한국생산기술연구원, 막힘 없는 화장실 적용 하수처리 펌프 기술 개발 ㅣ 버스정류장에서 맑은 공기를 맘껏!
"위생용품·물티슈 넣어도 오케이"…'진짜' 휴지통 없는 화장실 만들 기술 개발
변기를 통해 들어간 여성 위생용품이나 물티슈에도 막히지 않고 작동하는 하수처리장 펌프가 국내 연구진에 의해 개발됐다.
양 날개를 쓰는 기존 펌프는 통과할 수 있는 고형물의 크기가 매우 제한된다(왼쪽). 연구팀이 개발한 새 펌프는 단일 날개를 써 통과할 수 있는 고형물의 크기를 키웠고, 달팽이관 모양의 부품을 써 진동을 최소화했다(오른쪽). 한국생산기술연구원 제공
한국생산기술연구원 청정에너지시스템연구부문 김진혁 박사팀은 국내 중소기업과 손잡고 무겁고 부피가 큰 고형물도 하수처리장에서 통과시킬 수 있는 ‘단일채널펌프’를 만들었다고 19일 밝혔다.
현재 하수처리장에서 주로 쓰는 펌프는 양날개가 뱅글뱅글 돌아가는 형태다. 구조가 단순하고 제작이 쉽지만, 관로 내에서 양날개가 회전하기 때문에 덩치가 큰 고형물은 걸리는 일이 많다. 여성용 위생용품이나 물티슈처럼 물에 풀어지지 않는 물체가 변기 속을 통과한 뒤 생기는 문제인데, 전체 펌프 고장의 98%를 차지한다. 이 때문에 최근 ‘휴지통 없는 화장실’ 정책이 시행되고 있지만, 위생용품 등을 버리는 휴지통은 화장실에 따로 마련돼 있다.
위생용품 등 고형물에도 막히지 않는 신형 펌프를 내놓은 한국생산기술연구원의 김진혁 박사(왼쪽)와 황해전기의 차미영 상무이사. 한국생산기술연구원 제공
연구팀은 펌프 안에 ‘달팽이관’처럼 생긴 구조물을 넣는 방법으로 이런 문제를 해결했다. 양날개가 아닌 단일 날개를 써 덩치 큰 고형물을 통과시킬 수 있는 공간을 확보하면서도 중심축을 흐트러뜨리지 않고 회전할 수 있도록 한 것이다. 대칭적인 양날개를 쓰지 않을 때 나타나는 심한 진동도 해결했다. 이번에 개발된 제품은 외산과 비교할 때 성능은 동등하면서도 단가는 2~3배 낮다고 연구팀은 밝혔다.
김 박사는 “기술적인 난도가 높은 연구였다”며 “많은 시행착오 끝에 최적의 설계 기법을 개발했다”고 말했다. 연구팀은 지난해 12월 제주도 상하수도에 이번 펌프를 설치해 성능 인증에 나서고 있다고 덧붙였다.
이정호 기자 run@kyunghyang.com 경향신문
‘시작품 실험’ 분당 2.7~3.4µg/㎥ 속도로 줄여 ‘탁월’
미세먼지 저감 기능 ‘녹화기술’ 버스정류장 실증
버스정류장이 매연으로 인한 ‘독 가스실’에서 맑은 공기를 마음껏 마실 수 있는 공간으로 변모시킬 수 있는 기술이 개발돼 이목을 집중시키고 있다.
미세먼지와 열섬 저감에 적극적으로 식물의 기능을 이용해 대처하기 위해서는 새로운 녹화기술 개발이 필요한 시점이다.
실내외 ‘공용’ 다양한 공간에 설치 운영 가능 경관개선 효과도
관수용 물탱크 모듈 ‘구성’ 우수 받아 재활용 시스템 만들어
실내 가벽 대체 수직녹화장치 등 개별적 공기청정기 대용 기대
지난 2016년에 진행된 ‘실내식물의 공기중의 미세먼지 제거 효율 규명’ 연구에서는 식물은 실내의 경우 전체 공간 중 2%만 식물에게 할애하면, 50%의 미세먼지 저감효과가 나타났다고 밝힌 바 있다.
즉, 기존의 수동적 방식에서 탈피해 일부 인위적인 에너지를 투입하더라도 식물이 갖는 기능을 최대한 끌어올려 미세먼지와 열섬현상 저감에 대처할 수 있는 새로운 녹화방식이 필요하다.
