본 연구는 인천광역시의 주요 하천인 승기천의 현재 오염현황과 특성, 오염원을 분석하고 승기천 회복방안 마련을 위한 기초자료를 얻기 위해 수행되었다. 승기천을 5 구간으로 나누어 10 회에 걸친 시료채취를 하였으며, 유량, pH, DO, SS, $BOD_5$, $COD_{Cr}$, T-P, TKN 등과 Zn, Cd, Cu, Cr 원소의 농도를 측정하여 강우와 무강우시 승기천으로 유입되는 각 구간별 오염부하특성, 연간 오염부하량을 선정하였다. 남동공단이 밀접해 있는 하류구간으로 갈수록 구간별 유입부하가 매우 컸으며 전 구간에 걸쳐 하천 수질 환경기준을 크게 상회함을 알 수 있었고, 인천연안 오염에 큰 영향을 끼칠 것이 우려되었다. 이를 해결하기 위한 방안으로 승기 하수처리장 처리수, 승기 하수처리장 처리수의 URC(ultra rapid coagulation) 재처리수의 순환과 승기천으로 직접 유입되는 하폐수를 차집 처리하는 것을 가정하여 수질을 예측해 봄으로써 승기천의 하천으로서의 역할 회복 방안을 모색해 보았다.
본 연구는 인천광역시의 주요 하천인 승기천의 현재 오염현황과 특성, 오염원을 분석하고 승기천 회복방안 마련을 위한 기초자료를 얻기 위해 수행되었다. 승기천을 5 구간으로 나누어 10 회에 걸친 시료채취를 하였으며, 유량, pH, DO, SS, $BOD_5$, $COD_{Cr}$, T-P, TKN 등과 Zn, Cd, Cu, Cr 원소의 농도를 측정하여 강우와 무강우시 승기천으로 유입되는 각 구간별 오염부하특성, 연간 오염부하량을 선정하였다. 남동공단이 밀접해 있는 하류구간으로 갈수록 구간별 유입부하가 매우 컸으며 전 구간에 걸쳐 하천 수질 환경기준을 크게 상회함을 알 수 있었고, 인천연안 오염에 큰 영향을 끼칠 것이 우려되었다. 이를 해결하기 위한 방안으로 승기 하수처리장 처리수, 승기 하수처리장 처리수의 URC(ultra rapid coagulation) 재처리수의 순환과 승기천으로 직접 유입되는 하폐수를 차집 처리하는 것을 가정하여 수질을 예측해 봄으로써 승기천의 하천으로서의 역할 회복 방안을 모색해 보았다.
This study was conducted to provide a basic information for recovery plan of Seung-Gi Stream which is a major stream of Incheon metropolitan area. Source and characteristics of pollutants were analyzed and studied. Samples were taken 10 rounds in 5 sections in Seung-Gi stream. Annual pollutants load...
This study was conducted to provide a basic information for recovery plan of Seung-Gi Stream which is a major stream of Incheon metropolitan area. Source and characteristics of pollutants were analyzed and studied. Samples were taken 10 rounds in 5 sections in Seung-Gi stream. Annual pollutants loads and sectional characteristics of pollutants loads were investigated regarding flow rate, pH, DO, SS, $BOD_5$, $COD_{Cr}$, T-P, TKN and concentrations of Zn, Cd, Cu, Cr atoms which enter into Seung-Gi stream during rainy and dry season respectively. As one came close to the Nam-Dong Industrial Complex, sectional discharge loads were heavy and water quality was failed to meet the standard by "Environmental Standard of River Quality". As a result, heavy load of pollutants in Seung-Gi stream was considered to influence negatively the sea water quality of Incheon. Solution plans to solve problems are as follows. First, circulation of treated water at Seung-Gi WWTP(Wastewater Treatment Plant) and retreated water by URC(ultra rapid coagulation) process treat with that. Second, sewage and wastewater is gathered, make it disposed. After then, we circulate treated water. If solution plans be applied, we can predict water quality. Then we could grope for how make to recovery role of Seung-Gi stream as stream.
