교양, 도시공학, 건축, 방통대 등 세계의 도시와 건축 요약정리 9. 함부르크: 하수처리 시스템의 변천을 중심으로

9. 함부르크: 하수처리 시스템의 변천을 중심으로 

【1】 도시와 폐기물: 도시는 거대한 인공물+작업장, 여러 장치와 에너지 필요

1. 도시로 들어가는 에너지는 식량과 연료의 형태, 생명유지+거대 인공물 작동하는 힘

①도시는 소비를 위한 곳으로 생명 유지에 필수적인 것은 생산되지 않는다.

-끊임없이 먹고 끊임없이 쏟아내기 때문에 처리 기능 필수(처리하지 못하면 도시 기능 상실)

②도시는 건축물·도로·공원들을 통해 아름다움을 유지, 건축물의 축조과정과 건축미 논의

-건물의 미적인 아름다움과 배열, 건물 내부 공간의 배치로 건축물 평가

2. 도시를 유지하기 위한 투입물과 배출물, 이를 실어 나르는 각종 장치들 필요

①흔히 보는 것은 고형 폐기물, 액체는 땅속 관을 통해 배출, 기체는 가장 안 보이는 폐기물

-액체 폐기물은 물 사용으로 인해서, 기체 폐기물은 에너지 사용으로 인하여 발생

-고형폐기물은 구석진 장소가 필요하지만 도시에는 장치가 없는 셈

②기체폐기물은 공중에서 분해, 굴뚝을 높게 설치(지상의 범위는 확산, 농도는 감소)

-굴뚝에서 나오는 기체폐기물에 의한 피해사례(독일 루르 공업지역+분쟁)

-현대사회는 기체폐기물 처리기술 발달, 직접적인 피해 감소, 교통발달로 총량 증가

➂기체폐기물인 이산화탄소가 많아지면 지구 전체의 피해+자연 훼손, 생태계 붕괴

-가장 많은 장치를 요하는 것은 액체 폐기물(생활하수), 도시가 풀어야 할 과제

 

【2】 함부르크의 물 수급과 하수처리

1. 함부르크는 유럽에서 처음으로 생활하수 처리 시스템 설치(가장 오래된 시스템)

-1830년 말 하수처리 시스템 건설 구상, 1842년 복잡한 하수관 건설 시작->현재에 이름

-독일 북해와 엘베 강이 합치는 지점에서 동남쪽으로 110Km 떨어진 엘베 강 하류에 위치

-사계절 온대 기후로 뚜렷한 사계절(겨울 0도, 여름 17도), 강수량 714mm

2. 교역·관세 자유 특권을 가진 도시로 발전(1189), 식수와 씻는 물은 강과 우물로 공급

-1840년 초까지 하수처리 기능이 없던 곳(길 옆 뚜껑 없는 좁은 물길 따라 강으로 유입)

-농촌으로 실어가서 해결(퇴비로 이용), 강물에 버려져 전염병 위험도 상승

 

【3】 함부르크의 하수관 건설과정

1. 도시 팽창, 건축물 증가에 따라 생활하수강수 등 시스템의 필요성 증대

①1842년 대화재로 도심 파괴, 지하의 하수관 시스템 건설 시작

-위생적인 식수공급 계획과 연결, 위생상태 개선을 목적으로 하수관 시스템 건설

②수세식 화장실 보급+생활하수·우수·공공장소 쓰레기들을 지하관 사용-엘베 강에 투하

-유스투스 리비히가 시스템 건설 비판, 건식화장실 사용+인간의 오물은 퇴비화 주장

2. 현재까지 도시계획·도시 하수처리·오물처리 방식 주도(앤드-오브-파이프 기술)

①1842~1845년 최초로 11km의 지하 하수관 시스템 건설(1860년 48km 증가)

-구·신도시 지역의 하수처리 담당, 주택을 하수관에 연결하도록 강제(수세식 화장실 보급)

②수세식 변소를 하수관에 연결시킨 최초 도시(영국에서 발명·보급+함부르크가 확산)

-인구 증가(62만 명+934톤 생활하수 강물로 유입)=>강 하류의 물을 식수로 사용(수질악화)

-중앙집중적 식수공급 시스템 사용 결과 1892년 콜레라 유행(대규모의 피해 발생)

-1894년 하수정화처리 시험장 설치(생물학적 정화 실험, 1912년 폐쇄), 여과 장치 도입

3. 하수관 시스템 도입 전 생활쓰레기는 농촌의 퇴비로 이용(허가된 청소 사업자가 처리)

①분뇨 처리업자, 도로 청소업자 소멸로 시에서 모든 과정 처리

-자연 퇴비원 감소, 인공비료 생산 증가==>자연의 영양물질 순환 파괴로 연결

②19세기 말 함부르크시 확장, 지하 하수관 시스템 증대, 강으로 유입

-거친 성분 제거장치 도입, 강으로 연결된 수관 출구를 여러 개로 나누어서 분산

-20세기 초 정화되지 않은 하수처리 시스템을 긍정적으로 평가(강물의 정화작용 발생)

 

【4】 함부르크의 하수처리장: 기계적인 방식과 생물학적 방식이 사용된 하수정화 처리

1. 1912~1938년까지 11개의 하수처리장 설치 가동(시 외곽의 하수 일부만 불충분하게 처리)

