본 연구는 산업단지를 포함하는 대도시 지역의 강우유출특성을 평가하였다. 5년동안의 강우패턴은 거의 유사하게 분석되었고, 년 평균 강우량은 5.2~6.6 mm로 나타났다. 일부 강우 사상에서는 초기유출 현상이 관찰되었고, 이때의 EMC는 BOD 19.3~39.9 mg/L, CODcr 45.2~190 mg/L, TSS 67.2~351 mg/L, TN 3.6~10.3 mg/L, T-P 1.2~2.5 mg/L였다. 단일 강우사상에서만 검출된 Zn를 제외하고는 중금속이 검출되지 않았다. 입자 분포는 3% 중량비로 10 ${\mu}m$였고, 50% 중량 누적비는 12 ${\mu}m$로 관찰되었다.
본 연구는 산업단지를 포함하는 대도시 지역의 강우유출특성을 평가하였다. 5년동안의 강우패턴은 거의 유사하게 분석되었고, 년 평균 강우량은 5.2~6.6 mm로 나타났다. 일부 강우 사상에서는 초기유출 현상이 관찰되었고, 이때의 EMC는 BOD 19.3~39.9 mg/L, CODcr 45.2~190 mg/L, TSS 67.2~351 mg/L, TN 3.6~10.3 mg/L, T-P 1.2~2.5 mg/L였다. 단일 강우사상에서만 검출된 Zn를 제외하고는 중금속이 검출되지 않았다. 입자 분포는 3% 중량비로 10 ${\mu}m$였고, 50% 중량 누적비는 12 ${\mu}m$로 관찰되었다.
This study was investigated to characterize the stormwater runoff pollutant materials from the urban area mixed with industrial area. Almost the similar rainfall pattern is shown during the 5 years, and the yearly precipitation was 5.2~6.6 mm. The first flushing effect during the early-stage rainfal...
This study was investigated to characterize the stormwater runoff pollutant materials from the urban area mixed with industrial area. Almost the similar rainfall pattern is shown during the 5 years, and the yearly precipitation was 5.2~6.6 mm. The first flushing effect during the early-stage rainfall-run off was observed in some events. EMC ranges are 19.3~39.9 mg/L for BOD, 45.2~190 mg/L for CODcr, 67.2~351 mg/L for TSS, 3.6~10.3 mg/L for TN, 1.2~2.5 mg/L for TP. Heavy metal are not detected except Zn which is observed at only one event. The particle size was distributed to 10 ${\mu}m$ at the 3% weight volume and the 50% cumulative weight percent was shown at 12 ${\mu}m$.
This study was investigated to characterize the stormwater runoff pollutant materials from the urban area mixed with industrial area. Almost the similar rainfall pattern is shown during the 5 years, and the yearly precipitation was 5.2~6.6 mm. The first flushing effect during the early-stage rainfall-run off was observed in some events. EMC ranges are 19.3~39.9 mg/L for BOD, 45.2~190 mg/L for CODcr, 67.2~351 mg/L for TSS, 3.6~10.3 mg/L for TN, 1.2~2.5 mg/L for TP. Heavy metal are not detected except Zn which is observed at only one event. The particle size was distributed to 10 ${\mu}m$ at the 3% weight volume and the 50% cumulative weight percent was shown at 12 ${\mu}m$.
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문제 정의
이에 따라 본 연구에서는 산업단지를 포함하여 유역면적이 비교적 큰 도시지역의 강우유출수 발생 특성을 분석하여 향후 설계 및 운영될 비점오염 저감시설을 위한 기초 자료로 활용하고자 한다.
제안 방법
수질은 불투수율이 높은 도시지역에서 흔히 관찰되는 비점오염원 배출 특성인 초기강우(First flush) 현상을 파악하기 위하여 크게 강우 초기와 강우 중․후기로 2단계로 구분하여 분석하였다. 강우 초기는 1시간 범위 내에서 일정한 간격, 즉 유출 직전, 유출 후 5분, 10분, 1분, 30분 및 60분 간격으로 6회 채수하였고, 이후에는 강우 종료시까지 강우패턴을 고려하여 적정한 시간 간격으로 유동적으로 6회 더 채수하였다 (위 등, 2008).
