본 연구에서는 환경부 하수도통계(2017) 기준으로 혐기성 소화조가 설치된 시설 70개소에 대해 운영현황을 조사하고 성능평가를 수행하였다. 환경부가 하수슬러지 감량화를 목적으로 추진한 '하수찌꺼기지 감량화 사업' 26개소 중 사업이 완료되어 평가가 가능한 22개소와 미 추진시설 44개소에 대해 성능평가 기법을 개발하여 평가를 수행하였다.
연구는 4단계로 추진하였으며, 1단계로 하수슬러지 감량화를 추진한 사업의 시설을 연구대상 시설로 선정(Selection for target facility)한 후, 성능평가를 위한 방법론을 고찰하여 2단계로 평가지표별 정량적 분석(Analysis for performance factor)을 실시하였다. 3단계로 평가지표별로 점수화(Scoring for performance factor)를 하였고, 4단계로 관련 정책입안자와 설계 기술자들이 감량화에 대한 성능평가 기법을 활용할 수 있도록 종합평가 및 고찰(Comprehensive evaluation and consideration)을 실시하였다.
먼저, 하수처리 소화조의 감량화시설 성능을 비교하기 위해 유입 VS 부하율, 가스발생량, 가동율 등을 조사하였고, 평가 방법은 "지방자치단체 예산의 성과계획서 작성기준(행정안전부)"를 참조하여 평가지표로 3가지 인자(Performance evaluation factor)를 선정하고 가중치를 적용하였다.
첫째, 소화조에 의한 '슬러지 감량율(Sludge reduction rate)', 둘째, 소화가스에서 발생한 메탄가스 생산량과 생산에 소비되는 에너지의 차이를 이용하여 계산한 '에너지 순 생산율(Net-energy production rate)', 그리고 셋째, 소화가스의 생산 뿐 아니라 소비측면에서의 관점을 고려하여 '소화가스 이용효율(Digested gas utilization efficiency)'을 분석하였다. 이후, 각 인자별 평과결과에 변별력을 적용하기 위해 가중치를 적용한 함수식을 사용하여 종합평가를 시행하였으며, 그 결과는 다음과 같다.
유입 VS 부하율은 시설 설치 전 평균 0.98 kgVS/㎥·일에서 시설 설치 후 평균 1.24 kgVS/㎥·일로 26.6% 증가하였고, 유입 VS당 발생 된 가스발생량은 시설 설치 전 평균 0.37 ㎥/kgVS에서 시설 설치 후 평균 0.57 ㎥/kgVS로 54.8%로, 시설의 가동율은 시설 설치 전 평균 81%에서 평균 91.8% 증가한 것으로 조사 되었다. 종합평가 결과 시설 설치 전 평균 23.3%에서 시설 설치 후 평균 38.3%로 15% 증가한 것으로 분석되었다.
에너지 순 생산율의 경우 시설 설치 전 평균 1.850 kWh/kgVS에서 시설 설치 후 평균 3.276 kWh/kgVS로 77.1% 증가한 것으로 분석되었다.
소화가스 이용효율의 경우 시설 설치 전 평균 1.62㎥/일에서 시설 설치 후 평균 1.71㎥/일로 시행 전후 이용효율 개선은 미미한 것으로 분석되었다. 이용방법의 경우 시설 설치 전에는 가스발생량의 91.5%를 자체 활용하였으며 시설 설치 후에는 자체활용 76.1%, 열병합발전 11.8%, 가스발전 6% 순으로 조사되었다.
점수로 환산하기 위하여 슬러지 감량율과 에너지 순 생산율에 각각 6과 3의 가중치를 두어 대상시설을 평가한 결과 시설 설치 전 38.7점에서 시설 설치 후 62.1점으로 23.4점이 증가하여 감량화 시설 설치 후 약 69%의 효율증가를 확인할 수 있었다.
종합적으로 슬러지 감량율과 에너지 순 생산율은 성능평가에 중요 요인으로 작용하였으나, 소화가스 이용효율은 성능에 크게 영향을 주지 못하는 것으로 확인되었다.
감량화시설 설치 사업 추진 시설과 미 추진 시설을 비교 분석한 결과 하수슬러지 감량율은 추진 시설의 경우 전체 시설 22개소 중 9개소 시설(40.9%)에서 40%이상의 감량률을 나타냈고, 미 추진시설의 경우 전체시설 44개소 중 7개소(18.9%)에서 40%이상의 감량률을 나타냈다. 에너지 순 생산률의 경우 추진 시설은 1.2 ~ 3.6 kWh/kgVS 구간에서, 미 추진시설에서는 1.2 ~ 2.4 kWh/kgVS 구간에서 높은 비율을 나타내 에너지 순 생산량도 추진시설에서 성과가 높은 것으로 조사되었다. 소화가스 이용효율의 경우 감량화 시설 설치 전후와 관계없이 시설 간에 큰 변동이 없는 것으로 확인할 수 있었다.
본 연구를 통하여 향후 하수슬러지 감량화 시설을 설치·운영하고자 하는 관계자에게는 설계 및 운전인자를 제공하고, 예산을 지원하는 정부 관계자에게는 사업의 효율성을 제고할 수 있는 방안을 제시하였다는데 의의가 있다.
아울러 정부의 정책방향과 성과관리가 상호 연계될 수 있는 평가 방법을 선정하여 하수처리시설 소화조의 감량화 성능을 평가함으로써, 향후 하수슬러지 감량화시설에 대한 관리 및 평가 제도가 정착되어 안정적인 추진 여건을 조성할 필요가 있다.