[논문]의암호에 유입되는 오염물질 관리를 통한 호소 수질개선 방안

황환민; 이건호; 김미연; 김동진; 김영관

문제 정의

공지천 유입부를 비롯하여 의암호내 총 8개 지점의 퇴적물 시료를 채취하여 분석하고, 과거 수질 조사자료를 참고하여 의암호에서 하수종말처리장 방류수 확산에 따른 의암호 내 1차 생산 유기물량을 고찰하고 의암호의 수질 관리를 위한 하수종말처리장 방류수의 영향에 관하여 연구하였다.
또한 의암호의 가장 큰 오염물질 배출원인 춘천시 하수종말처리장 방류수가 의암호 수질에 미치는 영향을 조사하여, 의암호의 수질관리를 위한 하수종말처리장 방류수의 방류 방안을 제안하고자 하였다.
본 연구에서는 공지천 하류지역 퇴적물의 입도 조성과 오염실태를 조사하였으며, 수질 측정 자료와 과거 보고 자료를 참고하여 춘천시하수종말처리장 방류수가 의암호의 수질에 미치는 영향을 고찰하였다. 조사 결과를 바탕으로 의암호의 수질개선을 위하여 다음과 같은 결론을 도출하고 의암호의 수질개선 방안을 제언한다.
본 연구에서는 춘천시 의암호에 유입되는 주요지천인 공지천의 하류 지역과 호수 내 퇴적물의 오염상태를 분석하고, 과거의 수질측정 자료 및 연구 자료를 참고하여 현재의 암호로 유입되는 수체와 바닥에 존재하는 퇴적물이 의암호의 수질 변화에 영향을 줄 가능성이 있는지를 판단하고자 하였다. 또한 의암호의 가장 큰 오염물질 배출원인 춘천시 하수종말처리장 방류수가 의암호 수질에 미치는 영향을 조사하여, 의암호의 수질관리를 위한 하수종말처리장 방류수의 방류 방안을 제안하고자 하였다.
8) 등 8지점에서 grab sampler 및 core sampler를 이용하여 퇴적물 시료를 채취하였다. 퇴적물 시료의 입도분포와, 중금속 및 영양염류 함량을 조사하고 과거 자료 (전, 1984, 1988)를 참고하여 퇴적물로부터의 수질 오염 가능성과 의암호 수질 개선을 위한 방안을 고찰하였다. 조사 지점 위치와 퇴적물 시료의 모습은 각각 Fig.

