[논문]하수종말처리장 방류수내의 보존성 화학종들을 이용한 하천유량측정

김강주; 이지선; 오창환; 황갑수; 유재연; 김진삼; 여성구

문제 정의

본 연구는 전주하수종말처리장의 방류수와 이에 영향을 받는 만경강 및 그 지류에 대하여 수행되었다. 연구결과, 하수종말처리장 방류수내의 몇 가지 용존물질은 유량측정을 위한 훌륭한 추적자로 이용될 수 있음이 밝혀졌다.
유량(Q2, Q3)을 계산할 수 있다. 본 연구에서는 하수종말처리장의 방류수를 추적물질 용액으로 보고, 이것이 하천수와 섞여서 변화되는 농도를 관찰하는 방법으로 하천유량을 측정하였다. 그러나, 이와 같은 방법이 정확하게 이용되기 위해서는 방류수의 유량 및 수질은 일정하여야 하고추적자로 이용되는 화학종들은 하천을 흐르면서 추가되거나 제거되지 않아야 하며, 또한 유량과 농도를 알지 못하는 물의 유출입은 무시할 수 있을 만큼 작아야 한다는 문제점이 있다.

제안 방법

본 연구를 위하여 방류수와 만경강 지류들에 대하여 2차례(1999년 8월, 9월)에 걸쳐 현장조사 및 전체적인 시료 채취를 수행하였다. 같은 해 10월 7일에는 전주하수종말처리장 방류수에 대한 시간별 수질 조사가 수행되었다.
하천으로 유입되는 몇 개의 배수로(그림 2)의 El, E2지점) 에대하여는 프로펠러 유소계를 이용하여 유량을 직접 측정하기도 하였다. 수질분석은 주요음이온 (C₁-, S04=, NO₃-), 주요양이온(Ca++, Mg++, Na+, K+), 염기도, pH, 전기전도도 등에 대하여 수행하였다.
현장조사는 전주하수종말처리장 방류지점에서 만경강이 익산천과 합류되는 곳의 하류지점까지 약 15㎞구간내의 모든 유입수에 대하여 수행하였다(그림 2). 하천으로 유입되는 몇 개의 배수로(그림 2)의 El, E2지점) 에대하여는 프로펠러 유소계를 이용하여 유량을 직접 측정하기도 하였다. 수질분석은 주요음이온 (C₁-, S04=, NO₃-), 주요양이온(Ca++, Mg++, Na+, K+), 염기도, pH, 전기전도도 등에 대하여 수행하였다.

대상 데이터

시료 채취를 수행하였다. 같은 해 10월 7일에는 전주하수종말처리장 방류수에 대한 시간별 수질 조사가 수행되었다. 현장조사는 전주하수종말처리장 방류지점에서 만경강이 익산천과 합류되는 곳의 하류지점까지 약 15㎞구간내의 모든 유입수에 대하여 수행하였다(그림 2).
이와 같은 측정을 위하여 제방을 통과한 물이 전주천과 섞여서 만경강으로 방류되는 E지점과 제방을 통과한 물에 영향을 받지 않는 L, 지점, 그리고 이들 사이에 유입되고 있는 농수로 (El, E2 지점)의 수질자료를 이용하였다. 본 계산을 위하여 El, E2지점에서 유입되는 유량은 프로펠러 유속계를 이용하여 측정하였다. 계산결과, 제방을 통과하는 물은 일 30.
이와 같은 측정을 위하여 제방을 통과한 물이 전주천과 섞여서 만경강으로 방류되는 E지점과 제방을 통과한 물에 영향을 받지 않는 L, 지점, 그리고 이들 사이에 유입되고 있는 농수로 (El, E2 지점)의 수질자료를 이용하였다. 본 계산을 위하여 El, E2지점에서 유입되는 유량은 프로펠러 유속계를 이용하여 측정하였다.
같은 해 10월 7일에는 전주하수종말처리장 방류수에 대한 시간별 수질 조사가 수행되었다. 현장조사는 전주하수종말처리장 방류지점에서 만경강이 익산천과 합류되는 곳의 하류지점까지 약 15㎞구간내의 모든 유입수에 대하여 수행하였다(그림 2). 하천으로 유입되는 몇 개의 배수로(그림 2)의 El, E2지점) 에대하여는 프로펠러 유소계를 이용하여 유량을 직접 측정하기도 하였다.

