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문제 정의
- 본 연구의 일차적인 목적은 탐색적 데이터 분석방법을 통하여 최근 12년간의 금강유역 산업계 특정수질오염물질 발생 및 배출에 대한 조사통계 결과를 분석하고, 그 결론 으로부터 현행 오염원조사 결과의 적합성 및 조사방법의 한계점을 분석하고, 오염원 통계자료 신뢰도 향상을 통하여 관련 환경정책에 과학적인 근거를 제공할 수 있는 방안을 제시하고자 한다.
- 2에서 최근 12년간 종말처리시설로 연계처리되어 방류되는 폐수량이 급격히 증가하는 추세를 확인하였는데, 종말처리장의 특정수질유해물질 처리기술 및 용량 개선이 따라오지 않는 경우 유입량과 비례하여 방류되는 유해 물질이 증가할 수 있다. 오염원조사 결과 검증목적 이외에도 이러한 유해요인으로 인한 효과를 예측, 평가하는 목적 으로서 종말처리장의 특정수질유해물질 유입, 방류 농도는 관리되어야 할 지표임이 분명하다.
- 본 연구는 최근 12년간 전국오염원조사 결과를 토대로 금강유역에 위치한 배출시설로부터의 특정수질유해물질 발생현황을 분석하고, 그로부터 결과값의 신뢰도 측면에서 적합성 및 조사의 한계점과 보완방안을 제시하였다. 금강유역 전체 특정폐수 발생량은 2001년부터 2012년 사이 급격히 증가하는 추세를 보이는 반면, 물질별 발생량과 배출량은 12년간 증가 또는 감소되는 일관적 추세 없이 연간 발생량이 크게 변동하는 것으로 분석되었다.
가설 설정
- Fig. 4(c) 에서 보이듯이 특정수질유해물질이 다량 발생하는 법정동은 (a)와 (b)가 유사한 분포를 보이나, 특정수질유해물질이 발생 하는 전체 법정동의 면적은 (a)가 1,891 km2, (b)가 14,279 km2 로, (b)가 8배가량 넓다. 이 면적은 특정수질유해물질 발생량과는 직접적인 연관성이 없는 수치로, 특정수질유해물질 배출시설의 분포도를 나타낸다.
제안 방법
- 본 연구는 ’01년부터 환경부에서 통합 관리된 전국오염원조사 결과를 토대로 최근 12년간 산업체 특정폐수 및 특정수질유해물질 배출현황을 분석하였다.
- 산업계 조사항목은 일반현황 I, II, 폐수발생량, 폐수오염도, 배출시설로 나누어 입력되며, 본 연구에는 특정수질유해물질 발생량 및 배출량과 관련된 항목과 폐수처리형태와 관련된 항목들이 이용되었다. 폐수배출시설이 소속된 행정구역은 사업자 등록증에 표시된 폐수배출업소 소재지 법정 동을 2012년 위치 기준(KSSC, 2012)으로 정리하였다.
- 폐수배출시설이 소속된 행정구역은 사업자 등록증에 표시된 폐수배출업소 소재지 법정 동을 2012년 위치 기준(KSSC, 2012)으로 정리하였다. 배출시설구분은 업종과 유사한 개념으로, 오염원 조사 시점에 따라 변경되어 왔으나, 본 연구에서는 수질 및 수생태계 보전에 관한 법률 시행규칙 별표4에 의거 2008년부터 적용된 82개 그룹으로 재분류하여 통계처리하였다. 폐수발생량은 폐수배출업소에서 발생하는 폐수 중 폐수처리장 유입전 또는 폐수처리장 중간에서 순환 재이용되는 양은 제외된 양을 의미하며, 폐수 방류량은 폐수발생량 중 방지시설 처리 및 공공처리시설 연계처리 후에 실제 공공수역에 방류되는 양을 뜻한다.
