우리나라의 하수도 분야는 1997년도 민간위탁제도가 도입된 이래로 사회간접자본시설인 하수처리시설의 83.5%가 민간 기업에 위탁하여 운영하고 있다. 전체 하수처리시설에 비해 처리구역의 인구분포가 상대적으로 적은 500m³/일 미만 규모의 소규모 하수처리시설은 시설 개소수를 기준으로 83.7%를 차지하고 있으나 방류수 수질검사 주기가 월 1회(시설용량 50m³/일 미만) 또는 주 1회(50m³/일 이상 500m³/일 미만)이며, 시설용량이 500m³/일 이상인 시설에 비해 완화된 방류수 수질기준을 적용받고 있어 운영의 난이도는 상대적으로 낮지만 자칫 관리의 사각지대로 작용할 우려가 있다.
본 연구에서는 현행 소규모 하수처리시설의 성과평가에 활용된 운영 자료를 기초로 하여 효율성과 생산성 관리모델을 하수처리량과 BOD·T-N·T-P제거량에 대한 관점에서 수립하였다.
우선 소규모 하수처리시설에 대해 지역적 특성, 시설에 대한 규모, 유입하수 특성 및 운영현황에 대한 7가지 군집분석 영향인자를 선정하여 Ward의 최소분산기법을 활용하여 총 4개의 유사한 특성을 갖는 군집으로 분류하였다.
그 결과 1군집은 타 군집에 비해 시설용량이 크고 하수유입이 일정한 특성을 갖고 있어 운영관리 여건이 상대적으로 좋은 시설들로 분류되었고, 2군집은 1군집에 비해 시설규모는 작으며 규모의 효율성이 다소 부족할 것으로 예상되는 군집으로 구성되었다. 3군집은 시설용량이 가장 작고 하수유입의 변동성이 크며 우천시, 청천시 하수유입 농도의 차이 또한 매우 큰 군집으로 분류되었다. 마지막 4군집은 큰 규모의 지방자치단체에 소속된 처리시설이나 시설용량이 작은 특성이 있고 하수처리시설에 대한 정비 상태가 양호한 군집으로 구성되었다.
앞서 분류된 4개의 군집을 대상으로 소규모 하수처리시설의 효율적 운영 관점에서 시나리오 A~D에 대한 BBC-투입지향 모형을 활용하여 자료포락분석을 수행하여 기술효율성, 순기술효율성 및 규모효율성을 도출하였다. 이를 바탕으로 운영효율이 다소 낮은 시설이 동일 군집 내 운영효율이 높은 시설을 벤치마킹 할 수 있는 최적효율점을 도출하였다.
다음으로 DEA 산출지표인 하수처리량과 BOD·T-N·T-P제거량을 종속변수로 하고, 투입지표인 인건비, 전력사용량, 개보수비 및 약품비의 최적효율점을 독립변수로 선정하여 단계선택방식의 다중회귀식을 도출하는 방법으로 효율성 관리모델을 개발하였다. 개발된 회귀식의 통계적 유의성 검증을 위해 각 독립변수에 대한 유의확률이 0.05 미만으로 형성되었는지 확인하였고 상관계수 R, 결정계수 R²을 검토하여 회귀식의 상관관계 강도를 확인하여 최종 10개의 효율성 관리모델을 개발하였다.
또한, 맘퀴스트(Malmquist) 생산성 지수를 분석을 위해 DEA 결과 규모수익체증(IRS)으로 분석된 시설 중 8개 시설을 앞선 DEA와 동일한 투입지표와 전력사용량, 개보수비, 약품비를 산출지표를 선정하여 4개 년도에 대한 4가지 시나리오를 구성하였다. 맘퀴스트 생산성 지수(MPI)는 기술효율변화지수(TECI)와 기술변화지수(TCI)의 곱으로 표현할 수 있으며, 2개 지수를 사분면에 각각 x축은 TECI, y축은 TCI로 설정하여 DMU의 분포를 확인하였다.
시나리오 A와 B에서는 4년간의 생산성이 모든 시설에서 증가하지 못하였고 TCI가 낮은 것이 주요 원인으로 지목되어 이를 개선하기 위해 처리시설의 근본적인 개량이나 하수유입에 대한 외부요인의 변동이 필요한 것으로 분석되었고, TECI를 세부적으로 나누어 PECI(순수기술효율성변화지표)와 SECI(규모기술성변회지표)로 다시 분석한 결과 관리의 우선순위는 TCI, SECI, PECI 순으로 나타났다. 시나리오 C, D에 대하여는 매우 유사한 형태의 분석결과가 도출되었으며 생산성이 증가하는 형태의 시설이 도출되었으며, 그 외 시설들에 대하여는 시나리오 A, B의 결과와 마찬가지 결과로 TCI의 증대가 필요한 것으로 분석되었다.
본 연구에서는 그간 연구되지 못했던 소규모 하수처리시설의 효율성과 생산성 분석을 위해 소규모 하수처리시설을 유사한 여건을 갖는 처리시설을 분석하여 군집화 하였고, 효율성과 생산성 제고를 위한 관리모델을 개발하였다.