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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 농촌 마을에서 발생하는 하수의 수질과 이들의 처리시설 현황 및 각 처리공법별 처리효율에 대한 정확한 실태를 파악함으로써 농촌 마을하수의 효율적인 관리방안을 모색하고자 하였고, 농촌마을 하수정비 사업과 농촌지역 하수정책 수립의 기초 자료로 활용하고자 하였다.
- 본 연구는 농촌마을에서 발생하는 마을하수의 수질현황과 마을하수 처리시설에 대한 관리 현황 및 정확한 실태를 파악하고 처리효율을 조사하여 마을하수의 효율적인 관리방안을 모색하며, 농촌마을 하수정비 사업과 농촌지역 하수정책 수립의 활용에 대한 기초자료로서 제공하고자 실시하였는데, 그 결과는 다음과 같다.
제안 방법
- 농촌에서 발생하는 마을하수 수질의 특성을 파악하기 위하여, 농촌에서 유출되어 마을하수 처리시설로 유입되는 유입수를 채수하여 분석하였고, 마을하수 처리시설의 처리효율의 평가하기 위하여 유출수의 수질을 분석하여, 처리공법별 수처리 효율을 조사하였다. 이를 위한 수질분석은 수질오염공정시험방법5)에 준하여 실시하였다.
- 이를 위한 수질분석은 수질오염공정시험방법5)에 준하여 실시하였다. 이때 chemical oxygen demand(COD)의 경우 산화제로서 KMnO4를 사용하였고, biological oxygen demand(BOD)의 경우dissolved oxygen(DO) meter(YSI, 5000)를 이용하여 초기에 DO를 측정한 후 20℃에서 5일간 배양한 후 DO값을 측정하여 그 차이로 나타내었다. 또한 suspended solid(SS)는 유리섬유여지법으로 분석하였고, total nitrogen(T-N) 및 total phosphorus(T-P)는 autoanalyzer(AACS, Bran+rubbe)를 이용하여 분석하였다.
대상 데이터
- 연구대상지역은 충남지역 3개 시군(아산시 5개 지점, 부여군 12개 지점, 공주시 10개 지점)으로, 이 지역 내에서 설치 가동 중에 있는 총 27개의 농촌마을 소규모 하수처리시설을 대상으로 하였고(Fig. 1), 관리실태의 조사는 해당 처리시설을 현장 조사하여 공정을 확인한 후, 가동상태를 점검하였다.
- 조사대상 마을하수 처리시설의 공법으로는 고효율합병정화조 17개소, 토양피복식 접촉산화법 2개소, 접촉산화법 2개소, A2EBC 2개소, IC/SBR 1개소, KM-SBR 1개소, HBR-II 1개소, 막일체형 고도처리 1개소였다.
이론/모형
- 이때 chemical oxygen demand(COD)의 경우 산화제로서 KMnO4를 사용하였고, biological oxygen demand(BOD)의 경우dissolved oxygen(DO) meter(YSI, 5000)를 이용하여 초기에 DO를 측정한 후 20℃에서 5일간 배양한 후 DO값을 측정하여 그 차이로 나타내었다. 또한 suspended solid(SS)는 유리섬유여지법으로 분석하였고, total nitrogen(T-N) 및 total phosphorus(T-P)는 autoanalyzer(AACS, Bran+rubbe)를 이용하여 분석하였다.
- 농촌에서 발생하는 마을하수 수질의 특성을 파악하기 위하여, 농촌에서 유출되어 마을하수 처리시설로 유입되는 유입수를 채수하여 분석하였고, 마을하수 처리시설의 처리효율의 평가하기 위하여 유출수의 수질을 분석하여, 처리공법별 수처리 효율을 조사하였다. 이를 위한 수질분석은 수질오염공정시험방법5)에 준하여 실시하였다. 이때 chemical oxygen demand(COD)의 경우 산화제로서 KMnO4를 사용하였고, biological oxygen demand(BOD)의 경우dissolved oxygen(DO) meter(YSI, 5000)를 이용하여 초기에 DO를 측정한 후 20℃에서 5일간 배양한 후 DO값을 측정하여 그 차이로 나타내었다.
