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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 공공수역의 변화된 유기물질 오염상태를 적절히 관리할 수 있는 유기물질 관리지표를 선정하여 제시하고자 한다.
- 본 연구에서는 최근 난분해성물질 증가 등 수체 내의 특성변화를 적절하게 반영할 수 있는 유기물질 관리지표 선정을 위해서 측정의 용이성, 기존지표와의 연계성, 생태 지표로서의 활용성 등을 바탕으로 비교 · 분석을 통해 종합적인 결론을 제시하였다.
제안 방법
- 새로이 제안된 유기물질지표의 생태지표로서의 효용성은 외국 사례를 통해 정성적인 측면에서 검토하였다. 그리고 유기물질의 증가에 따른 상수원 영향 정도를 파악하기 위해 실제 가동 중인 정수장에서의 연구결과와 외국의 관련 법령 조사를 통해 상수원수에서의 유기물질 관리의 중요성을 검토함으로써 가정 적합한 평가지표를 판단하였다. 최종적으로 종합평가는 지표로서의 대표성, 분석방법의 적절성, 오염관리 적절성 등을 모두 고려한 종합평가를 통해 적절한 지표를 제시하였다.
- 기존지표와의 상관성 분석은 국가 수질측정망 자료를 분석하여 지표들의 상관성과다른 항목들의 상관성을 비교함으로써 새로운 지표를 적용할 때 다른 항목에 미치는 영향 정도를 살펴보고 기존 지표와의 연계성 부문을 판단하였다. 상관성 분석에 앞서 유기물질 수질측정 자료는 대부분 낮은 농도에 많이 분포하는 right tail을 보이고 있어 정규분포를 나타내지 않는 특징이 파악되었다.
- 셋째, 측정 및 분석 여건에 따라 결측치가 발생하여 자료가 누락되거나 측정 수가 적어지는 경우가 발생한다는 점 때문이다(Lettenmaier, 1988). 따라서 비모수 방법은 최소한의 가정을 전제로 하므로 가정이 만족하지 않음으로써 발생할 수 있는 오류를 줄일 수 있고 수질측정값의 계절성, 결측값 발생의 문제에 대한 해결이 가능하여 적용하였다. 또한 분석 시 측정 자료가 많아질수록 통계적 유효성이 커져서 실제 상관성이 크지 않음에도 불구하고 상관성이 있는 것으로 나타나는 한계를 가지기 때문에(원태연과 정성원, 2010) 최적의 통계적 경향성을 가질 수 있는 기간(10년)을 정하여 자료를 새롭게 정리하고 통계 분석을 하였다.
- 따라서 비모수 방법은 최소한의 가정을 전제로 하므로 가정이 만족하지 않음으로써 발생할 수 있는 오류를 줄일 수 있고 수질측정값의 계절성, 결측값 발생의 문제에 대한 해결이 가능하여 적용하였다. 또한 분석 시 측정 자료가 많아질수록 통계적 유효성이 커져서 실제 상관성이 크지 않음에도 불구하고 상관성이 있는 것으로 나타나는 한계를 가지기 때문에(원태연과 정성원, 2010) 최적의 통계적 경향성을 가질 수 있는 기간(10년)을 정하여 자료를 새롭게 정리하고 통계 분석을 하였다. 상관성 분석에 사용된 자료는 국가수질측정망, 총량측정망, 하천 · 호소 대표 및 주요지점 측정 자료이며 분석 기간은 국가수질측정망 자료는 2000∼2009(10년) 기간, 총량측정망 자료는 2007∼2010(4년), 대표 및 주요지점은 2008～2010(3년) 기간중에 측정된 자료를 이용하였다.
- 새로이 제안된 유기물질지표의 생태지표로서의 효용성은 외국 사례를 통해 정성적인 측면에서 검토하였다. 그리고 유기물질의 증가에 따른 상수원 영향 정도를 파악하기 위해 실제 가동 중인 정수장에서의 연구결과와 외국의 관련 법령 조사를 통해 상수원수에서의 유기물질 관리의 중요성을 검토함으로써 가정 적합한 평가지표를 판단하였다.
