춘천시 공공하수처리시설의 방류수가 의암호 수질에 미치는 영향 고찰 A Study on Impact of Public Sewage Treatment Works Affecting Water Qualities of the Lake Uiam in Chuncheon City원문보기
2011년말 저갈수기 북한강수계에서 수돗물 이취미 발생의 한 원인으로 의암호에서 조류 발생에 영양염류의 과다와 기상요인에 의한 것으로 보고 있으며, 특히 춘천지역의 생활하수에서 기인하는 영양염류를 중심으로 춘천시 공공하수처리시설의 방류수에서 배출하는 영양염류의 기여율 및 의암호 조류 발생과의 관계를 살펴보고 그 영향을 분석하고자 하였다. 의암호 수체 내 영양염류가 부영양화 수준으로 이미 존재하고 있고, 겨울철임에도 체류시간, 수온 등 환경요인은 조류 성장에 적합한 여건을 갖추고 있다. 의암호 수계에서 인처리시설 도입으로 하수처리장의 총인 부하량은 약 43% 저감하였고, 의암호 조류 농도(Chlorophyll-a)는 약 7% 정도 개선되었다. 반면, 인처리시설 도입에 따른 하수처리장의 질소 처리효율에는 거의 변화가 없는 것으로 나타났다. 이러한 문제를 좀더 효율적으로 해결하기 위해서는 의암호 상류지역에 대한 유역관리 대책을 수립하는것이 필요하며, 춘천지역 하수처리장의 질소 처리를 위한 운영 관리 개선 방안을 마련하는 것이 필요하다고 판단되었다.
2011년말 저갈수기 북한강수계에서 수돗물 이취미 발생의 한 원인으로 의암호에서 조류 발생에 영양염류의 과다와 기상요인에 의한 것으로 보고 있으며, 특히 춘천지역의 생활하수에서 기인하는 영양염류를 중심으로 춘천시 공공하수처리시설의 방류수에서 배출하는 영양염류의 기여율 및 의암호 조류 발생과의 관계를 살펴보고 그 영향을 분석하고자 하였다. 의암호 수체 내 영양염류가 부영양화 수준으로 이미 존재하고 있고, 겨울철임에도 체류시간, 수온 등 환경요인은 조류 성장에 적합한 여건을 갖추고 있다. 의암호 수계에서 인처리시설 도입으로 하수처리장의 총인 부하량은 약 43% 저감하였고, 의암호 조류 농도(Chlorophyll-a)는 약 7% 정도 개선되었다. 반면, 인처리시설 도입에 따른 하수처리장의 질소 처리효율에는 거의 변화가 없는 것으로 나타났다. 이러한 문제를 좀더 효율적으로 해결하기 위해서는 의암호 상류지역에 대한 유역관리 대책을 수립하는것이 필요하며, 춘천지역 하수처리장의 질소 처리를 위한 운영 관리 개선 방안을 마련하는 것이 필요하다고 판단되었다.
When abnormal taste and odor were detected in the tap water of the North-Han river watershed during the dry season in late 2011, excessive nutrients with algal growth in the Lake Uiam and weather factors were considered to be among its causes. The nutrients, in particular, originated from domestic s...
When abnormal taste and odor were detected in the tap water of the North-Han river watershed during the dry season in late 2011, excessive nutrients with algal growth in the Lake Uiam and weather factors were considered to be among its causes. The nutrients, in particular, originated from domestic sewage in the Chuncheon area. This study was conducted to investigate relations between the algal growth in the Lake Uiam and the contribution of nutrients from public sewage treatment works (PSTWs) in Chuncheon city, and based on this to analyze the environmental impact. Nutrients in the Lake Uiam have already been accumulated to the level of eutrophication. Even in winter, the conditions in the lake such as retention time and water temperature were favorable to boost algal growth. After phosphorus treatment processes were introduced, the PSTWs in the Lake Uiam watershed were able to reduce the total phosphorus loads by 43%. The algal concentrations in the Lake Uiam also dropped by about 7%. The nitrogen treatment efficiencies in the PSTWs, on the other hand, remained almost the same after the introduction of the phosphorus treatment processes. To solve these problems more efficiently, it is necessary to develop management strategies for the upstream area of the Lake Uiam and set plans to improve nitrogen treatment operation and management for the PSTWs in Chuncheon.