강우유출수 오염분석은 2009년 7월부터 11월 중 강우시 3회 동안 실시하였고, 기상청의 월별일 강우량 통계자료를 분석하여 대상지역의 최근 5년간, 즉 2005년부터 2009년까지의 월별 강우량을 분석하였다.
강우유출수내 오염물질의 농도는 전체 강우 지속시간 동안 유출된 전체 누적 오염물질의 양을 전체 유출량으로 나누어 계산한 유량가중평균농도(EMC, Event Mean Concentration)로 평가하였다.
1에 표시한 바와 같이 유량과 수질을 동시에 측정할 수 있는 하천하류부로 선정하였다. 비강우시에는 차집관거에 의해 유입 유량이 거의 없지만, 강우시에는 차집관거의 CSOs와 비점오염원을 포함한 강우유출수로 분류할 수 있어 유속과 단면적에 의한 유량 측정 방법으로 기저유량을 고려한 강우유출 유량을 산정할 수 있도록 하였다. 수질은 불투수율이 높은 도시지역에서 흔히 관찰되는 비점오염원 배출 특성인 초기강우(First flush) 현상을 파악하기 위하여 크게 강우 초기와 강우 중․후기로 2단계로 구분하여 분석하였다.
산업단지 지역을 포함한 도시지역의 강우유출수 비점오염물질 발생 특성을 분석하였으며, 도출된 결과는 다음과 같다.
비강우시에는 차집관거에 의해 유입 유량이 거의 없지만, 강우시에는 차집관거의 CSOs와 비점오염원을 포함한 강우유출수로 분류할 수 있어 유속과 단면적에 의한 유량 측정 방법으로 기저유량을 고려한 강우유출 유량을 산정할 수 있도록 하였다. 수질은 불투수율이 높은 도시지역에서 흔히 관찰되는 비점오염원 배출 특성인 초기강우(First flush) 현상을 파악하기 위하여 크게 강우 초기와 강우 중․후기로 2단계로 구분하여 분석하였다. 강우 초기는 1시간 범위 내에서 일정한 간격, 즉 유출 직전, 유출 후 5분, 10분, 1분, 30분 및 60분 간격으로 6회 채수하였고, 이후에는 강우 종료시까지 강우패턴을 고려하여 적정한 시간 간격으로 유동적으로 6회 더 채수하였다 (위 등, 2008).
대상 데이터
강우유출수의 시료 채취지점은 Fig. 1에 표시한 바와 같이 유량과 수질을 동시에 측정할 수 있는 하천하류부로 선정하였다. 비강우시에는 차집관거에 의해 유입 유량이 거의 없지만, 강우시에는 차집관거의 CSOs와 비점오염원을 포함한 강우유출수로 분류할 수 있어 유속과 단면적에 의한 유량 측정 방법으로 기저유량을 고려한 강우유출 유량을 산정할 수 있도록 하였다.
본 연구의 조사 대상 유역은 대도시지역에 위치한 산업단지와 하천 상류의 도시지역을 포함하여 약 1,000 ha 정도의 배수면적이 되도록 선정하였다. 토지이용 형태별 비율은 산업단지 52.
이론/모형
수질은 수질오염공정시험법(환경부, 1995)과 Standard method(APHA, 1998)에 따라 유기물, 영양염류 및 중금속 등을 분석하였고, 입도는 레이저 입도분석기(LS 13 320, Beckman Coulter)를 이용하여 분석하였다.
성능/효과
1. 2005년부터 2009년까지 5년간 연평균 강우량은 5.2∼6.6 ㎜로 거의 일정한 강우 패턴을 나타냈다.