- 우선 유기물질의 측정 용이성 분석에서는 현재 유기물지표로 사용되고 있는 BOD, COD, TOC 분석방법에 대한 특성과 장 · 단점을 비교하고 최근 나타나고 있는 수체의 특성변화 분석의 가장 적절한 방법이 무엇인가를 파악하였다.
- 유기물질이 다른 항목에 미치는 영향 정도를 살펴보기 위해 공공수역의 수질 현황 파악과 주요 정책사업의 효과분석을 위해서 하천과 호소를 대상으로 운영되고 있는“국가수질측정망”(TOC자료 제공하지 않음), 오염총량관리 시행대상 지역의 총량제 이행사항 평가를 위해서 운영되는 “총량측정망”(TOC자료 제공, 하천), 그리고 국가수질 측정망 중 하천 권역대표 · 주요지점, 호소주요지점(TOC자료 제공)에 운영되는 측정망으로 구분하여 상관성 분석한 결과는 다음과 같다.
- 그리고 유기물질의 증가에 따른 상수원 영향 정도를 파악하기 위해 실제 가동 중인 정수장에서의 연구결과와 외국의 관련 법령 조사를 통해 상수원수에서의 유기물질 관리의 중요성을 검토함으로써 가정 적합한 평가지표를 판단하였다. 최종적으로 종합평가는 지표로서의 대표성, 분석방법의 적절성, 오염관리 적절성 등을 모두 고려한 종합평가를 통해 적절한 지표를 제시하였다.
- 향후 BOD 외 난분해성 물질을 평가하고 제어하기 위한 지표로서 TOC, CODCr을 선정하고 TOC, CODCr으로의 변경에 따른 장 · 단점을 나타내면 다음 와 같다.
대상 데이터
- 상관성 분석에 사용된 자료는 국가수질측정망, 총량측정망, 하천 · 호소 대표 및 주요지점 측정 자료이며 분석 기간은 국가수질측정망 자료는 2000∼2009(10년) 기간, 총량측정망 자료는 2007∼2010(4년), 대표 및 주요지점은 2008～2010(3년) 기간중에 측정된 자료를 이용하였다.
데이터처리
- 상관성 분석에 사용된 자료는 국가수질측정망, 총량측정망, 하천 · 호소 대표 및 주요지점 측정 자료이며 분석 기간은 국가수질측정망 자료는 2000∼2009(10년) 기간, 총량측정망 자료는 2007∼2010(4년), 대표 및 주요지점은 2008～2010(3년) 기간중에 측정된 자료를 이용하였다. 분석은 SAS 9.1과 SPSS 18.0을 이용하여 상호 비교, 분석하였다.
이론/모형
- 상관성 분석에 앞서 유기물질 수질측정 자료는 대부분 낮은 농도에 많이 분포하는 right tail을 보이고 있어 정규분포를 나타내지 않는 특징이 파악되었다. 따라서 상관성 분석은 비모수 방법인 Spearman 상관분석법을 사용하여 분석하는데 그 이유는 첫째, 자료의 분포에 있어서 대칭분포보다는 왜도(skewness)를 가지며 이상점(outliers)이 자주 발생한다는 점. 둘째, 계절성을 가지며 항목 간에 상관성을 가진다는 점.
성능/효과
- 2) 독일은 2000년 이전까지는 BOD가 분류항목에 들어 있었으나 그 이후는 TOC로 대체됨.
- 2008～2010년간 TOC 측정이 이루어진 주요 호소 2,165개 측정값에 대한 항목간의 비교 결과, 하천의 측정결과와 달리 BOD, COD 항목간의 상관성은 높은 반면에 TOC와는 상관성이 낮은 것으로 나타났다. 이런 현상은 호소 내 조류, 탁도의 유무와 TOC 분석 시 전처리에 따라 편차가 크게 발생한 것으로 판단되나 실제 측정 자료에 대한 명확한 현장현황이 제공되지 않아 그 원인을 정확하게 판단하기 어려운 문제점이 있었다.
