우리나라의 환경산업은 매년 약 15%의 성장을 거듭하면서 차세대 유망 수출산업으로 국가적 기 대를 모으고 있다. 수질, 대기, 폐기물, 소음·진동 등 다양한 환경산업의 분야 중에서도 특히 물과 관 련된 분야는 전체의 60% 이상의 비중을 차지하며 핵심을 이루는 전통적인 분야로 자리잡고 있고, 대 부분의 환경 관련 기업이 수처리와 관련된 사업으 로부터 시작하여 현재에 이르고 있다고 해도 과언 이 아니다. 효율적인 수처리를 통한 수질 환경 개선 뿐만 아니라 안정적인 수자원의 확보 및 관리, 신뢰 감을 주는 먹는 물의 공급, 이용 효율의 증대 등 당 면한 과제는 세계 어느나라나 관심을 기울이는 중 요한 문제가 되고 있다. 이러한 목표들을 달성하기 위해서는 처리시설의 건설 확대보다는 시설의 운 영 효율성 증대가 더욱 시급하게 요구되며, 정부는 환경기초시설의 민간 위탁 운영, 민간투자사업 촉 진 등을 통해 시장의 진보된 기술을 통한 경제성, 효율성 증대 방안을 모색하고 있는 상황이다.
본 고는 이러한 시기에 환경기초시설관련 계장 제어자동화 업계의 시장 동향, 환경 산업에서의 적용분야와 요구조건, 당사의 대응 방안과 개발·
제공 중인 제품에 대한 소개를 통해 학계의 관심 과 참여를 촉구하며, 앞으로 이러한 시장에 대응 하기 위한 문제점 분석과 과제를 다시 한번 검토 해 보고자 한다.
국제물환경학회(international water association, IWA) 내에서 1965년부터 활동하고 있는 수처리 시설의 자동제어와 관련된 전문가 그룹(instru- mentation, control and automation specialist group, ICA SG)은「2025년의 도시 물관리 시스 템(urban water management system)에 대한 전망」 을 통해 향후의 물 관련 산업이 현재의 상하 수도, 오폐수 처리, 중수도 및 재이용, 수자원 및 수질관리 등 다양한 물 관련 분야가 모두 통합되 어 단일한 체계를 갖는 ‘물 산업(water industry)’
으로 발전할 것이라고 예측했다. 또한, 이는 수처 리 기술뿐만 아니라 정보통신, 자동제어계측, 원격 관리 기술의 토대 위에 이루어 질 수 있는 것이라 고 판단하고 이러한 기술의 확보와 적용을 위해 노력해야 할 것이라고 제안하였다.
계장제어자동화의 추세는 최근 2~3년간 국내
관련 업계에서 초미의 관심사가 되어 왔다. 환경
부는 1990년대 말부터「모범적인 환경국가 건설
을 위한 환경정보화」 를 목표로 환경정보화의 대계
를 수립하고 2000년 10월에는「e-상하수도」추진
계획을 발표하며 향후 2010년까지 관련분야에 6
조원 이상의 예산을 책정·시행하겠다고 발표했
다. 2001년 6월에는 상하수도 정보화 중장기 종합
계획 수립을 완료하고 시설운영현황 국민공개
(water-now), 사업운영관리 및 성과분석, 시설자
동화 및 원격관리, 관망관리 및 누수관리, 지하수 종합정보관리, 타시스템 연계 및 통합이라는 6개 부문으로 구분, 시행할 계획으로 있으며, 현재 3단 계 시범 사업을 통해 표준안 도출 및 전국 각 지차 체 확산시의 지침 등을 마련하고 있다.
정부의 이러한 정책 방향에 발 맞추어 계측장비 제조업체, 시스템 공급업체 등이 발 빠른 대응으 로 회사의 이미지를 변모시키고 있으며, 환국환경 벤처협회의 조사에 따르면 환경관련 벤처업체의 50% 이상이 이러한 사업에 참여할 의사를 가지고 있는 것으로 조사되었다. 그러나 이러한 사업을 통해서 달성하고자 하는 민간위탁관리, 원가절감, 처리효율 향상, 처리 상황의 공개요구, 운영효율 분석 및 정책 판단 정보 제공 등의 구체적인 목표 를 충분히 이해하지 못하는 측면이 있어 과당 경 쟁에 의한 과열이 우려되고 있다.