This study was conducted to provide a basic information for recovery plan of Seung-Gi Stream which is a major stream of Incheon metropolitan area. Source and characteristics of pollutants were analyzed and studied. Samples were taken 10 rounds in 5 sections in Seung-Gi stream. Annual pollutants loads and sectional characteristics of pollutants loads were investigated regarding flow rate, pH, DO, SS, $BOD_5$, $COD_{Cr}$, T-P, TKN and concentrations of Zn, Cd, Cu, Cr atoms which enter into Seung-Gi stream during rainy and dry season respectively. As one came close to the Nam-Dong Industrial Complex, sectional discharge loads were heavy and water quality was failed to meet the standard by "Environmental Standard of River Quality". As a result, heavy load of pollutants in Seung-Gi stream was considered to influence negatively the sea water quality of Incheon. Solution plans to solve problems are as follows. First, circulation of treated water at Seung-Gi WWTP(Wastewater Treatment Plant) and retreated water by URC(ultra rapid coagulation) process treat with that. Second, sewage and wastewater is gathered, make it disposed. After then, we circulate treated water. If solution plans be applied, we can predict water quality. Then we could grope for how make to recovery role of Seung-Gi stream as stream.
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문제 정의
본 연구에서는 승기천 유역 내 인구, 점오염원등 관련자료와 실측지점을 선정하여 승기천 전체 구간별의 강우와 무강우시 오염부하량을 측정하고 요인을 파악하여 승기천의 수질개선대책수립에 있어서 중요한 기초자료로 삼는 것을 목표로 한다.
무강우시 승기천에 미치는 각 구간별 연간 오염 도를 알아보기 위해서 구간별 연간 유입부하량으로 표현하기로 하였다. 유량가중평균농도(C), 연간 무강우 일수(d), 일 평균 유량(Q)을 곱하여 이를 산정하였다.
각 구간별 유입 부하는 구간누적부하에서 전구간 누적부하의 차를 이용하여 그 구간만의 유입부하를 산정하였으며, 구간별 특성을 알고자 하였다.
이에 본 연구에서는 승기하수처리장으로 차집되는 일일평균 24만 ton의 처리수중 일부를 승기천 상류로 재순환하여 승기천 희석 효과를 통해 구간별 오염부하를 줄이는 방법을 기존의 하수처리 공법 연구를 도입시켜 가정하여 방안을 모색해 보았다.
승기천의 구간차집과 유입오수의 URC 공법처리를 통해 서해연안으로 유입되는 오염부하의 제거 가능량을 산정해 보았다. 강우시 강우량 30 mm 까지 유입유량이 처리 가능하고 그 이상은 By-pass 한다는 가정과 전주 조촌천에서 시행한 URC pilot plant 의 실험결과를 적용하여 Table 11 에 나타내었다.
가설 설정
무강우시 승기 천으로부터 차집 하여 승기하수처리장에서 처리하는 일일평균유량은 24만 ton이며 그중 일부를 상류로 재순환시켜 승기천의 희석 효과를 얻는 방법이다. 승기하수처리장 처리수의 연중 평균 농도를 Table 7 에 나타내었고, 이중 5만 ton, 10 만 ton을 재순환한다고 가정하였으며, 승기천의 무강우시 유량이 2 만 〜 4 만 ton 임을 고려해 그 이상의 순환은 승기천 수위상승과 주변 생태계 변화의 원인이 될 수 있기에 배제하였다. 하수처리장 처리수의 재순환을 이용한 승기천의 구간별 희석정도는 Table 8 에 나타내었으며, 하천수질환경기준과 차이를 비교해보기 위해 SSZ BOD5를 산정해보았다.
승기 하수처리장의 처리수를 ultra rapid coagulation(URC) 공법을 사용하여 처리한 후 승기천 상류로 순환한다는 가정을 하였다. 이 방법을 적용하게 되면 승기 하수처리장 처리수의 수질이 더욱 낮게 되어 희석 효과가 더 크리라 예상된다.
