[용어, 논술] 터널 공사 중 탁수처리시설(지하용수 정화시설) 공정

1. 개요

터널 굴착(NATM 등) 및 마이닝 공사 중 발생하는 지하용수는 숏크리트 시멘트 성분의 용출, 굴착면의 미세 토사 및 부석 분진 등으로 인해 고농도 부유물질(SS)과 강알칼리성(높은 pH)의 특성을 띤다. 이를 방류수 수질기준에 적합하도록 기계적·화학적 공정을 거쳐 정화하는 가설 탁수처리시설(필터프레스 시스템 등)의 설치 및 운영 관리는 환경 오염 방지와 민원 예방을 위한 핵심 시공 관리 항목이다.

 

1차 침전 및 유량조정조

2. 탁수처리시설의 목적 및 중요성

(1) 설치 목적

• 부유물질(SS, Suspended Solids) 제거: 공사 중 발생하는 미세 점토 질점 및 부석 분진을 응집·침전·여과하여 맑은 물로 분리.
• 수소이온농도(pH) 조절: 시멘트 수화반응으로 발생한 강알칼리성 폐수($\text{pH } 11 \sim 12$)를 하천 방류 기준에 맞게 중화 처리.
• 건설폐기물 감량화: 함수율이 높은 슬러지를 기계식 압착 여과를 통해 고형 탈수케이크(Sludge Cake) 형태로 체적을 감소시켜 성상별 분리배출 및 처리비용 절감.

(2) 시공 및 환경적 중요성

• 하천 생태계 보호: 고농도 탁수가 미처리 방류될 경우 하천 바닥 탁도 증가, 용존산소량 감소로 생태계 파괴 유발.
• 법적 규제 준수 및 환경 민원 방지: 환경영향평가 협의기준 및 물환경보전법 방류수 수질기준 미준수 시 공사 중지 등 행정처분 직면.
• 터널 내부 작업 환경 개선: 지하수의 원활한 배수 및 정화를 통해 공사 중 터널 내부 작업 공간의 안정성과 쾌적성 확보.

필터플스 기계식 여과장치 및 슬러지 반출부

3. 정화처리 메커니즘 및 처리흐름도

터널 탁수처리는 기본적으로 [화학적 중화 및 응집 →물리적 침전 →  기계적 가압 여과]의 메커니즘이 연속적으로 연동되는 시스템이다.

(1) 처리 메커니즘

• 중화(Neutralization) 메커니즘: 강알칼리성의 오수에 산성제(H₂SO₄ 또는 CO ₂ 가스)를 주입하여 하천수 수준의 중성 상태로 변환.
• 응집(Coagulation/Flocculation) 메커니즘: 미세한 점토 입자 표면의 부(-)전하를 응집제(Polymer 등)로 중화시켜 입자 간 반발력을 없애고, 거대한 덩어리(Floc)로 결합·대형화하여 침전 속도를 촉진함.
• 가압 여과(Pressure Filtration) 메커니즘: 유압 장치를 이용해 여과판을 강력하게 압착한 상태에서 플록이 형성된 슬러지를 고압 이송 펌프로 밀어 넣어, 여과포를 통해 물(여액)만 탈수·배출시키고 고형물은 케이크 형태로 잔류시킴.

(2) 처리 흐름도 (Flow Chart)

 

4. 시공 및 운영 중 관리해야 할 사항 (Key Point)

(1) 유량 및 약품 투입 자동 제어 관리

• 터널 내부 굴착 연장 및 기반 암질(용수량)에 따라 유입수량이 가변적이므로, 유량조정조의 적정 용량 확보가 필수적이다.
• 실시간 pH 메타와 연동하여 중화제 및 응집제가 오버·언더 도징(Dosing)되지 않도록 자동 정량 펌프의 계측 상태를 일일 점검해야 한다.

(2) 필터프레스(Filter Press) 여과 성능 관리

• 여과포 폐쇄(Clogging) 방지: 시멘트 성분의 흡착으로 여과포 눈막힘이 발생하면 여과 효율이 급격히 저하되므로, 정기적인 고압 살수 세척 및 교체를 실시한다.
• 탈수케이크 함수율 관리: 가압 압력(보통 $0.5 \sim 1.0\text{MPa}$)과 펌핑 사이클 타임을 최적화하여 케이크가 푸석푸석한 상태(함수율 $50\% \sim 60\%$ 이하)로 배출되도록 관리한다. 함수율이 높으면 톤백 마대에서 침출수가 발생해 2차 오염을 유발한다.

(3) 유지보수 및 환경 관리

• 동절기 동파 방지: 겨울철 야간 휴지기 시 가설 천막 내부의 보온등 가동, 배관 내 잔류수 드레인(Drain) 처리를 통해 동파를 철저히 예방해야 한다.
• 슬러지 야적 및 상차 관리: 지게차 등으로 이동되는 슬러지 톤백 보관 구역에 빗물 유입 방지 덮개를 설치하고, 상차 시 바닥에 낙하하지 않도록 환경 관리를 철저히 한다.
• 방류수 수질 모니터링: 탁도계와 pH 메타의 주기적인 교정(Calibration)을 통해 최종 방류수의 수질 시험 기록을 유지 관리한다.