When abnormal taste and odor were detected in the tap water of the North-Han river watershed during the dry season in late 2011, excessive nutrients with algal growth in the Lake Uiam and weather factors were considered to be among its causes. The nutrients, in particular, originated from domestic sewage in the Chuncheon area. This study was conducted to investigate relations between the algal growth in the Lake Uiam and the contribution of nutrients from public sewage treatment works (PSTWs) in Chuncheon city, and based on this to analyze the environmental impact. Nutrients in the Lake Uiam have already been accumulated to the level of eutrophication. Even in winter, the conditions in the lake such as retention time and water temperature were favorable to boost algal growth. After phosphorus treatment processes were introduced, the PSTWs in the Lake Uiam watershed were able to reduce the total phosphorus loads by 43%. The algal concentrations in the Lake Uiam also dropped by about 7%. The nitrogen treatment efficiencies in the PSTWs, on the other hand, remained almost the same after the introduction of the phosphorus treatment processes. To solve these problems more efficiently, it is necessary to develop management strategies for the upstream area of the Lake Uiam and set plans to improve nitrogen treatment operation and management for the PSTWs in Chuncheon.
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문제 정의
따라서 본 연구는 2011년말 겨울철(저 · 갈수기) 북한강 수계에서 정수장 수돗물에서 발생한 이취미와 관련하여 의암호로 유입되는 춘천시 하수처리시설의 방류수가 호소 내 조류 발생에 미치는 영향을 살펴보기 위하여 2010년부터 2013년까지 4년간 의암호 국가수질측정망 자료(물환경정보시스템), 춘천시 하수처리장 방류수 수질자료(물환경정보시스템)를 이용하여 의암호의 수리 · 수문 등 환경요인과 춘천시 하수처리장 방류수 영양염류가 의암호의 영양염류 및 조류 발생에 어떠한 영향을 미치는 지 분석하고 그 대책을 고찰하였다.
가설 설정
Figure 5의 Lake Uiam 2(의암댐 2) 지점은 Figure 1에서와 같이 서면하수처리장 방류수의 영향을 받는 곳이고 Lake Uiam 3(의암댐 3) 지점은 춘천하수처리장 방류수의 영향을 받는 곳이다. PSTW outflow는 춘천지역 하수처리장 3개소의 방류수가 모두 의암호로 유입하므로 전체 평균 수질로 나타내었다.
제안 방법
2011년말 저 · 갈수기 북한강수계 물을 상수원수로 사용하는 수돗물에서 이취미가 발생하였고 이는 겨울철(저 · 갈수기) 조류가 발생하여 상수원수에서 이취미물질을 배출하는 것과 관련이 있는 것으로 알려져 있다. 북한강수계에서 조류의 발생 원인은 영양염류의 과다와 기상요인에 의한 것으로 보고 있으며 춘천지역의 생활하수에서 기인하는 영양염류를 중심으로 춘천시 공공하수처리시설의 방류수에서 배출하는 영양염류와 의암호 조류 발생과의 관계, 그 영향을 분석하고 대책을 고찰하였다.
의암호는 공공하수처리시설 방류수 수질기준 II지역으로 인처리 시설은 춘천하수처리장 2012년 6월, 서면 · 신북하수처리장은 2011년 10월 도입되었다(Table 1). 의암호의 수질은 환경부 수질측정망 운영결과를 활용하여 나타내었는데 의암댐1(댐앞, 신연교), 춘천 1(본류 유입부), 소양강2, 공지천1 지점의 조사결과를 활용하였다(Figure 1).
성능/효과
2010년부터 2013년까지 국가수질측정망 수질조사 결과, 북한강 본류인 의암호 유입부에서 조류 농도(Chlorophyll-a)가 평균 4.0 mg/m3로 소양강에서 평균 2.1 mg/m3, 공지천에서 평균 3.5 mg/m3로서 유입 조류 농도보다 높고 의암호 내 댐앞에서 조류 농도가 7.3 mg/m3로 높게 나타났다. 따라서 의암호 조류농도는 내부생산력에 의해 증가되는 것으로 추정된다.
