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문제 정의
- 1에 제시되었듯, 환경부에서는 효과적인 조류경보제 운영을 위한 실시간 녹조 모니터링 고도화를 위하여 녹조 예측 및 모니터링 시스템 개발․고도화, 녹조의 사전제어로써 주요 비점오염원인 인(P) 제거․관리기술, 효과적 정수처리를 위한 녹조제거 기술개발을 중점적으로 연구하고 있다. 미래부에서는 정수장을 중점으로 취수구부터 정수처리 공정까지 녹조제거를 위한 핵심기술을 개발하는데 목적을 두고 있다. 국토부는 하천, 댐 등에 발생하는 녹조를 대상으로 하천구조체(대형 댐, 보, 하도, 하상 등)를 활용한 녹조관리기술 개발 및 하천설계기준에 조류저감기술을 반영하는 것을 주요 목표로 두고 있다.
- 본 연구는 다양한 조류저감기술 가운데 현장적용된 객관적 자료의 확보 및 상용화되어 있는 28개의 기술에 대해 중점 조사를 진행하였다. 조사된 조류저감기술들은 기술의 원리, 제원, 처리공정, 현장 검증 자료를 평가․분석하여 각 기술을 공법별, 적용 수체 유속별, 녹조발생 시기별로 분류하여 정리하였다(Table 1).
- 본 연구는 위에서 언급한 조류저감기술의 문제점을 보완하기 위해 현재 개발되어 있는 국내 조류저감기술을 평가(evaluation)· 분석(analysis) 후 분류(classification)하였다.
제안 방법
- 공법별 분류는 수질 및 수생태계 보전에 관한 법률 시행규칙 제 7조에 의거한 [별표 5]를 참고하여 분류하였으며 기술중 여러 공법을 동시에 사용하는 공법은 복합처리공법으로 분류하였다. 수체유속별 분류는 유속 0.
- 다양한 현장에서 확보된 객관적 자료와 조류저감시설을 운영하는 현장 운영자들의 설문조사를 토대로 각 조류저감 기술의 경제성, 현장 적용성, 효과 지속성, 수생태 안전성을 주요 지표로 평가하여 Table 2에 요약하였다. 모든 평가 지표는 각 지표별 상대평가 후 정량화된 수치(1~5점)로 강제 배분 후 정규분포의 표준화를 통해 Z값을 산정 후 3 그룹(poor, fair, good)으로 각각 분류하였다.
- 분류 기준은 (1) 공법구분(물리적, 화학적, 생물학적, 복합적), (2) 적용 수체의 유속(정체, 흐름) (3) 적용 시점(사전예방, 초기, 대량발생 및 회수)의 3가지 기준에 의해 분류하였다. 또한, 다양한 현장에서 확보된 객관적 자료를 조사해 각 조류저감 기술의 경제성, 현장 적용성, 효과 지속성, 수생태 안전성을 고려한 현장 맞춤형 조류저감기술에 대한 평가를 실시하였다. 본 연구를 통해 수행된 조류저감기술 평가․분석․분류를 통해 조류저감기술 활용도를 높이고 다양한 현장에서 적용 가능한 맞춤형 녹조 제어기술의 선정 시 기본 가이드라인 자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
- 다양한 현장에서 확보된 객관적 자료와 조류저감시설을 운영하는 현장 운영자들의 설문조사를 토대로 각 조류저감 기술의 경제성, 현장 적용성, 효과 지속성, 수생태 안전성을 주요 지표로 평가하여 Table 2에 요약하였다. 모든 평가 지표는 각 지표별 상대평가 후 정량화된 수치(1~5점)로 강제 배분 후 정규분포의 표준화를 통해 Z값을 산정 후 3 그룹(poor, fair, good)으로 각각 분류하였다.
- 조류저감기술 중 현재 실험실 규모에서 개발되었으나 현장적용을 통한 검증이 시행되지 않은 기술은 배제하였으며, 실제 중소형 하천과 호소에서 적용되고 있는 상용화된 기술을 대상으로 객관적 자료를 조사․평가하였고, 평가된 기술에 대해 분석을 통하여 분류 작업을 실시하였다. 분류 기준은 (1) 공법구분(물리적, 화학적, 생물학적, 복합적), (2) 적용 수체의 유속(정체, 흐름) (3) 적용 시점(사전예방, 초기, 대량발생 및 회수)의 3가지 기준에 의해 분류하였다. 또한, 다양한 현장에서 확보된 객관적 자료를 조사해 각 조류저감 기술의 경제성, 현장 적용성, 효과 지속성, 수생태 안전성을 고려한 현장 맞춤형 조류저감기술에 대한 평가를 실시하였다.
