초록 ▼

Ⅰ. 제 목 해양투기장 해역의 환경모니터링 기술 Ⅱ. 연구개발의 필요성 폐기물과 폐수(이하 폐기물)의 최종처분장은 육상, 대기, 해양 밖에 없다. 원할한 폐기물의 최종처분은 지속가능한 경제성장의 필수조건이다. 특히, 폐기물의 해양투기는 육지에서 처리하기가 곤란하고 처리비용이 과다하게 소요되는 폐기물을 해양에 투기함으로써 육상환경을 보호하고, 지속적 경제활동을 도모하기 위한 폐기물 최종처분의 한 방편으로 시행되고 있다. 그러나, 해양환경 역시 국민의 건강과 생태계의 보전을 위하여 보호하여야 할 국토환경의 일부이다. 따라서,

Ⅰ. 제 목 해양투기장 해역의 환경모니터링 기술 Ⅱ. 연구개발의 필요성 폐기물과 폐수(이하 폐기물)의 최종처분장은 육상, 대기, 해양 밖에 없다. 원할한 폐기물의 최종처분은 지속가능한 경제성장의 필수조건이다. 특히, 폐기물의 해양투기는 육지에서 처리하기가 곤란하고 처리비용이 과다하게 소요되는 폐기물을 해양에 투기함으로써 육상환경을 보호하고, 지속적 경제활동을 도모하기 위한 폐기물 최종처분의 한 방편으로 시행되고 있다. 그러나, 해양환경 역시 국민의 건강과 생태계의 보전을 위하여 보호하여야 할 국토환경의 일부이다. 따라서, 해양에서 폐기물투기를 친환경적으로 수행하기 위하여서는 과학적인 관리제도의 개발이 요구된다. Ⅲ. 연구개발의 목적 및 내용 본 연구의 목적은 폐기물의 해양투기로부터 해양환경의 영향을 최소화하는 방안을 도출하는 것이다. 이러한 목적을 성공적으로 달성하기 위하여, 다음과 같은 내용들을 본 연구에서 수행하였다. ․국내 폐기물 해양배출 특성 검토 ․외국의 투기장 활용 실태 검토 ․투기장 해역의 일반수질 조사 ․투기장 해역의 중금속 오염 조사 ․투기장 해역의 유기지방물질 분포 현황 조사 ․투기장 해역의 일차생산력 환경 특성 조사 ․투기장 해역의 박테리아 군집구조 특성 조사 ․투기장 해역의 저서생물 조사 ․투기장 해역의 미생물 및 단각류 독성 검사체계 개발 및 실험 ․투기장 해역의 오염물 이동․확산 수치실험 ․투기장 해역의 환경용량 및 활용성 제고방안 검토 ․투기장 해역의 환경 영향 평가 지침 개발 Ⅳ. 연구개발결과 1. 국내 폐기물 해양배출 특성 검토 현재 국내에서 육상기원 폐기물의 투기장으로 활용하고 있는 해역은 동해정해역, 동해병해역 및 서해병해역이다. 이들 해역에는 1988년 552,000 톤의 폐기물이 투기되었으나, 2000년에는 1988년 대비 약 13배 증가한 7,039,000톤의 폐기물이 투기되었다. 전체투기 페기물 총량에서 분뇨, 폐수 및 폐수처리오니가 대부분을 차지하고 있다. 폐수처리오니는 식료품 제조, 화학, 섬유, 피혁, 염색 공업 등 다양한 산업에서 유래한다. 해양투기의 허가 여부를 선별하는 폐기물 처리기준은 8 가지의 중금속 및 PCB, 불소화합물, 시안화합물, 유분, 페놀류, 유기인 화합물 등 총 14개의 화학적 성분 분석 결과에 의한다. 이들에 대한 분석방법은 고상 폐기물에 대하여서는 증류수에 의한 용출실험법을 적용하고 있다. 그러나, 선진 각국들에서는 대부분 총함량 실험법에 의한 분석법을 적용하고 있으며, 처리기준 또한 상한선과 하한선을 설정하여 생물실험을 병행하게 하고 있다. 투기를 허가과정에서 선진각국들은 해양처분 이외의 대안에 대한 비교 평가를 실시하고 있으며 폐기물의 물리, 화학, 생물학적인 정보의 요구와 함께 이들 물질의 투기로 예상되는 해양환경에의 영향에 대한 평가 과정을 포함하고 있다. 2. 외국의 투기장 활용 실태 검토 폐기물의 해양투기로부터 해양환경을 보호하기 위한 국제협약인 런던협약 1972는 그동안 수차례의 개정을 거쳤다. 그동안의 개정 내용을 살펴보면 다음과 같다. 1978 개정서; 해상소각에 대한 규제 및 분쟁에 관한 내용, 1980 개정서; 소각시 특별주의 물질 목록, 1989 개정서; 사전에 투기영향을 평가할 수 있는 충분한 과학적 정보, 1993 개정서는 저준위 방사능 폐기물의 투기금지, 산업폐기물의 해양투기축소로 1996년 이후 투기금지, 산업폐기물 및 하수오니의 해상소각금지를 내용으로 하고 있다. 그리고, 1996년에는 런던협약 1972를 한층 강화한 1996의정서를 채택하였다. 이것은 사전예방원칙, 오염자부담원칙, 투기로 인한 다른 국가의 환경 피해에 대한 국가 책임절차, 투기허용물질 축소, 투기허가 과정의 평가체제 도입을 그 내용으로 하고 있다. 런던협약 당사국들은 1993 개정서에 의거 1996년 이후 산업폐기물의 해양투기를 금지하고 있다. 일본은 이와 관련, 자국의 제도 개선을 통하여 산업폐기물의 해양투기 금지, 폐기물의 육상처리 원칙 및 투기폐기물의 계속적인 감축을 표명하였다. 