2010년부터 2013년까지 국가수질측정망 수질조사 결과, 총인 및 총질소 등 영양염류의 경우 의암호 유입부인 춘천1 지점보다 댐앞(신연교) 지점의 수준이 다소 높게 나타났다. 즉, 총질소의 경우 평균 1.
pH는 2010년부터 2013년까지 4년간 평균 7.9℃이고 4.7 ~ 11.5의 범위에서 나타났으며, 2011년 이취미가 발생한 저 · 갈수기(‘11.9 ~ ’12.1)에는 조류가 증식하기 알맞은 7.3 ~ 8.6의 범위에서 조사되었고 평균 8.0 이었다.
따라서, 인처리시설 도입으로 의암호에서 총인 농도는 감소 효과가 큰 것으로 나타났으나 질소 및 조류 농도는 그대로 유지되어 크게 효과적이지 못한 것으로 나타났다. 이는 의암호 수체에 이미 상당량의 영양염류가 존재하고 있기 때문이며 의암호 상류지역에 대한 유역관리 대책을 수립하는 것이 필요한 것으로 판단되었다.
0% 감소하였다. 또한 Lake Uiam 3 지점에서 TP는 인처리시설 도입 전 0.059 mg/L에서 0.031 mg/L로 47.5% 감소하였는데 이때 춘천하수처리장 방류수의 TP 농도는 인처리시설 도입 전 0.916 mg/L에서 도입 후 0.140 mg/L로 84.7% 감소하였다. 의암호 내 댐앞에서 TP는 인처리시설 도입 전 0.
1 mg/m3로 약간 개선되었다. 반면, 총질소 인처리시설 도입 이후 질소 처리효율은 도입 전보다 도입후 1.1~2.4% 증가하거나 4.9% 감소하여 거의 변화가 없었다고 볼 수 있으며, 의암호에서 총질소는 인처리시설 도입 전 1.952 mg/L에서 인처리시설 도입 후 2.056 mg/L로 오히려 약간 증가하는 것으로 나타났다.
춘천시 하수처리장 방류수 총질소 부하량은 의암호 전체 유입량 대비 2010년 35%에서 2011년과 2012년 22 ~ 24%로 줄었다가 다시 2013년 32%로 늘어나 그 영향이 그대로 유지되는 것으로 나나났다. 소양강 및 하수처리장의 영향을 받아 의암호의 총질소 농도는 본류 유입부에서 평균 1.887 mg/L보다 의암호 댐앞에서 평균 2.148 mg/L로 약 14% 증가하였다(Table 5). 즉, 총질소 물질수지의 경우 북한강 본류에서 유입되는 부하량(기여율)이 하수처리장 방류수 부하량(기여율)보다 큰 것으로 나타났으며, 2012년 인처리시설 도입 이후 질소 처리효율은 거의 개선되지 않은 것으로 나타났다.
의암호 내 Lake Uiam 2 지점에서 TP는 인처리시설 도입 전 0.048 mg/L에서 0.029 mg/L로 39.6% 감소하였으며 이때 서면하수처리장 방류수의 총인 농도는 인처리시설 도입 전 0.784 mg/L에서 도입 후 0.180 mg/L로 77.0% 감소하였다. 또한 Lake Uiam 3 지점에서 TP는 인처리시설 도입 전 0.
7% 감소하였다. 의암호 내 댐앞에서 TP는 인처리시설 도입 전 0.042 mg/L에서 인처리시설 도입후 0.024 mg/L으로 감소하였고, 조류 농도는 인처리시설 도입 전 7.6 mg/m3에서 인처리시설 도입후 7.1 mg/m3로 6.6% 개선되었다. 즉, 인처리시설 도입으로 개별 하수처리장 방류수의 TP 농도 감소에 의해 의암호 내 방류수역에서의 TP 농도도 낮아져 도입에 따른 효과가 큰 것으로 나타났으나 의암호 내 댐앞 (신연교)에서는 수질개선 효과가 개별 방류수역보다 크지 못한 것은 이미 수체 내 상당량의 영양염류가 존재하고 있어 조류농도 저감 효과는 크지 않았다.
