이 글은 농촌생활연구소 주거환경연구실 조순재 연구원님이 농촌진흥청에서 발행하는 월간 연구와 지도에 발표한 내용입니다.
분뇨를 호기성 미생물에 의해 자연발효 처리하는 시스템을 우리나라 농촌지역에 접목하여 농촌 수질환경 오염방지와 농촌 화장실문화 개선을 도모하기 위한 실용적인 환경친화형 화장실 모델을 개발하여 그 기술적 특징을 소개한다.
농촌 화장실의 수세화율은 44%('95, 통계청)로 도시에 비하여 상대적으로 낮은 수준이나 농촌은 오폐수 처리시설 등 기반시설이 취약하여 제대로 정화되지 않은 수세식 화장실의 오폐수가 하천으로 그대로 방류되고 있으며, 앞으로 개량률은 계속 증가할 것이므로 특별한 대안이 없는 한 화장실 방류수로 인한 수질오염은 갈수록 심화될 것이다.
최근 사회 각 분야에서 환경오염 방지와 생태계의 보존에 대한 국민적인 관심이 높아지면서 맑은 물 살리기 운동 등과 같은 수자원을 복원하려는 구체적인 실천적인 대안이 제안되고 있다.
그 한 예로서 오염원이 되고 있는 농촌의 수세식 화장실 대안으로 물을 사용하지 않고 분뇨를 자연발효시켜 처리하는 환경친화형 화장실 개량을 들 수 있다.
이 연구는 농촌생활연구소가 2000∼2001년에 걸쳐 농촌진흥청, (주)창일 인더스트리, 전남대, (사)수원환경운동센터(녹색환경연구소) 등과 공동연구한 결과이다.
작동원리와 기술적 특징
환경친화형 화장실은 호기성 미생물이 영구적으로 서식할 수 있는 환경을 만들어주어 대소변을 자연 발효시키는 화장실로서 분뇨발효의 작동원리는 다음과 같다.
① 대소변이 컴포스트 베드 위로 떨어지면 베드에 서식하고 있던 호기성 미생물은 대소변을 먹이로 하여 기하급수적으로 증가하며, 이때 최고 50℃까지 발효열이 발생되고, 미생물의 먹이가 된 대소변은 미생물의 산화분해 작용에 의해 이산화탄소(CO2)와 수증기로 변성되어 환기시스템을 통하여 대부분 외부로 방출된다.
② 호기성 미생물의 산화분해작용을 위한 지속적인 공기(산소) 공급을 위하여 배기시스템과 공기 흡입구를 통하여 공기를 공급하도록 설계되어 있다. 배기팬의 작용으로 탱크 안에 흡입력이 형성되어 공기 흡입구 및 변기를 통하여 공기가 탱크 안으로 유입되게 되고 이러한 공기의 흐름으로 지속적인 공기(산소)공급이 이루어지면서 화장실 내부의 악취를 동시에 제거해 준다.
③ 대변은 탱크 안에서 호기성 미생물의 산화분해 활동에 의해 양이 감소하여 1년 후 약 5-15% 정도만이 컴포스트(부엽토) 형태로 남게 된다.
④ 소변의 잔여량(약 60%)은 베드 아래 설치되어 있는 기단부 탱크로 떨어져 고이게 되는데 대변은 연 1회정도, 소변은 2-3년에 1회 정도 수거 처리한다. 대변 고형잔류물은 퇴비로 사용하며, 소변 잔류물은 물과 1:1로 희석하여 액비로 사용할 수 있다.
모델의 개발 방향
환경친화형 농촌화장실 모델 개발 목표는 환경성, 기능성, 심미성, 이용성과 농촌의 화장실 문화개선 측면에서 구체적으로 설정하였다.
첫째, 자연환경 오염이 없는 환경친화적인 화장실 개량을 위하여 농가형 분뇨조 모델을 개발하였다. 기존의 지상형 분뇨조 화장실 구조를 지하 매립형으로 새롭게 개발하였으며, 분뇨조의 기능 유지를 위하여 산소공급과 가스 배출 기능, 분뇨조의 우수침투 및 분뇨의 유출 방지 기능이 강화된 구조로 개발하였다.