성능/효과
- 1. 마을하수 처리시설에 대한 각 지역별 유입수 수질 분석 결과, 아산시 지역에서의 유입수 BOD와 COD의 평균 농도는 각각 29.0 mg/L와 19.1 mg/L였고, 부여군 지역은 BOD 16.7 mg/L, COD 16.3 mg/L, 공주시 지역은 BOD 18.8 mg/L, COD 15.3 mg/L로 조사되어 아산시 지역에서 유입수의 농도가 가장 높았으나 일반적인 도시하수의 유입수 농도에 비해 매우 낮게 조사되었다.
- 2. 오염부하량별 원단위는 BOD 3.3～4.9 gpcd, COD 3.2～11.3 gpcd, T-N 1.5～4.6 gpcd, T-P 0.3～0.5 gpcd로 조사되어 도시하수의 오염부하량 원단위 결과보다는 상당히 낮게 조사되었다.
- 3. 마을하수 처리시설의 처리공법별 제거효율은 고효율 합병정화조와 토양피복형 접촉산화법에서는 특히 BOD와 SS의 제거효율이 높았으며, 접촉산화법의 경우는 다른 처리공법에 비해 조금 낮게 조사되었다.
- BOD는 아산시 지역 4.9 gpcd, 공주시 지역 4.3 gpcd, 부여군 지역 3.3 gpcd의 순으로 조사되었고, COD는 아산시 지역 11.3 gpcd, 부여군 지역 3.3 gpcd, 공주시 지역 3.2 gpcd의 순으로 조사되었는데, 이것은 가정오수의 오염부하량 원단위 연구에서 산정한 결과인 BOD 68.1 gpcd, COD 102.9 gpcd7)와 소규모 취락지역에서 오염물질의 원단위를 산정한 결과인 BOD 50 gpcd, COD 84 gpcd8)에 비해서도 상당히 낮게 조사되었다. 또한 T-N의 경우에도 연구대상지역중 아산시 지역이 4.
- 농촌마을에서 발생하는 마을하수의 수질 현황은 마을하수처리시설의 설계시 매우 중요하다. 금번 연구에서 각 지역별 하수의 수질을 분석한 결과, 아산시 총 5개 지점에서의 하수의 수질은 BOD 19.1 mg/L, COD 29.0 mg/L, T-N 13.4 mg/L, T-P 1.5 mg/L, SS 33.7 mg/L로 조사되었고, 부여군 총 6개 지점에서는 BOD 16.7 mg/L, COD 16.3 mg/L, T-N 7.6 mg/L, T-P 1.2 mg/L, SS 41.7 mg/L로 조사되었으며, 공주시 총 10개 지점에서는 BOD 18.8 mg/L, COD 15.3 mg/L, T-N 12.1 mg/L, T-P 1.5 mg/L, SS 9.9 mg/L로 조사되어 SS를 제외한 다른 수질항목들은 모두 아산시 지역에서 높은 농도로 조사되었다(Table 1). 그러나 이것은 일반적인 도시하수에 비해서 매우 낮은 수준이었으며, 특히 유입수의 BOD 농도는 일반적인 도시하수의 유입수 농도인 150 mg/L6) 비해 매우 낮게 조사되었는데, 이는 처리시설 설계시 오수발생량을 일률적으로 설계하여 실질적인 유입량보다 과다한 양을 산정했기 때문인 것으로 생각된다.
- 9 gpcd7)와 소규모 취락지역에서 오염물질의 원단위를 산정한 결과인 BOD 50 gpcd, COD 84 gpcd8)에 비해서도 상당히 낮게 조사되었다. 또한 T-N의 경우에도 연구대상지역중 아산시 지역이 4.6 gpcd, 공주시 지역은 2.4 gpcd 그리고 부여군 지역이 1.5 gpcd의 순으로 조사되었고, T-P는 아산시 지역 0.5 gpcd, 공주시 지역과 부여군 지역은 0.3 gpcd로 조사되었는데, 이는 소규모 취락지역에서 조사된 T-N 9.6 gpcd, T-P 1.45 gpcd8)보다 다소 낮은 것으로 조사되었으며, 주거지역에서 조사한 배출원단위 부하량인 T-N 5.5 gpcd, T-P 1.5 gpcd9)보다도 낮게 조사되었지만, 도시하수의 원단위 산정시 제시된 T-N 3.5 gpcd, T-P 0.5 gpcd10)와는 비슷한 결과를 나타내었다.