- 실제 하천과 호소에서 적용된 상용화된 28개 조류저감기술의 현장적용 자료를 조사하고, 이를 분석(analysis)하여 분류(classification)하였다. 분류 기준은 (1) 공법구분(물리적, 화학적, 생물학적, 복합적), (2) 적용 수체의 유속(정체, 흐름) (3) 적용 시점(사전예방, 초기, 대량발생 및 회수)의 3가지 기준에 의해 분류하였으며, 각 조류저감기술은 경제성(cost effectiveness), 현장 적용성(field applicability), 효과 지속성 (effect durability), 수생태 안전성(eco friendliness)을 주요 지표로 상대평가 후 정규분포의 표준화를 통해 분류하였다.
- 공법별 분류는 수질 및 수생태계 보전에 관한 법률 시행규칙 제 7조에 의거한 [별표 5]를 참고하여 분류하였으며 기술중 여러 공법을 동시에 사용하는 공법은 복합처리공법으로 분류하였다. 수체유속별 분류는 유속 0.2 m/s를 기준으로 정체(stagnant)와 흐름(flow)으로 분류하였다. 적용시점별 분류는 사전예방단계(precautionary period), 녹조발생 초기단계(initial period), 녹조 대량발생 및 회수단계(bloom & harvesting period)로 3그룹으로 실시하였다.
- 실제 하천과 호소에서 적용된 상용화된 28개 조류저감기술의 현장적용 자료를 조사하고, 이를 분석(analysis)하여 분류(classification)하였다. 분류 기준은 (1) 공법구분(물리적, 화학적, 생물학적, 복합적), (2) 적용 수체의 유속(정체, 흐름) (3) 적용 시점(사전예방, 초기, 대량발생 및 회수)의 3가지 기준에 의해 분류하였으며, 각 조류저감기술은 경제성(cost effectiveness), 현장 적용성(field applicability), 효과 지속성 (effect durability), 수생태 안전성(eco friendliness)을 주요 지표로 상대평가 후 정규분포의 표준화를 통해 분류하였다.
- 적용시점별 분류는 사전예방단계(precautionary period), 녹조발생 초기단계(initial period), 녹조 대량발생 및 회수단계(bloom & harvesting period)로 3그룹으로 실시하였다.
- 본 연구는 위에서 언급한 조류저감기술의 문제점을 보완하기 위해 현재 개발되어 있는 국내 조류저감기술을 평가(evaluation)· 분석(analysis) 후 분류(classification)하였다. 조류저감기술 중 현재 실험실 규모에서 개발되었으나 현장적용을 통한 검증이 시행되지 않은 기술은 배제하였으며, 실제 중소형 하천과 호소에서 적용되고 있는 상용화된 기술을 대상으로 객관적 자료를 조사․평가하였고, 평가된 기술에 대해 분석을 통하여 분류 작업을 실시하였다. 분류 기준은 (1) 공법구분(물리적, 화학적, 생물학적, 복합적), (2) 적용 수체의 유속(정체, 흐름) (3) 적용 시점(사전예방, 초기, 대량발생 및 회수)의 3가지 기준에 의해 분류하였다.
- 조류저감기술의 수체 유속에 따른 분류는 기술 적용 후 조류저감 효과를 구현할 수 있는 수체의 유속에 따라 분류하였다. 수체유속별 분류는 갈수기의 평균 유속 0.
- 본 연구는 다양한 조류저감기술 가운데 현장적용된 객관적 자료의 확보 및 상용화되어 있는 28개의 기술에 대해 중점 조사를 진행하였다. 조사된 조류저감기술들은 기술의 원리, 제원, 처리공정, 현장 검증 자료를 평가․분석하여 각 기술을 공법별, 적용 수체 유속별, 녹조발생 시기별로 분류하여 정리하였다(Table 1).
