본 연구에서는 디스포저 사용이 한국의 아파트 옥내배수시스템의 배수성에 미칠 수 있는 영향들을 다각적으로 평가하고, 배수성을 저해시킬 수 있는 인자들을 도출하여 개선 방안을 제시하고자 하였다.

  아파트 가정 세대 내에 디스포저를 사용할 경우, 디스포저로 분쇄된 음식폐기물 및 오수(이하 디스포저오수)는 필연적으로 아파트 옥내 배관을 경유하여 아파트 단지 내 정화조나 하수도로 배출된다. 일본에서는 "디스포저 음식물쓰레기 처리시스템 협회"에 의해 관로 막힘 방지를 위한 디스포저 사용조건과 옥내 배수설비 설치에 대한 가이드라인(이하 일본 가이드라인)이 제시된 바 있다. 그러나 일본과 우리나라의 옥내 배관 설치기준이 상이하므로, 본 연구에서는 일본 가이드라인의 적용 타당성을 판단하기 위하여 국내 아파트의 옥내배관 시공기준을 분석하고, 분석 결과를 토대로 실제 관로 모형을 제작하여 디스포저를 설치 운영하였다.

  우리나라 "H" 아파트(2,012세대 규모)의 옥내배관 시방서와 도면을 분석하여 일본 가이드라인에서 제시된 옥내배관 권장사양과 비교 검토한 결과, 국내 배수설비의 주요사양은 일본 가이드라인의 권장사항을 충족하고 있었다. 특히 배수횡지관의 길이와 굴곡점 수(또는 엘보 수)는 일본의 권장사양에 비해 양호한 조건을 나타내고 있다. 이는 일본에서 입주자 주문형 방식으로 건설되는 SI(Support. Infill) 주택이 유행함에 따라 옥내 수직배관이 세대 밖의 공용부에 설치되어 배수횡지관의 길이가 길어지고 굴곡점 수도 많은 반면, 국내 "H" 아파트에서는 주방오수관의 수직입상관이 세대 내에 위치하고 있어 배수횡지관 길이가 짧고 굴곡점 수도 적기 때문이다. 비록 "H" 아파트에서 배수의 수두손실을 줄일 수 있는 long turn 엘보를 미적용하고 있으나, 90º 엘보 대신 45º 엘보를 이중으로 사용하여 엘보로 인한 수두손실을 줄이고 있었다.

  "H"아파트의 각 세대별 배수횡지관의 길이와 굴곡점 수를 분석한 결과, 가장 많은 분포를 보이고 있는 유형(길이 5.5m, 굴곡 2개소)과 막힘 현상 발생 가능성이 가장 높은 유형(길이 7.4m, 굴곡 4개소)를 기준으로 실모형 파이프라인(길이 8.0m, 굴곡 4개소)을 제작하여 디스포저를 설치 운영하였다.

  음식물쓰레기 주입량은 우리나라 집합주택의 발생원단위를 고려하여 250g, 375g, 500g으로 결정하였으며, 급수량으로 주방싱크대의 일반 급수량인 4L/min과 일본 가이드라인의 권장량인 8L/min, 그리고 2L/min과 6L/min을 추가 선정하여 배수성을 결정하는 인자를 도출하고자 하였다. 음식폐기물 시료는 성루 서초구 소재 현대슈퍼빌 아파트 단지에서 채취하였고, 급수시간은 60초로 선정하였다.

  급수량 및 음식물쓰레기 주입량 변화에 따른 배수횡지관내 디스포저 오수의 유속과 잔존퇴적물 유무를 측정한 결과, 급수량 2L/min인 조건에서 엘보와 단차 주변에 잔존물이 존재하였으나 4L/min으로 급수하면 다시 소류되었다. 그러나 2L/min 조건에서는 디스포저의 음식물 쓰레기 분쇄 시 물 부족으로 인한 분쇄모터의 운전부담 가중으로 고장 발생위험을 높일 수 있는 것으로 관찰되었다.