이는 식물 자체의 정화기능에만 의존해도 식물의 미세먼지 정화 효과는 매우 높은 것으로 분석된다.
특히, 재생에너지 기술이나 다양한 유지관리기술, 미세먼지 저감 기술 등을 식물에 적용해 미세먼지 정화 기능의 녹화시스템을 조성할 경우, 1평 남짓한 식물 녹화 면적으로 가로수 275수의 기능을 대체하는 기능을 발현할 수 있는 것으로 알려지고 있다.
이미 독일의 Green Solution GmbH에서는 CityTree라는 기술로 구현하는데 성공한 바 있다.
이에 이 연구에서는 식물을 버스정류장에 설치해 미세먼지 저감 효과를 거두기 위한 미세먼지 저감 기능의 버스정류장 적용기술을 개발했다.
연구내용
이 연구는 미세먼지가 많은 날 대중교통을 이용하는 시민들이 버스를 타기 위해 대기하는 시간만이라도 미세먼지의 영향에서 조금이나마 벗어나게 하자는 의도에서 출발했다.
미세먼지 저감 기능의 버스정류장 구축을 위해 이 연구에서는 서울시, 서울시 성동구청과 함께 버스정류장 개조와 시스템 설치를 위한 협약을 추진, 한양대역 1번 출구 앞 한양대정문앞 정류소에 미세먼지 저감 기능을 갖춘 녹화시스템을 비롯해 IoT 기술 기반 녹화 관수, 유지관리 제어·모니터링 설비, 전력공급을 위한 태양광 설비 네 가지 기술을 적용했다.
이 같은 기술 적용 전 이 연구에서는 버스정류장의 구조변경을 선행했다. 버스가 정류장에 정차하는 동안 계속 발생하는 매연의 정류장 내부 유입 최소화를 위해 부분차폐라도 가능토록 정류장 전면에 유리판으로 개구부를 절반 정도로 차폐했다.
이후 광고판 등을 제거하고, 미세먼지 저감 기능의 녹화시스템을 설치했다.
이 시스템은 식물의 기작으로 1차 정화된 공기를 공조기가 천천히 빨아들여 내부의 필터로 2차 공기정화를 수행한 후 버스정류장 내부로 신선한 공기를 불어 넣어 버스를 기다리는 시민들에게 조금이라도 맑은 공기를 공급하는 기술이다.
또한, 해당 정류장의 식물의 관수와 공조기의 on-off를 원격으로 수행하는 동시에 성능을 모니터링하기 위해 IoT를 이용한 유지관리-모니터링을 적용했다.
특히, 리빙랩 개념으로 설치한 정류장의 성능 검증을 위해 약 5m 거리에 떨어져 있는 시티투어 버스정류장을 대조군으로 지정하고, 원격 모니터링 시스템을 구축했다.
버스정류장의 미세먼지 저감 기능 검증을 위해 측정 정류장과 대조구 정류장, 대기측정소의 대기질 농도를 여러 차례 측정했다.
미세먼지가 보통 수준의 날은 공기정화장치를 가동하지 않을 경우 측정 정류장의 PM2.5 농도가 대조구 정류장보다 평균 8µg/㎥ 낮은 것으로 나타났다.
공기정화장치를 가동할 경우에는 미세먼지 농도가 순간적으로 낮아지며, 대조구 정류장 대비 평균 14µg/㎥ 저감 효과가 나타나는 것으로 확인됐다.
미세먼지가 좋음 수준의 날은 공기정화장치를 가동하지 않을 경우, 측정정류장의 PM2.5 농도가 대조구 정류장보다 평균 9.7µg/㎥ 낮고, 공기정화장치 가동 시 미세먼지 농도는 대조구 정류장 대비 평균 25.5µg/㎥ 감소해 약 50%의 저감률을 보인 것으로 나타났다.
즉, 미세먼지저감 기능의 공조기를 켜지 않아도 정류장의 구조 변경으로 약 10% 정도의 저감 기능이 있고, 공조기를 킬 경우 최대 50%까지 저감된 공기를 정류장에 공급하는 것으로 검증됐다.
한편, 이 연구에서는 2018년 하반기부터 약 1년 간 정류장의 성능을 모니터링하면서 나타난 문제들을 보완하기 위해 시공과 유지관리에 최대한 인력과 비용을 적게 투입하고 필요시 녹화모듈의 구성을 현장에 맞춰 구성할 수 있는 모듈형으로 개선시켰다.