- 폐수발생량은 폐수배출업소에서 발생하는 폐수 중 폐수처리장 유입전 또는 폐수처리장 중간에서 순환 재이용되는 양은 제외된 양을 의미하며, 폐수 방류량은 폐수발생량 중 방지시설 처리 및 공공처리시설 연계처리 후에 실제 공공수역에 방류되는 양을 뜻한다. 폐수처리형태는 사업체 밖으로 배출되는 방법에 따라 1차 처리 후 직접방류, 1차 처리 후(폐수/하수)종말처리장 연계처리, 위탁처리(수탁처리 업소에 폐수를 위탁), 기타 4가지로 구분하였다. 특정폐수발생량은 특정수질유해물질이 함유된 폐수 발생량을 의미하며 특정폐수와 일반폐수가 폐수처리장에서 혼합, 처리되는 경우 일반폐수를 합하여 산정되고, 특정폐수방류량은 특정수질유해물질이 함유된 폐수를 폐수배출업소에서 방류하는 양을 의미한다.
- 물질별 배출원단위는 특정폐수 발생정보를 누락한 사업체를 포함한 발생량을 추정하기 위하여 도입된 계수로, 위에서 언급된 방법으로 산정된 ’12년 특정수질유 해물질 발생량을 배출시설별로 구분하고 총폐수발생량으로 나누어 1 m3 원폐수 발생량 당 함유되어있는 특정수질유해 물질량(g)의 최근 4년간의 평균(mg/L)을 구하였다.
- 1 mg/L 미만) 연간 발생량이 많은 17개의 특정수질유해물질을 분석대상으로 하였다. 화학적으로 유사한 특성을 가지는 테트라클로로에틸렌, 트리클로로에틸렌, 사염화탄소, 디클로로메탄, 1,1-디클로로에틸렌, 1,2-디클로로에탄, 클로로폼은 염화유기화합물 그룹으로 묶어 통계처리하였다.
- 본 연구는 오픈소스 기반의 지리정보시스템 중 QGIS를 활용하였고, 공간분석에 사용된 행정구역 GIS map은 통계청에서 제공하는 2012년 기준 읍면동 행정구역경계와 동일한 shape file을 활용하였다. 물환경정보시스템(내부망)의 2009-2012년 금강 수질영향권역 산업계 오염원현황 자료를 받아 배출업소의 주소에 대응하는 법정동 코드를 부여하고, 그법정동 코드를 매개로 join 기능을 사용하여 행정구역경계 shape 파일과 병합하였다. 2009-2012년 사이 세종특별자치시 생성 등으로 인한 법정동 명칭변경이 있는 경우, 지도상 2012년 구역에 대응하는 법정동 코드를 부여하였다.
- 4의 범례와 같이 4단계 색으로 구분하였다. 각 레이어의 투명도를 50%로 하여 11개 물질의 총량을 색의 명암 비교를 통하여 직관적으로 알아볼 수 있게 하였다. Fig.
대상 데이터
- 본 연구는 ’01년부터 환경부에서 통합 관리된 전국오염원조사 결과를 토대로 최근 12년간 산업체 특정폐수 및 특정수질유해물질 배출현황을 분석하였다. 금강유역 업체별 특정유해물질 배출현황 데이터는 국립환경과학원에 제출된 원자료를 수질영향권역으로 구분하여 취합하였다. 현재 전국오염원조사는 환경부의 조사계획 및 총괄, 유역 (지방)환경청의 지원과 시도의 주관 하에 시도 (시군구) 관련 공무원이 매년 조사자료를 취합하여 그 내용을 전국오염원 조사시스템에 입력한다.
- 이번 연구 대상 지역인 금강유역은 충청남북도, 전라북도 일부와 대전광역시, 청주, 세종특별자치시를 포함하며 면적은 18,089.67 km2으로 4대강 유역 중 3번째로 큰 권역이다. 이 권역은 최근 10년간 오송, 아산 등에 다량의 특정 폐수가 발생 가능한 산업단지가 개발되어 특정폐수발생량과 특정수질유해물질 발생량의 증가가 예상되는 지역으로, 발생배출량 변화에 대한 시계열 분석에 적합한 연구대상 지역으로 판단되었다.