- BOD와 COD는 유효수준(p≤0.05) 내에서 상관계수 0.797의 높은 상관성을 가지는 것으로 나타났으며 SS, TP, PO4-P, Chl-a 모두 BOD보다 COD와 상관성이 더 있는 것으로 나타났다.
- 난분해성 유기물질 측정이 가능한 TOC와 CODCr 항목에 대한 수질기준인 대표성, 오염관리측면, 분석기술 측면을 기준으로 국내외 논문, 보고서 등 30여 편의 다양한 문헌 비교와 유기물질 관련 전문가, 분석자, 관리자, 기기판매자 등 20여 명의 의견 수렴을 토대로 두 가지 지표에 대한 우열을 비교한 결과 에서 나타났듯이 유기물질로서의 대표성은 두 항목 모두 높은 것으로 조사되었다.
- 따라서 상관성 분석은 비모수 방법인 Spearman 상관분석법을 사용하여 분석하는데 그 이유는 첫째, 자료의 분포에 있어서 대칭분포보다는 왜도(skewness)를 가지며 이상점(outliers)이 자주 발생한다는 점. 둘째, 계절성을 가지며 항목 간에 상관성을 가진다는 점. 셋째, 측정 및 분석 여건에 따라 결측치가 발생하여 자료가 누락되거나 측정 수가 적어지는 경우가 발생한다는 점 때문이다(Lettenmaier, 1988).
- 한 TOC의 경우 DO의 소비율을 측정하는 것이 아닌 유기물질의 총량을 측정함에 따라서 탄소순환에 따른 유기물질의 변화를 빠르게 실시간으로 측정할 수 있음에 따라 향후 기후변화에 따른 유기물질의 변화를 감시할 수 있는 항목으로의 사용이 가능하다. 따라서 TOC 및 CODCr 적용시 발생되는 문제점 분석과 국내외 문헌 그리고 전문가의 의견을 종합해볼 때 공공수역의 난분해성 유기물질 관리지표로 적합한 지표는 TOC인 것으로 나타났다.
- 분석기법에 대해서는 정확성, 소요시간, 용이성 등 모든 부분에서 TOC가 문헌자료와 의견이 높았다. 따라서 TOC를 지표항목으로 선정하는 것이 더 타당한 것으로 조사되었다. 본 평가 방법은 의견 제시자의 주관적인 성향이 강하기 때문에 Chang et al.
- 물리 · 화학적 측면에서 CODCr이 유해물질을 많이 배출하여 기준으로서의 대표성이 낮으며 생태학적 측면에서는 문헌과 의견수렴 결과 TOC가 더 대표성을 가지고 있는 것으로 나타났다.
- <표 5>는 2010년 하천 수계 대표지점 및 주요지점에서 측정된 수질자료에 대한 상관성 분석결과이다. 분석결과 TOC는 BOD, COD와 매우 상관성이 높은 것으로 나타났으며 BOD보다는 COD가 TOC에 더 상관성이 높은 것으로 나타났다. 다른 측정망 결과와도 동일한 것으로 파악되었다.
- 자동측정 가능성, 소독부산물연계관리 등에서 문헌 및 의견 모두 TOC가 더 우수하다는 의견이 많았으며 배출원 등 오염원 관리에서는 CODCr이 더 높은 점수를 받았다. 분석기법에 대해서는 정확성, 소요시간, 용이성 등 모든 부분에서 TOC가 문헌자료와 의견이 높았다. 따라서 TOC를 지표항목으로 선정하는 것이 더 타당한 것으로 조사되었다.
