전과정평가(LCA)를 이용한 정수장의 환경부하 저감방안 수립을 위한 연구 = A Study on the Establishment of an Environmental-Load Reduction Plan for a Purification Plant Using Life-Cycle Assessment(LCA)

국문 초록 (Abstract)

일반적으로 정수처리는 물리적, 화학적, 생물학적 처리과정으로 구성되고, 이를 위한 기반시설의 건설이 수반된다. 최근 들어 지속가능한 개발에 대한 논의가 글로벌 이슈가 됨에 따라 물의 정수처리 기술에 대한 환경측면을 고려하고자 하는 연구가 다양하게 진행되고 있을 뿐만 아니라, 정수처리 기술뿐만 아니라 친환경적인 기반시설의 건설에 대한 요구가 증가하고 있다.
본 연구에서는 제품의 제조, 사용, 폐기 등 전과정(Life-Cycle)로부터 발생하는 환경부하를 정량적으로 산출하는 LCA 분석기법을 사용하여 정수처리시설(정수장)을 대상으로 환경부하를 평가하고자 한다. LCA 분석은 제조업 분야를 비롯한 건축분야와 사회기반시설의 환경부하 평가를 위해 광범위하게 사용되는 의사결정 도구로써 국제표준화기구에서 그 절차와 방법을 규정하고 있다. 정수처리시설(정수장)에 LCA 분석을 수행함으로써 그동안 미진했던 환경성평가를 위한 기초자료를 제공하고, 분석결과를 활용하여 환경성 개선 방안을 구축해야 할 것으로 판단된다. 또한 정수처리시설(정수장)의 종합적인 환경부하를 정량화함으로서 환경정책 수립자에게 환경 개선의 기회를 규명할 수 있는 정보를 제공해 줄 수 있으며, 건설 초기단계에서 친환경적인 설계를 위한 의사결정시 판단자료로 활용할 수 있다.
이에 본 연구에서는 정수처리시설(정수장)의 전과정(Life-Cycle)에 대한 LCA 분석을 수행하여 환경성적표지제도의 6가지 영향범주(자원고갈, 지구온난화, 오존층영향, 산성화, 부영양화, 광화학적 산화물생성)에 대한 환경부하물질의 정량적 산출을 수행하였다. LCA 분석 결과 정수처리시설(정수장)의 전과정(Life-Cycle)에서 발생하는 환경부하물질의 총량의 98.9%가 지구온난화 영향범주에서 발생하였다. CO2가 전체 배출의 97.2%를 차지하였으며, 전과정(Life-Cycle) 단계별로 살펴보았을 때 건설단계에서 99.9%, 운영, 해체 및 재활용단계에서 0.1%의 환경부하가 발생하는 것으로 나타났다. 결과를 바탕으로 하수처리수 재이용시설과의 비교를 통하여 LCA 분석 시 유사점 및 차이점을 분석하였다. 전과정(Life-Cycle)에서 발생하는 환경부하물질의 대부분이 지구온난화(GWP) 범주에서 정수처리시설은 98.9%, 하수처리수 재이용시설은 98.8%가 영향을 미쳤다. 이는 주요시설 구성이 비슷하고 시스템 경계 및 전과정 목록분석 시 고려한 LCI 목록이 유사함을 보여주고 있다. 정수처리시설(정수장)의 전과정(Life-Cycle)에서 발생하는 환경부하물질의 대부분은 건설단계(99.9%)에서 발생이 되고 재이용시설은 운영단계(90.7%)에서 발생되는 것으로 분석되었다. 이는 개별적산법을 적용함으로서 프로세스 범위 및 개인적 성향에 따라 산출결과 변동이 크기 때문에 그 차이가 발생했다고 볼 수 있다.
또한, 정수처리시설(정수장)의 환경부하 저감을 검증하기 위해 4가지의 시나리오를 환경부하 저감방안으로 제시하고 구축된 저감방안은 본 사례에 적용 후 LCA 분석을 수행하여 저감효과를 확인하였다. 그 결과 건설단계에서는 환경부하가 3.69E+13kg 저감되었고 운영단계에서는 환경부하가 2.60E+08kg 저감되는 것으로 분석되었다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Usually, chisel water treatment consists of physical, chemical, biologic process, and construction of infrastructure for this is accompanied. As well as discussion about sustainable development is proceeding research that wish to consider environment side about a proper move processing technology of water according as become global issue variously recently, claim about construction of environmentally friendly infrastructure as well as a proper move processing technology is increasing.
In this study, the LCA analysis technique, which quantitatively calculates the environmental load from the entire life cycle that includes production, use and disposal of a product, was used to assess the environmental load of the Purification Plant. The LCA analysis is a decision-making tool that is widely used for the environmental load assessment of the manufacturing, construction and infrastructure sectors, of which the procedures and processes are specified by the International Standard Organization. After the basic data for the environmental assessment are provided by the LCA analysis of the Purification Plant, the