- 오염원조사에서 특정수질유해물질로 조사하는 대상은 점차 확대되는 추세로, 2001년도부터 구리, 납, 비소, 수은, 시안, 유기인, 6가크롬, 카드뮴, 테트라클로로에틸렌, 트리클로로에틸렌, 페놀, PCB 총 12종이 조사되었고, 2006년 셀레늄, 벤젠, 사염화탄소, 디클로로메탄, 1,1-디클로로에틸렌, 1,2-디클로로에탄, 클로로폼이 추가되었으며, 2011년부터 현재와 같은 25종 물질이 조사되고 있다. 본 연구에서는 현재 조사항목 중 2011년 확대 적용된 6개 물질을 제외한 19종의 특정수질유해물질물질 중 독성이 강하거나(청정지역 배출 허용기준 0. 1 mg/L 미만) 연간 발생량이 많은 17개의 특정수질유해물질을 분석대상으로 하였다. 화학적으로 유사한 특성을 가지는 테트라클로로에틸렌, 트리클로로에틸렌, 사염화탄소, 디클로로메탄, 1,1-디클로로에틸렌, 1,2-디클로로에탄, 클로로폼은 염화유기화합물 그룹으로 묶어 통계처리하였다.
- 2009-2012년 사이 세종특별자치시 생성 등으로 인한 법정동 명칭변경이 있는 경우, 지도상 2012년 구역에 대응하는 법정동 코드를 부여하였다. Shape 파일은 EPSG:5171 Korea East Belt 좌표계를 통하여 QGIS 상에서 분석되었다.
- 분석 대상 배출시설 23종은 폐수배출시설 구분 기준 개편 후인 ’09 - ’12년 오염원조사 결과를 토대로 특정수질유해물질 4년평균 발생원단위(Table 4) 물질 별 상위 5개로 구성되었다.
이론/모형
- 본 연구는 오픈소스 기반의 지리정보시스템 중 QGIS를 활용하였고, 공간분석에 사용된 행정구역 GIS map은 통계청에서 제공하는 2012년 기준 읍면동 행정구역경계와 동일한 shape file을 활용하였다. 물환경정보시스템(내부망)의 2009-2012년 금강 수질영향권역 산업계 오염원현황 자료를 받아 배출업소의 주소에 대응하는 법정동 코드를 부여하고, 그법정동 코드를 매개로 join 기능을 사용하여 행정구역경계 shape 파일과 병합하였다.
성능/효과
- 편의상 특정수질유해물질은 괄호안과 같이 간략하게 표기하기로 한다; 구리와 그 화합물 (Cu), 납과 그 화합물 (Pb), 비소와 그 화합물 (As), 수은과 그 화합물 (Hg), 시안 화합물 (CN), 6가크롬 화합물 (Cr6+), 카드뮴과 그 화합물 (Cd), 페놀류 (phenol), 벤젠 (benzene), 폴리클로리네이티드 바이페닐 (PCBs), 염화유기화합물(Org-Cl). 총 발생량은 오염원조사시 입력된 (오염물질 별 처리 전 농도*특정폐수 발생량)의 합으로 산정되었고, 총 배출량은 (오염물질 별처리 후 농도*특정폐수 방류량)의 합으로 산정되었다.
- 아래 Table 5는 오염원 조사 입력 값에 대한 신뢰도를 가늠하기 위하여, 2003-2005년 전국 단위로 샘플조사된 (Choi, 2008) 업종별 산업계 원폐수 평균농도와 동일 기간 금강유역 특정폐수 배출업소 대상 오염원 조사 결과를 토대로 산정된 평균농도를 비교한다. Choi의 업종 구분은 전국오염원 조사의 기준과 상이한 부분이 있고, 금강유역 전체 업소를 대상으로 한 본 연구와 달리 전국에서 132개 업소만 선택 조사하여 조사범위상 차이가 있어 직접 비교는 어려우나, 저자가 알고 있는 범위에서 오염원조사 폐수배출시설 구분과 가장 유사한 업종별 특정수질유해물질 폐수오염도 실측 치를 제공하고 있어, 정성적 비교분석에 유의미하게 활용될 수 있다고 판단된다. Table 3에서는 폐수배출시설의 특정수질유해물질 오염도 입력 비율이 낮거나 0값을 입력한 이유가 실제로 배출되지 않아서 인지 아니면 누락된 것인지 파악할 수 없었으나, Table 5에서 비소와 수은을 제외한 입력 항목의 10%만 0인 것에 반해 오염원조사의 경우 입력 항목 의 67%가 0으로, 큰 차이를 보이는 것은 오염원조사의 해당 항목 오염도 정보가 누락되었을 가능성을 시사한다.