새롭게 개선된 모듈은 녹화부분, 공조부분, 저류부분으로 나눠 구성하는 한편, 실내외 어느 구성에도 활용할 수 있도록 개선시켰다.
개선된 모듈은 아직 시험단계이지만, 시작품 상태에서 실험 결과 미세먼지를 분당 2.7~3.4µg/㎥의 속도로 저감하고, 미세먼지의 농도가 높을수록 저감 속도가 더 빠른 것으로 나타났다.
이처럼 탁월한 효과를 거둘 수 있는 이 기술은 향후 현장 특성과 요구 성능에 따라 조합이 가능한 미세먼지 저감 녹화장치로 실내외에 공용으로 다양한 공간에 설치 운영이 가능하여 경관개선과 미세먼지 저감에 기여할 것으로 기대를 모으고 있다.
또한, 관수가 어려워 별도의 관수 물탱크 등을 설치해야 하는 기존의 문제점을 보완하기 위해 관수용 물탱크를 모듈로 구성하고, 우수를 받아 재활용할 수 있는 시스템으로 개선시켜 시설 설치와 유지관리비 절감도 가능하다.
따라서 향후 도로 중앙차선의 분리대, 보행자 보호를 위한 난간 등에 확대 적용이 가능하고, 실내에서는 가벽을 대체하는 수직녹화장치로, 개별적인 공기청정기 대용으로 운영이 확대될 것으로 전망된다.
인 / 터 / 뷰
민간기업으로 기술이전 마쳐
향후 상용화 통해 곳곳 적용 기대
문수영 센터장
한국건설기술연구원 주거생활환경연구센터 문수영 센터장은 “얼마 전 중국에서 발현한 미세먼지로 인해 대기질이 매우 나빠진 당시 서울시에서 3일간 약 150억을 투입해 무료로 대중교통을 이용하게 하면서 차량이용을 제한한 적이 있었다”며, “하지만, 버스정류장에 여러 대의 버스들이 늘어서면서 공회전으로 발생한 매연을 버스를 기다리는 많은 시민들이 마시고 있다는 생각에 이 같은 문제들을 개선하기 위한 연구를 시작했다”고 밝혔다.
실제로 이 연구는 현재 연구원에서 삭막한 도시에 식물을 적용해 도시가 좀 더 푸르고 친환경적으로 변모할 수 있는 방법을 찾기 위한 문 센터장의 고민에서 시작됐다.
문 센터장은 “지난 2016년 싱가포르에서는 일반 공기질보다 버스정류장의 공기가 3.5배 더 나쁘다는 연구결과를 발표한 바 있다”며, “따라서 이번 연구는 대중교통을 이용하는 많은 시민들에게 보다 더 건강한 교통공간을 제공할 수 있다는 데 의미가 있다”고 설명했다.
이어 “서울시 성동구청에서는 연구원의 성과를 바탕으로 ‘스마트 버스정류장 사업’을 추진해 올해 몇 개 구간에 개발 기술이 적용될 예정”이라며, “특히, 이번 기술은 민간기업으로 기술이전이 이뤄진 만큼 향후 상용화를 통해 국민들이 체감할 수 있는 기술로 선보일 것”이라고 전망했다.
디자인 유지관리 ‘고도화 작업 연구’ 지속 추진
현재 이 기술은 디자인과 유지관리 측면에서 고도화 작업을 통해 어린이보호구역 안전시설 등 야외 시설과 파티션 대체품 등 실내 시설로 보급하는 방향으로 개선하기 위한 연구가 추가적으로 이뤄지고 있다.
한편, 문 센터장은 “지난 2월 설립된 주거생활환경연구센터는 페놀과 라돈, 층간소음 등 국민의 생활과 건강에 위해가 되는 다양한 이슈에 적극적으로 대응하기 위한 특임 센터”라며, “현재 ‘안전·안심한 건축생활환경 조성을 통한 국민 삶의 질 향상’을 목표로 국민 생활환경 이슈 해결형 연구를 추진하고 정책을 지원하는 역할을 담당하고 있다”고 소개했다.
이어 “현재 공동주택 바닥충격음 차단성능 사후성능 확인제도의 법제화와 사용자 관점 주거환경성능 연구와 생활환경 조성 가이드를 제공하기 위해 건설 분야에 국한하지 않고 다학제적 접근을 통해 사람 중심의 해결방안을 모색하는데 역량을 집중시키고 있다”고 덧붙였다.
오성덕 기자 건설기술
http://www.ctman.kr/news/19338