이취미물질의 경우 Geosmin 농도가 2011년(1기) 평균 36.8 ng/L, 2012년(2기) 평균 56.5 ng/L, 2013년(3기) 평균 15.3 ng/L 등 시기별로 차이가 있어 지속적인 조사가 필요한 것으로 나타났으며, 북한강수계 수돗물 이취미 발생시기인 2011년 겨울철 및 2012 년 여름철 남조류와 Geosmin 농도가 높게 나타났다 (Table 4).
9% 소폭 감소하였다. 즉, 방류수 총질소 농도는 인처리 시설 도입 전 6.249 ~ 12.204 mg/L에서 인처리 시설 도입 후 6.287 ~ 14.254 mg/L로 약간 증가하는 것으로 조사되었다. 춘천하수처리장의 경우 2013년 5월까지 방류수 질소 농도가 높게 지속된 것은 생물반응조 복개 및 낮은 질소 농도의 원수 유입이 원인인 것으로 판단되었다.
즉, 북한강수계 수돗물 이취미 발생시기인 2011년 저 · 갈수기 평균 수온은 13.3℃, 평균 pH는 8.0으로 조류발생에 적합한 조건을 갖는 것으로 나타났다(Figure 4).
158 mg/L로 다소 감소하였다. 즉, 인처리 시설 도입에 따라 방류수 총질소 농도는 도입 전보다 도입후 1.1~2.4% 증가하거나 4.9% 감소하여 처리효율은 거의 변화가 없었으며, 의암호에서 TN 농도는 인처리시설 도입전 1.952 mg/L에서 인처리시설도입 후 2.056 mg/L로 약간 증가하는 것으로 나타나 TN은 인처리시설 도입에 따른 영향을 받지 않는 것으로 보인다.
6% 개선되었다. 즉, 인처리시설 도입으로 개별 하수처리장 방류수의 TP 농도 감소에 의해 의암호 내 방류수역에서의 TP 농도도 낮아져 도입에 따른 효과가 큰 것으로 나타났으나 의암호 내 댐앞 (신연교)에서는 수질개선 효과가 개별 방류수역보다 크지 못한 것은 이미 수체 내 상당량의 영양염류가 존재하고 있어 조류농도 저감 효과는 크지 않았다. 또한 하수처리장에서 영양염류 유입뿐만 아니라 의암호 유역에서 비점원 오염물질 유입, 조류발생에 따른 내부생산에 의한 유입 등 다양한 경로로 유입되는 영양염류에 의한 영향으로 판단된다.
148 mg/L로 약 14% 증가하였다(Table 5). 즉, 총질소 물질수지의 경우 북한강 본류에서 유입되는 부하량(기여율)이 하수처리장 방류수 부하량(기여율)보다 큰 것으로 나타났으며, 2012년 인처리시설 도입 이후 질소 처리효율은 거의 개선되지 않은 것으로 나타났다.
춘천시 하수처리장의 총인 부하량은 점차 감소하는 추세이나 2012년 총인 방류수 수질기준 강화 이전에는 기여율이 높았다. 즉, 춘천시 하수처리장 방류수의 총인은 의암호 전체 유입량을 기준으로 하였을 때 75%에서 18%으로 그 영향이 크게 감소하였으며 총인 처리효율은 약 8~36% 정도 향상되었다. 북한강 본류의 총인 부하량이 차지하는 기여율이 2010년 19.
따라서 의암호 조류농도는 내부생산력에 의해 증가되는 것으로 추정된다. 춘천시 하수처리장 인처리시설 도입에 따라 의암호 총인 농도는 인처리시설 도입 전 평균 0.042 mg/L에서 도입 후 평균 0.024 mg/L로 43% 정도 감소하였으며, 이 때 조류 농도는 인처리시설 도입 전 평균 7.6 mg/L에서 도입 후 평균 7.1 mg/m3로 6.5% 정도 약간 감소한 것으로 나타났다(Figure 5). 2013년 국립환경과학원에서 춘천하수처리장의 방류수 총인농도 변화에 따라 방류수역의 의암호 수질이 변하는 정도를 살펴보기 위해 수행한 연구에서도 이와 유사한 결과를 얻었다.
후속연구
이는 의암호 수체에 이미 상당량의 영양염류가 존재하고 있기 때문이며 의암호 상류지역에 대한 유역관리 대책을 수립하는 것이 필요한 것으로 판단되었다. 또한 인처리 시설을 도입하여 의암호 내 총인 농도는 감소하였으나 총질소에 대한 저감 효과가 크지 못하므로 춘천지역 하수처리장 질소 처리를 위한 운영 · 관리 개선 방안을 마련하는 것이 필요한 것으로 판단되었다.