대상 데이터
- 4%를 차지하였다. 조사된 조류저감기술의 75%는 유속 0.2 m/s 이하의 정체된 호소, 저수지, 소형 하천을 대상으로 적용되었으며, 이동식 녹조제거선과 수체 강제순환, 수중 폭기, 여과 등은 유속의 흐름에 크게 영향을 받지 않는 현장에 적용되었다. 가압부상장치와 컨베이어 벨트 및 탈수장치를 탑재한 현장가압부상 방식의 이동식 녹조제거선이 현장 적용성은 가장 우수한 것으로 조사되었으나, 경제성 부분에서는 미생물 제제, 일부 광물기반 천연 응집제 및 수류 순환장치 등이 비교적 저비용으로 현장 적용 가능한 것으로 조사되었다.
성능/효과
- Table 2에 제시되었듯, 가압부상장치와 컨베이어 벨트 및 탈수장치를 탑재한 현장가압부상 방식의 이동식 조류제거 선과 응집제 살포와 부상 바이오매스의 회수 기술이 현장 적용성은 가장 우수한 것으로 조사되었으나, 초음파와 플라즈마를 활용한 기술은 비교적 현장 적용성이 좋지 않은 것으로 조사되었다. 경제성 부분에서는 미생물 제제, 일부 광물기반 천연 응집제 및 수류 순환장치 등이 비교적 저비용으로 현장 적용되었으나, 생물유래 살조물질과 가압부상 방식의 이동식 녹조제거선 및 초음파 장치 등은 고비용으로 조사되었다.
- 2 m/s 이하의 정체된 호소, 저수지, 소형 하천을 대상으로 적용되었으며, 이동식 녹조제거선과 수체 강제순환, 수중 폭기, 여과 등은 유속의 흐름에 크게 영향을 받지 않는 현장에 적용되었다. 가압부상장치와 컨베이어 벨트 및 탈수장치를 탑재한 현장가압부상 방식의 이동식 녹조제거선이 현장 적용성은 가장 우수한 것으로 조사되었으나, 경제성 부분에서는 미생물 제제, 일부 광물기반 천연 응집제 및 수류 순환장치 등이 비교적 저비용으로 현장 적용 가능한 것으로 조사되었다. 녹조발생 억제 효과 지속성 측면에서는 적용 기술들 대부분이 단기간(2주 이내) 효과는 지속되었으나 장기적 효과는 없는 것으로 조사되었다.
- 공법 원리별로 분류 시 물리적 공법이 9개로 32.2%, 화학적 공법이 7개로 25%, 생물학적 공법이 6개로 21.4%, 여러 가지 공법을 동시에 사용하는 복합처리 공법이 6개로 21.4%를 차지하였다. 조사된 조류저감기술의 75%는 유속 0.
- 가압부상장치와 컨베이어 벨트 및 탈수장치를 탑재한 현장가압부상 방식의 이동식 녹조제거선이 현장 적용성은 가장 우수한 것으로 조사되었으나, 경제성 부분에서는 미생물 제제, 일부 광물기반 천연 응집제 및 수류 순환장치 등이 비교적 저비용으로 현장 적용 가능한 것으로 조사되었다. 녹조발생 억제 효과 지속성 측면에서는 적용 기술들 대부분이 단기간(2주 이내) 효과는 지속되었으나 장기적 효과는 없는 것으로 조사되었다. 발생현장에 적합한 (site-specific) 맞춤형 조류저감기술의 도입은 경제성, 현장 적용성, 효과 지속성, 수생태 안전성만 고려해서 산정하는것 보다, pilot 규모의 장ㆍ단기 운전을 통해 효율을 검증후 최종 도입하는 것이 바람직하다.
- 따라서 본 기술평가자료는 조류저감기술 선정 시 의사결정에 요구되는 참고자료로 활용하는 것이 바람직하며, 조류저감기술 선정은 실제 현장에 도입하기 전에 현장에서 pilot 규모의 장·단기 운전을 통해 효율을 검증 후 최종 도입하는 것이 바람직하다.