해양투기장 운용과 관련하여, 일본은 우리나라와 비슷하게 해안선에서 50마일 이상 떨어진 외해에 폐기물의 해양투기장을 운용하고 있으며, 영국은 해안선에서 약 10마일 떨어진 곳에 약 100년전부터 폐기물의 해양투기를 시행해 오고 있다. 3. 투기장 해역의 일반수질 조사 투기해역이 장기간의 유기물 투기로 인하여 환경이 변화되어 가는지를, 즉 유기 폐기물 폐수 투기가 투기장에 영향을 미치는 지를 평가하기 위해서는 친생물원소의 장기적인 시계열 변이에 대한 규명이 필수적이다. 이에따라 황해에서 1992년 이후로 투기장 해역에서 관측된 자료를 정리한 결과, 투기에 의한 친생물원소에서의 뚜렷한 변이는 발견되지 않았다. C/N (입자성 유기탄소/입자성 유기질소) 비는 해양 식물플랑크톤의 C/N 비 (6.6)에 근접한다. 따라서 본 정점의 유기물 함량은 폐기물 투기보다는 해양에서 생산된 유기물에 의해 조절되는 것으로 판단된다. 수질관리 기준 (환경부 고시)와의 비교할 경우, 저층수의 경우에는 총질소, 총인 등은 I등급 이하이다. 그러나 환경부 해역 관리 기준은 연안을 대상으로 하고 있기 때문에, 연안에서 100 km 이상 떨어지고, 수심도 100 m 이상으로 깊어, 자연 해양과정에 지배를 받는 투기장해역에 적용하기에는 다소 무리가 있다. 또한 이들 농도들은 주변 비교해역 정점들과 비슷한 수준을 유지하고 있어, 투기에 따른 용존산소, 입자성부유물질, 총질소 및 총인 등에 대한 뚜렷한 영향은 없는 것으로 사료된다. 4. 투기장 해역의 중금속 오염 조사 폐기물의 투기로 인한 투기장 해역의 중금속 오염 여부를 검토하기 위하여 표층수중의 용존성 중금속, 퇴적물 주상시료에서의 중금속 및 생물체의 중금속 함량을 조사하였다. 용존성 중금속의 경우, 모든 투기장 해역에서 투기로 인한 농도 증가현상은 발견되지 않았다. 그러나, 퇴적물의 경우, 서해병해역과 동해병해역의 폐기물이 집중적으로 투기되는 지역에 최근 중금속 농도가 뚜렷하게 증가하는 경향이 나타내었다. 특히, 서해병해역의 경우, 집중 투기지역의 표층 퇴적물은 하부의 투기 영향을 받지 않은 깊이에 비하여 Cr 이 약 7 - 9 배 높은 502 ppm 으로 나타났다. 생물체중의 중금속 함량은 5종의 동물플랑크톤, 무척추동물, 어류 등을 채집하여 분석되어졌다. 그러나, 채집 생물의 개체수와 정점 수가 적어서 직접적인 평가는 어렵다. 본 연구에서 획득된 분석결과는 향후 투기장 해역의 생물체내 중금속 농축 경향에 대한 비교자료로써 유용하게 사용되어질 것이다. 5. 투기장 해역의 유기지방물질 분포 현황 조사 투기장 해역에서 설정된 정점에서의 각 해역의 지방물질의 지방산과 탄화수소의 분포 및 함량을 조사하였다. 동해 투기장 시료 채집은 1999년 4월(9904) 및 동년 10월(9910)에 2차례 조사를 수행하였으며 황해 투기장 시료는 2000년 춘계인 4월과 9월 그리고 2001년도 동계인 2월에 시료를 채취, 분석하였다. 해수는 용존성과 입자성을 깊이별로 조사하였으며 저서퇴적물 시료도 깊이별로 채집하여 분석하였다. 탄화수소의 분석 결과는 특히 황해 투기장 일원에 지속적인 외부 탄화수소의 유입이 있음을 시사하고 있다. 6. 투기장 해역의 일차생산력 환경 특성 조사 폐기물의 해양투기가 식물플랑크톤의 성장에 미치는 영향을 평가하기 위하여 폐기물을 해수와 희석 배양시켜, 폐기물과 인공 착화합물의 식물플랑크톤에 미치는 영향을 실험하였다. 하수처리 슬러지 등과 같이 유기물 기원의 폐기물은 식물플랑크톤의 생리적 기작에 악영향을 보이지 않았고 오히려 낮은 농도에서는 생산성의 증가를 보여주어, 현재 상태의 투기가 생태계에 심각한 부정적인 영향은 미치지 않는 것으로 보인다. 반면에 피혁폐수와 같이 중금속 등 보존성 오염물질을 포함하고 있는 폐기물의 해양투기에는 많은 고려가 필요한 것으로 판단된다. 투기장 해역에서의 일차생산, 신생산 및 재생산은 계절 변화가 뚜렷하나, 타해역과 비교할 경우, 투기에 따른 뚜렷한 영향은 발견되지 않았다. 그러나 성층으로 인하여 표층 영양염 농도가 고갈되는? 하계와 같이 표층 빈영양을 보이는 시기에 투기물이 다른 독성물을 포함하지 않을 경우에는, 투기장 해역의 식물플랑크톤 생산성을 증대시킬 수 있다. 그러나 일반 유기물의 경우에도, 과도하게 투기될 경우에는 분해되어 용존산소의 농도를 낮춤으로서 해양생물에 영향을 줄 지도 모른다. 따라서, 성층이 진행되는 시기에 투기장해역의 용존산소에 대한 모니터링이 요구된다. 7. 투기장 해역의 박테리아 군집구조 특성 조사 해양투기에 의하여 해수에 존재하는 총세균의 군집 구조의 변화 등 영향을 고찰하기 위하여 해수중 총세균의 DNA를 분리, 16S rDNA를 PCR로 증폭하여 선택적 제한 효소로 절단, 각 절편의 크기를 automatic DNA sequencer로 분석하는 ᄉ-RFLP 방법을 사용하여 세균 군집의 조성을 분석하였다. 