재순환수를 이용한 승기천 희석의 정도를 알아보았으나 그 결과값이 하천수질 기준에 미치지 못함을 앞에서 보이며, 이는 승기천 자체 오염부하가 매우 높음으로 인해 희석의 한계가 있음을 알 수 있었다. 이에 현재 승기천으로 유입되는 일부지역의 차집을 승기천 전지역 차집으로 가정해보았다. 전지역의 차집이 시행될 경우 특히 남동공단에 의한 오염원이 제거 될 수 있으며 무단 방류로 인한 오염부하증가와 이로 인한 서해연안오염증가를 막을 수 있다.
제안 방법
채수 후 수질변화를 최소화하기 위하여 4 °C로 보관하여 실험실로 운반하였고 시간에 따른 변화가 큰 항목(pH, DO)에 대해서는 채수 즉시 분석하였다.
분석측정항목은 각 시간대별 유량과 pH, DO, SS, BOD5, CODCr, Total Kjeldahl Nitrgen(TKN), Total Phosphorus(T-P), 중금속(Zn, Cd, Cu, Cr)의 농도를 측정하여 그로부터 각 오염물질의 부하량을산정하였다.
강우시 승기천의 오염물 유입 부하를 산정하기 위해서 무강우시와 같이 기간을 2000년 3월부터 2001년 2월까지로 정했으며, 5mm/d 이상의 강우를 유효 강우로 정하고 누적강우량과 유출계수와의 관겨), 누적강우량과 총유출부하량과의 관계는 다음 식 (2) 와 Table 3을 이용하였다. 이는 1999년 RRC 연구과제인 '승기천 유역의 강우 및 무강우시 오염물 유출특성에서 구한 것으로 본 연구 결과와 큰 차이를 보이지 않아 그대로 적용하였다[8].
승기천의 무강우, 강우시 시간에 따른 구간별 오염 농도를 측정하고 각 구간의 오염도에 미치는 영향정도를 판단하기 위해서 하류구간의 부하량에서 상류구간의 부하량을 감하여 구간별 부하량을 산정 하였다. 부하량 산정은 다음과 같이 계산하였으며 Qi 와 Ci 는 실측 농도와 유량이다.
승기천을 5개 구간으로 나누어 강우와 무강우시총 10회의 측정자료를 토대로 구간별로 유입되는 각 오염물 농도와 부하량, 강우시와 무강우시에 나타나는 오염물의 유입과 변화정도를 알아보았고, 승기천의 기능을 회복하기 위한 방안을 모색해 보았으며 그 내용은 다음과 같이 정리할 수 있다.
대상 데이터
조사지점은 인천광역시 남동구와 연수구 사이를 흐르는 승기천으로 유로연장 10.33 km, 평균폭 3.25 km, 유역면적 33.58 ktf 에 달하며, 특히 지역주민의 친수공간으로서의 역할을 완전히 상실하였고 현재 생태학적으로도 매우 심각한 상태이다[3].
A, B 구간은 승기하수처리장에서 차집을 함으로 인해 유량이 거의 없는 상태이므로 1일 1회 채취하고, 1, 2, 3 구간은 주변 공단, 상가, 주택가로부터 유입되는 하수로 인해 어느 정도의 유량을 유지하고 있으므로 무강우시는 일정 기간 3 〜 4 시간 간격으로 채취하고 강우시는 강우 시작부터 1 ~ 3 시간 간격으로 무강우시의 평균수위를 되찾을 때까지 채 취하였다. 조사구간은 A 구간 : 농산물도매시장 ~승기교, B 구간 : 승기교 〜 선학교, 1 구간 : 선학교~ 연수교, 2 구간 연수교 〜 남동대교 상류철교, 3구간 남동대교 상류철교 ~ 동춘교로 설정했다.
조사기간은 2000년 5월 19일부터 2001년 2월 5일까지 강우시와 무강우시로 구분하여 측정하였고 강우시 5회, 무강우시 5회의 시료채취를 연구자료로 삼았다. Table 1 에 채취일시와 기간, 강우량을 나타내었다.