- 살조 및 천적 살포와 같은 녹조제어기술의 효과 지속성은 대부분의 기술들이 적용 후 2주까지는 효과가 지속되었으나, 그 이후로는 미미한 것으로 나타났다. 마지막으로, 수생태 안전성을 고려한 결과 미생물 제제, 광물기반 천연 응집제와 상시 운영되는 수류 순환장치 등은 우수한 반면, 합성 고분자 응집제의 주입과 응집․여과 및 초음파와 플라즈마 기술 등은 금속기반 응집제의 수용체 내 축적 및 스트레스로 인한 수생동물의 회피 등으로 수생태계에 부정적 영향을 끼치는 것으로 조사되었다.
- 본 연구에서 조사된 28개의 조류저감기술을 공법 원리별로 분류 시 물리적 공법이 9개로 32.2%, 화학적 공법이 7개로 25%, 생물학적 공법이 6개로 21.4%, 여러 가지 공법을 동시에 사용하는 복합처리 공법이 6개로 21.4%에 해당되었다(Fig. 4(a)).
- 조사된 조류저감기술의 75%는 갈수기의 평균 유속 0.2 m/s 이하의 정체된 호소, 저수지, 소형 하천을 대상으로 적용되었으며, 주로 동물플랑크톤, 물벼룩, 살조 미생물 및 바이러스 및 원생동물에 의한 포식을 통한 생물학적 공법과 광물기반 천연 응집제, 생물유래 살조물질 등의 주입에 의한 화학적 공법, 미세기포와 가압부상 및 초음파에 의한 물리적 공법 등이 적용되었다. 이에 반해, 가압부상 방식의 이동식 녹조제거선과 수체 강제순환, 수중 폭기, 여과 등은 유속의 흐름에 크게 영향을 받지 않고 다양한 현장(stagnant/ flow)에 적용되었다(Fig.
- 대부분의 예방과 초기 대응기술이 주로 물리적, 생물학적 공법이 적용된 반면, 대량발생 및 회수 대응기술로는 화학적 공법이 대부분을 차지하였다. 즉, 조류가 대량발생 후에는 신속 처리 및 대응할 수 있는 공법으로 다양한 응집제 살포 후 조류 바이오매스를 회수하는 공정이 널리 적용되고 있는 것으로 확인되었으나, 이러한 기술은 현장 적용성은 우수하나 효과 지속성, 수생태 안전성에 일부 논란을 야기하고 있는 것으로 조사되었다.
후속연구
- 현재 국내 녹조에 관련된 정책은 녹조가 대량발생 후 녹조를 회수하는데 초점을 두고 있으나, 녹조현상을 초기에 예방․제어하기 위해서는 녹조가 발생 전 예방이나 녹조 발생 초기에 선제적으로 대응하는 것이 더욱 중요하다고 판단된다. 따라서 녹조 발생 전 예방기술과 초기 단계에 적용할 수 있는 기술을 상시 설치․운영할 필요가 있으며, 초분 광센서를 장착한 드론․경비행기와 조류감시선을 상시 운영하여 녹조발생 우심지역에 대한 모니터링을 강화하여 녹조의 공간적 분포현황을 정확하게 분석하여 녹조발생에 선제적으로 대응해야 한다.
- 발생현장에 적합한 (site-specific) 맞춤형 조류저감기술의 도입은 경제성, 현장 적용성, 효과 지속성, 수생태 안전성만 고려해서 산정하는것 보다, pilot 규모의 장ㆍ단기 운전을 통해 효율을 검증후 최종 도입하는 것이 바람직하다. 또한, 회수된 조류 바이오매스를 바이오 에너지, 식물비료, 퇴비화 등 생물 자원화를 통해 기존 조류저감기술과 차별화된 에너지 회수형 조류저감기술 등의 신속한 개발 및 보급이 필요하다.
- 또한, 다양한 현장에서 확보된 객관적 자료를 조사해 각 조류저감 기술의 경제성, 현장 적용성, 효과 지속성, 수생태 안전성을 고려한 현장 맞춤형 조류저감기술에 대한 평가를 실시하였다. 본 연구를 통해 수행된 조류저감기술 평가․분석․분류를 통해 조류저감기술 활용도를 높이고 다양한 현장에서 적용 가능한 맞춤형 녹조 제어기술의 선정 시 기본 가이드라인 자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
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