- 유기물질 지표항목으로 TOC는 ① 분석시 크롬, 수은 등 유해화학물질의 발생이 없음(공공수역의 치명적인 오염 유발) ② 유기물질의 총량을 측정할 수 있음에 따라 전체 적인 관리가 용이 ③ 수생태계 기준의 보완적 항목으로 화학적 평가 ④ 신속한 모니터링 및 자료 제공 ⑤ 정확도와 정밀도가 매우 높음 ⑥ 음용수의 소독부산물 원인물질관리 가능 등 전반적인 유기물질 관리지표로서 적정함이 확인되었다.
- 물리 · 화학적 측면에서 CODCr이 유해물질을 많이 배출하여 기준으로서의 대표성이 낮으며 생태학적 측면에서는 문헌과 의견수렴 결과 TOC가 더 대표성을 가지고 있는 것으로 나타났다. 자동측정 가능성, 소독부산물연계관리 등에서 문헌 및 의견 모두 TOC가 더 우수하다는 의견이 많았으며 배출원 등 오염원 관리에서는 CODCr이 더 높은 점수를 받았다. 분석기법에 대해서는 정확성, 소요시간, 용이성 등 모든 부분에서 TOC가 문헌자료와 의견이 높았다.
- 지표로서의 대표성, 국제적 통용성, 모니터링 프로그램의 용이성, 분석기술의 유무, 정밀도 및 정확도, 분석에 소요되는 시간, 운전의 용이성, 기존정책과의 연계성, 외국사례여부, 국내적용사례, 오염원단위 연구 등에 대한 평가 및 유기물질 분석방법의 실제 수체특성 반영여부, 항목간의 상관성 분석결과, 생태관리지표 및 먹는 물 위해성지표 적용성에 대한 종합적인 판단을 통해 TOC를 유기물질 관리지표로 선정하는 것에 대한 타당성이 있음이 나타났다.
- 총량자료 15,320개에 대한 자료를 분석한 결과 유효수준 내에서 BOD(0.83), COD(0.92) 모두 TOC와 높은 상관성을 가지는 것으로 나타났다. 특히 COD가 TOC에 더 높은 상관성을 가지는 것으로 나타나 생분해성물질을 제외한 난분해성 유기물질을 측정할 지표로 TOC의 적용가능성을 보여준다.
- 특히, 세 처리장 모두 전염소, 전오존, 침전, 여과, 후오존, 입성탄의 공정(고도처리)을 거쳐 정수를 처리함에도 불구하고 한 번 유입된 DOC는 각 처리 공정을 거쳐도 그 제거율이 높지 않았다. 특히 염소 처리 후의 DOC 농도는 세 곳의 정수장 모두에서 증가함을 알 수 있는데 처리장별로 원수의 DOC보다 M정수장 5%, H정수장 9%, D정수장 8%가 증가하였다. 이는 DOC와 염소 이온이 반응하여 소독부산물 중 하나인 THMs 생성에 의한 것임을 <표 9>를 통해 알 수 있다.
후속연구
- 수생태계와 관련하여, 독일의 경우 <표 7>과 같이 수생생물이 살 수 있는 환경을 조성하기 위한 화학적 조건으로서 기존의 BOD 대신 TOC를 측정하고 있는 상황이다(UBA, 2001). 따라서 향후 수생태계의 건강성 확보가 결국 사람의 건강의 지속가능성을 보장할 수 있다는 측면에서 이화학적 지표와 수생태계 지표가 서로 연계성을 가질 수 있는 지표 선정이 필수적이다. 이런 연계성을 가질 수 있는 유기물질 지표로는 TOC가 가장 가능성이 높은 것으로 파악되었다.
- 92) 모두 TOC와 높은 상관성을 가지는 것으로 나타났다. 특히 COD가 TOC에 더 높은 상관성을 가지는 것으로 나타나 생분해성물질을 제외한 난분해성 유기물질을 측정할 지표로 TOC의 적용가능성을 보여준다. 또한 TP와도 상관성이 높고(0.
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