  제어인자인 음식물쓰레기 주입량(food waste amount), 급수율(water supply) 및 음식물쓰레기 함유량(food waste content)과 배수성의 영향인자들인 평균유속, 최소구간속도, 최대배수율, 최대 배수수위등의 상관도를 분석한 결과, 음식물쓰레기 함유량이 가장 높은 상관계수를 보이고 있다.

  디스포저 배수율(drainage rate)을 측정한 결과, 물만 배수되는 경우와 다르게 10~20초 여 동안 높은 배수율을 나타내는 비정상흐름을 보였는데, 모든 조건에서 피크 배수율이 18~25 L/min을 기록하였다. 이렇게 일정시간 동안 배수율이 급수율보다 높아지는 현상은 회분식 디스포저가 음식폐기물을 초반에 집중적으로 많이 분쇄하기 때문에 발생되는 것으로 판단되었다. 디스포저 초단 배수는 높은 고형물을 함유하고 높은 점성을 띄고 있어, 물보다 매우 느린 유속으로 이동한다. 초단 배수의 느린 유속과 후단의 지속적인 물 공급은 결과적으로 배수량이 축적되는 현상, 즉 "damming-up"을 유발하고 있었다.

  이 연구에서는 이 현상에 의해 급수율 이상으로 축적된 총 배수량을 "damming 퍼텐셜 (damming potential)"로 정의 내리었다. damming 퍼텐셜은 일종의 배수 관성질량으로서, 배수 초단 고농도 슬러리에 의한 배수저항을 정량화한 지표이다. damming 퍼텐셜과 배수성의 주요인자인 유속과 배수 수위 등과 상관도 분석한 결과 높은 상관계수가 유의하게 산정되었다. 그리고 음식물 쓰레기 함유량과도 유의한 상관도를 나타내고 있었다. 위 평가결과를 토대로 이 연구에서는 배수성을 종합적으로 평가할 수 있는 지표로서 damming 퍼텐셜을 선정하였다.

  또한, 디스포저 배수 초단의 높은 점성과 느린 유속은 결과적으로 높은 수위의 흐름을 유발하여, 물로 세정할 수 없는 수위에서 배수관 내부에 기름기 부착물을 짧은 기간 내에 축적시키는 문제를 유발하고 있었다. 이에 따라 damming potential과 더불어 배수 최대수위도 배수성 평가지표로 선정하여 이후 개선실험 단계에 배수성 비교 평가 시 활용하였다.

  배수성 개선실험 단계 (직선관 길이 3m)에서는 음식물쓰레기 함유량과 급수율에 의한 영향을 배제하기 위하여, 동일한 음식물쓰레기 주입량(375g)과 급수율 (4L/min) 조건 하에 생 표준음식물 쓰레기, 조리 표준음식물 쓰레기, 현대슈퍼빌 음식물 쓰레기 등 성상과 조리상태가 상이한 음식물쓰레기 세 가지 종류를 이용하여 배수성을 비교 검토하였다.

  음식물쓰레기 유형마다 배수성 평가지표들의 수치가 서로 상이하게 나타났으며, 현대슈퍼빌 음식물 쓰레기가 표준음식물 쓰레기보다 배수성이 나쁜 분쇄오수를 유발하였다. 기구배수량과 총 고형물 함량 및 점성을 측정한 결과, 토출시작 후 3~6초 시간 내에 배출된 배수의 고형물 함량과 점성이 집중적으로 높게 나타났으며, 이 구간의 고형물 함량과 점성 수치가 배수성 평가지표들과 선형상관관계가 있는 것으로 분석되었다.

  이에 대한 개선책으로서 디스포저의 초반 분쇄속도를 낮추어 초반부에 음식물쓰레기가 일시에 집중적으로 분쇄되는 현상을 경감시키는 방안을 고안하여 적용하였다. 배수성이 가장 나쁜 시료인 현대슈퍼빌 음식물 쓰레기를 사용하여 시험한 결과, 초반 분쇄속도를 낮은 상태에서 운전 후 일정시간동안 점진적으로 증가시키는 방식이 가장 배수성을 개선시킬 수 있는 것으로 평가되었다.

주요어 : 음식물쓰레기, 디스포저, 아파트 배수설비, 디스포저 분쇄속도, damming potential, 표준 음식물쓰레기