제안 방법

퇴적물의 중금속 측정은 풍건 시료를 질산 3 : 염산 1의 왕수로 분해한 후 Perkin Elmer ICP(Optima5100 DV)를 사용하여 Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Zn, Al, Cd, As 등의 항목을 분석하였다. Hg은풍건 고체 시료를 직접 투입하여 분석하는 Milestone 사의 DMA 80 Direct Mercury Analyzer를 이용하여 분석 하였다. 퇴적물에 포함된 총질소와 총인의 함량은 황산 과염소산 분해법을 사용하여 유기물을 분해시킨 후 BRAN +LUBE 질소인 분석 기 (Model ACSC-Ⅲ) 를 사용하여 측정하였다.
DX-500)로 측정하였다. 이를 위하여 의암호의 수면을 격자로 구획하여 2차에 걸쳐 각각 86지점과 136지점의 시료를 채취하여 염소이온 농도를 측정하고 이를 바탕으로 하수종말처리장 방류수의 확산 및 이동을 Surfer 6.0(Golden Software)를 이용하여 등농도선을 작성하였다. 춘천시하수종말처리장 앞 지점 등 6개 지점에서 YSI Model 33을 이용하여 측정된 conductivity 자료를 이용하여 의암호 수체 중 전기전도도의 수직적 분포를 조사하였다.
춘천시 하수종말처리장 방류수에 포함되어 유출된 영양염류가 의암호 내부에서 어떻게 이동, 확산되는지 조사하기 위하여 인위적인 오염물질이며 비교적 농도가 높고, 추적물질로 사용할 수 있는 염소이온을 Ion chromatograph (Dionex, DX-500)로 측정하였다. 이를 위하여 의암호의 수면을 격자로 구획하여 2차에 걸쳐 각각 86지점과 136지점의 시료를 채취하여 염소이온 농도를 측정하고 이를 바탕으로 하수종말처리장 방류수의 확산 및 이동을 Surfer 6.
0(Golden Software)를 이용하여 등농도선을 작성하였다. 춘천시하수종말처리장 앞 지점 등 6개 지점에서 YSI Model 33을 이용하여 측정된 conductivity 자료를 이용하여 의암호 수체 중 전기전도도의 수직적 분포를 조사하였다.
퇴적물의 유기물 함량은 풍건시킨 시료를 11 0℃로 조절된 건조기에서 2시간 건조시킨 후 항온으로 방냉하여 건조감량을 구하고 muffle furnace에서 550C로 2 시간 동안 회화 시킨 후 방냉하여 회화 전후의 무게차로 총유기물 함량(강열감량)을 산정하였다. 퇴적물의 중금속 측정은 풍건 시료를 질산 3 : 염산 1의 왕수로 분해한 후 Perkin Elmer ICP(Optima5100 DV)를 사용하여 Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Zn, Al, Cd, As 등의 항목을 분석하였다.
퇴적물의 입도분포 조사는 채취한 시료를 서늘한 그늘에서 풍건시켜 고무망치를 이용하여 분쇄한 후 Melvern사의 Mastersizer 2000 입도분석 장비와 표준망체를 사용하여 조사하였다. 퇴적물의 유기물 함량은 풍건시킨 시료를 11 0℃로 조절된 건조기에서 2시간 건조시킨 후 항온으로 방냉하여 건조감량을 구하고 muffle furnace에서 550C로 2 시간 동안 회화 시킨 후 방냉하여 회화 전후의 무게차로 총유기물 함량(강열감량)을 산정하였다.
퇴적물의 유기물 함량은 풍건시킨 시료를 11 0℃로 조절된 건조기에서 2시간 건조시킨 후 항온으로 방냉하여 건조감량을 구하고 muffle furnace에서 550C로 2 시간 동안 회화 시킨 후 방냉하여 회화 전후의 무게차로 총유기물 함량(강열감량)을 산정하였다. 퇴적물의 중금속 측정은 풍건 시료를 질산 3 : 염산 1의 왕수로 분해한 후 Perkin Elmer ICP(Optima5100 DV)를 사용하여 Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Zn, Al, Cd, As 등의 항목을 분석하였다. Hg은풍건 고체 시료를 직접 투입하여 분석하는 Milestone 사의 DMA 80 Direct Mercury Analyzer를 이용하여 분석 하였다.

대상 데이터

방향으로 보트장 앞(St.2, St.3), 배수지 앞(St.3, St.4), 하수종말처리장 방류구 앞(St.6, St.7), 두산리조트 앞(St.8) 등 8지점에서 grab sampler 및 core sampler를 이용하여 퇴적물 시료를 채취하였다. 퇴적물 시료의 입도분포와, 중금속 및 영양염류 함량을 조사하고 과거 자료 (전, 1984, 1988)를 참고하여 퇴적물로부터의 수질 오염 가능성과 의암호 수질 개선을 위한 방안을 고찰하였다.
의암호 퇴적물의 오염물질 함량 조사를 위한 시료채취는 2009년 10월 31일 실시되었다. 시료채취 지점은 하천과 호소의 형상과 특성을 고려해서 그 경계를 호반교로 설정하였으며, 유입부인 호반교 지점(St.

이론/모형

Hg은풍건 고체 시료를 직접 투입하여 분석하는 Milestone 사의 DMA 80 Direct Mercury Analyzer를 이용하여 분석 하였다. 퇴적물에 포함된 총질소와 총인의 함량은 황산 과염소산 분해법을 사용하여 유기물을 분해시킨 후 BRAN +LUBE 질소인 분석 기 (Model ACSC-Ⅲ) 를 사용하여 측정하였다.

