인구증가와 도시화 및 산업발전으로 인하여 많은 폐기물이 발생하고 있는데 쾌적한 생활환경을 유지하기 위하여 폐기물의 적절한 수거와 처리는 매우 중요한 문제이다. 바다에서는 폐어구·어망, 항구 내 부유쓰레기, 해외에서 온 쓰레기 등이 큰 문제가 되고 있다. 2012년에 수거된 해양쓰레기는 약 6.8만 톤이었는데, 실제 발생량은 17.6만 톤 정도로 추정된다. 해양쓰레기는 수분 및 염분으로 인하여 재활용이나 소각이 쉽지 않아 더 문제다. 이런 경우 최종 쓰레기 처분단계인 매립을 택해야 한다. 육상폐기물의 경우 재활용이 증가하고는 있지만, 매년 1,300만톤 정도의 폐기물이 매립되고 있다.
우리나라의 경우 현재 이용중인 육상 폐기물매립장의 용량은 한정되어 있으므로 향후 기존 매립지의 포화로 인한 추가적인 매립장 건설 등 후속 대책이 필요한 실정이다. 제주, 대전, 전북, 광주 등 4개 지자체의 경우 현재 운영 중인 매립지는 2025년 이전에 매립지의 수용능력이 포화될 것으로 예상되며, 강원, 충북, 충남, 전남, 부산, 경북 등 6개 지자체도 향후 20년 이내 현재 매립지의 사용종료가 예정되어 있다. 특히, 서울, 인천, 경기도의 경우에는 현재 사용중인 수도권매립지 매립 종료를 앞두고 지자체 간 갈등이 오랜 시간 빚어졌다. 수도권의 사례에서도 보듯, 육상에서의 신규 매립장 건설은 여유부지의 부족과 님비(NIMBY)로 인한 민원 등으로 부지확보조차 매우 어렵다.
이러한 시점에서 해상처분장의 필요성이 대두되고 있다. 해상처분장은 해양쓰레기와 전처리 과정을 거친 소각재와 같은 일부 육상폐기물의 매립을 분담함으로써 육상에서의 폐기물매립지 부족과 새로운 부지확보 문제를 해결할 수 있다. 국내에서는 해상처분장의 조성이 아직까지 구체적으로 실현되지는 않았지만, 일본과 싱가폴에서는 폐기물 처리와 해양에서의 국토창출을 목적으로 해상처분장을 조성하여 운영 중에 있다.

KIOST 관련 연구사업

해상처분장 건설에서는 단순한 매립목적의 개발이 아니라 해양환경과 공존할 수 있는 친환경적인 공간으로 개발하고, 사후 조성된 부지는 수요에 따라 항만부지, 산업단지, 녹지, 신재생 에너지 발전단지 등으로 활용함으로써 해양공간개발을 통한 부가가치 창출과 자원순환형 개발로 연결하는 것을 고려해야 한다.

해상처분장이 해양환경에 대한 안전성을 확보하기 위해서는 관리형 해상처분장 개념으로 조성되어야 한다. 관리형 해상처분장은 호안에 차수시스템을 설치하여 내외부를 격리시켜 내부에 안전한 매립이 가능하도록 해상에 조성된 시설을 의미한다. 관리형 해상처분장의 일반적인 구조 및 핵심요소는 그림 2에 제시된 바와 같다. 특히, 해상처분장에서는 해일, 쓰나미, 파랑 등의 외력으로부터 처분장을 보호하는 호안구조물의 안정성 확보 및 처분장 내부의 침출수가 외해로 유출되지 않도록 하기 위한 높은 차수성능의 확보가 무엇보다 중요하다.

이와 관련하여 KIOST에서는 "친환경 인공섬 조성 핵심기술 개발(2009~2011)" 연구를 수행한 바 있다. 본 연구에서는 매립지반의 오염도 저감과 연약지반의 강도 증진이 동시에 이루어질 수 있는 지반안정화 공법으로 반응성 연직배수공법을 개발하였다. 이 공법은 연약지반의 강도증진을 위한 연직배수공법의 배수재에 반응성 매질을 적용함으로써 배수과정에서 오염성분을 제거할 수 있는 공법이다. 다양한 실내실험을 통해 중금속에 대한 오염저감효과는 검증하였으며, 모형실험과 수치해석을 통해 지반 안정화 효과도 확인했다. 향후 현장실증연구를 통해 실용화를 추진할 계획이다. 이 공법은 해상처분장 내부 매립지반을 안정화하는 데에도 효과적으로 적용될 수 있다. 

한편 차수시스템을 효과적으로 설계하고 적용하려면 하부지반을 통한 침출수의 지반 침투와 이동 특성을 규명해야 한다. 이를 위해 KIOST에서는 2015년부터 수치해석 연구를 수행하고 있다. 이 연구를 통해 호안구조물의 형식, 호안 내외부의 수위차, 하부지반의 투수계수와 같은 주요 영향인자를 도출하고 다양한 조건에 대한 침출수의 지반침투 거동을 파악하였으며, 연직차수공 및 토목섬유 차수막 적용 시 효과적인 설계적용방안을 도출하였다. 

이와 함께 입지선정기준 수립, 해상처분장 차수시스템의 설계시공기술, 차수시스템 건전도 평가 및 보수 기술, 침출수 누출감지 실시간 모니터링 기술, 내부수위 제어 및 염수환경에서의 수처리 기술, 매립지반 안정화 처리 기술, 해양환경영향 평가, 해상처분장 조성 및 활용을 위한 법/제도 연구 등에 대한 종합적이고 체계적인 연구개발이 수행되어야 한다.