8. 투기장 해역의 저서생물 조사 해양폐기물 투기에 대한 저서 생태계의 주요 구성원인 중형 및 대형저서생물의 서식밀도와 군집조성에 대한 반응을 이해하고자 황해의 투기해역과 주변의 대조구에서 조사정점을 선정하여 2000년 4월, 9월 및 2001년 2월에 현장 조사가 이루어졌다. 중형저서동물의 경우 각 조사지선의 조사정점에서 모두 20개의 중형저서생물 분류군이 출현하였으며, 전 정점에서 41～85%의 우점율로 선충류 (nematodes)가 우점하였고, 그 다음으로 유공충류 (sarcomastigophorans)와 저서성 요각류 (benthic harpacticoids)가 우점하는 양상을 보였다. 출현개체수에 있어서 대조구 정점인 YSR3에서 808개체/10㎠로 최대값을, 투기장 내부의 정점 YSD4에서 42개체/10㎠의 최소값을 보였다. 수직분포는 전 정점 모두 표층 1cm 이내에서 가장 높은 서식밀도를 나타냈으며, 그 이하로는 급격한 감소를 보였다. 대형저서동물군집의 경우에는 각 계절마다 7개 동물문에 속하는 56종 - 63종이 출현하여 총 89종의 저서동물이 출현하였다. 평균 서식밀도는 486개체/였고, 주요 우점종은 소형 갑각류인 Eudorella sp.와 소형 이매패류인 Thyasira tokunagai, 대형 다모류인 Nothria iridescens 등이었다. 황해투기장의 저서동물 분포양상은 투기장 중앙부에서 출현종수와 개체수 및 생물량이 상대적으로 적은 것으로 나타났고, 군집지수에서도 이와 같은 분포경향이 보였다. 출현종의 유사도에 의한 집괴분석과 배열법에서는 계절적인 차이는 크지 않았으며, 투기장 중앙내부역, 투기장 남쪽지역, 투기장 외곽지역 등으로 대별되었다. 황해투기장의 저서환경지표로서 선충류와 저서성요각류의 비인 N/C값은 정점 YSD8에서 3.4로 최소값을, 정점 YSD7에서 25.9로 최대값을 나타냈다. 대형저서동물의 저서오염지수에서는 대부분의 정점에서 55 이상을 보여 오염의 징후가 나타나지 않았으나, 생물계수값에서는 1.2 - 3.3의 범위에 있어서 약간 오염된 상태로 나타났고, 정점 YSR3에서는 중간정도 오염된 상태로 나타났다. 그러나, 이러한 생물조사를 통한 결과는 화학적인 분석 결과와 잘 일치하지 않는다. 이것은 투기장과 그 주변해역의 퇴적물의 입도가 정점에 따라 다르게 분포하는 것에 기인하는 것 같다. 향후 장기 모니터링을 통하여 시간에 따른 변화 경향을 파악할 필요가 있다. 9. 투기장 해역의 미생물 및 단각류 독성 검사체계 개발 및 실험 투기로 인한 투기장 해역의 해수 및 퇴적물 환경의 생물독성 여부를 평가하기 위하여 독성 검사체계를 수립, 실험하였다. 인간에 대한 독성의 조사를 위하여 human leukemia cancer cell line K562 세포주, 해양세균에 대한 독성은 해양성 발광 세균 Vibrio harveyi M-17을 이용하여 발광 반응을 통하여 해수 및 저서 퇴적물을 채집하여 해수는 용존성 지방질과 입자성 지방질을 추출하여 독성 정도를 분석하였다. 황해 투기해역의 퇴적물이 그 곳에 서식하고 있는 대형저서동물의 미치는 영향을 파악하기 위한 연구의 일환으로 단각류인 Grandidierella japonica를 이용한 퇴적물의 급성독성을 시험하고자 하였다. 또한 단각류와 같은 오염에 민감한 고등한 갑각류를 퇴적물 독성시험에 활용하는 기반이 없는 한국의 현실을 고려하여 상기 독성시험 대상종을 실내에서 사육하고 관리하는 시스템을 마련하였다. 황해 투기장의 퇴적물은 단각류에 의한 독성시험 결과 투기장 내부에 위치한 정점 YSD7에서는 2000년 봄철에는 생존율이 70 % 이상이었으나, 2001년 겨울철에는 50 % 이하의 생존율을 보여 계절에 따른 퇴적물 독성에 차이가 나타났다. 그러나 투기장 외곽역의 정점에서도 대조구 퇴적물에 비해 단각류의 생존율이 낮게 나타났다. 본 연구에서는 G. japonica 를 이용한 독성시험이 퇴적물 독성을 평가하는데 유용하게 사용될 수 있음을 확인할 수 있었다. 10. 투기장 해역의 오염물 이동․확산 수치실험 서해병, 동해병 및 정해역 투기물질의 이동 확산 산정을 위한 3차원 준 near-field 모델을 수립하였으며, 광역 해수유동 모델과 부모델의 연결, 그리고 각 투기해역별로 액상 및 오니 투기물질의 수평 및 수직방향 이동 확산에 대한 일연의 수치실험을 수행하였다. 투기빈도의 공간분포 및 년간평균투기총량에 근거하여 표층에서의 투기물질 단위시간당 투기량을 정의하여 서해병, 동해병 및 정해역별로 적용하였다. 액상 및 오니로 구분하여 모델 적용이 이루어졌으며 액상의 경우는 침강속도가 무시되고 오니의 경우 침강속도가 경험식으로 정의된다. 