성능/효과

1) 의암호의 공지천 유입부 주변에 퇴적된 퇴적물의 토성은 대부분 미사양토(silt loam) 였으며 골재 채취 시 사용되는 골재 채취 기구의 마모에 의한 퇴적물의 국지적인 중금속 오염이 있는 것으로 나타났다.
2) 공지천 하류 및 호수내 퇴적물에 의한 의암호의 수질오염 가능성은 크지 않은 것으로 나타났으며 초기 강우 시공 지천 주변도로와 도심지로부터 유입되는 오염물질 유입을 차단하여 의암호 수질에 미치는 영향을 저감시키는 방안이 필요한 것으로 판단된다.
3) 춘천시 하수종말처리장 방류수에 포함된 유기물과 영양염류는 호수 내 조류의 1차 생산에 의한 유기물 증가의원인 이 되며, 조류의 사멸시 퇴적물 내 유기물 및 영양 염류 함량을 증가 시키는 원인이 되는 것으로 판단된다.
4에서 1, 353㎎/㎏, 8개 지점 평균값은 750㎎/㎏ 이었다. St. 1, 5, 7, 8 지점을 제외한 의암호의 춘천시 하수종말처리장방류구 인근 지점의 총질소 함량 평균값은 1, 090㎎/㎏으로 과거 하수종말처리장 가동 이전 생활하수가 유입되던 시기의 공지천 퇴적물의 1, 610㎎/㎏ (전, 1986), 경포호의 2, 000㎎/㎏ (전, 1990) 보다는 낮은 것으로 나타났다. 총인 함량은 St.
USDA의 토양 조성에 따른 분류에 의하면 St. 1의 입도 조성은 99% 이상이 0.05~2.0mm 크기의 모래질로 구성되어 전체적인 토성은 모래로 판정되었다. St.
퇴적물의 유기물 함량도 퇴적물의 토양조성에 따라 크게 달라진다. 각 지점별 퇴적물 시료의 건조감량은 0.1%에서 2.5%정도로 높지 않은 것으로 조사되었다. 유기물 함량은 퇴적물 토성이 모래인 St.
각성분별로는 알루미늄과 철이 가장 많이 포함되어 있었고 그밖에 망간과 아연의 순으로 함량이 높게 나타났으며 Cd, As 등은 검출되지 않았다. Table 3에서 보듯이 각 지점별 수은 함량은 St.
시료 채취시 현장조사에서 퇴적물은 표면에 산소가 공급되지 않아 혐기성 상태인 시료는 없는 것으로 관찰되었다. 퇴적물의 유기물 함량도 퇴적물의 토양조성에 따라 크게 달라진다.
이와 같은 퇴적물 조사결과 및 문헌을 참고해 볼 때 퇴적물 내에 함유된 오염물질 함량이 과거의 조사 자료와 비교해 크게 높지 않으며, 용존산소가 충분히 공급되고 있고, 의암호가 하천형 호수로서 수체의 흐름이 왕성하고 수심이 깊지 않아 우기에 수체의 흐름에 의하여 간헐적으로 퇴적물이 침식, 제거되는 점 등으로 볼 때 퇴적물에 의한 오염사고나 수질오염 가능성은 크지 않은 것으로 판단된다.
8의 토성은 사질양토로서 강열감량이 2% 정도의 낮은 값을 보였다. 전체 평균값은 5.7%로 나타났으나 St. 3~7의 평균값은 8.0%로 비교적 높게 나타나 하수종말처리장과 충분한 영양염류 공급에 따른 수체의 1차 생산 유기물 증가의 영향을 받고 있는 것으로 판단된다. 그러나 이값은 의암호 퇴적물의 강열감량 조사결과 0.
4, 3, 7, 5, 8, 2, 6, 1의 순서로 점토 함량이 높은 것으로 나타났다. 지점별 중금속 측정 결과를 보면 St.6의 알루미늄, 망간, 아연 함량은 다른 지점보다 낮게 나타났으나, 특이하게 크롬(Cr)과 철(Fe), 니켈 (Ni)의 함량이 다른 지점보다 크게 높은 것으로 나타났다. 이러한 현상의 원인은 St.
채취한 퇴적물 시료를 현장에서 육안으로 관찰한 결과 전 지점 모두 퇴적물의 표면이 황갈색으로 수체로부터 산소가 충분히 공급되고 있음을 관측할 수 있었다. 퇴적물의 깊이는 대략 10~20cm 정도인 것으로 조사되었으며(Fig.
공급되고 있음을 관측할 수 있었다. 퇴적물의 깊이는 대략 10~20cm 정도인 것으로 조사되었으며(Fig. 2, St. 5 사진 참조), St. 6의 시료는 특이하게 나무 부스러기 등 육상으로부터 유입된 오염물질이 다량 포함되어 있었다. 이는 조사지점 인근 상류지역에서 조사시기와 가까운 과거에 있었던 준설작업의 영향으로 퇴적물에 교란이 있은 후 부유물질이 재침전 되면서 비중이 작은 물질이 표층에 침전되었기 때문인 것으로 추정된다.