성능/효과

9월현장조사시의 황산이온농도와 전주하수종말처리장 방류량(31만㎥/day)을 이용하여 유량을 계산한 결과 처리장 방류지점 직상류에서의 전주천 유량은 27.5만㎥/day로 방류지점 직하류에서의 총 유량 중 처리장방류수가 전체의 50%이상을 차지하는 것으로 나타났다(표 1). 본 방법으로 계산된 처리장 방류지점 직상류에서의 전주천 유량은 다른 물리적 방법을 이용하여 측정한 값 (28.
본 계산을 위하여 El, E2지점에서 유입되는 유량은 프로펠러 유속계를 이용하여 측정하였다. 계산결과, 제방을 통과하는 물은 일 30.5만㎥로 나타났으며, 이는 하수종말처리장의 방류수와 비슷한 엄청난 양이었다. 이러한 유량의 측정은 오직 본 연구에서 제시된 방법으로만 가능한 것이었다.
가능하게 하였다. 또한 본 방법을 이용하여 다른 물리적인 방법으로는 불가능한 제방을 통과하는 유량도 알아낼 수 있었다. 따라서, 본 연구에서 제시된 방법은 여러 가지 수문학적 상황에서도 응용될 가능성이 매우 높으므로 보다 체계적인 추가연구가 수행된다면 친환경적 유량측정법으로 자리매김할 수 있을 것으로 판단된다.
이를 이용한 방법은 비록 정밀하게 제어되는 일반적인 추적자 시험법에 비하여는 정확도가 떨어지지만 유속과 유수 단면적을 이용하는 일반적인 유량측정법보다는 정확도가 높을것으로 판단된다. 또한, 기존의 추적자 시험법의 한계로 지적되어온 대규모의 하천에서도 환경적 피해없이 적용할 수 있는 경제적인 방법으로 평가되었다.
5만㎥/day로 방류지점 직하류에서의 총 유량 중 처리장방류수가 전체의 50%이상을 차지하는 것으로 나타났다(표 1). 본 방법으로 계산된 처리장 방류지점 직상류에서의 전주천 유량은 다른 물리적 방법을 이용하여 측정한 값 (28.3m, /day)과 놀라울 정도로 비슷한 값을 보이고 있었다.
본 연구에서 제시된 추적자시험법은 종말처리장 방류수가 방대하여 유량이 많은 하천에서도 추가적인 환경적 피해없이 저렴한 비용으로 유량측정을 가능하게 하였다. 또한 본 방법을 이용하여 다른 물리적인 방법으로는 불가능한 제방을 통과하는 유량도 알아낼 수 있었다.
연구결과, 하수종말처리장 방류수내의 몇 가지 용존물질은 유량측정을 위한 훌륭한 추적자로 이용될 수 있음이 밝혀졌다. 이를 이용한 방법은 비록 정밀하게 제어되는 일반적인 추적자 시험법에 비하여는 정확도가 떨어지지만 유속과 유수 단면적을 이용하는 일반적인 유량측정법보다는 정확도가 높을것으로 판단된다.
그러나, 하수종말처리장 방류지점 하류에서의 수질은 이러한 배경 하천수와 방류수간의 혼합에 의하여 결정되고 있는 양상을 보이고 있었다 (그림 3). 이러한 혼합효과로 인하여 연구지역의 수질은 각각의 화학종간에도 높은 상관관계를 보여주고 있었다.
전주하수종말처리장 방류수에 영향을 받지 않을 것으로 예상되는 지점에서의 수질은 양이온, 음이온, 전기전도도 등 모든 항목에서 매우 낮은 값을 보이고 있었다. 그러나, 하수종말처리장 방류지점 하류에서의 수질은 이러한 배경 하천수와 방류수간의 혼합에 의하여 결정되고 있는 양상을 보이고 있었다 (그림 3).
조사시기별로 수질자료를 분석하여 보면 8월 중에는 염소이온과 황산이온과의 상관관계가 훌륭하게 나타나고 있었으나, 9월중에는 그러한 관계가 많이 완화되어 있었다(그림 3). 이는 하천에 1999년 9월의 시료채취시기에는 방류수 수질이 일정하지 않음으로 생긴현상으로 생각된다.
처리장방류수는 아주 높은 주요 이온들 (C₁-, SO₄=, N03-, Ca++, Mg++, Na+, K+)의 농도와 염기도, 전기전도도 등을 보이고 있었다. 전주하수종말처리장 방류수에 영향을 받지 않을 것으로 예상되는 지점에서의 수질은 양이온, 음이온, 전기전도도 등 모든 항목에서 매우 낮은 값을 보이고 있었다.

후속연구

또한 본 방법을 이용하여 다른 물리적인 방법으로는 불가능한 제방을 통과하는 유량도 알아낼 수 있었다. 따라서, 본 연구에서 제시된 방법은 여러 가지 수문학적 상황에서도 응용될 가능성이 매우 높으므로 보다 체계적인 추가연구가 수행된다면 친환경적 유량측정법으로 자리매김할 수 있을 것으로 판단된다.

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