2. 강우 Ⅰ과 강우 Ⅲ에서는 강우 초기에 비점오염물질이 고농도로 유출되다가 강우가 지속되면서 비교적 저농도로 안정하게 유출되는 초기 유출 현상이 나타났다.
3. BOD, CODcr, TSS의 경우 EMC는 각각 19.3∼39.9 ㎎/L, 45.2∼190 ㎎/L, 67.2∼351 ㎎/L 범위로 나타났고, TN과 TP는 각각 3.6∼10.3 ㎎/L, 1.2∼2.5 ㎎/L로 분석되었고, Pb는 검출이 되지 않았지만, Zn는 강우 Ⅱ에서 1회 검출되었다.
4. 입도 분포에서 입경이 약 10 ㎛일 때 전체 3% 전후의 대부분을 차지하였고, 가적통과율 50%일 때 12 ㎛전후를 나타냈다.
EMC에 의한 비점오염물질의 유출은 TSS>CODcr>BOD>TN>TP순으로 나타났다.
강우 Ⅰ에서 강우유출수내 TN 농도 범위는 2.3∼5.3 ㎎/L, TP 농도 범위는 0.8∼2.1 ㎎/L를 나타냈고, 강우 Ⅱ에서 강우유출수내 TN 농도 범위는 8.0∼12.5 ㎎/L, TP 농도 범위는 1.2∼1.7 ㎎/L를 나타냈으며, 강우 Ⅲ에서 강우유출수내 TN 농도 범위는 3.1∼6.3 ㎎/L, TP 농도 범위는 2.1∼3.4 ㎎/L를 나타냈다.
강우사상별 큰 유의성은 없는 것으로 관찰되었는데, 이는 강우시 고농도의 비점오염물질이 수로로 유입됨과 아울러 차집관거에서 유출되는 CSOs가 혼합되었기 때문으로 판단될 정도로 산업단지 주변 여건에 따라 농도 범위가 변하는 불규칙한 유출 특성을 나타냈다.
강우시 유출되는 비점오염물질에 대한 잠정적 오염 예상도를 평가하고자 주차장 축적입자의 입도 분포를 조사한 결과 가적통과율 50%를 나타내고 있는 입경이 425∼850 ㎛로 보고한 연구자료(이 등, 2006)와 비교할 때, 본 연구 대상지역에서의 강우유출수내의 입도 분포는 가적통과율 50%일 때 12 ㎛전후를 나타낸 것으로 분석되어 상당히 작게 나타났다.
4 ㎎/L를 나타냈다. 본 연구와 유사한 조건, 즉 강우시 비점오염원을 포함한 강우유출수와 차집관거에서 유출되는 CSOs가 혼재된 공단지역이 포함된 도시 지역 비점오염원 유출수의 평균 TN 농도 16.9 ㎎/L와 평균 TP 농도 2.7 ㎎/L를 보고한 연구 결과(강 등, 2010)와 비교할 때 TN 농도는 다소 낮게 나타났고, TP 농도는 유사한 것으로 분석된다.
산정된 BOD, CODcr, TSS의 경우 EMC는 각각 19.3∼39.9 ㎎/L, 45.2∼190 ㎎/L, 67.2∼351 ㎎/L 범위로 나타났고, TN과 TP는 각각 3.6∼10.3 ㎎/L, 1.2∼2.5 ㎎/L로 분석되었다.
선행건기일수가 증가할수록 강우 초기에 다량의 오염물질이 유출되어 대부분의 수질항목에서 EMC가 높게 나타나 수계오염도와 관련이 있는 것으로 일반적으로 알려져 있지만, 본 연구에서는 선행건기 일수와 농도와의 유의성은 미미한 것으로 판단된다. 선행건기일수에 대한 영향보다는 불규칙한 오염물질 배출 특성을 나타내는 산업단지 지역이 포함되었다는 것과, 차집관거에서 유출되는 CSOs의 영향이 더 크게 작용한 것으로 판단된다.