후속연구

6의 알루미늄, 망간, 아연 함량은 다른 지점보다 낮게 나타났으나, 특이하게 크롬(Cr)과 철(Fe), 니켈 (Ni)의 함량이 다른 지점보다 크게 높은 것으로 나타났다. 이러한 현상의 원인은 St.6 지점 인근에서 골재 채취 시 사용되는 골재 채취 기구가 가동 될 때 회전하면서 물과 함께 골재를 흡입하는 니켈-크롬강으로 만들어진 "커터"의 마모에 의한 국지적 오염현상인 것으로 추정되는데 이와 관련하여 정밀한 조사연구가 필요한 것으로 판단된다.
4) 의암호의 수질 개선을 위해서는 춘천시 하수종말처리장 방류수에 포함되어 방류되는 영양염류 농도를 더욱 엄격히 제한하여야 할 것으로 판단된다.
5) 방류수를 냉각시켜 방류하거나 수온이 낮은 소양댐 방류수와 적절한 비율로 혼합하여 인위적으로 밀도류를 조성하여 의암호의 저층으로 댐 앞까지 흐르도록 유도 할 경우 하수종말처리장 방류수가 의암호의 표층으로 넓게 확산되는 것을 억제함으로써 의암호의 1차 생산량이 감소 할 것으로 예상되며, 이와 관련한 추가적인 연구가 필요한 것으로 판단된다.
두 조사 결과로 볼 때 바람의 방향과 소양댐의 방류 여부가 의암호의 수질에 큰 영향을 미치고 있는 것으로 판단된다. 따라서 의암호의 수질개선을 위하여 춘천시 하수처리장 방류수의 방류방식 개선을 통하여 1차 생산을 줄이고, 취송류의 영향을 받지 않을 수 있는 방안을 강구하여야 할 것으로 판단된다.
이것으로 보아 수온이 낮아 밀도가 크고 전기전도도가 낮은 소양댐 방류수가 의암호의 바닥을 따라 흐르는 것으로 판단된다. 의암호의 1차 생산량을 감소시키는 방안으로 이러한 수 체의 물리적 특성을 이용하여 수온과 영양염류 농도가 높은 하수처리장 방류수와 수온과 영양염류 농도가 낮은 소양댐 방류수를 적절한 양으로 혼합하여 인위적으로 온도와 영영 염류농도를 낮추어 적당한 밀도로 조절하여 중층이나 저층으로 흐르게 한다면 의암호의 1차 생산량을 크게 감소시킬 수 있을 것으로 예측된다. 하수종말처리장 방류수를 방사관이나확산기를 설치하는 방안은 오염물질이 함유된 방류수가 수표면에 넓게 확산되어 호수 전체에서 1차 생산이 증가하는 위험성도 있음을 고려하여야 할 것으로 판단된다.
또한 중금속등 유해물질이 포함되어 있는 경우에는 퇴적되었던 독성물질 등이 용출되어 수중 생물이 폐사하는 등의 2차적인 오염현상을 일으킬 가능성이 매우 크다. 퇴적물은 먼 과거부터 현재까지의 수환경 정보를 포함하고 있으므로 퇴적물을 분석하면 과거부터 현재까지의 수질 변화를 추측할 수 있을 것이다.
의암호의 1차 생산량을 감소시키는 방안으로 이러한 수 체의 물리적 특성을 이용하여 수온과 영양염류 농도가 높은 하수처리장 방류수와 수온과 영양염류 농도가 낮은 소양댐 방류수를 적절한 양으로 혼합하여 인위적으로 온도와 영영 염류농도를 낮추어 적당한 밀도로 조절하여 중층이나 저층으로 흐르게 한다면 의암호의 1차 생산량을 크게 감소시킬 수 있을 것으로 예측된다. 하수종말처리장 방류수를 방사관이나확산기를 설치하는 방안은 오염물질이 함유된 방류수가 수표면에 넓게 확산되어 호수 전체에서 1차 생산이 증가하는 위험성도 있음을 고려하여야 할 것으로 판단된다.

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