국내 시장이 주로 기기·장비면에 치우친 반면 이를 적절하게 운영하고 관리하면서 실질적인 성 능 향상과 경비 절감에 도움이 되는 소프트웨어 시스템에 대한 관심은 미진한 것이 사실이다. 외 국의 값싸고 다양한 단순 MMI 또는 HMI를 제공 하는 소프트웨어는 이미 너무 많이 나와서 사용되 고 있으나, 관련 시설 및 공정의 진단, 분석, 예측, 자동제어 등의 기능을 가지는 핵심 지능형 소프트 웨어 개발에는 무관심하여 일부 대학 등에서 연구 되고 있는 것이 거의 전부이다. 소프트웨어 시스 템의 중요성에도 불구하고 아직까지 국내시장에 서 이에 대한 대가가 너무 낮게 인식되어 있는 것 도 보급이 미진한 하나의 중요한 원인이 되고 있 다. 이미 현장에는 다양한 최첨단의 장비들이 설 치되고 있지만 이것만으로는 현장관리자가 시스 템을 분석하고 용이한 방법으로 자동제어를 실현 하기 불가능한 일종의 고철이 되고 있으며, 두뇌 역할을 할 상용 소프트웨어의 공급은 아직도 요원 한 것으로 보인다.
계장제어자동화기술 적용분야와 요구조건 환경 시스템의 주된 요소들인 관거·관망, 펌프 장, 정수장, 하수처리장, 소각장, 폐기물 매립장 등 각종 처리시설 및 공정 설비에 계측제어자동화 기 술이 적용될 수 있다. 상하수도 관망 및 관거 관리 시스템에는 누수탐지(유량, 압력 등), 수량, 수질 측정용 센서의 필요성이 증대되고 있으며, 주로 지하매설물인 이러한 시스템에 대한 통신 인터페 이스 방법, 지리정보시스템(GIS)과의 연동 등이 주요 사안이 되고 있다. 하수처리장 등 처리시설 의 경우 민간위탁관리에 들어가게 되면 각 지자체 는 여러 시설들을 수질 및 수량의 측면에서 적정 한 처리가 이루어지는지를 감시하고 비상시에 대 처하며, 적정처리비용 등을 산정할 수 있는 모니 터링 및 평가분석 시스템이 필요할 것이며, 민간 운영자의 경우 적은 운영인원과 운영비로 안정적 인 처리수질을 확보하기 위해서는 각 단위공정의 자동화뿐만 아니라 및 전체공정 자동제어(plant- wide control), 원격운영관리, 운영상황 자동보고 시스템 등이 필요하게 될 것이다. 또한, 이러한 민 간위탁업체의 경우 번거로운 계측기기·장비의 설치 및 유지관리를 전문기업에 위탁하려는 사례 도 늘어나게 된다. 이외에도 통신수단이 원활하지 못한 격오지를 연결하기 위한 효율적인 유무선 통 신 수단 및 장비에 대한 수요도 증가하고 있다.
이러한 시스템에 기본적으로 요구되는 조건이
있다. 공공사업의 성격상 초기 가격보다는 장비의
신뢰성과 유지관리시의 편의성, 경제성, 보안성이
우선 고려되어야 한다. 또한 대부분의 시설들이
10년에서 20년까지를 목표로 설계되고 있으며, 장
비의 경우 최소한 5년 이상의 사용연한을 만족시
켜야 하고 기술 발전에 따라 원활한 업그레이드와
장비 호환이 가능해야 한다는 점도 중요하다. 최
근 환경관리공단 등에서는 환경산업기기의 형식,
인터페이스 규격 등에 대한 표준안을 정립하는 작
업을 진행중이며, 모든 설비에 대해서 전과정분석 (LCA)을 통한 기기의 수명 주기, 유지관리 용이 성, 경제성에 대한 평가를 실시하고 있다. 또한 업 체가 제작, 유통한 제조물에 대해 안전을 보장하 고, 제조물 결함으로 인한 사고에 대해 책임을 지 도록 하는 제조물 책임법(product liability, PL법) 이 2003년 7월부터 발효되고 있다는 점도 유의해 야 한다.
공정 자동화 및 전문가 시스템의 개발과 적용 (주)팬지아21은 21세기 유망산업인 환경기술과 정보통신기술에 기초를 둔 미래지향형 벤처기업 으로서 1998년 11월부터 다양한 정보통신 기술의 적용을 기반으로 하는 환경 및 자원관리, 시설물 관리, 공정제어 및 자동화 등의 효율화를 추구하 는 차별화된 제품과 서비스를 제공하고 있다. 주 력사업 부문인 환경사업 부문에서는 오염물질 처 리산업의 맥을 잇는 환경관리의 효율화, 사전오염 예방 등의 차세대 환경산업에 초점을 맞추어, 핵 심 센서기술 및 계측기, 데이터 관리 및 분석기술, 환경기초시설관리의 자동화 및 통합관리, 기업 환 경경영지원시스템 등에 주력하고 있으며, 또 다른 사업 부문인 정보통신사업 부문에서는 (주)팬지 아21 인력의 전문성에 기초한 지리정보시스템의 활용, 유통 POS 사업, 시설물관리 및 공정자동화 등에 특화된 서비스의 품질로서 경쟁력을 유지해 나가고 있다.
당사에서 제공하는 환경기초시설 자동화 관련 시스템은 산재된 소규모의 처리시설을 인터넷을 이용해 감시·제어하기 위한 전용 설비군과 전문 가 시스템을 포함한 소프트웨어군으로 구성되어 있으며, 적용 처리시설에 따라 다양한 형태로 응 용이 가능한 특징을 가지고 있다.