둘째, 해충 발생 및 악취가 없는 화장실을 위하여 화장실 환기 및 배기 시설을 설치하였으며, 평상시에 자연채광을 이용하여 쾌적한 실내환경의 확보가 가능한 창호와 벽체 구조로 설계하였다. 또한 농촌주민의 화장실 개량 선호도 및 주민 의견을 반영하여 화장실에 통기성 매질 투입 및 분뇨 수거작업이 편리한 구조로 설계하여 화장실 유지관리가 쉽게 하였으며, 건축재료는 농촌에서 구입이 용이한 건축자재 이용하여 공사비를 절감할 수 있게 공간 설계를 표준화하였다. 화장실 외형 구조는 주택과 어울리도록 하여 주택의 경관을 향상시킬 수 있도록 하였다. 구체적으로 지붕과 벽체를 주택과 동일한 형태와 재료를 사용하여 경관의 시각적 연속성을 주었다.
환경친화형 농촌화장실의 구조
화장실 모델의 구조는 화장실과 샤워실 복합형 구조로 3평 규모로 설계하였다. 분뇨조는 지하형으로 이용하기 편리하도록 하였다. 건물지붕과 벽체재료의 선택은 주택과 어울리게 박공지붕으로 하였으며, 벽체는 토벽돌을 이용하였다.
내부 벽체와 바닥은 타일마감을 하였는데 벽체 마감은 샤워실만 하였다. 샤워실에는 세면기, 샤워기, 거울을, 화장실에는 양변기와 보조 환풍기를 설치하였다. 화장실 설계도는 공사비와 화장실 규모를 고려하여 다양하게 선택하여 시공할 수 있도록 총 7개 유형을 제안하였다. 표준설계도면(조감도, 평면도, 분뇨조 설계도)은 1/100 Scale로 CAD로 작성하였다.
환경친화형 농촌화장실 개량 효과
환경친화형 화장실 모델은 경기도 화성군 서신면 전곡리 홍○○ 씨 댁에 시공하여 분뇨발효 성능, 악취발생 여부, 이용 후 만족도 등을 현지 시공실증 시험을 수행하였으며 2001년도 정부지원사업으로 시범 시공한 농가의 반응을 조사 분석하였다.
조사결과 화장실의 구조, 관리기술 등에 대한 농가의 만족도는 4.0∼5.0수준으로 높게 나타났으며, 관능적으로 냄새가 감지되지 않았다. 분뇨의 자연발효 상태도 양호하여 분뇨조에 있는 고형물 잔류량은 분뇨 투입 3개월 경과시는 26.5%, 11개월 후는 14.7% 잔류되었다. 고형물잔류량은 자연발효성능과 관련된 것으로 분뇨조 관리나 외부환경에 따라 발효되는 시일이 다소 차이는 있겠으나 시일이 경과할수록 고형잔류물이 감소되어 최종 5%정도까지 잔류될 것으로 보인다.
농촌 화장실 문화를 선도할 환경친화형 화장실
환경친화형 농촌화장실은 21세기 생태적으로 건강하고 쾌적한 농촌환경을 조성하는 데 중요한 수단이 될 수 있을 것으로 기대한다. 농촌 수질오염방지 뿐만 아니라 부족한 수자원의 낭비를 방지할 수 있으며, 악취가 없이 깨끗하여 사용자에게 만족감을 줄 수 있기 때문이다.
또한 30∼50호 정도의 농촌마을의 경우는 계획된 도시보다 오수정화처리장과 같은 기반시설을 갖추는 일에 고비용이 소요되기 때문에 농촌마을단위로 설치한다는 것은 장기적으로도 어려운 일이다.
앞으로 환경친화형 농촌화장실 개량은 그린 투어리즘 시대를 맞아 생태적으로 건강하고 쾌적한 농촌공간 조성을 위한 바람직한 실천적 방안으로서 적극 추진되어야 할 것이다.
다행히 농촌진흥청에서 환경친화형 농촌화장실 개량 지원사업을 추진하고 있어 앞으로 농촌 화장실 문화 개선과 농촌지역 수질환경 보전에 기여할 수 있으리라 생각한다.
그러나 아직 개발기술이 실용화 초기 단계이므로 조기 실용화를 위해서는 무엇보다 정부차원의 재정적인 지원이 필요하며, 앞으로 농촌지역 뿐만 아니라 특정환경보전지역(국립공원, 수자원 보호지역 등)에서의 의무적 설치를 위한 제도적 장치 등에 대한 검토가 필요하다 하겠다.