본 연구에서 측정 분석한 중금속은 Zn, Cd, Cu, Cr 이며, 하천수질환경기준에 의하면 Cd 는 0.01 mg/1 이하, Cr6+ 는 0.05 mg/1 이하를 기준으로 하고있다. 그러나 10 회에 걸친 시료채취동안 대부분의 구간, 시간에 기준농도를 초과하고 있어 오염의 심각성이 나타났다.
이론/모형
채수 후 수질변화를 최소화하기 위하여 4 °C로 보관하여 실험실로 운반하였고 시간에 따른 변화가 큰 항목(pH, DO)에 대해서는 채수 즉시 분석하였다. 유량의 현장관측시유속계의 유속값을 보장할 수 있는 수심을 확보할수 없었기 때문에 표면유속을 측정하였으며, 공정시험법에 나와있는 기준을 통해 평균유속 산정시 계수 0.75를 곱하였고, 실험방법은 Standard Methods와 공정시험법을 따랐다[6, 7].
성능/효과
각 구간의 시간대별 부하량은 시료채취 전반을 통해 2, 3구간이 1 구간에 비해 부하량이 높았으며, 상가와 공단에 비하여 전 • 답 의 분포가 비교적 큰 1 구간은낮 시간 동안 부하량이 높고 야간에 낮은데 비해 남동공단의 영향을 많이 받는 것으로 예상되는 2, 3 구간의 경우는 야간시간대에 높은 부하량을 보였다.
9 의 승기천의 강우시 TKN 부하량•변화는1 구간은 강우시작 2 시간 후, 2, 3 구간은 강우시작3 시간 후 첨두부하량이 나타났으며 그 후로 급격히 감소하는 경향이 나타났다. 첨두부하량이 나타난 후2 구간에서의 TKN 유입량이 적고 일정했으며 1, 3구간은 그에 비해 2 〜 20 배 높게 나타났으며 강우의 영향으로부터 벗어난 오전 9 시부터 무강우시의 오염부하량 특성을 보였다.
11 의 승기천의 강우시 T-P의 부하량 변화를 살펴보면 다른 오염물질과 마찬가지로 첨두부하량이 나타나는 시기는 1 구간에서는 강우시작 후 2시간 후, 2, 3 구간에서는 3 시간 후였다. 첨두부하량은 3 구간에서 20.5 kg/hr 로 가장 높았고, 2 구간에서 10 kg/hr 로 가장 낮았으며 전체적으로 낮은 부하량을 보였다. 강우의 영향을 벗어나 무강우시와 같은 특성이 나타나는 시간은 오전 7 시로, 오전 9 시를 전후해서 나타나는 다른 물질에 비해 강우의 영향으로부터 좀더 빠르게 벗어나는 모습을 보였다.
본 연구 기간 중 분석된 승기천 각 구간 SS, BOD5, 중금속의 오염농도와 하천수질환경기준을 비교하면 연구기간 중 모든 구간에서 그 기준값을 크게 넘어서 오염정도가 매우 심각함을 알 수 있었다.
(6) 1 구간은 넓은 유입면적을 가졌으나 타구간에 비해 유입수로의 대부분이 주택 • 상가쪽에 있고 대부분 승기 하수처리장에서 차집이 되는 관계로 유입유량이 적었다.
(11) 승기천 유입수를 URC 공법으로 처리시 서해연안으로 유입되는 오염부하량 중 SS 805 ton, BOD5 667 ton, COD& 1120 ton, T-P 48 ton, TKN 13 ton 제거 할 수 있을 것으로 사료된다.
(1) 강우가 승기천의 연중 전체 오염 부하량에 큰영향을 끼치는 것으로 보였다. 특히 강우시 SS 유입부하가 매우 크게 나타났으며, 이에 따라 강우시 유입수에 대한 처리가 시급함을 보이고 있었다.
5 ~ 2000. 4 자료와 비교시 SS 총부하량이 2.5 % 증가하고 그 외 물질은 10~ 32 % 감소하였다.
(3) 강우시에는 첨두량이 나타나는 시간은 강우 시작 후 1 구간은 2 ~ 3 시간 후, 2, 3 구간은 3~ 4 시간 후 이었으며, 1 구간이 2, 3 구간에 비해 강우영향으로부터 2 〜 3 시간 정도 빠르게 벗어나는 것으로 보였다.