모델수행은 계절별로 수행되며 액상의 경우에는 1개월, 오니의 경우에는 3개월 및 6개월의 모델 수행이 실시되었다. 서해병 해역의 경우 투기물질이 대체로 하계에는 북서방향으로 우세하게 이동 확산되며, 동계에는 서방향 또는 서북서 방향으로 약간 우세하게 이동 확산되는 경향이 확인되었으며, 동해병의 경우 하계에는 서측, 동계에는 우측으로 확산되며, 동해정의 경우 북동방향으로 나타났다. 표층 최대농도는 약 (실제로는 투기방법 및 지속시간등에 따라 크게 달라질 것으로 예상되나) 서해병의 경우 액상 및 오니 모두 0.7mg/l 정도로 나타났으며, 동해병은 액상의 경우 0.2-0.25mg/l, 오니의 경우 2.2-2.4 mg/l, 동해정의 경우 최고 6.0 mg/l 정도로 나타났다. 침강속도 및 모델로 계산된 저층농도에 근거하여 추정할 때 서해병의 해저면상 오니의 최대퇴적률은 약 0.015-0.02, 동해병의 경우 서측방향에서는 0.02-0.03, 동측에서는 0.02-0.03 정도로 나타났다. 모델 개발 및 적용과정에서 확인된 것은 모델 결과가 해수유동 및 성층정도, 침강속도등에 매우 민감하게 나타났다. 추후 연구과제로는 투기물질의 이동 확산을 결정하는 기본자료인 해수유동에 대한 관측으로 이를 통하여 해수유동모델의 검증 및 개선이 요구되며 아울러 투기물질의 침강속도에 대한 직접적인 관측 및 오니의 해저질 분포 관측 등이 긴요할 것으로 판단된다. 11. 투기장 해역의 환경용량 및 활용성 제고방안 검토 투기장 해역의 모니터링 결과 및 투기 폐기물의 이동․확산 수치실험 결과를 바탕으로 현재 운용되고 있는 투기장 해역의 환경용량을 검토하였다. 해역의 환경 용량은 그 해역이 목표로 하고 있는 환경질과 관련된다. 목표 환경질은 일반적으로 사회적 합의에 의하여 도출된다. 현재 투기되고 있는 폐기물의 종류 및 양으로부터 발생될 수 있는 투기장 해역의 환경 영향은 크게 영양물질과 유기물질의 과다 공급으로 인한 부영양화와 오염물질의 농도 증가이다. 부영양화와 관련하여 모니터링 결과는 투기가 집중되고 있는 해역의 수층에서 어떠한 영향도 감지되지 않았다. 또한 수치실험 결과는 2000년의 투기현황을 결과로 할 경우, 동해정해역에서 겨울철의 표층 영양염 대비 인산염이 약 5 % 의 증가하는 것으로 나타났다. 그외 해역에서는 이들 해역보다 증가치가 훨씬 낮게 나타났다. 그러나, 하계에 성층이 발달하여 표면 혼합층의 영양염이 고갈된 상태에서는, 폐기물의 투기로 인한 일차생산력의 증가가 예상된다. 표층수중의 영양염의 농도가 투기장 부근 비교정점들에서의 배경농도 대비 약 10% 증가를 허용하는 범위에서의 환경용량은 동해정해역의 경우, 2000년 투기량보다 약 1.8배 많은 연간 3,420천톤에 이른다. 기타 투기장에서는 이보다 훨씬 증가한 폐기물의 투기를 수용할 수 있는 것으로 나타났다. 수층에서의 용존성 중금속 농도는 모니터링 결과, 투기가 집중되고 있는 정점과 기타 정점들간에 차이는 발견되지 않았다. 영양염과 마찬가지로 2000년 기준 투기폐기물의 용존성 중금속의 유입량을 근거로 실시한 수치모델 실험 결과는 동해정해역의 표층에서 약 5.6 % 의 Cu 농도가 증가하는 것으로 나타났다. 그외의 투기장에서의 수층에서의 용존성 중금속의 농도증가는 모두 1 % 미만으로 낮게 나타났다. 표층수중의 용존성 중금속의 10 % 농도 증가를 기준으로 한 환경 허용량은 동해 정해역의 경우, 영양염을 기준으로 한 것과 비슷한 수치를 보였다. 투기를 중지하였을 경우, 수치 실험 결과는, 수일 이내에 수층에서의 투기 폐기물의 농도가 배경 농도로 희석되어 비교적 빠르게 원상을 회복하는 것으로 나타났다. 투기 폐기물중 오니 등 입자 형태로 유입되어 해저면으로 침강하는 경우, 퇴적물에 오염물질의 축적이 이루어질 수 있다. 표면을 교란시키지 않고 채취된 퇴적물의 주상시료의 분석결과, 동해병해역과 서해병해역의 투기가 집중적으로 이루어지고 있는 지역에서는 퇴적물의 표층에 높은 농도의 중금속 농도가 발견되어졌다. 수치모델 실험결과 또한 퇴적물의 중금속 축적이 빠르게 진행되는 것으로 나타났다. 그러나, 실제 모니터링 결과와 수치모델 실험 결과는 축적되어지는 중금속의 종류 및 지역에서 편차를 보이고 있다. 이것은 수치모델 실험 결과에 입력된 오니의 침강속도와 중금속 종류별 농도의 차이에서 기인하는 것이다. 수치실험이 현장 관측 결과와 잘 일치할 수 있는 결과를 얻기 위하여서는 투기되는 폐기물의 특성에 대한 자료가 충실하게 확보되어져야만 한다. 수층에서와 마찬가지로 자연상태의 농도를 10 % 정도 증가시킬 수 있는 양으로 환경용량을 계산할 경우, 현재 동해병해역과 서해병해역으로 투기되는 오니류의 투기량은 2000년 기준으로 서해병해역의 경우는 수십분의 1로 감소시켜야 할 것이며, 동해병해역 또한 수십분의 1로 감축시켜야 할지 모른다. 