통합운영관리시스템, 단위공정 자동화시스템 및 수처리 전문가시스템 등으로 구성되는 구체적인 제
품군의 내용과 특징은 아래와 같이 나타낼 수 있다.
통합운영관리시스템
통합운영관리시스템은 분산되어진 시설물의 원 격지 제어를 중심으로 시스템통합에만 국한되어 있던 기존 통합운영관리시스템 부분과 통합운영 관리시스템의 효율을 극대화하고 환경기초시설의 무인자동화 구현을 위한 고도 자동화 단계로서의 자동제어시스템 및 전문가시스템으로 구성되어진 다. 다수의 시설을 통합하여 인터넷을 이용한 원 격관리, 개인이동단말기(PDA)를 이용한 시설물 관리, 출입자 및 운전상황 화상관리 뿐만 아니라 생물학적 처리공정의 운전 자동화를 위한 인공지 능제어, 공정 분석·진단 전문가 기능 등을 수행 하는 응용 소프트웨어들을 탑재하여 사용자의 편 의성과 경제성을 극대화시키고 있다. [그림 1]은 당사의 기술이 집약된 통합운영관리시스템의 구 성 개요이다.
단위공정 자동제어시스템
환경기초시설은 시설의 특성상 많은 인력과 유 지관리 인원을 필요로 하며 더욱이 국내 하수처리 시설은 대부분 생물학적 처리공법을 채택하고 있 어 고도의 운영관리 인력 및 높은 유지관리 비용 을 필요로 하며 유입유량 및 수질의 급격한 변동 에 따라 방류수질 또한 크게 변하는 문제점이 있 어 유입유량 및 수질의 실시간 계측을 통한 모니 터링을 실시하여 최적의 공정자동제어를 추구할 필요가 있다. 이러한 기술의 적용 및 도입을 위하 여 아래와 같은 자동화 요소기술들을 개발하여 상 용화하고 있다.
① SRT Control System(고형물 체류시간 자동제어)
활성슬러지 공정(activated sludge process)이
적용되는 각종 수처리시설들은 반응조내 미생물
농도에 의하여 처리효율이 크게 영향을 받고 있으 나, 제어의 어려움으로 인하여 현장에서는 수조작 에 의한 제어가 일반적으로 사용되고 있다. 이의 자 동화를 위해서 본 시스템은 MLSS, 슬러지 농도계 및 유량계를 이용하여 반응조의 미생물 농도를 운 전자가 원하는 농도로 유지함으로써 처리효율 향 상 및 슬러지 처리계통의 운영관리를 최적화할 수 있도록 하였으며 주요 특징은 아래와 같다.
최적 고형물 체류시간(SRT)과 미생물 농도 (MLSS)를 유지함에 따라 슬러지 침강성 향상 질산화에 필요한 최소한의 SRT를 유지함으로 써 인 제거 등 고도처리 효율 향상
뉴로퍼지-인공지능 제어로직을 도입하여 비정 상적인 set-point 설정으로 인한 처리효율 저하 및 슬러지 유출을 방지하며, 계측기 유지보수 중에도 무중단 자동제어 가능
② DO Control System(송풍량 자동제어)
수처리시설 반응조의 암모니아성 질소(ammonia, NH
3-N)농도, 질산성 질소(nitrate, NO
3-N)농도, 아질산성 질소(nitrite, NO
2-N)농도, 수소이온농 도(pH) 및 용존산소(DO)농도 등을 검출하여 유 기물 산화, 질산화 및 탈질에 필요한 최적의 용존 산소농도, 교반(mixing) 및 송풍조건을 자동 제어 하는 시스템으로 공정 운영비의 대부분을 차지하 는 전력비 절감을 목표로 적용하며, 주요 특징은 아래와 같다.
최적 산소공급량을 조절하여 전력량을 최대 30%까지 절감 가능
질산화 가능량 및 탈질량을 분석하여 최적화된 제어모드를 운전자에게 제공하여 공정의 운전 시간 최적화 및 처리용량 증대
그림 1. 통합운영관리스템의 개요.
③ 약품 자동 주입 시스템
생물학적 질소·인 제거공정을 적용하는 수처 리시설 및 무인운전이 요구되는 소규모 처리시설 의 자동운전을 위해 응집제 및 알카리보조제를 유 입수질 및 수량에 따라 적정 주입할 수 있도록 제 어하는 시스템으로 다음과 같은 특징을 갖는다.
반응조 이상, 약품주입량 과다 혹은 약품저장탱 크의 잔류용량 정보를 원격지에 전송함으로써 무인운전이 가능하며, 신속한 유지보수 가능 뉴로퍼지-인공지능 제어로직을 도입한 전용 콘 트롤러에 탑재되어 시공 및 설치가 용이하며 유 지보수 수요 최소화
④ 소프트웨어 센서를 적용한 방류수질 예측 시스템