(4) 무강우시는 구간으로 유입되는 유입수의 성질에 따라 그 변화가 나타났다. 5 회의 무강우 시료채취에서 강우시와 같은 일반적 경향을 찾기는 어려웠으며, 전체평균유량과 오염농도를 통해 무강우시 연간 유입부하량을 산출하면 전체적으로 1, 2, 3 구간 순으로 그 양이 많으며, 중금속의 경우 공단의 영향을 많이 받는 것으로 예상되는 2, 3 구간에서 비슷하게 나타났다.
(4) 무강우시는 구간으로 유입되는 유입수의 성질에 따라 그 변화가 나타났다. 5 회의 무강우 시료채취에서 강우시와 같은 일반적 경향을 찾기는 어려웠으며, 전체평균유량과 오염농도를 통해 무강우시 연간 유입부하량을 산출하면 전체적으로 1, 2, 3 구간 순으로 그 양이 많으며, 중금속의 경우 공단의 영향을 많이 받는 것으로 예상되는 2, 3 구간에서 비슷하게 나타났다.
(5) A, B 구간은 승기 하수처리장의 차집으로 인해 무강우시는 유량이 거의 없었으며 강우시의 영향은 부하량면에 있어서 그 양이 적게 산출되었다..
(7) 2 구간은 타구간에 비하여 구간면적이 적은데 비하여 유입수로가 많고, 특히 공단으로부터의 유입량이 많은 것으로 관측되었다. 무강우시 전체적인 농도가 높았으며 기름성분 유입, 야간의 중금속 농도 급증이 자주 발견되어 공단으로부터의 무단방류로 인한 오염이 매우 큰것으로 추정되었다.
(7) 2 구간은 타구간에 비하여 구간면적이 적은데 비하여 유입수로가 많고, 특히 공단으로부터의 유입량이 많은 것으로 관측되었다. 무강우시 전체적인 농도가 높았으며 기름성분 유입, 야간의 중금속 농도 급증이 자주 발견되어 공단으로부터의 무단방류로 인한 오염이 매우 큰것으로 추정되었다. 강우시 첨두부하량이 가장 작았고 강우의 영향을 받는 동안의 부하량 역시 가장 낮았다.
(8) 3 구간은 전구간에 걸쳐서 가장 많은 오염부하량이 나타났으나, 타구간에 비해 시간에 따른 오염 농도가 크게 변화하지 않음을 보였다.
(9) 전구간에 걸쳐 승기천의 수질이 환경기준을 크게 상회하고 있어 승기천 회복을 위한 방안으로 승기 하수처리장의 처리수 재순환과 URC 공법을 통한 처리수 재순환을 고려해 보았으나 하천수질환경기준에 그 값이 못 미침을 보였다.
(10) 승기천 오염유입구간을 차집해 처리하고 이를재순환함으로 인해 승기천의 역할 회복과 하천 수질환경기준을 기대 할 수 있었다.
이상과 같이 승기천을 통한 서해연안으로의 유입오염부하량이 매우 높아 이에 대한 시급한 방안이 필요함을 알 수 있었다. 또 승기천을 세부적 구간으로 나누어 유입원을 살펴본 결과, 공단, 주택가 등의 승기천 주위환경과 밀집정도에 큰 관련이 있으며 그로 인해 시간에 따른 유입부하량의 차이와 강우시 짧은 시간에 높은 유입부하량이 나타남을 알았다.
또 승기천을 세부적 구간으로 나누어 유입원을 살펴본 결과, 공단, 주택가 등의 승기천 주위환경과 밀집정도에 큰 관련이 있으며 그로 인해 시간에 따른 유입부하량의 차이와 강우시 짧은 시간에 높은 유입부하량이 나타남을 알았다. 이러한 문제점의 해결방안으로 승기천으로 유입되는 하폐수를 차집처리하고, 하수처리장 처리수를 승기천 상류로 재순환함으로써 하천수질환경기준을 만족하고 하천으로서의 역할 회복과 서해연안 유입오염부하량의 저감효과를 기대할 수 있었다.
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