불명수 유입저감

왜 배우는가: 불명수(I/I)는 오수관로의 처리장 유입량과 수질을 동시에 흔드는 문제이며, 하수관거 정비와 침수·처리효율 대책의 출발점이므로 실무와 시험에서 반복해서 출제된다. 침입수와 유입수를 구분하고 저감 방안을 설계·운영 단계별로 답안에 옮길 수 있어야 한다.

출제 이력: 제126회 3교시 2번, 제120회 3교시 3번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

불명수(I/I)는 지하수나 오수 이외의 물이 오수관로에 유입되는 현상으로, 침입수(Infiltration)와 유입수(Inflow)를 합친 개념이다.

• 불명수(Infiltration and Inflow, I/I)
• 침입수(Infiltration)
• 유입수(Inflow)
• 오수관로 희석
• 외수 유입량
• 관거 정비·갱생
• 연기시험·진공시험

2. 개념 풀이

쉬운 말로 하면, 하수관로에 원래 들어오면 안 되는 물이 섞여 들어오는 현상이다. 땅속의 지하수가 관의 틈이나 맨홀로 스며드는 것이 침입수이고, 빗물이 우수받이나 집수정 같은 잘못된 연결로 들어오는 것이 유입수다.

정식으로는 불명수(I/I)란 하수 발생원 이외의 물이 오수관로에 침입하거나 유입되는 것을 말한다. 미국 환경청(USEPA)은 침입수와 유입수를 합산해 I/I로 본다. 두 경로를 현장에서 구분하기 어려워 실무에서는 함께 다룬다.

침입수(Infiltration)는 관거 파손, 접합부 불량, 맨홀 결함을 통해 지하수가 들어오는 것이다. 지하수위가 관거 깊이보다 높을 때 주로 발생하며, 관이 노후될수록 늘어난다. 지하수가 오염되었거나 염분을 포함하면 하수에 오염물질을 추가한다.

유입수(Inflow)는 펌프 배수, 지붕 배수, 지하실 배수, 마당 배수처럼 부적절한 연결을 통해 직접 들어오는 것이다. 강우 시 급격히 증가하므로 침입수보다 유량 변동이 크다. 유입수에 의한 첨두 유량은 관내에 쌓인 바이오필름과 고형물을 씻어 내 초기 오염 부하를 키울 수 있다.

하수관거에 들어온 불명수는 오수를 희석해 처리효율을 떨어뜨린다. 또 유량을 설계 용량 이상으로 올려 월류(SSO)를 일으킬 수 있다. 처리장 유입수의 유기물 농도가 낮아지면 생물학적 처리 효율이 떨어진다.

3. 등장 배경과 필요성

우수를 주목적으로 하여 설치된 관거는 하수처리장 건설과 병행해 정비되지 못한 경우가 많다. 시설비가 크고 지하 매설물이 얽혀 있어 시공이 어렵기 때문이다. 이 때문에 하수관망 체계가 미비하면 관거 안으로 지하수가 침투하고 우기에는 설계 하수량을 넘는 물이 흐른다.

건기에는 설계 하수량보다 적은 양이 흐르고, 우기에는 많은 양이 흐르는 불균형이 생긴다. 이 불균형은 처리장 설계 용량과 운영비를 모두 왜곡한다. 또 지하수 유입으로 유입 BOD가 낮아져 처리효율이 떨어진다.

따라서 불명수 저감은 처리장 운영 개선과 관거 정비 계획을 함께 묶는 필수 과제가 된다. 특히 노후 관로가 많은 도시에서 우선 대책으로 다뤄진다. 불명수 양은 관거 연장, 관경, 집수면적, 토양, 지하수위, 연결 수에 따라 달라지므로 현장별 조사가 필요하다.

4. 구성요소·원리·절차

불명수(I/I)는 오수관로에 지하수가 침투(Infiltration)하거나 우수가 직접 유입(Inflow)하여 생기는 물이다. 불명수 저감은 이 두 경로를 막는 것이 핵심이며, 구성요소를 나누어 이해하면 답안 구성이 쉬워진다.

불명수의 구성요소는 다음과 같다.

침투수는 지하수위와 관로 깊이의 차이로 결정된다. 관로가 지하수위보다 낮게 묻힐수록 침투량이 커진다. 유입수는 강우 강도와 지표 유출 조건에 따라 변하므로 유량 변동폭을 키운다. 두 경로를 합한 양이 불명수량이다.

불명수 발생 원리는 다음과 같다. 첫째, 관 내외 수압차에 의해 지하수가 관 내부로 들어온다. 둘째, 우수가 맨홀이나 연결부를 통해 직접 관로에 들어온다. 셋째, 유입된 물은 하수를 희석하여 처리 효율을 낮추고, 설계 용량을 초과시켜 월류(Sanitary Sewer Overflow)를 일으킨다. 우기에는 설계하수량보다 많은 양이 흐르고 건기에는 적은 양이 흐르는 불균형도 생긴다.

불명수 조사 및 저감 절차는 다음과 같다.

• 유량 조사: 강우기와 건기의 유량을 비교하여 불명수량을 산정한다.
• 원인 진단: 연막시험, 진공시험, 수밀시험(Smoke Testing, Vacuum Testing)으로 누수 지점을 찾는다.
• 우선순위 선정: 노후도, 지하수위, 불명수 기여도가 큰 구간을 고른다.
• 보수·보강: 관로 갱생, 이음부 실링, 맨홀 방수 처리를 시행한다.
• 유입 차단: 우수 직접 연결을 분리하고 빗물받이와 배수설비 연결을 점검한다.
• 효과 검증: 보수 전후 유량과 처리장 유입 농도를 비교한다.

불명수량 산정에 쓰는 기본 식은 다음과 같다.

$Q_{I/I} = Q_{\text{총유입}} - Q_{\text{계획오수}}$

여기서 Q_{I/I}는 불명수량(㎥/d), Q_{\text{총유입}}은 실측 총 유입량(㎥/d), Q_{\text{계획오수}}는 계획오수량(㎥/d)이다. 강우 시 증가분은 강우유입·침투 분석(RDII)으로 따로 구분한다.

5. 관련 법령·기준·표준

불명수 관련 기준은 「하수도법」과 하위 기준인 하수관로 설계·운영 기준, 국가하수도종합계획, 하수도정비기본계획의 계획 기준을 따른다. 국내 설계 기준의 세부 조항과 번호는 이 절에서 단정하지 않는다. 아래 표는 계획·설계에서 자주 쓰는 기준값이다.

차집관거의 우천 시 계획오수량 기준은 계획 시간 최대 오수량의 3배다. 불명수가 과다하면 이 기준을 넘어 차집관거와 처리장 용량이 부족해진다.

불명수 저감은 침투와 유입을 원인별로 나누어 진단하고 보수 우선순위를 정하는 데서 시작한다.

불명수, 침투수, 유입수, 연막시험은 이 절의 핵심어다. 기준값을 적용할 때는 강우 조건과 관로 노후도를 함께 고려한다.

6. 유형과 비교

불명수는 유입 경로와 발생 시점에 따라 침입수(Infiltration)와 유입수(Inflow)로 나뉜다. 두 가지는 원인과 시간적 특성이 달라 저감 방법도 다르다. 현장에서는 두 성분을 구분하기 어려워 함께 불명수(I/I)로 묶어 산정하는 경우가 많다.