그러나, 현재 국내의 퇴적물중의 중금속 농도에 대한 규제치는 마련되어 있지 않다. 따라서, 폐기물의 투기로부터 해양환경을 보전하기 위하여서는 현행 투기가 허용되는 품목중 중금속 등 유해물질의 농도가 높은 폐기물의 투기를 금지시켜야 할 것으로 사료된다. 높은 중금속 농도를 가진 폐기물이 해양으로 유입되는 근본적인 이유는 현행 투기 폐기물의 해양처리기준의 시험법이 고상의 경우, 용출시험법을 적용하고 있기 때문이다. 따라서, 현행 시험법을 구미 등의 국가들에서 적용하고 있는 총함유량 시험법으로 전환할 필요가 있다. 현재 투기장은 지정면적의 약 5 % 에 해당되는 지역에 투기가 편중되고 있다. 실제 투기이용 면적을 현재 이용해역의 4배로 확장시켜 고루 분산시키는 방법으로 투기를 시행할 경우, 수치모델에 의한 실험 결과는 수층과 퇴적물에 있어서 현재보다 훨씬 오염물질의 농도가 줄어드는 것으로 나타났다. 12. 투기장 해역의 환경 영향 평가 지침 개발 폐기물의 해양투기로부터 해양환경을 보전하기 위하여서는 폐기물이 투기되는 지역에 대한 지속적인 모니터링을 통한 사후관리가 요구된다. 모니터링은 허가조건의 부합 여부, 허가과정에서 수립된 가설의 검토, 현행 투기행위가 환경과 인간건강을 보호하기에 충분한지 여부를 확인하는 것이다. 현장모니터링 체계 수립을 위하여, 투기되어지는 폐기물들의 특성과 투기장의 조건 등을 고려한 영향 가설을 수립하였다. 현장 모니터링은 비용이 많이 든다. 따라서, 비용을 고려하여, 현장 모니터링의 빈도, 범위, 측정항목 등이 설계되어졌다. Ⅴ. 연구개발결과의 활용계획 1. 기술적 측면 폐기물의 최종처분에 대한 국가전략 수립은 사회적 여건 및 경제, 환경, 기술적 측면을 동시에 고려하여야 한다. 선진 각국은 폐기물 발생으로 인한 경제․환경적 문제 해결을 위하여 폐기물 발생량 감소기술과 처분방법의 기술개발에 오랫동안 중점 투자하여 왔다. 이러한 기술의 개발은 국민에게 환경적 괘적성을 제공하여 삶의 질을 높여줌과 동시에 지속적인 개발을 가능하게 하는 주요한 요인으로 작용하고 있다. 본 연구를 통하여 개발된 연구결과는 국가의 폐기물 최종 처분 정책의 주요한 한 부분을 차지하고 있는 해양처분에 관한 기술로서 폐기물의 처분장으로서의 해양의 활용에 대한 부가가치를 증대시키는데 기여할 것이며, 동시에 폐기물의 처분으로 인한 해양환경의 부가가치 하락을 방지하는데 있다. ․본 연구를 통하여 수행된 투기장 해역 모니터링 자료 및 개발된 모니터링 지침서는 향후 이 해역의 환경보전을 위한 모니터링 프로그램 도입에 기술적 측면을 지원하는데 활용될 것이다. ․폐기물 투기해역의 폐기물 종류별 허용 투기량 결정에 대한 기술 지침으로 활용될 것이다. ․투기장 해역의 환경친화적 활용도를 증대시켜 폐기물 처분에 대한 국가전략을 수립하는데 있어서 기술적 측면을 지원하는데 활용될 것이다. ․실제 투기 현황으로부터 환경영향을 예측하기 위하여 개발된 3차원 Near-field 모델은 투기물질 관리에 활용할 수 있는 PC용 전문가 시스템으로 확장을 계획하고 있다. 즉, 비전문가들이 투기물질 관리를 위한 정책결정의 초기단계에서 쉽게 사용할 수 있는 간단한 소프트웨어를 구성할 계획이다. 단, 이를 위해서는 모델링의 가장 기본이 되는 대상해역의 흐름에 대한 본격적인 관측을 실시하여 해수 유동 및 수온 염분의 연직 및 수평변화에 대한 검증이 요구되며 투기물질 농도에 대한 관측도 지속적으로 수행되어 결과의 검증 및 보정이 요구된다. 2. 경제․산업적 측면 폐기물의 안정적인 최종처분 방안 확보는 국가 경제활동의 근간인 산업․환경분야에 있어서 근간이 되는 것으로 해양환경을 교란시키지 않고 해양배출을 시행하는 것은 산업활동의 국제적 경쟁력을 확보하는데 기여한다. ․일상생활, 산업 및 경제활동으로부터 발생하는 폐기물 처분에 대한 국가전략 수립에 활용됨으로서 지속적 경제성장에 기여한다. ․배타적 경제수역의 어장환경 및 생태계, 해양환경 관리기술 개발로 지속가능한 경제성장을 위한 해양환경보전에 기여한다. ․폐기물 투기량의 적정수준 규명으로 폐기물 투기산업의 안정적 성장유지로 당해 산업의 생산성 향상에 기여(예: 분뇨등 액상 유기물이 해양배출 경비는 육상 처리시설에 비하여 매우 경제적임). ․투기해역의 이용시 다른 해양경제활동(수산업, 레져산업)과의 분쟁의 소지를 미연에 방지하는데 기여한다. ․폐기물 투기와 어로 활동 보장 등 해역의 다목적 이용에 배치되지 않는 투기방법의 개발로 해역의 부가가치를 향상시키는데 기여한다. ․폐기물의 안정적인 해양투기를 지원함으로서 폐기물 최종처분에 대한 국가 경비 절감에 기여한다.

