국내 소규모 공공 하수처리시설은 비효율적인 운영과 유지관리의 미흡으로 인하여 문제점이 대두되고 있으나, 시설의 개소수는 지속적으로 증가하는 추세가 이루어지고 있다. 또한, 소규모 공공하수처리시설은 규모가 작을뿐더러 지역적으로 산재하고 있어 시설관리의 한계가 발생하고 있지만 운영상 문제점 해결을 위한 정책 방향은 정립되지 않고 있는 실정이다.
한편, 이러한 문제점을 해결하고자 환경부(2019)는 소규모하수처리시설의 운영효율화 방안 연구를 통해 운영효율이 낮은 소규모 하수처리시설을 인접한 공공하수처리시설로 연계처리하는 방안에 대한 경제성 평가방법을 제시하였다. 하지만 아직 그 과정이 복잡하고 검토 담당자의 주관에 따라 다른 결과값을 도출할 가능성이 있으며, 시간과 비용측면에서도 기본계획 등의 수립시에는 적용하기가 곤란한 한계성이 있을 수 있다.
따라서 객관성을 담보하기 위하여 통계적인 방법을 통해 소규모 하수처리시설의 연계처리의 타당성 판단이나, 생애주기비용의 개략적 예측이 가능한 모델 개발이 필요할 것으로 판단된다.
본 연구에서는 개별처리와 연계처리의 타당성 검토를 위한 판별분석을 통해 통계적 검증방법을 적용하였으며, 총비용(개략공사비 + 유지관리비용) 예측을 위하여 다중회귀방법을 활용한 비용함수식을 개발하였다.
분석대상은 선행연구자료 및 현장조사 자료를 수집하여 선정된 171개소 중 150개소를 대상으로 하였으며, 본 연구의 기초가 되는 개별처리시설의 개량 또는 연계 시 소요되는 생애주기비용의 신뢰성 비교를 위해 환경부(2019)에서 적용한 생애주기비용의 산정방법에 따라, 현장조사와 설계자료 등을 활용하여 기존처리시설의 연계 시와 신설소규모 하수처리시설의 신규설치 시에 대한 초기투자비(공사비)와 유지관리비를 산출하여 생애주기비용을 산정하였다.
산정된 생애주기비용은 모델 개발에 사용된 판별분석과 다중회귀분석의 검증자료로 사용하였으며, 분석한 결과 기존하수처리시설 용량, 연계처리시설 용량, 연계관로 연장, 기존처리시설 운영비, 연계처리시설 운영비 총 5개의 항목이 영향인자로 도출되어 판별분석과 다중회귀분석의 변수로 적용하였다.
먼저, 판별분석은 소규모 하수처리장의 판별분석 시 수질기준과 법적기준이 상이한 시설용량 50m³/일을 기준으로 50m³/일 미만 시설 98개소와 50m³/일 이상 시설 52개소로 구분하였으며, 신설처리시설과 기존처리시설에 대해 각각 분석을 진행하였다.
판별분석은 개별처리 그룹과 연계처리 그룹이 잘 분류되어 있는지 또는 새로운 대상이 어디에 속할 것인지를 결정하기 위한 분석방법이며, 판별분석 결과 신설 소규모 하수처리시설의 판별에서 생애주기비용 결과와 비교하였을 때 50m³/일 미만 98개소 중 77개소가 일치하여 78.6%의 일치율을 보였고 50m³/일 이상에서는 52개소 중 48개소가 일치하여 92.3%의 일치율을 나타내었으며, 일치하지 않는 50m³/일 미만 처리시설 21개소와 50m³/일 이상 처리시설 4개소의 특징은 개별처리 시와 연계처리 시 생애주기비용의 차이가 크지 않은 것으로 나타났다. 연계관로 연장이 300m이하로 짧거나, 2km이상으로 길 경우에는 생애주기비용의 산출 또는 다중회귀분석에 의한 함수식 적용을 통해 재검증 할 경우 연계의 적정성 판단이 가능하다.
기존 소규모하수처리시설의 판별분석에서 생애주기비용 결과와 비교하였을 때 50m³/일 미만 98개소 중 73개소가 일치하여 74.5%의 일치율을 보였고 50m³/일 이상에서는 52개소 중 42개소가 일치하여 80.8%의 일치율을 나타내었으며, 일치하지 않는 50m³/일 미만 처리시설 25개소의 특징은 생애주기비용 산정 시 주요인자인 기존처리시설 운영비 단가가 판별분석식에서는 제외되어 검토된 사유로 나타난 것으로 판단된다. 50m³/일 이상 처리시설 10개소는 시설개선과 통합 처리 시 생애주기비용의 산정결과의 차이가 크지 않아 함수식 적용과정에서 오차가 발생한 것으로 판단되므로 다중회귀분석에 의한 함수식 적용을 통해 재검증할 경우 연계의 적정성 판단이 가능할 것으로 판단된다.
판별분석 결과를 재검증하고 생애주기비용을 개략적으로 산정하기 위하여 다중회귀 분석을 추가로 실시하였으며, 신설처리시설의 개별 처리처리 시, 연계처리 시, 기존처리시설의 시설개선 시, 통합처리 시에 대한 4가지 함수식을 개발하였다.
신설처리시설의 개별처리 시에 대한 다중회귀분석 결과를 오차범위를 10%로 설정하여 검토한 결과 오차범위 10%이내 정확도는 99.3%이며, 신설처리시설의 연계처리 시 정확도는 89.3%의 좋은 결과를 얻을 수 있었다.
기존처리시설의 경우 오차범위 10%이내 정확도는 시설개선 시 74.6%로 나타났으며, 통합처리 시는 76.0%로 나타났다.
판별분석을 통해 연계처리의 타당성을 판별하고 다중회귀분석을 통해 생애주기비용을 산출하여 동시에 검토할 경우 적정성 판단 정확도는 더욱 증가할 것으로 판단된다.
판별분석과 다중회귀분석 결과를 비교한 결과 신설 소규모 하수처리장 150개소 중 129개소가 같은 결과로 판정되어, 86.0%의 신뢰도를 가지는 것으로 나타났다. 또한, 기존 소규모 하수처리시설에서 다중회귀분석 결과와 판별분석 결과의 일치율을 확인한 결과 150개소 중 124개소가 같은 결과로 판정되어 82.7%의 신뢰도를 확인하였다.
본 연구는 기존 소규모 하수처리시설의 연계 또는 신규 소규모 하수처리시설의 설치계획 시 인근의 다수 공공하수처리시설을 대상으로 객관적인 통계적 방법을 통해 연계 적합시설 판정 및 개략적 생애주기비용의 산출이 가능하므로 활용도가 높을 것으로 판단된다.