analysis results will be used to establish the environmental quality improvement plans. Overall, as quantifiable evidence from overall environmental load of the Purification Plant, it may or will provide pertinent data of investigating opportunities for environmental improvement not limited to public officers regulating environmental policies, and could be used to make decisions for an environmentally sound and sustainable design in the initial phase of construction.
In this study, the LCA analysis was conducted for the entire life cycle of the Purification Plant to quantitatively determine the environmental load in six categories of the Environmental Product Declaration(resource depletion, global warming, influence on ozone layer, acidification, eutrophication, photochemical oxidant generation). The LCA analysis results showed that 98.9% of the total environmental-load from the entire life-cycle of the Purification Plant was generated from the global warming category. CO2 accounted for 97.2% of the total emission. When examined the entire Life-Cycle step by step, happened an environmental-load of 99.9% at construction stage and 0.1% in operation, decomposition and recycling stage. When analyze LCA through comparison with the wastewater reuse facility with result, analyzed similarity and difference. Most of an environmental-load matter that happen at whole entire life-cycle affected in global warming category; the Purification Plant 98.9%, the wastewater reuse facility 98.8%. This is similar composition of key facility and it is showing that LCI DB that consider the system boundary and the life-cycle inventory analysis is similar. Most of an environmental-load matter that happen in whole entire life-cycle were analysed by the Purification Plant is produced 99.9% at construction stage and the wastewater reuse facility is produced 90.7% at operation stage. This can think that the difference happened because production result change is big according to process extent and private tendency by applying specific estimation method.
Also, achieves LCA analysis after application to case that conduct reduction plan that was presented 4 case by environmental-load reduction plan and constructs to verify the Purification Plant's environmental-load reduction and confirmed reduction effect. As a result, was examined that environmental-load of 3.69E+13kg was reduced at construction stage and environmental-load of 2.60E+08kg is reduced at operation stage.

목차 (Table of Contents)

• I. 서론 1
• 1. 연구배경 및 목적 1
• 2. 연구의 범위 및 방법 4
• II. 정수처리시설(정수장)의 환경부하 산출에 대한 이론적 고찰 5
• 1. LCA 분석에 대한 이론적 고찰 5
• 2. 정수처리시설(정수장)에 대한 이론적 고찰 23
• III. 정수처리시설(정수장)의 전과정평가(LCA) 29
• 1. 대상시설물 개요 29
• 2. 목적 및 범위 설정 30
• 3. 전과정 목록분석 33
• 4. 전과정 영향평가 37
• 5. 유사 시설물과의 LCA 분석 결과 비교 46
• IV. 환경부하 저감방안 도출 및 적용 53
• 1. 정수처리시설(정수장) 환경부하 저감방안 53
• 2. 정수처리시설(정수장) 환경부하 저감 검증 61
• V. 결론 63
• 참고문헌 66
• 영문초록(Abstract) 69
• 감사의글