Abstract ▼

Title : Development of monitoring technology for the wastes disposal sea areas The disposal areas of wastes are ultimately land, atmosphere and sea. Managements and disposals of wastes are essential to suspended development of economy. Especially, to protect the environment of land and to promote s

Title : Development of monitoring technology for the wastes disposal sea areas The disposal areas of wastes are ultimately land, atmosphere and sea. Managements and disposals of wastes are essential to suspended development of economy. Especially, to protect the environment of land and to promote suspended development of economy, sea disposal of wastes that have difficulties in land disposal and require lots of money in disposal is carried out. However, marine environment also is a part of territorial environment to be protected. Therefore, scientific management for the sea disposal of wastes should be developed to protect and conserve marine environment. The aim of this study is to provide framework of assessment to minimize marine environmental impacts from sea disposal of wastes and waste water. To reach successfully this goal, this study contains the following contents: ․Review for the present states of sea disposal of wastes in Korea; ․Review for the applications of sea disposal sites of wastes in other countries; ․Monitoring for the general water quality in sea disposal sites of wastes; ․Monitoring for the heavy metals in sea disposal sites of wastes; ․Monitoring for the lipid compounds in sea disposal sites of wastes; ․Monitoring for the characteristics of primary production in sea disposal sites of wastes and assessment of the effects of wastes on growth of phytoplankton; ․Monitoring for the structure of bacteria communities in sea disposal sites of wastes; ․Monitoring for the benthic organism in sea disposal sites of wastes; ․Development of framework of toxic assessment of wastes on micro organism and amphipod and monitoring for the toxic effect; ․Simulation for the concentrations and distribution of contaminants by numerical model in disposal sites of wastes; ․Assessment of the environmental capacities in sea disposal sites of wastes and application of sea disposal sites of wastes; ․Development of framework for environmental monitoring in sea disposal sites of wastes. Results of this studies are summarized as followings : ․Review for the present state of sea disposal of wastes in Korea; Sea disposal sites of waste are three areas of Donghae Jung, Donghae Byung and Seohae Byung in Korea. The amount of wastes disposed in sea increased annually from 552,000 ton in 1988 to 7,039,000 ton in 2000. Dominant disposed wastes were human excrement and night soil, waste water, and sludges treated waste water. The sludges are originated from the industries of food, chemical, texture, leather processing, etc. National action lists which screen the permit of sea disposal are total 14 contaminants including 8 haevy metals, cyanides, phenolics, fluoride compounds, organic phosphorus compounds, oil and grease, and PCB. Screening levels in solid wastes are applied to the concentrations using the methods of extraction by distilled water. However, most countries in Euro-America use the methods of total analysis. And these countries assess options of alternatives in the procedure of application for sea disposal. ․Review for the applications of sea disposal sites of wastes in other countries; Convention on the prevention of marine pollution by dumping of wastes and other matter, London Convention 1972 has been revised several times since the adoption. The 1978 amendments are concerned with the incineration of waste and other matter at sea and include the introduction of new procedures for the settlement of disputes. The 1980 amendments are related to those concerned with incineration and list substances which require special care when being incinerated. The 1989 amendments qualify the procedures to be followed when issuing permits under Annex III. Before this is done, consideration has to be given to whether there is sufficient scientific information available to assess the impact of dumping. The 1993 amendments ban the dumping into sea of low-level radioactive wastes. In addition, the amendments phase out the dumping of industrial wastes by 31 December 1995 and ban the incineration at sea of industrial wastes. And 1996 Protocol is intended to replace the 1972 Convention. It represents a major change of approach to the question of how to regulate the use of the sea as a depository for waste materials. One of the most important innovations is to introduce what is known as "precautionary approach". Japan banned the dumping of industrial wastes at sea from 1 January 1996 for the implementation of the 1996 amendment, and revised the policy to reduce gradually the amount of wastes dumped at sea and adopted land disposal principle. ․Monitoring for the general water quality in sea disposal sites of wastes; It is essential to describe the change in the long time-series of the biogenic elements such as nutrients, organic materials in order to evaluate the impact by the waste dumping in the designated areas. There is no clear variability of the biogenic elements observed in the dumping areas since 1992. And also, C/N molar ratios in the particulate materials of sea water were closed to Redified's (6.6), suggesting that it's origin is from phytoplankton. All results do not show any significant impact of the waste dumping in the East Sea and the Yellow Sea. ․Monitoring for the heavy metals in sea disposal sites of wastes; To assess the pollution of heavy metals in disposal sites, the concentrations of dissolved heavy metals in surface water, the profiles of heavy metal concentrations in sediment columns, and the heavy metal concentrations in marine biota were determined. Any elevated concentrations of dissolved heavy metal were not observed in surface water of the disposal sites. But, remarkable enrichments of heavy metals were observed in the surface sediment of the stations which large amounts of wastes have been disposed in disposal sites of Donghae Byung and Seohae Byung. Heavy metal concentrations in five species of zooplaktons, bulk zooplankton, invertebrates, and fishes were analysed. However, there are difficulties in assessment for the effects of waste disposal, because of a restricted sampling. ․Monitoring for the lipid compounds in sea disposal sites of wastes; The distribution of fatty acids and hydrocarbon in suspended and