①도심의 하수는 정화되지 않은 채 강으로 유입, 1937년 120만 명으로 인구 증가

-1800톤의 생활하수와 산업체의 액체 폐기물이 섞여 강물 오염, 물고기 떼죽음으로 연결

-지하 하수 시스템 1944년까지 1850km로 증대, 대소변과 생활하수가 섞여서 강물로 배출

②2차 세계대전으로 파괴, 1952년 복구, 1967년 3550km로 증대 =욕조 없는 공동화장실 사용

-주택의 개별 수세식 화장실과 욕조 보급으로 물 사용량과 하수의 양 급증

-1961~1967년까지 목욕탕이 없는 주택은 29%~10%로 감소, 세제 사용 증가

2. 물 사용량의 증가에 따라 하수도 증가, 건축물 증가+아스팔트로 교체+공원에 수로 설치

-빗물이 스며들지 못하고 지하의 하수관으로 유입, 하수량 급증대로 정화 시스템 교란

-하수 증가로 1970년 중엽 하수 시스템 용량 초과, 넘쳐나는 일 발생, 식수 다시 오염

-하수 시스템 확장, 1985년(4844), 1997년(5339), 하수 증가량 13만 1400m³(1982~1998)

 

【5】 함부르크의 하수관 종류와 처리 용량: 하수관 망은 지름·재질이 다양한 관들로 구성

1. 가장 오래된 것은 19세기 제작한 것(벽돌 사용, 600km, 전체 하수관의 11%)

-2400km는 돌, 콘크리트·철근 콘크리트·강철 등 사용, 길이도 다양

-조적식 하수관은 부식성이 강한 물질과 화합물의 영향으로 부식+하수관 파손 발생

2. 500만 마리의 시궁쥐 서식, 하수관 영양물질로 생존+배설물 배출+하수관 오염으로 연결

①상업·산업의 독성+분해 불가 물질 배출+하수처리장 교란+정화단계 붕괴+생태계교란 연결

-비가 오면 배출량이 세 배로 증가하여 비와 오물이 넘쳐 강으로 유입

②하수는 제한적으로 처리, 부분적 기계적 처리만 거쳐 강으로 배출

-오수관 물은 정화, 우수관의 물은 하수정화 처리를 거치지 않고 강으로 유입

 

【6】 하수처리 과정: 하수처리장에서 집중된 후 처리

1. 하수 물은 지하 20m 관을 통해 처리장으로 유입, 거친 물질 제거(여과물 5520톤 발생)

-탈수 된 후 다음 과정에서 발생하는 슬러지와 함께 연소되어 처리

-하수 -> 큰 수조 ->모래와 무거운 물질 침식(모래 1440톤 획득, 세척 후 건축용으로 사용)

2. 가벼운 물질들이 제거된 후 생물학적 처리 과정 진행

①1단계는 하수에 포함된 탄소와 질소화합물을 분해하는 미생물 수조 통과

-탄소분해 미생물과 질소화합물 미생물은 증식 속도가 달라 둘로 분리하여 진행

-수조 부피 약 16만 m³, 통과 하수는 평균 6%(화학)·2%(생물학)의 산소요구량+강 유입

②하수에 포함된 질소화합물 상당 부분은 암모늄, 미생물 분해로 질산염으로 교환

-2단계에서 질산염은 질소로 분해되어 대기로 분출, 하수의 질소함량 71%로 감소

➂3단계는 서서히 흐르는 후처리 수조에서 미생물이 만들어 낸 슬러지 침전

-펌프로 끌어올려 미생물 처리과정에 필요한 것은 1단계로, 나머지는 슬러지 처리장 이동

-후처리 수조의 부치르 약 19만 4000m³, 하수 속 인산염은 침전처리를 통해 92% 제거

-철의 염 수용액을 생물학적 처리장에 첨가(반응), 인산철과 수산화철 슬러지 생성

-1980년대는 철의 염을 포함하는 묽은 산을 바다로 배출, 현재는 허수처리장에서 재사용

 

【7】 슬러지 처리: 하수처리 과정에 상당한 양의 에너지 사용

1. 1992년 하수처리장의 슬러지는 침전·원심분리->탈수->10개의 8000m³ 발효조

->교반상태->35°C 혐기성 발효 ->박테리아는 유기물의 약 50%를 가스와 물로 분해

2. 유기 질소화합물->수용성 암모늄으로 변화 ->발효되어 생성된 가스는 연소+전력생산에 이용

-발효를 거친 슬러지 속의 물은 건조장치에서 제거(무게 40% 감소)

-원심분리기에서 물의 비율 97%에서 80%로 감소, 나온 물은 생물학적 처리

3. 슬러지는 소각(118톤의 건조된 슬러지+약 15톤의 여과물 소각), 소각 후 남는 물질 약 58톤

-90%(재)·9%(석고)=>산업체에서 재사용, 1%(중금속=소각연기 정화 시 발생=매립)

4. 시설물 돌리는데 들어가는 전기는 매년 약 11만 kwh

 

【8】 맺음말: 도시의 확장은 액체 폐기물의 증가로 연결, 처리 시스템 확대 필수

1. 수세식 분뇨처리 시스템 도입->하수관을 통해 강으로 유입 ->유기물질 순환 붕괴

-농업용 자연비료 감소로 인공비료 사용 증가(농업에 필요한 인 충당)

-식수·분뇨 섞임을 방지->정화처리방식 도입 =>거대한 하수관 시스템+정화시설 필요

2. 현대의 앤드-오브-파이프 방식, 거대도시가 생태위기 심화의 원인

-기후변화, 에너지 위기, 물 부족 문제 해결 방안 필요=> 도시순환 시스템 복구

-소규모 농업+식수와 하수의 소규모 정화+순환 시스템 확대+에너지 효율적 이용(재생에너지)