- 두 결과 모두 같은 오염원(업체)를 대상으로 하였으나 Table 6은 실제 입력된 업체별 오염도를, Table 7은 원단위를 산정에 활용한 점이 다르다. 오염원 조사결과는 4년간 특정수질유해물질별 발생량의 편차가 크며 증가 내지 감소의 일정한 추세가 없는 반면, 원단위를 기준으로 산정한 결과는 배출시설별 총 폐수발생량의 추세를 따라 최근으로 올수록 증가하는 경향을 보여준다.
- 위의 예시 이외에도 현재 산업계 특정수질유해물질 연간 배출현황 조사로 오염원조사는 대상 사업체의 배출 물질 및 농도 범위에 대한 정확한 정보가 제공되는 목적을 달성하는데 있어서 몇 가지 한계점이 존재한다. 첫째, 인허가자료와 같은 폐수배출시설 기초정보 및 지도점검자료 검토 기능이 없어 오염원조사시스템에 입력된 수치의 신뢰도를 가늠할 수 없다. 둘째, 인허가자료 및 지도점검자료 검토기능이 존재한다 하더라도, 현재 폐수배출시설에 대한 인허가 정보에 대한 신뢰도는 해당 지자체 공무원의 전문성 및 감독주기 등의 외부 요소에 크게 좌우된다.
- 첫째, 인허가자료와 같은 폐수배출시설 기초정보 및 지도점검자료 검토 기능이 없어 오염원조사시스템에 입력된 수치의 신뢰도를 가늠할 수 없다. 둘째, 인허가자료 및 지도점검자료 검토기능이 존재한다 하더라도, 현재 폐수배출시설에 대한 인허가 정보에 대한 신뢰도는 해당 지자체 공무원의 전문성 및 감독주기 등의 외부 요소에 크게 좌우된다. 셋째, 2009년부터 오염원조사는 사업체 배출농도를 조사하고, 환경기초시설로 유입연계처리 시키는 폐수배출시설의 경우 공공수역으로 방류되는 농도는 환경기초시설의 처리효율을 감안하여 추후 산정되는데, 지금까지 환경기초시설 오염도 조사는 BOD, COD, SS, TN, TP, 대장균군수 여섯 개 항목으로 한정되어있어 각 환경기초시설로 유입되는 양과 각 산업체가 연계처리 시키는 물질량을 비교 검증할 수 없다.
- 둘째, 인허가자료 및 지도점검자료 검토기능이 존재한다 하더라도, 현재 폐수배출시설에 대한 인허가 정보에 대한 신뢰도는 해당 지자체 공무원의 전문성 및 감독주기 등의 외부 요소에 크게 좌우된다. 셋째, 2009년부터 오염원조사는 사업체 배출농도를 조사하고, 환경기초시설로 유입연계처리 시키는 폐수배출시설의 경우 공공수역으로 방류되는 농도는 환경기초시설의 처리효율을 감안하여 추후 산정되는데, 지금까지 환경기초시설 오염도 조사는 BOD, COD, SS, TN, TP, 대장균군수 여섯 개 항목으로 한정되어있어 각 환경기초시설로 유입되는 양과 각 산업체가 연계처리 시키는 물질량을 비교 검증할 수 없다.
- 첫 번째 한계점에 대한 개선 방법의 하나로, 오염원조사 시스템에 배출시설 인허가 데이터베이스를 구축하여 1-3종에 대한 업체 입력 내용 및 4-5종 입지 지자체 공무원 입력 내용과 비교, 오류검증 결과를 피드백함으로써 1차적으로, 공식화된 문서상의 배출정보와 오염원 조사결과를 통일시킬 수 있는 효과가 있다. 국립환경과학원에서는 2014년하반기부터 안전행정부의 새올행정시스템상의 인허가 정보를 제공받아 오염원 조사에 활용함으로써 산업체 오염원조사 결과 검증 방법을 보완할 예정이다.