dissolved form in sea water as well as sediments collected from the ocean dumping sites at East sea (Apr. 1999 and Oct. 1999) and Yellow sea (Apr. 2000, Sep. 2000, and Feb. 2001) were analyzed. The hydrocarbon composition of dumping site indicated the presence of external hydrocarbon input especially in the dumping site of Yellow sea. ․Monitoring for the characteristics of primary production in sea disposal sites of wastes and assessment of the effects of wastes on growth of phytoplankton; To assess the effect of wastes on phytoplankton, the experiments for the incubation of diluents of waste with seawater were carried out. The wastes that are characterized as organic matter, such as sewage sludge, had not effects on the physiology of phytoplankton, but also low diluents of wastes increased the productivity of phytoplankton. However, wastes including high concentrations of heavy metals, such as sludge originated from leather industry, may be re-considered to be dumped in sea. Primary, new and regenerated production showed largely seasonal variations in dump site, however, no remarkable effects by the dumping of wastes were not founded in comparison with control stations. But productivities were high in several stations in summer when nutrient concentrations were depleted due to stratification of water column. Therefore, the operation of waste dumping without toxic contaminants may increase the productivity of phytoplankton in the season of summer. However, large amounts of dumping of wastes with high content of organic matter may consume the dissolved oxygen in bottom water and result in the effect on living biota. So, monitoring of dissolved oxygen should be carried out in the season which water column is stratified. ․Monitoring for the structure of bacteria communities in sea disposal sites of wastes; The effect of ocean dumping on the microbial community structure were analyzed from the whole bacterial suspension in sea water as well as sediments collected from the ocean dumping sites at East sea and Yellow sea were analyzed. 16S rDNA specific PCR, and terminal restriction fragment length polymorphysm (t-RFLP) using automatic DNA sequencer and GeneScan were employed to elucidate the microbial community change. ․Monitoring for the benthic organism in sea disposal sites of wastes; To investigate the community structure of meiofauna and macrofauna in response to the marine dumping of wastes, a series of seasonal survey was conducted at 15 stations around the waste dumping area, the Yellow Sea, in April and September, 2000 and in February, 2001. Nematodes were the most dominant group among representative 20 meiofaunal groups. The sub-dominant groups were sarcomastigophorans, benthic harpacticoids. The highest density of meiofauna was recorded at YSR3 (808 inds./10㎠), and the lowest density was recorded at YSD4 (42 inds./10㎠). For vertical distribution, the highest density of meiofauna was recorded at 0～2㎝ depth, and the density abruptly decreased with depth in all stations. The value of N/C (nematodes/benthic harpacticoids) ratio was highest at the station YSD7 (25.9) and lowest at the station YSD8 (3.4). The macrofaunal community comprised 89 species and showed a mean density of 486 individuals/m2. Polychaetes were the most important component of the macrofaunal community in species richness, abundance and biomass. The dominant species in abundance were a cumacean Eudorella sp., a small bivalve Thyasira tokunagai, and a tube-builder polychaete Nothria iridescens. The abundance and biomass in the central part of the dumping area was lower than in the outer part or remote sites from the dumping area. The community indices showed the same trend in the spatial distribution to the abundance and species richness. The study area can be divided into three site groups; the central part, the southern part of the dumping area, and the outer sites. The benthic community heath based on the Benthic Pollution Index (BPI) or Biotic coefficient (BC) seemed to be in the normal to unbalanced or transitional to pollution. ․Development of framework of toxic assessment of wastes on micro organism and amphipod and monitoring for the toxic effect; The distribution of lipophillic toxic materials (unidentificed) in suspended and dissolved form in sea water as well as sediments collected from the ocean dumping sites at East sea (Apr. 1999 and Oct. 1999) and Yellow sea (Apr. 2000, Sep. 2000, and Feb. 2001) were analyzed. Human leukemia cancer cell line K562 were used for the determination of the effect on human being and marine luminous bacterium Vibrio harveyi M-17 were used for the effect on marine bacteria. It was conducted to test the acute toxicity of surface sediments in the waste dumping area of the Yellow Sea using an estuarine amphipod, Grandidierella japonica. In this study, Grandidierella japonica was cultured in the laboratory before they were used in the toxicity tests. They showed a useful toxicity test organism for sediments, especially those in the waste dumping area of the Yellow Sea. In the preliminary tests using this amphipod toxicity test system, the sediments in the central part of the dumping area showed more toxicity than those in the outer sites of the dumping area. This toxicity test system using Grandidierella japonica seemed to be useful tool for the sediments contaminated from various pollution sources. ․Simulation for the concentrations and distribution of contaminants by numerical model in disposal sites of wastes; Construction of frequency distribution diagrams of wastes dumping in Seohae Byung, Donghae Byung and Donghae Jung on the basis of multi-years records of ship tracks. Caculation of flow fields in the vicinity of dumping sites using far-field hydrodynamic models, in detail, using a three-dimensional robust diagnostic model by Kang(2001) for Seohae Byung area, and using a three-dimensional prognostic model by Chang et al (2001). Development of a three-dimensional submodel for the quasi-near field analysis of the behaviour of dumped wastes with resolution of about 5 times higher than the far-field hydrodynamic models which includes convection terms with an interpolation routine of the far-field velocities, horizontal and vertical diffusion terms, the influx of dumped wastes and terms associated with settling velocity. Model applications have been performed using mean values of dumped wastes influx for each site which are calculated on the basis of frequency distribution diagrams of wastes dumping as well as the total