- 5%의 순으로 조사되어(Table 4) 다른 처리공법에 비해 조금 낮게 조사되었는데, 이는 오수관거 부실로 인하여 유입수가 처리시설로 정상적으로 유입되지 않았기 때문으로 판단된다. 또한 대부분의 처리공법별 영양염류의 제거효율은 낮게 조사되었는데, 이는 마을하수처리시설의 현장가동효율 실증11)에서도 본 연구와 마찬가지의 결과로 조사되어 마을하수 처리시설에서의 영양염류 제거효율은 유기물질의 제거효율과는 다른 경향임을 알 수 있었다.
- 아산시에 설치된 마을하수 처리시설의 처리 규모는 30～90 m3/d의 범위였고 평균 60.0 m3/d였으며, 처리방법은 고효율 합병정화조와 IC/SBR 방법이었다. 부여군은 소규모 하수처리시설 12개소를 대상으로 현장조사를 실시하였는데, 마을하수 처리시설의 관리는 자가 측정 대행업체가 1개월에 1회씩 채수하여 분석하고, 부속기계의 가동상태만을 해당 군청에 보고하고 있는 실정이라 기술적인 관리는 힘든 상황이었다.
- 위 결과를 종합해 보면, 현재 가동중인 마을하수 처리시설의 운영은 설계오류 및 유지관리 소홀로 인하여 적절하게 운영되지 못하고 있는 것으로 판단되는데, 이를 해결하기 위해서는 보다 체계적이고 합리적인 설계 및 운영이 필요한 것으로 판단된다. 또한 마을하수 처리시설의 처리공법별로 처리효율을 볼 때 고효율 합병정화조와 접촉산화법이 BOD와 SS 제거효율이 높았으므로 이러한 점을 고려하여 농촌유역 마을하수 처리시설을 설치하여야 할 것이며, 영양염류의 제거효율은 극히 낮았기 때문에 이를 극대화시켜 처리할 수 있는 고도처리시설의 마련이 요구된다.
- 또한 시공업체와 설계업체가 달라 직접적인 관리업체의 부재로 인하여 설비의 실효성이 낮은 상태였다. 처리 규모는 23～136 m3/d의 범위로서 평균 54.3 m3/d였으며, 처리공법은 모두 고효율 합병정화조였다. 공주시의 경우 마을하수 처리시설의 처리방법은 고효율 합병정화조뿐 아니라 토양피복형 접촉산화법, A2EBC법, 막일체형 고도처리법, HBR-II 등으로 아산시 및 부여군과는 달리 여러 형태의 다양한 공법으로 처리하고 있었다.
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처리공법별 처리효율
처리공법별 수처리효율은 고효율 합병정화조에서는 BOD 70.7%, SS 56.3%, COD 48.4%, T-P 10.8%, T-N 7.5%의 순으로 조사되었고, 토양피복형 접촉산화법에서는 SS 81.1%, BOD 78.8%, COD 45.8%, T-P 17.7%의 순으로 조사되어 두 처리공법 모두 BOD와 SS의 제거효율이 높았음을 알 수 있었다. 접촉산화법의 경우는 BOD 64.
- Table 3에는 조사대상 마을하수의 지역별 처리효율을 나타내었다. 현행 마을 하수처리시설의 처리기준은 대부분 유기물지표인 BOD(COD)와 SS의 처리효율로 평가하고 있는데, 각 지역별 하수처리효율은 설계기준에 미치지 못하는 수준인 것으로 나타났다. 상당수의 마을하수처리시설이 80~90%의 처리효율을 보이고 있는 반면, 일부에서 거의 처리가 되지 않는 수준으로 처리수를 방류하고 있는데 기인한 것으로 이는 마을하수처리시설의 관리 소홀에 그 원인이 있는 것으로 보인다.
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