[논문]하수처리장 분산방류에 의한 방류수역의 수질개선효과

김동수; 박종태; 김용구; 박성천

doi:10.5322/jes.2008.17.1.113

문제 정의

본 연구에서는 영산강 수질 악화구간에 대해 수생태계의 연결통로를 확보하고 생태계 훼손의 진행을 차단하여 다양한 수 생태의 확보를 위하여 수질 악화 원인의 규명과 다양한 수질 개선의 시나리오를 설정하여 QUAL2E 모형에 적용한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
본 연구에서는 이러한 비구조적 생태단절을 완화시키기 위해서는 여러 가지 방안이 제안될 수 있겠으나, 주요 오염원으로 판단되는 광주 제 1 하수처리장의 방류체제를 개선하는 방안이 그 중 가장 타당할 것으로 판단되는 바 본 연구에서는 광주 제 1 하수처리장의 방류체제를 현 집중식에서 분산방류로 개선할 경우 방류 수역의 수질 개선 효과를 분석한다.

가설 설정

첫째, 오염원 총량관리 기본방침을 기준으로 오염 총량 관리대상 오염물질의 종류인 생물학적 산소요구량(BOD)에 대해서만 예측한다. 둘째, 본 연구대상 구간에 유입되는 지류는 모두 점오염원으로 간주한다. 셋째, 지류의 유입량은 수위-유량관계 곡선식과 실측자료를 이용한다.

제안 방법

이에 유량조건(Type별)별로 최적 안을 도출하기 위해 Fig 6과 같이 Case3에 대한 유량 조건별로 수질예측을 실시하였다. 그 결과 하류부의 BOD농도 증가를 최소화 할 수 있고, 수질 악화구간에 대해 최적의 수질 개선 효과를 나타내는 Case3-Typel을 최적의 시나리오로 선정하였다.
셋째, 지류의 유입량은 수위-유량관계 곡선식과 실측자료를 이용한다. 넷째, 광주 제1하수처리장과 광주 제2하수처리장을 점오염원으로 간주하고 광주 제1하수처리장의 방류량은 실측값인 7.56 m3/sec, 광주 제2하수처리장의 평균 방류량은 1.16 m'/sec를 적용하였고, 수질농도는 BOD 농도 8 mg/L을 적용하였다.
있다. 이러한 집중식 방류체제를 개선하기 위해 Fig4 과 같이 Case 별로 방류구를 등분포 시키고, Type별로 유량조건을 다르게 적용하여 수질개선 시나리오를 작성하여 수질 개선 효과를 분석한다.
하류의 BOD 농도 변화와 경제적인 측면을 감안할 때 본 연구에서 제안한 Case3이 타당할 것으로 판단된다. 이에 유량조건(Type별)별로 최적 안을 도출하기 위해 Fig 6과 같이 Case3에 대한 유량 조건별로 수질예측을 실시하였다. 그 결과 하류부의 BOD농도 증가를 최소화 할 수 있고, 수질 악화구간에 대해 최적의 수질 개선 효과를 나타내는 Case3-Typel을 최적의 시나리오로 선정하였다.
사용하였다. 첫째, 오염원 총량관리 기본방침을 기준으로 오염 총량 관리대상 오염물질의 종류인 생물학적 산소요구량(BOD)에 대해서만 예측한다. 둘째, 본 연구대상 구간에 유입되는 지류는 모두 점오염원으로 간주한다.

대상 데이터

모형의 보정에 사용된 수질 자료는 2006년 11월 27일~2006년 12월 27일 5회 자료 중 강우시에 측정한 1회 자료를 제외하고 2, 3회 자료를 평균하여 보정 자료로 4, 5회 자료를 평균하여 검증자료로 활용하였다. 유량은 실측자료를 이용하였다.
본 연구 대상 구간은 영산강 중류부인 어 등대 교직 하류로부터 지석천 합류 전까지의 약 14.0 km 구간으로 중간에 광주천과 황룡강이 합류하고 있다. 또한 광주 제1, 2 하수처리장이 위치하고 있어, 대도시로부터 유입되고 있는 오염물질을 처리하여 배출하고 있는 구간이다.
영향을 받을 것이다. 본 연구의 연구대상 구간은 영산강 중류부로서 영산강의 전 구간에 대한 수질은 BOD 기준으로 상류 지역인 담양지점이 월별로 2.0 mg/L 정도, 중류 구간인 나주지점이 월별로 3.5-9 mg/L, 하류 구간인 무안지점이 월별로 5.0 mg ZL 정도로 대부분의 구간이 4등급 이내의 수질을 유지하고 있으나, 연구대상 구간인 극락교 지점은 월별로 6~13 mg/L의 농도를 유지하고 있어 등급 외의 수질을 나타내고 있다. 이러한 수질의 현황으로 인하여 극락교 상.
유량은 실측자료를 이용하였다. 그 결과 Fig 3에서와 같이 BOD 농도 예측치가 실측치에 근접하여 증감의 형 상이 유사하게 나타나 양호한 보정 결과를 보여 주었다.

