<사진. 새로운 기술을 거주민과 사용자에게 친숙하게 만들기 위하여 내부에서 일어나는 하수 처리를 설명해주는 시범 플랜트 용기 위에 그려진 그림.
출처. KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』>

카르스트 지역에서 수자원 공급을 개선하는 방안

인도네시아 Gunung Kidul 지역에서는 음용수를 구하기가 드물다. 카르스트 지역(karst area)에서 빗물(rainwater)은 지하로 신속하게 배수된다. 지하 동굴 시스템은 빗물을 축적하고, 사용하지 않은 채 해양으로 흘려보낸다. 몇 년에 걸쳐 인도네시아 KIT 소속의 연구진은 통합적인 수자원 관리(IWRM; Integrated Water Resources Management) 프로젝트 하에서 독일 산업 파트너와 협력하여 이러한 물을 추출하고 분배하는 기술을 개발했다. 또 연구팀은 물을 처리하고, 수질을 확보할 뿐 아니라 하수를 처리하는 방안을 수행했다. 새로운 기술과 개념은 다른 카르스트 지역을 위한 모델로 작용할 것이다.

독일 BMBF(Federal Ministry of Education and Research)가 지원한 IWRM 인도네시아와 협력 프로젝트 하에서, KIT 수압 파쇄 공학 전문가들은 지하 동굴 동력기지(underground cave power station)를 건설했다. 처음으로, 연구진은 카르스트 동굴에 물을 채우는 데 완전히 성공했다.

2010년 연구팀은 인도네시아 당국에 동굴 동력 기지를 양도했다. 이 플랜트는 80,000명의 인구에 물을 공급할 수 있다. 분배 네트워크를 통하여 청정한 상태로 가정에 물이 도달하기 위하여, 연구팀은 수처리와 수질 확보를 위하여 부분적인 프로젝트를 지휘하는 미생물학자인 Ursula Obst를 필두로 중앙식, 반중앙 집중식 및 국부적인 수처리를 위한 방법을 개발했다. 동굴에서 유래한 분배 네트워크로 유입되는 탁한 물질을 방지하기 위하여 물은 먼저 모래로 여과된다. 다음 단계는 수돗물에서 박테리아가 제거된다. 이 목적을 수행하기 위하여, KIT 연구진은 워노사리(Wonosari, 인도네시아 중부 자와 남쪽에 있는 도시) 병원에 시범 플랜트를 구축했다. 여기서, 물에 있는 박테리아는 UV 복사와 염소 추가 또는 세라믹 막을 이용하여 다른 물질 사이에서 제거됐다. 그러나 이러한 방법은 고전압 전류를 요구하고, 따라서 주로 학교와 병원 같은 도시 시설에 적합하다.

동력이 부족한 마을에서, 연구진은 훨씬 더 단순한 기술이 필요하다고 Obst는 밝혔다. 거주자들은 지역 개방된 웅덩이에서 빗물과 수돗물을 수집한다. 동물과 식물이 이러한 개방된 웅덩이를 오염시킬 수 있다. 따라서 연구팀은 비가 오지 않을 경우 웅덩이를 덮어줄 것을 권고했다고 Obst는 지적했다. 또 과학자들은 물을 이용할 때 먼지와 탁한 물질을 보유하는 모래 여과지를 설치했다. 사용 전 거주민은 매우 작은 구멍을 제공하는 토분(clay pot)을 이용하여 물을 다시 여과시킬 수 있다. 이러한 구멍을 통하여 배출되는 물은 음용에 적합하다. 토분은 연구진이 제시한 특성에 따라 지역 재료를 사용하여 인도네시아 도공이 제조했다.

수질을 제어하기 위하여, 과학자들은 다소 단순한 방법을 적용했다. 사용자들은 작은 물 시료를 수거하여 특정 장내 세균만을 활성화시키는 영양 물질인 효소기질(enzyme substrate)과 혼합한다. 만약 이러한 장내 세균이 물에 포함되어 있다면, 장내 세균은 기질을 전환시켜, 육안으로 식별이 가능한 노란 색으로 변하게 될 것이다. 만약 물이 오염됐다면, 정화 단계가 확인되고, 필요하다면 여과 시스템이 수리될 것이다.

하수도(sewage system)는 아직까지 Gunung Kidul 지역에 갖추어지지 않았다. 다른 부분적인 프로젝트의 작업 틀 이내에서, 수생 환경 공학 전문가인 Stephan Fuchs가 주도하는 KIT 연구진은 폐수와 폐기물 처리 지역에서 연구를 수행했다. 산업 파트너와 협력을 통하여, 연구팀은 도시를 위한 중앙식 공정을 개발했다. 대변은 먼저 거대한 콘크리트 용기인 오수 정화조에 수거됐다. 산업 파트너와 함께, 연구진은 워노사리 병원에 2번째 시범 플랜트를 건설했다. 파이프라인 시스템으로 병원의 배설물 슬러지는 2 단계 무산소성 반응기(unaerobic reactor)로 투입되어, 바이오폐기물과 혼합된다. 무산소성의 의미는 산소 없이 분해 공정이 일어나는 것을 의미한다. 박테리아는 혼합물을 분해하고 에너지가 풍부한 기체인 메탄을 생성한다. 이후 이러한 메탄은 병원의 부엌에 가스난로를 사용하는데 적용됐다. 남아 있는 고체는 인근 들판에 비료로 적용됐다. 미래 연구진의 비전은 도시 지역에 설치되어 있는 이러한 플랜트가 탱크 차량에 의해 작동되어, 지속 가능한 위생 방안에 도달하는 것이라고 Stephan Fuchs는 밝혔다.

마을에 정화조가 없는 경우는 허다하다. 화장실은 구덩이 위에 위치해 있으며, 필요하다면 이동시킨다. 강력한 강우가 발생하는 경우, 세균이 지하수로 유입될 위험이 특히 카르스트 지역에서 높다고 Fuchs는 밝혔다. Pucanganom 지역에서, 연구팀은 15가구의 화장실 오물을 처리하는 시스템을 설치했으며, 가축의 분뇨를 3개의 바이오가스 시설에서 처리했다. 유기 폐기물은 1 개월 이내에 바이오가스와 비료로 전환됐다. 파이프라인 시스템을 통하여, 가스는 인근 주택의 가스난로에 직접적으로 전달된다. 남아 있는 슬러지는 건조시켜 비료로 사용된다. 처음에, 연구진은 주민을 설득하는 것이 어려웠다고 Fuchs는 밝혔다. 폐기물 또는 심지어 사람의 오줌이 재활용될 수 있다는 것을 설명하기가 쉽지 않았다고 Fuchs는 덧붙였다.

또 KIT 연구진은 대중을 위한 정보와 지침을 제공하기 위하여 플랜트 운영자를 위한 세미나를 계획했다. 플랜트를 운영할 것으로 여겨지는 인도네시아 기술자들은 영어와 인도네시아어로 기술되어 있는 매뉴얼을 제공받았다. 인도네시아 사람들은 모델 플랜트를 운영할 수 있을 뿐 아니라 다른 카르스트 지역에 기술을 전수할 수 있을 것이다.

■ KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 http://mirian.kisti.re.kr