amount of dumped wastes. The dumped wastes are divided in bulk into two groups, liquid wastes and sludges. In case of liquid wastes the settling velocity is assumed to be zero, while in case of sludges the settling velocity is given empirically as a function of concentration. Model runs with input of liquid wastes are continued over one month, while with input of sludges over 3 and 6 months. It is found that the main transport of dumped wastes in Seohae Byung occurs to the northwest direction in summer, while to the west or WNW direction in winter. In case of Donghae Byung, the dumped wastes are transported to the west in summer, to the east in winter. In case of Donghae Jung the dumped wastes move to the northeast in both seasons. The maximum concentration, although might vary according to the dumping details and duration, is found to reach: about 0.7 mg/l for both liquid wastes and sludges in Seohae Byung, about 0.2-0.25 mg/l for liquid wastes and 2.2-2.4mg/l for sludges in Donghae Byung, about 6,0 mg/l for liquid wastes in Donghae Jung. The maximum deposition rates, based on settling velocity and the near-bottom concentration, are estimated to be roughly 0.015-0.02 kg/m2/mon for Seohae Byung, 0.002-0.003 kg/m2/mon and 0.02-0.03 kg/m2/mon in the western and eastern parts of Donghae Byung, respectively. In the coures of model experiments it has been noted that the model response is very sensitive to flow field, the degree of stratification and particularly settling velocity. In future the flow fields computed using far-field hydrodynamic models need to be verified and calibrated through extensive measurements. Furthermore, direct measurements or laboratory experiments of settling velocity and collections of sludge distribution need to followed as an essential part of the future study. ․Assessment of the environmental capacities in sea disposal sites of wastes and application of sea disposal sites; The environmental capacities in disposal sites of wastes were accessed on the base of the results of conducted monitoring and the experiments of numerical model. The environmental capacities of the sea areas are related to the intended environmental quality. The objectives and standards of environmental quality are determined by social agreements. The environmental effects that may result from the present activities of disposal including the amounts and types of wastes, etc, are eutrophication caused by oversupplies of nutrients and organic matter and the increase in the concentrations of toxic substances. Related to the eutrophication, the results of monitoring in disposal sites showed that there was no impact in water column. The numerical experiment showed that the amount of disposed wastes in 2000 cause to 5 % of increase in the phosphate concentration at most frequently used area of the Donghae Jung disposal site. Increase of nutrient concentration in other disposal sites was expected to be negligible. In the case of dissolved heavy metal in water column, Cu concentration in the surface water was estimated to be increased by 5 % of concentration in the surface water of the disposal site, Donghae Jung. However, artificial elevation of heavy metal concentrations was not detected yet in the surface water of disposal sites. But, it was estimated that heavy metals could be accumulated by several times of back ground levels in sediment. And this numerical experiment coincided with the results of monitoring, however, there were some differences in the elements and area. This may result from the data used in numerical experiment, for example, the heavy metal concentrations and settling velocity of sludges. Database related to the detailed characteristics of wastes that may be disposed should be required. The results from monitoring and numerical experiment require the reduction in the amount of waste disposed at sea or phasing out sea disposal of wastes with high concentration of heavy metals. The most frequently used areas of disposal sites of wastes correspond to the 5 % of total area of disposal sites. Numerical experiment showed that the disposal of wastes in four times of present used area decreased concentrations of contaminants in water column and sediment compared to those in present applications. ․Development of framework for environmental monitoring in sea disposal sites of wastes. To protect and conserve marine environment from the acitivies of disposal of wastes, the management of disposal sites is essential through the continuous field monitoring. Monitoring is used to verify that permit conditions are met - compliance monitoring - and that the assumptions made during the permit review and site selection process were correct and sufficient to protect the environment and human health - field monitoring. To development the framework of field monitoring, the impact hypothesis was considered based on the characteristics of wastes disposed and the conditions of marine environments in disposal sites. Monitoring operations are expensive, so, frequencies, scales, measurement parameters of environmental monitoring were designed by the consideration of monitoring cost.

목차 Contents

• 제 1 장 서론...47
  제 1 절 연구개발의 필요성...47
  제 2 절 연구개발목표 및 내용...48
  제 2 장 국내?외 기술개발현황...53
  제 1 절 국내 기술개발 현황...53
  제 2 절 국외 기술개발 현황...55
  제 3 절 주요 관련기술의 검토...56
  제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과...59
  제 1절 국내의 폐기물 해양투기...59
  1. 해양투기 제도...59
  2. 해양투기 현황...71
  제 2 절 외국의 투기장 활용실태...81
  1. 서론...81
  2. 런던협약...81
  3. 런던협약 1972의 1996의정서...83
  4. 전세계 해양투기 현황...88
  5. 선진 각국의 해양투기 현황...94
  6. 결 론...102
  제 3 절투기장해역의 일반 수질...103
  1. 서론...103
  2. 재료 및 방법...103
  3. 결과...107
  4. 고 찰...133
  제 4 절 투기장해역의 중금속 오염 조사...158
  1. 시료채취...158
  2. 분석방법...158
  3. 결과...159
  제 5 절투기장해역의 유기지방물질 분포 현황...202
  1. 주요연구내용...202
  2. 추진전략...203
  3. 연구결과...207
  4. 고찰...224
  제 6 절 투기장해역의 일차생산력 환경 특성조사...225
  1. 폐기물과 인공 착화합물의 식물플랑크톤에 미치는 영향...225
  2. 투기장 해역에서의 일차생산, 신생산 및 재생산...233
  제 7 절 투기장해역의 박테리아 군집구조 특성...271
  1. 주요연구내용...271
  2. 추진전략...272
  3. 연구결과...277
  4. 고찰...283
  제 8 절 투기장해역의 저서생물 조사...285
  1. 서론...285
  2. 재료 및 방법...287
  3. 결과 및 고찰...291
  4. 요약 및 결론...322
  제 9 절 투기장해역의 미생물 독성 검사체계 개발...323
  1. 주요연구내용...323
  2. 추진전략...327
  3. 연구 결과...330
  4. 고찰...335
  제 10 절 투기장해역의 단각류 독성검사체계 개발...337
  1. 서 론...337
  2. 재료 및 방법...338
  3. 결과 및 고찰...341
  4. 요약 및 결론...344
  제 11 절 이동확산 수치실험...345
  1. 개 요...345
  2. 투기 오염물질의 이동확산 모델...345
  3. 투기장 주변의 평균유속장 계산...346
  4. 투기물질 이동확산 실험...350
  5. 토의...419
  제 12 절 투기장의 환경용량 및 활용성 제고