이러한 의암호 내 영양염류를 줄이기 위해서는 의암호(춘천댐 등) 상류지역에 대한 유역관리 대책을 수립하는 것이 필요하며 또한 인처리시설 도입으로 인한 총인 저감 효과에 비해 질소 저감 효과는 미흡하므로 춘천지역 하수처리장 질소 처리를 위한 운영 · 관리 개선 방안을 마련하는 것이 필요하다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
여름철과 겨울철 하상계수 변동이 큰 우리나라의 특성에 따른 물이용은?
우리나라는 여름철과 겨울철 하상계수의 변동이 커서 상시적인 물이용을 위해 팔당댐, 대청댐 등 댐을 건설하여 물이용의 효율을 높이고 있다. 또한 여름철 집중호우에 의한 홍수의 피해를 방지하기 위해 북한강 수계의 경우 상류지역에 소양강댐, 화천댐, 의암댐 등을 건설하여 우기에는 물을 가두어 놓았다가 건기에 일정한 유량으로 방류하면서 전력을 생산하고 있다. 이러한 장점 외에 이들 댐호에서는 오랜 기간동안 정체되어 체류시간이 길어져 조류가 성장 하기 좋은 조건을 제공하기도 하고 부영양화의 원인 물질인 질소와 인 등 영양염류를 축척하기도 한다.
의암호 인처리시설 도입이 질소 및 조류 농도에 효과적이지 못한 이유는?
따라서, 인처리시설 도입으로 의암호에서 총인 농도는 감소 효과가 큰 것으로 나타났으나 질소 및 조류 농도는 그대로 유지되어 크게 효과적이지 못한 것으로 나타났다. 이는 의암호 수체에 이미 상당량의 영양염류가 존재하고 있기 때문이며 의암호 상류지 역에 대한 유역관리 대책을 수립하는 것이 필요한 것으로 판단되었다. 또한 인처리 시설을 도입하여 의암호 내 총인 농도는 감소하였으나 총질소에 대한 저감 효과가 크지 못하므로 춘천지역 하수처리장 질소 처리를 위한 운영·관리 개선 방안을 마련하는 것이 필요한 것으로 판단되었다.
Geosmin과 2-MIB은?
2011년 11월에서 2012년 1월 사이에 북한강 물을 상수원으로 하는 수돗물에서 이취미가 발생하여 시민들이 심한 고통을 받는 일이 발생하였다. 이취미물질인 Geosmin과 2-MIB는 특정 식물성 플랑크톤의 대사물질이며 수돗물에서 흙냄새, 곰팡이냄새 등을 일으킨다. 북한강 수계에서 남조류인 Anabaena spiroides에 의해 저수온기에 이취미물질이 과다 생성된 것으로 알려져 있으나(유경아 등, 2013) 그 원인에 대해서 분명하게 밝혀진 것은 없다.
참고문헌 (12)
국립환경과학원. 2008. 조류예보제 발령기준 적정화 방안 연구.
국립환경과학원. 2010-2013a. 국가수질측정망 수질자료.
국립환경과학원. 2010-2013b. 전국오염원조사 자료.
국립환경과학원. 2012. 금강수계 조류발생에 따른 이취미물질 생성현황 및 관리방안 연구.
국립환경과학원. 2013. 북한강수계 중.상류 조류 발생 및 거동 예측 모델링 연구(I).
한강수계관리위원회, 한강물환경연구소. 2013. 한강수계 유해조류 분포 및 생리.생태적 발생 특성 연구.
Na, E. H. and S. S. Park. 2006. A hydrodynamic and water quality modeling study of spatial and temporal patterns of phytoplankton growth in a stratified lake with buoyant incoming flow, Ecological Modelling, 199: 298-314.
Reynolds, C. S, S. C. Maberly, J. E. Parker and M. M. Ville. 2012. Forty years of monitoring water quality in Grasmere (English Lake District): Separating the effects of enrichment by treated sewage and hydraulic flushing on phytoplankton ecology, Freshwater Biology, 57: 384-399.
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