 발생한다.

오염 부하량은 월류수에 담긴 BOD, SS, 대장균 등의 총량이다. 월류수는 농도가 낮은 빗물과 고농도 오수, 도로 노면 오염물이 섞여 있어 농도 변동이 크다. 그래서 농도보다 부하량으로 관리하는 것이 합리적이다.

3. 등장 배경과 필요성

최초의 하수도는 호우 유출수를 모아 배수하기 위해 설치되었다. 이후 가정하수와 산업폐수가 함께 흐르는 합류식 관로로 발전했다. 하수를 처리 없이 하천에 직접 방류하면서 수질 오염과 악취 문제가 생겼고, 호우 시에는 관로 용량 초과로 다량의 오염물이 배출되었다.

이 문제를 해결하기 위해 오수와 우수를 분리하는 분류식 하수관거가 도입되었다. 도시 강우 유출은 분류식에서 합류식 하수가 범람할 때보다 적은 오염물질을 배출한다고 알려져 있다. 우리나라는 하수처리장 건설보다 도시 형성이 먼저 이루어져 합류식 관거가 많이 남아 있고, 그 결과 월류수 관리가 중요한 과제가 되었다.

합류식의 장점은 관을 하나만 묻으므로 비용이 낮고, 강우 시 관내 수세 효과가 있으며, 관경이 커서 폐쇄 우려가 적다는 점이다. 반면 유속과 수질 변동폭이 커서 맑은 날 고형물이 퇴적되고, 우천 시 토사가 다량 유입된다. 이 단점 때문에 월류수 저감이 하수도 계획의 핵심이 되었다.

4. 구성요소·원리·절차

합류식 하수관거의 월류수는 우천 시 관거로 유입되는 유량이 차집용량을 넘을 때 발생한다. 월류수를 줄이려면 먼저 관거 구성요소가 각각 어떤 역할을 하는지 알아야 한다.

합류식 관거계의 구성요소는 다음과 같다.

월류수의 발생 원리는 다음과 같다. 강우 강도가 커지면 관거 유량이 급증한다. 차집관거의 수송능력을 넘는 유량은 웨어를 통해 수역으로 직접 흘러간다. 이 때문에 월류수에는 미처리 오수와 도로면의 오염물질이 함께 섞인다. 월류수의 오염부하는 초기 강우에서 특히 높게 나타난다(초기 세정 효과).

월류 발생을 판단하는 기준은 다음 식으로 나타낸다.

$Q_{overflow} = Q_{in} - Q_{interceptor}$

여기서 Q_{overflow}는 월류량(㎥/s), Q_{in}은 관거 유입량(㎥/s), Q_{interceptor}는 차집관거 수송량(㎥/s)이다. 차집관거 수송량은 청천시 하수량에 우천시 일정 배수(차집 배율)를 더한 값으로 정한다.

월류수 관리의 절차는 다음과 같다.

• 강우 시 관거 유량과 오염부하를 실측하거나 모델로 산정한다.
• 차집관거의 차집 배율을 정하고 월류 빈도 기준을 설정한다.
• 웨어 위치와 월류 방류구의 수질을 점검한다.
• 저류조, 처리 용량 증설, 우수 유출 저감 시설 중에서 대책을 고른다.
• 월류 발생 후 방류수질과 수역 영향을 모니터링하고 결과를 계획에 반영한다.

5. 관련 법령·기준·표준

합류식 관거 월류수는 하수도법과 하수도 시설 기준에서 다룬다. 공공하수도 계획 단계에서 차집 배율과 월류 수질 기준을 정하고, 처리장 설계 시 우천시 처리용량을 반영한다. 조문 번호는 여기서 확정하지 않고 기준 이름만 쓴다.

위 표에서 차집 배율과 청소 주기의 세부 값은 시설 기준의 계획 조건에 따라 달라진다. 실무에서는 지자체 하수도 종합계획의 수치를 함께 확인한다. 합류식 관거가 있는 지역에서 분뇨가 관거에 투입되면 우천 시 분뇨까지 월류하므로, 건물마다 정화조를 두고 분뇨를 별도로 수거하는 것이 원칙이다.

관련 기준의 쟁점은 월류 빈도 관리다. 합류식 관거의 월류 횟수와 방류 오염부하는 강우 특성과 차집 배율에 따라 크게 변한다. 따라서 답안에는 법정 수치를 나열하기보다 차집 배율, 월류 빈도, 처리용량을 한 묶음으로 제시한다.

6. 유형과 비교

합류식 하수관거의 월류수 처리방법은 월류 발생 전 유량을 줄이는 방법, 발생한 월류수를 저장·처리하는 방법, 월류수를 직접 처리하는 방법으로 나눌 수 있다. 각 방법의 적용 위치와 기술적 특징이 다르므로 비교표로 정리한다.