- 마지막으로, 오염원조사에서 환경기초시설에 대한 오염도 조사항목으로 특정수질유해물질을 추가하여 기초처리시설에 유입되는 양과 해당 기초처리시설로 연계처리 시키는 폐수배출시설의 배출량 간의 물질수지를 검토하는 방안이 있다. Fig. 2에서 최근 12년간 종말처리시설로 연계처리되어 방류되는 폐수량이 급격히 증가하는 추세를 확인하였는데, 종말처리장의 특정수질유해물질 처리기술 및 용량 개선이 따라오지 않는 경우 유입량과 비례하여 방류되는 유해 물질이 증가할 수 있다. 오염원조사 결과 검증목적 이외에도 이러한 유해요인으로 인한 효과를 예측, 평가하는 목적 으로서 종말처리장의 특정수질유해물질 유입, 방류 농도는 관리되어야 할 지표임이 분명하다.
- 본 연구는 최근 12년간 전국오염원조사 결과를 토대로 금강유역에 위치한 배출시설로부터의 특정수질유해물질 발생현황을 분석하고, 그로부터 결과값의 신뢰도 측면에서 적합성 및 조사의 한계점과 보완방안을 제시하였다. 금강유역 전체 특정폐수 발생량은 2001년부터 2012년 사이 급격히 증가하는 추세를 보이는 반면, 물질별 발생량과 배출량은 12년간 증가 또는 감소되는 일관적 추세 없이 연간 발생량이 크게 변동하는 것으로 분석되었다. 2008년 82종으로 개편된 폐수배출시설 구분 기준을 적용하여 12년간 특정수질 유해물질 발생량이 높은 폐수배출시설에 한하여 배출현황을 분석한 결과, 오염원 조사에 특정폐수 배출현황을 보고한 업체는 연간 5% 미만, 동종 폐수배출시설의 12년 평균 입력 비율은 30% 미만으로 낮게 나타났다.
- ’03~’05년 업종별 실측 농도를 비교했을 때에도 오염원조사 특정수질유해 물질 오염도 정보가 상당부분 누락되었음을 시사해 오염원 조사 결과는 배출현황을 파악하는 근거자료로 부족하다고 여겨진다. 이러한 오류를 보완하기 위하여 배출시설별 원단 위를 산정하여 배출시설별 총폐수발생량을 기준으로 2012 년 특정수질유해물질별 연간 발생량의 지역적 분포를 비교 해본 결과, 오염원 조사결과는 특정 법정동에 집중되어 발생하는 반면, 원단위 기준 산정결과는 오염원조사상 발생량 (g/day)의 약 1.5배가 오염원 조사결과 분포 면적의 8배에 이르는 법정동에 걸쳐 발생되는 것으로 나타났다. 산업계 특정수질유해물질 오염원조사의 신뢰도 향상을 위한 보완 방법으로, 실제 조업현황을 반영한 인허가 내용 및 지도 점검 결과 원시자료를 오염원조사 결과 검증에 활용하는 방안과 연계처리시설로 이용되는 종말처리장에서의 특정수 질오염물질 오염도 항목을 추가하는 방안이 제시되었다.
- 5배가 오염원 조사결과 분포 면적의 8배에 이르는 법정동에 걸쳐 발생되는 것으로 나타났다. 산업계 특정수질유해물질 오염원조사의 신뢰도 향상을 위한 보완 방법으로, 실제 조업현황을 반영한 인허가 내용 및 지도 점검 결과 원시자료를 오염원조사 결과 검증에 활용하는 방안과 연계처리시설로 이용되는 종말처리장에서의 특정수 질오염물질 오염도 항목을 추가하는 방안이 제시되었다.
- 이러한 현상은 특정수질유해물질 종류의 증가(17종에서 ’06년 19종, ’08년 24종, ’10년 25종으로 증가)에 의하거나 실제 배출현황과 관계없이 오염원 자료 입력상 응답률에 변화가 있었을 가능성 모두 가능하다. 폐수처리유형의 변화를 보면, 특정수질유해물질이 종말처리장을 통하여 연계처리되는 비율이 높아짐을 발견할 수 있고, 이것은 공공수역의 특정수질유해물질 부하량이 환경기초시설 처리효율에 크게 영향을 받는 방향으로 나아가고 있음을 알 수 있다.