국제동향

일본의 해상 폐기물처분장은 새로운 국토 창출이라는 목표를 겸하고 있다. 1973년 항만법을 개정하여 항만시설에 폐기물매립호안을 포함함으로써 법적 근거를 마련하고 본격적으로 건설을 시작했다. 해상처분장 조성 초기에는 생활폐기물을 직매립하였으나, 1990년대 중반 이후부터는 향후 토지 활용을 위해 소각재 등 전처리과정을 거친 폐기물과 비가연성 고형폐기물, 토사 등에 한하여 매립을 허용하고 있다. 일본은 해상처분장에서 매립이 완료되어 조성된 해양공간을 스포츠 레저시설, 주택단지, 산업단지, 항만시설 등의 다양한 목적으로 개발하여 활용하는 Eco-Town 정책을 추진하여 환경친화적 부지개발을 추진하였다.
현재 일본 전역에는 약 40개소, 매립면적 1,500만평의 해상처분장이 시공 및 계획되어 있으며, 도쿄, 요코하마, 오사카 등과 같은 대도시에서 발생하는 생활폐기물의 대부분을 해상처분장에 매립한다. 도쿄만 해상처분장의 경우 중앙방파제의 내측에 조성된 해상처분장은 현재 매립이 종료된 상태이며, 매립이 완료된 부지는 녹지 및 스포츠시설로 활용할 계획이다. 오사카 만에서는 1982년부터 해상처분장 조성이 시작되어 1990년부터 운영되고 있다. 오사카만의 해상처분장은 4개의 매립장으로 구성되어 매립면적은 약 500ha이다. 현재 사용중인 현재 일본에서는 다수의 해상처분장이 환경문제나 피해사례 없이 성공적으로 운영되고 있으며, 지속적인 모니터링을 통해 철저히 관리되고 있다.

싱가포르는 육상 공간이 매우 부족하기 때문에 육상에서 발생한 쓰레기를 처분하기 위하여 싱가포르 남쪽 8km 해상에 350ha 면적의 세마카우(Semakau) 해상처분장을 건설하여 1999년부터 운영하고 있다. 여기에는 하루 약 2천톤의 소각재와 불연성폐기물이 매립된다. 세마카우 해상처분장은 전체 면적의 1/2 이상을 낚시, 조류관찰, 자전거도로, 캠핑장 등 관광목적 생태공간으로 조성하여 개방하고 있다. 뉴욕타임즈를 비롯한 세계 많은 언론이 평가한 대로 단순한 매립이 아닌 생태친화적인 해양공간 창조인 셈이다.

해상처분장과 관련하여 세계적으로 다양한 연구가 추진되고 있다. 최근 일본에서는 차수공에 대한 안전성을 높이기 위해 fail-safe 개념을 도입하여 적용하고 있다. 이는 기본 차수공의 손상에 대비하여 백업기능을 갖는 차수성능 보완기법으로, 1차적인 차수공의 손상이 발생하더라도 백업기능을 통해 차수성능을 유지할 수 있도록 하여 차수에 대한 안전성을 향상시킨 것이다. 차수공의 성능향상을 위해 하부지반의 침하에 의한 변형에 대응이 가능한 차수재 개발 연구도 진행 중이다.
최근에는 해상처분장 인근 해역에서의 해양생태계를 활성화시키기 위한 연구도 수행되고 있다. 동경만의 신해면처분장과 오사카의 피닉스센터에서 운영하는 해상처분장의 일부 호안에 해양생태계를 활성화시킬 수 있는 친환경호안을 시범적으로 적용하였다. 또한, 지속되는 매립수요에 대응하기 위하여 기존 해상처분장에서의 매립용량 증대를 목적으로 매립지반 고밀도화 공법 개발, 지반안정화 촉진기술 개발 등의 연구도 수행 중이다.

결론 및 정책 제언

해상처분장은 해양 환경에 충분한 대책을 수립하고 관련 기술을 확보하면 친환경적으로 건설 및 운영될 수 있다. 이미 일본과 싱가폴에서 성공적으로 조성하여 운영하고 있으므로 해양환경에 대한 안전성은 충분히 확보 가능하다는 것을 알 수 있다. 다만, 우리나라의 해양특성과 해저지반조건 등의 여건이 해외와는 크게 다르므로, 우리나라에 적합한 기술 개발이 필요하다. 
이를 위해서는 국내 환경에 적합한 해상처분장 차수시스템의 설계·시공 기술, 내부수위 제어 및 수처리 기술, 해양환경영향 평가 등에 대한 종합적이고 체계적인 연구개발이 수행되어야 한다. 또한, 조성계획 수립 단계부터 사후 부지활용방안을 고려함으로써 향후 부지개발 시 발생할 수 있는 매립지반 활용에 대한 기술적 문제를 최소화하고, 해양공간개발의 효과가 극대화하기 위한 연구도 필요하다. 무엇보다도 정책적 측면에서 해상처분장 조성을 위한 법/제도의 정비가 필요하다. 해상처분장에 대한 정책적·기술적 연구개발을 통해 해양환경에 대한 안전성과 개발 경제성을 확보함으로써 해양환경과 공존할 수 있는 지속가능한 자원순환형 개발을 실현하는 해양 신 산업으로 발전할 수 있을 것이다.

글 | 연안방재연구센터 오명학 책임연구원