이론/모형

다양한 수질 개선 시나리오의 수질개선효과 분석을 위해 풍영정천 합류점 500 m 상류지점부터 지석천 합류점 부근까지 14 km 구간에 대해 7개 구간(reach)로 구분하고, 구간 내 소구간 요소(element)는 하도길이 0.1 km 간격으로 140개 요소로 구분하여 QUAL2E 모형에 적용하였다. 대상구간의 모식도는 Fig 2와 같다.
본 연구에서 제시한 시나리오별 수질예측을 위해 풍영정천 합류점 500 m 상류부터 지석천 합류 전의 14 km 구간을 7개의 하도 구간과 140개의 소구간으로 설정하고 수리학적 입력자료와 조사된 수질 자료 등을 QUAL2E 모형에 적용하였다.
수리학적 입력계수는 QUAL2E 모형을 구성하는 기본방정식인 1 차원 이류-확산 물질이동방정식(1-dimensional advection dispersion mass transport equation)을 이용하여 물질 수지를 계산하는데 필요하다. 수리입력계수의 산정은 각 지점별로 유속과 유량을 산정하여 동일 제 구간 내에서의 수심-유량관겨〕, 유속-유량관계를 회귀분석에 의하여 구간(reach)별로 수심-유량 계수와 유속-유량 계수를 Table 1과 같이 산정하였으며, 계수의 유량적용범위는 구간별로 2-1000 m'/sec로 7개의 구간 모두 동일하게 분석하

성능/효과

1) 수질 악화구간에 대해 수질을 개선하여 비구조적 생태단절을 완화시킬 수 있는 가장 현실적인 방안은 본 연구에서 제안한 광주 저]1하수처리장의 방류체제를 개선하여 방법이 가장 타당할 것으로 판단되 다.
2) 본 연구에서 제시한 시나리오별 검토 결과 Case3-Typel이 가장 적정한 것으로 판단된다.
3) Case3-Typel의 시나리오를 적용하여 수질을 예측한 결과 하류부인 영본B지점은 집중방류의 경우보다 B0D 농도 0.07 mg/L 미 미 하게 증가하는 것으로 예측되나 수질악화구간에서는 0.24-2.87 mg/L 정도의 수질 개선 효과가 있는 것으로 예측되었다.
유량은 실측자료를 이용하였다. 그 결과 Fig 3에서와 같이 BOD 농도 예측치가 실측치에 근접하여 증감의 형 상이 유사하게 나타나 양호한 보정 결과를 보여 주었다. 모형의 검증은 모형의 보정에 사용된 자료군으로 정의된 현상 범위내에서 보정된 모형을 적적히 예측하는데 사용할 수 있는지의 여부를 판단하는 과정으로 실측치에 근접한 좋은 검증 결과를 보여주었다.
그 결과 Fig 3에서와 같이 BOD 농도 예측치가 실측치에 근접하여 증감의 형 상이 유사하게 나타나 양호한 보정 결과를 보여 주었다. 모형의 검증은 모형의 보정에 사용된 자료군으로 정의된 현상 범위내에서 보정된 모형을 적적히 예측하는데 사용할 수 있는지의 여부를 판단하는 과정으로 실측치에 근접한 좋은 검증 결과를 보여주었다.
시나리오별 수질예측 결과, 하류부인 영본B지점 (학산교)의 수질은 집중식 방류의 경우보다 B0D 농도는 미미하게 증가하는 양상으로 예측되나 수질 악화구간은 B0D 농도 기준으로 0.24 ~2.87 mg/L 정도의 수질개선효과를 보여 수질 악화 구의 비구조적 생태 단절을 완화시킬 수 있는 수질개선에 효과적인 것으로 판단된다.
5절에서 언급한 수질예측 기본가정을 이용하여 Case 별 예측 결과는 Fig 5와 같다. 예측 결과, 현행 집중방류식과 시나리오별 방식 방식을 비교해 보면, 최대 예측 BOD 농도는 현행 집중방류식일 경우 광주 제 1 하수종말처리장 2단계 방수 수역 부근에서 6.76 mg/L의 최대 BOD 농도 값으로 예측되었고, Casel의 방류구 2개 추가 시에는 9번 방류구 (Fig 4참조)에서 6.63 mg/L로 예측되었고, Case 2의 방류구 4개 추가 시에는 13번 방류구에서 6.63 mg/L 로 예측되었다. Casel과 Case2는 예측 최대 BOD 농도는 동일하고, 발생되는 위치만 다른 것으로 예측되었다.
위의 관계를 살펴보면 시나리오별로 방류구 말단에서 최대치가 나타남을 알 수 있다. 현행 방류방식과 시나리오별 방류방식의 예측 최대 BOD농도는 방류구 수가 가장 많은 Case4가 0.24 mg/L 감소하는 가장 좋은 결과를 보여주었다. 반면에 하류부 수질 변화를 살펴보면, 영본 B 지점의 경우 방류구 수가 증가할수록 6.

후속연구

4) 본 연구를 통해 수질 악화구간에 대해 생태 단절을 최소화하여 현재보다는 더 다양한 생태가 형성될 수 있을 것으로 기대된다.

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