- 현재 국내 법률상으로 특정수질유해물질 배출업소 규정기준은 원폐수 농도 기준 검출한계 이상으로 정하여 엄격하게 관리되고 있는 듯 보이나, 인허가 등록대장상 배출물질만 기재되었을 뿐, TMS 부착의무나 배출농도 보고 의무가 없어 기본부과금대상물질과 비교했을 때 조업 중 감독기능이 상대적으로 허술하다. 두 번째의 경우, 장시간 배출허용기준 미만의 수준을 유지하는 배출시설이라도 사고 발생 및 조업조건 변동에 따라 고농도 특정수질유해물질 배출이 가능함을 시사한다. 따라서, 특정수질유해물질 배출업소 원폐수와 방류수 농도 감독관리 기능 강화로 조사결과의 신뢰성 향상과 함께 유해물질 다량유출 사고를 방지하는 효과를 기대할 수 있다.
후속연구
- 현재 매년 시행되고 있는 산업계 오염원조사는 특정수질 유해물질을 포함한 수질오염물질에 대하여 개별 폐수배출 업소 원폐수 및 방류수 농도 및 연계처리시설, 폐수처리 방법 등 오염물 배출에 관한 상세한 정보를 기입하도록 유도하고 있다. 개별 폐수배출업소가 특정수질유해물질 발생 및 처리에 대한 정보를 충분히 인지하고 있고, 그 정보가 오염원조사 결과로 이어진다면 오염원조사 결과를 토대로 산업계의 특정수질유해물질 발생 현황에 대한 분석과 향후 산업계 폐수 관리에 대한 정책 입안 과정이 무리 없이 진행될 수 있을 것으로 판단된다. 그러나 현재 연 1회 실시 되는 산업계 오염원 조사는 1-3종 개별 폐수배출업소의 입력 값과 4-5종 폐수배출업소가 소속된 지역 공무원의 입력 내용에 대하여 검증기능이 지원되지 않아 신뢰도 향상을 위한 조사기법 개선 및 검증기능 강화가 요구되고 있다.
- 그러나 Table 3에서 보이듯이 추출된 폐수배출시설에 포함된 사업체 전체 중 매해 5% 미만의 업체가 특정폐수 발생량을 입력하였고, 동종 폐수배출시설의 ’01~’12년 평균 입력 비율이 30%를 넘지 않고, 연간 수치 변화의 폭이 커, 입력 값에 대한 신뢰도 조사가 필요하다.
- 과거 국립환경과학원에서 수행한 ‘폐수배출시설 표준원단위 조사연구’과제를 통하여 배출시설별 폐수발생량, BOD, COD, SS, T-N, T-P 원단위를 산정하였는데, 특정수질유해 물질의 경우 다양한 (28종) 물질에 대한 배출과정을 이해 하기 위하여 배출업소가 사용하는 화학물질 mass balance 및 폐수처리 공정별 효율에 대한 다년간의 자료 축적이 필요할 것으로 보인다.
- 국내 오염원조사는 전국 모든 시설에 동일한 조사항목을 적용시키면서 시설별로 어떤 원시자료를 활용하고, 각조사항목을 어떻게 해석하여 보고하는 지에 대한 정보가 없어 검증에 활용할 근거자료가 부족하다는 문제가 있는데, E-PRTR 조사와 같이 “활용 가능한 최선의 데이터”와 산정 방식에 관한 정보 등 시설별 보충자료를 제공받을 수 있다면 좀 더 과학적인 신뢰성 검증이 가능할 것으로 판단된다.
- 한편, 이러한 관리감독 기능을 강화할 수 있는 검증기초 자료로 취급원료 및 생산과정에 따라 세분화된 배출시설의 화학물질 전생애관리(life cycle assessment) 연구를 통한 특정수질유해물질 원단위 정보가 유용하게 사용될 수 있다. 과거 국립환경과학원에서 수행한 ‘폐수배출시설 표준원단위 조사연구’과제를 통하여 배출시설별 폐수발생량, BOD, COD, SS, T-N, T-P 원단위를 산정하였는데, 특정수질유해 물질의 경우 다양한 (28종) 물질에 대한 배출과정을 이해 하기 위하여 배출업소가 사용하는 화학물질 mass balance 및 폐수처리 공정별 효율에 대한 다년간의 자료 축적이 필요할 것으로 보인다.
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