전체 강우량은 11∼41 ㎜, 평균 강우강도는 1.83∼2.15 ㎜/hr 및 총강우량은 11만∼41만㎥의 범위로 측정되었다.
후속연구
이에 따라 저감시설은 입자성 물질을 제거함에 따라 영양 염류, 특히 T-P도 동시에 제거될 수 있도록 설계되어야 할 것으로 판단된다. 분석 입자의 대부분이 작은 입자 및 콜로이드성을 나타내므로, 후속되는 비점오염저감시설에서는 입자의 크기를 크게 하여 제거할 수 있는 응집제 투입과 관련된 시설의 도입이 필요하다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
최적의 비점오염저감시설을 선정하기 위한 고려사항은 무엇인가?
최적의 비점오염저감시설을 선정하기 위한 고려사항으로는 토지이용 특성 뿐만 아니라, 토양특성, 지하수위, 경사도, 자연유하 가능성 등의 물리적 실현 가능성 및 시설별 특성을 종합적으로 검토한 후 자연형 시설, 장치형 시설 및 시설형 시설 등을 도입할 수 있다(환경부, 2006). 이와 같은 상황을 고려한 자연형(이 등, 2011) 및 장치형 (강 등, 2010) 저감시설들의 운영 및 효율평가 사례가 다양한 문헌에서 보고되고 있다.
비점오염원이란 무엇인가?
정부에서는 비점오염물질 관리의 중요성이 확산됨에 따라 하천 유량까지 고려한 오염총량관리제를 도입하였으며, 이 제도의 성공적 정착과 4대강 물관리종합대책 강화 및 물관리 목표를 달성하고자 관계부처 합동으로 「4대강 비점오염원관리 종합대책」을 발표하였다(관계부처합동보고서, 2004). 비점오염원은 강우시 토지이용 특성에 따라 다양하게 배출되는 유출오염원으로, 배출지역이 불명확하고, 희석 및 확산되면서 불특정 지역으로 유출됨에 따라 차집이 어렵고, 계절적인 변동이 심한 특징을 나타내고 있다.
산업단지를 포함하는 대도시 지역의 강우유출특성을 분석한 결과는 어떠한가?
본 연구는 산업단지를 포함하는 대도시 지역의 강우유출특성을 평가하였다. 5년동안의 강우패턴은 거의 유사하게 분석되었고, 년 평균 강우량은 5.2~6.6 mm로 나타났다. 일부 강우 사상에서는 초기유출 현상이 관찰되었고, 이때의 EMC는 BOD 19.3~39.9 mg/L, CODcr 45.2~190 mg/L, TSS 67.2~351 mg/L, TN 3.6~10.3 mg/L, T-P 1.2~2.5 mg/L였다. 단일 강우사상에서만 검출된 Zn를 제외하고는 중금속이 검출되지 않았다. 입자 분포는 3% 중량비로 10 ${\mu}m$였고, 50% 중량 누적비는 12 ${\mu}m$로 관찰되었다.
참고문헌 (12)
강용태, 고영발, 한동우, 송근관, 한상윤, 손정호, RSF-CAST 시스템을 이용한 도시지역 비점 오염원 유출수와 하수의 처리, 한국수처리학회지, 18(3), pp. 3-12. 2010.
관계부처합동보고서, 국무조정실, 행정자치부, 농림부, 산업자원부, 환경부, 건설교통부, 산림청, 물관리종합대책의 추진강화를 위한 4대강 비점오염원 관리 종합 대책. pp. 7-24. 2004.
김이형, 이선하, 주차장 및 교량 강우유출수의 중금속 오염 물질 특성과 동적 EMCs, 한국물환경학회지, 21(4), pp. 385-392. 2005.
이상현, 조윤철, 생태적 인공습지를 이용한 회야댐 수질개선에 관한 연구, 한국습지학회지, 13(3), pp. 489-497. 2011.
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